インバーターで周波数がどのように機能するか

インバーターは基本的に、ブーストおよび反転アクションを実装するための周波数または発振を伴います。私たちが知っている周波数は、一定の計算されたパターンでのパルスの生成です。たとえば、一般的なインバーター周波数は、50Hzまたは50の正のパルス/秒で評価されます。

インバータの基本周波数波形は方形波パルスの形式です。

ご存知のとおり、方形波は、テレビ、音楽プレーヤー、コンピューターなどの高度な電子機器の操作には決して適していません。

国内の主電源コンセントで取得するAC（交流）主電源も脈動電流周波数で構成されていますが、これらは正弦波または正弦波の形をしています。

特定の国のユーティリティ仕様に応じて、通常は50Hzまたは60Hzです。

私たちの家庭用AC波形の上記の正弦曲線は、周波数の50サイクルを構成する指数関数的に上昇する電圧ピークを示しています。

国内の交流交流は磁気タービンで発生するため、波形は本質的に正弦波であり、それ以上の処理を必要とせず、家庭であらゆる家電製品に直接使用できるようになります。

逆にインバータの場合、基本波形は方形波であり、あらゆる機器に対応するためには徹底した処理が必要です。

方形波と正弦波の違い

図に示すように、方形波と正弦波のピーク電圧レベルは同じである場合がありますが、RMS値または二乗平均平方根値は同じではない場合があります。この点が、ピーク値が同じであっても、方形波と正弦波が特に異なる理由です。

したがって、12V DCで動作する方形波インバーターは、同じバッテリーで動作する正弦波インバーターと同じように、たとえば330Vに相当する出力を生成しますが、両方のインバーターの出力RMSを測定すると、大幅に異なります（330Vと220V）。

“オペアンプ741を使用したウィーンブリッジ発振器 ”

画像はピークとして220Vを誤って示していますが、実際には330Vである必要があります

上の図では、緑色の波形は正弦波形であり、オレンジ色の波形は方形波を表しています。影付きの部分は、両方のRMS値を可能な限り近づけるために平準化する必要がある過剰なRMSです。

したがって、方形波インバーターを正弦波等価物に変換することは、基本的に、方形波インバーターが必要なピーク値、たとえば330Vを生成できるようにすることを意味しますが、RMSは正弦波インバーターとほぼ同じです。

方形波を正弦波に変換/変更する方法

これは、方形波サンプルを正弦波形に切り分けるか、サンプルの方形波を適切に計算された小さな断片に切り刻んで、そのRMSが標準の主電源ACRMS値に非常に近くなるようにすることで実行できます。

方形波を完全な正弦波に刻むには、ウィーンブリッジ発振器、より正確には「ババ発振器」を使用して、正弦波プロセッサステージに供給することができます。この方法は複雑すぎるため、既存の方形波インバーターを正弦波インバーターに実装するための推奨されるアイデアではありません。

より実現可能なアイデアは、出力デバイスのベースで関連する方形波を必要なRMS度にチョップすることです。

1つの典型的な例を以下に示します。

最初の図は、方形波インバータ回路を示しています。単純なAMVチョッパーを追加することで、関連するMOSFETのベースで必要な程度にパルスを分解できます。

上記の回路の方形波を正弦波に相当するインバータバージョンに変更しました。

ここで、より低いAMVは高周波でパルスを生成し、そのマーク/スペース比はプリセットVR1の助けを借りて適切に変更することができます。このPWM制御出力は、MOSFETの伝導を規定のRMS値に調整するために、MOSFETのゲートに適用されます。

上記の変更から予想される典型的な波形パターン：

MOSFETゲートでの波形：

トランスの出力での波形：

トランスの出力にインダクタとコンデンサを使用して適切にフィルタリングした後の波形：

パーツリスト

R1、R2、= 27K、
R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10 = 1Kオーム、
C1、C2 = 0.47uF / 100Vメタライズ
C3、C4 = 0.1uF
T1、T2、T5、T6 = BC547、
T3、T4 =任意の30V、10アンペアのMOSFET、Nチャネル。
D1、D2 = 1N4148
VR1 = 47Kプリセット
変圧器= 9-0-9V、8アンペア（電力を正しく最適化するには、出力負荷に応じて仕様を選択する必要があります）
バッテリー= 12V、10AH

より良い効率率を得る

上記の変換または変更により、達成されたRMSマッチングで約70％の効率が得られます。より良く正確なマッチングに興味がある場合は、おそらくIC 556PWM波形プロセッサが必要になります。

背後にある原理を示すこの記事を参照することをお勧めします方形波を正弦波形に変更するいくつかのIC555を使用します。

上記の回路からの出力は、既存の正方形インバータユニットに存在する関連するパワーデバイスのゲートまたはベースに同様に供給することができます。

より包括的なアプローチは、この記事で目撃される可能性があります。 IC 556は、正確なPWMベースの修正正弦波を抽出するために使用されます方形波サンプルソースからの同等物。

この波形は、意図した変更を実装するために既存の出力デバイスと統合されています。

上記の例は、既存の通常の方形波インバーターを正弦波インバーターの設計に変更するためのより簡単な方法を示しています。

SPWMへの変換

上記の記事では、方形波をより小さなセクションに分割することにより、方形波インバーターの波形を最適化して正弦波のような波形を取得する方法を学びました。

ただし、より詳細な分析では、切り刻まれた波形がSPWMの形式で寸法設定されていない限り、適切な正弦波相当を達成できない可能性があることが示されています。

この条件を満たすために、SPWMコンバータ回路はインバータから最も理想的な正弦波を切り出すために不可欠になります。

次の図は、上記の設計でこれを効果的に実装する方法を示しています。

私の以前の記事の1つを通して私たちは理解しました SPWMの作成にオペアンプを使用する方法、同じ理論が上記の概念に適用されているのを見ることができます。ここでは、2つの三角波ジェネレーターを使用します。1つは下部の非安定からの高速方形波を受け入れ、もう1つは上部の非安定から低速の方形波を受け入れ、それぞれ対応する高速および低速の三角波出力に処理します。