JP2014176254A - AC power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、直流電力をインバータによって交流に変換して電力供給する交流電力供給装置に関する。 The present invention relates to an AC power supply apparatus that converts DC power into AC by an inverter and supplies power.
従来から、商用電源が停止した場合でも、商用電源に代わって電力供給する交流電力供給装置が知られている。例えば、特許文献1等において提案されている。こうした交流電力供給装置は、例えば、発電機やバッテリから電力供給を受けてコンバータにより一定電圧の直流電力に変換した後に、その直流電力をインバータで商用電源と同じ電圧波形となる交流に変換する。
2. Description of the Related Art Conventionally, an AC power supply device that supplies power in place of a commercial power supply even when the commercial power supply is stopped is known. For example, it is proposed in
商用電源は、その電圧の許容範囲が規定されている。例えば、200V系電源では、202Vを基準として±10%の許容範囲が設定されている。従って、交流電力供給装置は、この規定された範囲の電圧にて電力供給する必要がある。例えば、交流電力供給装置の出力電圧を202Vに設定した場合には、交流電圧の振幅が286V(=202×√2)となることから、インバータの入力電圧が286V以上になるようにコンバータの出力電圧が設定される。インバータの入力電圧が286V以上(例えば、300V、350V等)であれば、インバータのスイッチング素子のPWM制御により、振幅が286Vの正弦波形となる交流電圧を出力することができる。 The commercial power supply has an allowable voltage range. For example, in a 200V system power supply, an allowable range of ± 10% is set with reference to 202V. Therefore, it is necessary for the AC power supply apparatus to supply power at a voltage within the specified range. For example, when the output voltage of the AC power supply apparatus is set to 202 V, the amplitude of the AC voltage is 286 V (= 202 × √2), so the output of the converter is set so that the input voltage of the inverter is 286 V or more. The voltage is set. If the input voltage of the inverter is 286 V or higher (for example, 300 V, 350 V, etc.), an AC voltage having a sine waveform with an amplitude of 286 V can be output by PWM control of the switching element of the inverter.
また、交流電力供給装置から電力供給を受ける電気機器は、本来、商用電源から電力供給されることを想定して設計されている。従って、交流電力供給装置から出力される電力の電圧波形は、商用電源と同程度に整形された正弦波であって歪み率が少ないことが望まれる。 In addition, an electrical device that receives power supply from an AC power supply apparatus is originally designed on the assumption that power is supplied from a commercial power source. Therefore, it is desirable that the voltage waveform of the power output from the AC power supply device is a sine wave shaped to the same extent as the commercial power supply and has a low distortion rate.
(発明が解決しようとする課題)
電気負荷への電力供給量が増大してコンバータの定格出力を上回ってしまうと、コンバータは、自身の電圧制御にかかわらず、一定の設定電圧の出力を維持することができなくなる。これによりコンバータの出力電圧が286Vを下回ると、インバータは、202V(実効値)の交流電圧の出力を目標としたPWM制御を実行するにもかかわらず、目標とした交流電圧を出力することができなくなる。この場合、図4に示すように、交流電力供給装置の出力電圧波形は、正弦波とならずに頂部を切った山形波形となり、出力電圧の歪み率が大きくなる。この電圧波形の歪みは、特に、コンデンサインプット型の電気機器において好ましくない。
(Problems to be solved by the invention)
If the amount of power supplied to the electric load increases and exceeds the rated output of the converter, the converter cannot maintain the output of a constant set voltage regardless of its own voltage control. As a result, when the output voltage of the converter falls below 286V, the inverter can output the target AC voltage despite executing the PWM control targeting the output of the AC voltage of 202V (effective value). Disappear. In this case, as shown in FIG. 4, the output voltage waveform of the AC power supply apparatus is not a sine wave but a mountain-shaped waveform with the top cut off, and the distortion rate of the output voltage increases. This distortion of the voltage waveform is not preferable particularly in a capacitor input type electric device.
また、できるだけ多くの電気負荷を使用したいというユーザのニーズがあるにもかかわらず、交流電力供給装置の出力電圧の低下およびの歪み率の増大により、そうしたニーズに応えられない。 Moreover, although there is a user's need to use as many electrical loads as possible, such a need cannot be met due to a decrease in the output voltage of the AC power supply device and an increase in the distortion rate.
また、特許文献1に提案されている装置では、過負荷によりインバータの出力電流が所定値を超えた場合に、インバータのスイッチング素子に対して所定の時間だけゲートブロックする構成を採用している。しかし、インバータの出力電圧が不連続となり、インバータの出力電圧が大きく歪むという問題がある。
Further, in the device proposed in
本発明は、上記課題に対処するためになされたもので、限られた電力供給能力を有効に使って、できるだけ多くの電気負荷に対して信頼性の高い電力供給を維持できるようにすることを目的とする。 The present invention has been made to address the above-described problems, and is intended to maintain a reliable power supply for as many electrical loads as possible by effectively using the limited power supply capability. Objective.
