(57)【要約】【課題】商用単相１００Ｖ電源の受電容量を増すことなくそれを超える単相２００Ｖ電力を供給する。夜間電力を有効利用でき、停電でも給電を継続できるようにする。【解決手段】第１、第２のコンデンサ（Ｃ１、Ｃ２）を直列接続したコンデンサ回路（１８）を設け、該回路と蓄電池（２）との間に昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器（３）を設ける。第２のフィルタ回路（７）を通った商用単相１００Ｖを昇圧順変換してコンデンサ回路を充電する動作と、コンデンサ回路の直流電力を逆変換して第２のフィルタ回路の出力側に単相１００Ｖを生成する動作とを行なえる順逆変換器（５）を設ける。コンデンサ回路の電力を逆変換して第１のフィルタ回路の出力側に商用単相１００Ｖと同位相の単相１００Ｖを生成する逆変換器（４）を設ける。第１のフィルタ回路の出力側と第２のフィルタ回路の出力側を直列に接続し２つの単相１００Ｖを加算した単相２００Ｖを外部に供給する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用単相１００Ｖ電源（１６）を電源として単相２００Ｖ負荷（１７）に給電を行なう電力変換装置であって、
直流部が正相（９）、中性相（１０）、負相（１１）からなる３線で構成されており、
該直流３線の正相と中性相との間に接続した第１のコンデンサ（Ｃ１）と、
中性相と負相との間に接続した第２のコンデンサ（Ｃ２）と、
蓄電池（２）と、
制御回路（８）と、
前記制御回路の指令に従い前記蓄電池の電圧をエネルギー蓄積用のリアクトル（Ｌ１）を介して昇圧して前記正相と負相との間に供給する昇圧動作と、該正相と負相との間の電圧を降圧して前記蓄電池を充電する降圧動作の何れをも行なえる昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器（３）と、
逆並列ダイオードを有する第１、第２のスイッチング素子（Ｑ３、Ｑ４）を前記正相と負相との間に接続したハーフブリッジ回路であって、前記制御回路の指令に従い、基本波が外部から供給される商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖ（Ｖac）と同位相のＰＷＭ変調された単相１００Ｖを該第１、第２のスイッチング素子の相互接続点（１２）と前記中性相との間に生成する逆変換動作を行なう逆変換器（４）と、
前記第１、第２のスイッチング素子の相互接続点（１２）と前記中性相との間に接続され、前記逆変換器が出力するＰＷＭ変調された単相１００Ｖを入力側に受けて高調波成分を除去した基本波を出力側に出力する第１のフィルタ回路（６）と、
逆並列ダイオードを有する第３、第４のスイッチング素子（Ｑ５、Ｑ６）を前記正相と負相との間に接続したハーフブリッジ回路であって、前記制御回路の指令に従い、該第３、第４のスイッチング素子の相互接続点（１３）と前記中性相との間に基本波が前記商用単相１００Ｖ電源の周波数に等しいＰＷＭ変調された単相１００Ｖを生成する逆変換動作と、該第３、第４のスイッチング素子の相互接続点と前記中性相との間に後記第２のフィルタ回路（７）を介して供給される前記商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖを電源として昇圧した直流電圧を前記正相と負相との間に供給する順変換動作の何れをも行なえる順逆変換器（５）と、
前記第３、第４のスイッチング素子の相互接続点（１３）と前記中性相との間に接続され、前記順逆変換器が前記逆変換動作をする場合には、生成された前記ＰＷＭ変調された単相１００Ｖを入力側に受けて高調波成分を除去した基本波を出力側に出力し、前記順変換動作をする場合には、該出力側に外部から前記商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖの供給を受け、それを入力側に出力する第２のフィルタ回路（７）と、を備え、
前記第１のフィルタ回路の出力側の単相１００Ｖと、前記第２のフィルタ回路の出力側の単相１００Ｖとが加算された単相２００Ｖが外部に供給されるようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給充電モードを設け、該給充電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器には前記降圧動作を行なわせ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給電モードを設け、該給電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器は動作停止させ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給充放電モードを設け、該給充放電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器には前記昇圧動作を行なわせ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする電力変換装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給放電モードを設け、該給放電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器は動作停止させ、前記昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器には前記昇圧動作を行なわせ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする電力変換装置。
