《機械》〈パワーエレクトロニクス〉[H23:問9]単相双方向サイリスタスイッチに関する論説問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆（普通）

次の文章は，単相双方向サイリスタスイッチに関する記述である。

図1は，交流電源と抵抗負荷との間にサイリスタ\( \ \mathrm {S}_{1} \ \)，\( \ \mathrm {S}_{2} \ \)で構成された単相双方向スイッチを挿入した回路を示す。図示する電圧の方向を正とし，サイリスタの両端にかかる電圧\( \ v_{\mathrm {th}} \ \)が図2（下）の波形であった。

サイリスタ\( \ \mathrm {S}_{1} \ \)，\( \ \mathrm {S}_{2} \ \)の運転として，このような波形となりえるものを次の(1)～(5)のうちから一つ選べ。

\[
\begin{array}{cl}
\hline
(1) & 　 \mathrm {S}_{1} \ , \ \mathrm {S}_{2} \ とも制御遅れ角 \ \alpha \ で運転　 \\
\hline
(2) & 　 \mathrm {S}_{1} \ は制御遅れ角 \ \alpha \ , \ \mathrm {S}_{2} \ は制御遅れ角 \ 0 \ で運転　 \\
\hline
(3) & 　 \mathrm {S}_{1} \ は制御遅れ角 \ \alpha \ , \ \mathrm {S}_{2} \ はサイリスタをトリガ（点弧）しないで運転　 \\
\hline
(4) & 　 \mathrm {S}_{1} \ は制御遅れ角 \ 0 \ , \ \mathrm {S}_{2} \ は制御遅れ角 \ \alpha \ で運転　 \\
\hline
(5) & 　 \mathrm {S}_{1} \ はサイリスタをトリガ（点弧）しないで, \ \mathrm {S}_{2} \ は制御遅れ角 \ \alpha \ で運転　 \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

単相双方向サイリスタスイッチいわゆるトライアックの原理に関する問題です。
今回はサイリスタの電圧波形が与えられているので，出力電圧がどのような波形になるかを検討した上で，適当なものを選択肢から選択すれば正答が導き出せるかと思います。

1.単相双方向サイリスタスイッチの動作
単相双方向サイリスタスイッチは，電源電圧\( \ e \ \)が正の場合と負の場合で，動作するサイリスタが異なります。
\( \ e ＞ 0 \ \)のとき，図1のように上側のサイリスタを通して電流が流れ，出力電圧\( \ v \ \)は電源\( \ e \ \)と同電圧の正の電圧が現れます。
\( \ e ＜ 0 \ \)のとき，図2のように下側のサイリスタを通して電流が流れ，出力電圧\( \ v \ \)は電源\( \ e \ \)と同電圧の負の電圧が現れます。
したがって，出力波形は図3のようになり，制御遅れ角\( \ \alpha =0 \ \)のときは入力電圧\( \ e \ \)と同電圧，制御遅れ角\( \ \alpha > 0 \ \)のときは制御遅れ角\( \ \alpha \ \)の後，入力電圧と同じ電圧波形が出力されます。
これにより，出力電圧\( \ v \ \)はの平均値制御遅れ角\( \ \alpha \ \)を制御することで，\( \ 0≦v≦e \ \)までコントロールすることが可能となります。

【解答】

解答：(3)
抵抗負荷にかかる電圧\( \ v \ \)は，
\[
\begin{eqnarray}
v &=&e-v_{\mathrm {th}} \\[ 5pt ] \end{eqnarray}
\] であるから，\( \ v \ \)の波形は図4の通りとなる。
図4より，正の電圧のみ発生しているので，サイリスタ\( \ \mathrm {S}_{1} \ \)は制御遅れ角\( \ \alpha \ \)で制御され，サイリスタ\( \ \mathrm {S}_{2} \ \)はオンされないすなわちサイリスタをトリガ（点弧）しないで運転していることがわかる。