令和7年度下期第三種電気主任技術者試験 機械（電気技術者試験センター）問16(a)
機械
順電圧降下に関する問題
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次の図は，パワー半導体デバイスとしてダイオードを用いた三相整流装置の回路を示す。平滑リアクトルのインダクタンスLd [H]は十分に大きく，直流電流Id [A]は一定になっているものとする。交流側にリアクタンスXL [Ω]のリアクトルがあると転流時に重なり角が生じ，直流電圧が降下する。また，ダイオードの順電圧降下VF [V]によっても直流電圧が降下する。これら以外の電圧降下は無視する。入力交流電圧がVL [V]のときのこの整流装置の出力電圧Vd [V]は次式で求められる。
この整流装置の入力交流電圧はVL＝200 V，周波数はf＝50 Hz で，直流電流はId＝36 A である。交流側のリアクトルのインダクタンスはLL＝5.56×10⁻⁴ H で，その抵抗値は平滑リアクトルの抵抗値とともに無視できるものとする。また，各ダイオードの順電圧降下はVF＝1.0 V で一定とする。次の(a)及び(b)の問に答えよ。
(a) ダイオードでは，電流の通電によって損失が発生する。一つのダイオードの損失の平均値は，通電する期間が1 サイクルの1／3 であるとして計算できる。一つのダイオードで発生する損失[W]の平均値に最も近いものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。
- 172
- 236
- 324
- 418
- 512
答えと解説
✓ これが正解512
解説
通電中の損失1.0×36＝36 Wに通電期間1／3を掛けて平均12 Wです。
図は、ダイオード6個の三相ブリッジで交流を直流に変える整流装置です。平滑リアクトル Ld が十分大きいので直流電流 Id＝36 A は一定で、転流の短い期間を除けば、各時点で上側と下側のダイオードが1個ずつ導通して Id を流します。ダイオードで生じる損失は、順電圧降下 VF とそこを流れる電流の積です。
1個のダイオードが導通している間の損失は VF×Id＝1.0×36＝36 W です。問の条件のとおり、各ダイオードは1サイクルの 1／3 の期間だけ通電するので、1サイクルの平均は 36×(1／3)＝12 W となります。
装置全体から検算します。上側の組と下側の組にはそれぞれ常に合わせて Id が流れ、VF は一定なので、全体の損失は 2×1.0×36＝72 W で、6個で等しく分け合うと 72／6＝12 W と同じ値になります。
平均の損失は、通電中の損失に通電する期間の割合を掛けて求める、と覚えておきましょう。
ほかの選択肢の解説
- 172：72 W は、常に導通している2個のダイオードの損失を合わせた装置全体の値です（2×1.0×36）。1個あたりの平均は、これを6個で分けた値になります。
- 236：36 W は、ダイオードが通電している間の損失 VF×Id をそのまま平均とした値です。通電するのは1サイクルの 1／3 だけなので、平均はその 1／3 になります。
- 324：24 W は、通電中の損失 36 W に 2／3 を掛けた値で、通電する期間の割合を 1／3 でなく 2／3 とした値です。三相ブリッジの各ダイオードが電流を流すのは1サイクルの 1／3 です。
- 418：18 W は、通電中の損失 36 W を2で割った値で、通電する期間を半サイクルとした値です。三相ブリッジでは6個のダイオードが順に受け持つので、1個の通電は 1／3 サイクルです。
出典：令和7年度下期第三種電気主任技術者試験 機械 問16(a)（電気技術者試験センター）。1問ずつ解ける形に加工しています（B問題の共通の文と図を小問ごとに複写・図と式を問題冊子から切り出して画像で掲載・1行で書ける式を字に書き直し）。解説は当サイト独自のもので、電気技術者試験センターとは関係ありません。
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