インバーターとは
インバーター (英語: inverter) とは、入力された電流を交流電流へと変換する装置です。
入力する電流には、直流と交流どちらのケースもあります。後者の場合、入力された交流電流は一度直流に変換された後、電圧や周波数が変調した別の交流電流に再び変換されます。
インバーターはその構造を構成する回路の一つであるインバーター回路と区別するために、インバーター装置と呼ばれることもあります。
インバーターの使用用途
インバーターは、モーターを利用した電気製品によく利用されています。なぜなら、インバーターは主にモーターの回転の制御に使われているからです。
インバーターを利用した最も身近な製品はエアコンです。インバーターはコンプレッサ部分に搭載されており、モーターの回転の強弱をコントロールしています。インバーターがなければ、エアコンの温度調節は運転のオン・オフだけで行わなければなりません。
インバーターを用いることによって、運転のオン・オフではなく、運転の強弱によって温度を管理することが可能になります。電源のオン・オフは大量の電力消費を伴うので、インバーターは省電力化に貢献していると言えます。そのため、現在販売されているエアコンにはインバーターが搭載されている場合がほとんどです。
インバーターの原理
インバーターは大きく、コンバーター回路、コンデンサー、インバーター回路の3つによって構成されています。インバーターでは、交流電流を別の電圧や周波数が変調した交流電流に変換するには、入力電流を一度コンバーター回路に通して直流電流に変換します。
この変換は、ダイオードを用いて整流することで達成されます。整流された電流は、コンデンサーに蓄えられ、充電・放電を繰り返すことで更に整形されます。
こうして擬似的な直流電流を作り、続いてインバーター回路に入力します。インバーター回路では、パルス幅変調 (PWM) というパワートランジスタのスイッチングによって、幅の異なるパルス波を発生させています。
これらを合成することによって、擬似的な正弦波を作り出すことが可能です。パルス電圧を生成する場合は電圧型インバータ、パルス電流を生成する場合は電流型インバータと呼びます。生成するパルス幅の組み合わせを制御することで、電圧や周波数を自由に変えられます。
インバーターのその他情報
1. インバーター制御のメリット・デメリット
メリット
インバーターを採用する理由の多くは、省エネ化を目的としています。回転機構を持つ機械にインバーターを搭載すると、モーターの回転数を必要な分に合わせて調整が可能なため、過度に機械を稼働させずに済み、省エネ化に繋がります。
また、エアコンやオイルコンなどの流体の温度調節を行う機械に搭載することで、温度制御の精度が向上する点もメリットの一つです。従来の製品では、電源のON/OFFの切り替えのみで温度を管理していたため、消費電力が多いうえに設定温度との誤差が大きくなってしまう傾向がありました。インバーターはこういった問題を解消する装置として、非常に有効なものだったといえます。
デメリット
デメリットとしては、費用が高額になってしまう点や、インバーター内のコンデンサは消耗品のため、定期的に交換が必要になる点などが挙げられます。使用を検討する際は、デメリットもよく考慮したうえで、総合的に判断することが重要となります。
2. インバーターが壊れる原因
インバーターを長年使用していると、過電流トリップや過電圧トリップが起こりやすくなります。このような場合に考えられるのは、インバーターに内蔵されているコンデンサの「寿命」です。
インバーター内のコンデンサの多くは「電解コンデンサ」が使用されています。電解コンデンサは周囲の温度の影響を受けやすく、温度が10℃上昇すると、寿命は1/2になるとも言われています。
そのため、夏の暑い時期に連続稼働しているエアコンなどは電解コンデンサの消耗が急速に進み、最終的に故障してしまうケースが多いです。過電流・過電圧トリップの他にも、モーターの回転時に振動が出ていたり、異常な振動音がしたりする場合には、早期のインバーター交換が推奨されます。さらに劣化が進むと、電解コンデンサが膨らんできたり、液漏れが起きたりするケースもあります。
参考文献
https://www.fujielectric.co.jp/products/column/inverter/inverter_02.htm
http://energychord.com/children/energy/pe/inv/contents/inv_fund.html
https://www.takagishokai.co.jp/product-search/2016/06/02/57