JP6298902B2 - インバータ装置及びインバータ装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、インバータ装置及びインバータ装置の制御方法に関する。

内燃機関により駆動される発電機から出力される交流電力を、直流電力に変換して負荷に供給するインバータ装置がある。このインバータ装置は、負荷に供給される出力電流の電流値と出力電圧の電圧値とを検出し、検出した電流値と電圧値とに基づいて有効電力を算出する。そしてインバータ装置は、この算出した有効電力と負荷が必要としている有効電力とが一致するように、内燃機関の回転数を制御する。このようなインバータ装置では、電圧値と電流値とを検出する検出回路の回路定数や、温度や湿度等の外部環境等の影響により、出力電流と出力電圧との間に位相差が生じる。この位相差が生じると、負荷において実際に消費される有効電力と、インバータ装置において算出される有効電力との間において誤差が生じる。誤差が生じると、インバータ装置は、負荷において実際に消費される有効電力と負荷が必要としている有効電力とが一致するような、内燃機関の回転数の制御を行うことができない。このような位相差を補正して有効電力を算出するインバータ装置が、例えば、特許文献１に記載されている。

特許文献１に記載のインバータ装置は、所定のサンプリング間隔でサンプリングされた電流値と電圧値とに基づいて有効電力を算出する。より具体的には、特許文献１に記載のインバータ装置は、所定のサンプリング間隔でサンプリングされた電圧値及び電流値のサンプリング値を記憶部に記憶する。そして、インバータ装置は、記憶部に記憶されているサンプリング値を参照し、電流値に対する電圧値の位相差を検出する。次に、インバータ装置は、例えば、検出した位相差に対応する電圧値のサンプリング値を、記憶部に記憶された電圧値のサンプリング値の中から選択し、選択した電圧値のサンプリング値そのものと電流値のサンプリング値そのものとを利用することで、位相差を補正して有効電力を算出する。

特開２０１０−２３０３８２号公報

特許文献１に記載のインバータ装置では、サンプリング周波数でサンプリングされた電流値及び電圧値のサンプリング値そのものに基づいて有効電力を算出している。そのため、位相差がサンプリング間隔よりも短い場合において、サンプリング間隔が位相差の整数倍となっている場合には、位相差を整数倍することで位相差に対応したサンプリング値を得ることができる。これにより、インバータ装置は、位相差を補正した有効電力を算出することができる。しかし、サンプリング間隔が位相差の整数倍となっていない場合には、位相差に対応したサンプリング値がない。そのため、インバータ装置は、位相差を補正することができず、有効電力の算出を行うことができない。

そこで、特許文献１に記載のインバータ装置では、サンプリング周波数を上げ、短いサンプリング間隔でサンプリングすることで、位相差に対応したサンプリング値が得られやすい構成とすることが考えられる。
しかしながら、サンプリング周波数を上げるためには、サンプリング周波数の高速化に適した高価な部品を使用する必要が生じる。また、サンプリング周波数を上げるためには、サンプリング値を記憶するために記憶部の容量を増大させる必要が生じる。そのため、部品コストが上昇してしまう。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、サンプリング間隔が位相差の整数倍となっていない場合であっても、サンプリング周波数を上げることなく、位相差を補正して有効電力を求めることができるインバータ装置及びインバータ装置の制御方法を提供することである。

本発明の一態様は、内燃機関によって駆動される発電機から得られる電力を負荷に供給するとともに、前記供給される電力の電流値及び電圧値から算出される有効電力に基づいて前記内燃機関の回転数を制御するインバータ装置であって、前記発電機から得られる電力を負荷に供給するインバータと、前記インバータから供給される出力電流の電流値を検出する電流検出部と、前記インバータから供給される出力電圧の電圧値を検出する電圧検出部と、前記電流値と前記電圧値とをそれぞれ所定のサンプリング周期でサンプリングすることで電流サンプリング値と電圧サンプリング値とを取得するサンプリング部と、前記電圧サンプリング値及び前記電流サンプリング値を記憶する記憶部と、前記電圧サンプリング値及び前記電流サンプリング値における位相差を検出する位相差検出部と、今回の前記サンプリング周期で得られた前記電圧サンプリング値と前記電流サンプリング値とのうち一方のサンプリング値がサンプリングされた時点から所定の時間の範囲内においてサンプリングされた他方のサンプリング値を前記記憶部から少なくとも１つ以上読み出し、前記読み出した他方のサンプリング値に基づいて線形補間、多項式補間又はスプライン補間することによって前記位相差に対応する補正サンプリング値を算出する、或いは、前記読み出した複数の他方のサンプリング値を外挿することにより次回のサンプリング周期の補正サンプリング値を推定する位相差制御部と、前記補正サンプリング値と前記一方のサンプリング値と基づいて、前記位相差がなくなるように補正した有効電力を算出する有効電力算出部と、を備えるインバータ装置である。

また、本発明の一態様は、上述のインバータ装置であって、前記有効電力算出部は、前記位相差が０となるように補正した前記有効電力を算出する。

また、本発明の一態様は、上述のインバータ装置であって、前記位相差制御部は、前記記憶部から読み出した他方のサンプリング値に基づいて線形補間することによって、前記補正サンプリング値を算出する。

