JP3223682U - AC power generation unit - Google Patents
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Abstract
【課題】コンバータに内蔵されるコンデンサをバッテリーに置換して外付けすることで、直流発電体と交流発電体とでコンバータおよびインバータを共用し、製造コストの低減と占有面積を小さくして簡素化したハイブリッド構想の交流発電ユニットを提供する。【解決手段】交流発電体22または直流発電体24と、交流を直流に変換するコンバータ26およびコンバータからの直流が充電されるバッテリー28からなるパワーユニット30と、バッテリーに接続され、バッテリーからの直流を交流に変換するインバータ32とから構成され、交流発電体からの交流はコンバータで直流に変換されてバッテリーに充電され、直流発電体からの直流はバッテリーに充電され、バッテリーからの直流はインバータで交流に変換されて給電負荷18へ供給される。【選択図】図1[PROBLEMS] To replace a capacitor built in a converter with a battery and attach it externally so that the converter and inverter are shared between the DC generator and the AC generator, thereby reducing manufacturing costs and occupying a small area. A hybrid concept AC power generation unit is provided. SOLUTION: An AC power generator 22 or a DC power generator 24, a power unit 30 comprising a converter 26 for converting AC to DC and a battery 28 charged with DC from the converter, and a DC connected to the battery for direct current from the battery. The inverter 32 for converting to alternating current, the alternating current from the alternating current generator is converted into direct current by the converter and charged to the battery, the direct current from the direct current generator is charged to the battery, and the direct current from the battery is alternating current by the inverter. And is supplied to the power supply load 18. [Selection] Figure 1
Description
この考案は、交流を直流に変換するコンバータに内蔵されて脈流を平滑するコンデンサをバッテリーに置き換えることで、例えばエンジンで駆動される交流発電機からの交流またはソーラーパネルからの直流を選択的に変換し、前記コンバータに接続するインバータから交流を出力する交流発電ユニットに関するものである。 This device replaces a capacitor that smoothes the pulsating flow built in a converter that converts alternating current into direct current, for example, by selectively replacing alternating current from an AC generator driven by an engine or direct current from a solar panel. The present invention relates to an AC power generation unit that converts and outputs AC from an inverter connected to the converter.
可搬式や据付け式のエンジン発電機が、民生用および産業用の各分野で広く使用されている。このエンジン発電機は、交流発電機をエンジンで回転させて交流を発電するものであるが、得られる交流の周波数(Hz)は乱調が甚だしく、パソコンやサーボモータ等のように安定した周波数を必要とする給電負荷への電源としては不適当である。このため、近年のエンジン発電機はコンバータおよびインバータを併用して、安定した周波数に変換された交流を供給し得るようになっている。 Portable and stationary engine generators are widely used in consumer and industrial fields. This engine generator generates AC by rotating the AC generator with the engine, but the AC frequency (Hz) obtained is severely turbulent and requires a stable frequency such as a personal computer or servo motor. It is inappropriate as a power source for the power supply load. For this reason, recent engine generators can supply alternating current converted into a stable frequency by using a converter and an inverter together.
図2は、所謂インバータ発電機の概略を示すもので、エンジン(内燃機関)10により交流発電機12を回転させて交流(AC)を発電し、この交流(AC)はコンバータ14に入力される。前記コンバータ14は交流(AC)を直流(DC)に変換し、得られた直流(DC)を後段のインバータ16に供給する。このインバータ16で直流(DC)は交流(AC)に変換され、得られた交流(AC)は各種の給電負荷18に供給される。前記インバータ16は、直流を交流に変換すると共に電源周波数も変換できるので、給電負荷18へ安定した周波数の交流が供給される。
FIG. 2 shows an outline of a so-called inverter generator. The engine (internal combustion engine) 10 rotates an
図2に示す従来のインバータ発電機は、エンジン10で駆動される交流発電機12にコンバータ14およびインバータ16を接続して良質な電源周波数の交流を得る一例であった。ところで、最近は電力供給の多様化が進んでおり、在来の水力発電、火力発電その他原子力発電を補完するものとして、自然エネルギーを利用した発電システムが多数実用化されている。
The conventional inverter generator shown in FIG. 2 is an example in which a
前記の自然エネルギーを利用する発電システムとしては、ソーラーパネルによる太陽光発電、風力発電、地熱発電、潮力発電、その他燃料発電等が挙げられる。ここで太陽光発電や燃料発電は、そのままで直流を発電するものであるから、実際に民生用や商業用として使用するには、所要の電圧および周波数に調整する交流変換ユニット(パワーコンディショナー)が必要とされる。また風力発電では、風力で回転するブレードに接続した発電機に直流発電機を採用すればダイレクトに直流が発電される。これに対し、風力発電や地熱発電その他潮力発電等の発電機に交流発電機(同期発電機や誘導発電機)を採用すれば、ダイレクトに交流が発電される。 Examples of the power generation system using natural energy include solar power generation using solar panels, wind power generation, geothermal power generation, tidal power generation, and other fuel power generation. Here, since solar power generation and fuel power generation generate direct current as they are, an AC conversion unit (power conditioner) that adjusts to the required voltage and frequency is required for actual consumer and commercial use. Needed. In wind power generation, if a DC generator is used as a generator connected to a blade that is rotated by wind power, DC is directly generated. On the other hand, if an AC generator (synchronous generator or induction generator) is adopted as a generator such as wind power generation, geothermal power generation or other tidal power generation, AC is directly generated.