【請求項６】
請求項１記載の電力変換装置において、外部から供給される前記商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖの入力部に該単相１００Ｖの入力の入／切を制御するスイッチ（ＳＷ１）を設けると共に該電力変換装置の運転モードとして停電モードを設け、該停電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記スイッチを切状態として前記順逆変換器には前記逆変換動作を、前記昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器には前記昇圧動作を、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせ、停電モード以外の運転モードの場合には前記スイッチを入状態とすることを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして昼間自動給電モードを設け、該昼間自動給電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記蓄電池が完全放電状態でない場合には前記給充放電モードの動作を行なわせ、前記蓄電池が完全放電状態である場合には前記給電モードの動作を行なわせることを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電力変換装置において、前記昼間自動給電モードでの運転中における前記給充放電モードの動作の際には、前記制御回路は前記蓄電池からの放電電力が前記順逆変換器からの電力よりも優先して使用されるように制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして夜間自動給電モードを設け、該夜間自動給電モードが選択された場合には前記制御回路は、単相２００Ｖ負荷が必要とする電力が前記商用単相１００Ｖ電源の受電容量以下の場合には前記給充電モードの動作を行なわせ、前記単相２００Ｖ負荷が必要とする電力が前記商用単相１００Ｖ電源の受電容量以上であり且つ前記蓄電池が完全放電状態でない場合には前記給充放電モードの動作を行なわせ、該給充放電モードの動作中に前記蓄電池が完全放電状態となった場合には前記給電モードの動作に戻すことを特徴とする電力変換装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の電力変換装置において、前記夜間自動給電モードでの運転中における前記給充放電モードの動作の際には、前記制御回路は前記順逆変換器からの電力が前記蓄電池からの放電電力よりも優先して使用されるように制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして完全自動給電モードを設けると共にカレンダタイマ（２３）を設けて前記昼間自動給電モードで運転すべき時間帯と前記夜間自動給電モードで運転すべき時間帯とを設定しておき、前記制御回路は該完全自動給電モードが選択されている状態で昼間自動給電モードで運転すべき時間帯となった場合には昼間自動給電モードの動作を行なわせ、夜間自動給電モードで運転すべき時間帯となった場合には夜間自動給電モードの動作を行なわせることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１２】
請求項１１に記載の電力変換装置において、前記完全自動給電モードでの運転中における前記給充放電モードの動作の際には、前記制御回路は昼間自動給電モードで運転すべき時間帯においては前記蓄電池からの放電電力が前記順逆変換器からの電力よりも優先して使用されるように制御し、夜間自動給電モードで運転すべき時間帯においては前記順逆変換器からの電力が前記蓄電池からの放電電力よりも優先して使用されるように制御することを特徴とする電力変換装置。
【請求項１３】
請求項７乃至１２の何れかに記載の電力変換装置において、外部から供給される前記商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖの入力部に該単相１００Ｖの入力の入／切を制御するスイッチ（ＳＷ１）を設けると共に、前記単相２００Ｖ負荷への給電動作中に前記商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖの供給が停止した場合には、前記制御回路は、直ちに前記スイッチを切状態として前記停電モードの動作を行なわせ、前記商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖの供給が再開した場合には停電モードの動作を停止させて前記スイッチを入状態に戻し、前記単相２００Ｖ負荷への給電動作を再開させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１４】
請求項７乃至１３の何れかに記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして更に充電モードを設け、該充電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器には前記降圧動作を行なわせ、前記逆変換器は動作停止させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電力変換装置において、前記制御回路内にカレンダタイマ（２３）を設け、前記充電モードが選択された場合には、前記制御回路は該カレンダタイマに設定された時刻より前記充電モードの動作を開始させることを特徴とする電力変換装置。
