トランスレス インバータ - 知っておくべきことすべて

時には、テクノロジーが共同体のコミュニティに大きな飛躍をもたらすことがあります。トランスレス技術は、これらの開発の 1 つです。ユーティリティ、独立した電力生産者、および統合業者に、無制限の電力供給と複雑さの軽減を提供します。これは、最も一般的な 2 種類の商用 PV 設備が、より効率的な方法を利用してコストを削減できることを意味します。

変圧器のないインバーターは、変圧器ベースの対応するものよりも小型で軽量です。これが、それらを検討する主な理由になる可能性があります。

続きを読んで、トランスレス インバーターのしくみ、最適な回路、設置に関する考慮事項、およびその利点を発見してください。

トランスレス インバーターとは?

電力変換器は、低電圧の直流 (DC) 電気を、電化製品が使用する高電圧の交流 (AC) 電気に変換します。

エネルギーを変換するために内部変圧器を必要とするのではなく、変圧器のないインバーターは、コンピューター化された多段階プロセスを使用して電圧を上げることができます。インバーター内の電子部品は、低周波の DC 電力を高周波の AC に変換します。次に、電力を DC に戻し、最終的に標準周波数の AC 電圧に変換します。

トランスレス インバーターに最適な 3 つの回路

トランスレス インバーターの 3 つの最適な回路構成は、IC 4047、200 ワットのコンパクトな設計、およびソーラー インバーター回路です。小型で比較的シンプルで、内部変圧器ではなくバッテリーまたは太陽光発電に依存しています。

IC 4047

図 4:IC 4047

IC 4047 は、トランスレス インバーターに使用できる最も単純な回路の 1 つです。ブートストラップや特別なドライバー IC は必要ありません。

ただし、熱耐性が低く、電流仕様が高い類似の N チャネル デバイスよりも 2 ～ 3 倍大きくなります。したがって、デザイナーは、プロ用および商業用のユニットではそれを避けます。

仕組み

IC 4047 は、非安定または単安定 MV モードの両方で使用できる低電力マルチバイブレータです。外部トリガー入力を非安定モード (トゥルー ゲーティングまたは補数ゲーティング) に統合できます。単安定モードでは、ポジティブ エッジ トリガーまたはネガティブ エッジ トリガーで IC をトリガーできます。

再トリガー可能な機能により、必要な量まで出力タイミングを延長できます。

また、外部RCネットワークで可変周波数オプションを可能にする内蔵発振器も備えています。

構成

• パワー: フル充電時は 190V、適度な充電時は 160V のバッテリー
• IC 555 ：PWM
• オペアンプ IC :必要な SPWM を処理する三角波を備えたコンパレータのように構成されています
• BJT バッファ スイッチ :ローサイド MOSFET を同じパターンに切り替えた SPWM パルスに従って設定
• MOSFET :3kva トランスレス インバーター (IRFB4137PBF-ND など) を処理するための定格が必要です
• フェライトコア :重い鉄の変圧器の代わりに

頻度テスト

次の式を使用して、f を Hz で、Rt をオームで、Ct をファラッドで測定します。

f =1/1.453 x Rt x Ct

希望する結果が得られるまで、デジタル周波数計で周波数範囲出力をテストすることをお勧めします。

部品リスト

• C1 =0.1uF / PPC
• R1 =56k
• IC ピン 10 /11 の抵抗 =330 オーム – 2 個
• 上部 P チャネル MOSFET =FQP4P40 – 2 個
• 下部 N チャネル MOSFET =IRF740 =2 個
• MOSFET ゲート抵抗 =100k – 2nos
• オプトカプラ =4N25 – 2 個
• ツェナー ダイオード =12 V、1/2 ワット – 2 個

200 ワットのコンパクト設計

200 ワットの構成はシンプルで効率的で、重い変圧器は必要ありません。電力を供給するバッテリーは場所を取らず、200 ワットで 110 V AC を出力します。

仕組み

200 ワットの単純なインバーター回路は、18 個の 12 ボルト バッテリーからの高電圧 DC 入力電圧を使用します。 IC は 5 ～ 15 ボルトの厳密な動作電圧を必要とするため、12 ボルト電池の 1 つから供給されます。

構成

• パワー: 直列の 18 個の 12 ボルト電池
• オシレーター :ゲート N1 (IC 4093 から)
• IC :12 ボルト電池の 1 つからの入力、関連する IC 出力に適用
• 真の正弦波反転の場合 :入力発振器の代わりに正弦波発生器を使用

部品リスト

• バッテリー =12V/4AH、18 個
• D1 =1N4148
• NAND IC =4093、
• 第 1 四半期、第 2 四半期 =MPSA92
• 第 3 四半期 =MJE350
• 第 4 四半期、第 5 四半期 =MJE340
• Q6、Q7 =K1058、
• Q8、Q9 =J162

トランスレス ソーラー インバーター回路

図 3:トランスレス ソーラー インバーター回路システム

トランスレス ソーラー インバーター回路設計では、高電圧 MOSFET を使用して太陽エネルギーを利用することにより、トランスが不要になります。電圧調整器は、太陽光の変動による電力損失と利得に基づいて電力変動を調整するのに役立ちます。

仕組み

トランスレス ソーラー インバーター回路は、太陽エネルギーを AC 電気に変換します。それらには、発振器、出力、および電力供給段階の 3 つの主な段階があります。

