JP5919495B2

JP5919495B2 - 電力変換装置

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Publication number: JP5919495B2
Application number: JP2014537909A
Authority: JP
Inventors: 秀行狩野; 鈴木　淳一; 淳一鈴木; 智大田畑; 森田　功; 功森田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-09-26
Filing date: 2012-09-26
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2032-09-26
Also published as: WO2014049731A1; JPWO2014049731A1

Description

本発明は、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置に関する。

近年、風力発電、太陽電池、燃料電池、あるいは蓄電池などから得られる直流電力をインバータ回路で交流電力に変換する電力変換装置が提供されている。

このような電力変換装置として、下記特許文献１には直流電力の電圧を昇圧するための昇圧回路、この昇圧後の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路、このインバータ回路の出力から高周波成分を除去するフィルター回路及びこれらの回路の動作を制御する制御回路などが記載されている。

特開平１０−２１０７６２号公報

このような電力変換装置は、一般家庭では屋内の配電ブレーカ近くの天井側に取り付けられることが多く、施工後の各種設定に際して、片手で設定マニュアルを持ち、この時暗ければ同じ手で懐中電灯を持ち、また設定するスイッチの電装基板上の位置を設定マニュアルで確認しながら、もう一方の手で設定する必要があった。さらに脚立に乗っての高所作業の場合もあった。

設定を必要とするスイッチは例えば施工毎に指定される定数であり電力変換装置から出力される交流電力の電圧上限値を決めるスイッチ、自立運転時の出力周波数を決めるスイッチ、など各条件を設定するものであり設定漏れや設定間違いをしたまま運転を開始すると誤動作や動作不良からこの電力変換装置が破損や焼損に至ることがあった。

また、電装基板上のスイッチは、小型のドライバーの先端やピンの先などで操作するような小さいものが主であり、電装基板上では他の類似したサイズの部品が多いため、混同して見落としや誤操作を起こし易いものであった。

一方、上記特許文献１に記載されている電力変換装置では、昇圧回路、インバータ回路、フィルター回路及び制御回路などが複数の電装基板に分散して実装されており、これらの複数の電装基板が積み上げられた状態で収納されている。このような状態では、各種スイッチは各種電装基板にそれぞれ分散して配置されているため、それぞれの電装基板の操作スイッチを確認ないし操作する必要がある場合、適宜確認や操作の邪魔となる電装基板を取り外す必要が生じる。そのため、上記特許文献１に開示されている電力変換装置においては、各種スイッチの操作の誤りや確認の漏れを確実かつ容易に防止できるものではなかった。また、電力変換装置の昇圧回路、インバータ回路、フィルター回路及び制御回路を単一の電装基板上に配置した場合においても、各種スイッチが散在して実装されている場合には、それぞれのスイッチの視認が容易ではなく、操作スイッチの操作・確認の誤りや漏れを確実に防止できるものではなかった。

本発明は、この様な従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、複数のスイッチを視認し易くし、これら複数のスイッチの誤操作や設定漏れを抑制することができる電力変換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、直流電力を交流電力に変換する電力変換装置において、制御用の電装基板と、前記電装基板を覆う第１カバーと、第１カバーを覆う第２カバーと、を備え、前記電装基板の色と区別が可能な色の帯状のライン、及び前記帯状のライン内に前記電装基板の制御の動作を設定するための複数のスイッチを前記電装基板上に配置し、第１カバーは、第２カバーを開いた際に前記複数のスイッチが操作可能となる切り欠を含むことを特徴とする。

本発明によれば、複数のスイッチを視認し易くし、複数のスイッチの誤操作や設定漏れを抑制することができる。

表面カバーを外した状態の外観斜視図である。実施形態の電力変換装置の分解斜視図である。前面シールドカバーを外した上面図である。表示部及びスイッチ部の拡大平面図である。

以下に本発明を実施形態を説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を理解するための電力変換装置を例示するものであって、本発明をこの電力変換装置に特定することを意図するものではなく、本発明は特許請求の範囲に示した技術思想を逸脱することなく種々の変更を行ったものにも適用し得るものである。

図１に示すように、電力変換装置１は、表面カバー２（第２カバー）、背面パネル３、上面パネル４、下面主パネル５、下面補助パネル６、右側面パネル７及び左側面パネル８からなる略直方体状の筐体を有している。この筺体は、表面カバー２が前面となり、背面パネル３が壁面（図示省略）に取り付けられる。

