JP2005245160A - 電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】商用単相100V電源の受電容量を増すことなくそれを超える単相200V電力を供給する。夜間電力を有効利用でき、停電でも給電を継続できるようにする。
【解決手段】第1、第2のコンデンサ(C1、C2)を直列接続したコンデンサ回路(18)を設け、該回路と蓄電池(2)との間に昇降圧DC/DC変換器(3)を設ける。第2のフィルタ回路(7)を通った商用単相100Vを昇圧順変換してコンデンサ回路を充電する動作と、コンデンサ回路の直流電力を逆変換して第2のフィルタ回路の出力側に単相100Vを生成する動作とを行なえる順逆変換器(5)を設ける。コンデンサ回路の電力を逆変換して第1のフィルタ回路の出力側に商用単相100Vと同位相の単相100Vを生成する逆変換器(4)を設ける。第1のフィルタ回路の出力側と第2のフィルタ回路の出力側を直列に接続し2つの単相100Vを加算した単相200Vを外部に供給する。
【選択図】図1
【解決手段】第1、第2のコンデンサ(C1、C2)を直列接続したコンデンサ回路(18)を設け、該回路と蓄電池(2)との間に昇降圧DC/DC変換器(3)を設ける。第2のフィルタ回路(7)を通った商用単相100Vを昇圧順変換してコンデンサ回路を充電する動作と、コンデンサ回路の直流電力を逆変換して第2のフィルタ回路の出力側に単相100Vを生成する動作とを行なえる順逆変換器(5)を設ける。コンデンサ回路の電力を逆変換して第1のフィルタ回路の出力側に商用単相100Vと同位相の単相100Vを生成する逆変換器(4)を設ける。第1のフィルタ回路の出力側と第2のフィルタ回路の出力側を直列に接続し2つの単相100Vを加算した単相200Vを外部に供給する。
【選択図】図1
Description
本発明は、商用の単相100Vを電源として単相200V負荷に給電する電力変換装置に関する。
商用の単相100Vを電源として使用している状態で新たに単相200V負荷を追加する場合、あるいは従来の単相100V負荷を単相200V負荷に交換する場合には、単相200Vを給電するための何らかの電源が必要となる。
単相3線式200Vの電源を新たに引き込むことも選択肢として考えられるが、その受電のための工事、受電盤から単相200V負荷までの電気工事が必要となる。また契約電力量が増加して電力基本料金がアップする問題もある。
単相3線式200Vの電源を新たに引き込むことも選択肢として考えられるが、その受電のための工事、受電盤から単相200V負荷までの電気工事が必要となる。また契約電力量が増加して電力基本料金がアップする問題もある。
単相100V電源から単相200V負荷に給電するための従来技術の最も単純なものとしては、100V/200Vの昇圧変圧器を用いる方法がある。しかしこの方法の場合、単相100V電源が停電等で給電停止した場合には、単相200V負荷は勿論、単相100V電源につながる単相100V負荷への給電も停止してしまう問題がある。また、単相200V負荷は通常、消費電力の多い機器が多い。従って、新たに単相200V負荷を追加使用する場合には、この方法では単相100V電源の契約受電容量を増加させる必要が生ずる。契約受電容量の増加は電力基本料金のアップにつながる。
別の従来技術として受電した単相100Vを整流して直流に変換した後、インバータを使用して単相200Vに再変換して給電する方法がある。しかし、この方法の場合も昇圧変圧器を使用する場合と同様に単相100V電源の契約受電容量を増加させる必要が生じ電力基本料金がアップする。また単相100V電源が停電等で給電停止した場合には、単相200V負荷、単相100V負荷の双方への給電が停止してしまう点も同じである。
実用新案登録第3085062号
特開平7−99783号公報
特開平9−121559号公報
特開平10−322883号公報
本発明はかかる従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は商用の単相100Vを電源として単相200V負荷に電力供給できること、その際に単相100V電源の受電容量のアップを殆ど必要としないこと、また、電力料金単価の安い夜間電力を有効に利用できること、更に、単相100電源が停電等で給電停止した場合にも給電を継続できること、などの条件を満たすことのできる電力変換装置を提供することにある。
前記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、商用単相100V電源(16)を電源として単相200V負荷(17)に給電を行なう電力変換装置であって、
直流部が正相(9)、中性相(10)、負相(11)からなる3線で構成されており、
該直流3線の正相と中性相との間に接続した第1のコンデンサ(C1)と、
中性相と負相との間に接続した第2のコンデンサ(C2)と、
蓄電池(2)と、
制御回路(8)と、
前記制御回路の指令に従い前記蓄電池の電圧をエネルギー蓄積用のリアクトル(L1)を介して昇圧して前記正相と負相との間に供給する昇圧動作と、該正相と負相との間の電圧を降圧して前記蓄電池を充電する降圧動作の何れをも行なえる昇降圧DC/DC変換器(3)と、
逆並列ダイオードを有する第1、第2のスイッチング素子(Q3、Q4)を前記正相と負相との間に接続したハーフブリッジ回路であって、前記制御回路の指令に従い、基本波が外部から供給される商用単相100V電源の単相100V(Vac)と同位相のPWM変調された単相100Vを該第1、第2のスイッチング素子の相互接続点(12)と前記中性相との間に生成する逆変換動作を行なう逆変換器(4)と、
前記第1、第2のスイッチング素子の相互接続点(12)と前記中性相との間に接続され、前記逆変換器が出力するPWM変調された単相100Vを入力側に受けて高調波成分を除去した基本波を出力側に出力する第1のフィルタ回路(6)と、
逆並列ダイオードを有する第3、第4のスイッチング素子(Q5、Q6)を前記正相と負相との間に接続したハーフブリッジ回路であって、前記制御回路の指令に従い、該第3、第4のスイッチング素子の相互接続点(13)と前記中性相との間に基本波が前記商用単相100V電源の周波数に等しいPWM変調された単相100Vを生成する逆変換動作と、該第3、第4のスイッチング素子の相互接続点と前記中性相との間に後記第2のフィルタ回路(7)を介して供給される前記商用単相100V電源の単相100Vを電源として昇圧した直流電圧を前記正相と負相との間に供給する順変換動作の何れをも行なえる順逆変換器(5)と、
前記第3、第4のスイッチング素子の相互接続点(13)と前記中性相との間に接続され、前記順逆変換器が前記逆変換動作をする場合には、生成された前記PWM変調された単相100Vを入力側に受けて高調波成分を除去した基本波を出力側に出力し、前記順変換動作をする場合には、該出力側に外部から前記商用単相100V電源の単相100Vの供給を受け、それを入力側に出力する第2のフィルタ回路(7)と、を備え、
前記第1のフィルタ回路の出力側の単相100Vと、前記第2のフィルタ回路の出力側の単相100Vとが加算された単相200Vが外部に供給されるようにしたことを特徴とする電力変換装置である。
直流部が正相(9)、中性相(10)、負相(11)からなる3線で構成されており、
該直流3線の正相と中性相との間に接続した第1のコンデンサ(C1)と、
中性相と負相との間に接続した第2のコンデンサ(C2)と、
蓄電池(2)と、
制御回路(8)と、
前記制御回路の指令に従い前記蓄電池の電圧をエネルギー蓄積用のリアクトル(L1)を介して昇圧して前記正相と負相との間に供給する昇圧動作と、該正相と負相との間の電圧を降圧して前記蓄電池を充電する降圧動作の何れをも行なえる昇降圧DC/DC変換器(3)と、
逆並列ダイオードを有する第1、第2のスイッチング素子(Q3、Q4)を前記正相と負相との間に接続したハーフブリッジ回路であって、前記制御回路の指令に従い、基本波が外部から供給される商用単相100V電源の単相100V(Vac)と同位相のPWM変調された単相100Vを該第1、第2のスイッチング素子の相互接続点(12)と前記中性相との間に生成する逆変換動作を行なう逆変換器(4)と、
前記第1、第2のスイッチング素子の相互接続点(12)と前記中性相との間に接続され、前記逆変換器が出力するPWM変調された単相100Vを入力側に受けて高調波成分を除去した基本波を出力側に出力する第1のフィルタ回路(6)と、
逆並列ダイオードを有する第3、第4のスイッチング素子(Q5、Q6)を前記正相と負相との間に接続したハーフブリッジ回路であって、前記制御回路の指令に従い、該第3、第4のスイッチング素子の相互接続点(13)と前記中性相との間に基本波が前記商用単相100V電源の周波数に等しいPWM変調された単相100Vを生成する逆変換動作と、該第3、第4のスイッチング素子の相互接続点と前記中性相との間に後記第2のフィルタ回路(7)を介して供給される前記商用単相100V電源の単相100Vを電源として昇圧した直流電圧を前記正相と負相との間に供給する順変換動作の何れをも行なえる順逆変換器(5)と、
前記第3、第4のスイッチング素子の相互接続点(13)と前記中性相との間に接続され、前記順逆変換器が前記逆変換動作をする場合には、生成された前記PWM変調された単相100Vを入力側に受けて高調波成分を除去した基本波を出力側に出力し、前記順変換動作をする場合には、該出力側に外部から前記商用単相100V電源の単相100Vの供給を受け、それを入力側に出力する第2のフィルタ回路(7)と、を備え、