【請求項１６】
請求項１乃至１５の何れかに記載の電力変換装置において、前記第２のフィルタ回路の前記出力側より外部に単相１００Ｖを供給できるように追加配線したことを特徴とする電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、商用の単相１００Ｖを電源として単相２００Ｖ負荷に給電する電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
商用の単相１００Ｖを電源として使用している状態で新たに単相２００Ｖ負荷を追加する場合、あるいは従来の単相１００Ｖ負荷を単相２００Ｖ負荷に交換する場合には、単相２００Ｖを給電するための何らかの電源が必要となる。
単相３線式２００Ｖの電源を新たに引き込むことも選択肢として考えられるが、その受電のための工事、受電盤から単相２００Ｖ負荷までの電気工事が必要となる。また契約電力量が増加して電力基本料金がアップする問題もある。
【０００３】
単相１００Ｖ電源から単相２００Ｖ負荷に給電するための従来技術の最も単純なものとしては、１００Ｖ／２００Ｖの昇圧変圧器を用いる方法がある。しかしこの方法の場合、単相１００Ｖ電源が停電等で給電停止した場合には、単相２００Ｖ負荷は勿論、単相１００Ｖ電源につながる単相１００Ｖ負荷への給電も停止してしまう問題がある。また、単相２００Ｖ負荷は通常、消費電力の多い機器が多い。従って、新たに単相２００Ｖ負荷を追加使用する場合には、この方法では単相１００Ｖ電源の契約受電容量を増加させる必要が生ずる。契約受電容量の増加は電力基本料金のアップにつながる。
【０００４】
別の従来技術として受電した単相１００Ｖを整流して直流に変換した後、インバータを使用して単相２００Ｖに再変換して給電する方法がある。しかし、この方法の場合も昇圧変圧器を使用する場合と同様に単相１００Ｖ電源の契約受電容量を増加させる必要が生じ電力基本料金がアップする。また単相１００Ｖ電源が停電等で給電停止した場合には、単相２００Ｖ負荷、単相１００Ｖ負荷の双方への給電が停止してしまう点も同じである。
【特許文献１】実用新案登録第３０８５０６２号
【特許文献２】特開平７−９９７８３号公報
【特許文献３】特開平９−１２１５５９号公報
【特許文献３】特開平１０−３２２８８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明はかかる従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その課題は商用の単相１００Ｖを電源として単相２００Ｖ負荷に電力供給できること、その際に単相１００Ｖ電源の受電容量のアップを殆ど必要としないこと、また、電力料金単価の安い夜間電力を有効に利用できること、更に、単相１００電源が停電等で給電停止した場合にも給電を継続できること、などの条件を満たすことのできる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するための請求項１に記載の発明は、商用単相１００Ｖ電源（１６）を電源として単相２００Ｖ負荷（１７）に給電を行なう電力変換装置であって、
直流部が正相（９）、中性相（１０）、負相（１１）からなる３線で構成されており、
該直流３線の正相と中性相との間に接続した第１のコンデンサ（Ｃ１）と、
中性相と負相との間に接続した第２のコンデンサ（Ｃ２）と、
蓄電池（２）と、
制御回路（８）と、
前記制御回路の指令に従い前記蓄電池の電圧をエネルギー蓄積用のリアクトル（Ｌ１）を介して昇圧して前記正相と負相との間に供給する昇圧動作と、該正相と負相との間の電圧を降圧して前記蓄電池を充電する降圧動作の何れをも行なえる昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器（３）と、
逆並列ダイオードを有する第１、第２のスイッチング素子（Ｑ３、Ｑ４）を前記正相と負相との間に接続したハーフブリッジ回路であって、前記制御回路の指令に従い、基本波が外部から供給される商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖ（Ｖac）と同位相のＰＷＭ変調された単相１００Ｖを該第１、第２のスイッチング素子の相互接続点（１２）と前記中性相との間に生成する逆変換動作を行なう逆変換器（４）と、
前記第１、第２のスイッチング素子の相互接続点（１２）と前記中性相との間に接続され、前記逆変換器が出力するＰＷＭ変調された単相１００Ｖを入力側に受けて高調波成分を除去した基本波を出力側に出力する第１のフィルタ回路（６）と、
逆並列ダイオードを有する第３、第４のスイッチング素子（Ｑ５、Ｑ６）を前記正相と負相との間に接続したハーフブリッジ回路であって、前記制御回路の指令に従い、該第３、第４のスイッチング素子の相互接続点（１３）と前記中性相との間に基本波が前記商用単相１００Ｖ電源の周波数に等しいＰＷＭ変調された単相１００Ｖを生成する逆変換動作と、該第３、第４のスイッチング素子の相互接続点と前記中性相との間に後記第２のフィルタ回路（７）を介して供給される前記商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖを電源として昇圧した直流電圧を前記正相と負相との間に供給する順変換動作の何れをも行なえる順逆変換器（５）と、
