JPS62221014A

JPS62221014A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPS62221014A
Application number: JP61063184A
Authority: JP
Inventors: Masaru Yamano; 山野　大; Kazuyoshi Tsukamoto; 塚本　一義; Kazufumi Ushijima; 牛嶋　和文
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1986-03-20
Filing date: 1986-03-20
Publication date: 1987-09-29
Anticipated expiration: 2010-12-20
Also published as: JPH07120222B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野この発明は、たとえば空調装置などで使用される交流電
動機を駆動させる逆変換手段（以下インバータと記す）
を具備した電力変換装置に関し、とくにインバータに直
流電力を供給する太陽電池を具備した装置に関する。

（ロ）従来の技術インバータ技術の向上により、汎用電動機を小型・安価
な可変速装置により駆動することが可能と成り、空調用
コンプレッサにも適用され、優れた省電力効果により普
及が高まっている。一方、省電力化については、太陽電
池の製造技術の向上に伴って一般機器にその発電力を利
用することが可能となり、自家の消費電力を低減する要
求が高まりつつある。

既に、特殊用途つまり砂漠地帯における地′ト水の揚水
や離島・へき地のオンサイト電源として太陽光発電が利
用されており近年には、一般家庭への普及が進むと考え
られている。

第６図はインバータ可変速駆動方式を採用した空調６Ａ
置における電力変換装置を示すものである。

■は単相交流の商用電源であり、ダイオードＣｌ１）（
支）および平滑コンデンサ国側）の倍電圧整流回路（ト
）で整流される。この中間直流電源は、後段のインバー
タ（ト）が発生するノイズを除去するフィルター図を介
してインバータ（至）に接続される。中間直流電源の電
圧は、商用電源■が１００■の場合、約２４０Ｖである
。１Δ電圧整流回路因は、簡単でかつ入力のほぼ２倍の
出力が得られ、後段のインバータ部のトランジスタ（３
６ａ）〜（３６ｒ　）の電流定格が１／２になるため、
インバータ（ト）を安価な６素子の１パツケージモジユ
ールにて構成することができるなど有利な点が多い。反
面コンデンサ（ト）図を直流充電する経路により商用電
源（１）の電流波形は、コンデンザインプット形の特徴
である導通角がせまく波高値の高い高調波を多く含む力
率の悪いものとなる。このため通常は、力率改善用とし
てリアクトル（１）を挿入し平滑効果を高めるように成
されるが、尚力率で、０．９程度以上の保証している現
状であり、製品の価格と形状に関係してリアクトル田の
定格を大きく選べない問題がある。

従って、高調波についても同様に問題資視されてはいる
ものの抜本的な対策はなされていない。

インバータ（ト）は、主回路のトランジスタ（３６ａ）
〜（３６ｆ　）　６個を制御して、前記中間直流電源か
ら可変電圧・可変周波数の三相交流電圧を作り出す。ト
ランジスタ（３６ａ）〜（３６ｄ）は、−相分として中
間直流電源の正負極間に直列接続された２対のアームよ
り成り、相補なスイッチング状態で動作し、−例として
、第７図のような疑似正弦並ＰＷＭ制御が行なわれる。

他の二相についても１２０″の位相を保った同じ出力波
形を出力し、三相交流出力を得る。

またインバータ因は、前述のようにモータ因に対して一
般に電圧／周波数が一定の比率で変化する三相交流を発
生するようＰ　Ｗ　Ｍ　Ｉ制御がなされ、モータ回転数
を調整し必要な冷凍能力を１ｑるように成されている。

一方、直流電源を太陽電池など直流が直接前られるもの
で構成した例としては、特開昭５９−７０１８６号公報
に示されているように直流電源との整合、つまり太陽電
池の場合であれば、最大電力追尾（直流電圧一定）制御
を行うようにインバータ出力が制御され利用率を高める
よう成される。第８図は、その例を示し、太陽電池（ト
）の出力電圧を検出器（４１）で検知し、インバータ（
ト）の出力を調整することにより最大電力動作点に保つ
ように制御回路（４２）は動作する。

（ハ）発明が解決しようとする問題点しかしながら、モータで機械的に駆動する負荷が変化し
て発電電力よりも小さい電力で充分な場合、もしくはモ
ータの出力を変化させることが不可能な場合は、太陽電
池の発電電力とモータ出力とがバランスせず余剰また不
足電力が発生する。

