PWM インバータ – 接続された個別の負荷に最適

PWM (パルス幅変調インバーター) は、古いタイプのインバーターの代替品として機能しました。このため、幅広いリアルタイム アプリケーションがあります。ほとんどの場合、企業はそれらをパワーエレクトロニクス回路の作成に使用しています。パルス幅変調インバーターは通常 MOSFET を使用するため、一般に PWM MOSFET インバーターと呼ばれます。実際、ほとんどのインバータは PWM 技術を適用して、さまざまな周波数と大きさの AC 出力電圧を生成します。この記事では、PWM インバーターの動作について説明します。また、PWM インバーターに見られる回路に触れ、いくつかの PWM インバーターの種類について説明します。

PWM インバーターとは?

簡単に言えば、これはパルス幅変調技術を使用して動作するインバータです。したがって、PWM インバーターは、接続された負荷に関係なく、定格 AC 電圧で出力電圧を保持できます。出力電圧の周波数幅を変更することで機能します。

PWM インバーターの動作原理

図 1:産業用インバータ

従来のインバータでは、負荷変動により出力電圧が変化します。 PWM 電圧インバーターは、出力に接続された負荷の値を使用して出力相電圧を補正します。

これは、出力信号の一部を PWM コントローラ IC に戻すことによって機能します。 PWM コントローラはフィードバック電圧を使用して、オシレータ領域で生成されるパルス幅を調整します。

パルス幅の調整により、出力での信号の変化を排除できます。したがって、出力電圧波形は、負荷変動に関係なく同じままです。

PWM インバーターで使用される回路はどれですか?

図 2:PWM インバータ回路図

PWM インバーターの回路図を見ると、いくつかの回路が使用されていることがわかります。これらには以下が含まれます:

バッテリー充電電流センサー回路

この回路は、バッテリの充電に使用される電流の流れを維持し、定格値に保ちます。バッテリーの寿命を縮める可能性のある変動を防ぎます。

バッテリー電圧感知回路

場合によっては、電池が消耗することがあります。この回路は、これが発生した場合にバッテリを充電するために必要なインバータ電圧を検出します。また、バッテリーが完全に充電されると、バッテリーをトリクル充電するのにも役立ちます。

AC 主電源感知回路

これは、AC 主電源が存在するかどうかを感知します。存在すると仮定すると、インバーターは充電状態に切り替わります。存在しない場合は、バッテリー モード状態になります。

ソフトスタート回路

この回路は、電力の流れが再開した後、充電を 8 ～ 10 秒間遅らせます。高い AC 電力から MOSFET を保護します。

切り替え回路

インバータの運転モードを切り替えます。充電モードまたはバッテリー モードのいずれかであり、主電源の可用性に基づいています。

回路をシャットダウン

インバータの動作状況を監視し、異常を感知すると停止します。複数のセンサー回路から入力を取得します。

PWM コントローラ回路

ここで、回路は PWM 電圧インバーターの出力で電圧を制御します。ほとんどの場合、LM494 や KA3535 などの単一の IC を使用します。通常、PWM 動作に必要なすべての回路はこれらの IC に組み込まれています。

バッテリー充電回路

この回路は、インバーターのバッテリー充電プロセスを制御します。主電源感知回路とバッテリ センサー回路から入力を受け取ります。

発振回路

この場合、回路はスイッチング周波数を生成します。通常、PWM の IC に組み込まれています。

ドライバー回路

ここでは、回路はインバータのスイッチング信号に基づいて出力を駆動します。プリアンプ回路に似ています。

PWM インバーターの種類

簡単に言えば、PWM インバーターは、基準信号とキャリア信号の 2 つの信号で動作します。これらの信号を比較して、インバータのモードを切り替えるために必要なパルスを生成します。いくつかの PWM 手法があります。これらには以下が含まれます:

単一パルス幅変調 (SPWM)

図 3:SPWM のグラフ

この場合、彼らは単一のパルスを使用して、半減期ごとに技術を調整します。ここでは、搬送波に三角波、基準信号に方形波を使用します。

したがって、生成されたゲートパルスは、これらの信号を比較した結果です。しかし、それは高調波を引き起こします.

多重パルス幅変調 (MPWM)

図 4: DC モーター PWM 速度コントローラー

ここでは、この手法を使用して、SPWM の使用によって発生する可能性のある問題を回避しています。同様に、出力電圧の半サイクルごとに複数のパルスが単一のパルスに置き換わります。さらに、開発者は、アセンブリ中にキャリアの周波数を制御することにより、出力周波数を調整します。

MPWM 技術は主に、可変周波数でモーター制御システムを駆動するインバーターで使用されます。その結果、これにより多くの出力周波数と電圧調整が作成されます。一般に、この技術は波形の品質を向上させます。

正弦パルス幅変調

図 5: 単純な正弦波

この場合、基準信号として正弦波が方形波に置き換わります。その間、キャリアは三角波のままです。したがって、出力は正弦波になります。一方、変調指数はその電圧の実効値を制御します。

ただし、正弦波パルス幅変調には 2 つの主な欠点があります。まず、ライン電源と同じくらい高い出力電圧を生成できません。次に、出力が完全に正弦波の PWM でなければならない場合。小さなパルスを含めることが不可欠です。企業は、ピーク変調波がピーク キャリア電圧とほぼ同じレベルである場合にこれを行います。

小さなパルスを追加することは、デバイスのオンとオフを切り替えるのに必要な時間のため、ほとんど不可能な場合があります。したがって、ほとんどの業界では、効率上の理由から小さなパルスを排除しています。

修正正弦波パルス幅変調

ここで、キャリア信号は、各半サイクルの最初と最後の 60° で取り込まれます。 間隔。そのため、この変更により、出力の高調波特性が改善されます。スイッチングは損失を減らし、基本的なコンポーネントをサージします。

結論

結論として、パルス幅インバータは PWM 技術を使用して、負荷に関係なく出力を定格値に調整します。その効率性により、DC モーターの PWM 速度コントローラーなど、多くの産業用途に使用されています。ここでは、印加電圧の周波数変動がドライブの速度を制御します。

とはいえ、これが PWM インバーターのしくみの概要です。

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