JPH0652991B2 - 直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータ - Google Patents
直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータInfo
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- JPH0652991B2 JPH0652991B2 JP58015531A JP1553183A JPH0652991B2 JP H0652991 B2 JPH0652991 B2 JP H0652991B2 JP 58015531 A JP58015531 A JP 58015531A JP 1553183 A JP1553183 A JP 1553183A JP H0652991 B2 JPH0652991 B2 JP H0652991B2
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- H02M7/537—Conversion of DC power input into AC power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、直流電圧を交流電圧に変換するためのインバ
ータ、特に，２個の出力の間に直列に接続された複数の
ｎ回路素子を備え、この各回路素子が直流電源と、切換
え接続をするスイツチとを備える直列接続部とからな
り、かつこの直列接続部と並列に接続された単方向性の
導電回路を備え、更にスイツチを切り換えることにより
スイツチ接続を、導通状態にしたり、非導通状態にした
りするための制御ユニツトを備えていることを特徴とす
るインバータに関する。
ータ、特に，２個の出力の間に直列に接続された複数の
ｎ回路素子を備え、この各回路素子が直流電源と、切換
え接続をするスイツチとを備える直列接続部とからな
り、かつこの直列接続部と並列に接続された単方向性の
導電回路を備え、更にスイツチを切り換えることにより
スイツチ接続を、導通状態にしたり、非導通状態にした
りするための制御ユニツトを備えていることを特徴とす
るインバータに関する。
直流電源から交流電圧を供給するためのインバータは、
例えば、太陽電池により生成した直流電圧を、交流供給
線と同一の周波数と電圧を有する交流電圧に変換するた
めの交流供給線に接続された光電装置において必要とさ
れる。またこのようなインバータは、例えば充電式バツ
テリーにより、主交流電圧源よりなる断続することのな
い応急電力源を得る際にも必要である。
例えば、太陽電池により生成した直流電圧を、交流供給
線と同一の周波数と電圧を有する交流電圧に変換するた
めの交流供給線に接続された光電装置において必要とさ
れる。またこのようなインバータは、例えば充電式バツ
テリーにより、主交流電圧源よりなる断続することのな
い応急電力源を得る際にも必要である。
この目的のために、１相インバータ又は多相インバー
タ、即ちパルスインバータを使用することは公知であ
る。一般に、このようなインバータは、チヨーク素子、
フイルター部、及び変圧器を必要としている。このよう
な素子は、高価であり、かつ変換器の最大効率と経済的
用途において限度がある。
タ、即ちパルスインバータを使用することは公知であ
る。一般に、このようなインバータは、チヨーク素子、
フイルター部、及び変圧器を必要としている。このよう
な素子は、高価であり、かつ変換器の最大効率と経済的
用途において限度がある。
正弦交流電圧は、必要な正弦出力電圧のリズムで、同一
電圧の直流電源の連続的接続により、チヨーク部材、フ
イルター部材、又は変圧器なしに近似させられる。
電圧の直流電源の連続的接続により、チヨーク部材、フ
イルター部材、又は変圧器なしに近似させられる。
このことは、１９８０年１０月にフオトボルタイツク・
ソラー・エナージー・コンフアランス（Photovoltaic S
olar Enengy Conference）により発行されたジージエー