この発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、商用電
源に対する力率低下や高調波の発生、そして発電電力を
過不足なしに有効に利用することができる電極変換装置
を提供しようとするものである。

（ニ）問題点を解決するための手段この発明の構成は、単相商用電源からの交流を複数の整
流素子にて倍電圧整流する整流手段と、前記整流手段の
出力する直流をｉＪ変電圧・可変周波数の交流に変換す
る逆変換手段とを具備する電力変換装置において、前記
整流手段に並列に接続されて前記逆変換手段にその発電
電力を併給する太陽電池と、前記複数の整流素子のそれ
ぞれに並列に接続される半導体スイッチング素子と、前
記太陽電池の発電電圧が前記逆変換手段に接続される負
荷の必要電圧を超えた場合にその余剰電力を単相商用電
源に回生じ、前記発電電力が前記必要電力より少ない場
合は単相商用電源からの電力にて補充し、！！！流手段
の出力電圧を一定に保持するよう前記半導体スイッチン
グ素子を制御する制御手段とを具備したことを特徴する
電力変換装置である。

（ホ）作　用太陽電池の発電電圧が逆変換手段に接続される負荷の必
要電力を超えた場合に余剰電力を単相商用電源へ回生す
るよう、また上記発電電力が上記必要電力より少ない場
合は単相商用電源からの電力にて補充するよう、制御手
段が半導体スイッチング素子を制御し、太陽電池の動作
電圧を常時最大電力点に保つよう作用する。

（へ）実施例以下この発明の実施例を図面にて詳述するが、この発明
が以トの実施例に限定されるものではない。

第１図に示すものは、空調装置にて実施される場合で、
（１）は商用電源で、リアクトル（′２Ｊを介して整流
索子（以下ダイオードと記す）＋３１（４３とコンデン
サ＋５）　（６１とで構成される整流手段（力が接続さ
れる。

ダイオード＋３１　［４１とコンデンサ（５１（６３と
は、単相商用電源（１）を倍電圧整流するよう接続され
、中間直流電源として機能する。（８）および（９）は
自己消弧形の半導体スイッチング素子（以下トランジス
タと記ず）で、たとえばＮＰＮ型トランジスタがダイオ
ード（３）およびダイオード（４）に並列に接続され、
整流手段（７）とで倍電圧整流回路（７ａ）を構成する
。

倍電圧整流回路（７ａ）の出力端には、倍電圧整流回路
（７）から直流電流の流入を阻止するダイオード色を介
して太陽電池面が並列接続されるとともに、中間直流電
源の電圧変動を検出する直流電圧検出器面が接続される
。０３）は逆変換手段（以下インバータと記す）で、そ
の入力端はノイズフィルタ（１４）を介して倍電圧整流
回路（７ａ）の出力端に接続されるとともに、その出力
端には負荷であるモー９０５）が接続される。モータ０
５１は空調装置のコンプレッサのものであり、その回転
数操作は冷凍リイクルの状態、冷暖房負荷の状態などを
検知する全体制御部（図示せず）から指令を受けてイン
バータ制御回路（５）がインバータ（＋３１の出力電圧
・周波数を調節することにより行なう。

ｔＩ１１御手段肋は、直流電圧検出器面からの検出信号
が一方の入力端に入力され、かつ、他方の入力端に直流
基準電圧（財）が入力される誤差増幅器０９と、誤差増
幅器りの出力信号と電圧変成器囚により、適当な信号レ
ベルに降圧された単相商用電源（１）の交流電圧とを乗
算する掛算器（２＋１と、掛算器シｌ）の出力信号と電
流変成器（支）により適当な信号レベルとされた倍電圧
整流回路（７ａ）へ流入する電流とを比較するヒステリ
シスコンパレータ（ハ）と、ヒステリシスコンパレータ
（至）の出力信号を所定時間遅延させるパルス整形回路
に）と、パルス整形回路（２４１からの信号によってそ
れぞれのトランジスタ＋８１　＋９３を相互に０Ｎ１０
ＦＦさせるアイソレーションアンプ（ハ）（ホ）とで構
成される。

