コンバータ・インバータとは

　“コンバータ・インバータ” …単にこう呼んだとき，その意味は分野により様々であるが，交直電力変換の分野でコンバータといえば一般に交流から直流への変換器，逆にインバータといえば直流から交流への変換器を意味するので，本記事においてもこの用法に従う．ここではコンバータ・インバータの概要をまとめ，電力変換技術における両者の役割と応用を理解しよう（コンバータ・インバータの詳細な議論は後続の記事で展開するのでお楽しみに）．それでは早速！

　コンバータとインバータの働きを一枚の絵で表現すると図1のようになる．

図1.コンバータ（左）とインバータ（右）の概念図

コンバータは交流を直流に変換する回路（図1左側），インバータは直流から交流を生成する回路（同図右側）である．コンバータ・インバータは半導体スイッチを巧みに用いてこれらの変換を達成しているが，その技術的詳細については後の記事で説明しよう．

　さて，唐突に「交流から直流に変換する」などと切り出されても，具体的なイメージがつかみにくいかもしれない．そこで実際にお仕事中のコンバータ・インバータ，つまり実際に電源に接続され負荷に電力を供給しているコンバータとインバータの様子を図2に示そう．

図2.コンバータ（左）とインバータ（右）による電力変換

コンバータ（図2左側）は入力された交流電圧\(V_{AC}\left({t}\right)\)を直流電圧\(V_{DC}\)に変換して負荷に電力を供給，またインバータ（同図右側）は入力された直流電圧\(V_{DC}\)を交流電圧\(V_{AC}\left({t}\right)\)に変換して負荷に電力を供給する．図2に示したコンバータ・インバータはどちらも単相交流を扱っているが，交流側を三相交流としたコンバータ・インバータ（図3）もまた実用上重要だ．

図3.三相交流を扱うコンバータ・インバータ

家庭用ACアダプタなどのコンバータは単相交流から直流への変換を担うが，電気事業用途や動力用途などにおける比較的大電力のコンバータ・インバータでは一般に三相交流-直流間の変換を行う．また多くの場面でコンバータとインバータを図4のように連結した形がよく用いられ，この場合には図4全体を指して単に“インバータ”と呼ぶ．

図4.インバータの一般的な適用例

商用周波数の交流から異なる周波数の交流を生成したい場合には，図4に示す構成がよく用いられる．このように，一旦直流を介して周波数を変換する機器を間接式周波数変換器と呼ぶ．図4の構成に対し，入力された交流から異なる周波数の交流を直接合成する周波数変換器は直接式周波数変換器と呼ばれる．直接式周波数変換器の代表例であるサイクロコンバータとマトリックスコンバータについては後半の記事で解説しよう．

　図4に示す構成の典型的な応用例としては交流電動機の速度制御が挙げられる．例えばVVVF（Variable Voltage Variable Frequency）制御では電圧と周波数を両方可変とするため図4の構成を用いることになる．また，蛍光灯の制御回路も商用周波数よりはるかに高い周波数の交流を必要とするため，やはり図4のように一旦直流を経由するような構成となる．このような理由から，多くの家電や動力機器などにおいて“インバータ”といえば，コンバータとセットを組んだ全体を指す場合が多い．

　\(50\mathrm{Hz}/60\mathrm{Hz}\)周波数変換所もまた一旦直流を経由した間接式周波数変換器なので以下に紹介しよう．