パワエレ21【電験3種機械】可逆チョッパで駆動する他励直流機の電動・回生動作（パワエレ20の類題）！平成26年 B問題16 完全解説

2026年7月8日2026年8月8日

電験3種機械科目パワーエレクトロニクス平成26年度 B問題16 回生でエネルギーを戻す！可逆チョッパの類題

今回は平成26年度機械科目 B問題16を解説します。★パワエレ20（令和7年度上期B問題16）と全く同じ回路・数値の再出題で、選択肢の並び順だけが異なります。可逆チョッパ（IGBT Q₁・Q₂）で他励直流機を駆動する問題で、電動機として動かすときのオン時間(a)と、回生制動時の電機子電圧(b)を求めます。

Q₁をオンオフ制御する降圧チョッパ動作では V₁＝E×(T_ON/T)。Q₂をオンオフ制御する昇圧チョッパ動作（回生）では V＝(T_OFF/(T_OFF+T_ON))×V₁ の関係式を使います。

🔁 この問題は繰り返し出題されています
ほぼ同じ問題が【機械】令和7年度上期B問題16 でも出題されています。出題パターンが固定なので、セットで解けば確実な得点源になります。

平成26年度機械科目 B問題16：問題文と選択肢

まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。

電験3種機械科目パワーエレクトロニクス平成26年度 B問題16 問題文 — 平成26年度機械科目 B問題16 問題文

出典：一般財団法人電気技術者試験センター「平成26年度第三種電気主任技術者試験」機械科目 B問題16

電験3種機械科目【パワーエレクトロニクス】平成26年度 B問題16

　図のように他励直流機を直流チョッパで駆動する。電源電圧はE＝200〔V〕で一定とし，直流機の電機子電圧をVとする。IGBT Q₁及びQ₂をオンオフ動作させるときのスイッチング周波数は500Hzであるとする。なお，本問では直流機の定常状態だけを扱うものとする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。

（a）この直流機を電動機として駆動する場合，Q₂をオフとし，Q₁をオンオフ制御することで，Vを調整することができる。電圧V₁の平均値が150Vのとき，1周期の中でQ₁がオンになっている時間の値〔ms〕として，最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）0.75　（2）1.00　（3）1.25　（4）1.50　（5）1.75〔ms〕

（b）Q₁をオフしてQ₂をオンオフ制御することで，電機子電流の向きを(a)の場合と反対にし，直流機に発電動作（回生制動）をさせることができる。この制御において，スイッチングの1周期の間でQ₂がオンになっている時間が0.4msのとき，この直流機の電機子電圧Vの値〔V〕として，最も近いものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

（1）40　（2）160　（3）200　（4）250　（5）1000〔V〕

出題のポイント：可逆チョッパは2つの顔をもつ

同じ回路が、Q₁を使えば降圧チョッパ、Q₂を使えば昇圧チョッパ——これが可逆チョッパ（4象限のうち2象限）の仕組みです。

	(a) 電動動作	(b) 回生制動
制御する素子	Q₁（Q₂はオフ）	Q₂（Q₁はオフ）
回路としての働き	降圧チョッパ	昇圧チョッパ
電流の向き	電源 → 電動機	電動機 → 電源
電圧の関係	\( V_1=\dfrac{T_{ON}}{T}E \)	\( V=\dfrac{T_{OFF}}{T}E \)

電動機側の電圧は、どちらの動作でも電源電圧E より低い——だから電動時は降圧、回生時は「低いほうから高いほうへ押し上げる」ので昇圧になります。

電圧の向きは変わらず、電流の向きだけが逆になるのが可逆チョッパの特徴です。電圧×電流の符号が反転する＝電力の向きが反転する——これで電動と回生を切り替えているわけです。

可逆チョッパの電動時と回生時の式およびオン時間1.50ミリ秒と電機子電圧160V — 電動時はQ1、回生時はQ2を制御します。

(a) Q1のオン時間を求める

\( T=\dfrac{1}{f}=\dfrac{1}{500}=2\ [\mathrm{ms}] \)

周期
スイッチング周波数500 Hz

\( V_1=\dfrac{T_{ON}}{T}E\ \Rightarrow\ 150=\dfrac{T_{ON}}{2}\times200 \)

降圧チョッパの式
V₁＝150 V、E＝200 V

\( T_{ON}=\dfrac{150\times2}{200}=1.50\ [\mathrm{ms}] \)

