ACモータのインバータとDCモータのPWM制御の違い

よくインバーターを付けると省電力とか聞きますが、
DCモータのPWM制御では省電力になるのでしょうか？
素人なもんでわかりやすい回答をお願いします。
また、PWM制御の簡単な説明みたいなものも出来たら
お願いします。（参考URL、おすすめの本なども教えて
ほしいです。）

No.5 ベストアンサー 回答者： ymmasayan 回答日時： 2005/09/23 11:00

生煮えの回答が多いようですが。

インバータもほとんどのものがＰＷＭ制御です。
ＰＷＭ制御とは電圧(高さ)一定の細い幅のパルスを連続して送り、
パルスの幅を変化させることにより、平均高さ(電圧)を変化させるものです。
抵抗器で電圧を落とすような必要がないので、電力損失が少なく効率が上がります。

インバータの場合には交流出力ですから、
パルスの向きを目的の周波数にあわせてプラスとマイナスに切り替えます。
同時にパルスの幅も変化させます。
するとパルスの平均高さは正弦波交流になります。

インバータでは周波数も変える事ができます。
これをＶＶＶＦ（可変電圧可変周波数）といいます。
機器の状態に合わせた周波数・電圧で運転するので非常に効率が良くなります。
電車にもＶＶＶＦのものが多くなりました。
中でも有名なのが「ドレミ電車」ですね。

No.6 回答者： pon_1955 回答日時： 2005/09/24 09:51

　ACモータは、回転数が駆動電力の周波数で決まってしまいますので、可変速運転をする場合には実用的な意味で言うとインバータが必要になります。

家電製品でインバータ採用品が省電力なのはモータをON/OFFでなく「絞って」回転させられるからでしょう。
　一方、DCモータの場合は入力電流に応じて回転数ではなくトルクが決まります。そして、回転数に比例する逆起電力が発生するので、ある電流を流すにも低速のときは電圧を低く、高速のときは電圧を高くする必要があります。特に起動時などいきなり最高電圧をかけると過電流が流れてモータが焼損するので、電車のように大型の場合などには、かつてはモータに直列に抵抗器を接続し、モータにかかる電圧を制限する必要がありました。速度が上がるにつれて抵抗器の数を段階的に減らしてモータにかかる電圧を上げていき最高速にもっていきました。
　しかし、この抵抗器で熱に変わる電力が大きく無駄なので、大電力のスイッチングができるようになったときPWMを採用して抵抗なしでもモータにかかる電圧を制御できるようになり、エネルギーの無駄を減らしました。こういうのをチョッパといいますが、抵抗器の発熱＞チョッパ損失だからです。でも今の電車は、DCモータ＋チョッパではなく、ACモータ（誘導機）＋インバータ方式が主流ですね。
　なお、模型などの小型モータでは、いきなり最高電圧をかけて使うことが多いですが、小型なので問題ないのでしょう。

No.4 回答者： foobar 回答日時： 2005/09/23 10:43

たとえば、DCモータでファンを駆動している場合に、風量を下げるのにPWM制御でモータの入力電圧（平均値）を下げて回転数を下げる、という運転をすれば、省エネにつながります。

ACモータの場合でも、「（風量を下げたりといった）軽い運転をするばあいに、モータの回転数を下げて対応する（バルブを絞って風量制御したりすると、バルブのところで損失が出る)。回転数を下げるのに、PWMインバータなどの高効率（電源などでの損失発生が少ない）の機器を使う」ことで省電力を実現しています。

もっとも、中から大容量のDCモータをこういう用途で使っているケースは少ないような気はしますが。

No.3 回答者： naru_fumi2005 回答日時： 2005/09/23 09:54

インバータに関しては#2の回答がありました。

インバータも細かい目で見れば、スイッチング回路と言うことでした。
PWM(PFMも含めて)も、DCモータに電力を供給している時間としていない時間を適度にスイッチングしています。
いずれにしても、電力的なロスは全く無い(理論上)ので、効率の良い制御法と言えるでしょう。

No.2 回答者： R48 回答日時： 2005/09/23 09:43

DCモーターは専門外なのですが、

電圧制御するよりもスイッチングで出力制御を行うほうが効率はいいですよね。

AC制御ですと、本当のACは正弦波を描きますよね。
一般家庭の100Vですと整流した最大値は100Vの√2ですので141.4V。
ACだと接地を中心に負側も同様に141.4Vが取れますので、負側を0Vとしますと280Vの直流の電圧になります。
次にPWM（パルスウェイブ）の信号の通りにこの280Vの直流をカットします。
ここでは画像を描けませんので頭に正弦波を思い浮かべてください。
0Vから少し上がった正弦波の位置に、高さが最大値と同じで、幅が僅かの縦棒を描きます。
次に少し間を空けた位置にもう少し幅を広げた縦棒を描きます。
このように最大値まで幅を増やし、何本も縦棒を描き、最大値から0Vに向かって下降するカーブでは
上昇の時のカーブと逆の順序で幅を減らした縦棒を描きます。
負側のカーブでは280Vの逆方向で同様に描きます。
こうしてパルスにより実効としてはACと同じ電気が作れるわけです。
更にこの正弦波の位相を120度ずつずらしたものを３つ作れば280Vの３相モーターを使うことができます。
正弦波の大きさを制御すれば50/60Hzの元電源には関係なく周波数を変えることができます。
ACモーターは周波数に回転が比例しますから、効率を上げることができるわけです。
これが家庭用インバーターエアコンの動力原理です。

DC制御についてはもっと詳しい方のレスがあるかもしれませんね。

No.1 回答者： korutorein 回答日時： 2005/09/23 09:40

ステッピングモータのパルス制御と同じと思います。

http://www.robotics.ee.shibaura-it.ac.jp/manual/ …

[PWM制御]

http://www.geocities.jp/shuinoue/myurobo/prog6.h …

参考URL：http://mori.nc-net.or.jp/EokpControl?tid=25703&e …