JPH0928086A

JPH0928086A - 直交関数系を適用したインバータ

Info

Publication number: JPH0928086A
Application number: JP7206387A
Authority: JP
Inventors: Minoru Takahashi; 実高橋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1995-07-11
Filing date: 1995-07-11
Publication date: 1997-01-28

Abstract

(57)【要約】【目的】交流信号の歪率が小さく、部品点数の少ないイ
ンバータ多重式インバータと、歪率が小さく、一周期当
たりのパルス数の少ないＰＷＭ型インバータを実現する
ことを目的としている。【構成】インバータ多重式インバータでは、直交関数系
で正弦波及び余弦波を直交変換し、制御信号発生器の制
御信号によって、その変換係数が非零である個々の関数
に相当する信号を個々のインバータから出力させる。変
圧比１次側：２次側を１：（変換係数）とする変圧器
は、一次側に入力された個々のインバータの出力信号
を、それぞれの変圧器の２次側の縦続接続で多重し、所
望の交流出力信号を得る。ＰＷＭ型インバータでは、
インバータ多重式と同様の直交関数系による変換・逆変
換から信号を得る。その信号をＰＷＭ信号に変換する。
制御信号発生器の制御信号によってインバータを制御し
て、所望のＰＷＭ型インバータの交流出力信号を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、直流電圧を交流電圧
に変換して、あるいは、交流電源の周波数変換を行なっ
て、交流電源として用いられるインバータに関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、直流電圧を交流電圧に変換する技
術は、インバータ多重式インバータやＰＷＭ型インバー
タがある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】インバータ多重式及び
ＰＷＭ型インバータにおいて、歪率の小さい交流信号を
得るとき、２値や３値からなる複数の信号波形を組合せ
て、歪率劣化の原因となる高調波成分のうち、特定の高
調波を除去していた。しかし、インバータ多重式では、
一周期での信号のレベルの変化がわずか５回である個々
のインバータ出力信号の位相を変えて多重していた為、
歪率の特性を満足させるときに使用される変圧器の数を
十分に減らすことは因難であった。また、ＰＷＭ型イン
バータでは、２値からなる相似の信号波形をもつ信号で
時間遅延のある二つの信号の差からＰＷＭ信号を得てい
た。そして、高調波成分の除去は、特定の高調波のみに
対して行なっている為、交流信号の歪率の特性を満足さ
せようとするとき、一周期当たりのパルス数がもっとも
少なくなる根拠はなく、パルス数が多くなってしまうこ
とがあった。本発明は、以上のような欠点を改善するた
めになされた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】

