令和7年度下期機械問16

三相全波整流回路のダイオード損失と、重なり角・順電圧降下を含む出力電圧

機械B問題配点 10点

出典：一般財団法人電気技術者試験センター令和7年度下期第三種電気主任技術者試験機械科目問題（問題文・選択肢は改変せず、公開PDFの該当ページをそのまま掲載しています）

正解

(a)(5)

(b)(4)

正解の出典：同センターが公表している解答

解説

**(a) ダイオード1個あたりの損失**

三相全波（6パルス）整流では、6個のダイオードが順番に通電し、1個あたりの通電期間は1サイクルの1/3（問題文にも明示されている）。平滑リアクトルが十分大きいので直流電流 I_d は一定と見なせる。

損失 = 順電圧降下 × 電流 × 通電比率 = V_F × I_d × (1/3) = 1.0 × 36 × (1/3) = 12 W

正解は(5)。

**(b) 出力電圧**

問題文で与えられた式にそのまま代入する。まず交流側リアクタンスを求める。 X_L = 2πfL_L = 2π × 50 × 5.56 × 10⁻⁴ ≈ 0.1747 Ω

第1項（理想的な三相全波整流の直流電圧） (3√2/π) × V_L = (3 × 1.414 / 3.142) × 200 ≈ 1.350 × 200 = 270.0 V

第2項（重なり角による低下） (3/π) × X_L × I_d = 0.9549 × 0.1747 × 36 ≈ 6.0 V

第3項（ダイオードの順電圧降下） 2V_F = 2 × 1.0 = 2.0 V

V_d = 270.0 − 6.0 − 2.0 = 262.0 V

正解は(4)。

注意点は3つ。①L から X_L への換算で 2πf を忘れないこと ②順電圧降下は電流経路に2個直列に入るので2倍すること ③選択肢が 270／264／263／262／251 と1〜2 Vずつ刻んであるので、各項を丁寧に計算すること。第2項を落とすと270に近い値、第3項を落とすと264になり、どちらも選択肢に用意されている。

選択肢ごとの理由

(1)(a)72 は通電比率1/3を掛けず、さらに2倍した場合の値。1個あたりの通電は1サイクルの1/3。
(2)(a)36 は V_F × I_d をそのまま計算した値。通電しているのは1/3の期間だけ。
(3)(a)24 は通電比率を2/3として計算した場合の値。
(4)(a)18 は通電比率を1/2とした場合の値。三相全波は6個で1周を分担するので1/3。
(5)正しい。(a) 1.0 × 36 × 1/3 = 12 W。(b) 270.0 − 6.0 − 2.0 = 262 V。

この論点は、データセンターの現場でこう出てくる

三相整流回路は、データセンターのUPSの入口そのもの。商用の三相交流をいったん直流に変え、蓄電池と並列につないで、インバータで再び交流に戻す——この最初の段が整流回路になる。この問題の3つの項が、そのまま現場の関心事に対応している。 **第1項**は理想値。三相200 Vからは約270 Vの直流が得られる、という感覚を持っておくと、直流中間回路の電圧が正常かどうかを盤の表示だけで判断できる。 **第2項の重なり角**は、交流側のインピーダンスがあるために転流が瞬時に終わらないことによる低下。これは電圧が下がるだけでなく、**電流波形をひずませて高調波を出す**原因でもある。DCでは整流器が大量にあるので高調波が系統に流れ、変圧器やコンデンサを過熱させる。対策として12パルス化（変圧器で位相を30°ずらして2組の整流器を使う）やアクティブフィルタ、PWM整流器が使われる。 **第3項の順電圧降下**は損失＝発熱。(a)で求めた12 Wがダイオード6個ぶんで72 W、これが盤内で熱になる。UPSの冷却ファンとヒートシンクは、この熱を捨てるために付いている。ファンが止まれば半導体の温度が上がり、最終的にはUPS全体が停止する。点検でファンの音と温度を見るのは、この計算の先にある話。

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