表面カバー２は、金属製又はプラスチック製であり、表示部９が露出するように開口１０が設けられている。上面パネル４、下面主パネル５、下面補助パネル６、右側面パネル７及び左側面パネル８が枠体を構成し、この枠体に表面パネル２は取り付け及び取り外しが可能なように成されている。また、この枠体は、鉄板等の金属で形成されており、同じく鉄板等の金属で形成されている背面パネル３にネジ止めや溶接等によって取り付けられている。

図１、図２に示すように、下面主パネル５には通気孔５ａ及び通気スリット５ｂが形成されており、夫々上面パネル４の通気孔４ａ及び通気スリット（図示省略）に対して冷却空気の流れを作っている。両通気スリット５ｂ間には、背面パネル３にネジ止めにより固定されたヒートシンク２１が配置され、このヒートシンク２１のフィン２１ａの間を通気スリット５ｂから入った空気が上面パネル４の通気スリットへ向かって流れるようになっている。また、下面補助パネル６は、下面主パネル５から取り外し可能に下面主パネル５及び右側面パネル７に取り付けられている。なお、右側面パネル７には、適宜電源スイッチ７ａや自立運転用のＡＣコンセント７ｂなどが設けられている。

また、下面補助パネル６の上部側には、直流入力端子及び交流出力端子を有する端子台１７が配置されている。端子台１７は、背面パネル３に取り付けられた端子台保持板１８と右側面パネル７との間に固定されている。この端子台１７には、背面パネル３に形成された開口部３ａを通して電力変換装置１の内部に導入されるＤＣ入力配線やＡＣ出力配線（何れも図示省略）が接続されるようになっている。尚、ＤＣ入力配線やＡＣ出力配線は、下面補助パネル６開口を設けてこの開口を通して端子台１７に接続するようにしても良い。

筺体には、メイン基板２０、サブ基板２６、第１制御電装基板１４、及び第２制御電装基板１５など複数の基板が収容される。

メイン基板２０は、直流電力を交流電力に変換する基板であり、この直流電力や変換された交流電力の電流が流れる基板でもある。このメイン基板２０は、直流用リアクトルＤＣＬ、交流用リアクトルＡＣＬ、スイッチ素子モジュール２４等と接続されて、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３６やＤＣ／ＡＣインバータ回路３７を構成する。

図２に示すように、メイン基板２０は、ヒートシンク２１上にサポート２３（スペーサ）を介して所定間隔で取り付けられている。

スイッチ素子モジュール２４は、スイッチ素子固定用ホルダ２５に複数のスイッチ素子を内蔵して成る。スイッチ素子固定用ホルダ２５をメイン基板２０の孔２０ｃを介してヒートシンク２１上に固定することにより、スイッチ素子のヒートシンク２１への放熱を可能にしている。

また、メイン基板２０の左側面パネル８側には、直流用リアクトルＤＣＬと、交流用リアクトルＡＣＬとが並んで配置されている。さらに、メイン基板２０の右側面パネル７側にはサブ基板２６が配置されており、このサブ基板２６にはメイン基板２０からの交流出力と系統との間の電気的接続及び遮断を行う連系リレーＲＬＹが複数個、ここでは４個設けられている。このサブ基板２６も、サポート（図示省略）によって、背面パネル３に取り付けられている。

太陽電池モジュール３０からの直流電力は、図示しない２本のＤＣ入力配線を介して端子台１７の直流入力端子１７ａ、１７ｂに入力される。また、直流入力端子１７ａ、１７ｂに入力された直流電力は、リード線１９ａ、１９ｂを介してメイン基板２０の入力端子２０ａ、２０ｂに入力される。

メイン基板２０に入力された直流電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３６に入力され電圧が昇圧される。そして、昇圧された直流電力はＤＣ／ＡＣインバータ回路３７により直流電力から商用電力系統８０と同期する交流電力に変換されてサブ基板２６へ出力される。サブ基板２６は、メイン基板２０から出力された交流電力をリレーＲＬＹ１〜ＲＬＹ４を介して端子台１７の交流出力端子１７ｃ〜１７ｅへ出力する。交流出力端子１７ｃ〜１７ｅに出力された交流電力はＡＣ出力配線を通って商用電力系統８０へ重畳されて商用電力系統８０に接続される負荷へ供給される。

