(57)【要約】【課題】インバータを用いた系統連系装置において、ＣＰＵを用いずに簡易な制御手段にて系統連系を可能とすること。【解決手段】電源と負荷との間を接続する電源ラインの両端に第１、第２のスイッチング部が接続され、第３、第４のスイッチング部が電源ラインの両端にアノード端子同士が接続された一対の逆極性直列接続ダイオードを介して接続され、直流出力発生部の正極側が一対の逆極性直列接続ダイオードのカソード端子同士の接続点に接続され、負極側が第１、第２のスイッチング部同士の接続点に接続され、チョッパコイルが直流出力発生部の正極と正極側の接続点との間に挿入される。電源周波数同期制御回路は、電源の出力波形極性情報に基づいて第１、第２のスイッチング部を電源周波数に同期して交互に制御し、ＰＷＭ制御回路は、電源の出力波形極性情報に基づいて第３、第４のスイッチング部を電源周波数よりも高い周波数でＰＷＭ制御する。【選択図】        図１
2006014407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定の電源に連系する連系インバータ装置であって、
前記所定の電源と該所定の電源に接続される負荷との間を接続する電源ラインの一方に各一端が接続される第１、第３のスイッチング部と、
前記電源ラインの他方に各一端が接続される第２、第４のスイッチング部と、
各アノード端子同士が接続され、一方のカソード端子が前記第３のスイッチング部の他端に接続されるとともに、他方のカソード端子が前記第３のスイッチング部の他端に接続される一対の逆極性直列接続ダイオードと、
正極側が前記一対の逆極性直列接続ダイオードのアノード端子同士の接続点に接続され、負極側が前記第１、第２のスイッチング部の他端同士の接続点に接続される直流供給源としての直流出力発生部と、
前記直流出力発生部の正極と正極側の接続点との間、または該直流出力発生部の負極と負極側の接続点との間のいずれかに挿入されるチョッパコイルと、
前記所定の電源の出力波形極性情報に基づいて前記第１、第２のスイッチング部を電源周波数に同期して交互に制御する電源周波数同期制御回路と、
前記所定の電源の出力波形極性情報に基づいて前記第３、第４のスイッチング部を前記電源周波数よりも高い周波数でＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路と、
を備えたことを特徴とする連系インバータ装置。
【請求項２】
所定の電源に連系する連系インバータ装置であって、
前記所定の電源と該所定の電源に接続される負荷との間を接続する電源ラインの一方に一端が接続される第１のスイッチング部と、
前記電源ラインの他方に一端が接続される第２のスイッチング部と、
前記電源ラインの一方にカソードが接続される第１のダイオードと、
前記電源ラインの他方にカソードが接続される第２のダイオードと、
前記第１のダイオードのアノードに一端が接続される第３のスイッチング部と、
前記第２のダイオードのアノードに一端が接続される第４のスイッチング部と、
正極側が前記第３、第４のスイッチング部の他端同士の接続点に接続され、負極側が前記第１、第２のスイッチング部の他端同士の接続点に接続される直流供給源としての直流出力発生部と、
前記直流出力発生部の正極と正極側の接続点との間、または該直流出力発生部の負極と負極側の接続点との間のいずれかに挿入されるチョッパコイルと、
前記所定の電源の出力波形極性情報に基づいて前記第１、第２のスイッチング部を電源周波数に同期して交互に制御する電源周波数同期制御回路と、
前記所定の電源の出力波形極性情報に基づいて前記第３、第４のスイッチング部を前記電源周波数よりも高い周波数でＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路と、
を備えたことを特徴とする連系インバータ装置。
【請求項３】
所定の電源に連系する連系インバータ装置であって、
前記所定の電源と該所定の電源に接続される負荷との間を接続する電源ラインの一方に各一端が接続される第１、第３のスイッチング部と、
前記電源ラインの他方に各一端が接続される第２、第４のスイッチング部と、
各アノード端子同士が接続され、一方のカソード端子が前記第３のスイッチング部の他端に接続されるとともに、他方のカソード端子が前記第４のスイッチング部の他端に接続される一対の逆極性直列接続ダイオードと、