また、本発明の一態様は、上述のインバータ装置であって、前記位相差制御部は、前記記憶部から読み出した他方のサンプリング値に基づいて多項式補間又はスプライン補間することによって、前記補正サンプリング値を算出する。

また、本発明の一態様は、上述のインバータ装置であって、前記位相差制御部は、前記記憶部から読み出した他方のサンプリング値を外挿することにより前記補正サンプリング値を算出する。

また、本発明の一態様は、上述のインバータ装置であって、前記位相差制御部は、前記記憶部から読み出した複数の他方のサンプリング値を外挿することにより次回のサンプリング周期の補正サンプリング値を推定する。

また、本発明の一態様は、上述のインバータ装置であって、記位相差検出部は、前記出力電流と前記出力電圧とのそれぞれのゼロクロス点から前記位相差を検出する。

また、本発明の一態様は、上述のインバータ装置であって、前記位相差制御部は、前記サンプリング周期が前記位相差の整数倍である場合には、前記一方のサンプリング値がサンプリングされた時点から前記位相差だけ前にサンプリングされた前記他方のサンプリング値を前記記憶部から読み出し、前記有効電力算出部は、前記位相差制御部により読み出された前記他方のサンプリング値と前記一方のサンプリング値とに基づいて、前記位相差がなくなるように補正した有効電力を算出する。

また、本発明の一態様は、上述のインバータ装置であって、前記一方のサンプリング値は、前記電圧サンプリング値と前記電流サンプリング値とのうち、位相が遅れている方のサンプリング値である。

また、本発明の一態様は、内燃機関によって駆動される発電機から得られる電力を負荷に供給するとともに、前記供給される電力の電流値及び電圧値から算出される有効電力に基づいて前記内燃機関の回転数を制御するインバータ装置の制御方法であって、前記発電機から得られる電力を負荷に供給するインバータから供給される出力電流の電流値を検出する電流検出ステップと、前記インバータから供給される出力電圧の電圧値を検出する電圧検出ステップと、前記電流値と前記電圧値とをそれぞれ所定のサンプリング周期でサンプリングすることで電流サンプリング値と電圧サンプリング値とを取得するサンプリングステップと、前記電圧サンプリング値及び前記電流サンプリング値を記憶部に記憶する記憶ステップと、前記電圧サンプリング値及び前記電流サンプリング値における位相差を検出する位相差検出ステップと、今回の前記サンプリング周期で得られた前記電圧サンプリング値と前記電流サンプリング値とのうち一方のサンプリング値がサンプリングされた時点から所定の時間の範囲内においてサンプリングされた他方のサンプリング値を前記記憶部から少なくとも１つ以上読み出し、前記読み出した他方のサンプリング値に基づいて線形補間、多項式補間又はスプライン補間することによって前記位相差に対応する補正サンプリング値を算出する、或いは、前記読み出した複数の他方のサンプリング値を外挿することにより次回のサンプリング周期の補正サンプリング値を推定する位相差制御ステップと、前記補正サンプリング値と前記一方のサンプリング値と基づいて、前記位相差がなくなるように補正した有効電力を算出する有効電力算出ステップと、を含むインバータ装置の制御方法である。

以上説明したように、本発明によれば、サンプリング間隔が位相差の整数倍となっていない場合であっても、サンプリング周波数を上げることなく、位相差を補正して有効電力を求めることができる。

本実施形態におけるインバータ装置２を備えた電力測定システム１の概略構成の一例を示す機能ブロック図。 本実施形態におけるインバータ６から出力さえる出力電流及び出力電圧の各波形を示す図。 本実施形態におけるインバータ装置２の位相差の補正について説明する図。 本実施形態におけるインバータ装置２の有効電力を算出するフローチャート図。 本実施形態におけるインバータ装置２の第１の変形例を備えた電力測定システム１Ａの概略構成の一例を示す機能ブロック図。 本実施形態におけるインバータ装置２の第２の変形例を備えた電力測定システム１Ｂの概略構成の一例を示す機能ブロック図。 本実施形態におけるインバータ装置２の第３の変形例を備えた電力測定システム１Ｃの概略構成の一例を示す機能ブロック図。

以下、図１〜図４を参照して、本発明の実施形態について説明する。
電力測定システム１は、インバータ装置２、内燃機関３、発電装置４及びコンデンサＣを備える。
発電装置４は、内燃機関３（例えば、エンジン）により駆動されることで、直流電力をインバータ装置２に出力する。

インバータ装置２は、発電装置４から出力される直流電力を、交流電力に変換して負荷５に供給する。また、インバータ装置２は、負荷５に供給する出力電流の電流値と出力電圧の電圧値とを検出し、検出した電流値と電圧値とに基づいて有効電力を算出する。また、インバータ装置２は、この算出した有効電力と負荷５が必要としている有効電力とが一致するように、内燃機関３の回転数を制御する。

