今日はインバータの中がハードウェア的にどうなっているのかを勉強してみました
どのような回路・パーツを持っているのか、それらはどんな役割を持っているのかを書いています
インバータの構成
インバータの中には
- コンバータ回路
- 平滑用コンデンサ
- インバータ回路
- 制御回路
があります
インバータの中にインバータ回路、とマトリョーシカみたいでちょっと分かりづらかったですが、
コンバータ回路が入力部
インバータ回路が出力部
という感じです
DFDで表すとこんな感じ（図の作成に1時間以上かかった…）
では一つずつ見ていきます
コンバータ回路
コンバータ回路では交流波を直流に変換します
そのために、どこのご家庭にもある一般的なダイオードを使います
ダイオードは
アノード側からは電流が流れますが
カソード側からは電流が流れません
その性質を使うことで交流波を一定の方向にのみ、つまり直流に変換することができます
2相の回路を描いてみます
ここに電圧をかけると下のような電圧が得られます
無事に負の電圧を消すことができて直流に変換することができました！
・・・・・・とはならないですね、これだと脈動が大きすぎて電圧が安定しません
ここで平滑用コンデンサの登場です
ちなみに、単相（1相）の場合は山ができて、しばらく「0」になって、また山ができて…を繰り返します
平滑化用コンデンサ
コンデンサは電気（電荷）を蓄えたり放出したり、バッテリーのような役割を持つパーツです
コンデンサが
電圧がかかっているとき（山を登るとき）は充電
足りなくなったとき（山を下るとき）は放電
することで電圧を滑らかにすることができます
上図、右の赤い線が平滑化された電圧です
左側に比べると幾分かマシになったことがわかります
ただそれでも脈動していることもわかります
これをリップル（リプル）と呼びます
調べたところ、リップルの一番上と下と平均値の比をリップル率と呼び、この差が大きいと、うねりや熱損失、寿命の低下につながるので、リップル率は少なくとも5%以下とするのが望ましいようです
また、電圧が印加されるとき、大きな電流が流れ、ダイオードなどが壊れることを防ぐために突入防止回路も実装しておくと良いようです
インバータ回路
インバータ回路では直流から交流に変換します
その際、任意の周波数や電圧にすることができます
きれいな正弦波ではなく、矩形波ですが、正と負の電流が流れており、これも立派な交流です
この変換を行う回路を見てみます
モータ（負荷）に対してスイッチが4つ繋がっていて、『A』『B』と描いてあります
それぞれ同じ記号同士がペアになっており同時にON/OFFが切り替わります
スイッチAがONの場合、以下のよう負荷に対して「左から右」に電流が流れます
スイッチBがONのときは負荷に電流が「右から左」に流れます
スイッチA・BのON/OFFを繰り返し切り替えてあげることで負荷に正負の電流、つまり交流が流れます
A、BをONにする時間が共に0.5秒であれば1Hzとなるわけです
あとはこの時間を制御してあげることで周波数を自由に変えることができます
上の図のオレンジまたは青の枠内の時間の間ずっとスイッチがONであれば出力電圧は入力と同じになり、ON/OFFをパタパタと切り替えてあげると平均電圧となります
例えば0.5秒ONにしっぱなしのときは48Vだったとすると、半分の0.25秒ONにしたときは電圧も半分の24Vになります
この制御はPWM制御と呼ばれています
制御回路
上の回路図でではスイッチで書きましたが実際にはトランジスタが使われます
制御回路ではトランジスタのON/OFFの切り替えやON時間を制御します
モータ制御のソフト屋は主にここのソフトをいじることになると思います
今回はここまででにします
インバータの構成が把握できました
ソフト屋としてこれくらいインバータのことが知れてれいれば十分かなと思います
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