(課題を解決するための手段)
上記課題を解決する本発明の特徴は、電源(20)から出力された電力を入力して、一定の設定電圧に制御した直流電力に変換して出力する直流電力出力部(30,40)と、前記直流電力出力部から出力された直流電力を入力して交流に変換するインバータ回路(50)と、装置出力電圧(Vac)が予め設定された設定振幅の正弦波となるように前記インバータ回路の作動を制御するインバータ制御手段(100)とを備えた交流電力供給装置において、
前記直流電力出力部から前記インバータ回路に供給される直流電圧(Vdc)を検出する直流電圧検出手段(41)と、前記直流電圧検出手段により検出された直流電圧に基づいて、前記直流電圧が前記設定電圧よりも低い過負荷判定閾値(Vdc1)を下回った状態である過負荷状態を検出する過負荷状態検出手段(111)と、前記過負荷状態が検出されたとき、前記装置出力電圧の目標値を前記設定振幅(A’*)よりも小さい振幅(A’*−ΔA)の正弦波電圧に変更し、前記装置出力電圧が変更後の目標値に追従するように前記インバータの電圧指令(Vinv*)を設定する過負荷時制御手段(110,120〜124)とを備えたことにある。
(Means for solving the problem)
A feature of the present invention that solves the above problems is that a DC power output unit (30, 40) that inputs power output from a power source (20), converts the power into DC power controlled to a constant set voltage, and outputs the DC power. An inverter circuit (50) that inputs DC power output from the DC power output unit and converts it into AC, and the inverter circuit so that the device output voltage (Vac) becomes a sine wave having a preset amplitude. AC power supply apparatus comprising inverter control means (100) for controlling the operation of
DC voltage detection means (41) for detecting a DC voltage (Vdc) supplied from the DC power output unit to the inverter circuit, and based on the DC voltage detected by the DC voltage detection means, the DC voltage is An overload state detecting means (111) for detecting an overload state that is below an overload determination threshold value (Vdc1) lower than a set voltage, and a target of the device output voltage when the overload state is detected. The value is changed to a sine wave voltage having an amplitude (A ′ * − ΔA) smaller than the set amplitude (A ′ *), and the inverter voltage command ( Overload control means (110, 120 to 124) for setting Vinv *).
本発明においては、直流電力出力部が、電源から出力された電力を入力して、一定の設定電圧に制御した直流電力に変換してインバータ回路に出力する。電源としては、商用電源以外のもの、例えば、発電機やバッテリ等を使用することができる。直流電力出力部は、例えば、発電機の出力する交流電力を直流に変換するコンバータ回路とコンバータ回路の出力電圧を一定の設定電圧に制御するコンバータ制御手段にて構成することができる。あるいは、バッテリ等の直流電源の出力する直流電力の電圧を変換するDC/DCコンバータ回路とDC/DCコンバータ回路の出力電圧を一定の設定電圧に制御するコンバータ制御手段にて構成することができる。 In the present invention, the DC power output unit inputs the power output from the power supply, converts the DC power to a constant set voltage, and outputs the DC power to the inverter circuit. As a power source, a power source other than a commercial power source, for example, a generator or a battery can be used. The DC power output unit can be constituted by, for example, a converter circuit that converts AC power output from the generator into DC, and converter control means that controls the output voltage of the converter circuit to a constant set voltage. Alternatively, a DC / DC converter circuit that converts the voltage of DC power output from a DC power source such as a battery and converter control means that controls the output voltage of the DC / DC converter circuit to a constant set voltage can be used.
インバータ回路は、直流電力出力部から出力された直流電力を入力して交流に変換する。インバータ制御手段は、装置出力電圧(交流電力供給装置の出力電圧)が予め設定された設定振幅の正弦波となるようにインバータ回路の作動を制御する。 The inverter circuit inputs the DC power output from the DC power output unit and converts it into AC. The inverter control means controls the operation of the inverter circuit so that the device output voltage (output voltage of the AC power supply device) becomes a sine wave having a preset amplitude.
直流電力出力部は、電気負荷への電力供給量が定格出力を超える過負荷状態になると、電力供給量が定格出力を超過する程度が大きいほど、直流出力電圧が大きく低下する垂下特性を有する。このため、交流電力供給装置は、過負荷状態になると、設定振幅の正弦波電圧を出力することができなくなり、装置出力電圧の歪み率が大きくなる。そこで、本発明においては、直流電圧検出手段と過負荷状態検出手段と過負荷時制御手段とを備えている。直流電圧検出手段は、直流電力出力部からインバータ回路に供給される直流電圧を検出する。過負荷状態検出手段は、直流電圧検出手段により検出された直流電圧に基づいて、直流電圧が設定電圧よりも低い過負荷判定閾値を下回った状態である過負荷状態を検出する。 The DC power output unit has a drooping characteristic that when the power supply amount to the electric load is in an overload state exceeding the rated output, the DC output voltage greatly decreases as the power supply amount exceeds the rated output. For this reason, when the AC power supply device is in an overload state, it cannot output a sine wave voltage having a set amplitude, and the distortion rate of the device output voltage increases. In view of this, the present invention includes DC voltage detection means, overload state detection means, and overload control means. The DC voltage detection means detects a DC voltage supplied from the DC power output unit to the inverter circuit. The overload state detection unit detects an overload state in which the DC voltage is below an overload determination threshold that is lower than the set voltage, based on the DC voltage detected by the DC voltage detection unit.