インバータ装置２は、インバータ６、カレントトランスＣＴ及び制御装置１０を備える。制御装置１０は、電流検出部１１、電圧検出部１２、演算部１３、記憶部１４及び回転制御部１５を備える。インバータ６とコンデンサＣとは、閉回路を形成する。
インバータ６は、発電装置４から出力される直流電力を、交流電力に変換して負荷５に供給する。

電流検出部１１は、インバータ６から出力される出力電流の電流値を検出する。以下、インバータ６から出力される出力電流の電流値を出力電流値という。例えば、電流検出部１１は、カレントトランスＣＴ、シャント抵抗又はホール素子のいずれかを用いて、インバータ６から出力される出力電流値を検出する。本実施形態では、電流検出部１１がカレントトランスＣＴを用いてインバータ６から出力される出力電流値を検出する場合を一例として説明するが、これに限定されない。

カレントトランスＣＴは、１次巻線（不図示）及び２次巻線（不図示）を備える。
カレントトランスＣＴの１次巻線には、インバータ６の出力端子が接続される。カレントトランスＣＴの２次巻線には、電流検出部１１が接続される。このため、インバータ６から電流が出力されると、その出力された電流はカレントトランスＣＴの１次巻線に流れる。そして、カレントトランスＣＴの２次巻線には、カレントトランスＣＴの１次巻線に流れた電流に応じた電流が流れる。
電流検出部１１は、カレントトランスＣＴの２次巻線に流れる電流に基づいて、インバータ６から出力される出力電流値を検出する。

電圧検出部１２は、インバータ６の出力端子に接続され、インバータ６から出力される出力電圧の電圧値を検出する。以下、インバータ６から出力される出力電圧の電圧値を出力電圧値という。

演算部１３は、サンプリング部１３１、位相差検出部１３２、位相差制御部１３３及び有効電力算出部１３４を備える。

サンプリング部１３１は、電流検出部１１により検出された出力電流値と、電圧検出部１２により検出された出力電圧値と、を所定のサンプリング周期Ｔ_ｓでサンプリングする。
以下、電流検出部１１により検出された出力電流値が所定のサンプリング周期Ｔ_ｓでサンプリングされた値を、電流サンプリング値という。また、電圧検出部１２により検出された出力電圧値が所定のサンプリング周期Ｔ_ｓでサンプリングされた値を、電圧サンプリング値という。
サンプリング部１３１は、出力電流値と出力電圧値とをそれぞれ所定のサンプリング周期Ｔ_ｓでサンプリングすることで取得した電流サンプリング値と電圧サンプリング値とを、記憶部１４に記憶する。

位相差検出部１３２は、電圧サンプリング値及び電流サンプリング値における位相差Δφを検出する。

理想状態における電圧サンプリング値と電流サンプリング値との位相差Δφは「０」である。しかしながら、出力電流値を検出する電流検出部１１と出力電圧値を検出する電圧検出部１２との各回路定数や、温度や湿度等の外部環境等の影響により、図２に示すように、電圧サンプリング値及び電流サンプリング値との間に位相差Δφが生じる。したがって、この位相差Δφが補正されずに有効電力が算出されると、負荷５において実際に消費される有効電力と、電圧サンプリング値及び電流サンプリング値とを用いて算出される有効電力との間において誤差が生じる。したがって、本実施形態では、位相差検出部１３２は、この位相差Δφを検出し、検出した位相差Δφを位相差制御部１３３に供給する。そして、位相差制御部１３３は、位相差検出部１３２により検出された位相差Δφを補正することで、負荷５において実際に消費される有効電力と同等の有効電力の算出が可能となる。

例えば、位相差検出部１３２は、電圧サンプリング値及び電流サンプリング値におけるそれぞれのゼロクロス点から位相差Δφを検出する。位相差検出部１３２は、このゼロクロス点から位相差Δφを検出することで、電圧サンプリング値及び電流サンプリング値の一周期の間において、位相差Δφの最大値を検出することできる。ただし、本実施形態における位相差検出部１３２は、これに限定されず、電圧サンプリング値及び電流サンプリング値との一周期の間において、任意の点で位相差Δφを検出してもよい。

位相差制御部１３３は、今回のサンプリング周期Ｔ_ｓで得られた電圧サンプリング値と電流サンプリング値のうち一方のサンプリング値がサンプリングされた時点から所定の時間の範囲内においてサンプリングされた他方のサンプリング値を記憶部１４から少なくとも１つ以上読み出す。位相差制御部１３３は、読み出した他方のサンプリング値に基づいて、位相差Δφに対応する補正サンプリング値ｙ_ｈを算出する。例えば、今回のサンプリング周期Ｔ_ｓとは、位相差制御部１３３によって位相差Δφが補正される対象となる周期である。今回のサンプリング周期Ｔ_ｓは、位相差Δφの補正が行われる毎に任意に設定されるものである。なお、位相差制御部１３３は、電圧サンプリング値と電流サンプリング値とのうち、位相が進んでいる方の値において、補正サンプリング値ｙ_ｈを算出する。すなわち、一方のサンプリング値とは、電圧サンプリング値と電流サンプリング値とのうち、位相が遅れている方のサンプリング値である。また、位相差制御部１３３は、サンプリング周期毎に位相差Δφの補正を行ってもよいが、必ずしもサンプリング周期毎でなくてもよい。

