私たちは皆インバーターについて知っています-それはDCをACに変換する装置です。また、以前はさまざまなタイプのインバーターについて学び、12vから220vの単相インバーターを構築しました。三相インバーターは、DC電圧を三相AC電源に変換します。このチュートリアルでは、三相インバーターとその動作について学習しますが、先に進む前に、三相線の電圧波形を見てみましょう。上記の回路では、三相ラインが抵抗性負荷に接続されており、負荷はラインから電力を引き出します。各相の電圧波形を描くと、図のようなグラフになります。グラフでは、3つの電圧波形が120ºだけ互いに位相がずれていることがわかります。
この記事では、DCから3相のACコンバーターとして使用される3相インバーター回路について説明し ます。現代でも、さまざまな負荷に対して完全な正弦波形を実現することは非常に困難であり、実用的ではないことを忘れないでください。そこで、ここでは、実用的な三相インバーターに関連するすべての問題を無視して、理想的な三相コンバーター回路の動作について説明し ます。
三相インバーターの動作
次に、3相インバータ回路とその理想的な簡略化された形式を見てみましょう。
以下は、サイリスタとダイオードを使用して設計された三相インバータ回路図です（電圧スパイク保護用）
以下は、スイッチのみを使用して設計された三相インバータ回路図です。ご覧のとおり、この6つの機械式スイッチのセットアップは、面倒なサイリスタ回路よりも3相インバーターの動作を理解するのに役立ちます。
ここで行うことは、これらの6つのスイッチを開閉して、抵抗性負荷の三相電圧出力を取得することです。スイッチをトリガーして目的の結果を達成するには、2つの方法があります。1つはスイッチが180度導通する方法、もう1つはスイッチが120度のみ導通する方法です。以下の各パターンについて説明します。
A）三相インバーター-180度導通モード
理想的な回路は、セグメント1、セグメント2、セグメント3の3つのセグメントに分割する前に描画されます。これらの表記法は、記事の後半のセクションで使用します。セグメント1はスイッチS1とS2のペアで構成され、セグメント2はスイッチングペアS3とS4で構成され、セグメント3はスイッチングペアS5とS6で構成されます。バッテリーの短絡によりセットアップ全体が失敗するため、常に同じセグメント内の両方のスイッチを閉じないでください。このシナリオは常に回避する必要があります。
次に、理想的な回路の最初のセグメントでスイッチS1を閉じて、スイッチングシーケンスを開始し、開始に0ºという名前を付けましょう。選択した導通時間は180ºであるため、スイッチS1は0ºから180ºまで閉じられます。
ただし、第1フェーズの120º後、第2フェーズも三相電圧グラフに見られるように正のサイクルを持つため、スイッチS3はS1の後に閉じられます。このS3もさらに180度閉じたままになります。したがって、S3は120ºから300ºまで閉じられ、300º後にのみ開きます。
同様に、記事の冒頭のグラフに示されているように、第3フェーズにも第2フェーズの正のサイクルの120º後に正のサイクルがあります。したがって、スイッチS5は、120ºS3が閉じた後、つまり240º後に閉じられます。スイッチが閉じられると、S5が240ºから60º（2番目のサイクル）まで閉じられるため、スイッチは開かれる前に180ºの間閉じられたままになります。
これまでは、最上層のスイッチが閉じられると導通が行われると想定していましたが、回路からの電流の流れを完了する必要があります。また、同じセグメント内の両方のスイッチが同時に閉じられることはないため、一方のスイッチが閉じている場合は、もう一方のスイッチが開いている必要があることに注意してください。
上記の両方の条件を満たすために、S2、S4、S6を所定の順序で閉じます。したがって、S1が開かれた後でのみ、S2を閉じる必要があります。同様に、S3が300ºで開かれた後にS4が閉じられ、同様に、S5が導通サイクルを完了した後にS6が閉じられます。同じセグメントのスイッチを切り替えるこのサイクルは、下の図に示されています。ここで、S2はS1に続き、S4はS3に続き、S6はS5に続きます。
この対称的なスイッチングに従うことにより、グラフに示されている目的の三相電圧を実現できます。上記の表に最初のスイッチングシーケンスを入力すると、以下のように180º導通モードの完全なスイッチングパターンが得られます。
上記の表から、次のことが理解できます。
0〜60：S1、S4、S5が閉じ、残りの3つのスイッチが開きます。
60〜120：S1、S4、S6が閉じ、残りの3つのスイッチが開きます。
120〜180：S1、S3&S6が閉じ、残りの3つのスイッチが開きます。
そして、切り替えのシーケンスはそのように続きます。ここで、電流と電圧のパラメータをよりよく理解するために、各ステップの簡略化された回路を描きましょう。
ステップ1:(0〜60の場合） S1、S4、S5は閉じ、残りの3つのスイッチは開いています。このような場合、簡略化した回路は以下のようになります。
したがって、0〜60の場合：Vao = Vco = Vs / 3; Vbo = -2Vs / 3
これらを使用することにより、線間電圧を次のように導き出すことができます。
Vab = Vao – V bo = Vs Vbc = Vbo – Vco = -Vs Vca = Vco – Vao = 0
