JP2004350354A - インバータ電源装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】２台のインバータ装置を直並列に切換接続して運転するインバータ電源装置の直並列切換回路の簡素化を図ること。
【解決手段】インバータ装置ＩＮの一方の出力端子ｔｂと、インバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子ｔａ´とを直結し、インバータ装置ＩＮの他方の出力端子ｔａ及びインバータ装置ＩＮ´の他方の出力端子ｔｂ´をそれぞれ高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２に直結する。第２のインバータ装置の出力端子に低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２を接続し、高圧負荷接続端子間に接続した単一のスイッチＳにより直並列切換回路を構成する。２４０Ｖ出力時には両インバータ装置から同位相の出力を発生させ、１２０Ｖ出力時には両インバータ発電装置から逆位相の出力を発生させる。
【選択図】 図１
【解決手段】インバータ装置ＩＮの一方の出力端子ｔｂと、インバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子ｔａ´とを直結し、インバータ装置ＩＮの他方の出力端子ｔａ及びインバータ装置ＩＮ´の他方の出力端子ｔｂ´をそれぞれ高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２に直結する。第２のインバータ装置の出力端子に低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２を接続し、高圧負荷接続端子間に接続した単一のスイッチＳにより直並列切換回路を構成する。２４０Ｖ出力時には両インバータ装置から同位相の出力を発生させ、１２０Ｖ出力時には両インバータ発電装置から逆位相の出力を発生させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２台のインバータ装置を直列または並列に接続した状態で両インバータ装置から負荷に電力を供給するインバータ電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
商用周波数の交流出力を発生する電源装置として、直流をインバータ装置により所望の周波数の交流に変換して負荷に供給するインバータ電源装置が用いられている。例えば、可搬形の電源装置として、エンジンにより駆動される３相交流発電機の交流出力をコンバータにより直流出力に変換した後、該直流出力をインバータ装置により商用周波数の交流出力に変換して、この商用周波数の交流出力を負荷に供給するようにしたものが多く用いられている。
【０００３】
商用電源の出力周波数は地域により、５０Ｈｚの場合もあり、６０Ｈｚの場合もある。その定格電圧も地域により、１００［Ｖ］から２４０［Ｖ］の範囲で様々な値をとることがある。また地域を異にしなくても、周波数及び（または）定格電圧が異なる負荷を駆動することが必要とされる場合もある。
【０００４】
商用周波数の出力を発生する電源装置を製造する場合、定格周波数及び定格電圧毎に仕様を異ならせることも考えられるが、コストの低減を図り、周波数や定格電圧の変更にも対応し得るようにするためには、１台の電源装置で異なる周波数及び電圧に対応し得るようにしておくのが好ましい。
【０００５】
インバータ電源装置においては、発電機の交流出力を直流出力に変換した後、該直流出力をインバータ装置により交流に再変換するため、同じ定格電圧で周波数が異なるだけの場合には、モードスイッチの切換によりインバータ装置の出力周波数を切り換えるだけで対応することができる。
【０００６】
しかしながら、定格電圧が異なる場合には、インバータ装置に入力する電圧を異ならせる必要があるため、インバータ装置の制御を切り換えるだけで対応するというわけにはいかない。
【０００７】
例えば、定格電圧が１２０［Ｖ］の負荷の駆動と、２４０［Ｖ］の負荷の駆動とを可能にする場合には、インバータ装置から実効値が１２０［Ｖ］の交流電圧及び２４０［Ｖ］の交流電圧をそれぞれ出力させるために、インバータ装置に１７０（＝√２×１２０）［Ｖ］の電圧及び３４０（＝√２×２４０）［Ｖ］の電圧を入力する必要がある。このような場合、定格出力電力を同じ（例えば定格最大瞬時電力＝１７００［ＶＡ］）とすると、通常は、出力電圧対出力電流特性が図７に示すＡの特性を示す発電機と、同図のＢの特性を示す発電機とを用意して、定格電圧に応じて発電機をつなぎ替えるようにしている。この場合１台の発電機で対応しようとすると、図７の特性Ａの発電機及び特性Ｂの発電機よりも大きな出力を発生することができる同図のＣのような特性を有する発電機を用いる必要があるため、発電機が大形になり、電源装置の大形化とコストの上昇とを招く。
【０００８】
またこのように１台の発電機で１２０［Ｖ］と２４０［Ｖ］とに対応しようとすると、コンバータを構成する整流素子やインバータ装置を構成するスイッチ素子等の回路素子として、定格電圧が１２０［Ｖ］のときに流れる電流と、定格電圧が２４０［Ｖ］のときに印加される電圧とに耐え得るものを用いる必要があり、図７の特性Ａを有する１２０［Ｖ］用の発電機及び特性Ｂを有する２４０［Ｖ］用の発電機をそれぞれ単独で使用する場合に用いる回路素子のほぼ２倍の定格を有する素子を用いる必要があるため、コンバータやインバータ装置の大形化と、コストの上昇とを招くことになるのを避けられない。
【０００９】
そこで、特許文献１に示されているように、２台のインバータ装置を直並列に切り換え接続することにより、２種類の定格電圧の交流出力を負荷に供給し得るようにしたインバータ電源装置が提案されている。
【００１０】
図８は、従来のこの種の電源装置の構成を概略的に示したもので、同図においてＧ及びＧ´はそれぞれエンジンにより駆動される同じ磁石発電機内に設けられて交流出力を発生する第１及び第２の発電コイル、ＣＮＶ及びＣＮＶ´はそれぞれ発電コイルＧ及びＧ´の交流出力を直流出力に変換する第１及び第２のコンバータ、ＩＮ及びＩＮ´はそれぞれ第１及び第２のコンバータＣＮＶ及びＣＮＶ´の直流出力を商用周波数の交流出力に変換する第１及び第２のインバータ装置である。
【００１１】
インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´はそれぞれブリッジの各辺をスイッチ素子と帰還用ダイオードとにより構成した周知のブリッジ形インバータＩＮＶ及びＩＮＶ´と、インバータＩＮＶ及びＩＮＶ´からそれぞれ得られる交流出力から高調波成分を除去して正弦波形の交流出力を発生するフィルタＦＬ及びＦＬ´とからなっている。
【００１２】
また図８において、ＣＮＴはインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´からそれぞれ大きさ（この例では実効値１２０Ｖ）が等しく、位相が同一の交流出力Ｖ１及びＶ２を発生させるようにインバータＩＮＶ及びＩＮＶ´のそれぞれのスイッチ素子のオンオフを制御する制御部、ＭＳＷは、インバータ装置の出力周波数を５０Ｈｚと６０Ｈｚとに切り換えるモード切換スイッチである。
【００１３】
更に、ｔ１１及びｔ１２は、２４０［Ｖ］の負荷ＬＤ１が接続される１対の高圧負荷接続端子、ｔ２１及びｔ２２は１２０［Ｖ］の負荷ＬＤ２が接続される１対の低圧負荷接続端子、ＳＷは、インバータ装置ＩＮとＩＮ´の出力側を直列に接続した状態と並列に接続した状態とを切り換える直並列切換回路である。図示の直並列切換回路は、インバータ装置ＩＮの出力側とインバータ装置ＩＮ´の出力側とを直列に接続した状態にする際にオン状態にされ、両インバータ装置の出力側を並列に接続する際にオフ状態にされるスイッチＳ１及びＳ２と、インバータ装置ＩＮの出力側とインバータ装置ＩＮ´の出力側とを並列に接続した状態にする際にオン状態にされ、両インバータ装置の出力側を直列に接続する際にオフ状態にされるスイッチＳ３ないしＳ５とからなっている。
【００１４】
図示の例では、高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２及び低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２がそれぞれ第１のコンセントＣＴ１及び第２のコンセントＣＴ２内に設けられた接触子からなっていて、これらのコンセントにプラグＰＬ１及びＰＬ２を介して高圧負荷ＬＤ１及び低圧負荷ＬＤ２が接続されるようになっている。
【００１５】
