《機械》〈パワーエレクトロニクス〉[H25:問9]単相ダイオードブリッジ整流回路に関する空欄穴埋問題

【問題】

【難易度】★★★☆☆(普通)

次の文章は,下図に示すような平滑コンデンサをもつ単相ダイオードブリッジ整流回路に関する記述である。

図の回路において,平滑コンデンサの電流\( \ i_{\mathrm {C}} \ \)は,交流電流\( \ i_{\mathrm {s}} \ \)を整流した電流と負荷に供給する電流\( \ i_{\mathrm {d}} \ \)との差となり,電圧\( \ v_{\mathrm {d}} \ \)は\( \ \fbox {  (ア)  } \ \)波形となる。この平滑コンデンサをもつ整流回路は,負荷側からみると直流の\( \ \fbox {  (イ)  } \ \)として動作する。

交流電源は,負荷インピーダンスに比べ電源インピーダンスが非常に小さいことが一般的であるので,通常の用途では交流の\( \ \fbox {  (ウ)  } \ \)として扱われる。この回路の交流電流\( \ i_{\mathrm {s}} \ \)は,正負の\( \ \fbox {  (エ)  } \ \)波形となる。これに対して,図には示していないが,リアクトルを交流電源と整流回路との間に挿入するなどして,波形を改善することが多い。

上記の記述中の空白箇所(ア),(イ),(ウ)及び(エ)に当てはまる組合せとして,正しいものを次の(1)~(5)のうちから一つ選べ。
\[
\begin{array}{ccccc}
& (ア) & (イ) & (ウ) & (エ) \\
\hline
(1) & 脈動する & 電圧源 & 電圧源 & パルス状の \\
\hline
(2) & 正負に反転する & 電流源 & 電圧源 & パルス状の \\
\hline
(3) & 脈動する & 電圧源 & 電圧源 & ほぼ方形波の \\
\hline
(4) & 正負に反転する & 電圧源 & 電流源 & パルス状の \\
\hline
(5) & 正負に反転する & 電流源 & 電流源 & ほぼ方形波の \\
\hline
\end{array}
\]

【ワンポイント解説】

単相ブリッジ整流回路に関する問題です。電圧電流の流れがどうなるかをきちんと理解していることが重要となります。

1.単相ブリッジ整流回路の動作
問題図のような単相ブリッジ整流回路について,\( \ v_{\mathrm {s}}>0 \ \)の時,交流電源から供給される電流の流れは図1のようになります。\( \ v_{\mathrm {s}}<0 \ \)の時,交流電源から供給される電流の流れは図2のようになります。
この時の各電圧の波形は図3のようになります。\( \ v_{\mathrm {d}} \ \)の電圧の下がりが緩やかなのは,平滑コンデンサに蓄えられる電荷が少しずつ流れ出て電圧が維持されるからです。平滑コンデンサの静電容量が十分に大きい場合は,電圧の下がりがほとんどなく,\( \ v_{\mathrm {d}} \ \)はほぼ一定となります。
電源から電流が流れるのは,コンデンサから電流が供給されていない間(すなわち,図3の波形で\( \ \left| v_{\mathrm {s}}\right| =v_{\mathrm {d}} \ \)となっている区間)となります。


【解答】

解答:(1)
(ア)
ワンポイント解説「1.単相ブリッジ整流回路の動作」の図3の通り,電圧\( \ v_{\mathrm {d}} \ \)は脈動するような波形となります。

(イ)
ワンポイント解説「1.単相ブリッジ整流回路の動作」の通り,平滑コンデンサは負荷側から見ると,電圧を維持しようとする働きがあるすなわち電圧源のような働きがあることになります。

(ウ)
電源のインピーダンスは一般に非常に小さくしているので,ほぼ零すなわち電圧源として扱われます。

(エ)
電源から供給される電流\( \ i_{\mathrm {s}} \ \)は,コンデンサから供給されていない時に流れる。したがって,供給される電流はパルス状になる。