ステップ2:(60〜120の場合） S1、S4、S6は閉じ、残りの3つのスイッチは開いています。このような場合、簡略化した回路は以下のようになります。
したがって、60〜120の場合：Vbo = Vco = -Vs / 3; Vao = 2Vs / 3
これらを使用することにより、線間電圧を次のように導き出すことができます。
Vab = Vao – Vbo = Vs Vbc = Vbo – Vco = 0 Vca = Vco – Vao = -Vs
ステップ3：（120〜180の場合） S1、S3、S6は閉じ、残りの3つのスイッチは開いています。このような場合、簡略化した回路は次のようになります。
したがって、120〜180の場合：Vao = Vbo = Vs / 3; Vco = -2Vs / 3
これらを使用することにより、線間電圧を次のように導き出すことができます。
Vab = Vao – V bo = 0 Vbc = Vbo – Vco = Vs Vca = Vco – Vao = -Vs
同様に、シーケンスの次のステップの相電圧と線間電圧を導出できます。そして、それは以下の図のように表示できます。
A）三相インバーター-120度伝導モード
120ºモードは、各スイッチのクローズ時間が以前は180であった120に短縮されることを除いて、すべての面で180ºに似ています。
いつものように、最初のセグメントのスイッチS1を閉じて、0ºの開始番号にして、切り替えシーケンスを開始しましょう。選択した導通時間は120ºであるため、スイッチS1は120º後に開き、S1は0ºから120ºまで閉じました。
正弦波信号の半サイクルが0から180ºになるため、残りの時間はS1が開き、上の灰色の領域で表されます。
これで、第1フェーズの120º後、第2フェーズも前述のように正のサイクルになるため、スイッチS3はS1の後に閉じられます。このS3もさらに120º閉じたままになります。したがって、S3は120ºから240ºまで閉じられます。
同様に、第3フェーズも第2フェーズの正のサイクルの120º後に正のサイクルがあるため、スイッチS5はS3の120ºが閉じた後に閉じられます。スイッチが閉じられると、開かれる前に120度の間閉じられたままになり、それによってスイッチS5は240度から360度まで閉じられます。
この対称スイッチングのサイクルは、目的の三相電圧を達成するために継続されます。上記の表にスイッチングシーケンスの開始と終了を入力すると、以下のように120º導通モードの完全なスイッチングパターンが得られます。
上記の表から、次のことが理解できます。
0〜60： S1&S4は閉じ、残りのスイッチは開いています。
60〜120： S1とS6は閉じ、残りのスイッチは開いています。
120〜180の場合： S3&S6は閉じ、残りのスイッチは開いています。
180〜240： S2&S3は閉じ、残りのスイッチは開いています
240〜300の場合： S2&S5は閉じ、残りのスイッチは開いています
300-360から：残りのスイッチが開いている間、S4&S5は閉じられます
そして、この一連のステップはそのように続きます。次に、各ステップの簡略化した回路を描いて、3相インバータ回路の電流と電圧のパラメータをよりよく理解しましょう。
ステップ1:(0〜60の場合） S1、S4は閉じ、残りの4つのスイッチは開いています。このような場合、簡略化した回路は以下のようになります。
したがって、0〜60の場合：Vao = Vs / 2、Vco = 0; Vbo = -Vs / 2
これらを使用することにより、線間電圧を次のように導き出すことができます。
Vab = Vao – V bo = Vs Vbc = Vbo – Vco = -Vs / 2 Vca = Vco – Vao = -Vs / 2
ステップ2:(60〜120の場合）残りのスイッチが開いている間、S1とS6は閉じられます。このような場合、簡略化した回路は以下のようになります。
したがって、60〜120の場合：Vbo = 0、Vco = -Vs / 2&Vao = Vs / 2
これらを使用することにより、線間電圧を次のように導き出すことができます。
Vab = Vao – Vbo = Vs / 2 Vbc = Vbo – Vco = Vs / 2 Vca = Vco – Vao = -Vs
ステップ3:(120〜180の場合）残りのスイッチが開いている間、S3&S6は閉じられます。このような場合、簡略化した回路は以下のようになります。
したがって、120〜180の場合：Vao = 0、Vbo = Vs / 2&Vco = -Vs / 2
これらを使用することにより、線間電圧を次のように導き出すことができます。
Vab = Vao – V bo = -Vs / 2 Vbc = Vbo – Vco = Vs Vca = Vco – Vao = -Vs / 2
同様に、次の次のステップの相電圧と線間電圧を導出できます。そして、すべてのステップのグラフを描くと、次のようになります。
180ºと120ºの両方のスイッチングケースの出力グラフで、3つの出力端子で交互の三相電圧を達成したことがわかります。出力波形は純粋な正弦波ではありませんが、三相電圧波形に似ていました。これは、三相インバータの動作を理解するための単純な理想的な回路と近似波形です。サイリスタ、スイッチング、制御、および保護回路を使用して、この理論に基づいて動作モデルを設計できます。