第一種電工 令和2年度 問13｜保安に関する法令

インバータ（逆変換装置）が何をする装置かを問う問題です。正答はイ「直流電力を交流電力に変換する装置」です。交流を直流に変える「順変換」に対して、直流を交流に変える働きを「逆変換」と呼ぶので、インバータは逆変換装置と呼ばれます。アは整流器（コンバータ）、ウは交流の電圧や周波数を変える交流変換装置、エは直流の電圧を変えるチョッパ（DC-DCコンバータ）の説明です。

電力変換装置は、入力と出力が直流か交流かで4つに分けられます。

ア 交流→直流：順変換装置（整流器、コンバータ）。ダイオードやサイリスタなどで交流を直流にします。

イ 直流→交流：逆変換装置（インバータ）。トランジスタなどの半導体スイッチを高速でオン・オフし、直流から交流をつくります。これが正答です。

ウ 交流→交流：交流変換装置。電圧や周波数を変える装置で、周波数を直接変えるサイクロコンバータなどがあります。

エ 直流→直流：直流変換装置（チョッパ、DC-DCコンバータ）。スイッチのオン・オフの時間の割合を変えて直流の電圧を調整します。

身近な例として、エアコンやポンプのインバータ制御は「交流→（整流器）→直流→（インバータ）→周波数を変えた交流」という順に変換し、電動機の回転速度を自由に変えています。太陽光発電のパワーコンディショナも、太陽電池の直流を交流に変えるためにインバータを使っています。正答はイです。

本問は用語の定義問題ですが、インバータは電動機の制御・再生可能エネルギー・無停電電源装置など第一種電気工事士が扱う設備に広く使われるため、仕組みと影響まで押さえておくと応用問題に強くなります。

【電力変換の4区分】交流→直流＝順変換（整流器）、直流→交流＝逆変換（インバータ）、交流→交流＝交流変換（サイクロコンバータなど）、直流→直流＝直流変換（チョッパ）。試験では「逆変換」という漢字から直流→交流を連想できるかがポイントです。

【インバータによる電動機の速度制御】かご形誘導電動機の同期速度Nsは、周波数f〔Hz〕と極数pからNs＝120f／p〔min⁻¹〕で決まります。インバータで周波数を変えれば回転速度を連続的に変えられます。周波数だけを下げると鉄心の磁束が増えて過励磁になるため、電圧と周波数の比をほぼ一定に保って両方を変える方式（VVVF：可変電圧可変周波数）が一般的です。ファンやポンプは回転速度を下げると消費電力が大きく下がるので、省エネルギー効果が大きい用途です。

【主な応用】①汎用インバータ（整流器＋平滑コンデンサ＋インバータ）による電動機の速度制御。②太陽光発電・蓄電池のパワーコンディショナ（直流→系統と同じ周波数の交流）。③無停電電源装置（UPS）：平常時は整流器で蓄電池を充電しながらインバータで負荷に交流を供給し、停電時は蓄電池の直流をインバータで交流に変えて供給を続けます。④誘導加熱調理器など、高い周波数の交流をつくる用途。

【インバータと高調波】インバータは半導体スイッチの高速なオン・オフで波形をつくるため、高調波の発生源になります。令和3年度（午前）問19では「インバータは高調波の発生源にならない」が誤りの記述として出題されています。高調波は進相コンデンサや電動機の過熱の原因になるため、高圧進相コンデンサには直列リアクトルを設けるなどの対策をとります。電力変換装置の定義と、それが設備に与える影響をセットで理解しておきましょう。