本実施形態では、図２に示すように、電流サンプリング値に対して電圧サンプリング値の位相が進んでいる場合について、説明する。したがって、一方の値が電流サンプリング値である場合を例として説明する。なお、図２に示す出力電圧値と出力電流値とは−１と１との間で正規化されている。

位相差制御部１３３は、今回のサンプリング周期Ｔ_ｓで得られた電流サンプリング値がサンプリングされた時点から所定の時間の範囲内においてサンプリングされた電圧サンプリング値を記憶部１４から少なくとも１つ以上読み出す。そして、位相差制御部１３３は、読み出した電圧サンプリング値に基づいて、位相差Δφに対応する補正サンプリング値ｙ_ｈを算出する。これにより、インバータ装置２は、位相差Δφに対応した補正サンプリング値ｙ_ｈが得られるため、補正サンプリング値ｙ_ｈと電流サンプリング値とを用いることで、位相差Δφがなくなるように補正した有効電力を算出することができる。以下に、位相差制御部１３３における補正サンプリング値ｙ_ｈの算出方法について、図３を参照して具体的に説明する。

以下の説明において、出力電流値のゼロクロス点の座標位置を（ｔ_２、０）、出力電圧値のゼロクロス点の座標位置を（ｔ_０、０）とする。

例えば、位相差制御部１３３は、今回のサンプリング周期Ｔ_ｓで得られた電流サンプリング値が電流サンプリング値Ｉ_２（時刻ｔ_２での電流サンプリング値）であった場合に、その時刻ｔ_２から位相差Δφだけ前の時刻（時刻ｔ_２−Δφ）の出力電圧値を補正サンプリング値ｙ_ｈとして算出する。ここで、位相差Δφがサンプリング周期Ｔ_ｓよりも小さく、サンプリング周期Ｔ_ｓが位相差Δφの整数倍ではない場合、時刻ｔ_２−Δφ（＝時刻ｔ_０）の出力電圧値は、時刻ｔ_１（＝ｔ_２−Ｔ_ｓ）の電圧サンプリング値ｙ_１と時刻ｔ_２の電圧サンプリング値ｙ_２との間の範囲内に存在している。すなわち、時刻ｔ_２−Δφの電圧サンプリング値は記憶部１４に記憶されていない。したがって、位相差制御部１３３は、複数の電圧サンプリング値に基づいて、補正サンプリング値ｙ_ｈを算出する。本実施形態では、位相差制御部１３３は、電圧サンプリング値ｙ_１と電圧サンプリング値ｙ_２とに基づいて線形補間にすることにより、補正サンプリング値ｙ_ｈを算出する。例えば、位相差制御部１３３は、電圧サンプリング値ｙ_１の座標位置Ａ（ｔ_１、ｙ_１）と、電圧サンプリング値ｙ_２の座標位置Ｂ（ｔ_２、ｙ_２）とを結ぶ直線の傾きａを以下の式に基づいて算出する。

傾きａ＝（ｙ_２−ｙ_１）／（ｔ_２−ｔ_１） …（１）

したがって、位相差制御部１３３は、以下の式に基づいて補正サンプリング値ｙ_ｈを算出する。
ｙ_ｈ＝ａ（ｔ_２−Δφ）＋ｙ_１ …（２）

これにより、位相差制御部１３３は、電流サンプリング値Ｉ_２に対して位相差Δφが０となるような出力電圧値である補正サンプリング値ｙ_ｈを算出する。位相差制御部１３３は、上述した方法で補正サンプリング値ｙ_ｈをサンプリング周期Ｔ_ｓ毎に算出する。

有効電力算出部１３４は、電流サンプリング値Ｉ_２と、補正サンプリング値ｙ_ｈと基づいて、位相差Δφがなくなるように補正した有効電力を算出する。
例えば、有効電力算出部１３４は、電流サンプリング値Ｉ_２と、補正サンプリング値ｙ_ｈとを乗算することで瞬間電力をサンプリング周期Ｔ毎に算出する。そして、有効電力算出部１３４は、出力電流及び出力電圧の一周期分の瞬間電力の平均値を、有効電力として算出する。

回転制御部１５は、有効電力算出部１３４で算出された有効電力に基づいて内燃機関３の回転数を制御する。

以下に、本実施形態における制御装置１０の有効電力の算出処理の流れについて、図４を参照して説明する。

電流検出部１１は、カレントトランスＣＴの２次巻線に流れる電流に基づいて、インバータ６から出力される出力電流値を検出する。電圧検出部１２は、インバータ６から出力される出力電圧値を検出する（ステップＳ１０１）。

サンプリング部１３１は、電流検出部１１により検出された出力電流値と、電圧検出部１２により検出された出力電圧値と、を所定のサンプリング周期Ｔ_ｓでサンプリングすることで取得した電流サンプリング値と電圧サンプリング値とを、記憶部１４に記憶する（ステップＳ１０２）。