図３に示すように、これらのメイン基板（ＤＣ／ＤＣコンバータ回路３６、ＤＣ／ＡＣインバータ回路３７）、及び連系リレーＲＬＹは、コネクタ１４ａにより第１制御電装基板１４、或いは第２制御電装基板と接続されており、第１制御電装基板１４及び第２制御電装基板１５（図２参照）により構成される制御回路からの信号によって制御されている（即ち、第１制御電装基板１４、及び第２制御電装基板１５は、メイン基板２０、サブ基板等の動作を制御する制御用の電装基板である）。尚、制御回路による具体的な制御方式は周知であるので、その詳細な説明は省略する。

第２制御電装基板１５は、電力変換装置１に入力、或いは出力される電流及び電圧、メイン基板２０内の所定箇所の電圧及び電流など、適宜電流センサや電圧センサにより検出される電流電圧を入力して第１制御電装基板１４へ伝える。第１制御電装基板１４は、第２制御電装基板１５により検出された電流及び電圧を用いてメイン基板２０やサブ基板２６の動作の制御を行う。また、第１制御電装基板１４には、第１制御電装基板１４と第２制御電装基板１５との制御の動作を設定するための複数の設定スイッチ１１、及び各種の設定スイッチ１１のそれぞれの操作に基づく設定状態を表示するための表示部９が備えられている。

第１制御電装基板１４及び第２制御電装基板１５は、段差状に形成された電装基板取り付け用シャーシ１６上に配置されている。電装基板取り付け用シャーシ１６は、上面パネル４側及び下面主パネル５側がそれぞれ上面パネル４及び下面主パネル５にネジ止めされている。電装基板取り付け用シャーシ１６を段差状に形成しているのは、後述するメイン基板２０のコンデンサ部分と他の部材との高さの相違に合わせて折り曲げることにより、電力変換装置１の内部空間を有効利用するためである。

また、複数のスイッチ１１及び表示部９が露出するように第１制御電装基板１４及び第２制御電装基板を覆い、表面カバー２により覆われる前面シールドカバー１２（第１カバー）が設けられている。この前面シールドカバー１２は、鉄板等の金属で形成されており、枠体に適宜の箇所でネジ止めされている。この前面シールドカバー１２は、第１制御電装基板１４及び第２制御電装基板１５との間に所定間隔を維持した状態で取り付けられ、外部からの電磁ノイズの影響を受け難くするためのシールドの機能を有している。

第１制御電装基板１４及び第２制御電装基板１５と、前面シールドカバー１２との間には絶縁シート１３が配置されている。この絶縁シート１３は、第１制御電装基板１４の表示部９及び各種の設定スイッチ１１が露出するようにして第１制御電装基板１４及び第２制御電装基板１５の表面を覆うように配置されている。また、絶縁シート１３の上面パネル４側は、上面パネル４に固定されており、下面主パネル５側はフリーな状態とされている。この絶縁シート１３は、表面カバー２と第１制御電装基板１４、或いは第２制御電装基板１５とが短絡しないようにするために設けられている。

次に、図４を参照しながら、第１制御電装基板１４に設けられている各種の設定スイッチ１１の配置について説明する。なお、各種の設定スイッチ１１は、第１制御電装基板１４に設けられている各種回路用のものだけでなく、第２制御電装基板１５に設けられている制御回路用のものも含んでおり、第１制御電装基板１４と第２制御電装基板１５とはコネクタ１４ａ（図３参照）を介して互いに電気的に接続されている。

電力変換装置１は、商用系統電力系統の電圧や周波数が動作範囲を外れると電力変換装置１を商用電力系統から切断し電力変換装置１を保護する保護機能を有する。これらの保護機能としては、たとえば、交流過電圧（ＯＶＲ）、交流不足電圧（ＵＶＲ）、周波数上昇（ＯＦＲ）、周波数低下（ＵＦＲ）を検出してリレーＲＬＹ１〜ＲＬＹ４を解列して商用電力系統から電力変換装置１を切断する。商用電力系統は電力変換装置を連系させる連系点の位置により電圧や周波数が異なるため、この保護機能を有効に機能させるためには、動作範囲を商用電力系統に合わせて設定する必要がある。これらの保護機能のための動作範囲（基準値）が各種の設定スイッチ１１などによって行われる。また、これらの保護機能の動作範囲を外れた場合に、リレーＲＬＹ１〜ＲＬＹ４を解列するまでの応答時間（動作時間整定）も規定されている。さらには、各種動作エラーを検出するための基準値の設定機能も必要である。そのため、各種の設定スイッチ１１としては、これらの規格に対応する予め定められた所定値や各種エラーを検出するための基準値を設定する機能が必要とされる。

