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 \(E_{d}\) [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 \(R\) [\(\Omega\)]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 \(T\) [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。
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(1)
①\(D_2-D_3\) ②\(Q_2-Q_3\) ③\(D_1-D_4\) ④\(Q_1-Q_4\)
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(2)
①\(D_1-D_4\) ②\(Q_1-Q_4\) ③\(D_2-D_3\) ④\(Q_2-Q_3\)
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(3)
①\(Q_1-Q_4\) ②\(Q_1-Q_4\) ③\(Q_2-Q_3\) ④\(Q_2-Q_3\)
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(4)
①\(Q_1-D_3\) ②\(Q_1-Q_4\) ③\(Q_2-D_4\) ④\(Q_2-Q_3\)
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(5)
①\(Q_2-Q_3\) ②\(Q_2-Q_3\) ③\(Q_1-Q_4\) ④\(Q_1-Q_4\)
要点
正解は(2)。出力電圧と負荷電流の符号が逆の区間は、誘導性負荷から直流側へエネルギーが戻るためダイオード経路になります。各区間の \(v_0\) と \(i_0\) の符号が決め手です。
詳細解説
区間①:電圧 \(v_0 > 0\) ですが、電流 \(i_0 < 0\) です。負荷から電源へエネルギーが回生されている状態で、還流ダイオード \(D_1, D_4\) を通して電流が流れます。
区間②:電圧 \(v_0 > 0\) で、電流 \(i_0 > 0\) です。電源から負荷へ電力が供給されており、スイッチ \(Q_1, Q_4\) が導通しています。
区間③:電圧 \(v_0 < 0\) ですが、電流 \(i_0 > 0\) です。回生状態で、ダイオード \(D_2, D_3\) が導通します。
区間④:電圧 \(v_0 < 0\) で、電流 \(i_0 < 0\) です。スイッチ \(Q_2, Q_3\) が導通しています。
よって、正解は(2)です。