正弦波インバーターの原理を教えてください

質問

そのものズバリの質問です。

ヤフオクなどで数千円のDCACインバーターでも正弦波方式が有ると聞いて驚きました。

パルス方式の擬似正弦波は分るのですがどのような原理でDC12Vを本物の100V正弦波に変換出来るのか教えてください。

回答No.7

miyatatu · ベストアンサー

＞パルス方式の擬似正弦波は分るのですがどのような原理でDC12Vを＞本物の100V正弦波に変換出来るのか教えてください。

皆さんが回答しているように。現在巷に出回っている物の多くは、スイッチングPWM式で昇圧型のスイッチング電源でDC12VをDC140～150V程度の直流に変換します。そこで得られた高圧（DC150V)を50Hz・60Hzの倍周期になるようPWM パルス幅変調を掛けて階段状の波形をつくります。その後その波（周期）に同期した50Hz・60Hzなりの周期で極性を変えてあげて一定のフィルターを通せば交流正弦波出来上がりです。
PWMの周波数が高ければ 音的には 可聴音を超えてしまうので騒音は目立たなくなります。が階段状の精度が悪ければやはり唸り（周期的な）が出てしまうと思います。

＞ヤフオクなどで数千円のDCACインバーターでも正弦波方式が有ると聞いて驚きました。

但し正弦波と一口に言っても波形歪・周波数安定度・出力変動幅・負荷追従度等により レベルも様々で実際に性能は価格なりですね。ある限られた状況（負荷が）ではそこそこな正弦波かも？

おっしゃる様に実際モーターなど回してみれば唸りの有無で一発です。
ちなみに私の今使っているやつ 未来○のPOWER TITEはモーター等を回しても唸り等は全くありません。但し桁が変わり 数万円しますが・・・

ノイズ的には、スイッチング・PWM式のものは、やはりかなりのノイズを出します。
桁が2桁ほど変わって 数百W定格で数十万円程ご予算があれば 完全アナログ式（シリーズブースト式）のアンプのようなインバーターも世の中御座いますが、効率最悪でヒーターの如く熱を出す代物です。 スイッチングが一切無いので 超高精度でノイズなしで質問者様のご希望にマッチしますでもラジオの為だけでは現実的（勿体無い）ではありませんね。

お礼

とても詳しい解説有難うございました。
やはり一般的な正弦波インバーターはパルスを波形整形していると言う事で納得しました。

始めから正弦波で行うアナログ式では発熱が大きいのもうなずけます。
もしかすると直流モーターに交流発電機を付けたような原始的な物が一番優秀かも知れませんね。
今回は有難うございました。

回答No.8

pochi2tama

No.5です。

この場合の直流電源はもちろんＰＷＭ（スイッチング）電源です。この基準電圧に固定値を使えば直流出力になりますが、基準電圧を正弦波にすれば交流出力の電源、ようするにインバータになるという事です。直流電源にスイッチング電源を使うので、効率もスイッチング電源と（ほぼ）同等です。

昔ながらの三端子レギュレータ（シリーズレギュレータ）のような分圧型の電源の電圧を正弦波で可変すれば、もちろん効率の悪いインバータを作る事も可能です。

お礼

結局電源安定化装置の基準電圧を正弦波にすれば出力も当然正弦波になる、と。

しかも直流電源部にはスイッチング電源を採用すれば効率も悪くない、という訳ですか。

オーディオアンプの入力と出力の関係のような物ですね。
詳しい解説有難うございました。

回答No.6

tadys

COTEKの正弦波インバーターのところには、スイッチングPWM方式とあります。

おそらく、DC-DCコンバータで±140ボルト（あるいは280ボルト）の直流を作って、
これをPWMで正弦波にしているのでしょう。
これならば、ローパスフィルタは小さいものですみます。

参考URL：

http://www.rakuten.co.jp/onegain/505124/541608/

お礼

回答有難うございます。
家庭用エアコンのインバーターは擬似三相交流で回していますが結局パルス方式では完璧な正弦波は無理でしょうか？
空気清浄機を回す程度ですからまあノイズが出なければ良いのですが参考URLの商品は価格も凄いですね。

