令和4年度 下期 電験3種 機械 問16
図1は、IGBTを用いた単相ブリッジ接続の電圧形インバータを示す。直流電圧$E_d\left[\mathrm{V}\right]$は、一定値と見なせる。出力端子には、インダクタンス$L\left[\mathrm{H}\right]$で抵抗値$R\left[\mathrm{Ω}\right]$の誘導性負荷が接続されている。この電圧形インバータの出力電圧$v_0$、出力電流$i_0$が図2のようになった。インバータの動作モードを図2に示す①～④として本モードは周期$T\left[\mathrm{s}\right]$で繰り返されるものとする。なお、上下スイッチの短絡を防ぐデッドタイムは考慮しない。
次の（a）及び（b）の問に答えよ。
図1
図2
（a） 図2に示した区間①～④において電流が流れているデバイスの組合せとして正しいものを次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。
| ① | ② | ③ | ④ | |
| （1） | $\mathrm{D_2-D_3}$ | $\mathrm{Q_2-Q_3}$ | $\mathrm{D_1-D_4}$ | $\mathrm{Q_1-Q_4}$ |
| （2） | $\mathrm{D_1-D_4}$ | $\mathrm{Q_1-Q_4}$ | $\mathrm{D_2-D_3}$ | $\mathrm{Q_2-Q_3}$ |
| （3） | $\mathrm{Q_1-Q_4}$ | $\mathrm{Q_1-Q_4}$ | $\mathrm{Q_2-Q_3}$ | $\mathrm{Q_2-Q_3}$ |
| （4） | $\mathrm{Q_1-D_3}$ | $\mathrm{Q_1-Q_4}$ | $\mathrm{Q_2-D_4}$ | $\mathrm{Q_2-Q_3}$ |
| （5） | $\mathrm{Q_2-Q_3}$ | $\mathrm{Q_2-Q_3}$ | $\mathrm{Q_1-Q_4}$ | $\mathrm{Q_1-Q_4}$ |
（b） 電源電圧$E_d$が$100\mathrm{V}$、インダクタンス$L$を$2\mathrm{mH}$とし、抵抗$R$を$1\mathrm{Ω}$とすると、区間①②の電流は$-I_p\left[\mathrm{A}\right]$から$I_p\left[\mathrm{A}\right]$まで時定数$\tau\left[\mathrm{s}\right]$で増加する。$\tau$に最も近い値を次の（1）～（5）のうちから一つ選べ。
（1）0.001 （2）0.002 （3）0.003 2 （4）0.006 3 （5）0.02
解答・解説
正解（a）：（2）、（b）：（2）
（a）
単相インバータの動作モードを下図に示します。ポイントとしては印加電圧の符号と電流の符号であり、同符号であればIGBTを、異符号であればダイオードに電流が流れます。以上より、正解は（2）です。
参考に、下図に①～④の時の電流経路を示します。
①の電流経路
②の電流経路
③の電流経路
④の電流経路
（b）
$\mathrm{RL}$直列回路の時定数$\tau$は、
$$\tau=\frac{L}{R}=2\times{10}^3\left[\mathrm{s}\right]=0.002\left[\mathrm{s}\right]$$
となるので、正解は（2）です。