前記第1のフィルタ回路の出力側の単相100Vと、前記第2のフィルタ回路の出力側の単相100Vとが加算された単相200Vが外部に供給されるようにしたことを特徴とする電力変換装置である。
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相100V電源の単相100Vを受電して単相200Vを生成できるため、単相200V電源が利用できない場所でも単相200V負荷を使用することができる。また、その単相200V負荷には、商用単相100V電源の受電容量よりも大きな電力を供給することができる。
また、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給充電モードを設け、該給充電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧DC/DC変換器には前記降圧動作を行なわせ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相100V電源により単相200V負荷に給電できると同時に蓄電池に充電を行なうこともできる。従って、電力料金単価の安い夜間電力を利用できる時間帯の運転に適している。
また、請求項3に記載の発明は、請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給電モードを設け、該給電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧DC/DC変換器は動作停止させ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池が完全放電した状態でも商用単相100V電源により単相200V負荷に給電を継続することができる。
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池が完全放電した状態でも商用単相100V電源により単相200V負荷に給電を継続することができる。
また、請求項4に記載の発明は、請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給充放電モードを設け、該給充放電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧DC/DC変換器には前記昇圧動作を行なわせ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相100V電源の受電容量に蓄電池の最大放電電力を加えた大きな電力を単相200V負荷に供給できる。また、電力料金単価の安い夜間電力により蓄電池を予め充電しておけば昼間の電力料金を低減することができる。
また、請求項5に記載の発明は、請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給放電モードを設け、該給放電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器は動作停止させ、前記昇降圧DC/DC変換器には前記昇圧動作を行なわせ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池の最大放電電力の2倍までの電力を単相200V負荷に供給できる。また、電力料金単価の安い夜間電力により蓄電池を予め充電しておけば昼間の電力料金を低減することができる。
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池の最大放電電力の2倍までの電力を単相200V負荷に供給できる。また、電力料金単価の安い夜間電力により蓄電池を予め充電しておけば昼間の電力料金を低減することができる。
また、請求項6に記載の発明は、請求項1記載の電力変換装置において、外部から供給される前記商用単相100V電源の単相100Vの入力部に該単相100Vの入力の入/切を制御するスイッチ(SW1)を設けると共に該電力変換装置の運転モードとして停電モードを設け、該停電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記スイッチを切状態として前記順逆変換器には前記逆変換動作を、前記昇降圧DC/DC変換器には前記昇圧動作を、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせ、停電モード以外の運転モードの場合には前記スイッチを入状態とすることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相100V電源の供給が停電等で停止した場合にも単相200V負荷に給電を継続することができる。
また、請求項7に記載の発明は、請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして昼間自動給電モードを設け、該昼間自動給電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記蓄電池が完全放電状態でない場合には前記給充放電モードの動作を行なわせ、前記蓄電池が完全放電状態である場合には前記給電モードの動作を行なわせることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池が完全放電状態でない場合には商用単相100V電源の受電容量に蓄電池の最大放電電力量を加えた量までの大きな電力を単相200V負荷に供給できる。蓄電池が完全放電した場合でも商用単相100V電源の受電容量までの電力を単相200V負荷に供給できる。そして、それらの動作の切り換えが自動的に行なわれる利点がある。
また、請求項8に記載の発明は、請求項7に記載の電力変換装置において、前記昼間自動給電モードでの運転中における前記給充放電モードの動作の際には、前記制御回路は前記蓄電池からの放電電力が前記順逆変換器からの電力よりも優先して使用されるように制御することを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、電力料金単価の安い夜間電力で充電した蓄電池の電力を優先使用できるため、昼間時間帯の電力料金を低減することができる。
このような構成の電力変換装置によれば、電力料金単価の安い夜間電力で充電した蓄電池の電力を優先使用できるため、昼間時間帯の電力料金を低減することができる。
また、請求項9に記載の発明は、請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして夜間自動給電モードを設け、該夜間自動給電モードが選択された場合には前記制御回路は、単相200V負荷が必要とする電力が前記商用単相100V電源の受電容量以下の場合には前記給充電モードの動作を行なわせ、前記単相200V負荷が必要とする電力が前記商用単相100V電源の受電容量以上であり且つ前記蓄電池が完全放電状態でない場合には前記給充放電モードの動作を行なわせ、該給充放電モードの動作中に前記蓄電池が完全放電状態となった場合には前記給電モードの動作に戻すことを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、電力料金単価の安い夜間において単相200V負荷に電力供給をしながら同時に安い電力で蓄電池の充電を行なうことができる。また、そのような状態で単相200V負荷に必要な電力が増加した場合には、充電を中止して商用単相100V電源の受電容量と蓄電池の最大放電電力を加算した量までの電力を単相200V負荷に供給できる。そして、それらの動作の切り換えが自動で行なわれる利点がある。
また、請求項10に記載の発明は、請求項9に記載の電力変換装置において、前記夜間自動給電モードでの運転中における前記給充放電モードの動作の際には、前記制御回路は前記順逆変換器からの電力が前記蓄電池からの放電電力よりも優先して使用されるように制御することを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、単相200V負荷には電力料金単価の安い夜間電力が優先して供給され、蓄電池の放電を少なく抑えることができる。
このような構成の電力変換装置によれば、単相200V負荷には電力料金単価の安い夜間電力が優先して供給され、蓄電池の放電を少なく抑えることができる。
また、請求項11に記載の発明は、請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして完全自動給電モードを設けると共にカレンダタイマ(23)を設けて前記昼間自動給電モードで運転すべき時間帯と前記夜間自動給電モードで運転すべき時間帯とを設定しておき、前記制御回路は該完全自動給電モードが選択されている状態で昼間自動給電モードで運転すべき時間帯となった場合には昼間自動給電モードの動作を行なわせ、夜間自動給電モードで運転すべき時間帯となった場合には夜間自動給電モードの動作を行なわせることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相100V電源のみで昼夜を問わず単相200V負荷に電力を自動供給することができる。したも、商用単相100V電源の受電容量よりも大きな電力を供給できる。
