パワエレ41【電験3種 機械】単相インバータの構成と電圧制御方式（PWM制御）の穴埋め！平成30年 A問題11 完全解説

今回は平成30年度 機械科目 A問題11を解説します。直流を交流に変換する単相インバータ（4スイッチ+逆並列ダイオード構成）の動作と、電圧・周波数を変える2つの制御方式（波高値制御とPWM制御）に関する空欄補充問題です。

インバータのスイッチS₁〜S₄はオンオフ制御機能をもつデバイス（IGBT等）と逆並列ダイオードで構成されます。交流電圧を変える方法は、直流電圧Eを可変させて波高値を変える方法と、E一定のままパルス幅を変えるPWM制御の2通りです。

平成30年度 機械科目 A問題11：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30年度 A問題11

　次の文章は，直流を交流に変換する電力変換器に関する記述である。

　図は，直流電圧源から単相の交流負荷に電力を供給する（ア）の動作の概念を示したものであり，（ア）は四つのスイッチS₁〜S₄から構成される。スイッチS₁〜S₄を実現する半導体バルブデバイスは，それぞれ（イ）機能をもつデバイス（例えばIGBT）と，それと逆並列に接続した（ウ）とからなる。

　この電力変換器は，出力の交流電圧と交流周波数とを変化させて運転することができる。交流電圧を変化させる方法は主に二つあり，一つは，直流電圧源の電圧Eを変化させて，交流電圧波形の（エ）を変化させる方法である。もう一つは，直流電圧源の電圧Eは一定にして，基本波1周期の間に多数のスイッチングを行い，その多数のパルス幅を変化させて全体で基本波1周期の電圧波形を作り出す（オ）と呼ばれる方法である。

　上記の記述中の空白箇所（ア），（イ），（ウ），（エ）及び（オ）に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

上記の記述中の空白箇所（ア），（イ），（ウ），（エ）及び（オ）に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。

	（ア）	（イ）	（ウ）	（エ）	（オ）
(1)	インバータ	オンオフ制御	サイリスタ	周期	PWM制御
(2)	整流器	オンオフ制御	ダイオード	周期	位相制御
(3)	整流器	オン制御	サイリスタ	波高値	制御
(4)	インバータ	オン制御	ダイオード	周期	位相制御
(5)	インバータ	オンオフ制御	ダイオード	波高値	PWM制御

出題のポイント：単相インバータの構成

インバータは直流を交流へ変換する装置です。単相ブリッジ形では四つのスイッチを用い、各スイッチはIGBTなどのオンオフ制御デバイスと逆並列ダイオードで構成されます。ダイオードは誘導性負荷電流の通路を確保します。

ポイント解説：波高値制御とPWM制御

インバータのスイッチS₁〜S₄はオンオフ制御機能をもつデバイス（IGBT等）と逆並列ダイオードで構成されます。交流電圧を変える方法は、直流電圧Eを可変させて波高値を変える方法と、E一定のままパルス幅を変えるPWM制御の2通りです。

問題の解説：5つの空欄と選択肢(5)

STEP1　（ア）（イ）（ウ）回路の名称とデバイス構成を判定する

直流を交流に変換する電力変換器はインバータ、スイッチはオンオフ制御機能をもつデバイスと逆並列接続したダイオードで構成されます。

STEP2　（エ）電圧Eを変える制御方式を判定する

直流電圧源Eを変化させると、交流電圧波形の波高値が変化します。

STEP3　（オ）パルス幅を変える制御方式を判定する

E一定のまま多数のパルス幅を変化させて目的の電圧波形を作る制御をPWM制御と呼びます。組合せは(5)です。

答え：(5)

まとめ

（ア）	インバータ
（イ）	オンオフ制御
（ウ）	ダイオード
（エ）	波高値
（オ）	PWM制御
答え	(5)

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