2024年8月18日実施 機械 A問題 問10

抵抗 R とリアクトル L を直列接続した負荷に，単相半波ダイオードで電力を供給する回路。スイッチ S と環流ダイオードは直列に接続されて1つの枝を構成し，その枝全体が負荷（R・L直列）と並列に接続されている。S を閉じるとこの枝に電流が流れる経路が完成し，環流ダイオードが有効になる。

→ e_d の波形 = 波形1（正の半波 + 一部負）= (ア)

→ i_d の波形 = 波形5（電圧零越えより遅れ，電圧が負の間も電流が継続する波形）= (イ)

→ e_d の波形 = 波形2（正の部分のみ，ゼロ以下なし）= (ウ)

スイッチ S 開（環流ダイオードなし）では，リアクトルのエネルギーで電源電圧が負になった後も電流が継続し，その間は負荷電圧が電源電圧（負値）と一致するため，e_d は一部負の値をとる波形となる。波形2（正の部分のみ）は環流ダイオードがある場合の波形であり，スイッチ開の状態では現れない。

リアクトルがある誘導性負荷では，電圧がゼロになっても電流はすぐに消えず，電源電圧が負の期間まで継続する。波形5はこの「電圧零越え後も継続して流れ，広い範囲で電流が流れる」特性を示す。波形4は環流ダイオードなし・電流継続が短い場合（より小さい誘導性）を示すもので，リアクトルのエネルギーが大きい本問の状態には対応しない。

環流ダイオードを接続（スイッチ S 閉）すると，電源電圧が負に転じた瞬間から環流ダイオードが導通して負荷電流を循環させ，負荷電圧はクランプされてゼロ以下にならない。よって e_d は正の部分のみの波形2となる。波形3は電流継続が短く負荷電圧が一部負になる波形であり，環流ダイオードがある場合の正しい波形ではない。

環流ダイオードがあると，電源電圧がゼロ以下になっても電流が環流ダイオード経路で継続して流れるため，電流が流れる期間はスイッチ開（環流ダイオードなし）のときより長くなる。環流ダイオードを付けることで電流の連続性が増すため，「短くなる」は誤りである。