インダクタンス成分を有するインダクタを具備し、正極側が前記一対の逆極性直列接続ダイオードのカソード端子同士の接続点に接続され、負極側が前記第１、第２のスイッチング部の他端同士の接続点に接続される直流供給源としての直流出力発生部と、
前記所定の電源の出力波形極性情報に基づいて前記第１、第２のスイッチング部を電源周波数に同期して交互に制御する電源周波数同期制御回路と、
前記所定の電源の出力波形極性情報に基づいて前記第３、第４のスイッチング部を前記電源周波数よりも高い周波数でＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路と、
を備えたことを特徴とする連系インバータ装置。
【請求項４】
前記ＰＷＭ制御回路は、前記第３、第４のスイッチング部を交互に制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の連系インバータ装置。
【請求項５】
前記ＰＷＭ制御回路は、前記第３のスイッチング部を制御する制御パルス幅および／または前記第４のスイッチング部を制御する制御パルス幅の比率を可変制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の連系インバータ装置。
【請求項６】
前記電源周波数同期制御回路は、
前記所定の電源が出力する出力電圧の絶対値が前記直流出力発生部の出力電圧よりも大きいときに、前記第１、第２のスイッチング部のいずれかをオンに設定することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の連系インバータ装置。
【請求項７】
前記電源周波数同期制御回路は、
前記電源ラインの一方および他方に接続される一次巻線と、当該一次巻線に磁気結合する二次巻線とを具備するトランスと、
カソード端子が所定の抵抗を介して前記二次巻線の一端に接続され、アノード端子が前記第１のスイッチング部の制御端に接続される第１の定電圧素子と、
カソード端子が所定の抵抗を介して前記二次巻線の他端に接続され、アノード端子が前記第２のスイッチング部の制御端に接続される第２の定電圧素子と、
前記二次巻線の中間タップと、前記第１、第２の定電圧素子の各アノード端子との間にそれぞれ接続される一対の抵抗と、
を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の連系インバータ装置。
【請求項８】
前記第１、第２の定電圧素子の定電圧設定値は、前記トランスの巻数比と、前記直流出力発生部の出力電圧と、に基づいて設定されることを特徴とする請求項７に記載の連系インバータ装置。
【請求項９】
前記電源周波数同期制御回路は、
前記第１のスイッチング部がオンのときに前記第４のスイッチング部を常時オンに設定し、
前記第２のスイッチング部がオンのときに前記第３のスイッチング部を常時オンに設定することを特徴とする請求項６〜８のいずれか一つに記載の連系インバータ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連系インバータ装置に関するものであり、特に、簡易な構成の連系インバータ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、発電装置などの電力装置を商用電源などの系統側に連系させる場合には、電源周波数との同期や、単独運転防止等などの系統連系技術指針や、系統連系技術要件ガイドラインに適合させる必要があり、これらの処理は専ら所定の制御装置（ＣＰＵ）などが行っていた。
【０００３】
例えば、シフトレジスタや、カウンタ、ＣＰＵなどが備えられ、適当な段数のシフトレジスタによる遅延処理によって、インバータの出力電流に対する位相シフト量、すなわちインバータの力率を高精度に制御する系統連系インバータの力率制御回路が開示されている（特許文献１）。この特許文献では、インバータの出力電流に対する位相シフト量を精度良く制御することにより、エネルギーの有効利用を図っている。
【０００４】