過負荷時制御手段は、過負荷状態が検出されたとき、装置出力電圧の目標値を非過負荷時における設定振幅よりも小さい振幅の正弦波電圧に変更し、装置出力電圧が変更後の目標値に追従するようにインバータの電圧指令を設定する。従って、歪み率の少ない正弦波電圧の交流電力を供給することができる。また、電気負荷への電力供給量が絞られるため、直流電力出力部の出力電圧を上昇させることができ、結果として、装置出力電圧の落ち込みを抑制することができる。これらの結果、限られた電力供給能力を有効に使って、できるだけ多くの電気負荷に対して信頼性の高い電力供給を維持することができる。 When an overload condition is detected, the overload control means changes the target value of the device output voltage to a sine wave voltage having an amplitude smaller than the set amplitude at the time of non-overload, and the target value after the device output voltage is changed Set the inverter voltage command to follow the value. Therefore, AC power having a sinusoidal voltage with a small distortion rate can be supplied. Further, since the amount of power supplied to the electric load is reduced, the output voltage of the DC power output unit can be increased, and as a result, a drop in the device output voltage can be suppressed. As a result, it is possible to maintain a reliable power supply to as many electrical loads as possible by effectively using the limited power supply capability.
本発明の他の特徴は、前記過負荷時制御手段は、前記直流電圧検出手段により検出された直流電圧(Vdc)が予め設定した基準電圧(Vdcdown)よりも低下している量(ΔVdown)が大きいほど、前記装置出力電圧の振幅を小さくする振幅調整量(ΔA)を演算する振幅調整量演算手段(112,113)と、前記装置出力電圧の目標値を、前記設定振幅を前記振幅調整量で調整した調整後振幅(A’*−ΔA)の正弦波電圧に設定する振幅調整手段(120)とを備えたことにある。 Another feature of the present invention is that the overload control means has an amount (ΔVdown) in which the DC voltage (Vdc) detected by the DC voltage detection means is lower than a preset reference voltage (Vdcdown). Amplitude adjustment amount calculation means (112, 113) for calculating an amplitude adjustment amount (ΔA) for reducing the amplitude of the device output voltage as the value increases, and a target value of the device output voltage, the set amplitude as the amplitude adjustment amount. And an amplitude adjusting means (120) for setting the sine wave voltage of the adjusted amplitude (A ′ * − ΔA) adjusted in step (1).
本発明においては、振幅調整量演算手段が、直流電圧検出手段により検出された直流電圧が予め設定した基準電圧よりも低下している量が大きいほど、装置出力電圧の振幅を小さくする振幅調整量を演算する。そして、振幅調整手段が、装置出力電圧の目標値を、設定振幅を振幅調整量で調整した調整後振幅の正弦波電圧に設定する。従って、インバータ回路の入力電圧に応じた適正な振幅の装置出力電圧の目標値を設定することができる。 In the present invention, the amplitude adjustment amount calculation means that the amplitude adjustment amount calculation means decreases the amplitude of the device output voltage as the amount by which the DC voltage detected by the DC voltage detection means is lower than a preset reference voltage is larger. Is calculated. Then, the amplitude adjusting means sets the target value of the device output voltage to a sine wave voltage having an adjusted amplitude obtained by adjusting the set amplitude with the amplitude adjustment amount. Therefore, it is possible to set the target value of the device output voltage having an appropriate amplitude according to the input voltage of the inverter circuit.
本発明の他の特徴は、前記振幅調整量演算手段は、前記基準電圧(Vdcdown)をフィードバック制御上における目標値として設定して、前記直流電圧(Vdc)が前記基準電圧に追従するように前記装置出力電圧の振幅を制御することにある。 Another feature of the present invention is that the amplitude adjustment amount calculation means sets the reference voltage (Vdcdown) as a target value in feedback control so that the DC voltage (Vdc) follows the reference voltage. The purpose is to control the amplitude of the device output voltage.
本発明においては、基準電圧がフィードバック制御上における目標値として設定され、直流電圧が基準電圧に追従するように装置出力電圧の振幅が制御される。このため、装置出力電圧の振幅制御を容易に行うことができる。 In the present invention, the reference voltage is set as a target value in feedback control, and the amplitude of the device output voltage is controlled so that the DC voltage follows the reference voltage. Therefore, it is possible to easily control the amplitude of the device output voltage.
尚、上記説明においては、発明の理解を助けるために、実施形態に対応する発明の構成に対して、実施形態で用いた符号を括弧書きで添えているが、本発明の各構成要件は前記符号によって規定される実施形態に限定されるものではない。 In the above description, in order to help the understanding of the invention, the reference numerals used in the embodiment are attached in parentheses to the configuration of the invention corresponding to the embodiment. It is not limited to the embodiment defined by the reference numerals.