前記第３、第４のスイッチング素子の相互接続点（１３）と前記中性相との間に接続され、前記順逆変換器が前記逆変換動作をする場合には、生成された前記ＰＷＭ変調された単相１００Ｖを入力側に受けて高調波成分を除去した基本波を出力側に出力し、前記順変換動作をする場合には、該出力側に外部から前記商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖの供給を受け、それを入力側に出力する第２のフィルタ回路（７）と、を備え、
前記第１のフィルタ回路の出力側の単相１００Ｖと、前記第２のフィルタ回路の出力側の単相１００Ｖとが加算された単相２００Ｖが外部に供給されるようにしたことを特徴とする電力変換装置である。
【０００７】
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖを受電して単相２００Ｖを生成できるため、単相２００Ｖ電源が利用できない場所でも単相２００Ｖ負荷を使用することができる。また、その単相２００Ｖ負荷には、商用単相１００Ｖ電源の受電容量よりも大きな電力を供給することができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給充電モードを設け、該給充電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器には前記降圧動作を行なわせ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする。
【０００９】
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相１００Ｖ電源により単相２００Ｖ負荷に給電できると同時に蓄電池に充電を行なうこともできる。従って、電力料金単価の安い夜間電力を利用できる時間帯の運転に適している。
【００１０】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給電モードを設け、該給電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器は動作停止させ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池が完全放電した状態でも商用単相１００Ｖ電源により単相２００Ｖ負荷に給電を継続することができる。
【００１１】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給充放電モードを設け、該給充放電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器には前記昇圧動作を行なわせ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする。
【００１２】
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相１００Ｖ電源の受電容量に蓄電池の最大放電電力を加えた大きな電力を単相２００Ｖ負荷に供給できる。また、電力料金単価の安い夜間電力により蓄電池を予め充電しておけば昼間の電力料金を低減することができる。
【００１３】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして給放電モードを設け、該給放電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器は動作停止させ、前記昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器には前記昇圧動作を行なわせ、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池の最大放電電力の２倍までの電力を単相２００Ｖ負荷に供給できる。また、電力料金単価の安い夜間電力により蓄電池を予め充電しておけば昼間の電力料金を低減することができる。
【００１４】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１記載の電力変換装置において、外部から供給される前記商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖの入力部に該単相１００Ｖの入力の入／切を制御するスイッチ（ＳＷ１）を設けると共に該電力変換装置の運転モードとして停電モードを設け、該停電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記スイッチを切状態として前記順逆変換器には前記逆変換動作を、前記昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器には前記昇圧動作を、前記逆変換器には前記逆変換動作を行なわせ、停電モード以外の運転モードの場合には前記スイッチを入状態とすることを特徴とする。
【００１５】
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相１００Ｖ電源の供給が停電等で停止した場合にも単相２００Ｖ負荷に給電を継続することができる。
【００１６】
また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして昼間自動給電モードを設け、該昼間自動給電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記蓄電池が完全放電状態でない場合には前記給充放電モードの動作を行なわせ、前記蓄電池が完全放電状態である場合には前記給電モードの動作を行なわせることを特徴とする。
【００１７】