構成

• パワー :開回路電圧範囲が 17V (夕暮れ) から 24V (明るい日差し) のソーラー パネル。B1 と B2 に供給
• ドロップ抵抗とツェナー ダイオード :ツェナー電圧 15V に制限
• 電圧安定器: 晴れた日と曇りの日の間で、170V～260V の範囲のソーラー出力電圧を調整する
• MOSFET :定格 450V および 5 アンペアの N および P タイプ
• オシレーター :IC 555
• 出力 :高電圧パワー MOSFET

R₁ の式 、R₂ 、および C₁

T₁ =0.7(R₁ +R₂ )C と T₂ =0.7R₁ C

そう

T=0.7(R₁ +2R₂ )C または f=1.4/(R₁ +2R₂ )C

どこで

T₁ =高値期間、T₂ =低期間、T =総期間、f =頻度

部品リスト

• B1 と B2 =ソーラー パネルから
• C1 =0.1uF
• ダイオード =1N4148
• R1 =6K8
• R2 =140K
• R3 =10K、10 ワット、
• R4、R5 =100 オーム、1/4 ワット
• Z1 =5.1V 1 ワット

または、完全な H ブリッジ インバーター回路をインストールすることもできます。この利点は、ソーラー パネルを 1 つ配置するだけで 220V の出力が得られることです。

図 5:トランスレス ソーラー インバーター回路システム

トランスレス ソーラー インバーター回路設計では、高電圧 MOSFET を使用して太陽エネルギーを利用することにより、トランスが不要になります。電圧調整器は、太陽光の変動による電力損失と利得に基づいて電力変動を調整するのに役立ちます。

構成

• パワー :開回路電圧範囲が 17V (夕暮れ) から 24V (明るい日差し) のソーラー パネル。B1 と B2 に供給
• ドロップ抵抗とツェナー ダイオード :ツェナー電圧 15V に制限
• 電圧安定器: 晴れた日と曇りの日の間で 170V ～ 260V の範囲のソーラー出力電圧を調整する
• MOSFET :定格 450V および 5 アンペアの N および P タイプ
• オシレーター :IC 555
• 出力 :高電圧パワー MOSFET

R₁ の式 、R₂ 、および C₁

T₁ =0.7(R₁ +R₂ )C と T₂ =0.7R₁ C

そう

T=0.7(R₁ +2R₂ )C または f=1.4/(R₁ +2R₂ )C

どこで

T₁ =高値期間、T₂ =低期間、T =総期間、f =頻度

部品リスト

• B1 と B2 =ソーラー パネルから
• C1 =0.1uF
• ダイオード =1N4148
• R1 =6K8
• R2 =140K
• R3 =10K、10 ワット、
• R4、R5 =100 オーム、1/4 ワット
• Z1 =5.1V 1 ワット

または、完全な H ブリッジ インバーター回路をインストールすることもできます。利点は、220V の出力を得るために 1 つのソーラー パネル配置を設置するだけでよいことです。

トランスレス インバーターの設置に関する考慮事項

図 4:トランスレス インバーターの設置とテストを行う作業員

従来のインバーターを使用するということは、それぞれが単一またはカスタムの絶縁トランスとペアにする必要があることを意味します。絶縁トランスの効率はせいぜい 99% であるため、電力はすぐに減少します。さらに、かさばるサイズと範囲の制限がすぐに邪魔になります。十分なサイズであれば、建物またはサブ パネルに直接接続されたトランスレス インバーター。

重い変圧器がないため、設計は軽量で操作しやすく、設置オプションが増えます。また、大量の DC 配線と、AC 配線の長さとコストを削減します。最も安定した性能を得るために、直接電源を利用する変圧器なしで複数の並列インバータを接続できます。

変圧器ベースのインバータと変圧器のないインバータの違い

トランスレス インバータと従来のインバータの主な違いは、トランス自体です。変圧器がないことで、スペースが解放され、よりクリーンで軽量で直接的な設計が可能になります。また、より効率的になります。コンピュータ化されたプロセスとアップグレードされた電気部品が変圧器の代わりになります。

これらの無停電電源装置は、現在、小規模な設備を備えたデータセンター環境で一般的になっています。これらは、10 kVA 未満から約 300 kVA までの範囲の電力定格で利用できます。

トランスレス インバーターを使用する利点

図5：軽量・コンパクトなトランスレスインバータ

トランスレス インバーターは、従来のインバーターよりも効率的であり、内部エネルギー損失を回避できます。また、かさばる大型の変圧器がないため、余分なコンポーネントのコストも削減できます。変圧器のないバージョンは軽量でコンパクトで、機械的ではなく電子スイッチングを使用します。

また、トランスレス インバーターは、機械ノイズが少なく、機械部品からの熱も少ないです。全体として、これらの特性により、冷却ファン、変圧器、およびその他のかさばるコンポーネントが不要になるため、ビルドが安価になります。

従来のインバータは、単一の PowerPoint を介して動作します。つまり、1 つのコンポーネントのパフォーマンスが低いと、全体の DC 出力が低下します。トランスレスインバータは、直流出力を発生させながら2方向に設置できます。

結論

全体として、トランスレス インバーターは、電気部品が少なく効率的であるため、費用対効果が高くなります。回路にはさまざまなオプションがありますが、トランスレス モデルの全体的な利点は汎用性です。より小型でコンパクトな電化製品や電子機器を使用することで、消費者にとっては製造コストが安くなります。

回路オプションは、必要な DC 出力の種類によって異なります。あるいは、変圧器のないコンポーネントは、速度と効率の利点をもたらします。この技術は何十年にもわたって開発および改善されており、将来の電子消費に革命をもたらすでしょう。