図８に示した電源装置では、スイッチＳ１及びＳ２をオン状態にし、スイッチＳ３ないしＳ５をオフ状態にしたときに、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´の出力側が直列に接続されて、両インバータ装置の出力電圧Ｖ１（＝１２０Ｖ）及びＶ２（＝１２０Ｖ）の和の電圧Ｖ３＝Ｖ１＋Ｖ２（＝２４０Ｖ）が高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間に印加される。
【００１６】
またスイッチＳ１及びＳ２をオフ状態にし、スイッチＳ３ないしＳ５をオン状態にしたときに、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´の出力側が並列に接続されて両インバータ装置の出力電圧Ｖ４＝Ｖ１＝Ｖ２（＝１２０Ｖ）が低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２間に印加される。
【００１７】
【特許文献１】
特開２０００−２１７３９８号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示されたように、２台のインバータ装置を直並列に切換接続して２種類の電圧を得るようにした従来のインバータ電源装置では、直並列切換回路ＳＷを構成するために多数（図８に示した例では５個）のスイッチを必要としたため、電源装置が大形になる上に、コストが高くなるのを避けられなかった。
【００１９】
本発明の目的は、２台のインバータ装置を直列に接続した状態と並列に接続した状態とを切り換える直並列切換回路を１つのスイッチにより構成することができるようにしたインバータ電源装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直流を単相交流に変換する第１及び第２のインバータ装置と、両インバータ装置の出力側を１対の高圧負荷接続端子間に直列に接続した状態と１対の低圧負荷接続端子間に並列に接続した状態とを切り換える直並列切換回路と、前記第１及び第２のインバータ装置を制御する制御部とを備えたインバータ電源装置に適用される。
【００２１】
本発明においては、第１のインバータ装置の一方の出力端子と、第２のインバータ装置の一方の出力端子とが直結され、第１のインバータ装置の他方の出力端子及び前記第２のインバータ装置の他方の出力端子がそれぞれ前記１対の高圧負荷接続端子の一方及び他方に直結される。また、第１及び第２のインバータ装置の内のいずれかの一方の出力端子及び他方の出力端子がそれぞれ１対の低圧負荷接続端子の一方及び他方に直接または負荷開閉用スイッチを介して接続され、１対の高圧負荷接続端子間に、オン状態とオフ状態とをとる単一の直並列切換用スイッチが接続されて、該直並列切換用スイッチにより直並列切換回路が構成される。
【００２２】
また制御部は、直並列切換用スイッチがオフ状態にあるときに第１のインバータ装置の一方の出力端子側から見た第１のインバータ装置の出力電圧の位相と第２のインバータ装置の一方の出力端子側から見た第２のインバータ装置の出力電圧の位相とを１８０°異ならせ、直並列切換用スイッチがオン状態にあるときには第１のインバータ装置の一方の出力端子側から見た第１のインバータ装置の出力電圧の位相と第２のインバータ装置の一方の出力端子側から見た第２のインバータ装置の出力電圧の位相とを等しくするべく、第１及び第２のインバータ装置を制御するように構成される。
【００２３】
上記のように構成すると、直並列切換用スイッチをオフ状態にすることにより、第１のインバータ装置の出力側と第２のインバータ装置の出力側とが直列に接続され、両インバータ装置の出力電圧が同位相で相加わって高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間に印加される。また直並列切換用スイッチをオン状態にすると、第１のインバータ装置の出力側と第２のインバータ装置の出力側とが並列に接続され、両インバータ装置の出力電圧が同位相で低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２間に印加される。
【００２４】
上記のように構成すると、オンオフ動作を行う単一のスイッチにより直並列切換回路を構成することができるため、直並列切換回路を多数のスイッチにより構成する必要があった従来のこの種のインバータ電源装置に比べて構成の簡素化を図り、装置の小形化とコストの低減とを図ることができる。
【００２５】
なお本発明において「直結」とは、インピーダンス素子やスイッチ等を介することなく電気的に接続することを意味し、直接接続する場合及びリード線や接続導体などの適宜の接続手段を介して電気的に接続する場合の双方を包含する。
【００２６】
インバータ装置に直流を入力する直流電源部は、エンジンなどにより駆動される交流発電機と該発電機の出力を直流に変換するコンバータ（整流器等からなる）とにより構成されるものでもよく、商用電源の出力をコンバータにより直流出力に変換するようにしたものでもよい。またバッテリを直流電源部としてもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下図１ないし図６を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施形態を示したもので、同図においてＧ及びＧ´はそれぞれエンジンにより駆動される交流発電機内に設けられて交流出力を発生する第１及び第２の発電コイル、ＣＮＶ及びＣＮＶ´はそれぞれ発電機Ｇ及びＧ´の交流出力を直流出力に変換する第１及び第２のコンバータ、ＩＮ及びＩＮ´はそれぞれ第１及び第２のコンバータＣＮＶ及びＣＮＶ´の直流出力を商用周波数の交流出力に変換する第１及び第２のインバータ装置、ＣＮＴはインバータＩＮＶ及びＩＮＶ´のそれぞれのスイッチ素子のオンオフを制御する制御部、ＭＳＷはインバータ装置の出力周波数を５０Ｈｚと６０Ｈｚとに切り換える指令を制御部ＣＮＴに与えるモード切換スイッチである。
【００２９】
第１及び第２の発電コイルＧ及びＧ´はそれぞれ、３相のコイルＬｕ〜Ｌｗ及びＬｕ´〜Ｌｗ´をスター結線したものからなっていて、エンジンの回転に伴って３相交流電圧を出力する。
【００３０】
コンバータＣＮＶは、ダイオードＤｕ〜ＤｗとダイオードＤｘ〜Ｄｚとからなるダイオードブリッジ全波整流回路と、この整流回路の直流出力端子間に接続された平滑用コンデンサＣｄとからなっている。
【００３１】
同様に、コンバータＣＮＶ´は、ダイオードＤｕ´〜Ｄｗ´とダイオードＤｘ´〜Ｄｚ´とからなるダイオードブリッジ全波整流回路と、この整流回路の直流出力端子間に接続された平滑用コンデンサＣｄ´とからなっている。
【００３２】
インバータＩＮＶは、Ｈブリッジの４辺を構成するスイッチ素子Ｔ１ないしＴ４と、スイッチ素子Ｔ１ないしＴ４にそれぞれ逆並列接続された帰還ダイオードＤ１ないしＤ４とにより構成されたブリッジ形のスイッチ回路からなっている。図示の例では、スイッチ素子Ｔ１ないしＴ４として、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形パイポーラ形トランジスタ）が用いられ、インバータＩＮＶの直流入力端子ｔｐ，ｔｎ間にコンバータＣＮＶから得られる直流電圧が印加されている。
【００３３】
同様に、インバータＩＮＶ´は、Ｈブリッジの４辺を構成するスイッチ素子Ｔ１´ないしＴ４´と、スイッチ素子Ｔ１´ないしＴ４´にそれぞれ逆並列接続された帰還ダイオードＤ１ないしＤ４とからなるブリッジ形のスイッチ回路からなっていて、その直流入力端子ｔｐ´，ｔｎ´間にコンバータＣＮＶ´の出力電圧が印加されている。
【００３４】
フィルタ回路ＦＬはコイルＬ１，Ｌ２と、コンデンサＣ１とからなるローパスフィルタで、インバータＩＮＶの交流出力端子ｔｕ，ｔｖ間に得られる交流電圧に含まれる高調波を除去してインバータ装置ＩＮの出力端子ｔａ，ｔｂ間に正弦波状の交流電圧Ｖ１を出力する。
【００３５】
同様に、フィルタ回路ＦＬ´はコイルＬ１´，Ｌ２´と、コンデンサＣ１´とからなっていて、インバータＩＮＶ´の交流出力端子ｔｕ´，ｔｖ´間に得られる交流電圧に含まれる高調波を除去して、インバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔａ´，ｔｂ´間に正弦波状の交流電圧Ｖ２を出力する。
【００３６】
本発明においては、第１のインバータ装置ＩＮの一方の出力端子ｔｂと、第２のインバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子ｔａ´とが直結されるとともに、第１のインバータ装置ＩＮの他方の出力端子ｔａ及び第２のインバータ装置ＩＮ´の他方の出力端子ｔｂがそれぞれ１対の高圧負荷接続端子の一方ｔ１１及び他方ｔ１２に直結され、第１及び第２のインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´の内のいずれか（図１の例ではインバータ装置ＩＮ´）の一方の出力端子ｔａ´及び他方の出力端子ｔｂ´がそれぞれ１対の低圧負荷接続端子の一方ｔ２１及び他方ｔ２２に直接接続されている。また１対の高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間にオン状態とオフ状態とをとる単一の直並列切換用スイッチＳが接続され、この直並列切換用スイッチＳにより、直並列切換回路ＳＷが構成されている。