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池が完全放電状態でない場合には商用単相１００Ｖ電源の受電容量に蓄電池の最大放電電力量を加えた量までの大きな電力を単相２００Ｖ負荷に供給できる。蓄電池が完全放電した場合でも商用単相１００Ｖ電源の受電容量までの電力を単相２００Ｖ負荷に供給できる。そして、それらの動作の切り換えが自動的に行なわれる利点がある。
【００１８】
また、請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の電力変換装置において、前記昼間自動給電モードでの運転中における前記給充放電モードの動作の際には、前記制御回路は前記蓄電池からの放電電力が前記順逆変換器からの電力よりも優先して使用されるように制御することを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、電力料金単価の安い夜間電力で充電した蓄電池の電力を優先使用できるため、昼間時間帯の電力料金を低減することができる。
【００１９】
また、請求項９に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして夜間自動給電モードを設け、該夜間自動給電モードが選択された場合には前記制御回路は、単相２００Ｖ負荷が必要とする電力が前記商用単相１００Ｖ電源の受電容量以下の場合には前記給充電モードの動作を行なわせ、前記単相２００Ｖ負荷が必要とする電力が前記商用単相１００Ｖ電源の受電容量以上であり且つ前記蓄電池が完全放電状態でない場合には前記給充放電モードの動作を行なわせ、該給充放電モードの動作中に前記蓄電池が完全放電状態となった場合には前記給電モードの動作に戻すことを特徴とする。
【００２０】
このような構成の電力変換装置によれば、電力料金単価の安い夜間において単相２００Ｖ負荷に電力供給をしながら同時に安い電力で蓄電池の充電を行なうことができる。また、そのような状態で単相２００Ｖ負荷に必要な電力が増加した場合には、充電を中止して商用単相１００Ｖ電源の受電容量と蓄電池の最大放電電力を加算した量までの電力を単相２００Ｖ負荷に供給できる。そして、それらの動作の切り換えが自動で行なわれる利点がある。
【００２１】
また、請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載の電力変換装置において、前記夜間自動給電モードでの運転中における前記給充放電モードの動作の際には、前記制御回路は前記順逆変換器からの電力が前記蓄電池からの放電電力よりも優先して使用されるように制御することを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、単相２００Ｖ負荷には電力料金単価の安い夜間電力が優先して供給され、蓄電池の放電を少なく抑えることができる。
【００２２】
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして完全自動給電モードを設けると共にカレンダタイマ（２３）を設けて前記昼間自動給電モードで運転すべき時間帯と前記夜間自動給電モードで運転すべき時間帯とを設定しておき、前記制御回路は該完全自動給電モードが選択されている状態で昼間自動給電モードで運転すべき時間帯となった場合には昼間自動給電モードの動作を行なわせ、夜間自動給電モードで運転すべき時間帯となった場合には夜間自動給電モードの動作を行なわせることを特徴とする。
【００２３】
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相１００Ｖ電源のみで昼夜を問わず単相２００Ｖ負荷に電力を自動供給することができる。したも、商用単相１００Ｖ電源の受電容量よりも大きな電力を供給できる。
【００２４】
また、請求項１２に記載の発明は、請求項１１に記載の電力変換装置において、前記完全自動給電モードでの運転中における前記給充放電モードの動作の際には、前記制御回路は昼間自動給電モードで運転すべき時間帯においては前記蓄電池からの放電電力が前記順逆変換器からの電力よりも優先して使用されるように制御し、夜間自動給電モードで運転すべき時間帯においては前記順逆変換器からの電力が前記蓄電池からの放電電力よりも優先して使用されるように制御することを特徴とする。
【００２５】
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池の充電は電力料金単価の安い夜間電力を使用して行なわれ、昼間時間帯にはその蓄電池の電力が優先使用される。従って、昼間時間帯の電力料金を低減することができる。
【００２６】
また、請求項１３に記載の発明は、請求項７乃至１２の何れかに記載の電力変換装置において、外部から供給される前記商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖの入力部に該単相１００Ｖの入力の入／切を制御するスイッチ（ＳＷ１）を設けると共に、前記単相２００Ｖ負荷への給電動作中に前記商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖの供給が停止した場合には、前記制御回路は、直ちに前記スイッチを切状態として前記停電モードの動作を行なわせ、前記商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖの供給が再開した場合には停電モードの動作を停止させて前記スイッチを入状態に戻し、前記単相２００Ｖ負荷への給電動作を再開させることを特徴とする。
【００２７】
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相１００Ｖ電源の電源供給が停止した場合にも、単相２００Ｖ負荷に自動的に電力供給を継続することができる。