【特許文献１】特開平８−６６０４９号公報（図２など）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に示される従来技術では、ＣＰＵを用いた制御を行うため、高精度な検出装置や、制御手段が必要となり、コスト増が避けられないという問題点があった。また、ＣＰＵ制御のため、処理時間に所定の遅延が生じ、この種の系統連系システムが増大するにしたがって系自体が不安定となり、電力供給を制限しなければならないという問題点もあった。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＣＰＵなどの制御手段を用いずに簡易な制御手段にて系統連系を可能とする連系インバータ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明にかかる連系インバータ装置は、所定の電源に連系する連系インバータ装置であって、前記所定の電源と該所定の電源に接続される負荷との間を接続する電源ラインの一方に各一端が接続される第１、第３のスイッチング部と、前記電源ラインの他方に各一端が接続される第２、第４のスイッチング部と、各アノード端子同士が接続され、一方のカソード端子が前記第３のスイッチング部の他端に接続されるとともに、他方のカソード端子が前記第３のスイッチング部の他端に接続される一対の逆極性直列接続ダイオードと、正極側が前記一対の逆極性直列接続ダイオードのカソード端子同士の接続点に接続され、負極側が前記第１、第２のスイッチング部の他端同士の接続点に接続される直流供給源としての直流出力発生部と、前記直流出力発生部の正極と正極側の接続点との間、または該直流出力発生部の負極と負極側の接続点との間のいずれかに挿入されるチョッパコイルと、前記所定の電源の出力波形極性情報に基づいて前記第１、第２のスイッチング部を電源周波数に同期して交互に制御する電源周波数同期制御回路と、前記所定の電源の出力波形極性情報に基づいて前記第３、第４のスイッチング部を前記電源周波数よりも高い周波数でＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路と、を備えたことを特徴とする。
【０００８】
つぎの発明にかかる連系インバータ装置は、所定の電源に連系する連系インバータ装置であって、前記所定の電源と該所定の電源に接続される負荷との間を接続する電源ラインの一方に一端が接続される第１のスイッチング部と、前記電源ラインの他方に一端が接続される第２のスイッチング部と、前記電源ラインの一方にカソードが接続される第１のダイオードと、前記電源ラインの他方にカソードが接続される第２のダイオードと、前記第１のダイオードのアノードに一端が接続される第３のスイッチング部と、前記第２のダイオードのアノードに一端が接続される第４のスイッチング部と、正極側が前記第３、第４のスイッチング部の他端同士の接続点に接続され、負極側が前記第１、第２のスイッチング部の他端同士の接続点に接続される直流供給源としての直流出力発生部と、前記直流出力発生部の正極と正極側の接続点との間、または該直流出力発生部の負極と負極側の接続点との間のいずれかに挿入されるチョッパコイルと、前記所定の電源の出力波形極性情報に基づいて前記第１、第２のスイッチング部を電源周波数に同期して交互に制御する電源周波数同期制御回路と、前記所定の電源の出力波形極性情報に基づいて前記第３、第４のスイッチング部を前記電源周波数よりも高い周波数でＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路と、を備えたことを特徴とする。
【０００９】
つぎの発明にかかる連系インバータ装置は、所定の電源に連系する連系インバータ装置であって、前記所定の電源と該所定の電源に接続される負荷との間を接続する電源ラインの一方に各一端が接続される第１、第３のスイッチング部と、前記電源ラインの他方に各一端が接続される第２、第４のスイッチング部と、各アノード端子同士が接続され、一方のカソード端子が前記第３のスイッチング部の他端に接続されるとともに、他方のカソード端子が前記第４のスイッチング部の他端に接続される一対の逆極性直列接続ダイオードと、インダクタンス成分を有するインダクタを具備し、正極側が前記一対の逆極性直列接続ダイオードのカソード端子同士の接続点に接続され、負極側が前記第１、第２のスイッチング部の他端同士の接続点に接続される直流供給源としての直流出力発生部と、前記所定の電源の出力波形極性情報に基づいて前記第１、第２のスイッチング部を電源周波数に同期して交互に制御する電源周波数同期制御回路と、前記所定の電源の出力波形極性情報に基づいて前記第３、第４のスイッチング部を前記電源周波数よりも高い周波数でＰＷＭ制御するＰＷＭ制御回路と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