また、請求項12に記載の発明は、請求項11に記載の電力変換装置において、前記完全自動給電モードでの運転中における前記給充放電モードの動作の際には、前記制御回路は昼間自動給電モードで運転すべき時間帯においては前記蓄電池からの放電電力が前記順逆変換器からの電力よりも優先して使用されるように制御し、夜間自動給電モードで運転すべき時間帯においては前記順逆変換器からの電力が前記蓄電池からの放電電力よりも優先して使用されるように制御することを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池の充電は電力料金単価の安い夜間電力を使用して行なわれ、昼間時間帯にはその蓄電池の電力が優先使用される。従って、昼間時間帯の電力料金を低減することができる。
また、請求項13に記載の発明は、請求項7乃至12の何れかに記載の電力変換装置において、外部から供給される前記商用単相100V電源の単相100Vの入力部に該単相100Vの入力の入/切を制御するスイッチ(SW1)を設けると共に、前記単相200V負荷への給電動作中に前記商用単相100V電源の単相100Vの供給が停止した場合には、前記制御回路は、直ちに前記スイッチを切状態として前記停電モードの動作を行なわせ、前記商用単相100V電源の単相100Vの供給が再開した場合には停電モードの動作を停止させて前記スイッチを入状態に戻し、前記単相200V負荷への給電動作を再開させることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相100V電源の電源供給が停止した場合にも、単相200V負荷に自動的に電力供給を継続することができる。
また、請求項14に記載の発明は、請求項7乃至13の何れかに記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして更に充電モードを設け、該充電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧DC/DC変換器には前記降圧動作を行なわせ、前記逆変換器は動作停止させることを特徴とする。
また、請求項14に記載の発明は、請求項7乃至13の何れかに記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして更に充電モードを設け、該充電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧DC/DC変換器には前記降圧動作を行なわせ、前記逆変換器は動作停止させることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、単相200V負荷に電力を供給する必要がない時に蓄電池の充電を行なっておくことができる。
また、請求項15に記載の発明は、請求項14に記載の電力変換装置において、前記制御回路内にカレンダタイマ(23)を設け、前記充電モードが選択された場合には、前記制御回路は該カレンダタイマに設定された時刻より前記充電モードの動作を開始させることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池の充電を電力料金単価の安い時間帯に行なわせることができる。
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池の充電を電力料金単価の安い時間帯に行なわせることができる。
また、請求項16に記載の発明は、請求項1乃至15の何れかに記載の電力変換装置において、前記第2のフィルタ回路の前記出力側より外部に単相100Vを供給できるように追加配線したことを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相100V電源の単相100Vの供給が停止した場合にも、単相100V負荷に電力供給を継続することができる。
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相100V電源の単相100Vの供給が停止した場合にも、単相100V負荷に電力供給を継続することができる。
図1に本発明に係る電力変換装置の構成を示す。電力変換装置1は、蓄電池2、昇降圧DC/DC変換器3、第1のコンデンサC1、第2のコンデンサC2、逆変換器4、順逆変換器5、第1のフィルタ回路6、第2のフィルタ回路7、制御回路8を備えて構成される。
電力変換装置1は、正相9、中性相10、負相11の3線で構成される直流部を有し、第1のコンデンサC1は正相9と中性相10との間に、第2のコンデンサC2は中性相10と負相11との間に接続される。
電力変換装置1は、正相9、中性相10、負相11の3線で構成される直流部を有し、第1のコンデンサC1は正相9と中性相10との間に、第2のコンデンサC2は中性相10と負相11との間に接続される。
昇降圧DC/DC変換器3は、正相9と負相11との間に直列に接続されたスイッチング素子Q1、Q2及びそれらに逆並列に接続されたダイオードD1、D2からなるハーフブリッジ回路とリアクトルL1とにより構成される。リアクトルL1の一端はスイッチング素子Q1、Q2の相互接続点に接続され、蓄電池2はそのリアクトルL1の他端と負相11との間に接続される。スイッチング素子Q1、Q2は、IGBT、パワーMOSトランジスタ等で構成される。そのゲートには制御回路8内のゲート駆動回路20が生成するPWM変調されたパルスが印加される。
昇降圧DC/DC変換器3は、正相9、負相11間に直列に接続されたコンデンサC1、C2に蓄積された電力を電源として、その両端の電圧(Vc1+Vc2)を降圧して蓄電池2を充電する降圧動作と、蓄電池2を電源としてその電圧Vbを昇圧してコンデンサC1、C2を充電する昇圧動作とを行なう。
昇圧動作を行なう場合には、制御回路8により正相9側に接続されたスイッチング素子Q1がOFF状態とされ、負相11側に接続されたスイッチング素子Q2のゲートにゲート駆動回路20を介して所定周波数のパルスが印加される。スイッチング素子Q2のゲートにパルスが印加されてON状態となると蓄電池2よりリアクトルL1、スイッチング素子Q2を通って電流が流れリアクトル1に電磁エネルギーが蓄積される。
昇圧動作を行なう場合には、制御回路8により正相9側に接続されたスイッチング素子Q1がOFF状態とされ、負相11側に接続されたスイッチング素子Q2のゲートにゲート駆動回路20を介して所定周波数のパルスが印加される。スイッチング素子Q2のゲートにパルスが印加されてON状態となると蓄電池2よりリアクトルL1、スイッチング素子Q2を通って電流が流れリアクトル1に電磁エネルギーが蓄積される。
パルスのOFF期間に入りスイッチング素子Q2がOFF状態になるとリアクトルL1に蓄積されていた電磁エネルギーは、スイッチング素子Q1に逆並列接続されたダイオードD1を通って直列接続されたコンデンサC1、C2に放出され充電が行なわれる。制御回路8にはコンデンサC1、C2の充電電圧Vc1、Vc2が入力されており、制御回路8はゲート駆動回路20を操作してその電圧の和(Vc1+Vc2)が単相100Vの波高値の2倍より少し高い値になるように、スイッチング素子Q2のゲートに印加するパルスのパルス幅を制御する。電圧の和(Vc1+Vc2)は、後述する逆変換器4、順逆変換器5が単相100Vの正弦波を生成するのに十分な値である。
降圧動作を行なう場合には、制御回路8により負相11側に接続されたスイッチング素子Q2がOFF状態とされ、正相9側に接続されたスイッチング素子Q1のゲートにゲート駆動回路20を介して所定周波数のパルスが印加される。スイッチング素子Q1のゲートにパルスが印加されてON状態となると、正相9よりスイッチング素子Q1、リアクトルL1を通って蓄電池2に電流が流れ込み、蓄電池2が充電されると共にリアクトル1に電磁エネルギーが蓄積される。
パルスのOFF期間に入りスイッチング素子Q1がOFF状態となるとリアクトルL1に蓄積されていた電磁エネルギーは、スイッチング素子Q2に逆並列接続されたダイオードD2を通って蓄電池2に放出され、これにより蓄電池2は更に充電される。制御回路8には、コンデンサC1、C2の充電電圧Vc1、Vc2、蓄電池2の充電電圧Vbが入力されており、制御回路8はそれらの値に基づいて蓄電池2の充電電流がほぼ一定値になるようにスイッチング素子Q1のゲートに印加するパルスのパルス幅を制御する。また、蓄電池2が過充電にならないように、蓄電池2の充電電圧Vbが所定値を超えた場合にはパルスの印加を停止して充電を停止させる。
逆変換器4は、正相9と負相11との間に直列に接続された第1、第2のスイッチング素子Q3、Q4及びそれらに逆並列に接続されたダイオードD3、D4からなるハーフブリッジ回路により構成される。第1、第2のスイッチング素子Q3、Q4のゲートには、制御回路8内のゲート駆動回路21が生成するPWM変調されたパルスが印加される。
第1、第2のスイッチング素子Q3、Q4の相互接続点であるノード12と中性相10との間には、第1のフィルタ回路6が接続されている。第1のフィルタ回路6は、リアクトルL2とコンデンサC3とにより構成されるローパスフィルタである。
第1、第2のスイッチング素子Q3、Q4の相互接続点であるノード12と中性相10との間には、第1のフィルタ回路6が接続されている。第1のフィルタ回路6は、リアクトルL2とコンデンサC3とにより構成されるローパスフィルタである。