・ネーイエル（G.J.Naaijer）による「ニユータイプ・
オブ・トンスフオーマーレス・ハイエフイシエンシーイ
ンバータ」サー・イーシー（New Type of Transformerl
ess High Efficiency Inverter,Third E.C.）に記載さ
れている。
ソラー・エナージー・コンフアランス（Photovoltaic S
olar Enengy Conference）により発行されたジージエー
・ネーイエル（G.J.Naaijer）による「ニユータイプ・
オブ・トンスフオーマーレス・ハイエフイシエンシーイ
ンバータ」サー・イーシー（New Type of Transformerl
ess High Efficiency Inverter,Third E.C.）に記載さ
れている。
この型の回路は、スイツチが、各電圧差に付き必要であ
るので、正弦電圧波型の荒い漸次的変換の時以外は、経
済効率がよくない。しかし、このような荒い漸次的変換
は、相当に大きな高調波率を生成する。この相当に高い
高調波率は、特に交流供給線接続装置、あるいは特定の
負荷の下では、非実用的である。
るので、正弦電圧波型の荒い漸次的変換の時以外は、経
済効率がよくない。しかし、このような荒い漸次的変換
は、相当に大きな高調波率を生成する。この相当に高い
高調波率は、特に交流供給線接続装置、あるいは特定の
負荷の下では、非実用的である。
英国特許公開第2,015,834号明細書に開示されているよ
うなインバータも公知である。
うなインバータも公知である。
この回路では、直流電源の電圧値が、それぞれ直列接続
された回路ユニツトと相互に等しい。その結果、可能な
電圧段階の数は、現存の回路ユニツトの数と等しくな
る。合成交流電圧が非常に微細な段階よりなつている場
合、精巧な制御ユニツトを形成するために、非常にたく
さんの回路が必要となる。
された回路ユニツトと相互に等しい。その結果、可能な
電圧段階の数は、現存の回路ユニツトの数と等しくな
る。合成交流電圧が非常に微細な段階よりなつている場
合、精巧な制御ユニツトを形成するために、非常にたく
さんの回路が必要となる。
米国特許第３５７９０８１号明細書は、異なるインバー
タ毎に、異なる電圧の電源を使用することが開示されて
いる。このようなインバータは、直流電源の電圧の追加
及び減小した重ね合わせのために、回路ユニツトに付
き、４個の２方向スイツチ素子が必要である。
タ毎に、異なる電圧の電源を使用することが開示されて
いる。このようなインバータは、直流電源の電圧の追加
及び減小した重ね合わせのために、回路ユニツトに付
き、４個の２方向スイツチ素子が必要である。
本発明の要約 本発明の目的は、使用される回路を最小にして、極く細
かい段階により、直流電圧から交流電圧を合成すること
の出来るインバータを提供することにある。
かい段階により、直流電圧から交流電圧を合成すること
の出来るインバータを提供することにある。
本発明によるインバータにおいて、直流電源の電圧値
は、Ｕν＝Uo・２ν−１（ν＝１，…，ｎ，Uo、他の所
望の値）であり、制御装置ユニツトは、アナログ入力と
２進デジタル出力を有するアナログ・デジタル変換器で
あり、２進デジタル出力のアナログ入力が基準交流電圧
を受け、かつ２進デジタル出力からの２ν出力が、電圧
値（Ｕν）なる電源を含む回路ユニツトのスイツチ切り
換え接続ら連結されている。
は、Ｕν＝Uo・２ν−１（ν＝１，…，ｎ，Uo、他の所
望の値）であり、制御装置ユニツトは、アナログ入力と
２進デジタル出力を有するアナログ・デジタル変換器で
あり、２進デジタル出力のアナログ入力が基準交流電圧
を受け、かつ２進デジタル出力からの２ν出力が、電圧
値（Ｕν）なる電源を含む回路ユニツトのスイツチ切り
換え接続ら連結されている。
U1：U2：U3：U4…：Un＝１：２：４：８：１６：…2n-1
なる電圧比を有する電源は、２進法で共に接続されてい
る。アナログ・デジタル変換器の２進出力は、速いシー
ケンスにおける、必要な周波数と波形の基準電圧の基と
なるとともに、対応する回路ユニツトとスイツチ段の２
進操作のために使用される。
