メインコンテンツへスキップ
過去問AI
第三種電気主任技術者令和6年度 上期機械問 16(a)

令和6年度 上期 第三種電気主任技術者 機械 問16(a)

機械#機械
難度標準

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Ed[V]は一定値と見なせる。出力端子には、インダクタンスL[H]で抵抗値R[Ω]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v0、出力電流i0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[s]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。

問16の図表1
問16の図表2

選択肢

解説

結論 → 詳細 → 補足 の 3 層構成

展開
結論Layer 1

図1の回路は、左脚（上：Q1/D1、下：Q2/D2）と右脚（上：Q3/D3、下：Q4/D4）の2脚から成る単相フルブリッジであり、負荷は両脚の中点間に接続されている。

詳細Layer 2
展開

対角の組であるQ1とQ4を導通させると出力端子間電圧はv0=+Edとなり、もう一方の対角の組であるQ2とQ3を導通させるとv0=-Edとなる。図2より、v0=+Edの期間が①②、v0=-Edの期間が③④である。ただしIGBTは順方向（コレクタ→エミッタ）にしか電流を流せないため、ゲート信号としてはQ1,Q4（またはQ2,Q3）がオンであっても、i0の実際の向きがその順方向と逆であれば電流は当該IGBTではなく並列の還流ダイオードを流れる。①では v0=+Ed だが i0 はまだ負（直前の半周期の区間④の終わりの−Ipから増加途中）なので、Q1・Q4ではなくその逆並列ダイオードD1・D4を通って電流が流れる（誘導性負荷のエネルギーが電源側へ還流）。②では i0 が正に転じ、Q1・Q4の順方向と一致するためQ1・Q4自身が導通する。③では v0=-Ed に切り替わるが i0 はまだ正（+Ipから減少途中）なので、Q2・Q3ではなくD2・D3を通って電流が流れる。④では i0 が負に転じ、Q2・Q3の順方向と一致するためQ2・Q3自身が導通する。したがって正しい組合せは①D1-D4、②Q1-Q4、③D2-D3、④Q2-Q3であり、選択肢(5)が正しい。

各選択肢の解説

(1)

①D2-D3　②Q2-Q3　③D1-D4　④Q1-Q4

①D2-D3、②Q2-Q3、③D1-D4、④Q1-Q4は、+Ed区間（①②）にQ2-Q3系の対角を、-Ed区間（③④）にQ1-Q4系の対角を割り当てており、実際の回路で+Edを作る対角（Q1・Q4）と-Edを作る対角（Q2・Q3）の対応が逆になっているため誤り。

(2)

①Q2-Q3　②Q2-Q3　③Q1-Q4　④Q1-Q4

①②とも同一のQ2-Q3、③④とも同一のQ1-Q4としており、対角の割当てが実際とは逆であるうえ、各半周期の途中でi0の向きが反転してもスイッチ導通からダイオード導通（あるいはその逆）へ切り替わっていない点でも誤り。

(3)

①Q1-Q4　②Q1-Q4　③Q2-Q3　④Q2-Q3

対角の割当て（Q1-Q4が+Ed側、Q2-Q3側が-Ed側）自体は正しいが、①ではi0が負であるにもかかわらずQ1-Q4としており、IGBTは逆方向電流を流せないため物理的に成立しない。同様に③でもi0が正であるにもかかわらずQ2-Q3としており誤り。

(4)

①Q1-D3　②Q1-Q4　③Q2-D4　④Q2-Q3

①のQ1-D3と③のQ2-D4は、負荷両端をそれぞれ同じ直流母線につなぐ実在の還流経路であり、どちらもv0=0となる。しかし図2の①〜④ではv0は常に±Edである。さらにQ1-D3が流せるi0は正向きだが①は負、Q2-D4が流せるi0は負向きだが③は正で、電流方向にも反する。

(5)

①D1-D4　②Q1-Q4　③D2-D3　④Q2-Q3

①D1-D4（v0=+Ed下でi0<0のためダイオード還流）、②Q1-Q4（v0=+Ed下でi0>0のためスイッチ導通）、③D2-D3（v0=-Ed下でi0>0のためダイオード還流）、④Q2-Q3（v0=-Ed下でi0<0のためスイッチ導通）の対応が回路構成とi0の実際の向きに整合しており正しい。

この解説は？
AI生成

解説は公式の問題文・公式解答を基に作成しています。 事実誤認・選択肢の取り違え・最新法令の反映漏れ等を含む可能性があるため、 重要な判断は必ずリンク先の公式資料でご確認ください。

最終更新:

問題PDF公式解答 PDF

出典：令和6年度上期第三種電気主任技術者試験 機械科目 問16(a)。問題文・選択肢を読みやすく整形。

検証プロセス・誤り報告フローは 運営透明性レポートで公開しています。

分野「機械」の学習ポイント

この問題の理解を「分野全体の力」に広げるための足がかり

何が問われるか
本問の分野で問われる代表的な知識・用語の整理。
学習の進め方
正解／誤答の選択肢ごとに「なぜ正しい / なぜ違うのか」を1行ずつ言語化すると定着する。
関連キーワード
機械
この分野の問題をもっと解く
AI コパイロット

この問題を AI と深掘りする

用語解説・選択肢分析・類題生成をその場で対話。クイズモードでは解答→解説がゼロ遷移。

クイズモードで開く

AIに質問できる例

関連する問題

機械 の他の問題

他試験の同テーマ問題

トピック「機械」を扱う他試験区分の過去問

他年度の「機械」問題

第三種電気主任技術者 の同じ分野を年度をまたいで演習する

第三種電気主任技術者 の学習ガイド