インバーターから発せられるノイズについて

質問

始めまして
インバーターから発せられるノイズについてご質問があります。
お手数ですが、回答していただけないでしょうか？

(1)インバーターから発せられるノイズは、DCからACへ変換する為にパルスをスイッチング動作で発生させていると知りました。しかし、なぜスイッチング動作時にノイズが発生するのでしょうか？

(2)そもそも、ノイズはどのようにして生まれるのでしょうか？

回答No.6

mdmp2 · ベストアンサー

No.4です。
前回の回答をどこまで理解して読んでいただいているかわかりませんので一部繰り返しになりますが、

まず、雑音とは何であるか理解する必要があります。
wikiに、「ノイズとは、処理対象となる情報以外の不要な情報のことである。」と、雑音（ノイズ）の定義が述べられています。

なぜスイッチング動作時にノイズが発生するのでしょうか？
＞＞＞スイッチング動作とは、押し釦スイッチを押したり離したりするのと同じで、電流を流したり切ったりする動作です。
スイッチング動作にはオンのj状態とオフの状態しかなく、中間はありません。その結果、流れる電流は矩形波（方形波）になります。
スイッチング周波数が数百キロヘルツとすると、矩形波電流には基本波数百キロヘルツとその奇数倍の周波数（奇数次高調波）が含まれます。
スイッチング周波数を300kHz とすると、矩形波電流には、基本波が300ｋHz(エネルギーとしてはこれが最も大きい）、第３高調波が900kHz, 第五高調波が1500kHz、第七高調波が2100kHz ・・・と無数の高調波が含まれます。
スイッチング電源の内部にはこのような電流が流れていることをご理解ください。
電流が流れているだけで、それが装置の外にでなければ雑音ではありません。

スイッチング周波数は数百kHzで、その周波数がノイズとなり
近くの配線を電磁誘導させる⇒その配線に電流を流す。
その電流がノイズとなるであっておりますでしょうか？
＞＞＞だいたいそんなところだと思います。
矩形波（基本波と奇数次高調波を含む）電流が流れている導体に近接して配置されている導体に電磁誘導および静電誘導によりそれらの周波数の起電力が発生します。
この起電力が、電源ケーブルおよび出力ケーブルから外部に出ます。それがなんらかの形で通信機器や電子機器に妨害を与える可能性がありますので、雑音です。(wikiの定義により）

もうひとつ、回路や配線に矩形波（基本波と奇数次高調波を含む）の電流が流れると、その回路や配線など、電流が流れるあらゆる部分から、それらの周波数の電波が放射されます。（電流が流れると電波が出る）
放射された電波は近くの通信機器や、電子機器に妨害を与える可能性があります。
通信機器や電子機器に有害を与える電波はそれらの機器にとっては雑音です。(wikiの定義により）
WiFi の電波が携帯に妨害を与えるなら、携帯にとって、WiFiの出す電波は雑音です。あるものにとって有用でも、他のものにとって有害なら、他のものにとっては、雑音になります。

お礼

お忙しい中、回答していただきありがとうございました。
理解できました。ありがとうございます。

回答No.5

noname#252929

電子回路などには、インダクタンス成分が存在します。

そのインダクタンス成分で、電気をON/OFFすれば、その瞬間に高い逆起電力が発生して、それがノイズになります。

お礼

お忙しい中、ご回答ありがとうございました。
お手数ですが、1つお聞きしたいのですが、
逆起電力は、何故ノイズとなるのでしょうか？

回答No.4

mdmp2

インバータはスイッチング作用によってDCからAC に変換します。一昔前のインバータの出力波形は矩形波だったので、正弦波を得るために、複数の矩形波を合成したり、大掛かりのフィルタを設置するなど、大変でした。現在はPWM技術とフィルタを使った、正弦波出力のインバータが主流です。いずれの場合も基本は矩形波です。
PWM方式のインバータのスイッチング周波数は数百kHz（ずいぶん曖昧ですが）だそうです。
矩形波は多くの奇数次高調波を含みます。（偶数次高調波はふくまない。)100kHz の矩形波は、基本波が100kHz、第3次高調波が300kHz, 第5次高調波が500kHz, 第7次なら700kHz・・・・・となります。高調波の振幅は第3次なら、基本波の1/3, 台5次なら基本波の5/1, 第7次なら基本波の1/7 ・・・・となります。例えば、第9次高調波は、周波数が900kHz でAM放送のTBSに近い周波数です。振幅は基本波の1/9 ですから、とても無視できるレベルではありません。
そのあたりの理屈に興味があれば、https://ja.wikipedia.org/wiki/%E7%9F%A9%E5%BD%A2%E6%B3%A2 を見てください。
ここまでは、矩形波には多くの高調波が含まれることを説明しました。

さて、電線に交流電流が流れると、電磁波(電波)が出ます。町中にある配電線からも電波が出ています。
「電線に交流電流が流れると電磁波が出る」というのが、「なぜスイッチング動作時にノイズが発生するか？」の答えです。
スイッチング電源には、先に説明した多くの高調波を含む電流が流れているのでそれらの周波数の電波が出ます。それらは、望まないものにとっては「雑音（EMI)」です。雑音が野放図に出されては困りますので、それを規制する規格(EMC)があります。
EMI を規格内に収めるために、スイッチング電源を金属ケースでシールドし、電源と出力に雑音が漏れ出さないようにフィルタを設置します。それでも雑音はゼロにはなりません。
ノイズの実態を確かめたければ、AMラジオをACアダプタにつか付けてチューニングダイヤルを回してみればわかります。

お礼

お忙しい中、ご回答ありがとうございます。
1つお聞きしたいのですが、

スイッチング周波数は数百kHzで、その周波数がノイズとなり
近くの配線を電磁誘導させる⇒その配線に電流を流す。
その電流がノイズとなるであっておりますでしょうか？

回答No.3

fujiyama32

インバーターやモーター、配線類には「浮遊容量」と称する微小の
コンデンサー成分があります。
インバーター内のパワートランジスターが高速スイッチング動作します
とこの「浮遊容量」に対してごく僅かな漏れ電流が流れます。

高速スイッチング動作により、この漏れ電流も高速で変化しますので
高い周波数成分となり、他の機器に影響を与えることになります。
これがノイズと言うことになります。
図解で示しますと分かり易いのですが、各サイトを検索してみましたが、
適切な図解を見つけることができませんでした。
インバーターメーカーにて「インバーターのノイズ」を解説した資料が
用意されていますので、メーカーの技術窓口へ電話して相談することを
お勧めします。

お礼

お忙しい中、ご回答ありがとうございました。
１つお聞きしたいのですが、
ノイズ＝電流と考えれば良いのでしょうか？

回答No.2

nagata2017

スイッチ類を物理的にオンオフするときに接点がついたり離れたりします。
すると目で見てもわかりますが　接点の距離が近いところでは　電気が空気中を飛んでいきます。火花のようなものが見えます。
そのときに電磁波・・・電波が発生します。
それが雑音の元です。

お礼

お忙しい中、ご回答ありがとうございました。

回答No.1

cwdecoder

矩形波の̚カド部分には、様々な周波数が含まれています。
たとえば、部屋の電灯や、オーブントースター、懐中電灯などの電源スイッチを入れた瞬間に、広い範囲での周波数帯でノイズが発生します。

お礼

お忙しい中ご回答ありがとうございました。