1. 使用教材・資材一覧
   • テキスト
   • グラフ用紙
   • プリント基板（エッチング済みのもの）
   • インバータ試作に必要な各種電子材料（後述：インバータ試作に関わる電子材料一覧）
   • ３相モータ（０．４ＫＷ程度）

3. 訓練事前準備項目
   • テキスト作成
   • プリント基板（３種類×人数分を、セミナー開始前までにエッチングしておく）
   • 受講者名簿
   • アンケート用紙
   • 試作インバータの完成品（製作前のデモンストレーション用）
   • インバータ制御プログラム内蔵のマイコン（プログラムをＲＯＭに焼いておき、デモンストレーションがで　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　きるようにしておく）
   • 各種計測器の準備

4. 訓練項目と訓練経過時間

   「ニ．指導展開法」に記述

5. 指導展開法

   インバータの試作にはかなり時間がかかるので、課題は進行状況を見ながら取捨選択して実施する必要がある。

   よってその目安として、下記時間配分中の各課題には、重要度に応じてＡ、Ｂ、Ｃのランクを付けた。

Ａ：実施すべき課題

Ｂ：実施した方がよい課題

Ｃ：時間的余裕があれば実施した方がよい課題

• ：受講生のレベルに応じて実施する課題

第１日

　９：００１．インバータ概論　９：０５ ９：１５ ※

セミナー概要説明　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（５分） 　全般的な説明後、受講生に現在の職種、今回のセミナーを受講する目的（特に習得した い部分）、要望、予備知識等を聞き、セミナーを進行する上での参考にする。 　　　　　　　　　　　　　　　　　計　３．０時間

１-1.直流と交流 （１０分） 　直流と交流の定義をはっきりさせる。特に方形波であっても交流である事を説明する。 課題１　直流電圧波形の観測と測定 　　　　（２５分）     　直流電圧の認識はもちろん重要だが、テスタ、電圧計、オシロスコープ等の基本的な計 測器、及び直流電源の使用法をマスターしてもらう。

９：４０ ※１０：００１０：２０１０：３０１０：４０ Ｂ１１：００ Ａ１１：２０

課題２　単相交流電圧波形の観測と測定 　　（２０分） 　商用電源（交流電圧）の認識はもちろん重要だが、ここでも基本的な機器の使用法を改 めて確認してもらう。ここまでの課題で機器の使用法をマスターしてもらわないと、後々 こちらが大変になる。課題１、課題２において多めに時間をとっているのは、このための 時間である。 　なお、測定対象としてスライダックを用いるので、オシロスコープの第３種設置工事端 子は浮かしておいた方がよい。

１-2.インバータとは 　　　　　　　　　　　　　　　　　（２０分） 　これまでの課題をもとに、インバータの概論を説明する。（図を効果的に用いる） 　また、具体例を挙げて、実際にどのような場面でインバータが活用されているのかを解 説する。

１-3.直流→交流変換の原理(インバータ部の原理) 　　　　　（１０分） 　簡単なスイッチ回路の回路図を用いて、直流→交流変換の原理を解説する。非常に簡単 な回路なので軽視しがちだが、ここがインバータの原理となる部分なので確実に理解して もらう。（単相交流） 休憩 （１０分） 初日はセミナーの概要説明があるので、休憩の時間が多少変動する。

課題３　逆変換基礎実験（１） 　　　　　　　　　　　（２０分） 　前述の回路を用いて、実際に実験をしてもらう。重要なのは負荷に流れる電流の向きが スイッチの切り替えパターンにより変化する点である。（単相交流） 　実験はプロットボード上で行う。よって、プロットボードの扱いが初めての受講生のた めに、ボードの使用法を一通り説明する必要がある。 課題４　逆変換基礎実験（２） 　　　　　（２０分） 　実際のインバータの原理回路である。重要なのはスイッチのＯＮ／ＯＦＦパターンであ る。この際に、上下ペアのスイッチが同時にＯＮとなった場合にどのようなことが起こる かを認識してもらう。（単相交流） （課題２、課題３は簡単な課題ではあるが、インバータの原理を理解する上で非常に重要 な課題である）