制御回路8は、正弦波をPWM変調したパルスを第1、第2のスイッチング素子Q3、Q4のゲートに印加し、ノード12と中性相10との間に商用単相100V電源16の単相100V(Vac)と同一周波数のPWM変調された単相100Vを生成させる。PWM変調された単相100Vは、第1のフィルタ回路6の入力側であるノード12と中性相10間に入力されて高調波成分が除去される。そして、出力側に接続されたコンデンサC3とリアクトルL2の相互接続点であるノード14と中性相10との間に、基本波であり商用単相100V電源16の単相100V(Vac)と同一周波数の単相100V(Vc3)が出力される。
なお、制御回路8には商用単相100V電源16の単相100V(Vac)が入力されており、制御回路8はその単相100V(Vac)の波形を基準波形として用いることにより、その単相100V(Vac)と同一周波数、同一位相の単相100V(Vc3)を第1のフィルタ回路6の出力側であるノード14と中性相10との間に生成させることができる。
順逆変換器5は、正相9と負相11との間に直列に接続された第3、第4のスイッチング素子Q5、Q6及びそれらに逆並列に接続されたダイオードD5、D6からなるハーフブリッジ回路により構成される。第3、第4のスイッチング素子Q5、Q6のゲートには、制御回路8内のゲート駆動回路22が生成するPWM変調されたパルスが印加される。
順逆変換器5は、正相9と負相11との間に直列に接続された第3、第4のスイッチング素子Q5、Q6及びそれらに逆並列に接続されたダイオードD5、D6からなるハーフブリッジ回路により構成される。第3、第4のスイッチング素子Q5、Q6のゲートには、制御回路8内のゲート駆動回路22が生成するPWM変調されたパルスが印加される。
第3、第4のスイッチング素子Q5、Q6の相互接続点であるノード13と中性相10との間には、第2のフィルタ回路7が接続されている。第2のフィルタ回路7は、リアクトルL3とコンデンサC4とにより構成されるローパスフィルタである。ノード13と中性相10との間が第2のフィルタ回路7の入力側であり、リアクトルL2とコンデンサC4との相互接続点であるノード15と中性相10との間が出力側である。出力側には外部より供給される商用単相100V電源16の単相100V(Vac)が印加される。
順逆変換器5は、交流を直流に変換する順変換動作と、直流から交流を生成する逆変換動作の2種類の動作を行なう。
逆変換動作を行なう場合には、制御回路8は、正弦波をPWM変調したパルスを第3、第4のスイッチング素子Q5、Q6のゲートに印加し、ノード13と中性相10との間に基本波が商用単相100V電源16の単相100V(Vac)と同一周波数のPWM変調された単相100Vを生成させる。PWM変調された単相100Vは、第2のフィルタ回路7の入力側から入力されて高調波成分が除去される。そして、出力側のノード15と中性相10との間に基本波であり商用単相100V電源16の単相100V(Vac)と同一周波数の単相100V(Vc4)を生成させる。なお、この逆変換動作を行なう場合には、外部からの商用単相100電源16の単相100V(Vac)は入力されないようにしておく。
逆変換動作を行なう場合には、制御回路8は、正弦波をPWM変調したパルスを第3、第4のスイッチング素子Q5、Q6のゲートに印加し、ノード13と中性相10との間に基本波が商用単相100V電源16の単相100V(Vac)と同一周波数のPWM変調された単相100Vを生成させる。PWM変調された単相100Vは、第2のフィルタ回路7の入力側から入力されて高調波成分が除去される。そして、出力側のノード15と中性相10との間に基本波であり商用単相100V電源16の単相100V(Vac)と同一周波数の単相100V(Vc4)を生成させる。なお、この逆変換動作を行なう場合には、外部からの商用単相100電源16の単相100V(Vac)は入力されないようにしておく。
順変換動作では、外部から第2のフィルタ回路7を介して供給される商用単相100電源16の単相100V(Vac)を整流すると同時に昇圧して第1、第2のコンデンサC2を充電する。整流を伴う昇圧動作は、先に説明した蓄電池2の電圧Vbを昇圧して第1、第2のコンデンサC2を充電する場合と同じような動作で行なわれる。
中性相10の電位を基準としてノード15に商用単相100V(Vac)の正の半波が加わっている場合を説明する。この場合、正相9側に接続された第3のスイッチング素子Q5はOFF状態とされ、負相11側に接続された第4のスイッチング素子Q6のゲートにゲート駆動回路22を介して数十kHzのパルスが印加される。
中性相10の電位を基準としてノード15に商用単相100V(Vac)の正の半波が加わっている場合を説明する。この場合、正相9側に接続された第3のスイッチング素子Q5はOFF状態とされ、負相11側に接続された第4のスイッチング素子Q6のゲートにゲート駆動回路22を介して数十kHzのパルスが印加される。
第4のスイッチング素子Q6のゲートにパルスが印加されてON状態となると、第2のコンデンサC2に充電された直流電圧Vc2に商用単相100V(Vac)の正の半波のその時の電圧が加わった電圧がリアクトルL2の両端に印加される。これによりリアクトルL2に流れる電流が急激に増加して電磁エネルギーが蓄積される。
第4のスイッチング素子Q6のゲートに印加されるパルスがOFF期間に入ると第4のスイッチング素子Q6はOFF状態となる。OFF状態になるとリアクトルL2に蓄積されていた電磁エネルギーは、第3のスイッチング素子Q5に逆並列接続されたダイオードD5を通り第1のコンデンサC1を充電することにより放出される。なお、この放出期間においても商用単相100V(Vac)による電力供給が継続され、供給された電力は第1のコンデンサC1を充電させる。
第4のスイッチング素子Q6のゲートに印加されるパルスがOFF期間に入ると第4のスイッチング素子Q6はOFF状態となる。OFF状態になるとリアクトルL2に蓄積されていた電磁エネルギーは、第3のスイッチング素子Q5に逆並列接続されたダイオードD5を通り第1のコンデンサC1を充電することにより放出される。なお、この放出期間においても商用単相100V(Vac)による電力供給が継続され、供給された電力は第1のコンデンサC1を充電させる。
リアクトルL2に蓄積された電磁エネルギーの放出による第1のコンデンサC1の充電は昇圧を伴うことが可能で、第1のコンデンサC1の充電電圧Vc1の値を商用単相100V(Vac)の波高値よりも高い電圧に充電させる。第1のコンデンサC1の充電電圧Vc1の値は制御回路8に入力されている。制御回路8は、その充電電圧Vc1が商用単相100V(Vac)の波高値よりも少し高い電圧になるように第4のスイッチング素子Q6のゲートに印加するパルスのパルス幅を制御する。
中性相10の電位を基準としてノード15に商用単相100V(Vac)の負の半波が加わる場合には、第4のスイッチング素子Q6はOFF状態とされ、第3のスイッチング素子Q5のゲートにゲート駆動回路22を介してパルスが印加される。この場合、上述した正の半波が加わった場合と同じようにして、第2のコンデンサC2が単相100V(Vac)の波高値よりも少し高い電圧に充電される。
制御回路8は、動作制御回路24、3式のゲート駆動回路20、21、22により構成される。動作制御回路24にはカレンダタイマ23も取り付けられている。制御回路8には、商用単相100V電源の単相100V(Vac)、その入力電流Iac、第1、第2のコンデンサC1、C2の充電電圧Vc1、Vc2、コンデンサC3、C4の両端の電圧Vc3、Vc4、蓄電池2の充電電圧Vb、単相200V負荷の負荷電流I2lが入力されている。制御回路8には、更に外部より運転モード信号が入力されている。制御回路8は、その運転モード信号に従い昇降圧DC/DC変換器3、逆変換器4、順逆変換器5の各動作モードを決定し、それに対応する上述した制御動作によりそれらを動作させる。
次に、外部から入力される運転モード信号に従い、制御回路8が電力変換装置1に行なわせる全体動作とそれに伴う電力の流れについて図3乃至図8を参照して説明する。
図3は、運転モードとして充電モードが指定された場合における電力変換装置1内の電力の流れを模式的に示したものである。この充電モードは、商用単相100V電源16から電力供給を受けて蓄電池2を充電する動作だけを行なう運転モードである。
図3は、運転モードとして充電モードが指定された場合における電力変換装置1内の電力の流れを模式的に示したものである。この充電モードは、商用単相100V電源16から電力供給を受けて蓄電池2を充電する動作だけを行なう運転モードである。
この場合、制御回路8は、順逆変換器5には順変換動作をさせ、昇降圧DC/DC変換器3には前述した降圧による蓄電池2の充電動作をさせ、逆変換器4は動作停止させる。商用単相100V電源16から供給された電力Pacは、順逆変換器5による順変換動作により第1、第2のコンデンサC1、C2の直列回路であるコンデンサ回路18を充電する。この場合、順変換により生成された直流電力は、最終的に電圧の低い蓄電池2の充電に使用されるのみであるので前述したような昇圧を伴う必要はない。従って、ダイオードD5、D6による整流動作のみで順変換を行なうようにしてよい。
コンデンサ回路18に蓄積された電力は、昇降圧DC/DC変換器3により降圧されて蓄電池2を充電する。途中の変換器における電力損失を無視すると、蓄電池に充電される電力Pd4は、商用単相100電源16から供給される電力Pacに等しくなる。