本考案は、直流を発電する方式であっても、交流を発電する方式であっても、併合的または選択的にこれらの方式を使用し得る交流発電ユニットに関するものである。そこで、本考案の詳細な説明では、太陽光発電のように直流を発電するシステムを「直流発電体」といい、またエンジン発電機のように交流を発電するシステムを「交流発電体」という。 The present invention relates to an AC power generation unit that can use these methods in a combined or selective manner, whether it is a method of generating direct current or a method of generating alternating current. Therefore, in the detailed description of the present invention, a system that generates direct current, such as solar power generation, is referred to as a “direct current generator”, and a system that generates alternating current, such as an engine generator, is referred to as an “alternating current generator”.
前述した太陽光発電や風力発電のように自然エネルギーを原資とする直流発電体を、在来の交流発電体(例えばインバータ発電機)と混成(ハイブリッド)させた交流発電ユニットがあれば、太陽光等の自然エネルギーとエンジン等の機械的エネルギーとの相互補完ができ便利であるが、未だ市場には存在しない。この混成させた交流発電ユニットにおいては、何れの発電体(直流・交流)を使用する場合であっても、安定した周波数の良質な交流を得るためには、前述したコンバータ14およびインバータ16を必要とする。
If there is an AC power generation unit that hybridizes a DC power generator that uses natural energy as a source of energy, such as the aforementioned solar power generation or wind power generation, with a conventional AC power generator (for example, an inverter generator), solar power generation It is convenient because it can complement each other's natural energy and mechanical energy such as engines, but it does not yet exist in the market. In this hybrid AC power generation unit, the
従って、前記ハイブリッド構想に係る交流発電ユニットを実現するには、直流発電体と交流発電体との夫々に、コンバータおよびインバータを個別に設ける必要がある。しかし、直流発電体と交流発電体とでコンバータおよびインバータを個別に使用するのは、必須構成部品が重複してコスト面の損失が大きく、またユニットの全体構成も大型化する等の難点がある。 Therefore, in order to realize the AC power generation unit according to the hybrid concept, it is necessary to separately provide a converter and an inverter for each of the DC power generation body and the AC power generation body. However, the separate use of the converter and inverter for the DC generator and the AC generator has the disadvantages that the essential components are duplicated, resulting in a large cost loss and an increase in the overall configuration of the unit. .
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため請求項1に記載の考案は、
交流発電体または直流発電体と、
交流を直流に変換するコンバータおよび該コンバータからの直流が充電されるバッテリーからなるパワーユニットと、
前記バッテリーに接続され、該バッテリーからの直流を交流に変換するインバータとから構成され、
前記交流発電体からの交流は前記コンバータで直流に変換されて前記バッテリーに充電され、
前記直流発電体からの直流は前記バッテリーに充電され、
前記バッテリーからの直流は前記インバータで交流に変換されて給電負荷へ供給されるようにしたことを要旨とする。
請求項1に係る考案によれば、コンバータのコンデンサをバッテリーに置き換えて外付けすることで、直流発電体および交流発電体の両者でコンバータおよびインバータを共用することができる。このため、製造コストの低減と占有面積を減じて簡素化することが可能である。
In order to overcome the above-mentioned problems and achieve the intended purpose, the device according to claim 1,
AC generator or DC generator,
A power unit comprising a converter for converting alternating current to direct current and a battery to which direct current from the converter is charged;
An inverter connected to the battery and converting direct current from the battery into alternating current;
AC from the AC generator is converted to DC by the converter and charged to the battery,
Direct current from the direct current generator is charged to the battery,
The gist of the invention is that the direct current from the battery is converted into alternating current by the inverter and supplied to the power supply load.
