令和7年度第三種電気主任技術者下期試験　機械科目 問162 解説 問16(b) 問16

三相整流装置において、入力交流電圧200V、周波数50Hz、直流電流36A、交流側リアクトル5.56×10^-4H、ダイオード順電圧降下1.0Vの条件下で、与えられた直流電圧降下の公式に各数値を代入して計算すると、出力電圧は262Vとなります。

三相整流回路における電圧降下のメカニズム

三相ブリッジ整流回路では、交流電源のインダクタンス成分（漏れリアクタンスなど）が存在すると、電流が流れる素子を切り替える際に、一瞬だけ複数の素子が導通する「転流」という現象が起こります。この転流期間中は出力電圧が短絡された状態に近くなるため、理想的な整流電圧から一定の電圧分が差し引かれます。これが問題文にあるリアクタンスによる電圧降下です。

また、ダイオードは導通時に一定の順電圧降下（VF）を伴います。ブリッジ回路では、常に2つのダイオードが直列に導通しているため、合計で2VF分の電圧降下が生じます。これらを含めた実際の出力電圧Vdは、理想的な整流電圧から転流に伴う電圧降下成分と、素子の順電圧降下成分を引いた値となります。

出力電圧の算出手順

与えられた式に基づき、以下の手順で値を求めます。

1. 交流側リアクタンス XL[Ω] を算出します。 誘導性リアクタンスの公式 XL = 2 * π * f * LL を用います。 XL = 2 * π * 50 * 5.56 * 10^-4 = 100 * π * 5.56 * 10^-4 ≒ 0.1747[Ω]

2. 理想的な直流電圧（無負荷時の電圧）を算出します。 式中の第1項 (3 * √2 / π) * VL を計算します。 (3 * 1.414 / 3.1416) * 200 ≒ 1.35 * 200 = 270[V]

3. 転流による電圧降下を算出します。 式中の第2項 (3 / π) * XL * Id を計算します。 (3 / 3.1416) * 0.1747 * 36 ≒ 0.9549 * 0.1747 * 36 ≒ 6.0[V]

4. ダイオードによる電圧降下を算出します。 式中の第3項 2VF を計算します。 2 * 1.0 = 2.0[V]

5. 全体の出力電圧 Vd を確定します。 Vd = 270 - 6.0 - 2.0 = 262[V]

交流側の電源電圧から、リアクトルのインダクタンスによる電圧の食い合いと、整流素子内部での損失分を差し引いてみると、直流側の負荷へ届く電圧の大きさが明確に見えてきます。

参考リンク

• 三相全波整流回路の概要
• パワー半導体を用いた整流回路のシミュレーション
• 整流回路の定義と動作原理（電気学会）