第三種電気主任技術者（電験三種） 過去問
令和6年度（2024年）上期
問52 (機械 問10)

単相半波整流回路に関する穴埋め問題です。

パワーエレクトロ二クス分野に関する問題です。

図1の回路はダイオードを1個用いた整流回路であり、これを単相半波整流回路と呼びます。

ダイオードは1方向にしか電流が流せない特性で交流電圧が正の場合は順方向電圧が加わり、負の場合は逆方向電圧となります。この特性を用いた単相半波整流回路は交流電圧を直流電圧に変換させる事ができます。また負荷に抵抗Rを接続することによって正弦波交流電圧の正の半波のみを整流する回路となります。

図1の回路では負荷側に抵抗Rと直列にリアクトルLが接続されているのがこの問題の一つのポイントとなります。

まずは空白箇所（　ア　）から見ていきます。

スイッチSが開いている時の負荷電圧e_dは抵抗RとリアクトルLからなる正弦波の波形となりますが、リアクトルは電流の変化を妨げる動きがあり、正の電圧から負の電圧へ切替った際にすぐに0Vとはならず負の電圧がゆるやかに流れ電源電圧v_sと等しくなるとダイオードの整流作用で0Vとなります。よって（　ア　）は波形1となります。

次に（　イ　）の負荷電流i_dの波形も負荷電圧e_dと同様に、リアクトルの影響から電源電圧v_sが負の電圧になったとしても電流を流そうとする働きがあるため、すぐに0Vにはなりません。よってv_sの波形よりも負荷電流i_dの波形が遅れている波形5が適切となります。

次にスイッチSを閉じ、環流ダイオードを接続した時の負荷電圧e_dの波形を考えていきます。

スイッチSを閉じる前の負荷電圧e_dは電源電圧v_sが負の電圧になったとしても同じように負の電圧が流れるので直流平均電圧が減少してしまいます。それらを防ぐために、還流ダイオード(フリーホイーリングダイオード)を並列に接続します。

還流ダイオードは電源電圧が正の電圧の場合、逆方向電圧となるので電流が流れず開放状態となり閉回路となります。負の電圧になった場合は還流ダイオードは導通し、電流は負荷に還ってくので負荷電圧e_dには負の電圧は流れません。よって（　ウ　）の波形は波形2となります。

また、電源電圧v_sが負の電圧になったとしても還流ダイオードからみると順方向電流となるため負荷電流i_dの流れる期間はスイッチSが開いている時よりも長くなります。よって（　エ　）は長くなるとなります。

この問題は、単相半波ダイオード整流回路において、リアクトルが含まれる場合の電圧と電流の波形に関するものです。

空白箇所（ア）～（エ）に当てはまる組合せは以下のとおりです。

ア：波形1　　イ：波形5　　ウ：波形2　　エ：長くなる

スイッチSを開いて運転したとき：

整流ダイオードのみが動作します。負荷にリアクトルが含まれるため、電源電圧v_Sが負になっても電流は急には変化せず、エネルギーが蓄積されているので、少しの間は負荷電流i_dが流れます。電流が流れ切ると、負荷電圧e_dが0になります。

よって、負荷電圧e_dの波形は図2の（ア：波形1）です。

負荷電流i_dは電源電圧v_Sが負になっても少しの間は流れて、その後、0になります。

よって、負荷電流i_dの波形は図2の（イ：波形5）です。

スイッチSを閉じて運転したとき：

電源電圧v_Sが負になると、環流ダイオードに電流が流れて負荷電圧e_dが0になります。

よって、負荷電圧e_dの波形は図2の（ウ：波形2）です。

負荷電流i_dは環流ダイオードと負荷との閉回路で微電流になるので、負荷電流i_dの流れる期間は長くなります（エ：長くなる）。