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ＰＷＭ制御とＰＡＭ制御
                                 


　 最近、ルームエアコンや冷蔵庫、洗濯機といった家電品のモータの回転数制御に、ＰＡＭ方式のインバータが使われ るようになってきた。インバータによるモータの速度制御方式には、従来から使われているインバータの電流流通率を 変えて出力電圧を制御するＰＷＭ方式（Pulse Width Modulation)と、電圧そのものを変えるＰＡＭ方式（Pulse Amplitude Modulation) がある。以下、ルームエアコンへの適用例により特徴を説明する。

　　
図１　回路構成


図２　モータに印加する電圧

　（１）ＰＷＭ制御とＰＡＭ制御の比較
図１に回路の簡単なブロック図、図２にモータに印加する電圧の状態を示す。図１において、インバータ部は6個のトランジスタで 構成され、これらをＯＮ/ＯＦＦすることにより、モータに印加する速度周波数に応じた交流電圧を作り 出している。さらに次のようにして、速度指令に応じてモータに印加する電圧を変え、モータの速度を制御している。
「ＰＷＭ制御」：この方式は、コンバータ部にリアクタとコンデンサからなるパッシブフィルタを配置し、力率の改善 と高調波の制御を行う。また、整流回路と組み合わせたコンデンサ分圧の倍電圧回路により、交流（ＡＣ100Ｖ）を直流（ＤＣ240Ｖ） に変換し、インバータ部に供給する。インバータ部では、この直流電圧（ＤＣ240Ｖ）を、周波数変換すると共に、電流流通率を 変えてモータへの出力電圧（平均電圧）を可変制御する。
「ＰＡＭ制御」：この方式は、アクティブフィルタでコンバータを構成し、スイッチング素子を制御することによって、 インバータ部に供給する直流電圧そのものを変化させ、モータへの出力電圧を制御している。この場合、インバータ部への電圧印加は 連続（電流流通率100％）である。またこれにより、電源（ＡＣ100Ｖ）の電流（ＡＣ100Ｖ）の電流波形を正弦波状に制御している。

　
　 （２）ＰＷＭ/ＰＡＭ複合制御
最近はさらに進んで、ＰＷＭ制御とＰＡＭ制御を複合して用いるようになっており、次の二つの方式がある。


図３　モータ制御方法

①低速領域ではＰＷＭ制御、高速領域ではＰＡＭ制御を行う方式
　この方式は図３（ｂ）のように、モータが低速回転の時には、全波整流後の直流電圧を比較的低い電圧（150Ｖ位）に 設定し、インバータで電圧流通率を変えてモータへの出力電圧（平均電圧）を変えるＰＷＭ制御を行う。この結果、 直流電圧を従来より低くしたことにより、モータのリップル電流が小さくなり、モータの効率が高くなる。また高速回転の場合、 インバータでのスイッチングが無くなることから、インバータのスイッチング損失を低減できる。モータでは、 脈動電流成分の減少によりコア内のうず電流損失（鉄損）が低減し、効率を向上できる。以上のことから、回転の全域にわたって モータ効率を2～3％向上でき、また、回路効率を含めた総合効率もモータ効率の向上と同じくらい向上できる。
　
②ＰＡＭ制御で電圧を回転速度に応じて段階的に上げ、ＰＷＭ制御で細かな電圧制御を行う方式
　この場合も、モータの効率を向上できる。しかしインバータは、低速から高速までスイッチングしているので（１）の方式 に比べて回路効率が悪くなる。
　
（３）ＰＡＭ制御の効果
①力率改善：ＰＡＭ制御では、アクティブフィルタの波形整形作用によりＡＣ100Ｖ電源の電流波形を正弦波にでき 、力率をＰＷＭ制御に比べて約10％向上できる。（最大力率：90％→99.5％）
　
②効率向上：上述のように、モータ効率さらにはインバータを含めた総合効率を向上できる。
　
③（暖房）能力増大：ＰＡＭ制御では、モータへの印加電圧増大によりトルクを大きくでき、さらに力率を向上して 有効電力を増加できることから、回転数を増して能力を増大できる。特にルームエアコンでは、低外気温時に暖房能力を 大幅に向上できる。
　
④高調波ノイズ低減：ＰＡＭ制御では、力率を改善して電源（ＡＣ100Ｖ）の電流波形を電圧波形と相似の正弦波にでき、 高調波の発生を抑えることができる。高潮波に関しては、国際規格ＩＥＣ-1000-3-2に準拠した値で、1966年に導入された「高調波 ガイドライン」で規制されているが、ＰＡＭ制御を使えば、基準値を十分にクリアできる。
　ＰＡＭ方式が可能になったのは、力率改善回路およびパワーデバイスの進歩により、高機能アクティブフィルタが比較的 低価格で作れるようになったことによる。今後は、さらに低価格化を図ると共に、ノイズやスイッチング損失などを低減して更なる 省電力を図って行く必要がある。