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パワーエレクトロニクスの学習帳

2022年2月22日

単相半波整流回路

図1は単相半波ダイオード整流回路で、抵抗RとリアクトルLとを直列接続した負荷に電力を供給する。また図1に示した回路の電圧波形と電流波形を図2に示す。ただし、ダイオードDの電圧降下及びリアクトルLの抵抗は無視している。

図1の電源電圧v(t)>0の期間においてダイオードDは順方向バイアスとなり導通する。v(t)とvR(t)が等しくなる電源電圧v(t)の位相をωt=θmとすると、出力電流id(t)が増加する電源電圧の位相ωtが0<ωt<θmの期間においては\(vL(t)>0\)、ωt=θm以降については\(vL(t)<0\)となる。

出力電流id(t)は電源電圧v(t)が負となってもv(t)=0の点よりもωt=βに相当する時間だけ長く流れ続ける。これは、Lの磁気エネルギーが0となるωt=π+βで出力電流id(t)が0となる。出力電圧vd(t)の平均値Vdは電源電圧v(t)を0~\(π+β\)の区間で積分して一周期である2πで除して計算でき、このときLの電圧vL(t)を同区間で積分すれば0となるので、Vdは抵抗Rの電圧vR(t)の平均値VRに等しくなる。

過去問題:
電験3種過去問【2021年機械 問16】(単相半波整流回路の動作)

DC-DCコンバータ

昇降圧チョッパ

図は昇降圧チョッパを示している。スイッチQ、ダイオードD、リアクトルL、コンデンサCを用いて、図のような向きに定めた負荷抵抗Rの電圧v0を制御するためのものである。これらの回路で、直流電源Eの電圧は一定とする。また、回路の時定数は、スイッチQの動作周期に対して十分に大きいものとする。回路のスイッチQの通流率γとした場合

(1)Qがオンのときは、電源EからのエネルギーがLに蓄えられる。

(2)Qがオフのときは、Lに蓄えられたエネルギーが負荷抵抗RとコンデンサCにDを通して放出される。

(3)出力電圧v0の平均値は、γが0.5より大きいときは昇圧チョッパ、0.5より小さいときは降圧チョッパとして動作する。

(4)出力電圧v0の平均値は、図のv0の向きを考慮すると正になる。

(5)Lの電圧vLの平均電圧は、Qのスイッチング一周期で0となる。

過去問題:
電験3種過去問【2021年機械 問11】(昇降圧チョッパ回路の動作)

インバータ

電圧形インバータ

電圧形インバータでは、スイッチングデバイス\(\displaystyle Q_1\)と\(\displaystyle Q_2\)に交互にオン信号とオフ信号を与えることにより、直流電源から交流電源を作り出す。

過去問題:
電験2種過去問【2021年機械 問2】(電圧形インバータの負荷電流)