インバータはヒータ制御に使用できますか？

Question

ある省エネ機械でヒーター制御をインバータで行う機器を見ました。インバータを使用してヒータ制御は出来るのでしょうか？効率等はどうなのでしょうか？電力調整器等での制御のほうがコストも安く出来ると思うのですが。
インバータ/ヒータ制御に詳しい方のご回答お願いいたします。

Answer

ヒータ制御用にインバータを適用している省エネ機械とはどのような機械
だったのでしょうか?
ヒータ制御であれば、位相制御方式が一般的だと思いますが、位相制御
しますと入力電流に高調波電流が多く含まれています。

この高調波電流については設備の契約電力の大きさにより異なりますが、
高調波電流の流出を抑制し、ある許容値以下にするよう指導されています。
この高調波電流を抑制するために「サイクル制御方式」や「PWM制御方式」
の電力調整装置が開発され販売されています。

インバータもPWM制御方式が基本(実際には出力電圧と出力周波数を同時に
可変)になりますのでヒータ制御用のPWM制御方式を「インバータを使用
している」として受け取られたのかも知れません。

ヒータ制御用のPWM制御方式では商用電源の交流電圧波形を細かく切り刻み
ます。
電圧波形の刻む幅のONとOFFの幅を少しずつ変化させます。
幅を小さくしますと一周期の電圧が見かけ上、低くなり、発熱量も小さく
なります。
この幅を広げますと電圧が大きくなりますので、発熱量も高くなります。
なお、この方式の場合、出力周波数は電源周波数と同一です。
次のURLをクリックしますと波形の図解と解説が表示されますのて参考
にして下さい。

[APRの波形制御方式]
http://www.fe-technica.co.jp/html/shohin/30/siryo_03.html

[効率の検討]
インバータ内部には交流を一旦直流にするため三相ブリッジに組んだ整流器
と平滑用コンデンサが入っています。
PWM制御方式の電力調整器はこれらが不要です。この整流器とコンデンサには
損失がありますので、効率を比較しますと、インバータの方が多少悪くなる
と考えられます。

[コストの検討]
PWM制御方式の電力調整器はインバータに比べ、三相ブリッジ整流器と
コンデンサが不要ですので、部品コストは安くなりますが、双方の生産台数が
異なりますので、双方の見積を取り比較する必要があると思います。

Answer

>コスト、効率の点からは他の方法（ＳＳＲ、電力調整器等）の法がよろしいのでしょうか。

電力調整器と一口で括ってしまうと話がややこしくなりそう
色々な種類が有ります

安価な順　（恐らく↓の順と思う）
１　ＳＳＲ
２　サイリスタ式電力調整器（廉価版）
３　インバータ（廉価版）
２　サイリスタ式電力調整器（高級版）

電力調整器の廉価版と高級版の違いは↓を参照
http://www.fe-technica.co.jp/html/shohin/30/APR.html
http://www.fa.omron.co.jp/guide/cautions/7/heat_guide_qa/

廉価版インバータの実勢価格はかなり安くなってます
場合によっては電力調整器よりも小型で安価かも？

電力調整器の廉価版と高級版と何が違うかですが
概ね１０００℃以上の高温用ヒータを廉価版では使えない

Answer

原理的には、誘導電動機駆動用のインバータを使って、抵抗負荷であるヒー
ターの制御は可能と思います。インバータには、出力の周波数と電圧を制御
する機能があり、モーター駆動用のインバータの場合出力の周波数と電圧が
ほぼ比例的に連動して変化するように設定されています。ヒーター負荷の場
合は、周波数を変えることは不要ですが、周波数が変わっても支障ありませ
ん。

ただし、負荷電流の位相がモーター負荷と比べて大幅に異なるので、負荷が
異常と判断して保護動作が働くかもしれません。このような場合は、保護を
止める特殊な設定をする必要があると思いますが、このような設定ができる
か情報を持ち合わせていません。

また、普通の誘導電動機駆動用のインバータは３相出力なので、ヒーターも
３相用が適当です。

送風機などの風量制御にインバータを導入した場合、ダクト中のダンパー
制御などと比べて、大幅にシステム効率をアップできます。しかし、ヒータ
ーをインバータで駆動した場合、モーター駆動システムのような効率向上
はありません。
位相制御方式の制御器と比べると、インバータの方が電気的機能が複雑な
分制御器内の損失がおおく、システム効率はやや低下する方向と想像します。
したがって、一般的な場合は、ヒーター制御にインバータを導入するメリッ
トは無さそうに思います。

ただし、高調波電流が問題となる場合、位相制御方式では手の打ちようが
ありませんが、インバータでは高調波電流の少ないものもありますから、
インバータ方式導入の価値があるかも知れません。

＃２回答者さんが適切なコメントをつけていらっしゃると思います。
私の回答は、一般的なモータ駆動用インバータでヒーター制御ができるか
否かというところを中心に回答しました。ご質問の主旨とは若干ずれがあっ
たかもしれません。
一口にインバータといっても制御次第で特性は様々に変貌します。
ご覧になった省エネ機器でどのようにインバータを活用していたのか、
インバータの導入を検討なさっている設備がどのようなものか、もう少し
情報があればいま一歩踏み込んだ回答が可能かも知れません。

インバータを使用したヒータ制御について