なる電圧比を有する電源は、２進法で共に接続されてい
る。アナログ・デジタル変換器の２進出力は、速いシー
ケンスにおける、必要な周波数と波形の基準電圧の基と
なるとともに、対応する回路ユニツトとスイツチ段の２
進操作のために使用される。
本発明によるインバータの利点は、特に正弦交流電圧を
生成するために、二、三のスイツチを使用するだけで、
高度の漸次的変換を実施しうることである。
生成するために、二、三のスイツチを使用するだけで、
高度の漸次的変換を実施しうることである。
例えば、４個のスイツチにより、１６の電圧状態を生成
することが出来、また、５個のスイツチにより、３２の
電圧状態を生成することが出来る。
することが出来、また、５個のスイツチにより、３２の
電圧状態を生成することが出来る。
スイツチの操作において、アナログ・デジタル変換器の
２進出力を使用することにより得られるもう一つの利点
は、インバータの開閉を制御したり、同期化する点で、
経費が非常に安くなることである。
２進出力を使用することにより得られるもう一つの利点
は、インバータの開閉を制御したり、同期化する点で、
経費が非常に安くなることである。
本発明によるインバータには、次のようなすぐれた特徴
がある。
がある。
(a)基準電圧により、正確で、かつ無慣性の同期化を自
動的に調整しうること。この基準電圧は、交流供給線接
続装置の場合、交流供給線の電圧と同じである。
動的に調整しうること。この基準電圧は、交流供給線接
続装置の場合、交流供給線の電圧と同じである。
(b)例えば補修などのために、交流供給部を計画的に止
めるような場合に、インバータを自動的に切ることが出
来ること。これは、交流供給線接続装置において、操作
者を保護するために重要な安全装置である。
めるような場合に、インバータを自動的に切ることが出
来ること。これは、交流供給線接続装置において、操作
者を保護するために重要な安全装置である。
(c)例えば、雷の落下や、交流供給線との短絡の後など
で、電源が短時間に切られた場合に、インバータを自動
的に切ることが出来ること。
で、電源が短時間に切られた場合に、インバータを自動
的に切ることが出来ること。
この場合、通常の発電機は、交流供給線に強い短絡電流
を送る。そこで、敏速に作動する追跡装置により、交流
供給線と発電機とを分離していないと、交流供給線と発
電機自体は共に危険にさられる。
を送る。そこで、敏速に作動する追跡装置により、交流
供給線と発電機とを分離していないと、交流供給線と発
電機自体は共に危険にさられる。
(d)交流供給線の電圧が変化する場合に、自動的に再調
整をなしうること。交流供給線に使用される電圧を敏速
に測定すると、インバータの出力は、必らず基準電圧と
して使用される交流供給線の電圧と対応する。従つて、
電力供給に必要とされるインバータの過電圧は、交流供
給線の電圧が変化する場合でさえ、その値を維持するこ
とが出来る。
整をなしうること。交流供給線に使用される電圧を敏速
に測定すると、インバータの出力は、必らず基準電圧と
して使用される交流供給線の電圧と対応する。従つて、
電力供給に必要とされるインバータの過電圧は、交流供
給線の電圧が変化する場合でさえ、その値を維持するこ
とが出来る。
(e)変化する交流供給線の周波数に自動的に適用しうる
こと。回路を選択することにより、インバータの出力
は、すべての選択された周波数に従う。そこで、装置を
改良することなしにインバータを５０Hz、６０Hz及び４
００Hzの各交流供給線に使用することが出来る。アナロ
グ・デジタル変換器を、直流電圧方式により、交流供給
線に接続している場合、電力を直流電圧線に供給するこ
とが可能である。
こと。回路を選択することにより、インバータの出力
は、すべての選択された周波数に従う。そこで、装置を
改良することなしにインバータを５０Hz、６０Hz及び４
００Hzの各交流供給線に使用することが出来る。アナロ
グ・デジタル変換器を、直流電圧方式により、交流供給
線に接続している場合、電力を直流電圧線に供給するこ
とが可能である。
(f)インバータを応急電流ユニツトとして操作する場
合、充電式直流電源は、適当な装置により、インバータ
