第三種電気主任技術者の過去問 平成29年度（2017年） 機械 問53

全波整流回路で、電源電流i1の波形とダイオード電流i2～i5の波形を選ぶ問題です。

電源電圧vsが＋電圧の時と－電圧で分けて考えます。

1）vsが＋電圧の時（ωtが 0～π、2π～ の時）

電流は、ダイオードが順方向に接続されている経路を流れていきます。
vs（出発） → i1 → i2 → 負荷抵抗・コンデンサ → i5 → vs（到着）

電流は、i1とi2とi5を流れます。
i3とi4には流れません。（整流作用で流れない）


2）vsが－電圧の時（ωtが π～2π までの時）

電源電圧が－電圧なので、電流はダイオードが逆方向に接続されている経路を流れていきます。
vs（出発） → i3 → 負荷抵抗・コンデンサ → i4 → i1 → vs（到着）

i1とi3とi4を電流が流れます。
i2とi5には流れません。（整流作用で流れない）

i1の電流は図1の矢印とは逆方向の向きなので、－電流となります。


それでは、正解を導き出します。

i1は、”電流波形1”となります。
　ωt 0～πは、＋電流が流れる
　ωt π～2πは、－電流が流れる
　ωt 2π～ は、＋電流が流れる
　
i2は、”電流波形3”となります。
　ωt 0～πは、＋電流が流れる
　ωt π～2πは、電流が流れない
　ωt 2π～ は、＋電流が流れる

i3は、”電流波形4”となります。
　ωt 0～πは、電流が流れない
　ωt π～2πは、＋電流が流れる
　ωt 2π～ は、電流が流れない

i4は、”電流波形4”となります。
　ωt 0～πは、電流が流れない
　ωt π～2πは、＋電流が流れる
　ωt 2π～ は、電流が流れない

i5は、”電流波形3”となります。
　ωt 0～πは、＋電流が流れる
　ωt π～2πは、電流が流れない
　ωt 2π～ は、＋電流が流れる

よって、i1；電流波形1、i2：電流波形3、i3：電流波形4、i4：電流波形4、i5：電流波形3

正解は「5」となります。

解答・解説
電流i2が流れるダイオードをD1、i3が流れるダイオードをD2、i4が流れるダイオードをD3、i5が流れるダイオードをD4とすると、Vs>0の場合、D1とD4のダイオードが導通します。
Vs<0の場合、D2とD3のダイオードが導通します。
しかし、平滑コンデンサを持つ単相ダイオードブリッジ整流回路の場合、平滑コンデンサの電圧をVcとすると、Vs>Vcの時でないと電流が流れません。
平滑コンデンサはVs>Vcの時に充電、Vs<Vcの時に放電を行いますので、VcはVsを平滑したような波形となります。
以上のことから対応する電流波形は5番のi1：電流波形1、i2：電流波形3、i3：電流波形4、i4：電流波形4、i5：電流波形3となります。