インバータの電力について

質問

電気の初心者です。

インバータの出力として必要な有効電力がわかっているときに、負荷による力率やインバータの効率を使って、どれだけの電力を入力したらよいかを知りたいのですが、教えていただけませんでしょうか。
また、前提条件としてインバータへ入力する電圧が決まっていることとしていただいても構いません。

質問の意味が不明であればその旨も教えていただけると大変助かります。

どうかよろしくお願いします。

回答No.2

NA2 · ベストアンサー

インバータということで難しく考えてしまっているのではないでしょうか？
答は単純です。
インバータに限らず、電力変換器の効率は、

効率（変換効率）＝出力電力／入力電力

です。ただし、交流の場合は分母・分子とも有効電力す。
つまり単位が［Ｗ］で表される電力です。

すなわち、直流入力・交流出力のインバータは
効率＝出力有効電力／入力直流電力
となりますから、出力有効電力および効率が既知であるならば、

入力電力＝出力有効電力／インバータの変換効率

となります。

◇ ここから補足でインバータの変換効率についてです。参考までに。
　基本的に出力有効電力が一定ならば、交流出力の負荷力率は関係ないのですが、インバータの特性上、力率によって若干変換効率が変化します。（数％の範囲ですが）一般的には高力率な（１に近い）ほど効率は良いようです。
　また、入力直流電圧によっても変化します。（こちらも数％）たいていのインバータは
入力直流電圧の最低と最高値が決まっています。こちらはインバータの用途や種類（ＣＶＣＦ or ＶＶＶＦ）によって異なります。
　効率が一番変化する条件は負荷率です。おおむね５０％以上の負荷率でしたら、定格条件の効率の数％の変化ですが、５０％以下の負荷率ですと負荷率が下がるにしたがって極端に効率が悪くなります。
　インバータのカタログに載っている効率はおそらく定格条件のものでしょう。定格条件以外の条件で入力電力を詳細に調べたいのならメーカに問い合わせましょう。

お礼

漠然とした質問にもかかわらず、なんとも的確な回答がいただけて驚くと共に大変感謝いたします。
ありがとうございました。

補足

インバータ効率に関して記述していただいていましたが、駆動方式がPWMであるとすると、入力の直流電圧、電流によって効率がどのように変化するのか教えていただけませんでしょうか？

よろしくお願いいたします。

回答No.3

NA2

NO.2です。

　たいていのインバータは、入力の直流電圧が変動しても交流出力電圧（電流）が変化しないように、出力電圧（電流）の制御を行っています。この制御によって、インバータの出力に接続されるモータなどの負荷装置が安定に動作できるようになります。
　さて、この様なインバータの動作をインバータの電源である直流電源から見ると、電力一定の負荷（定電力負荷）となります。直流の電力は電圧と電流の積ですから直流電圧が下がれば直流電流が増加し、逆に電圧が上がれば電流は減少します。
　ＰＷＭ駆動（制御）のインバータが上記の動作を具体的にどのように制御しているかといえば、搬送波（キャリアともいいます、普通は三角波やノコギリ波）に比較する信号波（普通は正弦波）の振幅を調整することによって、変換素子（最近はほとんどＩＧＢＴ）のオン時間比（オンデューティ）を変化させて制御しています。
　ＩＧＢＴがオンしている期間はＩＧＢＴ素子に電流が流れますが、ＩＧＢＴがオフしている期間はＩＧＢＴに並列接続しているフライホイールダイオード（ＦＷＤ）に電流が流れます。ＦＷＤに流れる電流はＩＧＢＴとは逆向きで、負荷から直流電源（実際には直流入力に普通は実装されている電解コンデンサ）に回生する電流です。このＦＷＤに流れる電流が多いと電源と負荷の間を行き来する電流（無効電流、とはいっても高調波の無効電流で、いわゆるリプル電流）が多く、インバータの損失も大きくなります。

前置きが長くなりました。本題です。

　インバータの入力の直流電圧が下がる。→オンデューティが増加する。→ＦＷＤに流れる電流は減少する。→無効電流が減少する。→インバータの損失が減少する＝効率が良くなる。
　このように多くの場合は直流電圧が低い方が効率が良いようですが、最初に言ったように、直流電圧が下がると直流電流は増加しますから、この電流増加によって電源とインバータを接続している配線などは損失が増加します。
　ただし、効率が良くなるといっても、ほとんどのインバータは１～２％程度です。

お礼

遅くなりまして申し訳ありません。
大変参考になりました。
ありがとうございました。

ここでいったん締めさせていただきます。

回答No.1

GTAC

インバータの性能は流せる電流で決まります。またインバータによっては負荷の力率を制限しています。

まず、負荷の仕様（種類、電圧、力率、３相・単相、定格電力）を明らかにすることが必要です。
工場の大型モーターなのか、データセンターのコンピュータの電源なのか、蛍光灯スタンドなのか、家庭用掃除機なのかによって求められる特性が違います。

一般論でしか答えられませんが、インバータの損失は多くて数％（効率９７％とか）です。
むしろ力率とか波形のひずみや負荷の断続パターンなどが実際上の問題になります。
（インバータが供給する）負荷の力率とインバータ入力の力率は一般には関係が有りません。

お礼

ご回答ありがとうございました。
参考にさせていただきたいと思います。

補足

負荷の仕様ですが、三相三線のブラシレスモータとしてお考えいただきたいです。

インバータの出力電流としては数十Armsと考えております。