つぎに第２〜６図を交じえてこの実施例の動作について
説明する。

まず、中間直流電源の電圧値の設定値について説明する
が、太［池（１１）が最大電力を発生する最適動作電圧
近傍に設定しなければならないことが第一の条件である
。第二の条件としては、太ＩＩＩ電池（１υの余剰電力
を単相商用電源（１）に回生ずるために必要な単相商用
電源（１）の波高値の２倍（倍電圧整流回路（７ａ）の
無負荷電圧）を超えていることである。第４図は、太１
１！電池（１１）の電圧・電流特性と中間直流電源の電
圧の関係を示す。日射状態が良好な場合の短絡電流をＩ
ｃ、ｃｔ、そうでない場合の短絡電流をＩ’３ｃ２　、
開放電圧を特徴とする特有の出力特性を示し、最大出力
の動作点がＶ　　また、ｐｑそのときの動作電流が各々Ｉｏｐｔ　　、ｌ０Ｐ２　　
であることは周知の通りである。従って、この発明の目
的に沿って中間直流電源の電圧ｖしは、太陽電池（１υ
の最適動作電圧ＶＱＰ　　と一致し、また倍電圧整流回
路（１ａ）の無負荷電圧３１０Ｖ　（ＡＣ１１０Ｖの場
合）より高い３２０Ｖ程度に選ばれる。さて、誤差増幅
器０は、中間直流電源の直流型−圧検出器面の信号と中
間直流電源の電圧の設定電圧に相当する直流基準電圧（
財）の信号を比較し、等しい場合に「零」出力、直流電
圧検出器■の出力信号が小さい場合に「正」出力、逆に
大きい場合は「負」をそれぞれ出力する。従って、掛算
器（２１３は電圧変成器四より入力される商用電源（１
）の正弦波電圧信号を、誤差増幅器Ｂの信号レベルに応
じて極性および振幅を変化させる。この１１）算器（２
１）の出力は、商用型ａ（１）と整流回路に流れる電流
を調節する倍電圧整流回路（７ａ）の電流制御の指令信
号となる。

つまり、中間直流Ｎ源の電圧Ｖａ　が設定値より小さい
場合、誤差増幅凶日は、「正」を出づから１卦算器（２
Ｉ）の出力は、商用電源（１）の電圧と同相の電流指令
信号となる。このことは、力率１．０の電流を負荷側に
流す「力行運転」を指令していることになる。逆に「負
」の場合は、力率−１，０で電流を商用電源（１）側に
流すＵ回生運転」を指令していることになる。

第２図は、運転モードと動作波形との関係を示す。（Ｉ
）は、商用電源（１）の電圧υＣの波形である。（ＩＩ
）は、カ行運転での電流波形を示し、ｉｃｚはこの実施
例における電流波形、ｉｃｒ　は従来の電流波形である
。（ＤＩ）は、回生運転での電流波形ｉｃＢを示す。こ
こで、商用電圧と電流の極性が正負者々の組合わせが成
り立つが、その組合せは図中ａ、ｂ、ｃ、ｄで示す４種
類について考えればよい。ａの場合は、電圧が正で電流
も正であり、電力の流れは単相商用電源（１）から負荷
への方向である。このときの倍電圧整流回路（１ａ）の
動作は、第３図Ａにより説明される。すなわち、リアク
トル［２１１トランジスタ（９）およびダイオード（３
）からなる昇圧形チョッパー回路として動作する。第２
図のｂのきは、第３図Ｂで示され、同様にリアクトル１
′２Ｊ、１−ランジスタ（８）およびダイオード（４）
にょる昇圧形チョッパー回路として動作する。ざらにＣ
の場合は、第３図Ｃに示すように、降圧チョッパー回路
として、またｄの場合は、第３図りに示すように、降圧
チョッパー回路としてそれぞれ動作する。

このようなチョッパー動作は、電流変成器色による電流
信号と前記掛算器（２１）の電流指令値をヒステリシス
コンパレータ（ハ）により比較して行う。第５図は、こ
の動作を示し、図中のＩＣは、掛算器３１）の出力であ
る電流指令値、ｉｃは、電流変成器面の出力である倍電
圧整流回路（７ａ）の動作電流（単相商用電源（１）の
電流）を示す。ヒステリシスコンパレータ（ハ）は、電
流指令ｇｎｒｃ　に対してυＴｌ（の幅を持ら、動作型
ＰＥ１ｃ　　が下限値υ〜先に達するとトランジスタ（
９）をＯＮする信号、上限値υ市へ、。