１-4.交流→直流変換の原理(コンバータ部の原理) 　（１０分）

１１：３０

　なぜコンバータが必要なのか、コンバータとな何なのかを認識してもらう。 　なお、ここでは概論的な話しに留め、交流→直流変換の原理等に関しては次項、次々項 にて詳しく解説する。

１-4-1.ダイオード 　　　　　　　　　（１５分） 　実際に使用するダイオードを見せ、図記号と実物の整合を取りながらダイオードの働き について解説する。このとき、電子やホールの動き等の細かい点に関する説明は不要で、 具体的なダイオードの動作、働き、使用法に重点をおいた解説を行う。

１１：４５ Ｂ１２：０５１２：１５２．モータの基礎１３：００１３：２０１３：５０

課題５　順変換基礎実験 　　　　　　　　　（２０分） 　

このセミナーでは、インバータ部の電源として直流安定化電源を用いるため、テキスト に記載されているような意味でのコンバータは製作しない。しかし、スイッチング回路の 電源として全波整流回路を用いるので、これをふまえてコンバータの原理を解説する。 　実習では全波整流回路を配線し、入力部と出力部において波形観測を行う。特に出力部 では、コンデンサが有るときと無いときの違いを確認してもらう。 　ただし、観測にはオシロスコープを用いるので、この回路については入力部と出力部を 同時に観測することはできない。試作インバータの波形観測実習の際にも、同様の理由で 同時観測ができない箇所がいくつかあるので、その理由も含めて説明しておく。 　なお、時間的に余裕があるのであれば、単体のダイオード４個を使ってダイオードブリ ッジを作り、余裕がなければ、ブリッジダイオードを用いる。

１-4-2.突入電流抑制回路 　　　　　　　　　（１０分） 　コンバータ部の平滑用コンデンサは、実際の汎用インバータに於いて、もっともメンテ ナンスを必要とする部品である。（交換修理の頻度が高い） 　この突入電流に平滑用コンデンサへの負担は、インバータ部への電源供給、即ちコンバ ータ部を含めた、いわゆるインバータの電源のＯＮ／ＯＦＦ回数を減らすことにより減少 させることができる。実際の汎用インバータに於いても、電源のＯＮ／ＯＦＦ回数は多く とも３～４回／日以内が望ましい。 　実際には、コンバータ回路を製作するわけではないので、具体的な回路の実現法には触 れずに、上記のような回路の必要性についてのみ解説する。 　また、時間的な余裕があれば、コンバータ部から発生する高調波に関する説明をした方 がよい。 昼休み　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（４５分） 前述のように、初日はセミナーの概要説明を行うため、休憩時間が少なめとなる。 　　計　１．５時間

この章の解説をするにあたっては、できれば３相かご型モータのカタログ（定格、特性等 が記載されているもの）があれば望ましい。

２-1.３相かご型モータ 　　　 （２０分） 　

まず、インバータの主な目的が誘導モータの制御であることをはっきりさせる。その上 で３相かご型モータの特徴、運転方法等の概論的な説明をする。 　加えて、俗に言うインバータ専用モータ（定トルクモータ）とはどのようなモータなの かということにも触れておく。

２-2.モータの基本特性 　　　　　（３０分） 　３相かご型モータを直入れ駆動したときの特性について、図を示しながら解説する。 　とくに、（２．１）式によりインバータによるモータの回転速度制御が可能となるの で、この式の意味は確実に理解してもらう。 　なお、説明の際に、させないと、受講生が混乱するので注意する。

２-3.すべり 　　　　　　　　　　　　　　　　　（２０分） 　引き続き３相かご型モータの基本特性に関する説明である。やはり、この特性がインバ ータ運転時のものではない点をはっきりさせたほうがよい。