【００３７】
図示の例では、高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２及び低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２がそれぞれ第１のコンセントＣＴ１及び第２のコンセントＣＴ２内に設けられた接触子からなっていて、これらのコンセントにプラグＰＬ１及びＰＬ２を介して高圧負荷ＬＤ１及び低圧負荷Ｌ２が接続されるようになっている。
【００３８】
また制御部ＣＮＴは、直並列切換用スイッチＳがオフ状態にあるときに、第１のインバータ装置ＩＮの一方の出力端子ｔｂ側から見た第１のインバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１の位相と、上記出力端子ｔｂに直結された第２のインバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子ｔａ´側から見た第２のインバータ装置ＩＮ´の出力電圧Ｖ２の位相とを１８０°異ならせ、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるときには第１のインバータ装置ＩＮの一方の出力端子ｔｂ側から見た第１のインバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１の位相と、第２のインバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子ｔａ´側から見た第２のインバータ装置ＩＮ´の出力電圧Ｖ２の位相とを等しくするべく、第１及び第２のインバータ装置装置ＩＮ及びＩＮ´を制御するように構成されている。
【００３９】
即ち、制御部ＣＮＴは、直並列切換用スイッチＳがオフ状態にあるときに、第１のインバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１と第２のインバータ装置ＩＮ´の出力電圧Ｖ２とが同位相で相加わった状態で高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間に印加されるように、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´を制御し、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるときには、第１のインバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１と第２のインバータ装置ＩＮ´の出力電圧Ｖ２とが同位相で低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２間に印加されるように、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´を制御する。
【００４０】
図１に示した例において、上記のような制御を行うためには、直並列切換用スイッチＳがオフ状態にあるときに、図１に実線矢印で示したように、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´からそれぞれ同位相の交流電圧Ｖ１及びＶ２を出力させるように両インバータを制御し、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるときには、同図に破線矢印で示したように、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´からそれぞれ逆位相（１８０°位相が異なる）の交流電圧Ｖ１及びＶ２を出力させるように両インバータ装置のインバータＩＮＶ及びＩＮＶ´を制御するようにすればよい。
制御部ＣＮＴはまた、モード切換スイッチＭＳＷが例えば開いているときに、インバータＩＮＶ及びＩＮＶ´の出力周波数を５０Ｈｚとし、モード切換スイッチＭＳＷが閉じられたときにインバータＩＮＶ及びＩＮＶ´の出力周波数を６０Ｈｚとするように、モード切換スイッチの状態に応じてインバータの出力周波数を切り換える。
【００４１】
なお本実施形態において、制御部ＣＮＴは、インバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１の波高値とインバータ装置ＩＮ´の出力電圧Ｖ２の波高値とを常に等しくするように制御する。
【００４２】
上記のように構成すると、直並列切換用スイッチＳをオフ状態にすることにより、第１のインバータ装置ＩＮの出力側と第２のインバータ装置ＩＮ´の出力側とが直列に接続され、両インバータ装置の出力電圧Ｖ１及びＶ２が同位相で相加わって高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間に電圧Ｖ３が印加される。また直並列切換用スイッチＳをオン状態にすると、第１のインバータ装置ＩＮの出力側と第２のインバータ装置ＩＮ´の出力側とが並列に接続され、両インバータ装置の出力電圧Ｖ１及びＶ２が同位相で低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２間に印加される。このとき低圧負荷接続端子間に印加される電圧をＶ４とすると、Ｖ４＝Ｖ１＝Ｖ２となる。
【００４３】
直並列切換用スイッチＳがオン状態にされたときには、高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間がスイッチＳにより短絡されるため、高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間には電圧が現れない。
【００４４】
図１に示した実施形態において、直並列切換用スイッチＳがオフ状態にあるときに制御部ＣＮＴからインバータＩＮＶのスイッチ素子Ｔ１ないしＴ４にそれぞれ供給される駆動信号の波形の一例を模式的に示した波形図を図２（Ａ）ない（Ｄ）に示し、直並列切換用スイッチＳがオフ状態にあるとき（直列接続時）に制御部ＣＮＴからインバータＩＮＶ´のスイッチ素子Ｔ１´ないしＴ４´にそれぞれ供給される駆動信号の波形の一例を模式的に示した波形図を図２（Ｅ）ない（Ｈ）に示した。またこのときインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´からそれぞれ出力される交流電圧Ｖ１及びＶ２の波形を図３（Ａ）及び（Ｂ）に示し、高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間に得られる交流電圧Ｖ３の波形を図３（Ｃ）に示した。
【００４５】
更に図１に示した実施形態において、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるとき（並列接続時）に制御部ＣＮＴからインバータＩＮＶのスイッチ素子Ｔ１ないしＴ４にそれぞれ供給される駆動信号の波形の一例を模式的に示した波形図を図４（Ａ）ない（Ｄ）に示し、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるときに制御部ＣＮＴからインバータＩＮＶ´のスイッチ素子Ｔ１´ないしＴ４´にそれぞれ供給される駆動信号の波形の一例を模式的に示した波形図を図４（Ｅ）ない（Ｈ）に示した。またこのときインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´からそれぞれ出力される交流電圧Ｖ１及びＶ２の波形を図５（Ａ）及び（Ｂ）に示し、低圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間に得られる交流電圧Ｖ４の波形を図５（Ｃ）に示した。
【００４６】
上記のように構成すると、直並列切換用回路ＳＷをオンオフ動作を行う単一のスイッチＳにより構成することができるため、直並列切換回路を多数のスイッチにより構成する必要があった従来のこの種のインバータ電源装置に比べて構成の簡素化を図り、装置の小形化とコストの低減とを図ることができる。
【００４７】