つぎの発明にかかる連系インバータ装置は、上記の発明において、前記ＰＷＭ制御回路は、前記第３、第４のスイッチング部を交互に制御することを特徴とする。
【００１１】
つぎの発明にかかる連系インバータ装置は、上記の発明において、前記ＰＷＭ制御回路は、前記第３のスイッチング部を制御する制御パルス幅および／または前記第４のスイッチング部を制御する制御パルス幅の比率を可変制御することを特徴とする。
【００１２】
つぎの発明にかかる連系インバータ装置は、上記の発明において、前記電源周波数同期制御回路は、前記所定の電源が出力する出力電圧の絶対値が前記直流出力発生部の出力電圧よりも大きいときに、前記第１、第２のスイッチング部のいずれかをオンに設定することを特徴とする。
【００１３】
つぎの発明にかかる連系インバータ装置は、上記の発明において、前記電源周波数同期制御回路は、前記電源ラインの一方および他方に接続される一次巻線と、当該一次巻線に磁気結合する二次巻線とを具備するトランスと、カソード端子が所定の抵抗を介して前記二次巻線の一端に接続され、アノード端子が前記第１のスイッチング部の制御端に接続される第１の定電圧素子と、カソード端子が所定の抵抗を介して前記二次巻線の他端に接続され、アノード端子が前記第２のスイッチング部の制御端に接続される第２の定電圧素子と、前記二次巻線の中間タップと、前記第１、第２の定電圧素子の各アノード端子と、の間にそれぞれ接続される一対の抵抗と、を備えたことを特徴とする。
【００１４】
つぎの発明にかかる連系インバータ装置は、上記の発明において、前記第１、第２の定電圧素子の定電圧設定値は、前記トランスの巻数比と、前記直流出力発生部の出力電圧と、に基づいて設定されることを特徴とする。
【００１５】
つぎの発明にかかる連系インバータ装置は、上記の発明において、前記電源周波数同期制御回路は、前記第１のスイッチング部がオンのときに前記第４のスイッチング部を常時オンに設定し、前記第２のスイッチング部がオンのときに前記第３のスイッチング部を常時オンに設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明にかかる連系インバータ装置によれば、ＣＰＵ等の制御部が不要であり、回路構成を単純にできるので、信頼性に優れ、安価に構成できるという効果を奏する。また、任意の電圧や周波数に対しても、それらに同期して送電できるので適用範囲が広いという効果を奏する。また、停電対応の単独運転防止機能については、受動的に行われるので系統への影響が全くないという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明にかかる連系インバータ装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す回路構成は、その一例を示すものであり、本発明の技術的意義を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。
【００１８】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる連系インバータ装置の構成を示す回路図である。同図において、入力端子と出力端子と有した連系インバータ装置１０は、電源周波数に同期した制御を行う電源周波数同期制御回路１６と、電源周波数同期制御回路１６からの制御を受ける一対のスイッチング部１４，１５と、電源周波数よりも高い周波数のＰＷＭ制御を行うＰＷＭ制御回路１９と、ＰＷＭ制御回路１９からの制御を受ける一対のスイッチング部１７，１８と、一対のスイッチング部１７，１８の間に逆直列に接続される一対のダイオード３４，３６と、そして、一対のスイッチング部１４，１５，１７，１８およびダイオード３４，３６で構成される回路を上下に２分する形で挿入された直流出力発生部２０およびチョッパコイル２１の直列回路とを備えている。なお、連系インバータ装置１０の入力端子には商用電源１１が接続され、出力端子には負荷１２が接続されている。
【００１９】
