電験三種 機械 問74：パワーエレクトロニクス

電験三種「機械」の「パワーエレクトロニクス」に関する問題（令和5年度上期 問10）。正答は(3)です。

【基本公式】全波整流：Vd=2Vm/π≒0.636Vm（Vm:最大値）。

正答(3)の根拠：問題の出力電圧波形vRが全波整流（絶対値波形・下に折り返した正弦波）の形状。

単相全波ブリッジ整流：4個のダイオードブリッジ→交流の正・負半サイクルで抵抗に同じ方向の電流。

出力波形：|sin(ωt)|の形状（半サイクルが繰り返される）。

各選択肢(1)〜(5)は異なる回路構成（半波・全波・チョッパ等）を示す→波形から全波ブリッジを特定。

【パワーエレクトロニクス（整流回路）の解法と要点】（令和5年度上期 問10）

【出力電圧波形の分類】

半波整流（単相ダイオード1個）：正半サイクルのみ→0〜Vmの半サイクル→リプル大。

全波整流（ブリッジ4個or中間タップ2個）：正・負サイクルともに正出力→|sin(ωt)|形状。

平滑コンデンサあり：リプルが大幅に小さくなる→ほぼ直流（DC）。

チョッパ：スイッチングで出力電圧をデューティ比で制御→DC-DC変換。

【波形からの回路判定】

問題の波形vR：0以下にならない・正弦波の|sin|形状→全波整流。

全波ブリッジ回路（選択肢3）：交流電源→4ダイオードブリッジ→負荷抵抗

→正半波：D1,D3でON→負荷に正電圧

→負半波：D2,D4でON→同じ方向の電流

→波形vR=|v_ac|=Vm|sin(ωt)|

→問題の波形を見て全波ブリッジを特定→選択肢(3)正答

【パワーエレクトロニクス（整流回路）の深層解析と電験三種合格戦略】（令和5年度上期 問10）

【核心論点と正答根拠】

出力波形|sin(ωt)|=全波整流→単相ブリッジ回路→選択肢(3)正答。

【整流回路の性能指標比較】

指標 単相半波 単相全波 三相半波 三相全波

平均電圧/Vm 0.318 0.637 0.827 1.35VL

リプル率 1.21 0.482 0.183 0.042

リプル周波数 fs 2fs 3fs 6fs

→リプル周波数高いほど平滑コンデンサ小型化可能。

【高調波電流と力率改善】

単相ブリッジ+コンデンサ：高調波電流（3次・5次・7次）→系統を汚染。

力率改善コンバータ（PFC）：昇圧チョッパ型→入力電流を正弦波に整形→力率≒1・高調波削減。

IEC 61000-3-2：電気機器の高調波電流の上限規格→200Wを超える機器に適用→PFC必須化。

【三相整流回路の実務（大容量電源）】

電気鉄道変電所：単相→三相ブリッジ整流→DC1500V（新幹線3000V）供給。

直流き電（アーバン鉄道）：6パルス→12パルス整流でリプル削減（電車のフリッカー防止）。

電験二種：整流回路の高調波解析・電力品質（IEC61000・JIS C 61000）規格対応が出題。