（イ）インバータ多重式の場合直交関数系として、Ｗａｌｓｃｈ関数が知られている。
Ｗａｌｓｃｈ関数Ｗａｌ（ｎ，ｘ）は、数１で表され
る。数１のなかの変数ｎｋは数２のように、ｎの２進数
から求められる。数１から、Ｗａｌｓｃｈ関数は、±１
の２値からなっていることがわかる。今、正弦波信号を
Ｖ（ｘ）とすると、Ｖ（ｘ）は数３で定義される。この
Ｖ（ｘ）をＷａｌｓｃｈ変換して、変換係数ａｎを求め
ると、数４のようになる。Ｗａｌ（ｎ，ｘ）とａｎから
逆変換すると数５のＵ（ｘ）が得られる。ｎを大きくす
れば、数５のＵ（ｘ）は限りなくＶ（ｘ）に近づく。ま
た、係数ａｎが０であるものは、数５から省く。直交関
数の性質から、非零なる係数の総数が等しいなら、他の
方法よりＵ（ｘ）はＶ（ｘ）に近い交流信号となる。こ
こでは、正弦波に対してであったが、余弦波でもよい。
インバータ多重式の構成図は図１に示されている。図１
で、制御信号発生器１０５は、インバータ１０２，１０
３から１０４がＷａｌｓｃｈ関数Ｗａｌ（ｎ，ｘ）を交
流信号として出力するように制御信号を発生している。
これらのインバータの出力端に、変圧器１０６，１０７
から１０８が接続されている。これらのインバータの出
力信号は、一周期内の信号のレベルの変化が、従来のよ
うに５回ではなく、ｎが大きくなるにつれて、５回より
かなり多くなる。したがって、歪率の特性を満足させる
ために使用する変圧器の数を減らすことが可能となる。
この変圧器の変圧比は、インバータから出力される交流
信号がＷａｌ（ｎ，ｘ）であるとき、（一次側：二次側
＝１：ａｎ）であるようにしている。そして、各変圧
器の二次側を縦続接続することによって、数５のＵ
（ｘ）を得ているＷａｌｓｃｈ関数の他、Ｈａａｒ関
数をはじめとして２値または３値からなる直交関数系で
あれば、全て同様に適用することが出来る。また、イン
バータ出力の直流成分は十分に抑圧されている。（ロ）ＰＷＭ型インバータの場合ＰＭＷ型インバータの構成図は図２に示されている。イ
ンバータ多重式と同様に、数５によってＵ（ｘ）を得
る。Ｕ（ｘ）の信号は、図３に示されている。図３
で、Ｕ（ｘ）の信号は上段に示され、それに対応するＰ
ＷＭ信号は下段に示されている。ｃを適当な正数とす
る。図３で、Ｕ（ｘ）の信号が正の値ａである区間にお
いて、その区間に相当するＵ（ｘ）の信号からＰＷＭ信
号に変換する方法は、その区間におけるＰＷＭ信号のパ
ルスの高さをＥ、幅をｃ×ａとして、Ｕ（ｘ）のその区
間の面積とＰＷＭ信号のパルスの面積とを比例させるよ
うにしている。また、同様にＵ（ｘ）の信号が負の値−
ｄである区間に相当するＰＷＭ信号のパルスの高さを−
Ｅ、幅をｃ×ｄとしている。Ｕ（ｘ）は他の方法により
求められる信号よりも歪率が小さいので、このＰＷＭ信
号は一周期当たりのパルス数が同じなら、他の方法によ
るＰＷＭ信号よりも歪率が小さい。従って、歪率の特性
を満足させる為の一周期当たりのパルス数は、他の方法
よりも減らすことができる。その他、２値または３値か
らなる他の直交関数系も同様に、ＰＷＭ型インバータに
適用することが出来る。また、直流成分も十分に抑圧さ
れている。図２で、制御信号発生器２０３は、インバー
タ２０２を制御する制御信号を発生している。インバ
ータ２０２は、制御信号発生器２０３からの制御信号に
よって制御されて、直流電圧源２０１からの直流電圧を
ＰＷＭ信号に変換し、所望のＰＷＭ信号を出力してい
る。

【０００５】

【作用】本発明によるインバータは、直交関数系の変換
・逆変換により正弦波及び余弦波が効率よく復元できる
ことを利用しているため、インバータ多重式インバータ
では、部品点数の削減、交流信号の歪率の向上、ＰＷＭ
型インバータでは、歪率の特性を満足するＰＷＭ信号の
パルス数の減少を可能としている。