以下、本発明の一実施形態に係る交流電力供給装置について図面を用いて説明する。図1は、電気負荷へ交流電力を供給する交流電力供給装置1の概略構成を表す。交流電力供給装置1は、エンジン10と、エンジン10に連結されてエンジン10の作動によって三相交流電力を発生する発電機20と、発電機20の出力する三相交流電力を直流電力に変換するコンバータ回路30と、コンバータ回路30の作動を制御するコンバータコントローラ40と、コンバータ回路30の出力する直流電力を交流電力に変換するインバータ回路50と、インバータ回路50の作動を制御するインバータコントローラ100と、インバータ回路50の出力を平滑するフィルタ回路60とを備えている。
Hereinafter, an AC power supply apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic configuration of an AC
本実施形態の交流電力供給装置1は、図示しないエンジン駆動式空調装置の室外機に設けられている。このエンジン駆動式空調装置は、エンジン10の動力によって駆動される圧縮機を備え、圧縮機によって冷媒を圧縮する。エンジン駆動式空調装置は、商用電源の供給が停止した停電時でも、空調装置内の電気機器を作動できるように交流電力供給装置1を備えている。停電時においては、バッテリによりエンジン10を起動することにより、エンジン10の動力で発電機20を駆動して空調装置内の電気機器(例えば、ファン等)に電力供給する。また、交流電力供給装置1は、空調装置内の電気機器だけでなく、家庭、オフィス、工場等で使用される電気器具の非常電源としても利用できるように外部出力端子70、71を備えている。このため、交流電力供給装置1は、商用電源から電力供給を受けられない非常時における電気負荷への電力供給源となっている。
The AC
発電機20は、発電した三相交流電力をコンバータ回路30に出力する。コンバータ回路30は、MOS−FET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体スイッチング素子31〜36をブリッジ接続した3相ブリッジ回路であって、コンバータコントローラ40から出力されるゲート信号にしたがってスイッチング素子31〜36のオン/オフ状態が切り替えられて三相交流電力を直流電力に変換する。コンバータ回路30は、2本の直流ライン37,38を介してインバータ回路50と接続されており、変換した直流電力をインバータ回路50に出力する。
The
2本の直流ライン37,38間には、平滑用コンデンサ39が設けられている。また、直流ライン37,38間の電圧を検出する直流電圧センサ41が設けられている。直流電圧センサ41は、その検出値である直流電圧Vdcをコンバータコントローラ40とインバータコントローラ100とに供給する。コンバータコントローラ40は、直流電圧Vdcをフィードバックして、直流電圧Vdcが目標直流電圧Vdc*と一致するようにデューティ比を設定したゲート信号をコンバータ回路30の各スイッチング素子31〜36に出力する。これにより、コンバータ回路30の出力直流電圧が目標直流電圧Vdc*に維持される。
A smoothing
インバータ回路50は、MOS−FETやIGBTなどの半導体スイッチング素子51〜54をブリッジ接続したHブリッジ回路であって、インバータコントローラ100から出力されるゲート信号にしたがってスイッチング素子51〜54のオン/オフ状態が切り替えられて直流電力を単相交流電力に変換する。上アームとなるスイッチング素子51と下アームとなるスイッチング素子52との接続部に交流ライン55が接続され、他方の上アームとなるスイッチング素子53と下アームとなるスイッチング素子54との接続部に交流ライン56が接続される。
The inverter circuit 50 is an H-bridge circuit in which
インバータ回路50においては、スイッチング素子51とスイッチング素子54とをオン状態とし、スイッチング素子52とスイッチング素子53とをオフ状態とすることで矢印a方向に電流を流し、スイッチング素子52とスイッチング素子53とをオン状態とし、スイッチング素子51とスイッチング素子54とをオフ状態とすることにより矢印b方向に電流を流す。こうしたスイッチング素子51〜54のオン・オフ切替およびデューティ比制御により、交流ライン55と交流ライン56との間に交流電圧を発生させる。
In the inverter circuit 50, the switching
インバータ回路50の出力側には、フィルタ回路60が設けられている。フィルタ回路60は、交流ライン55に直列に設けられるリアクトル61と、交流ライン55、56間に設けられるコンデンサ62とを備えおり、出力電流のリップルを低減する。
A
フィルタ回路60の出力側には、外部出力端子70,71が設けられる。外部出力端子70、71には、交流電力供給を受ける複数の電気負荷Lが接続される。また、外部出力端子70、71間の電圧を検出する出力電圧センサ43が設けられている。出力電圧センサ43は、交流電力供給装置1の出力電圧Vacを検出し、その検出値である出力電圧Vacをインバータコントローラ100に供給する。以下、交流電力供給装置1の出力する電圧を装置出力電圧と呼ぶ。
インバータコントローラ100は、マイコン、および、スイッチング素子51〜54にゲート信号を出力するドライブ回路を主要部として備え、出力電圧センサ43により検出される出力電圧Vacが、予め設定された目標出力電圧Vac*に一致するようにインバータ回路50のスイッチング素子51〜54を制御する。
The
本実施形態の交流電力供給装置1においては、200V系の電気負荷Lに対しても電力供給できるように、その目標出力電圧が交流202Vに設定されている。従って、交流電力供給装置1の目標出力電圧Vac*の波形は、振幅が286V(=202×√2)で、商用電源と同じ周波数fの正弦波に設定されている。また、100V系の電気負荷Lに対しては、200V電源を図示しないトランスにより降圧することにより100V電源に変換して電力供給するように構成されている。
In the AC