自体を介して、交流供給線から充電される。その場合、
充電は、応急操作での放電と同一のリズムで、アナログ
・デジタル変換器とスイツチ段を介してなされる。そこ
で、各電源が不均一な負荷である場合にも、均一な全充
電状態が達成される。これは、放電工程の間に、異なる
負荷を受けるバツテリーが、放電電流の配電に比例し
て、充電電流の配電により充電されることを意味する。
即ち、充電操作の最後に、再び均一な充電状態になる。
合、充電式直流電源は、適当な装置により、インバータ
自体を介して、交流供給線から充電される。その場合、
充電は、応急操作での放電と同一のリズムで、アナログ
・デジタル変換器とスイツチ段を介してなされる。そこ
で、各電源が不均一な負荷である場合にも、均一な全充
電状態が達成される。これは、放電工程の間に、異なる
負荷を受けるバツテリーが、放電電流の配電に比例し
て、充電電流の配電により充電されることを意味する。
即ち、充電操作の最後に、再び均一な充電状態になる。
好適実施例の詳細な説明 第１図示のインバータは、互いに直列接続された４個の
スイツチ(11)(12)(13)(14)を備えている。各スイツチ(1
1)(12)(13)(14)は、直流電源（Ｕν）とトランジスタ
（Ｔν）を、コレクタ・エミツタ流路を介して直列に接
続してなるものである。この直列接続部は、ダイオード
（Ｄν）（ν＝１，２，３，４）と並列に接続されてい
る。各ダイオード（Ｄν）の極は、全て同一方向を向い
ており、トランジスタ（Ｔν）が導通状態にある際にお
ける電源（Ｕν）との短絡を防止している。直流電源
（U1）（U2）（U3）（U4）の電圧値は、１：２：４：８
の割合である。
スイツチ(11)(12)(13)(14)を備えている。各スイツチ(1
1)(12)(13)(14)は、直流電源（Ｕν）とトランジスタ
（Ｔν）を、コレクタ・エミツタ流路を介して直列に接
続してなるものである。この直列接続部は、ダイオード
（Ｄν）（ν＝１，２，３，４）と並列に接続されてい
る。各ダイオード（Ｄν）の極は、全て同一方向を向い
ており、トランジスタ（Ｔν）が導通状態にある際にお
ける電源（Ｕν）との短絡を防止している。直流電源
（U1）（U2）（U3）（U4）の電圧値は、１：２：４：８
の割合である。
アナログ・デジタル変換器(1)は、絶縁性変圧器(16)を
介して、交流供給線(2)にアナログ入力するように接続
されている。交流供給線(2)に電圧が生じた場合、瞬時
主電圧に対応する２進信号が、アナログ・デジタルイン
バータの２進デジタル出力(1)乃至(4)に生じる。
介して、交流供給線(2)にアナログ入力するように接続
されている。交流供給線(2)に電圧が生じた場合、瞬時
主電圧に対応する２進信号が、アナログ・デジタルイン
バータの２進デジタル出力(1)乃至(4)に生じる。
この２進信号は、無電位差接続を介して、スイツチの切
り換え接続、即ち本実施例の場合、トランジスタ（T1）
〜（T4）のベース接続（S1）〜（S4）（スイツチング接
続部）に与えられる。そこで、出力（A1）は（S1）に、
出力（A2）は（S2）に、出力（A3）は（S3）に、出力
（A4）は（S4）に与えられることとなる。
り換え接続、即ち本実施例の場合、トランジスタ（T1）
〜（T4）のベース接続（S1）〜（S4）（スイツチング接
続部）に与えられる。そこで、出力（A1）は（S1）に、
出力（A2）は（S2）に、出力（A3）は（S3）に、出力
（A4）は（S4）に与えられることとなる。
アナログ・デジタル変換器(1)の入力に電圧がない限
り、その出力（A1）〜（A4）からは信号を発生せず、ト
ランジスタ（T1）〜（T4）は非導通状態になる。
り、その出力（A1）〜（A4）からは信号を発生せず、ト
ランジスタ（T1）〜（T4）は非導通状態になる。
このような構成により、交流電圧が入力に現れる時に、
アナログ・デジタル変換器の出力に生じる２進信号は、
トランジスタ（T1）〜（T4）のすべて、若しくは特定の
ものを導通状態にする。
アナログ・デジタル変換器の出力に生じる２進信号は、
トランジスタ（T1）〜（T4）のすべて、若しくは特定の
