インバータ

インバータ（逆変換装置）

1. 単相電圧形インバータ

(1) 基本回路

直流電圧源から交流をつくる。

ž 上下のスイッチ対は同時にはオンできない。

ž 上下のスイッチ対は交互にオンオフされる。

(2) 実際の回路構成

スイッチを自己消弧形パワー半導体デバイスで置き換える。

ž デバイス単体では逆方向の電流を流すことができないので、帰還ダイオードをデバイスと逆並列接続する。

ž スイッチ切換時に、電流を急峻に変化させるため、電源に並列にコンデンサを接続する。

① LR負荷の場合

L負荷が含まれるので、出力電流の立ち上がり・立ち下がりが遅れる。トランジスタが切り換わっても、出力電流の方向は、すぐには変わらない。

したがって、トランジスタ自体は、半周期でオンオフするが、出力電流が逆方向（図では上方向）に流れる期間だけは、電流が帰還ダイオードを通る。

入力電流波形と出力電力波形は相似となる。

したがって、入力電流が負の期間には、エネルギーの一部が電源に帰還される。

② CR負荷の場合

出力電流は立ち上がり・立ち下がりで急変し、波形ひずみが電圧よりも大きくなる。

すなわち、電圧形インバータでは負荷に直列にLが存在する方が望ましい。

③ LCR負荷の場合

出力周波数と固有周波数が等しい場合には、正弦波になる。

このとき、出力電流がゼロの時点でスイッチングが行われ、半導体デバイスのスイッチング損失を低減できる。

2. 三相電圧形インバータ

三組の上下スイッチ対を設け、180°通電で、互いに120°位相をずらしてオンオフする。

線間電圧は、120°通電の方形波となる。

負荷相電圧について、例えば、T₁・T₄・T₆がオンの場合、次のようになる。

LR負荷の場合は、出力電流（線電流）の立ち上がり・立下りが遅れ、正弦波に近くなる。

例えば、T₁からT₂に切り換わってすぐの間は、電流はD₂を帰還する。

入力側からみると、電流は6倍周波数の脈動となる。

負荷中性点(n点)電圧は、インバータ出力電圧の平均値になる。

インバータ出力相電圧には、3の倍数次の高調波が含まれるので、中性点はゼロにはならない。

3. 三相電流形インバータ

スイッチング動作に関係なく一定の直流電流を流すために、電源側に直列リアクトルを接続する。

負荷がインダクタンス成分を含んでも、電流の急峻な変化に対してサージ電圧が生じないように、Ｙ結線の相間コンデンサが並列接続される。

トランジスタには逆電圧が印加される期間が存在する。通常のトランジスタは逆耐圧を有しないので、ダイオードを直列に接続する。

スイッチングの仕方が、電圧形インバータとは異なる。

三組の上下スイッチ対は、120°通電で、互いに120°位相をずらしてオンオフする。

したがって、上下のスイッチ対が同時にオフとなる期間が存在する。

また、上側の3つは同時にオンすることは無くT₁→T₃→T₅と連続的に通電する。下側も同様。

出力電圧波形を求めるにあたって、便宜的に線電流の差を考える。

電圧形と異なり、上側の3つ・下側の3つがそれぞれ同時にオンすることが無いので、線電流の経路は枝分かれすることなく、一本道である。

出力線間電圧の立ち上がり・立ち下がりは、並列コンデンサのために遅れ、正弦波に近くなる。

入力側からみると、電圧は6倍周波数の脈動となる。

4. 三相インバータの比較