つぎに、図１に示したこの実施の形態の連系インバータ装置１０の回路構成について説明する。同図において、電源周波数同期制御回路１６およびＰＷＭ制御回路１９は、それぞれ連系インバータ装置１０内の電源ラインに接続される。一対のスイッチング部１４，１５は、電界効果トランジスタ（以下「ＦＥＴ」と呼称）などのスイッチング素子を具備してなり、スイッチング部１４の一端（ドレイン端子）が電源ラインの一方に接続され、スイッチング部１５の一端（ドレイン端子）が電源ラインの他方に接続される。また、一対のスイッチング部１４，１５の各他端（ソース端子）同士は接続される。一方、同様なスイッチング素子を具備してなる一対のスイッチング部１７，１８のうち、スイッチング部１７の一端（ソース端子）は電源ラインの一方に接続され、他端（ドレイン端子）はダイオード３４のカソード端子に接続される。同様に、スイッチング部１８の一端（ソース端子）は電源ラインの他方に接続され、他端（ドレイン端子）はダイオード３６のカソード端子に接続される。他方、ダイオード３４，３６の各アノード端子同士が接続され、この接続端にはチョッパコイル２１の一端が接続される。チョッパコイル２１の他端は、直流出力発生部２０の正極側に接続される。直流出力発生部２０の負極側は、一対のスイッチング部１４，１５の他端同士の接続点に接続される。なお、同図において、直列回路を構成する直流出力発生部２０およびチョッパコイル２１、スイッチング部１７およびダイオード３４、ならびにスイッチング部１８およびダイオード３６については、その接続順序を逆にしても差し支えない。
【００２０】
つぎに、図１に示す連系インバータ装置１０の動作について説明する。同図において、電源周波数同期制御回路１６は商用電源１１から供給された出力波形（電圧または電流波形）の極性を判定し、その極性に基づいてスイッチング部１４，１５のオン／オフを制御する。なお、スイッチング部１４，１５が同時オンとなることはなく、これらのスイッチング部１４，１５を通じた貫通電流が防止される。したがって、電源周波数同期制御回路１６は出力波形の極性のみを判定すればよく、その電圧値を検出する必要はない。一方、ＰＷＭ制御回路１９は、商用電源１１が供給した出力波形の極性を判定し、その極性に基づいてスイッチング部１７，１８のオン／オフを制御（ＰＷＭ制御）する。ＰＷＭ制御回路１９が行うＰＷＭ制御は、電源周波数同期制御回路１６が行う制御に比べて高速な制御を行う。なお、これらの制御の詳細については後述する。
【００２１】
ダイオード３４，３６の逆直列接続回路は、スイッチング部１７，１８の両者が同時にオンした場合に商用電源１１からこれらのスイッチング部１７，１８に流れ込む電流（貫通電流）を防止するために挿入されており、ダイオード３４が正の半サイクルに対して、ダイオード３６が負の半サイクルに対してその役目を担う。チョッパコイル２１には予め直流出力発生部２０からの直流電流が流されるが、この直流電流をオフさせるとチョッパコイル２１に逆起電力が発生する。この逆起電力に基づく電流が、負荷１２に対して供給される。このとき、スイッチング部１７，１８は、負荷１２に供給される電流の電流路を形成する役目を担う。なお、この逆起電力に基づく電流は、逆起電力の大きさに依存して商用電源１１側にも流れる場合がある。例えば、商用電源１１の電圧が１００Ｖのときに１０Ａの負荷電流が流れる場合に、チョッパコイル２１に１ｋＶＡ以上の逆起電力が発生するとすれば、負荷１２に対する供給電力以外の余剰電力が商用電源１１側にも逆流する。
【００２２】
つぎに、上述の動作をさらに詳細に説明する。図２は、商用電源１１の正の半サイクルにおいてチョッパコイル２１に電磁エネルギーを蓄積させる場合の電流の流れを図１に示す回路上に示した図であり、図３は、商用電源１１の正の半サイクルにおいてチョッパコイル２１に蓄積された電磁エネルギーを負荷に流す場合の電流の流れを図１に示す回路上に示した図である。なお、これらの図に図示した太線の部分が、回路に流れる電流を示している。まず、図２において、商用電源１１の正の半サイクル（すなわち、電源ラインの一端側が正の電圧値）において、商用電源１１は、負荷１２に対して所定の電流を供給する（回路電流は不図示）。この正の半サイクル時に、スイッチング部１４，１７がオフの状態に制御され、スイッチング部１５，１８がオンの状態に制御されると、直流出力発生部２０からの電流が、チョッパコイル２１→ダイオード３６→スイッチング部１８→スイッチング部１５のルートで流れ、チョッパコイル２１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００２３】