According to the first aspect of the invention, the converter and the inverter can be shared by both the DC power generator and the AC power generator by replacing the capacitor of the converter with a battery and externally attaching it. For this reason, it is possible to simplify the manufacturing cost and the occupation area.
コンバータに内蔵されるコンデンサをバッテリーに置換して外付けすることで、直流発電体と交流発電体とでコンバータおよびインバータを共用し得るようになり、従って製造コストの低減と占有面積を小さくして簡素化することが可能になった。 By replacing the capacitor built in the converter with a battery and attaching it externally, the converter and inverter can be shared between the DC generator and the AC generator, thus reducing the manufacturing cost and the occupied area. It became possible to simplify.
次に、本考案に係る交流発電ユニットについて、好適な実施例を添付図面を参照して説明する。本考案の実施例にいう自然由来のエネルギー利用形態は、(1)例えば、太陽光パネルにより太陽光を変換してダイレクトに直流を出力する直流発電源を使用する場合と、(2)風力発電、水力発電、地熱発電等の如く、自然エネルギーにより回転力を生起させ、これにより交流を出力する交流発電源を使用する場合とに大別される。なお、風水力発電や地熱発電と云えば、一般に大規模な発電施設を想起するが、ここでは小規模な利用形態のものを想定している。水力発電を例に挙げれば、側溝のような小排水路や谷川に水車を設置し、この水車の回転により小規模発電を行うことが地域的に実施されている。また風力発電も、強風地域に立てた塔で風車を回転させる大規模なものでなく、個人の家や公共施設に設備可能な高効率の小規模風力発電装置が普及している。更に地熱発電にしても、温泉や火山地帯で地表から熱蒸気が定常的に噴出するところであれば、小さな蒸気タービンを回転させることで小規模な地熱発電が可能である。なお、例えば風力発電において、ブレードにより回転させられる発電機に直流発電機を採用すれば「直流発電体」になり、また交流発電機を採用すれば「交流発電体」になることは先に述べた通りである。 Next, a preferred embodiment of the AC power generation unit according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Examples of the forms of natural energy used in the embodiments of the present invention include (1) the case of using a direct current power source that directly outputs direct current by converting sunlight with a solar panel, and (2) wind power generation. Such a case is roughly classified into a case of using an AC power source that generates a rotational force by natural energy and outputs an alternating current, such as hydroelectric power generation and geothermal power generation. In general, large-scale power generation facilities are recalled in terms of feng hydro power generation and geothermal power generation, but here, small-scale usage forms are assumed. Taking hydroelectric power generation as an example, water turbines are installed in small drainage channels such as gutters and valley rivers, and small-scale power generation is carried out locally by rotating these water turbines. In addition, wind power generation is not a large-scale device that rotates a windmill in a tower built in a strong wind region, but highly efficient small-scale wind power generation devices that can be installed in private homes and public facilities have become widespread. Further, even in the case of geothermal power generation, small-scale geothermal power generation is possible by rotating a small steam turbine if thermal steam is constantly ejected from the ground surface in hot springs or volcanic areas. For example, in wind power generation, if a DC generator is adopted as a generator rotated by a blade, it becomes a “DC generator”, and if an AC generator is adopted, it becomes an “AC generator”. That's right.