１４：１０１４：３０３．インバータに　　よるモータ駆動１４：４０１５：１０１５：４０１６：００１６：１０

２-4.定格トルク 　　　　　　　　　（２０分） 　用語の説明が大部分となるが、よく使われる言葉だが、正確に理解しないままで使用し ている場合が多いので、ここではっきりさせる。 休憩　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１０分）

計　１．５時間

３-1.インバータ駆動時のトルク、電流特性 　　　　（３０分） 　３相かご型モータを商用電源で運転させたときの特性と比較しながら解説する。

３-2.インバータによる電圧制御 　（３０分） 　インバータによる電圧制御の方法として最もポピュラーなＰＷＭ制御に関して、基本的 な語句や利点、欠点等を解説する。ＰＡＭ制御はあまり利用されていないので触れる程度 でよい。（試作インバータの製作ではＰＷＭ制御は行わない）

３-3.Ｖ／ｆ制御 　（２０分） 　３相かご型モータを汎用インバータを用いて制御する際に様々な方法があるが、その中 でも基本的なものの一つであるＶ／ｆ制御について解説する。（時間的な余裕があるとき には、ベクトル制御等についてふれても良い）

３-4.モータ発生トルク 　（１０分） 　前項のＶ／ｆ制御時におけるモータの特性について解説する。 第１日目終了

第２日

４．主回路の基礎

　　　計　３．０時間

　９：００　９：１０　９：３０　９：４０ Ａ１０：００１０：１０ Ｃ１０：４０１０：５０１１：１０ Ａ１１：４０ Ａ１２：１０５．

制御回路の基礎

４-1.電力制御用半導体素子 　（１０分） 　試作で使用するパワートランジスタを中心に、ＦＥＴやＩＧＢＴ等の電力制御用の半導 体素子について、概論的なことを解説する。（あまり詳しく説明する必要はない）

４-2.トランジスタ 　（２０分） 　トランジスタは試作に使用するので、使用法を中心に、一般的なことに関して詳しく解 説する。（トランジスタを使用する上での必要事項の解説） 参考.ダーリントントランジスタ 　（１０分） 　パワートランジスタを使用する際によく用いられる、ダーリントン接続について解説す る。特に試作では、あらかじめダーリントン接続されたパワートランジスタを用いるの で、バイアスが通常の２倍になるわけなどについて詳しく解説する。

課題６　スイッチング実験 　　　　　（２０分） 　トランジスタの駆動実験（スイッチング実験）を行う。負荷は何でも良いが、動作が見 て取れるランプやＤＣモータなどが好ましい。 　注目してもらう点は、トランジスタのバイアスで、どのくらいになったときに負荷が動 作を始めるのか、トランジスタが完全にＯＮ時のバイアスはどのくらいか等である。 　この様子を確認してもらった上で、スイッチングに使用するのはトランジスタの遮断領 域と飽和領域であり、この領域を使用する利点等について解説する。

４-3.単相インバータ基本回路 　（１０分） 　前述の押しボタンスイッチを用いた原理回路と比較しながら、トランジスタはあくまで もスイッチとして使用することを強調する。

課題７　単相インバータ基本回路の実験 　（３０分） 　この回路を実際に配線して確認するのは大変なので、時間的に余裕があるようであれば 実施する。そうでなければ省略しても良い。

休憩　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１０分）

４-4.３相インバータ基本回路 　（２０分） 　

３相インバータも、単相の場合と同様に、６個のスイッチの切り替えタイミングを制御 することにより３相交流を発生させる点を中心に解説する。 　あわせて、３相交流の基礎を解説する。

課題８　３相インバータ基本回路の実験（１） 　　　（３０分） 　非常に単純で簡単な実験だが、３相交流発生の原理を理解する上で不可欠な実験なの で、確実に実施する。 　各部の波形をトレースするスペ－スはＰ３６に用意してあるが、Ｐ３５の表上にも併せ て波形を描くとわかりやすくなる。（このとき、赤等別の色で描くとさらにわかりやす い）

