平成１１年・二次試験－機械・制御【問３】

図1は自己消弧形半導体バルブデバイスを用いた単相ブリッジ形PWM変換装置を含む回路を示し、図2は順変換動作時の変換装置交流側の基本波ベクトル図を示す。 交流電源電圧は、その最大値をVsmとすれば、であり、また、PWM変換装置により、直流平均電圧Vdが一定となり、かつ、入力電流isが電源電圧vsと同相の正弦波となるように制御されている。ただし、変換装置及び回路には損失がないものとする。 この回路について次の問に答えよ。 (1)変換装置が順変換動作を行っているとき、定常状態における変換装置の交流入力電圧及び交流電流の最大値をそれぞれVcm及びIsmとして、変換装置の交流入力電力の瞬時値pcを求めよ。 (2)定常状態において電源から負荷に供給される電力の平均値PLをVsm及びIsmを用いて表せ。 (3)上記(1)及び(2)の結果から、定常状態において直流平滑コンデンサCdに出入りする電力の瞬時値Δpcを求めよ。ただし、変換装置のPWM制御に伴う入力電流のリプル及び直流電圧のリプルは無視できるものとする。 (4)上記(3)で求めたコンデンサCdに出入する電力Δpcが、近似的に直流平均電圧VdとコンデンサCdに出入する電流icdの積に等しいとおけるものとして、電流icdの最大値Icdmaxを求めよ。 ただし、変換装置入力電圧と入力電流の位相差θを15°、負荷平均電力PLを4[kW]、直流平均電圧Vdを220[V]とする。また、cos15°=0.9659として計算してよい。

図略

【解答】