つぎに、同じく正の半サイクルにおいて、スイッチング部１４をオフの状態に保持し、スイッチング部１５をオンの状態に保持したまま、スイッチング部１８をオフの状態に制御し、スイッチング部１７をオンの状態に制御すると、図３に示すように、チョッパコイル２１からに蓄積された電磁エネルギーが、ダイオード３４→スイッチング部１７→負荷１２→スイッチング部１５のルートで流れる。すなわち、チョッパコイル２１に蓄積された電磁エネルギーが負荷１２に対して供給される。チョッパコイル２１に蓄積される電磁エネルギーの放出は、短時間で行われるため、ＰＷＭ制御回路１９は、スイッチング部１７，１８のオン／オフを商用電源１１の周期よりも短い周期で交互に繰り返すことにより、チョッパコイル２１に蓄積される電磁エネルギーの放出を効率的に行うことができる。また、商用電源１１の負の半サイクルにおいては、スイッチング部１４をオン、スイッチング部１５をオフの状態に制御し、スイッチング部１７，１８を上述のようなオン／オフ切替制御を行うことでチョッパコイル２１に蓄積された電磁エネルギーを負荷１２に供給することができる。
【００２４】
図４は、図１に示した連系インバータ装置回路の各サイクルにおける各スイッチング部に対する制御信号を示すタイムチャートである。なお、同図のタイムチャートとでは、制御信号の振幅が出力されているときに当該スイッチング部がオンの状態に制御されるものとして示している。同図に示すように、商用電源１１の電源電圧（Ａ）が、正の半サイクル（ｔ＝０〜ｔ1）では、上述のように、スイッチング部１４がオフの状態に制御され（Ｂ）、スイッチング部１５がオンの状態に制御される（Ｃ）。一方、スイッチング部１７，１８は、ＰＷＭ制御回路１９によって、例えば、同図のようにＰＷＭ制御される（Ｄ，Ｅ）。
【００２５】
一方、商用電源１１の電源電圧（Ａ）が、負の半サイクル（ｔ＝ｔ1〜ｔ2）では、チョッパコイル２１に対する電磁エネルギーの蓄積は、直流出力発生部２０から、チョッパコイル２１→ダイオード３４→スイッチング部１７→スイッチング部１４のルートで流れる電流により行われ、また、チョッパコイル２１に蓄積された電磁エネルギーの放出は、チョッパコイル２１→ダイオード３６→スイッチング部１８→負荷１２→スイッチング部１４のルートで流れる電流により行われる。したがって、負の半サイクル時の各スイッチング部に対する制御信号は、正の半サイクルのときと全く逆の制御信号が出力される。なお、同図では、前段のサイクル（ｔ＝０〜ｔ2）と、後段のサイクル（ｔ＝ｔ2〜ｔ4）では、スイッチング部１７，１８に対する制御パルス幅が異なっている。この相違は、負荷１２に供給する電流量を制御するためである。例えば、前段のサイクルよりも後段のサイクルの方が、電磁エネルギー蓄積時間と電磁エネルギー放出時間との合計に対する電磁エネルギー放出時間の比が大きいので、後段のサイクルの方が、より多くの電流を負荷１２に対して供給することができる。このように、スイッチング部１７，１８を制御する制御信号のパルス幅を可変制御することで、負荷１２に対する供給電流を制御することができる。
【００２６】
以上説明したように、この実施の形態の連系インバータ装置によれば、チョッパコイルに蓄積された電磁エネルギーを電源周波数に同期して負荷に供給するようにしているので、ＣＰＵ等の制御部が不要であり、回路構成を単純にできるので、信頼性に優れ、安価に構成できるという効果を奏する。また、任意の電圧や周波数に対しても、それらに同期して送電できるので、適用範囲が広いという効果を奏する。また、停電対応の単独運転防止機能を受動的に行われるので系統への影響が全くないという効果を奏する。
【００２７】
なお、直流出力発生部２０としては、例えば、一次電池、二次電池、あるいは直流発電機などの任意の出力源を用いることができる。また、直流発電機では、電機子巻線や界磁巻線がインダクタとしての機能を有しているので、本発明のチョッパコイル２１の機能をこれらの巻線にて代用することができる。
【００２８】