位相差検出部１３２は、電圧サンプリング値及び電流サンプリング値におけるそれぞれのゼロクロス点から位相差Δφを検出する（ステップＳ１０３）。

位相差制御部１３３は、今回のサンプリングにより得られた時刻ｔ_２の電圧サンプリング値ｙ_２と、時刻ｔ_２以前のサンプリングにより得られた時刻ｔ_１の電圧サンプリング値ｙ_１とに基づいて線形補間することで、時刻ｔ_２−Δφでの出力電圧値を補正サンプリング値ｙ_ｈとして算出する（ステップＳ１０４）。

有効電力算出部１３４は、今回のサンプリングにより得られた電流サンプリング値Ｉ_２と、位相差制御部１３３により算出された補正サンプリング値ｙ_ｈとを乗算することで瞬間電力をサンプリング周期Ｔ_ｓ毎に算出する。そして、有効電力算出部１３４は、出力電流及び出力電圧の一周期分の瞬間電力の平均値を、有効電力として算出する（ステップＳ１０５）。

上述の実施形態において、インバータ装置２は、今回のサンプリング周期Ｔ_ｓで得られた電圧サンプリング値と過去のサンプリング周期Ｔ_ｓで得られた電圧サンプリング値とに基づいて位相差Δφに対応した補正サンプリング値ｙ_ｈを算出する。そして、インバータ装置２は、今回のサンプリング周期Ｔ_ｓで得られた電流サンプリング値と、補正サンプリング値ｙ_ｈと、に基づいて有効電力として算出する。これにより、インバータ装置２は、電流サンプリング値と補正サンプリング値ｙ_ｈとを用いることで、位相差Δφがなくなるように補正した有効電力を算出することができる。したがって、インバータ装置２は、サンプリング周期Ｔ_ｓが位相差Δφの整数倍となっていない場合であっても、サンプリング周波数を上げることなく、有効電力を算出することができる。そのため、高速化に適した高価な部品を使用することがなく、部品コストが低減可能となる。また、インバータ装置２は、サンプリング周波数を上げることなく、有効電力を算出することができる。そのため、サンプリング値を記憶する記憶部１４の容量の増大を抑制することが可能となる。

また、上述の実施形態において、インバータ装置２は、サンプリング周期Ｔ_ｓが位相差Δφの整数倍である場合には、補正サンプリング値ｙ_ｈを用いずに有効電力を算出してもよい。以下に、補正サンプリング値ｙ_ｈを用いずに有効電力を算出するインバータ装置２Ａを第１の変形例として、図５を参照して説明する。

第１の変形例のインバータ装置２Ａは、インバータ６、カレントトランスＣＴ及び制御装置１０Ａを備える。制御装置１０Ａは、電流検出部１１、電圧検出部１２、演算部１３Ａ、記憶部１４及び回転制御部１５を備える。演算部１３Ａは、サンプリング部１３１、位相差検出部１３２、判定部１３５、位相差制御部１３３Ａ及び有効電力算出部１３４Ａを備える。

判定部１３５は、位相差検出部１３２により検出された位相差Δφが、サンプリング周期Ｔ_ｓの整数倍であるか否かを判定する。判定部１３５は、位相差検出部１３２により検出された位相差Δφが、サンプリング周期Ｔ_ｓの整数倍ではない場合には、位相差制御部１３３Ａに第１制御信号を出力する。判定部１３５は、位相差検出部１３２により検出された位相差Δφが、サンプリング周期Ｔ_ｓの整数倍である場合には、位相差制御部１３３Ａに第２制御信号を出力する。

ここで、上述したように、位相差Δφがサンプリング周期Ｔ_ｓの整数倍ではない場合には時刻ｔ_２−Δφの電圧サンプリング値は記憶部１４に記憶されていない。したがって、位相差制御部１３３Ａは、判定部１３５から第１制御信号が供給された場合には、上述した方法で補正サンプリング値ｙ_ｈを算出する。そして、有効電力算出部１３４Ａは、電流サンプリング値Ｉ_２と、補正サンプリング値ｙ_ｈと基づいて、位相差Δφがなくなるように補正した有効電力を算出する。

一方、位相差Δφがサンプリング周期Ｔ_ｓの整数倍である場合には時刻ｔ_２−Δφの電圧サンプリング値は記憶部１４に記憶されている。したがって、位相差制御部１３３Ａは、判定部１３５から第２制御信号が供給された場合には、記憶部１４から時刻ｔ_２−Δφの電圧サンプリング値を読み出す。そして、有効電力算出部１３４Ａは、電流サンプリング値Ｉ_２と、記憶部１４から読み出した時刻ｔ_２−Δφの電圧サンプリング値と基づいて、位相差Δφがなくなるように補正した有効電力を算出する。これにより、インバータ装置２Ａは、位相差Δφがサンプリング周期Ｔ_ｓの整数倍である場合に、補正サンプリング値ｙ_ｈの算出が不要になる。したがって、インバータ装置２Ａは、補正サンプリング値ｙ_ｈの算出処理にかかる位相差制御部１３３Ａの負荷を低減することができる。

