AC-ACコンバーター

ソリッドステートAC-ACコンバーターは 、AC波形を別のAC波形に変換します。この場合、出力電圧と周波数は任意に設定できます。

カテゴリー

図1を参照すると、AC-ACコンバーターは次のように分類できます。

• 間接AC-AC（またはAC / DC-AC）コンバーター（整流器、DCリンク、およびインバーター付き）
• サイクロコンバーター
• ハイブリッドマトリックスコンバーター
• マトリックスコンバーター（MC）。

DCリンクコンバーター

DCリンクを備えたコンバーターには2つのタイプがあります。

• 電圧源インバーター（VSI）コンバーター（図2）：VSIコンバーターでは、整流器はダイオードブリッジで構成され、DCリンクはシャントコンデンサで構成されます。
• 電流源インバーター（CSI）コンバーター（図3）：CSIコンバーターでは、整流器は位相制御スイッチングデバイスブリッジで構成され、DCリンクは整流器間の接続の一方または両方のレッグ間の1つまたは2つの直列インダクターで構成されますおよびインバーター。

モーターに必要なダイナミックブレーキ操作は、整流器の両端に接続されたDCチョッパーと抵抗シャントにブレーキをかけることで実現できます。あるいは、AC線にエネルギーをフィードバックするために、整流器セクションに逆並列サイリスタブリッジを設ける必要があります。ただし、このような位相制御されたサイリスタベースの整流器は、ダイオードベースの整流器よりもAC線の歪みが大きく、低負荷で力率が低くなります。

パルス幅変調（PWM）整流器とPWMインバーターをDCリンクに結合することにより、ほぼ正弦波の入力電流と双方向の電力フローを備えたAC-ACコンバーターを実現できます。次に、DCリンクの量は、両方のステージに共通のエネルギー貯蔵要素（電圧DCリンクの場合はコンデンサC、電流DCリンクの場合はインダクタL）によって印加されます。 PWM整流器は、対応するACライン相電圧と同相または逆相（エネルギーフィードバック用）のACライン電流が流れるように制御されます。

DCリンクストレージエレメントにより、両方のコンバーターステージが制御目的で大幅に分離されているという利点があります。さらに、PWMインバーターステージには、ACラインに依存しない一定の入力量が存在するため、コンバーターの電力能力の利用率が高くなります。一方、DCリンクエネルギー貯蔵要素の物理的体積は比較的大きく、電圧DCリンクの場合に電解コンデンサを使用すると、システムの寿命が短くなる可能性があります。

サイクロコンバーター

サイクロコンバータは、入力波形のセグメントを出力に切り替えることにより、出力で可変周波数のほぼ正弦波の波形を作成します。中間DCリンクはありません。 SCRなどのスイッチング素子では、出力周波数は入力より低くなければなりません。非常に大きなサイクロコンバータ（10 MW程度）は、コンプレッサーや風洞駆動用、またはセメントキルンなどの可変速用途向けに製造されています。

マトリックスコンバーター

より高い電力密度と信頼性を実現するために、中間エネルギー貯蔵要素なしで三相AC-AC変換を実現するマトリックスコンバーターを検討することは理にかなっています。従来のダイレクトマトリックスコンバーター（図4）は、電圧と電流の変換を1つのステージで実行します。

間接マトリックスコンバーター（図5）またはETHチューリッヒのJohann W. Kolar教授によって発明されたスパースマトリックスコンバーターを使用することによる、間接エネルギー変換の代替オプションがあります。 DCリンクベースのVSIおよびCSIコントローラー（図2および図3）と同様に、電圧と電流の変換用に別々のステージが用意されていますが、DCリンクには中間ストレージ要素がありません。一般に、マトリックスコンバーターを採用することで、DCリンクのストレージ要素は、より多くの半導体を犠牲にして排除されます。マトリックスコンバーターは、可変速ドライブテクノロジーの将来のコンセプトと見なされることがよくありますが、数十年にわたる徹底的な研究にもかかわらず、これまでのところ、産業への浸透はわずかしか達成されていません。しかし、最近の低コストで高性能な半導体の入手可能性を引用して、ある大手ドライブメーカーは過去数年にわたってマトリックスコンバーターを積極的に推進しています。