実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２にかかる連系インバータ装置に備えられる電源周波数同期制御回路１６の構成例を示す回路図である。実施の形態１では、ＰＷＭ制御回路１９がＰＷＭ制御を行う場合には、スイッチング部１７，１８を交互にオン／オフさせるスイッチング制御を行っていたが、この実施の形態では、交流サイクルの各半サイクルにおいて、一方のスイッチング部のみをスイッチング制御し、他方のスイッチング部はスイッチング制御せずに常にオンの状態に保持しておくことで、実施の形態１と同等の機能を実現するものである。すなわち、この実施の形態の連系インバータ装置１０は、スイッチング制御の回数を削減することにより、電力消費効率を高めるように改善したものである。
【００２９】
図５において、トランス４１は、一次巻線４１1および二次巻線４１2を備えている。一次巻線４１1は、連系インバータ装置１０内の電源ラインに接続される。また、二次巻線４１2は、中間タップを有し、その一端は、電流制限抵抗４２ａと定電圧素子４３ａの直列接続回路を介してスイッチング部１４の制御端（ゲート端子）に接続され、その他端は、電流制限抵抗４２ｂと定電圧素子４３ｂの直列接続回路を介してスイッチング部１５の制御端（ゲート端子）に接続される。また、二次巻線４１2の中間タップは、スイッチング部１４とスイッチング部１５の接続点に接続され、その接続点とスイッチング部１４，１５の各制御端との間には、それぞれバイアス抵抗４４ａ，４４ｂが接続される。
【００３０】
つぎに、図５に示す電源周波数同期制御回路１６の動作について説明する。なお、説明の容易性を確保するため、前提事項として以下の事項を仮定する。まず、商用電源１１の電最大電圧を１００Ｖとし、直流出力発生部２０の出力電圧を１０Ｖとする。また、トランス４１の一次巻線４１1と二次巻線４１2の巻数比は１：１とし、定電圧素子４３ａ，４３ｂの定電圧設定値は各５Ｖとする。また、スイッチング部１４，１５は各制御端に０Ｖ以上の電圧が印加された場合にゲーティングされるものとする。
【００３１】
図５において、正の半サイクルにおいて、商用電源１１の出力が最大値（＋１００Ｖ）のとき、トランス４１の二次巻線４１2の他端（スイッチング部１５の制御端に接続される側）と中間タップとの間には＋５０Ｖ程度の出力が現れるので、この出力は５Ｖの定電圧素子４３ｂを通過してスイッチング部１５をゲーティングする。一方、商用電源１１の出力が＋１０Ｖ〜０Ｖのとき、トランス４１の二次巻線４１2の他端と中間タップとの間に現れる出力電圧は５Ｖ以下となるので、スイッチング部１５はゲーティングされない。
【００３２】
また、負の半サイクルでは、商用電源１１の出力が最小値（−１００Ｖ）のとき、トランス４１の二次巻線４１2の一端（スイッチング部１４の制御端に接続される側）と中間タップとの間には＋５０Ｖ程度の出力が現れるので、この出力は５Ｖの定電圧素子４３ａ通過してスイッチング部１４をゲーティングする。一方、商用電源１１の出力が−１０Ｖ〜０Ｖのとき、トランス４１の二次巻線４１2の一端と中間タップとの間に現れる出力電圧は５Ｖ以下となるので、スイッチング部１４はゲーティングされない。
【００３３】
上述の内容を商用電源の交流信号波形上に示すと図６のようになる。すなわち、図６は、連系インバータ装置１０のスイッチング部１４，１５の制御範囲を交流信号波形上に示した図である。同図に示す“ＯＮ”の区間のうち、＋１０Ｖ〜＋１００Ｖの範囲は、スイッチング部１５がオンとなり、スイッチング部１４はオフの状態が保持され、−１００Ｖ〜−１０Ｖの範囲は、スイッチング部１４がオンとなり、スイッチング部１５はオフの状態が保持される。また、“ＯＦＦ”の区間である−１０Ｖ〜＋１０Ｖの範囲は、スイッチング部１４，１５ともにオフの状態が保持され、あるいはオフの状態に設定される。
【００３４】
なお、ここで示した＋１０Ｖ、あるいは−１０Ｖという設定電圧は、定電圧素子４３ａ，４３ｂの設定定電圧値５Ｖの２倍であり、直流出力発生部２０の出力電圧値に適合させたものである。もし、図５の構成で、直流出力発生部２０の出力電圧値が２０Ｖであり、トランス４１の一次巻線４１1と二次巻線４１2の巻数比が１：１であれば、定電圧素子４３ａ，４３ｂの設定定電圧値をそれぞれ１０Ｖに設定すればよい。一方、定電圧素子４３ａ，４３ｂとして５Ｖの設定定電圧値のものを用いる場合には、トランス４１の一次巻線４１1と二次巻線４１2の巻数比を２：１とすればよく、図５に示す電源周波数同期制御回路１６と同等の回路構成となる。
【００３５】
