可変電圧可変周波数制御
φ e = φ m ⋅ sin  θ {\displaystyle \phi e=\phi m\cdot \sin \theta \ } ・・・・ ( θ = 2 π n t ) {\displaystyle \ (\theta =2\pi nt)}
とする時、(Φに付くe,mは添数 )
sin  ( 2 π n t ) {\displaystyle \sin(2\pi nt)\,} の時間微分(変化率)は、 2 π n ⋅ cos  ( 2 π n t ) {\displaystyle 2\pi n\cdot \cos(2\pi nt)} であるから、 誘起電圧eは
e = 2 π N n ⋅ cos  ( 2 π n t ) {\displaystyle e=2\pi Nn\cdot \cos(2\pi nt)}
となって、一定磁束なら誘起起電力eは回転数 n ,周波数 f に比例することが分かる。「e/f が一定」とも言える。
モーターの端子電圧 = 供給電圧はこれ:誘起起電力eに巻線抵抗などのインピーダンス電圧降下分を加えたもので平衡するから、それをインバータで生成する方式がVVVFインバータ制御と言われるものである。常に最大トルク付近や最大効率を追えるので、使用する交流モーターを従前よりかなり小型化でき細かな制御ができるようになった。そのためエアコンなど家電製品でもインバータ方式( = VVVF制御方式)が主流になりつつある。
設定されているシークエンス(シーケンス)で電圧/周波数を連動させて制御する。
特徴
制御回路が単純で安価である。
外乱による変化に対応しにくい。
用途
ファン・ブロワ・圧縮機・ポンプなど、2乗低減トルク負荷の部分負荷時の省エネルギー用。
クモハ101-60 + モハ100-35 + クハ100
IGBT素子を使用したインバータ搭載車両は、1992年の営団(現在の東京メトロ)06系・07系電車が初めてとなる。また、JR西日本207系電車0番台とJR東日本701系電車、及びJR東日本901系電車A編成(後に209系電車900番台に改造され、後年にはGTOに取り替え)ではパワートランジスタ(PTr)素子を使用したインバータが採用されている。
1990年代以降、日本での新造電車は路面電車から新幹線に至るまでVVVFインバータ制御が主体となった。営団地下鉄6000系や東急初代7000系→7700系など、従来の走行機器をVVVFインバータに更新したり、果ては伊予鉄道3000系電車やえちぜん鉄道MC7000形、名古屋市交通局5000形電車のように中古車両の譲渡に際して、電気機器をVVVFインバータに交換・改造した例も出現している。一方で実用化から20-30年以上が経過したことから、初期の採用車では半導体素子の経年劣化による制御装置のASSY交換(京王1000系電車 (2代)、阪急8000系電車、Osaka Metroの66系、JR西日本223系電車0番台体質改善車など)が行われたり、JR東日本209系電車やE217系電車、東京都交通局5300形電車などのように後継車への置き換えが始まった車両も発生している。新幹線の旅客車両で初期のGTOサイリスタを使用した車両は山陽新幹線の500系を除いて全て廃車となっている。