なお、この蓄電池2の充電は電力料金単価の安い夜間電力を使用して行なうことが望ましい。そのためには、制御回路8内に設けたカレンダタイマ23に夜間電力を使用できる時刻を予め設定しておき、充電モードで且つその時刻になった時点に充電モードの運転を開始させるようにするとよい。充電完了による停止は、蓄電池2の電圧Vbが所定の値に達したことを判定して行なう。
なお、この蓄電池2の充電は電力料金単価の安い夜間電力を使用して行なうことが望ましい。そのためには、制御回路8内に設けたカレンダタイマ23に夜間電力を使用できる時刻を予め設定しておき、充電モードで且つその時刻になった時点に充電モードの運転を開始させるようにするとよい。充電完了による停止は、蓄電池2の電圧Vbが所定の値に達したことを判定して行なう。
図4は、運転モードとして給充電モードが指定された場合における電力変換装置1内の電力の流れを模式的に示したものである。この給充電モードは、外部の単相200負荷17に単相200V(Vout1)を供給すると同時に、蓄電池2の充電動作も並行して行なう運転モードである。
この場合、制御回路8は、順逆変換器5には前述した昇圧を伴う順変換動作をさせ、昇降圧DC/DC変換器3には前述した降圧による蓄電池2の充電動作をさせ、逆変換器4には前述した逆変換動作をさせる。この逆変換動作については、逆変換器4により第1のフィルタ回路6の出力端であるノード14と中性相10との間に生成される単相100V(Vc3)の位相が、商用単相100V電源16の単相100V(Vac)の位相に一致するように第1、第2のスイッチング素子Q3、Q4を制御する。これにより外部の単相200V負荷17には、商用の単相100V(Vac)と第1のフィルタ回路6の出力電圧(Vc3)とが加算された単相200V(Vout1)が供給される。
この場合、制御回路8は、順逆変換器5には前述した昇圧を伴う順変換動作をさせ、昇降圧DC/DC変換器3には前述した降圧による蓄電池2の充電動作をさせ、逆変換器4には前述した逆変換動作をさせる。この逆変換動作については、逆変換器4により第1のフィルタ回路6の出力端であるノード14と中性相10との間に生成される単相100V(Vc3)の位相が、商用単相100V電源16の単相100V(Vac)の位相に一致するように第1、第2のスイッチング素子Q3、Q4を制御する。これにより外部の単相200V負荷17には、商用の単相100V(Vac)と第1のフィルタ回路6の出力電圧(Vc3)とが加算された単相200V(Vout1)が供給される。
各変換器の電力損失を無視すると、商用単相100V電源16から供給される電力Pacは、単相200V負荷17へ直接に供給される電力Pa4と蓄電池2を充電する電力Pd4とに別れて流れる。単相200V負荷17に供給される電力Pa4は、商用単相100V電源16からの供給電力Pacから、蓄電池2の充電電力Pd4を引いた値となる。即ち、
Pa4=Pac−Pd4 (1)式
商用単相100電源16の受電容量をPrとすると、Pd4≧0でなければならないことから(1)式よりPa4≦Pacとなる。従って、この給充電モードは、単相200V負荷17の消費電力Pa4が受電容量Prより小さい場合にのみ採用可能な運転モードである。蓄電池2を充電する電力Pd4の値を昇降圧DC/DC変換器3によって絞ることにより、単相200V負荷17には、最大で受電容量Prに等しい電力を供給することができる。
Pa4=Pac−Pd4 (1)式
商用単相100電源16の受電容量をPrとすると、Pd4≧0でなければならないことから(1)式よりPa4≦Pacとなる。従って、この給充電モードは、単相200V負荷17の消費電力Pa4が受電容量Prより小さい場合にのみ採用可能な運転モードである。蓄電池2を充電する電力Pd4の値を昇降圧DC/DC変換器3によって絞ることにより、単相200V負荷17には、最大で受電容量Prに等しい電力を供給することができる。
蓄電池2の充電には夜間電力を使用する方が良いとの観点からは、この給充電モードは夜間料金時間帯に行なうべきであって昼間時間帯は避けた方がよい。
図5は、運転モードとして給電モードが指定された場合における電力変換装置1内の電力の流れを模式的に示したものである。この給電モードは、外部の単相200負荷17に単相200V(Vout1)を供給するだけで、蓄電池2の充放電を伴わない運転モードである。
図5は、運転モードとして給電モードが指定された場合における電力変換装置1内の電力の流れを模式的に示したものである。この給電モードは、外部の単相200負荷17に単相200V(Vout1)を供給するだけで、蓄電池2の充放電を伴わない運転モードである。
この場合、制御回路8は、順逆変換器5には前述した昇圧を伴う順変換動作をさせ、逆変換器4には逆変換動作をさせ、昇降圧DC/DC変換器3は運転停止させる。逆変換器4には前述の給充電モードの場合と同様に、第1のフィルタ回路6の出力に、商用単相100V電源16の単相100V(Vac)と同一位相の単相100V(Vc3)を生成される。これにより、外部の単相200V負荷17には、商用の単相100V(Vac)と第1のフィルタ回路6の出力電圧(Vc3)とが加算された単相200V(Vout1)が供給される。
この場合、各変換器の電力損失を無視すると次の関係が成り立つ。
Pa4=Pac (2)式従って、単相200V負荷17に供給できる最大電力は、受電容量Prに等しくなる。この給電モードは、主として昼間時間帯において蓄電池2が完全放電してしまった場合に採用する運転モードである。夜間料金時間帯においても蓄電池2が完全放電状態となった状態でなお受電容量Prに近い電力が単相200V負荷17に要求される場合には、この運転モードにする必要がある。
Pa4=Pac (2)式従って、単相200V負荷17に供給できる最大電力は、受電容量Prに等しくなる。この給電モードは、主として昼間時間帯において蓄電池2が完全放電してしまった場合に採用する運転モードである。夜間料金時間帯においても蓄電池2が完全放電状態となった状態でなお受電容量Prに近い電力が単相200V負荷17に要求される場合には、この運転モードにする必要がある。
図6は、運転モードとして給充放電モードが指定された場合における電力変換装置1内の電力の流れを模式的に示したものである。この給充放電モードは、商用単相100V電源16と蓄電池2の双方の電力を利用して外部の単相200負荷17に単相200V(Vout1)を供給する運転モードである。
この場合、制御回路8は、順逆変換器5には昇圧を伴う順変換動作をさせ、昇降圧DC/DC変換器3には昇圧動作によりコンデンサ回路18を充電させ、逆変換器4には逆変換動作をさせる。この逆変換動作については前記給充電モードの場合と同じく、逆変換器4によりノード14と中性相10の間に生成される単相100V(Vc3)の位相が商用の単相100V(Vac)の位相に一致するように制御する。これにより外部の単相200V負荷17には、単相200V(Vout1)が供給される。
この場合、制御回路8は、順逆変換器5には昇圧を伴う順変換動作をさせ、昇降圧DC/DC変換器3には昇圧動作によりコンデンサ回路18を充電させ、逆変換器4には逆変換動作をさせる。この逆変換動作については前記給充電モードの場合と同じく、逆変換器4によりノード14と中性相10の間に生成される単相100V(Vc3)の位相が商用の単相100V(Vac)の位相に一致するように制御する。これにより外部の単相200V負荷17には、単相200V(Vout1)が供給される。
商用単相100電源16から供給される電力Pacは、順逆変換器5に供給される電力Pa1と単相200V負荷17に直接供給される電力Pa2とに別れて流れる。コンデンサ回路18には、順逆変換器5の出力電力Pd1と、蓄電池2の放電電力Pd5を昇降圧DC/DC変換器3にて昇圧した電力Pd6とが供給される。逆変換器4はコンデンサ回路18より電力Pd2の供給を受けてこれを交流に変換し、単相200負荷17に電力Pa3を供給する。単相200V負荷17には商用単相100V電源16からの電力Pa2と、逆変換器4からの電力Pa3を加算した電力Pa4が供給される。
この場合、逆変換器4と商用単相100V電源16とは直列につながっており、単相200V負荷17を流れる負荷電流I2lはそれらを共通に流れるため、逆変換器4が供給する電力Pa3と、商用単相100V電源16が単相200V負荷17に直接に供給する電力Pa2とは等しくなっている。
各変換に伴う電力損失を無視すると次の関係が成り立つ。
Pa4=Pac+Pd5 (3)式
但し、上述したように電力Pa3と電力Pa2とは等しくなければならないので、商用単相100V電源16から供給される電力Pacは、蓄電池2の放電電力Pd5より大きくなければならない。通常は、商用単相100V電源16の受電容量Prの方が蓄電池2の最大放電電力Pd5maxより大きくしてあるので、この条件は満足されている。
各変換に伴う電力損失を無視すると次の関係が成り立つ。
Pa4=Pac+Pd5 (3)式
但し、上述したように電力Pa3と電力Pa2とは等しくなければならないので、商用単相100V電源16から供給される電力Pacは、蓄電池2の放電電力Pd5より大きくなければならない。通常は、商用単相100V電源16の受電容量Prの方が蓄電池2の最大放電電力Pd5maxより大きくしてあるので、この条件は満足されている。
この給充放電モードでは、夜間と昼間とで電力料金単価が異なるために運転方法を変える必要がある。昼間は電力料金単価が高いためできる限り蓄電池2の電力を多く使用し、商用単相100V電源16の電力使用量を減らす運転を行なう必要がある。