オン時間
—

答え(a)の正解は (4) 1.50 msです。通流率は150/200＝0.75——周期2 ms の75 % が1.50 msという計算でも同じです。

(b) 回生時の電機子電圧を求める

ここが本問の山場です。「Q₂がオンになっている時間が0.4 ms」——この0.4 ms をそのまま公式に入れると間違えます。

回生時は昇圧チョッパとして動きます。昇圧チョッパでは、スイッチがオフの期間にエネルギーが高圧側へ送られる——だから式に入るのは T_OFF です。

昇圧チョッパの電圧関係

\( E=\dfrac{T}{T_{OFF}}V\quad\Leftrightarrow\quad V=\dfrac{T_{OFF}}{T}E \)

低圧側がV、高圧側がE——回生では電動機側が低圧、電源側が高圧になります。

\( T_{OFF}=T-T_{ON}=2-0.4=1.6\ [\mathrm{ms}] \)

オフ時間
★与えられた0.4 ms はオン時間

\( V=\dfrac{T_{OFF}}{T}E=\dfrac{1.6}{2}\times200 \)

代入
—

\( \phantom{V}=160\ [\mathrm{V}] \)

電機子電圧
—

答え(b)の正解は (2) 160 Vです。0.4 ms をそのまま代入すれば 200×0.4/2＝40 V——選択肢に置かれている典型的な誤答です。

⚠️ よくある間違い
与えられた時間がオンなのかオフなのかを必ず確認してください。(a)はQ₁のオン時間、(b)はQ₂のオン時間——ところが(b)の公式に入るのはオフ時間です。
検算は「回生電圧は電源電圧より低いはず」。160 V ＜ 200 V なので妥当——逆に200 V を超える答えが出たら計算違いです。

なぜ回生時は昇圧チョッパになるのか

回生とは、電動機が発電機として働き、エネルギーを電源へ返す動作です。ところが電動機の逆起電力は電源電圧より低い——そのままでは電流が電源へ流れ込みません。

段階	Q₂の状態	リアクトルの働き	電流の行き先
①	オン	エネルギーを蓄える	電動機内で還流
②	オフ	蓄えたエネルギーを放出し電圧を持ち上げる	ダイオードを通って電源へ

低い電圧を高い電圧へ押し上げる仕事をリアクトルが担っています——まさに昇圧チョッパそのもの。電気鉄道の回生ブレーキも、この原理で架線へ電力を返しています。

回生ブレーキが使えるのは、返した電力を受け取る相手がいるときだけです。近くに力行中の電車がいなければ架線電圧が上がってしまう——そのときは回生失効といって機械ブレーキに切り替わります。

⏱️ 本番での進め方
① まず T＝1/f を出す。500 Hz なら2 ms。
②(a) 降圧チョッパ V₁＝(T_ON/T)E。150/200＝0.75 →1.50 ms。
③(b) 回生は昇圧チョッパ。★入るのは T_OFF＝2−0.4＝1.6 ms。
④ 答えは必ず電源電圧200 V より低い。超えたら計算違い。

💡 覚え方
「電動は降圧・オン時間、回生は昇圧・オフ時間」——2つの動作で使う時間が違うのが引っかけどころ。どちらも電動機側の電圧が低いほうだと押さえておけば向きを間違えません。

出題履歴：令和7年度上期と同一問題（選択肢の並びだけ違う）

本問は令和7年度上期 B問題16と回路も数値も全く同じです（パワエレ20：可逆チョッパの電動動作と回生動作）。違うのは選択肢の並び順だけ——正解の番号は変わるので、番号ではなく値で覚えてください。

11年ぶりに、数値まで含めてそのまま再出題されたことになります。パワエレのB問題は、この手の完全再出題がとくに多い分野——過去問を解いておく価値が最も高いと言えます。

可逆チョッパの電動動作と回生動作を周期2ミリ秒で計算する手順 — (a)1.50ms、(b)160Vです。

4象限運転とHブリッジ

本問の可逆チョッパは、電圧の向きが変わらず電流の向きだけが変わる——いわゆる2象限チョッパです。

象限	電圧	電流	動作
第1象限	正	正	正転・電動
第2象限	正	負	★正転・回生（本問(b)）
第3象限	負	負	逆転・電動
第4象限	負	正	逆転・回生