このように202Vの交流電力を電気負荷Lに供給するためには、インバータ回路50の入力電圧を装置出力電圧の振幅値(286V)以上にする必要がある。尚、ここでは、説明を簡単にするために、フィルタ回路60のリアクトル61及びスイッチング素子51〜54の電圧降下分をゼロとみなして数値を示している。本実施形態においては、コンバータ回路30の出力電圧の目標値である目標直流電圧Vdc*を286V以上の値、例えば、340Vに設定している。従って、コンバータコントローラ40は、直流電圧センサ41により検出される直流電圧Vdcが目標直流電圧Vdc*に追従するようにスイッチング素子31〜36のゲート信号のデューティ比を制御する。
Thus, in order to supply 202V AC power to the electric load L, the input voltage of the inverter circuit 50 needs to be equal to or larger than the amplitude value (286V) of the device output voltage. Here, in order to simplify the explanation, numerical values are shown assuming that the voltage drop of the
交流電力供給装置1においては、発電機20から入力した交流電力をコンバータ回路30で直流に変換し、さらに、インバータ回路50で交流に変換する。コンバータ回路30は、電気負荷Lへの電力供給量が増大してコンバータ回路30の定格出力を上回ると、定格出力を超過する程度が大きいほど、直流出力電圧が大きく低下する垂下特性を有する。このため、コンバータコントローラ40の電圧フィードバック制御にかかわらず、コンバータ回路30の出力電圧を一定の目標直流電圧Vdc*を維持することができなくなる。この場合、コンバータ回路30の出力電圧が286V以上であれば問題ないが、286Vを下回ってしまうと、インバータ回路50の交流出力電圧が低下する。この状態でインバータコントローラ100による電圧フィードバック制御をそのまま継続してしまうと、インバータ回路50の出力電圧波形は、図4に示すように、正弦波とならずに頂部を切った山形波形となってしまう。この場合は、交流電圧の歪み率が大きくなるだけでなく、電気負荷Lへの電力供給を抑制しないため、早い段階で交流電圧の波高値が規定範囲の下限値である257V(=202×0.9×√2)を下回ってしまう。
In the AC
そこで、本実施形態の交流電力供給装置1においては、交流電源の電圧規定が202Vを基準として±10%の範囲であることを有効利用し、装置出力電圧の目標出力電圧Vac*の振幅を規定範囲内で低下させることにより電力供給量を絞って、できるだけ多くの電気負荷Lに対して適正電圧の電力供給を継続できるようにする。以下、そのために行うインバータコントローラ100の処理について説明する。
Therefore, in the AC
図2は、インバータコントローラ100の機能を表す機能ブロック図である。インバータコントローラ100は、過負荷時振幅低減量設定部110と、振幅調整部120と、出力波形指令部121と、目標出力電圧設定部122と、出力電圧偏差演算部123と、PI制御部124と、PWM制御部125とを備えている。また、過負荷時振幅低減量設定部110は、出力抑制制御判定部111と、直流電圧偏差演算部112と、PI制御部113と、リミッタ114と、制御切替部115とを備えている。また、インバータコントローラ100は、直流電圧センサ41の出力する直流電圧Vdc、出力電圧センサ43の出力する出力電圧Vacを表す検出信号を所定のサンプリング周期でデジタル値に変換する。このデジタル値に変換されたセンサ値は、瞬時値を表している。
FIG. 2 is a functional block diagram showing functions of the
まず、通常時、つまり、インバータ回路50に入力される直流電圧が適正値である場合の基本処理について説明する。振幅調整部120は、予め設定された装置出力電圧(交流電力供給装置1の出力電圧)の基本目標振幅A’*、および、過負荷時振幅低減量設定部110にて設定した振幅調整量ΔAを読み込む。基本目標振幅A’*は、交流電力供給装置1の本来(非過負荷時)の目標出力電圧Vac*の振幅を表す。本実施形態においては目標出力電圧Vac*を実効値202Vに設定しているため、基本目標振幅A’*は、286V(=202×√2)となる。振幅調整部120は、基本目標振幅A’*から振幅調整量ΔAを減算して最終的な目標振幅A*を算出する。振幅調整量ΔAは、過負荷時振幅低減量設定部110によって演算されるもので、過負荷状態ではない通常時においてはゼロに設定される(ΔA=0)。従って、通常時においては、基本目標振幅A’*が最終的な目標振幅A*となる(A*←A*’)。振幅調整部120は、算出した目標振幅A*を目標出力電圧設定部122に出力する。
First, the basic process in the normal time, that is, when the DC voltage input to the inverter circuit 50 is an appropriate value will be described. The
出力波形指令部121は、交流電力供給装置1から出力させる交流電圧の正弦波形を設定する正弦波設定信号を生成する。正弦波設定信号は、sin(2πf×t)により表される信号である。ここで、fは、目標出力電圧Vac*の周波数であって、商用電源の周波数と同じ値が設定される。また、tは時間を表す。尚、ここで用いる正弦波とは、sin波とcos波とを区別する意図はなく波形形状を表すものである。また、周波数fについては、必ずしも商用電源の周波数と同じにする必要はない。出力波形指令部121は、生成した正弦波設定信号を目標出力電圧設定部122に出力する。
The output
目標出力電圧設定部122は、目標振幅A*に正弦波設定信号(sin(2πf×t))を乗算して最終的な目標出力電圧Vac*を算出する。目標出力電圧設定部122は、算出した目標出力電圧Vac*(=A*×(sin(2πf×t))を出力電圧偏差演算部123に出力する。
The target output