上記の例では、第１のインバータ装置ＩＮの出力端子ｔａ及びｔｂのうち、出力端子ｔｂを一方の端子とし、第２のインバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔａ´及びｔｂ´の内、出力端子ｔａ´を一方の出力端子として、第１及び第２のインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´の一方の出力端子ｔｂ，ｔａ´どうしを直結するようにしたが、本発明はこのように構成する場合に限定されるものではなく、例えば図６に示すように、第１のインバータ装置ＩＮの出力端子ｔｂを該インバータ装置の一方の出力端子とし、第２のインバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔｂ´を該インバータ装置の一方の出力端子として、インバータ装置ＩＮの一方の出力端子ｔｂとインバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子ｔｂ´とを直結するようにしても良い。この場合も、第１のインバータ装置ＩＮの他方の出力端子ｔａと第２のインバータ装置ＩＮ´の他方の出力端子ｔａ´との間に直並列切換用スイッチＳを接続し、第１のインバータ装置ＩＮの他方の出力端子ｔａ及び第２のインバータ装置ＩＮ´の他方の出力端子ｔａ´をそれぞれ１対の高圧負荷接続端子の一方及び他方に直結する。
【００４８】
図６に示すように構成する場合も、直並列切換用スイッチＳがオフ状態にあるときに、図６に実線矢印で示したように、第１のインバータ装置の一方の出力端子ｔｂ側から見た第１のインバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１の位相と第２のインバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子ｔｂ´側から見た第２のインバータ装置の出力電圧Ｖ２の位相とを１８０°異ならせ、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるときには第１のインバータ装置ＩＮの一方の出力端子ｔｂ側から見た第１のインバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１の位相と第２のインバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子側から見た第２のインバータ装置ＩＮ´の出力電圧Ｖ２の位相とを等しくするべく、第１及び第２のインバータ装置装置を制御するように、制御部ＣＮＴを構成する。
【００４９】
このように構成すれば、直並列切換用スイッチＳがオフ状態のとき（直列接続時）にインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´を同位相で加え合わせて高圧負荷接続端子間に電圧Ｖ３＝Ｖ１＋Ｖ２を印加することができ、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるとき（並列接続時）には、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´の出力電圧Ｖ１及びＶ２を低圧負荷接続端子間に同位相で印加することができる。
【００５０】
また第１のインバータ装置ＩＮの出力端子ｔａを該インバータ装置ＩＮの一方の出力端子とし、第２のインバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔａ´またはｔｂ´を該第２のインバータ装置の一方の出力端子としても、同様に本発明を実施することができる。
【００５１】
上記の例では、発電コイルＧ及びＧ´を共通の発電機内に設けるとしたが、これらの発電コイルは、異なる発電機内に設けられていてもよい。また上記の例では、発電コイルＧ及びＧ´が３相に構成されているが、単相の発電コイルを用いる場合にも本発明を適用することができるのはもちろんである。
【００５２】
また上記の例では、発電機の出力を直流に変換した後にインバータにより交流電圧に変換するようにしているが、商用電源の出力を整流して得た直流電圧をインバータ装置に入力して交流電圧に変換する場合にも本発明を適用することができる。
【００５３】
更に、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´に直流電圧を与える電源はバッテリでもよい。要するに、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´よりも前段の電源部は、直流電圧を出力するものであれば如何なるものでもよい。
【００５４】
制御部ＣＮＴは、１つのコントローラによりインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´を制御するように構成してもよく、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´を別のコントローラにより同期をとりながら制御するように構成してもよい。
【００５５】
上記の例では、コンバータＣＮＶをダイオードブリッジ全波整流回路により構成したが、ダイオードブリッジの一部または全部をサイリスタやＦＥＴなどのスイッチング素子により置き換えた制御整流回路によりコンバータＣＮＶを構成するようにしてもよい。
【００５６】
上記の例では、インバータを構成するスイッチ素子としてＩＧＢＴを用いたが、バイポーラトランジスタやＦＥＴをスイッチ素子として用いてインバータを構成してもよい。
【００５７】
上記直並列切換用スイッチＳは、リレーや電磁接触器など、機械的接点を有するものでもよく、半導体スイッチ素子を用いた無接点スイッチでもよい。
【００５８】
上記の実施形態では、インバータ装置の出力周波数を商用周波数としたが、インバータ装置の出力周波数は必ずしも商用周波数に限らない。例えば、商用電源の出力をいったん直流に変換した後、高周波出力に変換するような場合にも本発明を適用することができる。
【００５９】
上記の説明では、制御部が２台のインバータ装置ＩＮ，ＩＮ´の出力電圧の波高値を常に等しくするように制御するとしたが、直並列切換用スイッチＳをオン状態にするときには、２台のインバータ装置の出力電圧の波高値を等しくするように制御し、直並列切換用スイッチＳをオフ状態にするときには、２台のインバータ装置の出力電圧の波高値を異ならせるように制御してもよい。
【００６０】
上記の実施形態では、低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２を第２のインバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔａ´，ｔｂ´に直接接続するようにしているが、高圧負荷駆動時に低圧負荷接続端子間から電圧が出力されないようにする必要がある場合には、低圧負荷接続端子ｔ２１と第２のインバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔａ´との間及び低圧負荷接続端子ｔ２２と第２のインバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔｂ´との間の少なくとも一方に負荷開閉用のスイッチ（図８のスイッチＳ５と同様のスイッチ）を挿入すればよい。
【００６１】
なお低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２は、第１のインバータ装置ＩＮ側に接続するようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、２台のインバータを直列に接続した状態と並列に接続した状態とを切り換える直並列切換回路を、オンオフ動作を行う単一のスイッチにより構成することができるため、直並列切換回路を多数のスイッチにより構成する必要があった従来のインバータ電源装置に比べて構成の簡素化を図ることができ、装置の小形化とコストの低減とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示した回路図である。
【図２】図１の実施形態において２台のインバータ装置を直列に接続して運転する場合に制御部からインバータに与えられる駆動信号の波形を模式的に示した波形図である。
【図３】図１の実施形態において２台のインバータ装置を直列に接続して運転する場合に各インバータ装置から得られる電圧の波形及び高圧負荷接続端子間に得られる電圧の波形を示した波形図である。
【図４】図１の実施形態において２台のインバータ装置を並列に接続して運転する場合に制御部からインバータに与えられる駆動信号の波形を模式的に示した波形図である。
【図５】図１の実施形態において２台のインバータ装置を並列に接続して運転する場合に各インバータ装置から得られる電圧の波形及び定圧負荷接続端子間に得られる電圧の波形を示した波形図である。
【図６】本発明の他の実施形態の構成を示した回路図である。
【図７】インバータ電源装置の電源として発電機を用いる場合に発電機に要求される種々の出力特性を示したグラフである。