また、上述の実施形態において、インバータ装置２は、カレントトランスＣＴを用いてインバータ６から出力される出力電流値を検出したが、これに限定されない。例えば、インバータ装置２は、シャント抵抗を用いてインバータ６から出力される出力電流値を検出してもよい。以下に、シャント抵抗を用いてインバータ６から出力される出力電流値を検出するインバータ装置２Ｂを第２の変形例として、図６を参照して説明する。

第２の変形例のインバータ装置２Ｂは、インバータ６Ｂ及び制御装置１０を備える。
インバータ６Ｂは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４及びシャント抵抗Ｒ１、Ｒ２を備える。インバータ６Ｂは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンとオフとを切り替えることで、発電装置４から出力される直流電力を交流電力に変換して負荷５に供給する。

スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ３とが直列に接続され、スイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ４とが直列に接続される。そして、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ３と、スイッチング素子Ｓ２、Ｓ４とは、発電装置４の出力の高電位側と接地電位との間に並列に接続される。スイッチング素子Ｓ１とスイッチング素子Ｓ３との接続点と、スイッチング素子Ｓ２とスイッチング素子Ｓ４との接続点とは、負荷５にそれぞれ接続される。

また、シャント抵抗Ｒ１は、スイッチング素子Ｓ３と接地電位との間において、スイッチング素子Ｓ３に対して直列に接続される。シャント抵抗Ｒ２は、スイッチング素子Ｓ４と接地電位との間において、スイッチング素子Ｓ４に対して直列に接続される。したがって、電流検出部１１は、シャント抵抗Ｒ１に流れる出力電流により発生するシャント抵抗Ｒ１の両端の電位差、又はシャント抵抗Ｒ２に流れる出力電流により発生するシャント抵抗Ｒ２の両端の電位差に基づいて、インバータ６から出力される出力電流の電流値を検出することができる。

また、上述の実施形態において、インバータ装置２は、発電装置４から出力される直流電力やインバータ６から出力される交流電力を制御する機能を備えてもよい。以下に、発電装置４から出力される直流電力やインバータ６から出力される交流電力を制御する機能を備えたインバータ装置２Ｃを第３の変形例として、図７を参照して説明する。

第３の変形例のインバータ装置２Ｃは、インバータ６Ｃ及び制御装置１０Ｃを備える。このインバータ装置２Ｃは、発電装置４から出力される直流電力を所定の周波数の交流電力に変換して負荷５に供給する。
発電装置４は、発電機４１、第１整流部４２及びコンデンサ４３を備える。
発電機４１は、内燃機関３の駆動により三相の交流電力を出力する三相コイル４１ａと、内燃機関３の駆動により単相の交流電力を出力する単相コイル４１ｂとを備える。三相コイル４１ａから出力される交流電力は、第１整流部４２に供給される。また、単相コイル４１ｂから出力される交流電力は、制御装置１０Ｃに供給される。

第１整流部４２は、サイリスタ４２ａ〜４２ｃ及びダイオード４２ｄ〜４２ｆを備えている。第１整流部４２は、制御装置１０Ｃによりサイリスタ４２ａ〜４２ｃの導通角が制御されることで、三相コイル４１ａから出力される交流電力を直流電力に変換する。
コンデンサ４３は、第１整流部４２から出力された電力を平滑化して、インバータ６Ｃに出力する。

インバータ６Ｃは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４及びシャント抵抗Ｒ１、Ｒ２を備える。インバータ６Ｃは、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンとオフとを切り替えることで、発電装置４から出力される直流電力を、所定の周波数の交流電力に変換して負荷５に供給する。

ＬＣフィルタ７は、インバータ６Ｃの出力端子に接続されている。ＬＣフィルタ７は、インバータ６Ｃから出力される交流電力のリプル成分を低減する。
ノイズフィルタ８は、ＬＣフィルタ７から出力される交流電力のノイズを低減する。ノイズフィルタ８は、ノイズを低減した交流電力を負荷５に供給する。

制御装置１０Ｃは、電流検出部１１、電圧検出部１２、演算部１３、記憶部１４、回転制御部１５Ｃ、整流駆動部２０、直流電圧検出部２１、インバータ駆動部２２、過電流制限部２３、温度センサ３０、温度検出部３１、駆動制御部４０、第２整流部５０、補助電源部５１及び回転数検出部５２を備える。

整流駆動部２０は、駆動制御部４０から出力される制御指令に基づいてサイリスタ４２ａ〜４２ｃのゲート信号のオンとオフとをそれぞれ制御する。
直流電圧検出部２１は、発電装置４から出力される直流電圧の電圧値を検出する。直流電圧検出部２１は、検出した直流電圧の電圧値を駆動制御部４０に出力する。
インバータ駆動部２２は、駆動制御部４０から出力されるＰＷＭ（pulse width modulation）信号に基づいて、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４のオンとオフとを制御する。