課題９　３相インバータ基本回路の実験（２） 　　　（３０分） 　前課題の結果をタイムチャートとしてトレースする。結果として３相交流が発生するの で、その点を確認してもらう。

昼休み　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６０分） 　　　計　３．０時間

１３：００１３：１０１３：２０ Ａ１３：４０１３：５０ Ａ１４：１０１４：２０

５-1.パルス発生回路 　（１０分）

　まず、パルス発生回路が必要な理由をはっきりさせる。その上で発振回路の概論的な部 分を解説する。 参考.発振回路の動作原理 　（１０分） 　かなり回路的な内容なので、時間的な余裕がある場合にのみ解説する。 　このセミナーは回路技術に関するセミナーではあるが、制御回路はマイコン等への置き 換えが可能なので（マイコン等による制御が一般的）、場合によっては省略してもかまわ ない。

課題１０　パルス発生回路実験 　（２０分） 　実際に発振回路を配線をして、オシロスコープでその動作を確認する。 　制御回路はプロットボード上に配線するが、この発振回路は次回の実験、及び試作イン バータの製作の際にそのまま使用するので、ボードの端の方にできる限り丁寧に（きれい に）配線し、実験終了後も分解しないようにする。（受講生には最初に言っておく） 　また、ボードの扱いになれていないと、ＩＣをプロットボードに配置するときにとまど うので場合によっては説明する。

５-2.１０進カウンタ 　　　　　（１０分） 　カウンタＩＣの基本的な働きについて解説する。

課題１１　１０進カウンタ実験 　（２０分） 　課題１０で製作した発振回路の出力を、そのままカウンタ回路への入力信号として用い る。カウンタのＱ６をＣＬＲに接続することにより、６進カウンタとして使用する点を説 明する。 　また配線の際には、発振回路と同様にボードの端の方にきれいに配線し、実験終了後に も分解しないよう注意を促す。

５-3.フォトカプラ 　　　　　（１０分） 　誘導性負荷を駆動させる際には、必ずドライバとコントローラを電気的に絶縁しなけれ ばならないということを説明した上で、フォトカプラがどのようにして絶縁を実現してい るのかを解説する。（ドライバとコントローラの絶縁は、一般論として強調する）

休憩　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１０分）

１４：３０１４：５０ Ａ１５：１０１５：２０ Ａ１５：４０１５：５０ Ｂ１６：１０

５-4.積分回路（アーム短絡の防止） 　　　　　（２０分）

　トランジスタのＯＮ／ＯＦＦ特性の解説をした後で、主回路でどのような問題が発生す るのかを明らかにする。その上でこの問題を解決するための手段の一つとして積分回路に よるデッドタイムの作成を上げ、その動作を解説する。 　時間的な余裕があれば、ソフトウエアによるデッドタイム作成法を解説しても良い。

課題１２　積分回路の動作確認 　（２０分） 　プロットボード上に積分回路を配線する。次に、積分回路の入力信号として発振回路の 出力信号を用い、テキストに指示してある部分の波形をオシロスコープで観察する。 　時間的に余裕があるようであれば、積分回路を２組配線し、それぞれに対称ののパルス 信号を入力して、出力信号を見比べてみる。この実験をすると、トランジスタのＯＮ時間 が重なっている様子がよくわかる。（回路の意味が分かるので、実施した方がよい） 　デッドタイムの確認は、オシロスコープの遅延送引機能を利用すれば十分にできるが、 抵抗とコンデンサの値を調節してデッドタイムを大きめにすると確認しやすくなる。 　デッドタイムの確認は、試作インバータが完成してからでも可能だが、プリント基板で 製作した場合には素子の値を変更して観察することができないので、できればこの課題で 実施した方がよい。 　なお、この回路はプリント基板化するので、ボード上の配線しやすい箇所に配線しても らってかまわない。もちろん実験終了後には分解してもらっても良い。 　プリント基板を使用せずに、制御回路をプロットボード上に配線する場合でも、この回 路は改めて作り直してもらった方が整理された回路を作ることができる。