出力電圧偏差演算部123は、出力電圧センサ43により検出された出力電圧Vacを読み込み、目標出力電圧Vac*と出力電圧Vacとの偏差ΔVac(=Vac*−Vac)を演算する。出力電圧偏差演算部123は、演算した偏差ΔVacをPI制御部124に出力する。
The output voltage
PI制御部124は、偏差ΔVacに基づいて、PI演算(比例積分演算)によってインバータ回路50の出力電圧の目標値であるインバータ出力電圧指令Vinv*を演算する。PI制御部124は、演算したインバータ出力電圧指令Vinv*をPWM制御部125に出力する。
The
PWM制御部125は、インバータ出力電圧指令Vinv*に基づいて、インバータ回路50のスイッチング素子51〜54のオン・オフ切替タイミングを設定したゲート信号を生成する。PWM制御部125は、生成したゲート信号をインバータ回路50のスイッチング素子51〜54に出力する。これにより、インバータ回路50からインバータ出力電圧指令Vinv*に追従した電圧が出力される。これにより、交流電力供給装置1から目標振幅A*に制御された交流電力が出力される。
The
次に、過負荷時振幅低減量設定部110について説明する。過負荷によって装置出力電圧が規定範囲よりも下回ってしまう場合でも、目標振幅A*を規定範囲内で下げることによって電気負荷Lへの電力供給量を絞り、正弦波状の電圧に設定された電力供給を継続させることができる。また、その結果として、インバータ回路50に入力される直流電圧(コンバータ回路30の出力電圧)を上昇させることができる。こうした原理により、インバータ回路50の入力電圧が、交流電圧の規定下限値を出力できる限界電圧257V(=202×0.9×√2)を下回ることを抑制することができ、歪み率の小さい正弦波状の交流電圧による電力供給の継続を可能にする。以下、目標振幅A*を基本目標振幅A’*よりも下げるように制御することを出力抑制制御と呼ぶ。
Next, the overload amplitude reduction
出力抑制制御判定部111は、出力抑制制御を開始するタイミングおよび終了するタイミングを決定する機能部である。出力抑制制御判定部111は、直流電圧センサ41の出力する直流電圧Vdcを読み込み、直流電圧Vdcが出力抑制制御開始閾値Vdc1以上となっている場合には、出力抑制判定フラグFを「0」に設定する。また、出力抑制判定フラグFが「0」に設定されている状態において、直流電圧Vdcが出力抑制制御開始閾値Vdc1を下回った場合には、出力抑制判定フラグFを「0」から「1」に切り替える。また、出力抑制判定フラグFが「1」に設定されている状態において、直流電圧Vdcが出力抑制制御終了閾値Vdc2を上回った場合には、出力抑制判定フラグFを「1」から「0」に切り替える。出力抑制制御判定部111は、設定した出力抑制判定フラグFを制御切替部115に出力する。
The output suppression
出力抑制制御開始閾値Vdc1は、過負荷状態を判定する予め設定した閾値であり、コンバータ回路30の目標直流電圧Vdc*よりも低い値であって、かつ、装置出力電圧が規定下限値となるときのインバータ回路50の入力電圧以上となる電圧値に設定されている。例えば、出力抑制制御開始閾値Vdc1は、装置出力電圧が規定下限値(202×90%)になるときのインバータ回路50の入力電圧に設定される。この場合、出力抑制制御開始閾値Vdc1は、257V(=202×0.9×√2)となる。また、出力抑制制御終了閾値Vdc2は、制御のチャタリングを防止するためにヒステリシスを設定したものであり、出力抑制制御開始閾値Vdc1よりも所定値だけ高い電圧に設定される。尚、必ずしもヒステリシスを設ける必要はなく、その場合には、出力抑制制御終了閾値Vdc2を出力抑制制御開始閾値Vdc1と同一とすればよい。 The output suppression control start threshold value Vdc1 is a preset threshold value for determining an overload state, and is a value lower than the target DC voltage Vdc * of the converter circuit 30 and the device output voltage becomes a specified lower limit value. The voltage value is set to be equal to or higher than the input voltage of the inverter circuit 50. For example, the output suppression control start threshold value Vdc1 is set to the input voltage of the inverter circuit 50 when the device output voltage becomes the specified lower limit value (202 × 90%). In this case, the output suppression control start threshold value Vdc1 is 257 V (= 202 × 0.9 × √2). Further, the output suppression control end threshold value Vdc2 is set with hysteresis in order to prevent control chattering, and is set to a voltage higher than the output suppression control start threshold value Vdc1 by a predetermined value. Note that it is not always necessary to provide hysteresis. In this case, the output suppression control end threshold Vdc2 may be the same as the output suppression control start threshold Vdc1.