さらに、連系運転を行うか自立運転を行うかの選択機能、自立運転を行う際の周波数の設定機能、その他の機能も必要とされる。このような設定を行うために、各種の設定スイッチ１１として、ロータリースイッチＲｓｗ、ディップスイッチＤｉｐ１〜５、押しボタンスイッチＳｗ１〜Ｓｗ７を利用する。

例えば、ロータリースイッチＲｓｗとしては、太陽電池モジュール３０を何台並列に使用するかの設定機能を持たせることができる。ディップスイッチＤｉｐ１〜５としては、交流過電圧（ＯＶＲ）検出機能、交流過電圧（ＯＶＲ）動作時間整定機能、交流不足電圧（ＵＶＲ）検出機能、交流不足電圧（ＵＶＲ）動作時間整定機能、周波数上昇（ＯＦＲ）検出機能、周波数上昇（ＯＦＲ）動作時間整定機能、周波数低下（ＵＦＲ）検出機能、周波数低下（ＵＦＲ）動作時間整定機能、保護リレー時限整定機能、電圧上昇抑制機能、位相跳躍整定機能、直流分検出機能、直流地絡検出機能、自立周波数設定機能などを割り当てることができる。さらに、押しボタンスイッチＳｗ１〜Ｓｗ７としては、エラー呼び出し機能、デバッグ用の各種コマンド機能などを割り当てることができる。

これらの各種の設定スイッチ１１の操作に基づく設定状態は表示部９に表示され確認することができる。また、表示部９では、電力変換装置１の動作中に生じた各種エラーなどの確認もできるようになっている。

これらの各種の設定スイッチは、従来の電力変換装置では第１制御電装基板１４及び第２制御電装基板１５のそれぞれの回路の近傍に分散配置されていた。しかしながら、実施形態の電力変換装置１では、これらの設定スイッチ１１を第１制御電装基板１４に纏めて配置している。

具体的には、図４（ａ）に示すように、第１制御電装基板１４の保護のために被覆されているレジストの色（例えば、緑色）とは区別可能な異なる色（例えば、白色ないしクレー）の帯状のライン１４ｂを表示部９の上側（上面パネル４側）に沿って設け、この帯状のライン内にスイッチＲｓｗ、Ｄｉｐ１〜５、Ｓｗ１〜Ｓｗ７を纏めて配置している。

設定スイッチ１１を有する第１制御電装基板１４は、表面カバー２を開いた際（取り外した際）に設定スイッチ１１が操作可能となる位置に設けられる。具体的には、前面シールドカバー１２は、表面カバー２を開いた際に設定スイッチ１１が操作可能となる切り欠１２ａを有しており、この切り欠１２ａから設定スイッチ１１、及び表示部９が露出するように第１制御電装基板１が配置される。これにより、表面カバー２を開くと簡単に表示領域９及び各種の設定スイッチ１１を視認できるようになる。また、設定スイッチ１１以外の電子部品が前面シールドカバー１２により覆われることにもより、帯状ライン１４ｂが視認しやすくなっている。しかも、第１制御電装基板１４の各種の設定スイッチ１１が設けられる帯状のライン１４ｂの色が他の部分とは異なる色となされているので、各種の設定スイッチ１１が視認し易くなり、設定スイッチ１１設定の際には表示部が設定スイッチ１１のすぐ近くにあるので、各種の設定スイッチ１１の設定状態が確認し易い。そのため、実施形態の電力変換装置１によれば、各種の設定スイッチ１１の誤操作や確認の漏れを抑制できるようになり、信頼性の高い電力変換装置１が得られる。