【図８】従来のインバータ電源装置の構成を概略的に示した回路図である。
【符号の説明】
Ｇ及びＧ´…第１及び第２の発電コイル、ＣＮＶ及びＣＮＶ´…第１及び第２のコンバータ、ＩＮ及びＩＮ´…第１及び第２のインバータ装置、ＩＮＶ及びＩＮＶ´…第１及び第２のインバータ、ＦＬ及びＦＬ´…第１及び第２のフィルタ、ｔ１１，ｔ１２…高圧負荷接続端子、ｔ２１，ｔ２２…低圧負荷接続端子、Ｓ…直並列切換用スイッチ、ＳＷ…直並列切換回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、２台のインバータ装置を直列または並列に接続した状態で両インバータ装置から負荷に電力を供給するインバータ電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
商用周波数の交流出力を発生する電源装置として、直流をインバータ装置により所望の周波数の交流に変換して負荷に供給するインバータ電源装置が用いられている。例えば、可搬形の電源装置として、エンジンにより駆動される３相交流発電機の交流出力をコンバータにより直流出力に変換した後、該直流出力をインバータ装置により商用周波数の交流出力に変換して、この商用周波数の交流出力を負荷に供給するようにしたものが多く用いられている。
【０００３】
商用電源の出力周波数は地域により、５０Ｈｚの場合もあり、６０Ｈｚの場合もある。その定格電圧も地域により、１００［Ｖ］から２４０［Ｖ］の範囲で様々な値をとることがある。また地域を異にしなくても、周波数及び（または）定格電圧が異なる負荷を駆動することが必要とされる場合もある。
【０００４】
商用周波数の出力を発生する電源装置を製造する場合、定格周波数及び定格電圧毎に仕様を異ならせることも考えられるが、コストの低減を図り、周波数や定格電圧の変更にも対応し得るようにするためには、１台の電源装置で異なる周波数及び電圧に対応し得るようにしておくのが好ましい。
【０００５】
インバータ電源装置においては、発電機の交流出力を直流出力に変換した後、該直流出力をインバータ装置により交流に再変換するため、同じ定格電圧で周波数が異なるだけの場合には、モードスイッチの切換によりインバータ装置の出力周波数を切り換えるだけで対応することができる。
【０００６】
しかしながら、定格電圧が異なる場合には、インバータ装置に入力する電圧を異ならせる必要があるため、インバータ装置の制御を切り換えるだけで対応するというわけにはいかない。
【０００７】
例えば、定格電圧が１２０［Ｖ］の負荷の駆動と、２４０［Ｖ］の負荷の駆動とを可能にする場合には、インバータ装置から実効値が１２０［Ｖ］の交流電圧及び２４０［Ｖ］の交流電圧をそれぞれ出力させるために、インバータ装置に１７０（＝√２×１２０）［Ｖ］の電圧及び３４０（＝√２×２４０）［Ｖ］の電圧を入力する必要がある。このような場合、定格出力電力を同じ（例えば定格最大瞬時電力＝１７００［ＶＡ］）とすると、通常は、出力電圧対出力電流特性が図７に示すＡの特性を示す発電機と、同図のＢの特性を示す発電機とを用意して、定格電圧に応じて発電機をつなぎ替えるようにしている。この場合１台の発電機で対応しようとすると、図７の特性Ａの発電機及び特性Ｂの発電機よりも大きな出力を発生することができる同図のＣのような特性を有する発電機を用いる必要があるため、発電機が大形になり、電源装置の大形化とコストの上昇とを招く。
【０００８】
またこのように１台の発電機で１２０［Ｖ］と２４０［Ｖ］とに対応しようとすると、コンバータを構成する整流素子やインバータ装置を構成するスイッチ素子等の回路素子として、定格電圧が１２０［Ｖ］のときに流れる電流と、定格電圧が２４０［Ｖ］のときに印加される電圧とに耐え得るものを用いる必要があり、図７の特性Ａを有する１２０［Ｖ］用の発電機及び特性Ｂを有する２４０［Ｖ］用の発電機をそれぞれ単独で使用する場合に用いる回路素子のほぼ２倍の定格を有する素子を用いる必要があるため、コンバータやインバータ装置の大形化と、コストの上昇とを招くことになるのを避けられない。
【０００９】
そこで、特許文献１に示されているように、２台のインバータ装置を直並列に切り換え接続することにより、２種類の定格電圧の交流出力を負荷に供給し得るようにしたインバータ電源装置が提案されている。
【００１０】
図８は、従来のこの種の電源装置の構成を概略的に示したもので、同図においてＧ及びＧ´はそれぞれエンジンにより駆動される同じ磁石発電機内に設けられて交流出力を発生する第１及び第２の発電コイル、ＣＮＶ及びＣＮＶ´はそれぞれ発電コイルＧ及びＧ´の交流出力を直流出力に変換する第１及び第２のコンバータ、ＩＮ及びＩＮ´はそれぞれ第１及び第２のコンバータＣＮＶ及びＣＮＶ´の直流出力を商用周波数の交流出力に変換する第１及び第２のインバータ装置である。
【００１１】
インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´はそれぞれブリッジの各辺をスイッチ素子と帰還用ダイオードとにより構成した周知のブリッジ形インバータＩＮＶ及びＩＮＶ´と、インバータＩＮＶ及びＩＮＶ´からそれぞれ得られる交流出力から高調波成分を除去して正弦波形の交流出力を発生するフィルタＦＬ及びＦＬ´とからなっている。
【００１２】
また図８において、ＣＮＴはインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´からそれぞれ大きさ（この例では実効値１２０Ｖ）が等しく、位相が同一の交流出力Ｖ１及びＶ２を発生させるようにインバータＩＮＶ及びＩＮＶ´のそれぞれのスイッチ素子のオンオフを制御する制御部、ＭＳＷは、インバータ装置の出力周波数を５０Ｈｚと６０Ｈｚとに切り換えるモード切換スイッチである。
【００１３】
更に、ｔ１１及びｔ１２は、２４０［Ｖ］の負荷ＬＤ１が接続される１対の高圧負荷接続端子、ｔ２１及びｔ２２は１２０［Ｖ］の負荷ＬＤ２が接続される１対の低圧負荷接続端子、ＳＷは、インバータ装置ＩＮとＩＮ´の出力側を直列に接続した状態と並列に接続した状態とを切り換える直並列切換回路である。図示の直並列切換回路は、インバータ装置ＩＮの出力側とインバータ装置ＩＮ´の出力側とを直列に接続した状態にする際にオン状態にされ、両インバータ装置の出力側を並列に接続する際にオフ状態にされるスイッチＳ１及びＳ２と、インバータ装置ＩＮの出力側とインバータ装置ＩＮ´の出力側とを並列に接続した状態にする際にオン状態にされ、両インバータ装置の出力側を直列に接続する際にオフ状態にされるスイッチＳ３ないしＳ５とからなっている。
【００１４】
図示の例では、高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２及び低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２がそれぞれ第１のコンセントＣＴ１及び第２のコンセントＣＴ２内に設けられた接触子からなっていて、これらのコンセントにプラグＰＬ１及びＰＬ２を介して高圧負荷ＬＤ１及び低圧負荷ＬＤ２が接続されるようになっている。
【００１５】
図８に示した電源装置では、スイッチＳ１及びＳ２をオン状態にし、スイッチＳ３ないしＳ５をオフ状態にしたときに、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´の出力側が直列に接続されて、両インバータ装置の出力電圧Ｖ１（＝１２０Ｖ）及びＶ２（＝１２０Ｖ）の和の電圧Ｖ３＝Ｖ１＋Ｖ２（＝２４０Ｖ）が高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間に印加される。
【００１６】
またスイッチＳ１及びＳ２をオフ状態にし、スイッチＳ３ないしＳ５をオン状態にしたときに、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´の出力側が並列に接続されて両インバータ装置の出力電圧Ｖ４＝Ｖ１＝Ｖ２（＝１２０Ｖ）が低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２間に印加される。
【００１７】
【特許文献１】
特開２０００−２１７３９８号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に示されたように、２台のインバータ装置を直並列に切換接続して２種類の電圧を得るようにした従来のインバータ電源装置では、直並列切換回路ＳＷを構成するために多数（図８に示した例では５個）のスイッチを必要としたため、電源装置が大形になる上に、コストが高くなるのを避けられなかった。
【００１９】
