インバータの出力電圧制御 - 目指せ！電気主任技術者～解説ノート～

電圧形インバータでは，出力電圧を可変にしたり，また，負荷変動に対して出力波形を一定に保つために電圧制御が行われる。

一般に，出力である方形形のパルス幅を変えることによって電圧制御している。

この制御には，パルスの繰返し周波数を一定とし，そのパルス幅を変えて出力を制御するパルス幅制御と，1周期のパルス列中の各パルスの幅と繰返し周波数の一方又は両方を変調させて行う PWM（Pulse Width Modulation）制御とがある。

PWM 制御は，出力電圧をできるだけ正弦波に近づける制御方式の一つである。

目的とする出力波形の基本波成分と搬送波とを比較することにより，パルス幅を変調するので PWM 制御と呼ばれている。

PWM 制御において一般によく用いられる方法は，三角波形の搬送波と正弦波の信号波との振幅比較を行い，信号波の方が大きい期間だけ半導体バルブデバイスをオンして出力パルス列を作る方法である。

これにより，正側半周期の出力パルス列を例に取れば，中央部分のパルス幅は広く，両端のパルス幅は狭くなって，等価的に正弦波の出力が得られる。

出力の基本波周波数は搬送波の周波数に影響されず，かつ，出力の波形は信号波との間に位相差がなく，信号波に忠実な波形となる。

この方式を電圧形インバータに適用した場合には，

等の特長がある。

また，変換器のブリッジを構成する上下アームの短絡を防止するために設けられているデッドタイムが搬送周波数を高周波化するときの障害になることがあり，安全性を確保するために変換器のバルブデバイスにはできるだけ高速スイッチング素子を用いるのがよい。

図は風力発電に用いられる変換器の構成図であり，風車のロータに直結した同期発電機 SG に，変換器 1 と変換器 2 からなる BTB 変換器を接続した構成である。

変換器 1 が回転数により変動する周波数の交流電力を直流に変換し，変換器 2 が直流電力を電力系統周波数の交流に変換する。

風車入力エネルギーは羽根の面積を一定とすれば風速の 3 乗に比例することが知られていて，風速に対して発電できる最大電力とそのときの発電機の回転速度が求まる。

したがって，変換器 1 は発電電力制御を行うことが一般的である。

また，変換器 2 は直流電圧値を検出し，これが一定となるように有効電力を操作する。

さらに，変換器 2 は，電力系統の交流電圧位相に対して，$\displaystyle \pm \frac{\pi}{2}$ 位相のずれた成分の交流電流を流すことにより，上記の有効電力ばかりでなく電力系統の無効電力も制御することができるので，系統電圧の安定化に寄与できるという特徴がある。