物理理科電磁気学・光学・天文学

直流を交流に変換する「インバータ」の仕組みを理系学生ライターがわかりやすく解説

今回は「インバーターの仕組み」について解説していきます。

インバーターは、直流電流を交流電流に変換する装置です。インバーターは、電車や電気自動車の電動機(モーター)の回転速度の制御に使われているぞ。また、近年では、太陽光発電システムの一部にも組み込まれている。ぜひこの記事を読んで、身近な場所で活躍しているインバーターの仕組みについて学んでくれ。

中学時代に独学で第二種電気工事士免状を取得した理系学生ライターの通りすがりのぺんぎん船長と一緒に解説していきます。

ライター/通りすがりのペンギン船長

小学生のころ、電子工作にドハマリし、中学時代には独学で第二種電気工事士免状を取得した。電気について独学する機会が多かったこともあり、電気の学習がいかに難しいかということもよく理解している。

二種類の電流

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インバーターについて説明する前に、電流の種類について学びましょう。電流の向きと時間の関係性に注目すると、電流は2つの種類に分類できます。一つ目は直流です。直流とは、プラス極とマイナス極が入れ替わらない電流のことを表します。電流の向きが常に同じである電気とも言うことができすね。電池からやってくる電気は直流に該当しますよ。

もう一方は交流といいます。交流とは、時間の経過に伴いプラス極とマイナス極が入れ替わる電流のことを表しますよ。電流の向きが絶えず変化する電気であると言うこともできますね。コンセントからやってくる電気は交流に該当します。

また、交流電流のプラス極とマイナス極が1秒間に入れ替わる回数を表した値を周波数といいますね。周波数の単位はHz(ヘルツ)を用いることが多いです。ちなみに、日本国内では、東日本では50Hz西日本では60Hzの交流電流が電力会社から供給されています。

インバーターとは

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インバーターは直流を交流に変換する装置です。また、直流を交流に変換することは、ダイオードを用いると非常に簡単ですよね。ですから、交流を直流に変換したのち、再び交流に変換することができます。つまり、ある交流の周波数を、任意の周波数に変更するような装置を作ることもできるのですよ。

インバーターは、様々なところで利用されている装置です。太陽電池で作り出される電気は直流ですが、多くの家電製品は交流で動作します。ゆえに、太陽電池で作り出された電気はインバーターによって直流から交流に変換されて、コンセントまで届きますよ。

他にも、電気自動車や鉄道車両に用いられる電動機(モーター)の回転数調節を行うために、インバーターが使われます交流用の電動機は、周波数によって回転数が決まるからです。また、インバーターを用いた電動機の制御は、他の方式よりも省エネ性に優れていると考えられています。

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