令和7年度第三種電気主任技術者下期試験　機械科目 問161 解説 問16(a) 問16

一つのダイオードで発生する損失の平均値は、順電圧降下$V_F$と直流電流$I_d$の積に対して、ダイオードが導通している期間の割合（デューティ比）を乗じることで算出され、本問の条件では$1.0 \times 36 \times (1/3) = 12 \text{ [W]}$となります。

ダイオードの損失と通電期間

パワー半導体デバイスであるダイオードは、電流が流れる際に電圧降下（順電圧降下$V_F$）が発生します。電力損失$P$は、流れる電流$i$と電圧降下$V_F$の積（$P = V_F \times i$）として定義されます。

本問のような三相整流回路では、各ダイオードは1サイクルの中で順番に通電します。問題文にある「通電する期間が1サイクルの1/3である」という条件は、このダイオードがオンしている期間の平均的な負荷率を示しています。損失の平均値を求める際は、電流が流れている瞬間の電力に、そのデバイスが動作している時間の割合を掛けることで、1周期あたりの平均的な消費電力を導き出すことができます。

損失計算の手順

1. ダイオードが導通している間の損失を特定します。このとき、順電圧降下$V_F = 1.0 \text{ [V]}$と、平滑リアクトルにより一定に保たれている直流電流$I_d = 36 \text{ [A]}$を掛け合わせます。 $1.0 \text{ [V]} \times 36 \text{ [A]} = 36 \text{ [W]}$

2. 1サイクル全体に対する通電期間の割合を考慮します。各ダイオードは1サイクルのうち1/3の期間だけ通電するため、損失の平均値は、先ほど求めた導通時の損失にこの期間の比率を乗じます。 $36 \text{ [W]} \times \frac{1}{3} = 12 \text{ [W]}$

この計算により、ダイオードで発生する平均的な損失は12[W]であることがわかります。

整流回路の図に描かれた各ダイオードの配置と、電流が流れる経路の周期性を重ねてみると、各素子が担う通電期間の役割が見えてきます。

参考リンク

• 電気主任技術者試験（電験三種）の合格体験記と学習法
• 【パワー半導体】ダイオードの損失計算と熱設計の基礎
• pn接合ダイオードの順方向電圧降下に関する物理的定義