電験三種(令和6年度上期) 機械 問16

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問題

方針

自励式インバータ(電圧形)」の動作と「時定数」に関する問題です。(令和4年下期問16と同じ問題ですが、選択肢の順番が違います)

解法

(a)

「自励式インバータ(電圧形)のスイッチングと波形生成」

  • 負荷を通る電流ioは、正負の積分回路の波形となる。
    ①S1→負荷→S4(電源から正方向に負荷に電流が流れ、コイルに充電されるルート)
    ②D2→負荷→D3(コイルから正方向に電流が放電され、還流ダイオードに流れるルート)
    ③S3→負荷→S2(電源から逆方向に負荷に電流が流れ、コイルに充電されるルート)
    ④D4→負荷→D1(コイルから逆方向に電流が放電され、還流ダイオードに流れるルート)
  • 電源電流idは、基本は正の波形だが、オンオフ切換時に負荷のコイルのエネルギーが電流の方向を保とうとして放電するため、少しの間還流ダイオードより逆流して負の値となる。

問題のインバータ回路は、IGBT(Q1~Q4)と、それぞれに還流ダイオード(D1~D4)があり、コイルの誘導性負荷が接続されています。
上記の「自励式インバータ(電圧形)のスイッチングと波形生成」での回路では、問題のIGBT(Q1~Q4)はトランジスタ(S1~S4)に該当します。また、問題の電流ioの波形の順番①②③④は、④①②③に該当します。
従って電流の流れるデバイスの組み合わせは、④(D1ーD4)→①(Q1ーQ4)→②(D2ーD3)→③(Q2ーQ3)となります。

(b)

「時定数」
電気回路に電流を流しはじめてから、定常電流になるまでの変化速度を表す定数。
立ち上がりの良さ、応答性の良さを表す。
RL回路とRC回路の時定数は、以下の式で表される。

$\displaystyle τ=\frac{L}{R} τ=CR $

$τ$:時定数
$R$:抵抗
$L$:インダクタンス
$C$:静電容量

リアクタンスL=2mH、抵抗R=1Ωより、RL回路の「時定数」の式より求めます。

$\displaystyle τ=\frac{L}{R}=\frac{2×10^{-3}}{1}=0.002 \ [s] $

解答

(a)の解答は(5)となります。
(b)の解答は(2)となります。

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