そのためには、昇降圧DC/DC変換器3により昇圧されるコンデンサ回路18の目標充電電圧の値を、順逆変換器5による昇圧目標充電電圧の値よりも高く設定して制御すればよい。このようにすれば、蓄電池2の電力が優先使用される。但し、蓄電池2からの放電電力Pd5の値を監視し、その値が放電電力の最大値Pd5maxを超えないように制御する必要がある。
そのためには、昇降圧DC/DC変換器3により昇圧されるコンデンサ回路18の目標充電電圧の値を、順逆変換器5による昇圧目標充電電圧の値よりも高く設定して制御すればよい。このようにすれば、蓄電池2の電力が優先使用される。但し、蓄電池2からの放電電力Pd5の値を監視し、その値が放電電力の最大値Pd5maxを超えないように制御する必要がある。
別の方法として、単相200V負荷17が必要とする電力Pa4の値が蓄電池2の最大放電電力Pd5maxの2倍以下の場合には順逆変換器5の動作を停止させておき、2倍を超える段階から順逆変換器5の順変換動作を開始するようにしてもよい。
夜間は上記とは反対に、商用単相100V電源16の電力を多く使用し、蓄電池2の放電電力Pd5は少なく抑える運転を行なう必要がある。そのためには昼間とは反対に、順逆変換器5により昇圧されるコンデンサ回路18の目標充電電圧の値を、昇降圧DC/DC変換器3による昇圧目標充電電圧の値よりも高く設定して制御すればよい。このようにすれば、商用単相100V電源16の電力が優先使用される。但し、この場合も商用単相100V電源16からの供給電力Pacの値を監視し、その値が受電容量Prを超えないように順逆変換器5を制御する必要がある。
夜間は上記とは反対に、商用単相100V電源16の電力を多く使用し、蓄電池2の放電電力Pd5は少なく抑える運転を行なう必要がある。そのためには昼間とは反対に、順逆変換器5により昇圧されるコンデンサ回路18の目標充電電圧の値を、昇降圧DC/DC変換器3による昇圧目標充電電圧の値よりも高く設定して制御すればよい。このようにすれば、商用単相100V電源16の電力が優先使用される。但し、この場合も商用単相100V電源16からの供給電力Pacの値を監視し、その値が受電容量Prを超えないように順逆変換器5を制御する必要がある。
別の方法として、単相200V負荷17が必要とする電力Pa4の値が商用単相100V電源16の受電容量Pr以下の場合には昇降圧DC/DC変換器3は運転停止としておき、Prを超える段階から昇降圧DC/DC変換器3の昇圧動作を開始するようにしてもよい。
この給充放電モードにより単相200V負荷17に供給できる最大電力は、受電容量Prに、蓄電池2の放電電力の最大値Pd5maxを加えた値となる。
この給充放電モードにより単相200V負荷17に供給できる最大電力は、受電容量Prに、蓄電池2の放電電力の最大値Pd5maxを加えた値となる。
図7は、運転モードとして給放電モードが指定された場合における電力変換装置1内の電力の流れを模式的に示したものである。この給放電モードは、前述した図6に示した給充放電モードにおける順逆変換器5の動作を停止させたものである。
単相200V負荷17には、商用単相100V電源16と蓄電池2とより電力が供給される。各変換に伴う電力損失を無視すると次の関係が成り立つ。
Pa4=Pac+Pd5 (4)式
但し、商用単相100V電源16と逆変換器4とは直列接続されているため、商用単相100V電源16から供給される電力Pacと、蓄電池2から供給される電力Pd5とは等しくなければならない。従って、
Pa4=2・Pac=2・Pd5 (5)式
の関係にある。商用単相100V電源16の受電容量Prは、蓄電池2の最大放電電力Pd5maxより通常は大きいので、この給放電モードにより単相200V負荷17に供給できる最大電力は、蓄電池2の最大放電電力Pd5maxの2倍に制限される。
単相200V負荷17には、商用単相100V電源16と蓄電池2とより電力が供給される。各変換に伴う電力損失を無視すると次の関係が成り立つ。
Pa4=Pac+Pd5 (4)式
但し、商用単相100V電源16と逆変換器4とは直列接続されているため、商用単相100V電源16から供給される電力Pacと、蓄電池2から供給される電力Pd5とは等しくなければならない。従って、
Pa4=2・Pac=2・Pd5 (5)式
の関係にある。商用単相100V電源16の受電容量Prは、蓄電池2の最大放電電力Pd5maxより通常は大きいので、この給放電モードにより単相200V負荷17に供給できる最大電力は、蓄電池2の最大放電電力Pd5maxの2倍に制限される。
昼間時間帯において単相200V負荷17が必要とする電力Pa4の値が、蓄電池2の最大放電電力Pd5maxの2倍以下である場合にはこの給放電モードが適している。必要とする電力Pa4の値が最大放電電力Pd5maxの2倍を超える場合には、前述した図6の給充放電モードの運転に切り換える必要がある。但し、必要とする電力Pa4の値が蓄電池2の最大放電電力Pd5maxの2倍以下である場合であっても、前述した給充放電モードで前述したような蓄電池2の電力を優先利用する運転を行なえば、この給放電モードと同じ動作となる。
図8は、運転モードとして停電モードが指定された場合における電力変換装置1内の電力の流れを模式的に示したものである。この停電モードは、商用単相100V電源16からの電力供給が停電等で停止した場合に、単相200V負荷17になお単相200V(Vout1)の供給を継続したい場合に実施する運転モードである。
この場合、制御回路8は、昇降圧DC/DC変換器3には昇圧によるコンデンサ回路18の充電動作をさせ、逆変換器4には逆変換動作により単相100Vを生成させ、順逆変換器5にも逆変換動作により単相100Vを生成させる。商用単相100V電源16の配線は外しておく必要がある。
この場合、制御回路8は、昇降圧DC/DC変換器3には昇圧によるコンデンサ回路18の充電動作をさせ、逆変換器4には逆変換動作により単相100Vを生成させ、順逆変換器5にも逆変換動作により単相100Vを生成させる。商用単相100V電源16の配線は外しておく必要がある。
そして、逆変換器4が第1のフィルタ回路6の出力側に生成する単相100V(Vc3)の位相と、順逆変換器5が第2のフィルタ回路7の出力側に生成する単相100V(Vc4)の位相とが一致するように制御する。これにより、単相200V負荷17には、2つの単相100Vが加算された単相200V(Vout1)が供給される。
各変換に伴う電力損失を無視すると次の関係が成り立つ。
Pa4=Pd5 (6)式
従って、単相200V負荷17に供給される最大電力は、蓄電池2の最大放電電力Pd5maxに等しくなる。
各変換に伴う電力損失を無視すると次の関係が成り立つ。
Pa4=Pd5 (6)式
従って、単相200V負荷17に供給される最大電力は、蓄電池2の最大放電電力Pd5maxに等しくなる。
今まで説明してきた運転モードは単独の運転モードであったが、本実施形態の電力変換装置1ではこの他に昼間自動給電モード、夜間自動給電モード、完全自動給電モードの3種類の自動運転モードを備える。以下、この3種の自動給電モードについて説明する。
昼間自動給電モードは、電力料金単価の高い昼間に単相200V負荷17に自動給電を行なうのに適した運転モードである。この運転モードでは、電力料金単価の安い夜間電力を使用して充電した蓄電池2の電力を有効に使用し、電力料金単価の高い商用単相100V電源16の電力の使用はできる限り少なく抑える運転を行なう。
この運転モードが選択された場合には、制御回路8は最初に蓄電池2が完全放電状態にあるか否かをチェックする。完全放電状態か否かはその充電電圧Vbの値で判断できる。完全放電状態でなかった場合には、前記図6の給充放電モードの動作を行なわせる。この給充放電モードの動作では、蓄電池2の放電電力Pd5と商用単相100V電源16からの電力Pacの双方により単相200V負荷17に給電が行なわれる。
この運転モードが選択された場合には、制御回路8は最初に蓄電池2が完全放電状態にあるか否かをチェックする。完全放電状態か否かはその充電電圧Vbの値で判断できる。完全放電状態でなかった場合には、前記図6の給充放電モードの動作を行なわせる。この給充放電モードの動作では、蓄電池2の放電電力Pd5と商用単相100V電源16からの電力Pacの双方により単相200V負荷17に給電が行なわれる。
この場合、商用単相100V電源16の電力使用を少なく抑えるために前述の給充放電モードの説明の中で述べた運転方法により、蓄電池2の放電電力Pd5が順逆変換器5からの電力Pd1よりも優先して使用されるような運転を行なわせる。そのような運転を行なわせると、単相200V負荷17が必要とする電力が蓄電池2の最大放電電力Pd5maxの2倍に到達するまでは、蓄電池2と商用単相100V電源16により必要電力の1/2ずつが分担して供給される。
単相200V負荷17が必要とする電力が蓄電池2の最大放電電力Pd5maxの2倍を超えると、蓄電池2からは最大放電電力Pd5maxが供給され、残り電力は商用単相100V電源16から供給されるようになる。この場合に単相200V負荷17に供給可能な最大電力は、蓄電池2の最大放電電力Pd5maxに商用単相100V電源16の受電容量Prを加えた値となる。
