図1は、単相インバータで誘導性負荷に給電する基本回路を示す。負荷電流 \(i_o\) と直流電流 \(i_d\) は図示する矢印の向きを正の方向として、次の(a)及び(b)の問に答えよ。
単相インバータの特徴に関する記述として、誤っているものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
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(1)
図1は電圧形インバータであり、直流電源Eの高周波インピーダンスが低いことが要求される。
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(2)
交流出力の調整は、\(S_1 \sim S_4\) に与えるオンオフ信号の幅を短くすることによって交流周波数を高くすることができる。又は、Eの直流電圧を高くすることによって交流電圧を高くすることができる。
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(3)
図1に示されたパワートランジスタを、IGBT又はパワーMOSFETに置換えてもインバータを実現できる。
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(4)
ダイオードが接続されているのは負荷のインダクタンスに蓄えられたエネルギーを直流電源に戻すためであり、さらにダイオードが導通することによって得られる逆電圧でパワートランジスタを転流させている。
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(5)
インダクタンスを含む負荷としては誘導電動機も駆動できる。運転中に負荷の力率が低くなると、電流がダイオードに流れる時間が長くなる。
要点
正解は(4)。誘導性負荷の還流期間とスイッチ導通期間により、直流電流の波形は出力電流とは別の形になります。半周期ごとの符号と周期を追うことが要点です。
詳細解説
この問題では、負荷電流がスイッチを通る区間と還流ダイオードを通る区間を分け、直流電流が正負に現れるタイミングを確認します。
選択肢(4)の「ダイオードが導通することによって得られる逆電圧でパワートランジスタを転流させている」という記述は、サイリスタ等の強制転流（または負荷転流）方式の説明に近いもので、自己消弧能力を持つトランジスタ（パワートランジスタ、IGBT、MOSFET）の動作説明としては誤りです。トランジスタはゲート信号でオフになります。
パワエレの問題では、オン区間とオフ区間でどの素子が導通するかを区切って考えるのが基本です。電流が連続する素子と、電圧が切り替わる端子を分けて見ると回路の動作を追いやすくなります。
平均値や実効値を求めるときは、一周期のどの区間を積分対象にするかを先に決めると式の立て方が安定します。波形図がある場合は、各区間の符号や電流の向きも確認しておきます。