５-5.パワーデバイスの保護回路 　（１０分） 　過電流保護回路の必要性と、回路の動作原理を解説する。 　保護トランジスタのバイアス抵抗の値を大きくし過ぎると、わずかな電流で保護トラン ジスタが動作してしまい、インバータ本来の動作をさせることができない。逆に小さくし 過ぎると耐圧の問題が出てくるので（抵抗の焼損を招く）、できるだけ小さくて耐圧の大 きい抵抗を使用する。（本来は出力電流の値に応じて抵抗値は設定すべき）

課題１３　パワーデバイスの保護回路実験 　（２０分） 　

測定の際、負荷駆動用の電流値を大きくすると、保護トランジスタのバイアス抵抗はか なり高温となるので、やけどに注意する。 　また、試作インバータの運転実験時にも同様のことがいえる。

５-6.誘導起電力（逆起電力）の発生と対策 　（１０分） 　リレーやモータなどの誘導性負荷を駆動する際には、誘導起電力の発生に留意し、スイ ッチング素子の保護対策が必要であることを説明する。（一種の常識として）

課題１４　誘導起電力の確認 　　　　　（２０分） 　

テキストの回路を用いると比較的簡単に誘導起電力の観察ができるので、保護ダイオー ドが有る時と無い時の波形を比較する。 　保護ダイオードをはずして実験をする場合には、誘導起電力がひげのように見えるの で、オシロスコープのINTENSITYのつまみで輝度を明るくすると観察しやすくなる。 第２日目終了

第３日

６．３相インバータ　　　　　　の製作　９：００１２：１０１３：１０１６：１０

○インバータの試作 　　　　　 　計　９．０時間 　

ここでは、あらかじめこちらで準備したプリント基板とプロットボードを併用した場合 について記述する。 　プロットボード上には制御回路を構成することになるが、スイッチングのタイミングに 関しては論理さえ正確にとれればよいので、ＰＬＤ等を用いて回路を簡略化し、全体をプ リント基板化する事も可能である。（時間の短縮が期待できる） 　また、回路の全てをプロットボード上で配線しても構わないので、その時間に関しては 調整が必要。（一概には言えないが、１．５～２倍程度の時間がかかると思われるので、 全体の時間配分から調整する必要がある。）この場合にはボードを２～３枚準備し、回路 を分割した方がわかりやすくなる。 なお、３日目はほとんどが作業となるので、休憩時間は特に設定せず、各自きりのいい ところでとってもらう。

１.制御回路の製作(プロットボード上) 　　　　　（１８０分）

　受講生の性格にもよるが、作業を急ぐあまり配線が雑になる傾向がある。一度でうまく 動作すればまだいいが、エラーがあったときのデバッグは、配線が整理されていた方が調 べやすいので、作業にはいる前にできる限りきれいに、極力ミスをしないよう落ち着いて 配線するよう、注意を促す。 　試作基板が完成したあとに波形観測をするときも、配線が整理されていないと、どこを チェックしたらいいのかがわからない。 ※制御回路の動作確認 　カウンタ回路までの出力は確認済みのはずなので、６個のＯＲ素子の出力が正常に出て いるかどうかをチェックする。とりあえずパルスが出ていることが確認できたら、そのタ イミングを一つ一つチェックする。特に上下のトランジスタが同時にＯＮとなるようなタ イミングになっているとトランジスタの破損につながるので、最終的には講師が自ら確認 した方がよい。（もちろん、まず受講生に確認してもらう） 　また、受講生の作業進度には個人差があるので、講師による確認も、配線作業修了者か ら順に確認していく。