図７は、図５に示す電源周波数同期制御回路１６を備えた連系インバータ装置回路の各サイクルにおける各スイッチング部に対する制御信号を示すタイムチャートである。なお、スイッチング部１４，１５の制御状態については、上述した内容と重複するので説明を省略する。
【００３６】
図１において、実施の形態１の制御態様の場合には、正の半サイクル時にスイッチング部１５がオンの状態に設定されているので、電源ラインの一端側の電圧値が直流出力発生部２０の出力電圧値よりも低いときに、チョッパコイル２１→ダイオード３４→スイッチング部１７→商用電源１１→スイッチング部１５→直流出力発生部２０のルートで流れる電流路が存在するため、スイッチング部１７をオンに設定する時間をチョッパコイル２１を通じて負荷に流す間に限定するようにしていた。しかしながら、この実施の形態では、図７に示すように、電源ラインの一端側の電圧値が直流出力発生部２０の出力電圧値よりも低いとき、すなわち、電源電圧値が０Ｖ〜＋１０Ｖの間において、スイッチング部１５がオフとなるように制御しているので、上述のような懸念は生じない。したがって、スイッチング部１７をオンに設定する時間を制限する必要はなく、正の半サイクルにおいて常時オンに設定することができる。このことは、負の半サイクルにおいても同様であり、電源ラインの他端側の電圧値が直流出力発生部２０の出力電圧値よりも低いとき、すなわち、電源電圧値が−１０Ｖ〜０Ｖの間において、スイッチング部１４がオフとなるように制御することで、スイッチング部１８が常時オンとなるように制御することができる。
【００３７】
以上説明したように、この実施の形態の連系インバータ装置によれば、チョッパコイルに蓄積された電磁エネルギーを電源周波数に同期して負荷に供給するとともに、スイッチング制御回数を削減するようにしていうるで、実施の形態１の効果に加えて、電力消費効率が増大するという効果を奏する。
【００３８】
なお、直流出力発生部２０としては、例えば、一次電池、二次電池、あるいは直流発電機などの任意の出力源を用いることができる。また、直流発電機では、電機子巻線や界磁巻線がインダクタとしての機能を有しているので、本発明のチョッパコイル２１の機能をこれらの巻線にて代用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明にかかる連系インバータ装置は、簡易な構成で系統連系できるインバータ装置として有用であり、また、系統連系システム全体の安定度を損なわない系統連系装置として大きく貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかる連系インバータ装置の構成を示す回路図である。
【図２】商用電源１１の正の半サイクルにおいてチョッパコイル２１に電磁エネルギーを蓄積させる場合の電流の流れを図１に示す回路上に示した図である。
【図３】商用電源１１の正の半サイクルにおいてチョッパコイル２１に蓄積された電磁エネルギーを負荷に流す場合の電流の流れを図１に示す回路上に示した図である。
【図４】図１に示した連系インバータ装置回路の各サイクルにおける各スイッチング部に対する制御信号を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２にかかる連系インバータ装置に備えられる電源周波数同期制御回路１６の構成例を示す回路図である。
【図６】連系インバータ装置１０のスイッチング部１４，１５の制御範囲を交流信号波形上に示した図である。
【図７】図５に示す電源周波数同期制御回路１６を備えた連系インバータ装置回路の各サイクルにおける各スイッチング部に対する制御信号を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００４１】
１０  連系インバータ装置
１１  商用電源
１２  負荷
１４，１５，１７，１８  スイッチング部
１６  電源周波数同期制御回路
１９  ＰＷＭ制御回路
２０  直流出力発生部
２１  チョッパコイル
３４，３６  ダイオード
４１  トランス
４１1  一次巻線
４１2  二次巻線
４２ａ，４２ｂ  電流制限抵抗
４３ａ，４３ｂ  定電圧素子
４４ａ，４４ｂ  バイアス抵抗
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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