また、請求項１４に記載の発明は、請求項７乃至１３の何れかに記載の電力変換装置において、該電力変換装置の運転モードとして更に充電モードを設け、該充電モードが選択された場合には前記制御回路は、前記順逆変換器には前記順変換動作を行なわせ、前記昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器には前記降圧動作を行なわせ、前記逆変換器は動作停止させることを特徴とする。
【００２８】
このような構成の電力変換装置によれば、単相２００Ｖ負荷に電力を供給する必要がない時に蓄電池の充電を行なっておくことができる。
【００２９】
また、請求項１５に記載の発明は、請求項１４に記載の電力変換装置において、前記制御回路内にカレンダタイマ（２３）を設け、前記充電モードが選択された場合には、前記制御回路は該カレンダタイマに設定された時刻より前記充電モードの動作を開始させることを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、蓄電池の充電を電力料金単価の安い時間帯に行なわせることができる。
【００３０】
また、請求項１６に記載の発明は、請求項１乃至１５の何れかに記載の電力変換装置において、前記第２のフィルタ回路の前記出力側より外部に単相１００Ｖを供給できるように追加配線したことを特徴とする。
このような構成の電力変換装置によれば、商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖの供給が停止した場合にも、単相１００Ｖ負荷に電力供給を継続することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
図１に本発明に係る電力変換装置の構成を示す。電力変換装置１は、蓄電池２、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３、第１のコンデンサＣ１、第２のコンデンサＣ２、逆変換器４、順逆変換器５、第１のフィルタ回路６、第２のフィルタ回路７、制御回路８を備えて構成される。
電力変換装置１は、正相９、中性相１０、負相１１の３線で構成される直流部を有し、第１のコンデンサＣ１は正相９と中性相１０との間に、第２のコンデンサＣ２は中性相１０と負相１１との間に接続される。
【００３２】
昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３は、正相９と負相１１との間に直列に接続されたスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２及びそれらに逆並列に接続されたダイオードＤ１、Ｄ２からなるハーフブリッジ回路とリアクトルＬ１とにより構成される。リアクトルＬ１の一端はスイッチング素子Ｑ１、Ｑ２の相互接続点に接続され、蓄電池２はそのリアクトルＬ１の他端と負相１１との間に接続される。スイッチング素子Ｑ１、Ｑ２は、ＩＧＢＴ、パワーＭＯＳトランジスタ等で構成される。そのゲートには制御回路８内のゲート駆動回路２０が生成するＰＷＭ変調されたパルスが印加される。
【００３３】
昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３は、正相９、負相１１間に直列に接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２に蓄積された電力を電源として、その両端の電圧（Ｖc1＋Ｖc2）を降圧して蓄電池２を充電する降圧動作と、蓄電池２を電源としてその電圧Ｖｂを昇圧してコンデンサＣ１、Ｃ２を充電する昇圧動作とを行なう。
昇圧動作を行なう場合には、制御回路８により正相９側に接続されたスイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態とされ、負相１１側に接続されたスイッチング素子Ｑ２のゲートにゲート駆動回路２０を介して所定周波数のパルスが印加される。スイッチング素子Ｑ２のゲートにパルスが印加されてＯＮ状態となると蓄電池２よりリアクトルＬ１、スイッチング素子Ｑ２を通って電流が流れリアクトル１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００３４】
パルスのＯＦＦ期間に入りスイッチング素子Ｑ２がＯＦＦ状態になるとリアクトルＬ１に蓄積されていた電磁エネルギーは、スイッチング素子Ｑ１に逆並列接続されたダイオードＤ１を通って直列接続されたコンデンサＣ１、Ｃ２に放出され充電が行なわれる。制御回路８にはコンデンサＣ１、Ｃ２の充電電圧Ｖc1、Ｖc2が入力されており、制御回路８はゲート駆動回路２０を操作してその電圧の和（Ｖc1＋Ｖc2）が単相１００Ｖの波高値の２倍より少し高い値になるように、スイッチング素子Ｑ２のゲートに印加するパルスのパルス幅を制御する。電圧の和（Ｖc1＋Ｖc2）は、後述する逆変換器４、順逆変換器５が単相１００Ｖの正弦波を生成するのに十分な値である。
【００３５】
降圧動作を行なう場合には、制御回路８により負相１１側に接続されたスイッチング素子Ｑ２がＯＦＦ状態とされ、正相９側に接続されたスイッチング素子Ｑ１のゲートにゲート駆動回路２０を介して所定周波数のパルスが印加される。スイッチング素子Ｑ１のゲートにパルスが印加されてＯＮ状態となると、正相９よりスイッチング素子Ｑ１、リアクトルＬ１を通って蓄電池２に電流が流れ込み、蓄電池２が充電されると共にリアクトル１に電磁エネルギーが蓄積される。
【００３６】