昼休み （６０分）

２.絶縁回路、主回路、電源回路の製作(プリント基板の穴あけ、ハンダ付け)　（１８０分） 　ここでは、基板の穴開け、及びハンダ付けがメインになるが、どちらもなれていないと なかなかうまくいかないので、作業にはいる前に少し練習をした方がよい。 　通常の素子（抵抗、ＩＣソケット等）を差し込む穴は通常の大きさ（０．７５ｍｍ～ ０．８ｍｍ）でよいが、パワートランジスタ用の穴は少し大きめの穴（１．０ｍｍ～１． ２ｍｍ）にしないと差し込めないので、あらかじめ指示しておく。 　また、ハンダ付け作業の際には、部品を間違いやすいので注意を促す。 （完成品を見本として準備しておく）

第３日目終了

第４日

　９：００　９：３０ Ａ１０：３０１０：４０ Ａ１１：４０ Ｃ１２：１０７．マイコンによる

３／４／５.３回路の接続、及び動作確認 　　　　　（３０分）

　プロットボードの制御回路とプリント基板のデッドタイム発生回路を接続するために、 単線で製作したバナナ端子が必要となるので、受講生に準備してもらう。（どのような方 法で接続しても構わない） 　なお、接続をする前に各回路の動作確認をそれぞれ行っておく。

課題１５　インバータ出力電圧の確認 　　　　　（６０分）

　テキストに示してある箇所の電圧波形を確認し、記録する。ただしＶＵＶ、ＶＶＷ、 ＶＷＵ の観察は同時にはできないので注意する。 　この際、デッドタイムも改めて確認する。（遅延送引機能を使う）

休憩　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１０分）

課題１６　電流波形の確認 　　　　　 （６０分） 　

保護トランジスタのバイアス抵抗の両端をオシロスコープで観察する。 　観察されるのはあくまでも電圧だが、これは負荷に供給されている電流の様子なので、 電流波形として記録する。 　なお、負荷によってはバイアス抵抗が加熱するすることがあるので、火傷には十分に注 意する。 　（電流波形を見ているということをはっきり認識してもらうために、出力線の途中にセ メント抵抗を挿入して、その両端で観察しても良い） 課題１７　出力電流-回転数特性 　（３０分） 　テキストの図のような位置に計測器を配し、それぞれの値を記録、グラフ用紙にプロッ トする。

昼休み　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（６０分） 　　　　　計　３．０時間

　インバータの制御１３：１０１４：４０

７-1.インバータ制御プログラム(例) 　　　　　（９０分） 　

マイコンを用いてインバータ制御を行う例を受講生に見てもらう。 　ただし、マイコンのプログラミングを解説している時間はないので、スイッチングのタ イミングを管理している部分と周波数を管理している部分を明らかにし、具体的にどのよ うにして制御をしているのかを説明する。 なお、サンプルプログラムの準備、及びマイコンとインバータ回路の接続はあらかじめ しておき、実際にモータを運転している様子を見せて、全体のイメージを把握してもら う。

休憩　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１０分）

１４：５０ Ｂ１５：５０１６：１０

課題１８　インバータ制御プログラムの変更 　　（７０分）

　実際に、サンプルプログラムのデータを変更し、出力周波数、及び回転方向を変更して もらう。プログラムの変更にはパソコンを用いるので、そのオペレーションも含めて解説 する。 　デッドタイムを含めた形でのプログラムは、単純だが間違えやすいので、少し時間を多 めにとった方がよい。休憩時間の関係で、７-1の解説時間を多めにとっているので、ここ とあわせて調整する。 　さらに時間を短縮するためには、デッドタイム部分のプログラムを削っても良い。（回 路的なデッドタイムが入っているから実際には必要ない） 　なお、受講生の作成したプログラムファイルは、ハードディスク上に一時的にフォルダ を作り、そこで管理する。必要ならプリントアウト等して持ち帰ってもらい、ファイルは セミナー終了後に削除する。

質疑、応答　　　　　　　　　（２０分）

セミナー終了

インバータ試作に関わる電子材料一覧