ものを導通状態にする。
正確に言うと、各トランジスタはそのベースが、アナロ
グ・デジタル変換器のＨレベル出力と接続されて、導通
状態になるようになつている。ベースがアナログ・デジ
タル変換器のＬレベル出力に接続されているトランジス
タは、非導通状態になる。
グ・デジタル変換器のＨレベル出力と接続されて、導通
状態になるようになつている。ベースがアナログ・デジ
タル変換器のＬレベル出力に接続されているトランジス
タは、非導通状態になる。
例えば、アナログ・デジタル変換器の２進出力（A1）及
び（A3）がＨレベルであり、かつ他の２個の出力（A2）
及び（A4）がＬレベル（数字(5)なる２進表示）である
場合、トランジスタ（T1）（T3）は導通状態になり、電
圧（Ｕ＝U1＋U3＝5U1）は、スイツチの直列接続の出力
で生成する。
び（A3）がＨレベルであり、かつ他の２個の出力（A2）
及び（A4）がＬレベル（数字(5)なる２進表示）である
場合、トランジスタ（T1）（T3）は導通状態になり、電
圧（Ｕ＝U1＋U3＝5U1）は、スイツチの直列接続の出力
で生成する。
従つて、アナログ・デジタル変換器(1)の出力で、２進
信号に対するアナログ電圧は、スイツチ(11)乃至(14)の
直列接続の出力の間に生じる。
信号に対するアナログ電圧は、スイツチ(11)乃至(14)の
直列接続の出力の間に生じる。
スイツチ(11)からスイツチ(14)までの直列接続の出力
は、制御された全波ブリツジ回路(3)に接続されてい
る。全波ブリツジ回路は、４個のトランジスタ(18)(19)
(20)(21)から生じる。この４個のトランジスタ(18)(19)
(20)(21)は、(18)(20)及び(19)(21)のように、コレクタ
エミツタ路を介して、１対ごとに直列に接続されて、こ
れらの対同士が並列になるように配置されている。
は、制御された全波ブリツジ回路(3)に接続されてい
る。全波ブリツジ回路は、４個のトランジスタ(18)(19)
(20)(21)から生じる。この４個のトランジスタ(18)(19)
(20)(21)は、(18)(20)及び(19)(21)のように、コレクタ
エミツタ路を介して、１対ごとに直列に接続されて、こ
れらの対同士が並列になるように配置されている。
全波ブリツジ回路(3)の出力は、それぞれ直列に接続さ
れた２対のトランジスタの統計である。
れた２対のトランジスタの統計である。
図示していないが、４個のトランジスタ(18)(19)(20)(2
1)のベースは、アナログ・デジタル変換器(1)の入力時
に、交流電圧の極性により操作され、それにより、斜方
向に異なる対上に設けられたトランジスタ(18)(21)は、
正方向の半波により導通状態になり、かつ他の２個のト
ランジスタ(19)(20)は、負方向の半波により導通状態に
なる。
1)のベースは、アナログ・デジタル変換器(1)の入力時
に、交流電圧の極性により操作され、それにより、斜方
向に異なる対上に設けられたトランジスタ(18)(21)は、
正方向の半波により導通状態になり、かつ他の２個のト
ランジスタ(19)(20)は、負方向の半波により導通状態に
なる。
その結果、本実施例の直列接続の出力に生成した正弦半
波は、純粋の正弦交流電圧に変換される。
波は、純粋の正弦交流電圧に変換される。
第２図は、第１図の４個の電源を操作されるインバータ
の、スイツチ出力の正弦半波（W1）と、制御された全波
ブリツジの出力と抵抗荷における正弦全波（W2）の実測
図を、上下に分けて示している。
の、スイツチ出力の正弦半波（W1）と、制御された全波
ブリツジの出力と抵抗荷における正弦全波（W2）の実測
図を、上下に分けて示している。
第１図は、交流供給線に接続するための本発明によるイ
ンバータの回路図である。 第２図は、４個の電源により操作されるインバータにお
ける、スイツチを形成する回路素子の出力での正弦半波
（W1）と、制御された全ブリツジ回路の出力と、抵抗荷
における正弦全波（W2）を、それぞれ示す実測図であ