パルスのＯＦＦ期間に入りスイッチング素子Ｑ１がＯＦＦ状態となるとリアクトルＬ１に蓄積されていた電磁エネルギーは、スイッチング素子Ｑ２に逆並列接続されたダイオードＤ２を通って蓄電池２に放出され、これにより蓄電池２は更に充電される。制御回路８には、コンデンサＣ１、Ｃ２の充電電圧Ｖc1、Ｖc2、蓄電池２の充電電圧Ｖｂが入力されており、制御回路８はそれらの値に基づいて蓄電池２の充電電流がほぼ一定値になるようにスイッチング素子Ｑ１のゲートに印加するパルスのパルス幅を制御する。また、蓄電池２が過充電にならないように、蓄電池２の充電電圧Ｖｂが所定値を超えた場合にはパルスの印加を停止して充電を停止させる。
【００３７】
逆変換器４は、正相９と負相１１との間に直列に接続された第１、第２のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４及びそれらに逆並列に接続されたダイオードＤ３、Ｄ４からなるハーフブリッジ回路により構成される。第１、第２のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のゲートには、制御回路８内のゲート駆動回路２１が生成するＰＷＭ変調されたパルスが印加される。
第１、第２のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４の相互接続点であるノード１２と中性相１０との間には、第１のフィルタ回路６が接続されている。第１のフィルタ回路６は、リアクトルＬ２とコンデンサＣ３とにより構成されるローパスフィルタである。
【００３８】
制御回路８は、正弦波をＰＷＭ変調したパルスを第１、第２のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４のゲートに印加し、ノード１２と中性相１０との間に商用単相１００Ｖ電源１６の単相１００Ｖ（Ｖac）と同一周波数のＰＷＭ変調された単相１００Ｖを生成させる。ＰＷＭ変調された単相１００Ｖは、第１のフィルタ回路６の入力側であるノード１２と中性相１０間に入力されて高調波成分が除去される。そして、出力側に接続されたコンデンサＣ３とリアクトルＬ２の相互接続点であるノード１４と中性相１０との間に、基本波であり商用単相１００Ｖ電源１６の単相１００Ｖ（Ｖac）と同一周波数の単相１００Ｖ（Ｖc3）が出力される。
【００３９】
なお、制御回路８には商用単相１００Ｖ電源１６の単相１００Ｖ（Ｖac）が入力されており、制御回路８はその単相１００Ｖ（Ｖac）の波形を基準波形として用いることにより、その単相１００Ｖ（Ｖac）と同一周波数、同一位相の単相１００Ｖ（Ｖc3）を第１のフィルタ回路６の出力側であるノード１４と中性相１０との間に生成させることができる。
順逆変換器５は、正相９と負相１１との間に直列に接続された第３、第４のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６及びそれらに逆並列に接続されたダイオードＤ５、Ｄ６からなるハーフブリッジ回路により構成される。第３、第４のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６のゲートには、制御回路８内のゲート駆動回路２２が生成するＰＷＭ変調されたパルスが印加される。
【００４０】
第３、第４のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６の相互接続点であるノード１３と中性相１０との間には、第２のフィルタ回路７が接続されている。第２のフィルタ回路７は、リアクトルＬ３とコンデンサＣ４とにより構成されるローパスフィルタである。ノード１３と中性相１０との間が第２のフィルタ回路７の入力側であり、リアクトルＬ２とコンデンサＣ４との相互接続点であるノード１５と中性相１０との間が出力側である。出力側には外部より供給される商用単相１００Ｖ電源１６の単相１００Ｖ（Ｖac）が印加される。
【００４１】
順逆変換器５は、交流を直流に変換する順変換動作と、直流から交流を生成する逆変換動作の２種類の動作を行なう。
逆変換動作を行なう場合には、制御回路８は、正弦波をＰＷＭ変調したパルスを第３、第４のスイッチング素子Ｑ５、Ｑ６のゲートに印加し、ノード１３と中性相１０との間に基本波が商用単相１００Ｖ電源１６の単相１００Ｖ（Ｖac）と同一周波数のＰＷＭ変調された単相１００Ｖを生成させる。ＰＷＭ変調された単相１００Ｖは、第２のフィルタ回路７の入力側から入力されて高調波成分が除去される。そして、出力側のノード１５と中性相１０との間に基本波であり商用単相１００Ｖ電源１６の単相１００Ｖ（Ｖac）と同一周波数の単相１００Ｖ（Ｖc4）を生成させる。なお、この逆変換動作を行なう場合には、外部からの商用単相１００電源１６の単相１００Ｖ（Ｖac）は入力されないようにしておく。
【００４２】
順変換動作では、外部から第２のフィルタ回路７を介して供給される商用単相１００電源１６の単相１００Ｖ（Ｖac）を整流すると同時に昇圧して第１、第２のコンデンサＣ２を充電する。整流を伴う昇圧動作は、先に説明した蓄電池２の電圧Ｖｂを昇圧して第１、第２のコンデンサＣ２を充電する場合と同じような動作で行なわれる。
中性相１０の電位を基準としてノード１５に商用単相１００Ｖ（Ｖac）の正の半波が加わっている場合を説明する。この場合、正相９側に接続された第３のスイッチング素子Ｑ５はＯＦＦ状態とされ、負相１１側に接続された第４のスイッチング素子Ｑ６のゲートにゲート駆動回路２２を介して数十ｋＨｚのパルスが印加される。
【００４３】
第４のスイッチング素子Ｑ６のゲートにパルスが印加されてＯＮ状態となると、第２のコンデンサＣ２に充電された直流電圧Ｖc2に商用単相１００Ｖ（Ｖac）の正の半波のその時の電圧が加わった電圧がリアクトルＬ２の両端に印加される。これによりリアクトルＬ２に流れる電流が急激に増加して電磁エネルギーが蓄積される。