一万円以内でノイズゼロの商品があれば嬉しいのですが。

回答有難うございました。

回答No.5

pochi2tama

No.4のかたがおっしゃる様にＰＷＭが一般的と思います。

５０Ｈｚの矩形波を単純なフィルターで正弦波にするのはよほど負荷が軽いか、あるいは一定でなければ大変です。

単純に言えば以下のように言えます。

例えば通常のＤＣ電源では100Vを12Vに落としたりします。
この場合、出力が「１２Ｖ一定」になるように制御します。（基準電圧が１２Ｖ）

ここでこの基準電圧を変化出来る電源が有ったとすれば、正弦波の出力が得たい場合には、基準電圧に正弦波を使えば良い事がわかると思います。

お礼

回答有難うございます。なるほど良く分かりました。

確かにパルス方式と違い正弦波で制御すればきれいな波が出ますね。
但しパルスと比べて発熱が大きいのでは無いでしょうか？

パルス方式はスイッチングですから原理的に発熱は僅かでしょうけど正弦波で制御すれば可変抵抗器のような物ですから負荷が大きければ発熱も大きいでしょうね。
分りやすい説明有難うございました。

回答No.4

ytrewq

電源周波数に等しい５０Ｈｚや６０Ｈｚの矩形波にローパスフィルターを通せば、理論上は正弦波にすることは可能ですが、実際はフィルターがたいへんです。

普通、インバーターで正弦波を作るときはＰＷＭ(パルス幅変調）という方法をとります。
これは、高い周波数のパルスで、５０Ｈｚや６０Ｈｚの正弦波波形のタイミングに合わせてパルス幅を変化させた矩形波をつくるものです。　こうすれば、矩形波の高い周波数成分だけを阻止すれよいので、ローパスフィルターが簡単になります。

お礼

回答有難うございます。
結局数千円のインバーターはＰＷＭプラスローパスフィルターと言う構成な訳ですね。

ヤフオクで見つけたあるメーカーの物は見事な正弦波でした。
本当にこんなにきれいな波が出るのか信じられなかったのです。

今回は有難うございました。

回答No.3

530529

＃１です。
ＤＣＡＣインバーターでは、バッテリーの直流１２Vの電圧を、交流の１００Vにしています。
その方法としては、まず直流を交流にして、トランスで１００Vにするのが普通かと思います。
その際に交流として、正弦波（に近い物）を使っている物を購入されては、いかがでしょうかと言いたかったのです。
すでに＃２の方も書かれているようにフィルターで正弦波に近づけている物が多いかと思います。

お礼

ごていねいに有難うございます。

実はその正弦波インバーターなる物が本当に正弦波か？という疑問があったのです。
4000円位で本当に正弦波が買えるのか？という疑問ですね。
用途は数十ワットの空気清浄機ですからあまりシビアな性能は必要ないのですが、でもうるさいのは困ると思いまして。

回答No.2

mii-japan

数千円のものの構成は知りませんが、

矩形波はローパスフィルタを通せば正弦波が得られます
ローパスフィルタの性能により、得られる正弦波の波形が違ってきます
低次高調波まで阻止できれば、きれいな正弦波が得られます
また矩形波よりも階段状の波形の擬似正弦波の方が、低次高調波が少ない分、ローパスフィルタの性能が悪くてもきれいな正弦波が得られます

AC100Vを得るには、トランスで変圧するのが簡単です、またトランスはローパスフィルタでもあるのでその意味でも有利です

お礼

回答有難うございます。

PWMのパルス出力をローパスフィルターで滑らかにして正弦波らしくすると言う事ですね。
>階段状の波形の擬似正弦波の方が、低次高調波が少ない分‥
手持ちのインバーターは単純なPWM方式かも知れません。ラジオへのノイズとモーターの唸り音が大変気になるのです。

で、最近ヤフオクで数千円で正弦波インバーターが買えそうなのですが値段が値段ですので本当に正弦波か？と言う疑問が沸いて来た訳です。
今回は有難うございました。

回答No.1

530529

効率を無視すれば、入力波に正弦波を使用すれば出力にも正弦波が出てくると思うのですが、いかがでしょうか　？（トランスなどのなまりを別にして）
または、出力側で疑似正弦波にフィルターをかけて周波数の高いところを減らせば正弦波に近づくのでは無いでしょうか　？

お礼

早速のご回答有難うございます。

>入力波に正弦波を使用すれば出力にも正弦波が出てくると思うのですが
申し訳ありません、この意味が分らないのですが‥

実は家庭用の空気清浄機を車内で使っているのですがモーターの唸り音とAMラジオへのノイズがとても気になり正弦波インバーターを探していたのです。