第三種電気主任技術者（電験三種） 過去問
平成27年度（2015年）
問51 (機械 問51)

可変の交流電圧を得るために必要なデバイスは、「サイリスタ」です。
ダイオードの場合、交流を直流にすることしかできませんが、
サイリスタは、ゲート信号を与えることで、電圧を制御することができます。
この電圧の調整を「制御角」といい、装置を「交流電力調整装置」といいます。
問題文中に、「電圧を与えて駆動する」と記載があるため、「IGBT」が正解です。
なおGTOは、電流で駆動します。
PWM制御と書いてあり、PWMはpalse width modulationの略で、文字通り、パルスの「幅」を調整します。

正しい組み合わせは、1番です。


（ア）
商用交流電圧を入力とし同じ周波数の交流電圧を出力とする電力変換器において、可変の交流電圧を得るには「制御角」を変える方法が広く用いられています。

「制御角」とは、交流入力電圧１サイクル中で、ターンオンされる角度のことです。


（イ）
このときに使用するパワーデバイスは「サイリスタ」が一般的です。

「サイリスタ」は逆方向の電流が流れないだけでなく、順方向の電流であってもターンオンの信号がなければ、電流が流れません。この点がダイオードとの違いです。


（ウ）
この電力変換器は「交流電力調整装置」と呼ばれます。

なお、別の選択肢のサイクロコンバータは周波数を変える装置です。


（エ）
一方、一定の直流電圧を入力とし交流電圧を出力とする電力変換器において、可変の交流電圧を得るにはパルス状の電圧にして制御する方法が広く用いられていて、このときにオンオフ制御デバイスを使用します。デバイスの種類としては、デバイスのゲート端子に電流ではなくて、電圧を与えて駆動する「IGBT」を使うことが最近では一般的です。


（オ）
この電力変換器はインバータと呼ばれ、基本波周波数で１サイクルの出力電圧が正又は負の多数のパルス列からなって、そのパルスの「幅」を変えて１サイクル全体で目的の電圧波形を得る制御がPWM制御です。

正しい組み合わせは（（ア）制御角　（イ）サイリスタ　（ウ）交流電力調整装置　（エ）IGBT　（オ）幅）となります。

 

1.  （ア）、（イ）については一緒に覚えておくと良いです。（ア）は「制御角」になります。

制御角とは正弦波の立ち上がる時間をサイリスタで操作していると思っていただければよりイメージしやすいです。

サイリスタはON,OFFのスイッチの役割があります。

サイリスタをOFFにして時間を遅らせてONにすることで、波形の立ち上りを操作し、負荷に通電する時間を変化させます。

OFFの時間を長くすれば電力の量は減り、短くすれば電力の量は大きくります。0にすれば元の交流波形になります。

 

２．（ウ）は「交流電力調整装置」になります。

別の回答でサイクロコンバータがありますが、サイクロはサイクル（周波数）を意味します。

サイクロコンバータは「周波数変換装置」ということになります。

 

３．（エ）はIGBTになります。

IGBTとは絶縁ゲートバイポーラトランジスタのことを言います。

ベースからエミッタに流す電流でコレクタからエミッタに流れる電流を制御するのがバイポーラトランジスタになります。

電流を流すということは思っているよりも大変なことです。

そこで入力を電圧、出力を電流で変換できれば非常に楽になります。

それが出来る素子としてFET（電界効果型トランジスタ）というものがありますが、

FETも欠点があるため、それを解消するために、入力側をFET、出力側をバイポーラトランジスタにしたものをIGBTといいます。

 

４．（オ）は「幅」になります。

ここで出てくる「PWM制御」はモータの制御などでよく使われるものですが、

PWM（Pulse　　Width　Modulation）とはパルス幅を変えて伝えるという意味です。

もっと簡単にいうと「電圧の大きさ」を変えることができます。