に達するとＯＦＦする信号を出力する。またトランジス
タ（８）は、トランジスタ（９）と相補な導通状態に０
Ｎ１０ＦＦが制御される。

これら、各トランジスタ＋８１　（９３へのベース信号
は、ヒステリシスコンパレータ内のパルス出力に対して
ＯＦＦからＯＮへのスイッチング時間が一定時間遅延し
て与えられる。これは、パルス整形回路３４）によって
行なわれるが、トランジスタ＋８３　（９３が同時にＯ
Ｎして中間直流電源を短絡しないために設けるもので、
ディレィタイムＴｏ　　（又は、休止期間）を発生させ
る従来公知の遅延回路で構成されてよい。アイソレーシ
ョンアンプ（ハ）囚は、トランジスタ＋８１　＋９１を
能率よくスイッチングさせる電力レベルまでパルス整形
回路３４）が出力する０Ｎ１０　ＦＦ信号を増幅し、合
せて、電気的に入力と出力とを絶縁している。

このようにして、スイッチング動作をする電力の可逆運
転機能を持つ倍電圧整流回路（７ａ）は、その動作周波
数をＩＯＫ　Ｈｚ以上の高周波域に選ぶために、リアク
トル（′２Ｊに流れる単相商用電源（１）の電流１０　
　は、低次高調波が含まれない品質の高い波形となる。

また、高周波電流についても、ヒステリシスコンパレー
タ（ハ）の検出幅υｖｔ−ｔ　　を小さく選定すれば、
特別の除去筒を必要としない。もし高周波電流レベルが
問題となる場合であっても、リアクトル（２１と単相商
用電源（１）との間にバイパスコンデンサ（図示しない
）を、交流入力端子間へ接続すれば容易にそのレベルを
抑制することが可能である。

（ト）発明の効果この発明によれば、電力潮流の可逆運転機能をもつ倍電
圧整流回路を介して商用電源を太陽電池と並列接続する
ことにより、容易に電力の併給がおこなえ、単相商用電
源からの電力供給を節減できる電力変換装置が得られる
。

また、以Ｆに列記する効果を秦するものである。

（Ｅｌ）　中間電流電源が一定電圧に制御されることに
より太陽電池の発電効果が高く維持される。

（Ｅ２）　太陽電池の発電電力と負荷電力の関係におい
て、両者間に過不足が生じた場合に、中間直流電源の電力が有効に利用されるから、太陽電池の利用率が向上する。

（Ｅ３）　商用電源の電流を常に高力率、低高調波に保
つために電力系統に与える障害が発生しない。

（Ｅ４〉　従来の空ｉ！装置に対して比較すると、トラ
ンジスタ２ケおよび制御手段を追加する軽微な変更で実施することができ、！ｌｌ造コストを低くおさえることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を含む空調装置の電気回路図
、第２図は運転モードと動作波形との関係を示す波形図
、第３図Ａ１ＢおよびＣ，Ｄは、それぞれ力行運転およ
び回生運転における倍電圧整流回路の動作を説明する要
部の電気回路、第４図は太陽電池の電圧・電流特性と中
間直流電源の電圧の関係を示すグラフ、第５図はヒステ
リシスコレパレータとトランジスタとの動作を説明する
グラフ、第６図は従来例電気回路図、第７図は第６図の
インバータの制ｔｇ＋電圧波形、第８図は他の従来例電
気回路図である。（１）・・・・・・単相商用電源、　（３１（４＋・・
・・・・整流素子、（７）・・・・・・整流手段、＋８１　＋９１・・・・・・半導体スイッチング素子、
０３）・・・・・・逆変換手段、　　　０７１・・・・
・・制御手段。第２図第３　図（Ａ）　　　　　第３図（Ｂ）第３図（Ｃ）　
　　　　第３図（Ｄ）第４図第５図第６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】

１、単相商用電源からの交流を複数の整流素子にて倍電
圧整流する整流手段と、前記整流手段の出力する直流を
可変電圧・可変周波数の交流に変換する逆変換手段とを
具備する電力変換装置において、前記整流手段に並列に
接続されて前記逆変換手段にその発電電力を併給する太
陽電池と、前記複数の整流素子のそれぞれに並列に接続
される半導体スイッチング素子と、前記太陽電池の発電
電圧が前記逆変換手段に接続される負荷の必要電圧を超
えた場合にその余剰電力を単相商用電源に回生し、前記
発電電力が前記必要電力より少ない場合は単相商用電源
からの電力にて補充し、整流手段の出力電圧を一定に保
持するよう前記半導体スイッチング素子を制御する制御
手段とを具備したことを特徴する電力変換装置。