図1のブロックに示す交流発電ユニット20では、風力発電の発電機に交流発電機を採用した例を示し、この風力発電機は交流発電体22ということになる。しかし、前記風力発電の発電機に直流発電機を採用した場合は、図1に示す直流発電体24ということになる。前記直流発電体24の代表例としては、太陽光発電に使用されるソーラーパネル(太陽光モジュール)が挙げられる。
The AC
図1における交流発電ユニット20は、エンジン発電機のような交流発電機からなる交流発電体22および/またはソーラーパネルのような直流発電モジュールからなる直流発電体24と、交流を直流に変換するコンバータ(AC/DC)26および該コンバータ26からの直流が充電されるバッテリー28からなるパワーユニット30と、前記パワーユニット30における前記バッテリー28からの直流を交流に変換するインバータ32とから基本的に構成される。
An AC
前記パワーユニット30におけるコンバータ26は、交流(AC)を直流(DC)に変換するという基本機能は図2に示すコンバータ14と同じである。しかし前記コンバータ26はコンデンサの代わりにバッテリー28を代替的に使用する点で相違している。すなわち、一般にコンバータはサイリスタやトライアック等の整流素子を有し、交流発電機からの交流(AC)を直流(DC)に変換するが、得られた直流(DC)は脈流成分が多く所謂「半波整流」の状態である。そこで、変換後の直流(DC)を電解コンデンサ(キャパシタ)で平滑して脈流成分を均らし安定した直流として出力するようになっている。
The
しかし本考案の実施例では、前記電解コンデンサ(キャパシタ)に代えてバッテリー(蓄電池)28を前記コンバータ26とは別に設けて、前記直流発電体24からの直流および/または該コンバータ26からの直流(何れも脈流状態になっている)が該バッテリー28に充電されるようになっている。脈流状態の直流(DC)は、前記バッテリー28に充電されることで平滑されて良質の直流になる。すなわち、コンバータが本来備えている直流平滑用の電解コンデンサ(キャパシタ)に替えて、前記バッテリー28を別体として設けることで、該バッテリー28と前記コンバータ26とからパワーユニット30を構成することができる。これにより、交流発電ユニット20として製造コストを低減でき、また全体としてシンプルなハイブリッド発電ユニットが実現できた。
However, in an embodiment of the present invention, a battery (storage battery) 28 is provided separately from the
図1に示す前記インバータ32は、図2に示すインバータ16と基本的に同じものであって、例えばIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)やパワーMOSFET等の自己消弧形スイッチング素子からなる。すなわち、そのゲートを駆動して直流のターンオフおよびターンオンを行うことで、入力された直流(DC)を交流(AC)に変換するものである。
The
先に述べた実施例に係る交流発電ユニットによれば、例えば交流発電機を風力発電に用いる交流発電体22を使用する場合は、該交流発電体22からの交流(AC)をコンバータ26で直流(DC)に変換し、得られた直流(DC)はバッテリー28に充電される。この直流(DC)では脈流成分を有しているが、前記バッテリー28に蓄電された後にインバータ32へ供給される直流(DC)は脈流成分が除去されている。そして前記インバータ32で直流(DC)は交流(AC)に変換されると共に、周波数の調整がなされて良質の交流(AC)が各種の給電負荷18へ供給される。
According to the AC power generation unit according to the above-described embodiment, for example, when using the
また、例えばソーラーパネルを使用した太陽光発電を直流発電体24に用いる場合は、該直流発電体24からの直流を前記バッテリー28に充電した後、該バッテリー28からの直流(DC)をインバータ32に供給し、該インバータ32で直流(DC)を交流(AC)に変換し、変換された交流を給電負荷18に供給する。
For example, when solar power generation using a solar panel is used for the
このように本考案によれば、交流発電体22を使用する場合は、コンバータ26に電解コンデンサ(キャパシタ)を使用する必要がなく、代替的に設けたバッテリー28により平滑して脈流成分を除去できる。また、直流発電体24を使用する場合は、前記バッテリー28に充電するだけでよい。そして、コンバータ26とバッテリー28とによりパワーユニット30をコンパクトに構成でき、筐体の小型化を図ることができる。
As described above, according to the present invention, when the
18 給電負荷,22 交流発電体,24 直流発電体,26 コンバータ,
28 バッテリー,30 パワーユニット,32 インバータ
18 power supply load, 22 AC generator, 24 DC generator, 26 converter,
28 batteries, 30 power units, 32 inverters
Claims (1)
交流を直流に変換するコンバータ(26)および該コンバータ(26)からの直流が充電されるバッテリー(28)からなるパワーユニット(30)と、
前記バッテリー(28)に接続され、該バッテリー(28)からの直流を交流に変換するインバータ(32)とから構成され、
前記交流発電体(22)からの交流は前記コンバータ(26)で直流に変換されて前記バッテリー(28)に充電され、
前記直流発電体(24)からの直流は前記バッテリー(28)に充電され、
前記バッテリー(28)からの直流は前記インバータ(32)で交流に変換されて給電負荷(18)へ供給されるようにした
ことを特徴とする交流発電ユニット。 AC generator (22) or DC generator (24),
A power unit (30) comprising a converter (26) for converting alternating current to direct current and a battery (28) to which direct current from the converter (26) is charged;
An inverter (32) connected to the battery (28) for converting direct current from the battery (28) into alternating current;
AC from the AC generator (22) is converted to DC by the converter (26) and charged to the battery (28),
Direct current from the direct current generator (24) is charged to the battery (28),
The AC power generation unit is characterized in that a direct current from the battery (28) is converted into an alternating current by the inverter (32) and supplied to the feeding load (18).
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CN113858989A (en) * | 2020-06-30 | 2021-12-31 | 比亚迪股份有限公司 | Charging switching device and vehicle |
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2019
- 2019-08-09 JP JP2019003026U patent/JP3223682U/en active Active
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