本発明の目的は、２台のインバータ装置を直列に接続した状態と並列に接続した状態とを切り換える直並列切換回路を１つのスイッチにより構成することができるようにしたインバータ電源装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、直流を単相交流に変換する第１及び第２のインバータ装置と、両インバータ装置の出力側を１対の高圧負荷接続端子間に直列に接続した状態と１対の低圧負荷接続端子間に並列に接続した状態とを切り換える直並列切換回路と、前記第１及び第２のインバータ装置を制御する制御部とを備えたインバータ電源装置に適用される。
【００２１】
本発明においては、第１のインバータ装置の一方の出力端子と、第２のインバータ装置の一方の出力端子とが直結され、第１のインバータ装置の他方の出力端子及び前記第２のインバータ装置の他方の出力端子がそれぞれ前記１対の高圧負荷接続端子の一方及び他方に直結される。また、第１及び第２のインバータ装置の内のいずれかの一方の出力端子及び他方の出力端子がそれぞれ１対の低圧負荷接続端子の一方及び他方に直接または負荷開閉用スイッチを介して接続され、１対の高圧負荷接続端子間に、オン状態とオフ状態とをとる単一の直並列切換用スイッチが接続されて、該直並列切換用スイッチにより直並列切換回路が構成される。
【００２２】
また制御部は、直並列切換用スイッチがオフ状態にあるときに第１のインバータ装置の一方の出力端子側から見た第１のインバータ装置の出力電圧の位相と第２のインバータ装置の一方の出力端子側から見た第２のインバータ装置の出力電圧の位相とを１８０°異ならせ、直並列切換用スイッチがオン状態にあるときには第１のインバータ装置の一方の出力端子側から見た第１のインバータ装置の出力電圧の位相と第２のインバータ装置の一方の出力端子側から見た第２のインバータ装置の出力電圧の位相とを等しくするべく、第１及び第２のインバータ装置を制御するように構成される。
【００２３】
上記のように構成すると、直並列切換用スイッチをオフ状態にすることにより、第１のインバータ装置の出力側と第２のインバータ装置の出力側とが直列に接続され、両インバータ装置の出力電圧が同位相で相加わって高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間に印加される。また直並列切換用スイッチをオン状態にすると、第１のインバータ装置の出力側と第２のインバータ装置の出力側とが並列に接続され、両インバータ装置の出力電圧が同位相で低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２間に印加される。
【００２４】
上記のように構成すると、オンオフ動作を行う単一のスイッチにより直並列切換回路を構成することができるため、直並列切換回路を多数のスイッチにより構成する必要があった従来のこの種のインバータ電源装置に比べて構成の簡素化を図り、装置の小形化とコストの低減とを図ることができる。
【００２５】
なお本発明において「直結」とは、インピーダンス素子やスイッチ等を介することなく電気的に接続することを意味し、直接接続する場合及びリード線や接続導体などの適宜の接続手段を介して電気的に接続する場合の双方を包含する。
【００２６】
インバータ装置に直流を入力する直流電源部は、エンジンなどにより駆動される交流発電機と該発電機の出力を直流に変換するコンバータ（整流器等からなる）とにより構成されるものでもよく、商用電源の出力をコンバータにより直流出力に変換するようにしたものでもよい。またバッテリを直流電源部としてもよい。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下図１ないし図６を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００２８】
図１は本発明の実施形態を示したもので、同図においてＧ及びＧ´はそれぞれエンジンにより駆動される交流発電機内に設けられて交流出力を発生する第１及び第２の発電コイル、ＣＮＶ及びＣＮＶ´はそれぞれ発電機Ｇ及びＧ´の交流出力を直流出力に変換する第１及び第２のコンバータ、ＩＮ及びＩＮ´はそれぞれ第１及び第２のコンバータＣＮＶ及びＣＮＶ´の直流出力を商用周波数の交流出力に変換する第１及び第２のインバータ装置、ＣＮＴはインバータＩＮＶ及びＩＮＶ´のそれぞれのスイッチ素子のオンオフを制御する制御部、ＭＳＷはインバータ装置の出力周波数を５０Ｈｚと６０Ｈｚとに切り換える指令を制御部ＣＮＴに与えるモード切換スイッチである。
【００２９】
第１及び第２の発電コイルＧ及びＧ´はそれぞれ、３相のコイルＬｕ〜Ｌｗ及びＬｕ´〜Ｌｗ´をスター結線したものからなっていて、エンジンの回転に伴って３相交流電圧を出力する。
【００３０】
コンバータＣＮＶは、ダイオードＤｕ〜ＤｗとダイオードＤｘ〜Ｄｚとからなるダイオードブリッジ全波整流回路と、この整流回路の直流出力端子間に接続された平滑用コンデンサＣｄとからなっている。
【００３１】
同様に、コンバータＣＮＶ´は、ダイオードＤｕ´〜Ｄｗ´とダイオードＤｘ´〜Ｄｚ´とからなるダイオードブリッジ全波整流回路と、この整流回路の直流出力端子間に接続された平滑用コンデンサＣｄ´とからなっている。
【００３２】
インバータＩＮＶは、Ｈブリッジの４辺を構成するスイッチ素子Ｔ１ないしＴ４と、スイッチ素子Ｔ１ないしＴ４にそれぞれ逆並列接続された帰還ダイオードＤ１ないしＤ４とにより構成されたブリッジ形のスイッチ回路からなっている。図示の例では、スイッチ素子Ｔ１ないしＴ４として、ＩＧＢＴ（絶縁ゲート形パイポーラ形トランジスタ）が用いられ、インバータＩＮＶの直流入力端子ｔｐ，ｔｎ間にコンバータＣＮＶから得られる直流電圧が印加されている。
【００３３】
同様に、インバータＩＮＶ´は、Ｈブリッジの４辺を構成するスイッチ素子Ｔ１´ないしＴ４´と、スイッチ素子Ｔ１´ないしＴ４´にそれぞれ逆並列接続された帰還ダイオードＤ１ないしＤ４とからなるブリッジ形のスイッチ回路からなっていて、その直流入力端子ｔｐ´，ｔｎ´間にコンバータＣＮＶ´の出力電圧が印加されている。
【００３４】
フィルタ回路ＦＬはコイルＬ１，Ｌ２と、コンデンサＣ１とからなるローパスフィルタで、インバータＩＮＶの交流出力端子ｔｕ，ｔｖ間に得られる交流電圧に含まれる高調波を除去してインバータ装置ＩＮの出力端子ｔａ，ｔｂ間に正弦波状の交流電圧Ｖ１を出力する。
【００３５】
同様に、フィルタ回路ＦＬ´はコイルＬ１´，Ｌ２´と、コンデンサＣ１´とからなっていて、インバータＩＮＶ´の交流出力端子ｔｕ´，ｔｖ´間に得られる交流電圧に含まれる高調波を除去して、インバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔａ´，ｔｂ´間に正弦波状の交流電圧Ｖ２を出力する。
【００３６】
本発明においては、第１のインバータ装置ＩＮの一方の出力端子ｔｂと、第２のインバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子ｔａ´とが直結されるとともに、第１のインバータ装置ＩＮの他方の出力端子ｔａ及び第２のインバータ装置ＩＮ´の他方の出力端子ｔｂがそれぞれ１対の高圧負荷接続端子の一方ｔ１１及び他方ｔ１２に直結され、第１及び第２のインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´の内のいずれか（図１の例ではインバータ装置ＩＮ´）の一方の出力端子ｔａ´及び他方の出力端子ｔｂ´がそれぞれ１対の低圧負荷接続端子の一方ｔ２１及び他方ｔ２２に直接接続されている。また１対の高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間にオン状態とオフ状態とをとる単一の直並列切換用スイッチＳが接続され、この直並列切換用スイッチＳにより、直並列切換回路ＳＷが構成されている。
【００３７】
図示の例では、高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２及び低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２がそれぞれ第１のコンセントＣＴ１及び第２のコンセントＣＴ２内に設けられた接触子からなっていて、これらのコンセントにプラグＰＬ１及びＰＬ２を介して高圧負荷ＬＤ１及び低圧負荷Ｌ２が接続されるようになっている。
【００３８】
また制御部ＣＮＴは、直並列切換用スイッチＳがオフ状態にあるときに、第１のインバータ装置ＩＮの一方の出力端子ｔｂ側から見た第１のインバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１の位相と、上記出力端子ｔｂに直結された第２のインバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子ｔａ´側から見た第２のインバータ装置ＩＮ´の出力電圧Ｖ２の位相とを１８０°異ならせ、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるときには第１のインバータ装置ＩＮの一方の出力端子ｔｂ側から見た第１のインバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１の位相と、第２のインバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子ｔａ´側から見た第２のインバータ装置ＩＮ´の出力電圧Ｖ２の位相とを等しくするべく、第１及び第２のインバータ装置装置ＩＮ及びＩＮ´を制御するように構成されている。
