パワエレ33【電験3種 機械】単相サイリスタ整流回路の転流動作！令和元年 A問題10 完全解説

今回は令和元年度 機械科目 A問題10を解説します。純抵抗負荷に接続された単相サイリスタ整流回路で、サイリスタの導通の組合せと転流（ターンオフ）動作、直流側電圧の関係を問う空欄補充問題です。

π<ωt<2πの位相ではv<0なので導通すべきはT₂とT₃です。T₄がオフした後にT₂がオンすると、T₄には交流電圧が逆電圧として印加され、これを利用してターンオフします（サイリスタはオン制御デバイス）。T₂,T₃導通中はA端子とN母線が同電位になるのでv_d=−vです。

出題のポイント

令和元年度 機械科目 A問題10：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】 令和元年度 A問題10

　次の文章は，単相サイリスタ整流回路に関する記述である。

　図1には純抵抗負荷に接続された単相サイリスタ整流回路を示し，T₁〜T₄のサイリスタはオン電圧降下を無視できるものとする。また，図1中の矢印の方向を正とした交流電源の電圧v＝√2V sinωt〔V〕及び直流側電圧v_dの波形をそれぞれ破線及び実線で図2に示す。

　図2に示した交流電圧の位相において，π＜ωt＜2πの位相で同時にオン信号を与えるサイリスタは（ア）である。

　交流電圧1サイクルの中で，例えばサイリスタT₄からT₂へ導通するサイリスタが換わる動作を考える。T₄がオンしている状態から位相πで電流が零になる。T₄はオフ状態となる。その後，制御遅れ角αを経てT₂にオン信号を与えると，電流がT₂に流れる。このとき既に電流が零になったT₄には，交流電圧vが（イ）として印加される。すなわち，（ウ）であるサイリスタは，極性が変わる交流電圧を利用してターンオフすることができる。

　次に交流電圧と直流側電圧の関係について考える。サイリスタT₂とT₃がオンしている期間は交流電源の（エ）と直流回路のN母線が同じ電位になるので，このときの直流側電圧v_dは（オ）と等しくなる。

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。

	（ア）	（イ）	（ウ）	（エ）	（オ）
(1)	T2とT3	順電圧	オン制御デバイス	A端子	交流電圧の逆方向電圧-v
(2)	T1とT4	逆電圧	オン制御デバイス	B端子	交流電圧v
(3)	T2とT3	逆電圧	オン制御デバイス	A端子	交流電圧の逆方向電圧-v
(4)	T1とT4	順電圧	オンオフ制御デバイス	B端子	交流電圧の逆方向電圧-v
(5)	T2とT3	逆電圧	オンオフ制御デバイス	B端子	交流電圧v

ポイント解説：単相サイリスタ整流回路の転流動作

π＜ωt＜2πの位相ではv<0なので、導通すべきサイリスタはT₂とT₃です。T₄がオフした後にT₂がオンすると、T₄には交流電圧が逆電圧として印加され、これを利用してターンオフします（サイリスタはオン制御デバイス）。

T₂,T₃導通中はA端子とN母線が同電位になるので、v_d=−v（交流電圧の逆方向電圧）です。

問題の解説

STEP1　（ア）π〜2πで導通するサイリスタを判定する

この区間ではv<0なので、電流の向きから導通すべきはT2とT3です。

STEP2　（イ）（ウ）ターンオフの仕組みを判定する

T4がオフした後T2がオンすると、T4には交流電圧が逆電圧として印加され、サイリスタはオン制御デバイスであるためこの逆電圧を利用してターンオフします。

STEP3　（エ）（オ）直流側電圧の関係を判定する

T2,T3導通中は交流電源のA端子とN母線が同電位になるため、v_dは交流電圧の逆方向電圧-vと等しくなります。組合せは(3)です。

答え：(3)

まとめ

（ア）	T2とT3
（イ）	逆電圧
（ウ）	オン制御デバイス
（エ）	A端子
（オ）	交流電圧の逆方向電圧-v
答え	(3)

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