過電流制限部２３は、電流検出部１１により検出された出力電流値が所定の閾値を超えた場合に、インバータ駆動部２２の出力を停止させる。これにより、インバータ６Ｃの出力は一時的に停止される。したがって、過電流制限部２３は、インバータ６Ｃを過電流から保護することができる。

温度センサ３０は、インバータ６Ｃの内部に設けられており、インバータ６Ｃの内部の温度を測定する。温度センサ３０は、温度の測定結果を温度情報として温度検出部３１に出力する。例えば、温度センサ３０は、サーミスタである。
温度検出部３１は、温度センサ３０から出力された温度情報に基づいて、インバータ６Ｃの温度を検出する。温度検出部３１は、検出したインバータ６Ｃの温度を駆動制御部４０に出力する。

駆動制御部４０は、直流電圧検出部２１が検出した直流電圧の電圧値を予め設定された値になるように整流駆動部２０に制御指令を出力する。
駆動制御部４０は、所定のＰＷＭ信号をインバータ駆動部２２に出力することで、インバータ６Ｃから所定の周波数の交流電力を出力させる。
駆動制御部４０は、温度検出部３１により検出されたインバータ６Ｃの温度が基準温度を超える場合に、ＰＷＭ信号の出力を停止する。これにより、駆動制御部４０は、インバータ６Ｃの温度が基準温度を超える場合にインバータ６Ｃの出力が停止されるため、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４が発熱し熱破壊することを防止することができる。

第２整流部５０は、単相コイル４１ｂから出力される交流電力を直流電力に変換し、補助電源部５１に供給する。補助電源部５１は、第２整流部５０により変換された直流電力を電源として制御装置１０Ｃを構成する各部に供給可能である。

回転数検出部５２は、単相コイル４１ｂから出力される交流電力に基づいて、内燃機関３の回転数を検出する。回転数検出部５２は、検出した内燃機関３の回転数を回転制御部１５Ｃに出力する。

回転制御部１５Ｃは、演算部１３で算出された有効電力に基づいて内燃機関３の回転数の目標値である目標回転数を決定する。回転制御部１５Ｃは、回転数検出部５２が検出した内燃機関３の回転数が、目標回転数になるように内燃機関３の回転数を制御する。例えば、回転制御部１５Ｃは、内燃機関３が目標回転数で回転するように電子ガバナ（不図示）を制御する。

また、駆動制御部４０は、インバータ装置２Ｃの外部に設けられた周波数切替ＳＷ部６１によりインバータ６Ｃから出力される交流電力の周波数を変更する機能を備えてもよい。
また、駆動制御部４０は、自装置の電源の電圧値を監視する機能を備えてもよい。
また、駆動制御部４０は、インバータ６Ｃの交流電力の出力が停止された場合や自装置の電源の電圧値が所定の値を下回った場合に、インバータ装置２Ｃの外部に設けられたＬＥＤ（Light Emitting Diode）表示部６０を点灯させる機能を備えてもよい。これにより、駆動制御部４０は、インバータ６Ｃから出力される交流電力の停止や自装置における電源の電圧値の低下等の異常が発生した場合に、その異常の発生を外部に設けられたＬＥＤ表示部６０を点灯させることでユーザに報知することができる。

また、制御装置１０Ｃは、外部の書き込み部６２から書き込み可能な不揮発性メモリ（不図示）を備えてもよい。例えば、この不揮発性メモリには、演算部１３に有効電力の算出処理を実行させるためのプログラムが予め記憶されている。

また、駆動制御部４０や演算部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）により構成されてもよい。

また、上述の実施形態において、インバータ装置２は、過去のサンプリング周期Ｔ_ｓで得られた電圧サンプリング値と、今回のサンプリング周期Ｔ_ｓで得られた電圧サンプリング値とに基づいて、次回のサンプリング周期Ｔ_ｓの補正サンプリング値を推定してもよい。これにより、インバータ装置２は、出力電流及び出力電圧の一周期分の瞬間電力を推定することができるため、有効電力の算出速度を向上させることができる。

また、上述の実施形態において、インバータ装置２は、２点間の線形補間により補正サンプリング値を算出したが、これに限定されない。例えば、インバータ装置２は、有効電力をより精度良く算出するために、多項式補間やスプライン補間を用いて補正サンプリング値ｙ_ｈを算出してもよい。

また、上述の実施形態において、インバータ装置２は、電圧サンプリング値ｙ_１と電圧サンプリング値ｙ_２とを内挿することで、その２点間の範囲内の補正サンプリング値ｙ_ｈを算出したが、これに限定されない。例えば、インバータ装置２は、電圧サンプリング値ｙ_１と電圧サンプリング値ｙ_２とを外挿することで、その２点間の範囲外の補正サンプリング値を算出してもよい。

上述の実施形態において、制御装置１０は、ハードウエアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウエアとソフトウエアとの組み合わせにより実現されてもよい。また、プログラムが実行されることにより、コンピュータが、制御装置１０の一部として機能してもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。

以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１、１Ａ 電力測定システム
２、２Ａ インバータ装置
１０、１０Ａ 制御装置
１３、１３Ａ 演算部
１４ 記憶部
１５ 回転制御部