【００３９】
即ち、制御部ＣＮＴは、直並列切換用スイッチＳがオフ状態にあるときに、第１のインバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１と第２のインバータ装置ＩＮ´の出力電圧Ｖ２とが同位相で相加わった状態で高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間に印加されるように、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´を制御し、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるときには、第１のインバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１と第２のインバータ装置ＩＮ´の出力電圧Ｖ２とが同位相で低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２間に印加されるように、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´を制御する。
【００４０】
図１に示した例において、上記のような制御を行うためには、直並列切換用スイッチＳがオフ状態にあるときに、図１に実線矢印で示したように、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´からそれぞれ同位相の交流電圧Ｖ１及びＶ２を出力させるように両インバータを制御し、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるときには、同図に破線矢印で示したように、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´からそれぞれ逆位相（１８０°位相が異なる）の交流電圧Ｖ１及びＶ２を出力させるように両インバータ装置のインバータＩＮＶ及びＩＮＶ´を制御するようにすればよい。
制御部ＣＮＴはまた、モード切換スイッチＭＳＷが例えば開いているときに、インバータＩＮＶ及びＩＮＶ´の出力周波数を５０Ｈｚとし、モード切換スイッチＭＳＷが閉じられたときにインバータＩＮＶ及びＩＮＶ´の出力周波数を６０Ｈｚとするように、モード切換スイッチの状態に応じてインバータの出力周波数を切り換える。
【００４１】
なお本実施形態において、制御部ＣＮＴは、インバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１の波高値とインバータ装置ＩＮ´の出力電圧Ｖ２の波高値とを常に等しくするように制御する。
【００４２】
上記のように構成すると、直並列切換用スイッチＳをオフ状態にすることにより、第１のインバータ装置ＩＮの出力側と第２のインバータ装置ＩＮ´の出力側とが直列に接続され、両インバータ装置の出力電圧Ｖ１及びＶ２が同位相で相加わって高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間に電圧Ｖ３が印加される。また直並列切換用スイッチＳをオン状態にすると、第１のインバータ装置ＩＮの出力側と第２のインバータ装置ＩＮ´の出力側とが並列に接続され、両インバータ装置の出力電圧Ｖ１及びＶ２が同位相で低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２間に印加される。このとき低圧負荷接続端子間に印加される電圧をＶ４とすると、Ｖ４＝Ｖ１＝Ｖ２となる。
【００４３】
直並列切換用スイッチＳがオン状態にされたときには、高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間がスイッチＳにより短絡されるため、高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間には電圧が現れない。
【００４４】
図１に示した実施形態において、直並列切換用スイッチＳがオフ状態にあるときに制御部ＣＮＴからインバータＩＮＶのスイッチ素子Ｔ１ないしＴ４にそれぞれ供給される駆動信号の波形の一例を模式的に示した波形図を図２（Ａ）ない（Ｄ）に示し、直並列切換用スイッチＳがオフ状態にあるとき（直列接続時）に制御部ＣＮＴからインバータＩＮＶ´のスイッチ素子Ｔ１´ないしＴ４´にそれぞれ供給される駆動信号の波形の一例を模式的に示した波形図を図２（Ｅ）ない（Ｈ）に示した。またこのときインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´からそれぞれ出力される交流電圧Ｖ１及びＶ２の波形を図３（Ａ）及び（Ｂ）に示し、高圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間に得られる交流電圧Ｖ３の波形を図３（Ｃ）に示した。
【００４５】
更に図１に示した実施形態において、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるとき（並列接続時）に制御部ＣＮＴからインバータＩＮＶのスイッチ素子Ｔ１ないしＴ４にそれぞれ供給される駆動信号の波形の一例を模式的に示した波形図を図４（Ａ）ない（Ｄ）に示し、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるときに制御部ＣＮＴからインバータＩＮＶ´のスイッチ素子Ｔ１´ないしＴ４´にそれぞれ供給される駆動信号の波形の一例を模式的に示した波形図を図４（Ｅ）ない（Ｈ）に示した。またこのときインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´からそれぞれ出力される交流電圧Ｖ１及びＶ２の波形を図５（Ａ）及び（Ｂ）に示し、低圧負荷接続端子ｔ１１，ｔ１２間に得られる交流電圧Ｖ４の波形を図５（Ｃ）に示した。
【００４６】
上記のように構成すると、直並列切換用回路ＳＷをオンオフ動作を行う単一のスイッチＳにより構成することができるため、直並列切換回路を多数のスイッチにより構成する必要があった従来のこの種のインバータ電源装置に比べて構成の簡素化を図り、装置の小形化とコストの低減とを図ることができる。
【００４７】
上記の例では、第１のインバータ装置ＩＮの出力端子ｔａ及びｔｂのうち、出力端子ｔｂを一方の端子とし、第２のインバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔａ´及びｔｂ´の内、出力端子ｔａ´を一方の出力端子として、第１及び第２のインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´の一方の出力端子ｔｂ，ｔａ´どうしを直結するようにしたが、本発明はこのように構成する場合に限定されるものではなく、例えば図６に示すように、第１のインバータ装置ＩＮの出力端子ｔｂを該インバータ装置の一方の出力端子とし、第２のインバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔｂ´を該インバータ装置の一方の出力端子として、インバータ装置ＩＮの一方の出力端子ｔｂとインバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子ｔｂ´とを直結するようにしても良い。この場合も、第１のインバータ装置ＩＮの他方の出力端子ｔａと第２のインバータ装置ＩＮ´の他方の出力端子ｔａ´との間に直並列切換用スイッチＳを接続し、第１のインバータ装置ＩＮの他方の出力端子ｔａ及び第２のインバータ装置ＩＮ´の他方の出力端子ｔａ´をそれぞれ１対の高圧負荷接続端子の一方及び他方に直結する。
【００４８】
図６に示すように構成する場合も、直並列切換用スイッチＳがオフ状態にあるときに、図６に実線矢印で示したように、第１のインバータ装置の一方の出力端子ｔｂ側から見た第１のインバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１の位相と第２のインバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子ｔｂ´側から見た第２のインバータ装置の出力電圧Ｖ２の位相とを１８０°異ならせ、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるときには第１のインバータ装置ＩＮの一方の出力端子ｔｂ側から見た第１のインバータ装置ＩＮの出力電圧Ｖ１の位相と第２のインバータ装置ＩＮ´の一方の出力端子側から見た第２のインバータ装置ＩＮ´の出力電圧Ｖ２の位相とを等しくするべく、第１及び第２のインバータ装置装置を制御するように、制御部ＣＮＴを構成する。