蓄電池2が完全放電状態であった場合、あるいは上記給充放電モードの動作途中に完全放電状態となった場合には、制御回路8は前記図5の給電モードの動作に切り換える。この給電モードの動作では単相200V負荷17が必要とする電力は全て商用単相100V電源16から供給される。従って、供給可能な最大電力は受電容量Prに等しい。
このような昼間自動給電モードによれば、商用の単相200V電源を準備することなく商用単相100V電源16でもって単相200V負荷17に単相200V(Vout1)を自動供給することができる。しかも、その際に電力料金単価の安い夜間電力で充電した蓄電池2の電力を優先使用できるため、昼間電力の使用を抑えて電力料金を低減することができる。
このような昼間自動給電モードによれば、商用の単相200V電源を準備することなく商用単相100V電源16でもって単相200V負荷17に単相200V(Vout1)を自動供給することができる。しかも、その際に電力料金単価の安い夜間電力で充電した蓄電池2の電力を優先使用できるため、昼間電力の使用を抑えて電力料金を低減することができる。
夜間自動給電モードは、電力料金単価の安い夜間に適した運転モードである。この運転モードでは、単相200V負荷17には商用単相100V電源16からの電力Pacを優先使用して電力供給すると同時に蓄電池2の充電も行なう。
この運転モードが選択された場合には、制御回路8は単相200V負荷17が必要とする電力Pa4の値に合わせて運転モードを切り換える。単相200V負荷17が必要とする電力Pa4が商用単相100V電源16の受電容量Pr以下である場合には、前記図4の給充電モードの動作を行なわせる。単相200V負荷17の必要とする電力Pa4は全て商用単相100V電源16より供給されると同時に、余った電力でもって蓄電池2の充電が並行して行なわれる。この場合に単相200V負荷17に供給できる最大電力は商用単相100V電源16の受電容量Prとなる。
この運転モードが選択された場合には、制御回路8は単相200V負荷17が必要とする電力Pa4の値に合わせて運転モードを切り換える。単相200V負荷17が必要とする電力Pa4が商用単相100V電源16の受電容量Pr以下である場合には、前記図4の給充電モードの動作を行なわせる。単相200V負荷17の必要とする電力Pa4は全て商用単相100V電源16より供給されると同時に、余った電力でもって蓄電池2の充電が並行して行なわれる。この場合に単相200V負荷17に供給できる最大電力は商用単相100V電源16の受電容量Prとなる。
単相200V負荷17が必要とする電力Pa4が前記商用単相100V電源16の受電容量Pr以上であり且つ蓄電池2が完全放電状態でない場合には、前記図6の給充放電モードの動作を行なわせる。単相200V負荷17には、商用単相100V電源16と蓄電池2の双方から電力が供給される。供給できる最大電力は、蓄電池2の最大放電電力Pd5maxに商用単相100V電源16の受電容量Prを加えた値となる。
この場合、蓄電池2の放電電力Pd5を少なく抑えるために前述の給充放電モードの説明の中で述べた運転方法により、順逆変換器5からの電力Pd1が蓄電池2の放電電力Pd5よりも優先して利用されるように運転を行なわせる。そのような運転を行なわせることにより蓄電池2の放電を少なく抑えることができる。
この場合も昼間自動給電モードと同様に蓄電池2が完全放電状態であった場合、あるいは上記給充放電モードの動作途中に完全放電状態となった場合には、制御回路8は運転モードを前記図5の給電モードの動作に切り換える。この運転モードでは単相200V負荷17が必要とする電力は全て商用単相100V電源16から供給されるため、供給可能な最大電力は受電容量Prとなる。
この場合も昼間自動給電モードと同様に蓄電池2が完全放電状態であった場合、あるいは上記給充放電モードの動作途中に完全放電状態となった場合には、制御回路8は運転モードを前記図5の給電モードの動作に切り換える。この運転モードでは単相200V負荷17が必要とする電力は全て商用単相100V電源16から供給されるため、供給可能な最大電力は受電容量Prとなる。
完全自動給電モードは、昼夜に無関係に完全自動で単相200V負荷17に給電を行なうと共に蓄電池2の充電も行なう運転モードである。この運転モードの場合には制御回路8内にカレンダタイマ23を設け、前記昼間自動給電モードで運転すべき時間帯と前記夜間自動給電モードで運転すべき時間帯とを予め設定しておく。制御回路8はその設定に従い昼間自動給電モードで運転すべき時間帯においては前記昼間自動給電モードでの動作を行なわせ、夜間自動給電モードで運転すべき時間帯においては前記夜間自動給電モードで動作を行なわせる。
このように運転することにより、昼間時間帯においては商用単相100V電源16の電力Pacの使用を抑えることができ、夜間時間帯においては安い電力を使用して蓄電池2の充電を行なわせることができる。これにより全体としての電力料金を低減することが可能になる。
なお、上記昼間自動給電モード、夜間自動給電モード、完全自動給電モードで運転中に、商用単相100V電源16の供給が停電等で停止した場合には、前記図8の停電モードの動作を行なわせて単相200V負荷17に給電を継続することが好ましい。但し、この停電モードの動作を行なわせるには商用単相100V電源16との接続を断つ必要がある。従って、給電中に停電等で給電が停止した場合に自動的にこの停電モードの動作を行なわせるには、図2に示すようにノード15と商用単相100V電源16との配線途中にスイッチSW1を設ける。
このスイッチSW1は制御回路8により入/切を制御できるようにしておき、商用単相100V電源16の単相100V(Vac)が正常に供給されている状態では入状態にしておく。そして、単相100V(Vac)の供給が停止した場合には、切状態として上記停電モードの動作を行なわせるようにする。このように制御すれば、停電となった場合においても蓄電池2に充電電力が残っている限り、単相200V負荷17に給電を継続することができる。
なお、この停電モードでの動作途中に商用単相100V電源16の給電が再開された場合には、スイッチSW1を入状態に戻して単相100V(Vac)の供給が停止する前の運転モードに戻すようにしておくとよい。
なお、この停電モードでの動作途中に商用単相100V電源16の給電が再開された場合には、スイッチSW1を入状態に戻して単相100V(Vac)の供給が停止する前の運転モードに戻すようにしておくとよい。
更に、図2中に示したように、第2のフィルタ回路7の出力側であるノード15と中性相10との間から、外部の単相100V負荷19に単相100V(Vout2)を供給できるように配線を追加しておくとよい。このような配線を追加しておけば、商用単相100V電源16の電力供給が停止した場合にも、前述した停電モードの動作によりその単相100V負荷19に電力供給を継続することが可能となる。但し、前述した何れの動作モードの場合にも、単相200V負荷17に加えて単相100V負荷19にも電力が供給されるために、単相200V負荷に供給できる電力はその分だけ減少することになる。
図面中、1は電力変換装置、2は蓄電池、3は昇降圧DC/DC変換器、4は逆変換器、5は順逆変換器、6は第1のフィルタ回路、7は第2のフィルタ回路、8は制御回路、9は正相、10は中性相、11は負相、12、13、14、15は相互接続点(ノード)、16は商用単相100V電源、17は単相200V負荷、18はコンデンサ回路、19は単相100V負荷、20〜22はゲート駆動回路、23はカレンダタイマ、D1〜D6はダイオード、C1は第1のコンデンサ、C2は第2のコンデンサ、L1はリアクトル、Q1、Q2はスイッチング素子、Q3は第1のスイッチング素子、Q4は第2のスイッチング素子、Q5は第3のスイッチング素子、Q6は第4のスイッチング素子、SW1はスイッチを示す。
Claims (16)
- 商用単相100V電源(16)を電源として単相200V負荷(17)に給電を行なう電力変換装置であって、
直流部が正相(9)、中性相(10)、負相(11)からなる3線で構成されており、
該直流3線の正相と中性相との間に接続した第1のコンデンサ(C1)と、
中性相と負相との間に接続した第2のコンデンサ(C2)と、
蓄電池(2)と、
制御回路(8)と、
前記制御回路の指令に従い前記蓄電池の電圧をエネルギー蓄積用のリアクトル(L1)を介して昇圧して前記正相と負相との間に供給する昇圧動作と、該正相と負相との間の電圧を降圧して前記蓄電池を充電する降圧動作の何れをも行なえる昇降圧DC/DC変換器(3)と、
逆並列ダイオードを有する第1、第2のスイッチング素子(Q3、Q4)を前記正相と負相との間に接続したハーフブリッジ回路であって、前記制御回路の指令に従い、基本波が外部から供給される商用単相100V電源の単相100V(Vac)と同位相のPWM変調された単相100Vを該第1、第2のスイッチング素子の相互接続点(12)と前記中性相との間に生成する逆変換動作を行なう逆変換器(4)と、
前記第1、第2のスイッチング素子の相互接続点(12)と前記中性相との間に接続され、前記逆変換器が出力するPWM変調された単相100Vを入力側に受けて高調波成分を除去した基本波を出力側に出力する第1のフィルタ回路(6)と、
逆並列ダイオードを有する第3、第4のスイッチング素子(Q5、Q6)を前記正相と負相との間に接続したハーフブリッジ回路であって、前記制御回路の指令に従い、該第3、第4のスイッチング素子の相互接続点(13)と前記中性相との間に基本波が前記商用単相100V電源の周波数に等しいPWM変調された単相100Vを生成する逆変換動作と、該第3、第4のスイッチング素子の相互接続点と前記中性相との間に後記第2のフィルタ回路(7)を介して供給される前記商用単相100V電源の単相100Vを電源として昇圧した直流電圧を前記正相と負相との間に供給する順変換動作の何れをも行なえる順逆変換器(5)と、