【０００６】

【実施例】Ｗａｌｓｃｈ関数を適用したインバータにつ
いて実施した。（イ）インバータ多重式の場合この実施例は図４に示されている。ｎの最大値を１５と
する。数４によって、ａｎを求めると、ａ１，ａ７，ａ
１１，ａ１３が非零であり、他の係数は全て零である。
従って、図４のような構成でインバータ多重式インバー
タが実現される。図４で、制御信号発生器４１０の制御
信号によって、インバータ４０２，４０３，４０４，４
０５はそれぞれＷａｌ（１，ｘ），Ｗａｌ（７，ｘ），
Ｗａｌ（１１，ｘ），Ｗａｌ（１３，ｘ）に相当する信
号を出力している。それらの信号は変圧器４０６，４０
７，４０８，４０９の一次側に加えられている。変圧器
４０６，４０７，４０８，４０９の変圧比（一次側：二
次側）はそれぞれ、１：ａ１，１：ａ７，１：ａ１１，
１：ａ１３である。それぞれのインバータからの交流信
号は、これらの変圧器の二次側を図４のように縦続接続
することによって、多重されて、所望の交流信号にな
る。これらの信号のレベルの変化の一周期当たりの回数
は、合計で３２回である。又、従来のものでは、２０回
であり、本方法の方が圧倒的に多い。従って、合成され
た信号の歪率は従来よりも著しく改善されている。変圧
器が四つの場合であったが、数がもっと多くなれば、歪
率の改善は更に顕著となる。図４で示された四つのイン
バータはＷａｌｓｃｈ関数が２値であるため、制御信号
によって制御されるスイッチ素子に並列に接続されるダ
イオードをはじめとする誘導性負荷により生ずる電圧を
抑圧する一方向性導通素子は無くてもよい。しかし、３
値からなるＨａａｒ関数をはじめとする直交関数を適用
した場合は、このダイオードのような一方向性導通素子
を必要とする。（ロ）ＰＷＭ型インバータの場合実施例は図５に示されている。インバータ多重式イン
バータの実施例と同様に、ｎの最大値を１５としてい
る。図５において、制御信号発生器５０３は、インバー
タ５０２の出力がＰＷＭ信号であるように制御する制御
信号を発生している。インバータ５０３は、その制御信
号によって制御されて、直流電圧源５０１からの直流電
圧をＰＷＭ信号に変換し、その信号をフィルタ５０４に
入力する。フィルタ５０４は、ＰＷＭ信号のなかに含ま
れる不要の高次の高調波成分を除去している。そし
て、この場合のＰＷＭ信号の一周期当たりのパルス数は
１４であったが、正弦波及び余弦波に対して直交関数に
よる変換・逆変換から求められた信号が他より歪率が改
善されているため、ＰＷＭ信号の歪率は従来よりも改善
されている。従って、このフィルタの設計はＰＷＭ信号
の歪率が改善されているため、従来よりも容易である。
そして、ＰＷＭ型インバータを汎用的に使用することを
可能としている。この実験結果からも同じ歪率なら、従
来よりもＰＷＭ信号のパルス数を減らすことが出来るこ
とがわかる。

【０００７】

【発明の効果】本発明によるインバータは、交流信号の
歪率の特性を満足させたい時、インバータ多重式インバ
ータでは、変圧器の数を減らすことが可能であり、変圧
器の数が同じなら、従来の方法よりも、歪率を良くする
ことが出来る。同様に、ＰＷＭ型インバータでは、交流
信号の一周期当たりのＰＷＭ信号のパルス数を減らすこ
とが可能となり、同じパルス数なら、従来より歪率を良
くすることが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】インバータ多重式インバータの構成図である。

【図２】ＰＷＭ型インバータの構成図である。

【図３】ＰＷＭ型インバータのＰＷＭ信号を得るための
手段を説明する図である。

【図４】インバータ多重式インバータの実施例の構成図
である。

【図５】ＰＷＭ型インバータの実施例の構成図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】正弦波及び余弦波を直交関数系により変換
して、その変換係数が非零となる個々の直交関数に相当
する信号を個々のインバータから出力させるための制御
信号を発生する制御信号発生器と、前記制御信号によっ
て制御される個々のインバータと、前記個々のインバー
タの出力信号から歪率の小さい交流電圧を合成する個々
の変圧器の変圧比を（一次側：二次側＝１：変換係数）
とする手段と、前記個々のインバータの出力信号を前記
個々の変圧器の一次側に入力し、それらの変圧器の二次
側の縦続接続によって多重して、歪率の小さい交流信号
を得ることに特徴のある直交関数系を適用したインバー
タ多重式インバータ。
【請求項２】正弦波または余弦波に対する直交関数系に
よる変換・逆変換によって得た信号から、その信号と同
じ極性で、面積に比例したパルス幅をもち、歪率が小さ
く、パルス数が少ないＰＷＭ信号を得る手段と、直流電
圧源の直流電圧から前記ＰＷＭ信号を得るようにインバ
ータを制御するための制御信号を発生する制御信号発生
器とに特徴を有する直交関数系を適用したＰＷＭ型イン
バータ。