この帯状のライン１４ｂは、図４（ａ）に示すように直線状に切れ目ないものを配置しているが、図４（ｂ）に示すように、帯状のライン１４ｂには途中に切れ目があり、複数の領域からなるラインであっても良い（点線の帯状のライン１４ｂともとれる）。この場合、複数の領域ごとに同種の設定を行う設定スイッチ１１を配置する（例えば、交流過電圧の設定スイッチと交流不足電圧の設定スイッチ、周波数上昇の設定スイッチと周波数低下の設定スイッチなどの組み合わせ）と良い。また、図４（ｃ）に示すように、帯状のライン１４ｂを複数用いて設定スイッチ１１を配置するようにしても良い。この場合も、図４（ｂ）と同様に、複数の帯状のライン１４ｂ毎に同種の設定スイッチ１１を配置すると良い。

なお、実施形態の電力変換装置１では、第１制御電装基板１４と第２制御電装基板１５とが別体のものを使用した例を示したが、内部スペースに余裕がある場合には第１制御電装基板１４と第２制御電装基板１５とを一体に形成してもよい。また、実施形態の電力変換装置１では、各種の設定スイッチ１１が表示部９の上面パネル４側に沿って配置されている例を示したが、表示部９の下面種カバー５側に沿って配置されているものとしてもよい。また、第１制御電装基板１４の各種の設定スイッチ１１が設けられる帯状のライン１４ｂの色を白色ないしグレーとした例を示したが、この部分の色は第１制御電装基板１４に設けられているレジストの色とは異なる色であればよく、当業者が適宜に決定すればよい。

１…電力変換装置２…表面カバー（第２カバー）３…背面パネル３ａ…開口部４…上面パネル４ａ…通気孔５…下面主パネル５ａ…通気孔５ｂ…通気スリット６…下面補助パネル７…右側面パネル７ａ…電源スイッチ７ｂ…ＡＣコンセント８…左側面パネル９…表示部１０…開口１１…設定スイッチ１２…前面シールドカバー（第１カバー）１２ａ…切り欠１３…絶縁シート１４…第１制御電装基板１４ａ…コネクタ１４ｂ…帯状のライン１５…第２制御電装基板１６…電装基板取り付け用シャーシ１７…端子台１８…端子台保持板２０…メイン基板２０ａ、２０ｂ…入力端子２１…ヒートシンク２１ａ…フィン部分２３…導電性サポート２４…スイッチ素子モジュール２５…スイッチ素子モジュール固定用ホルダ２６…サブ基板３０…太陽電池モジュールＤＣＬ…直流用リアクトルＡＣＬ…交流用リアクトルＲＬＹ１〜ＲＬＹ４…連系リレー

Claims

直流電力を交流電力に変換する電力変換装置において、
制御用の電装基板と、
前記電装基板を覆う第１カバーと、
第１カバーを覆う第２カバーと、を備え、
前記電装基板の色と区別が可能な色の帯状のライン、及び前記帯状のライン内に前記電
装基板の制御の動作を設定するための複数のスイッチを前記電装基板上に配置し、
第１カバーは、第２カバーを開いた際に前記複数のスイッチが操作可能となる切り欠を
含むことを特徴とする電力変換装置。
前記電装基板は、前記複数の少なくとも２つ以上のスイッチの操作に基づく設定状態を
表示するための表示部を備え、
前記帯状のライン及び前記複数のスイッチは前記表示部に沿って設けられていることを
特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。
第１カバーは、前記複数のスイッチ及び前記表示部が露出するように前記切り欠を設け
、第２カバーは、前記切り欠を覆うことを特徴とする請求項２に記載の電力変換装置。
前記電装基板と第１カバーとの間には絶縁シートが配置されていることを特徴とする請
求項３に記載の電力変換装置。
前記複数のスイッチは、２状態の何れかを選択するディップスイッチ、複数の状態から
いずれかを選択するロータリースイッチ、及びプッシュスッチの内の少なくとも一つを含
むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電力変換装置。
前記複数のスイッチは、系統電源の過電圧検出用、不足電圧検出用、周波数上昇検出用
及び周波数低下検出用のものを含むことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の電
力変換装置。
前記複数のスイッチは、さらに、前記系統電源の過電圧検出時の動作時間整定用、不足
電圧検出時の動作時間整定用、周波数上昇検出時の動作時間整定用及び周波数低下検出時
の動作時間整定用のものを含むことを特徴とする請求項６に記載の電力変換装置。