前記第3、第4のスイッチング素子の相互接続点(13)と前記中性相との間に接続され、前記順逆変換器が前記逆変換動作をする場合には、生成された前記PWM変調された単相100Vを入力側に受けて高調波成分を除去した基本波を出力側に出力し、前記順変換動作をする場合には、該出力側に外部から前記商用単相100V電源の単相100Vの供給を受け、それを入力側に出力する第2のフィルタ回路(7)と、を備え、
前記第1のフィルタ回路の出力側の単相100Vと、前記第2のフィルタ回路の出力側の単相100Vとが加算された単相200Vが外部に供給されるようにしたことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給充電モードを設け、該給充電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧DC/DC変換器には前記降圧動作を行なわせ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給電モードを設け、該給電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧DC/DC変換器は動作停止させ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給充放電モードを設け、該給充放電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧DC/DC変換器には前記昇圧動作を行なわせ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給放電モードを設け、該給放電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器は動作停止させ、前記昇降圧DC/DC変換器には前記昇圧動作を行なわせ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1記載の電力変換装置において、外部から供給される前記商用単相100V電源の単相100Vの入力部に該単相100Vの入力の入/切を制御するスイッチ(SW1)を設けると共に該電力変換装置の運転モードとして停電モードを設け、該停電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記スイッチを切状態として前記順逆変換器には前記逆変換動作を、前記昇降圧DC/DC変換器には前記昇圧動作を、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせ、停電モード以外の運転モードの場合には前記スイッチを入状態とすることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして昼間自動給電モードを設け、該昼間自動給電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記蓄電池が完全放電状態でない場合には前記給充放電モードの動作を行なわせ、前記蓄電池が完全放電状態である場合には前記給電モードの動作を行なわせることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項7に記載の電力変換装置において、前記昼間自動給電モードでの運転中における前記給充放電モードの動作の際には、前記制御回路は前記蓄電池からの放電電力が前記順逆変換器からの電力よりも優先して使用されるように制御することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして夜間自動給電モードを設け、該夜間自動給電モードが選択された場合には前記制御回路は、単相200V負荷が必要とする電力が前記商用単相100V電源の受電容量以下の場合には前記給充電モードの動作を行なわせ、前記単相200V負荷が必要とする電力が前記商用単相100V電源の受電容量以上であり且つ前記蓄電池が完全放電状態でない場合には前記給充放電モードの動作を行なわせ、該給充放電モードの動作中に前記蓄電池が完全放電状態となった場合には前記給電モードの動作に戻すことを特徴とする電力変換装置。
- 請求項9に記載の電力変換装置において、前記夜間自動給電モードでの運転中における前記給充放電モードの動作の際には、前記制御回路は前記順逆変換器からの電力が前記蓄電池からの放電電力よりも優先して使用されるように制御することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして完全自動給電モードを設けると共にカレンダタイマ(23)を設けて前記昼間自動給電モードで運転すべき時間帯と前記夜間自動給電モードで運転すべき時間帯とを設定しておき、前記制御回路は該完全自動給電モードが選択されている状態で昼間自動給電モードで運転すべき時間帯となった場合には昼間自動給電モードの動作を行なわせ、夜間自動給電モードで運転すべき時間帯となった場合には夜間自動給電モードの動作を行なわせることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項11に記載の電力変換装置において、前記完全自動給電モードでの運転中における前記給充放電モードの動作の際には、前記制御回路は昼間自動給電モードで運転すべき時間帯においては前記蓄電池からの放電電力が前記順逆変換器からの電力よりも優先して使用されるように制御し、夜間自動給電モードで運転すべき時間帯においては前記順逆変換器からの電力が前記蓄電池からの放電電力よりも優先して使用されるように制御することを特徴とする電力変換装置。
- 請求項7乃至12の何れかに記載の電力変換装置において、外部から供給される前記商用単相100V電源の単相100Vの入力部に該単相100Vの入力の入/切を制御するスイッチ(SW1)を設けると共に、前記単相200V負荷への給電動作中に前記商用単相100V電源の単相100Vの供給が停止した場合には、前記制御回路は、直ちに前記スイッチを切状態として前記停電モードの動作を行なわせ、前記商用単相100V電源の単相100Vの供給が再開した場合には停電モードの動作を停止させて前記スイッチを入状態に戻し、前記単相200V負荷への給電動作を再開させることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項7乃至13の何れかに記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして更に充電モードを設け、該充電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧DC/DC変換器には前記降圧動作を行なわせ、前記逆変換器は動作停止させることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項14に記載の電力変換装置において、前記制御回路内にカレンダタイマ(23)を設け、前記充電モードが選択された場合には、前記制御回路は該カレンダタイマに設定された時刻より前記充電モードの動作を開始させることを特徴とする電力変換装置。
- 請求項1乃至15の何れかに記載の電力変換装置において、前記第2のフィルタ回路の前記出力側より外部に単相100Vを供給できるように追加配線したことを特徴とする電力変換装置。
Priority Applications (1)
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JP2004053762A JP2005245160A (ja) | 2004-02-27 | 2004-02-27 | 電力変換装置 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2013038943A (ja) * | 2011-08-09 | 2013-02-21 | Toshiba Mitsubishi-Electric Industrial System Corp | 無停電電源装置 |
JP2013236491A (ja) * | 2012-05-09 | 2013-11-21 | Sharp Corp | インバータ装置、電力変換装置、及び分散電源システム |
JP2014240767A (ja) * | 2013-06-11 | 2014-12-25 | シャープ株式会社 | 地絡検出装置 |
JP2015027178A (ja) * | 2013-07-26 | 2015-02-05 | 株式会社日立情報通信エンジニアリング | 電源装置とその運転方法 |
JP7368321B2 (ja) | 2020-06-11 | 2023-10-24 | ニチコン株式会社 | 蓄電装置および電源システム |
-
2004
- 2004-02-27 JP JP2004053762A patent/JP2005245160A/ja active Pending
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