る。 (1)…アナログ・デジタル変換器、(2)…交流供給線 (3)…全波ブリツジ回路 (11)(12)(13)(14)…スイツチ、(16)…変圧器 (18)(19)(20)(21)…トランジスタ （A1）（A2）（A3）（A4）…出力 （D1）（D2）（D3）（D4）…ダイオード （S1）（S2）（S3）（S4）…ベース接続 （T1）（T2）（T3）（T4）…トランジスタ （U1）（U2）（U3）（U4）…直流電源 （W1）…正弦半波、（W2）…正弦全波
ンバータの回路図である。 第２図は、４個の電源により操作されるインバータにお
ける、スイツチを形成する回路素子の出力での正弦半波
（W1）と、制御された全ブリツジ回路の出力と、抵抗荷
における正弦全波（W2）を、それぞれ示す実測図であ
る。 (1)…アナログ・デジタル変換器、(2)…交流供給線 (3)…全波ブリツジ回路 (11)(12)(13)(14)…スイツチ、(16)…変圧器 (18)(19)(20)(21)…トランジスタ （A1）（A2）（A3）（A4）…出力 （D1）（D2）（D3）（D4）…ダイオード （S1）（S2）（S3）（S4）…ベース接続 （T1）（T2）（T3）（T4）…トランジスタ （U1）（U2）（U3）（U4）…直流電源 （W1）…正弦半波、（W2）…正弦全波
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ライネル・シエツレ ドイツ連邦共和国7809グ−タツハ・キルヒ シユトラツセ16 (56)参考文献 特開 昭52−73337（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−126931（ＪＰ，Ａ)
Claims (4)
- 【請求項１】２つの出力の間に直列に接続されている複
数ｎ個の回路ユニット（11〜14）を有し、前記回路ユニ
ットのそれぞれは、直流電源（U1〜U4）とスイッチング
接続部（S1〜S4）を備えているスイッチ装置（T1〜T4）
を有している直列接続回路部と、当該直列接続回路部と
並列に配置された単方向導通回路素子（D1〜D4）とから
成る直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータで
あって、当該インバータは、前記スイッチ装置の接続部
を導通または非導通動作を行う制御装置(1)を有してい
るものにおいて、 前記直流電圧電源の電圧値は、Ｕν＝Uo・２ν−１（ν
＝１，…ｎ）で、Uoは所望の電圧値であり、かつ前記制
御装置はアナログ入力及び２進デジタル出力を有してい
るアナログ−デジタル変換器(1)であり、前記アナログ
入力は、基準交流電圧を受け、前記２進デジタル出力か
ら、２ν−１出力（A1〜A4）が、電圧値Ｕνを有してい
る前記電源を含む回路ユニットのスイッチ装置のスイッ
チング接続部（S1〜S4）へ接続されることを特徴とする
直流電圧を交流電圧に変換するためのインバータ。 - 【請求項２】２つの入力と２つの出力を有している全波
ブリッジ回路(3)が設けられており、前記回路ユニット
（11〜14）の直列に接続されている２つの出力は、当該
全波ブリツジ回路(3)の入力へ接続されており、かつ当
該全波ブリッジ回路は、前記基準交流電圧に従って当該
全波ブリッジ回路の出力における交流電圧の極性が前記
基準電圧の極性の関数であるように制御されることを特
徴とする特許請求の範囲第(1)項に記載のインバータ。 - 【請求項３】前記全波ブリッジ回路(3)の出力における
交流電圧は、前記交流供給電源(2)に接続され、かつ前
記基準電圧が当該交流供給電圧それ自体であることを特
徴とする特許請求の範囲第(2)項に記載のインバータ。 - 【請求項４】再充電可能な電池が前記電圧電源（U1−
U4）として与えられており、かつ充電が前記アナログ−
デジタル変換器によって、充電中、放電動作中における
と同じリズムで作動される逆方向スイッチ段階を介して
行われることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項乃至
第(3)項のいずれかに記載のインバータ。
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