直流電圧偏差演算部112は、直流電圧センサ41の出力する直流電圧Vdcを読み込み、出力抑制制御時用に予め設定した目標直流電圧Vdcdownから直流電圧Vdcを減算した値である不足電圧値ΔVdcdown(=Vdcdown−Vdc)を算出する。この目標直流電圧Vdcdownは、インバータ回路50の出力する交流電圧が、通常(非過負荷状態)における目標値(実効値202V)より低く、かつ、規定下限値(実効値202×0.9V)以上となる範囲に入るような値に設定される。本実施形態においては、目標直流電圧Vdcdownは、出力抑制制御開始閾値Vdc1と同じ257V(=202×0.9×√2)に設定されている。尚、目標直流電圧Vdcdownは、装置出力電圧の振幅を制御するためのインバータコントローラ100における計算上の設定値であって、コンバータコントローラ40におけるコンバータ回路30の出力電圧の目標値ではない。あくまでも、コンバータ回路30の出力電圧は、過負荷状態にかかわらず、コンバータコントローラ40によって一定の目標直流電圧Vdc*を目標値として制御されるものである。直流電圧偏差演算部112は、算出した不足電圧値ΔVdcdownをPI制御部113に出力する。
The DC voltage deviation calculation unit 112 reads the DC voltage Vdc output from the
PI制御部113は、偏差ΔVdcdownに基づくPI演算(比例積分演算)によって、振幅調整量ΔAを計算する。この振幅調整量ΔAは、装置出力電圧の振幅を基本目標振幅A’*から低下させる低下幅を設定するものである。このPI演算によって、偏差ΔVdcdownが大きいほど大きな振幅調整量ΔAが算出される。PI制御部113は、算出した振幅調整量ΔAをリミッタ114に出力する。
The
リミッタ114は、入力した振幅調整量ΔAがゼロ以下となる値の場合には、振幅調整量ΔAをゼロに設定し(ΔA←0)、振幅調整量ΔAが正の値の場合には、その値を振幅調整量ΔAに設定する。リミッタ114は、設定した振幅調整量ΔAを制御切替部115に出力する。
The
制御切替部115は、出力抑制制御判定部111から出力抑制判定フラグFを入力し、出力抑制判定フラグFが「1」の場合には、リミッタ114から入力した振幅調整量ΔAを選択し、出力抑制判定フラグFが「0」の場合には、値ゼロに設定された振幅調整量ΔAを選択する。そして、選択した振幅調整量ΔAを振幅調整部120に出力する。振幅調整部120は、上述したように基本目標振幅A’*から振幅調整量ΔAを減算して最終的な目標振幅A*を算出する。従って、出力抑制制御が実行される過負荷状態においては、インバータ回路50の入力電圧(コンバータ回路30の出力電圧)が目標直流電圧Vdcdownに対して低下しているほど目標振幅A*が小さな値に設定される。これにより、目標出力電圧Vac*の正弦波の振幅が小さくなるように調整される。従って、電気負荷Lに供給される電力が絞られることになる。電気負荷Lへの電力供給の絞り込みは、インバータ回路50の入力電圧(コンバータ回路30の出力電圧)を上昇させるように働く。このため、過負荷状態においては、電力供給能力の範囲でインバータ回路50の入力電圧が目標直流電圧Vdcdownに追従するようになる。そして、電気負荷Lが使用する電力が減少すると、コンバータコントローラ40の電圧制御によってコンバータ回路30の出力する直流電圧が上昇して、通常の制御状態に復帰する。
The
以上説明した本実施形態の交流電力出力装置1によれば、電気負荷Lへの電力供給量が増加してインバータ回路50の入力電圧が出力抑制制御開始閾値Vdc1を下回った場合には、交流電源の電圧規定範囲を有効利用して、装置出力電圧の目標振幅A*を低下させる。従って、図3に示すように、歪み率の少ない正弦波電圧の交流電力を供給することができる。また、その場合、電気負荷Lへの電力供給量が絞られるため、装置出力電圧の落ち込みを抑制することができる。また、過負荷状態時においては、目標直流電圧Vdcdownとインバータ回路50の入力電圧との偏差を使ったPI制御によって振幅調整量ΔAを設定するため、インバータ回路50の入力電圧に応じた適正な目標振幅A*を設定することができる。また、装置出力電圧の振幅制御を容易に実施することができる。これらの結果、限られた電力供給能力を有効に使って、できるだけ多くの電気負荷Lに対して信頼性の高い電力供給を維持することができる。また、装置出力電圧の歪み率を小さく抑えることができるため、コンデンサインプット型の電気機器への影響を抑制することができる。
According to the AC
また、本実施形態の交流電力供給装置1は、エンジン駆動式空調装置に設けられ、圧縮機を駆動するエンジン10によって発電機20を作動させ、この発電機20で発電された電力をコンバータ回路30で直流に変換し、その直流電力をインバータ回路50で交流に変換するものである。従って、エンジン10を有効利用することができる。
Further, the AC
以上、本実施形態に係る交流電力供給装置1について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。
Although the AC
例えば、本実施形態においては、交流電力供給装置1の電源として発電機20を用いているが、それに代えて、バッテリを用いるようにしてもよい。その場合には、コンバータ回路30およびコンバータコントローラ40は、DC/DCコンバータ(DC/DCコンバータ回路およびDC/DCコンバータコントローラ)によって構成されるとよい。
For example, in the present embodiment, the
また、本実施形態においては、Hブリッジ回路を使ったインバータ回路50によって直流電力を単相交流電力に変換しているが、3相ブリッジ回路を使ったインバータ回路によって直流電力を三相交流電力に変換して供給する構成であってもよい。 In the present embodiment, the DC power is converted into single-phase AC power by the inverter circuit 50 using the H bridge circuit, but the DC power is converted into three-phase AC power by the inverter circuit using the three-phase bridge circuit. It may be configured to be converted and supplied.
