正弦波PWMとは

せいげんはぴーだぶりゅーえむ

インバータで正弦波に近い交流をつくるPWMの方式。出力したい周波数の正弦波(信号波)と、それより十分高い周波数の三角波(搬送波)を比べ、信号波が大きい間は上側、小さい間は下側のスイッチをオンにする。信号波と搬送波の振幅の比を変調率といい、変調率が1以下なら、出力電圧の基本波は変調率に比例する。1を超える過変調では、低次の高調波が増える。

やさしい解説で読む: インバーターとは? エアコンやEVで電気を自在に変えるしくみ

「正弦波PWM」は、1分野の4問の練習問題に出てきます(パワーエレクトロニクス回路など)。

この用語の分野: パワーエレクトロニクス回路

正弦波PWMの練習問題に挑戦

インバータの正弦波PWMで、スイッチのオンとオフを決める方法として、正しいものはどれか。

A出力したい周波数の半周期ごとに1回だけ、スイッチを切り替える
B搬送波を使わずにスイッチのオンとオフを乱数で決め、多くのパルスを平均したときに正弦波に近づくようにする
C出力したい正弦波(信号波)と三角波(搬送波)を比べ、信号波が大きい間は上側のスイッチをオンにする

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正解：C. 出力したい正弦波(信号波)と三角波(搬送波)を比べ、信号波が大きい間は上側のスイッチをオンにする

正弦波PWMでは、出力したい周波数の正弦波の信号波と、それより十分に高い周波数の三角波の搬送波を比べます。信号波が搬送波より大きい間は上側、小さい間は下側のスイッチをオンにすると、パルスの幅が正弦波に沿って変わる電圧が得られます。この電圧がモータの巻線のインダクタンスなどで平滑されると、信号波に比例した正弦波の成分が残ります。半周期ごとに1回だけ切り替える方式は方形波インバータと呼ばれ、低次の高調波を多く含みます。

直流電圧600 Vのインバータのレグを正弦波PWMで動かし、変調率を0.8とした。直流電源の中点に対するレグの出力電圧の基本波の振幅(最大値)として正しいものはどれか。

A240 V
B300 V
C480 V

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正解：A. 240 V

変調率mは、信号波の振幅を搬送波の振幅で割った値です。mが1以下の線形の範囲では、レグの出力電圧の基本波の振幅は m × E/2 になり、0.8 × 600/2 = 240 Vです。m = 1で最大の300 V(E/2)になり、それより大きい電圧を正弦波PWMのままで出すことはできません。変調率を変えることで、直流電圧を変えずに出力の交流電圧の大きさを調整できます。