《機械》〈パワーエレクトロニクス〉[H23:問5]サイクロコンバータに関する空欄穴埋問題

Contents

1 【問題】
2 【ワンポイント解説】
3 【解答】

【問題】

【難易度】★★★★☆（やや難しい）

次の文章は，サイクロコンバータに関する記述である。文中の$ \ \fbox{$\hskip3em\Rule{0pt}{0.8em}{0em}$} \ $に当てはまる最も適切なものを解答群の中から選びなさい。

サイクロコンバータは，$ \ \fbox {　（１）　} \ $変換装置である。出力の各相に正側の出力電流を通電するためのサイリスタ変換器と負側の出力電流を通電するためのサイリスタ変換器とを逆並列接続して構成される。各変換器を三相ブリッジ変換器としたとき，三相出力のサイクロコンバータの全体のアーム数は$ \ \fbox {　（２）　} \ $である。

一般的なサイクロコンバータでは，逆並列接続した$ \ 2 \ $台の変換器は，電流の向きを切り替えるときに電流休止期間が必要である。出力周波数の上限は，入力周波数の$ \ \fbox {　（３）　} \ $倍程度である。

電流休止期間を設けずに動作させるためには$ \ 2 \ $台の変換器の間で$ \ \fbox {　（４）　} \ $電流を流す方式を用いる。この方式は，$ \ \fbox {　（４）　} \ $電流リアクトルを追加するなどの対策が必要で，複雑化するが，出力周波数の上限をより高くすることができる，入力無効電力をほぼ一定にすることができるなどの特長がある。

サイクロコンバータは，電動機の可変速駆動電源として用いられるほか，可変速揚水発電機の交流励磁装置としても用いられている。可変速揚水発電機の回転速度を$ \ ±10 \ \mathrm {[％]} \ $可変としたとき，揚水運転時の電力を一定回転速度の場合に対して$ \ \fbox {　（５）　} \ \mathrm {[％]} \ $程度制御できる。

〔問5の解答群〕
\[
\begin{eqnarray}
&（イ）&　回　生　　　　　　　&（ロ）&　直接交流　　　　　　　&（ハ）&　±20 \\[ 5pt ] &（ニ）&　1　　　　　&（ホ）&　循　環　　　　　&（ヘ）&　マトリックス \\[ 5pt ] &（ト）&　\frac {1}{10}　　　　　&（チ）&　36　　　　　&（リ）&　±30 \\[ 5pt ] &（ヌ）&　\frac {1}{2}　　　　　&（ル）&　±10　　　　　&（ヲ）&　18 \\[ 5pt ] &（ワ）&　72　　　　　&（カ）&　横　流　　　　　&（ヨ）&　間接交流 \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\]

【ワンポイント解説】

サイクロコンバータに関する問題です。
図が与えられていないので，サイクロコンバータの回路図がイメージできているかを問う問題となっています。
あまり細かいメカニズムは必要ありませんが，サイクロコンバータの概要は理解しておくようにしましょう。

1.サイクロコンバータ
サイクロコンバータは周波数の異なる交流の電力変換を行うことができる装置です。定比式サイクロコンバータと連続式サイクロコンバータがあります。
$ \ 2 \ $組の逆並列接続した変換器は，電流の向きを切り替えるときに電源の短絡が発生しないよう電流休止期間が必要で，出力周波数の上限は入力周波数の$ \ \displaystyle \frac {1}{2} \ $程度となります。

①定比式サイクロコンバータ
図1のように，$ \ 2 \ $組の全波整流回路を使用して，それぞれの整流回路を交互に動作させることにより，周波数の異なる交流電力を得る方式です。
回路構成が簡単ですが，出力波形がひずみやすいという特徴があります。

②連続式サイクロコンバータ
図2のように，正群コンバータと負群コンバータの$ \ 2 \ $群のコンバータで素子を点弧制御して出力を得る方式です。
正群コンバータの素子と負群コンバータを順に作動させることで，負荷電圧の平均値が正弦波になるように制御することが可能となります。（綺麗な正弦波が得られる訳ではありません。）

【解答】

(1)解答：ロ
題意より解答候補は，（ロ）直接交流，（ヨ）間接交流，等になると思います。
サイクロコンバータは交流から交流を得られるため，直接交流変換装置となります。

(2)解答：チ
題意より解答候補は，（チ）$ \ 36 \ $，（ヲ）$ \ 18 \ $，（ワ）$ \ 72 \ $，になると思います。
ワンポイント解説「1.サイクロコンバータ」より，$ \ 1 \ $つのサイクロコンバータで$ \ 12 \ $のアーム（素子）を使用するため，三相出力のサイクロコンバータの全体のアーム数は$ \ 3 \ $倍の$ \ 36 \ $となります。

(3)解答：ヌ
題意より解答候補は，（ニ）$ \ 1 \ $，（ト）$ \ \displaystyle \frac {1}{10} \ $，（ヌ）$ \ \displaystyle \frac {1}{2} \ $，になると思います。
ワンポイント解説「1.サイクロコンバータ」の通り，出力周波数の上限は入力周波数の$ \ \displaystyle \frac {1}{2} \ $程度となります。

(4)解答：ホ
題意より解答候補は，（イ）回生，（ホ）循環，（カ）横流，になると思います。
電流休止期間を設けずに動作させるためには，$ \ 2 \ $台の変換器内でループして電流を流す期間が必要となります。これを循環電流と言います。

(5)解答：リ
題意より解答候補は，（ハ）$ \ ±20 \ $，（リ）$ \ ±30 \ $，（ル）$ \ ±10 \ $，になると思います。
揚水運転時の電力は一般に可変速揚水発電機の回転速度の$ \ 3 \ $乗に比例するので，回転速度を$ \ ±10 \ \mathrm {[％]} \ $可変としたときには，電力は$ \ ±30 \ \mathrm {[％]} \ $程度は制御可能なことになります。