また、本実施形態の交流電力供給装置1は、エンジン駆動式空調装置に設けられるものであるが、例えば、エンジンの排熱を利用して動力、温熱、冷熱を取り出すコジェネレーション装置に適用してもよい。
The AC
1…交流電力供給装置、10…エンジン、20…発電機、30…コンバータ回路、40…コンバータコントローラ、41…直流電圧センサ、43…出力電圧センサ、50…インバータ回路、51,52,53,54…スイッチング素子、60…フィルタ回路、70,71…外部出力端子、100…インバータコントローラ、110…過負荷時振幅低減量設定部、111…出力抑制制御判定部、112…直流電圧偏差演算部、113…PI制御部、114…リミッタ、115…制御切替部、120…振幅調整部、121…出力波形指令部、122…目標出力電圧設定部、123…出力電圧偏差演算部、124…PI制御部、125…PWM制御部、A*…目標振幅、A’*…基本目標振幅、Vac*…目標出力電圧。
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記直流電力出力部から出力された直流電力を入力して交流に変換するインバータ回路と、
装置出力電圧が予め設定された設定振幅の正弦波となるように前記インバータ回路の作動を制御するインバータ制御手段と
を備えた交流電力供給装置において、
前記直流電力出力部から前記インバータ回路に供給される直流電圧を検出する直流電圧検出手段と、
前記直流電圧検出手段により検出された直流電圧に基づいて、前記直流電圧が前記設定電圧よりも低い過負荷判定閾値を下回った状態である過負荷状態を検出する過負荷状態検出手段と、
前記過負荷状態が検出されたとき、前記装置出力電圧の目標値を前記設定振幅よりも小さい振幅の正弦波電圧に変更し、前記装置出力電圧が変更後の目標値に追従するように前記インバータの電圧指令を設定する過負荷時制御手段と
を備えたことを特徴とする交流電力供給装置。 DC power output unit that inputs the power output from the power supply, converts it to DC power controlled to a constant set voltage, and outputs it,
An inverter circuit that inputs DC power output from the DC power output unit and converts it into AC,
An AC power supply apparatus comprising: inverter control means for controlling the operation of the inverter circuit so that the apparatus output voltage becomes a sine wave having a preset set amplitude;
DC voltage detecting means for detecting a DC voltage supplied from the DC power output unit to the inverter circuit;
Based on the DC voltage detected by the DC voltage detection means, overload condition detection means for detecting an overload condition in which the DC voltage is below an overload determination threshold lower than the set voltage;
When the overload condition is detected, the target value of the device output voltage is changed to a sine wave voltage having an amplitude smaller than the set amplitude, and the inverter is set so that the device output voltage follows the changed target value. And an overload control means for setting the voltage command of the AC power supply device.
前記直流電圧検出手段により検出された直流電圧が予め設定した基準電圧よりも低下している量が大きいほど、前記装置出力電圧の振幅を小さくする振幅調整量を演算する振幅調整量演算手段と、
前記装置出力電圧の目標値を、前記設定振幅を前記振幅調整量で調整した調整後振幅の正弦波電圧に設定する振幅調整手段と
を備えたことを特徴とする請求項1記載の交流電力供給装置。 The overload control means includes:
Amplitude adjustment amount calculation means for calculating an amplitude adjustment amount for reducing the amplitude of the device output voltage, as the amount by which the DC voltage detected by the DC voltage detection means is lower than a preset reference voltage is larger.
2. The AC power supply according to claim 1, further comprising: an amplitude adjusting unit that sets a target value of the device output voltage to a sine wave voltage having an adjusted amplitude obtained by adjusting the set amplitude by the amplitude adjustment amount. apparatus.
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