【００４９】
このように構成すれば、直並列切換用スイッチＳがオフ状態のとき（直列接続時）にインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´を同位相で加え合わせて高圧負荷接続端子間に電圧Ｖ３＝Ｖ１＋Ｖ２を印加することができ、直並列切換用スイッチＳがオン状態にあるとき（並列接続時）には、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´の出力電圧Ｖ１及びＶ２を低圧負荷接続端子間に同位相で印加することができる。
【００５０】
また第１のインバータ装置ＩＮの出力端子ｔａを該インバータ装置ＩＮの一方の出力端子とし、第２のインバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔａ´またはｔｂ´を該第２のインバータ装置の一方の出力端子としても、同様に本発明を実施することができる。
【００５１】
上記の例では、発電コイルＧ及びＧ´を共通の発電機内に設けるとしたが、これらの発電コイルは、異なる発電機内に設けられていてもよい。また上記の例では、発電コイルＧ及びＧ´が３相に構成されているが、単相の発電コイルを用いる場合にも本発明を適用することができるのはもちろんである。
【００５２】
また上記の例では、発電機の出力を直流に変換した後にインバータにより交流電圧に変換するようにしているが、商用電源の出力を整流して得た直流電圧をインバータ装置に入力して交流電圧に変換する場合にも本発明を適用することができる。
【００５３】
更に、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´に直流電圧を与える電源はバッテリでもよい。要するに、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´よりも前段の電源部は、直流電圧を出力するものであれば如何なるものでもよい。
【００５４】
制御部ＣＮＴは、１つのコントローラによりインバータ装置ＩＮ及びＩＮ´を制御するように構成してもよく、インバータ装置ＩＮ及びＩＮ´を別のコントローラにより同期をとりながら制御するように構成してもよい。
【００５５】
上記の例では、コンバータＣＮＶをダイオードブリッジ全波整流回路により構成したが、ダイオードブリッジの一部または全部をサイリスタやＦＥＴなどのスイッチング素子により置き換えた制御整流回路によりコンバータＣＮＶを構成するようにしてもよい。
【００５６】
上記の例では、インバータを構成するスイッチ素子としてＩＧＢＴを用いたが、バイポーラトランジスタやＦＥＴをスイッチ素子として用いてインバータを構成してもよい。
【００５７】
上記直並列切換用スイッチＳは、リレーや電磁接触器など、機械的接点を有するものでもよく、半導体スイッチ素子を用いた無接点スイッチでもよい。
【００５８】
上記の実施形態では、インバータ装置の出力周波数を商用周波数としたが、インバータ装置の出力周波数は必ずしも商用周波数に限らない。例えば、商用電源の出力をいったん直流に変換した後、高周波出力に変換するような場合にも本発明を適用することができる。
【００５９】
上記の説明では、制御部が２台のインバータ装置ＩＮ，ＩＮ´の出力電圧の波高値を常に等しくするように制御するとしたが、直並列切換用スイッチＳをオン状態にするときには、２台のインバータ装置の出力電圧の波高値を等しくするように制御し、直並列切換用スイッチＳをオフ状態にするときには、２台のインバータ装置の出力電圧の波高値を異ならせるように制御してもよい。
【００６０】
上記の実施形態では、低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２を第２のインバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔａ´，ｔｂ´に直接接続するようにしているが、高圧負荷駆動時に低圧負荷接続端子間から電圧が出力されないようにする必要がある場合には、低圧負荷接続端子ｔ２１と第２のインバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔａ´との間及び低圧負荷接続端子ｔ２２と第２のインバータ装置ＩＮ´の出力端子ｔｂ´との間の少なくとも一方に負荷開閉用のスイッチ（図８のスイッチＳ５と同様のスイッチ）を挿入すればよい。
【００６１】
なお低圧負荷接続端子ｔ２１，ｔ２２は、第１のインバータ装置ＩＮ側に接続するようにしてもよい。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、２台のインバータを直列に接続した状態と並列に接続した状態とを切り換える直並列切換回路を、オンオフ動作を行う単一のスイッチにより構成することができるため、直並列切換回路を多数のスイッチにより構成する必要があった従来のインバータ電源装置に比べて構成の簡素化を図ることができ、装置の小形化とコストの低減とを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の構成を示した回路図である。
【図２】図１の実施形態において２台のインバータ装置を直列に接続して運転する場合に制御部からインバータに与えられる駆動信号の波形を模式的に示した波形図である。
【図３】図１の実施形態において２台のインバータ装置を直列に接続して運転する場合に各インバータ装置から得られる電圧の波形及び高圧負荷接続端子間に得られる電圧の波形を示した波形図である。
【図４】図１の実施形態において２台のインバータ装置を並列に接続して運転する場合に制御部からインバータに与えられる駆動信号の波形を模式的に示した波形図である。
【図５】図１の実施形態において２台のインバータ装置を並列に接続して運転する場合に各インバータ装置から得られる電圧の波形及び定圧負荷接続端子間に得られる電圧の波形を示した波形図である。
【図６】本発明の他の実施形態の構成を示した回路図である。
【図７】インバータ電源装置の電源として発電機を用いる場合に発電機に要求される種々の出力特性を示したグラフである。
【図８】従来のインバータ電源装置の構成を概略的に示した回路図である。
【符号の説明】
Ｇ及びＧ´…第１及び第２の発電コイル、ＣＮＶ及びＣＮＶ´…第１及び第２のコンバータ、ＩＮ及びＩＮ´…第１及び第２のインバータ装置、ＩＮＶ及びＩＮＶ´…第１及び第２のインバータ、ＦＬ及びＦＬ´…第１及び第２のフィルタ、ｔ１１，ｔ１２…高圧負荷接続端子、ｔ２１，ｔ２２…低圧負荷接続端子、Ｓ…直並列切換用スイッチ、ＳＷ…直並列切換回路。
Claims (1)
- 直流を単相交流に変換する第１及び第２のインバータ装置と、両インバータ装置の出力側を１対の高圧負荷接続端子間に直列に接続した状態と１対の低圧負荷接続端子間に並列に接続した状態とを切り換える直並列切換回路と、前記第１及び第２のインバータ装置を制御する制御部とを備えたインバータ電源装置において、
前記第１のインバータ装置の一方の出力端子と、前記第２のインバータ装置の一方の出力端子とが直結され、
前記第１のインバータ装置の他方の出力端子及び前記第２のインバータ装置の他方の出力端子がそれぞれ前記１対の高圧負荷接続端子の一方及び他方に直結され、
前記第１及び第２のインバータ装置の内のいずれかの一方の出力端子及び他方の出力端子がそれぞれ前記１対の低圧負荷接続端子の一方及び他方に直接または負荷開閉用スイッチを介して接続され、
前記直並列切換回路は、前記１対の高圧負荷接続端子間に接続されて、オン状態とオフ状態とをとる単一の直並列切換用スイッチからなり、
前記制御部は、前記直並列切換用スイッチがオフ状態にあるときに前記第１のインバータ装置の一方の出力端子側から見た前記第１のインバータ装置の出力電圧の位相と前記第２のインバータ装置の一方の出力端子側から見た前記第２のインバータ装置の出力電圧の位相とを１８０°異ならせ、前記直並列切換用スイッチがオン状態にあるときには前記第１のインバータ装置の一方の出力端子側から見た前記第１のインバータ装置の出力電圧の位相と前記第２のインバータ装置の一方の出力端子側から見た前記第２のインバータ装置の出力電圧の位相とを等しくするべく、前記第１及び第２のインバータ装置装置を制御するように構成されていること、
を特徴とするインバータ電源装置。
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