Claims (10)

1. 内燃機関によって駆動される発電機から得られる電力を負荷に供給するとともに、前記供給される電力の電流値及び電圧値から算出される有効電力に基づいて前記内燃機関の回転数を制御するインバータ装置であって、
   前記発電機から得られる電力を負荷に供給するインバータと、
   前記インバータから供給される出力電流の電流値を検出する電流検出部と、
   前記インバータから供給される出力電圧の電圧値を検出する電圧検出部と、
   前記電流値と前記電圧値とをそれぞれ所定のサンプリング周期でサンプリングすることで電流サンプリング値と電圧サンプリング値とを取得するサンプリング部と、
   前記電圧サンプリング値及び前記電流サンプリング値を記憶する記憶部と、
   前記電圧サンプリング値及び前記電流サンプリング値における位相差を検出する位相差検出部と、
   今回の前記サンプリング周期で得られた前記電圧サンプリング値と前記電流サンプリング値とのうち一方のサンプリング値がサンプリングされた時点から所定の時間の範囲内においてサンプリングされた他方のサンプリング値を前記記憶部から少なくとも１つ以上読み出し、前記読み出した他方のサンプリング値に基づいて線形補間、多項式補間又はスプライン補間することによって前記位相差に対応する補正サンプリング値を算出する、或いは、前記読み出した複数の他方のサンプリング値を外挿することにより次回のサンプリング周期の補正サンプリング値を推定する位相差制御部と、
   前記補正サンプリング値と前記一方のサンプリング値と基づいて、前記位相差がなくなるように補正した有効電力を算出する有効電力算出部と、
   を備えるインバータ装置。
2. 前記有効電力算出部は、前記位相差が０となるように補正した前記有効電力を算出する請求項１に記載のインバータ装置。
3. 前記位相差制御部は、前記記憶部から読み出した他方のサンプリング値に基づいて線形補間することによって、前記補正サンプリング値を算出する請求項１又は請求項２に記載のインバータ装置。
4. 前記位相差制御部は、前記記憶部から読み出した他方のサンプリング値に基づいて多項式補間又はスプライン補間することによって、前記補正サンプリング値を算出する請求項１又は請求項２に記載のインバータ装置。
5. 前記位相差制御部は、前記記憶部から読み出した他方のサンプリング値を外挿することにより前記補正サンプリング値を算出する請求項１又は請求項２に記載のインバータ装置。
6. 前記位相差制御部は、前記記憶部から読み出した複数の他方のサンプリング値を外挿することにより次回のサンプリング周期の補正サンプリング値を推定する請求項１から請求項５のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
7. 前記位相差検出部は、前記出力電流と前記出力電圧とのそれぞれのゼロクロス点から前記位相差を検出する請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載のインバータ装置。
8. 前記位相差制御部は、前記サンプリング周期が前記位相差の整数倍である場合には、前記一方のサンプリング値がサンプリングされた時点から前記位相差だけ前にサンプリングされた前記他方のサンプリング値を前記記憶部から読み出し、
   前記有効電力算出部は、前記位相差制御部により読み出された前記他方のサンプリング値と前記一方のサンプリング値とに基づいて、前記位相差がなくなるように補正した有効電力を算出する請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のインバータ装置。
9. 前記一方のサンプリング値は、前記電圧サンプリング値と前記電流サンプリング値とのうち、位相が遅れている方のサンプリング値である請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のインバータ装置。
10. 内燃機関によって駆動される発電機から得られる電力を負荷に供給するとともに、前記供給される電力の電流値及び電圧値から算出される有効電力に基づいて前記内燃機関の回転数を制御するインバータ装置の制御方法であって、
    前記発電機から得られる電力を負荷に供給するインバータから供給される出力電流の電流値を検出する電流検出ステップと、
    前記インバータから供給される出力電圧の電圧値を検出する電圧検出ステップと、
    前記電流値と前記電圧値とをそれぞれ所定のサンプリング周期でサンプリングすることで電流サンプリング値と電圧サンプリング値とを取得するサンプリングステップと、
    前記電圧サンプリング値及び前記電流サンプリング値を記憶部に記憶する記憶ステップと、
    前記電圧サンプリング値及び前記電流サンプリング値における位相差を検出する位相差検出ステップと、
    今回の前記サンプリング周期で得られた前記電圧サンプリング値と前記電流サンプリング値とのうち一方のサンプリング値がサンプリングされた時点から所定の時間の範囲内においてサンプリングされた他方のサンプリング値を前記記憶部から少なくとも１つ以上読み出し、前記読み出した他方のサンプリング値に基づいて線形補間、多項式補間又はスプライン補間することによって前記位相差に対応する補正サンプリング値を算出する、或いは、前記読み出した複数の他方のサンプリング値を外挿することにより次回のサンプリング周期の補正サンプリング値を推定する位相差制御ステップと、
    前記補正サンプリング値と前記一方のサンプリング値と基づいて、前記位相差がなくなるように補正した有効電力を算出する有効電力算出ステップと、
    を含むインバータ装置の制御方法。

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