第４のスイッチング素子Ｑ６のゲートに印加されるパルスがＯＦＦ期間に入ると第４のスイッチング素子Ｑ６はＯＦＦ状態となる。ＯＦＦ状態になるとリアクトルＬ２に蓄積されていた電磁エネルギーは、第３のスイッチング素子Ｑ５に逆並列接続されたダイオードＤ５を通り第１のコンデンサＣ１を充電することにより放出される。なお、この放出期間においても商用単相１００Ｖ（Ｖac）による電力供給が継続され、供給された電力は第１のコンデンサＣ１を充電させる。
【００４４】
リアクトルＬ２に蓄積された電磁エネルギーの放出による第１のコンデンサＣ１の充電は昇圧を伴うことが可能で、第１のコンデンサＣ１の充電電圧Ｖc1の値を商用単相１００Ｖ（Ｖac）の波高値よりも高い電圧に充電させる。第１のコンデンサＣ１の充電電圧Ｖc1の値は制御回路８に入力されている。制御回路８は、その充電電圧Ｖc1が商用単相１００Ｖ（Ｖac）の波高値よりも少し高い電圧になるように第４のスイッチング素子Ｑ６のゲートに印加するパルスのパルス幅を制御する。
【００４５】
中性相１０の電位を基準としてノード１５に商用単相１００Ｖ（Ｖac）の負の半波が加わる場合には、第４のスイッチング素子Ｑ６はＯＦＦ状態とされ、第３のスイッチング素子Ｑ５のゲートにゲート駆動回路２２を介してパルスが印加される。この場合、上述した正の半波が加わった場合と同じようにして、第２のコンデンサＣ２が単相１００Ｖ（Ｖac）の波高値よりも少し高い電圧に充電される。
【００４６】
制御回路８は、動作制御回路２４、３式のゲート駆動回路２０、２１、２２により構成される。動作制御回路２４にはカレンダタイマ２３も取り付けられている。制御回路８には、商用単相１００Ｖ電源の単相１００Ｖ（Ｖac）、その入力電流Ｉac、第１、第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の充電電圧Ｖc1、Ｖc2、コンデンサＣ３、Ｃ4の両端の電圧Ｖc3、Ｖc4、蓄電池２の充電電圧Ｖｂ、単相２００Ｖ負荷の負荷電流Ｉ2lが入力されている。制御回路８には、更に外部より運転モード信号が入力されている。制御回路８は、その運転モード信号に従い昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３、逆変換器４、順逆変換器５の各動作モードを決定し、それに対応する上述した制御動作によりそれらを動作させる。
【００４７】
次に、外部から入力される運転モード信号に従い、制御回路８が電力変換装置１に行なわせる全体動作とそれに伴う電力の流れについて図３乃至図８を参照して説明する。
図３は、運転モードとして充電モードが指定された場合における電力変換装置１内の電力の流れを模式的に示したものである。この充電モードは、商用単相１００Ｖ電源１６から電力供給を受けて蓄電池２を充電する動作だけを行なう運転モードである。
【００４８】
この場合、制御回路８は、順逆変換器５には順変換動作をさせ、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３には前述した降圧による蓄電池２の充電動作をさせ、逆変換器４は動作停止させる。商用単相１００Ｖ電源１６から供給された電力Ｐacは、順逆変換器５による順変換動作により第１、第２のコンデンサＣ１、Ｃ２の直列回路であるコンデンサ回路１８を充電する。この場合、順変換により生成された直流電力は、最終的に電圧の低い蓄電池２の充電に使用されるのみであるので前述したような昇圧を伴う必要はない。従って、ダイオードＤ５、Ｄ６による整流動作のみで順変換を行なうようにしてよい。
【００４９】
コンデンサ回路１８に蓄積された電力は、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３により降圧されて蓄電池２を充電する。途中の変換器における電力損失を無視すると、蓄電池に充電される電力Ｐd4は、商用単相１００電源１６から供給される電力Ｐacに等しくなる。
なお、この蓄電池２の充電は電力料金単価の安い夜間電力を使用して行なうことが望ましい。そのためには、制御回路８内に設けたカレンダタイマ２３に夜間電力を使用できる時刻を予め設定しておき、充電モードで且つその時刻になった時点に充電モードの運転を開始させるようにするとよい。充電完了による停止は、蓄電池２の電圧Ｖｂが所定の値に達したことを判定して行なう。
【００５０】
図４は、運転モードとして給充電モードが指定された場合における電力変換装置１内の電力の流れを模式的に示したものである。この給充電モードは、外部の単相２００負荷１７に単相２００Ｖ（Ｖout1）を供給すると同時に、蓄電池２の充電動作も並行して行なう運転モードである。
この場合、制御回路８は、順逆変換器５には前述した昇圧を伴う順変換動作をさせ、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３には前述した降圧による蓄電池２の充電動作をさせ、逆変換器４には前述した逆変換動作をさせる。この逆変換動作については、逆変換器４により第１のフィルタ回路６の出力端であるノード１４と中性相１０との間に生成される単相１００Ｖ（Ｖc3）の位相が、商用単相１００Ｖ電源１６の単相１００Ｖ（Ｖac）の位相に一致するように第１、第２のスイッチング素子Ｑ３、Ｑ４を制御する。これにより外部の単相２００Ｖ負荷１７には、商用の単相１００Ｖ（Ｖac）と第１のフィルタ回路６の出力電圧（Ｖc3）とが加算された単相２００Ｖ（Ｖout1）が供給される。
【００５１】
各変換器の電力損失を無視すると、商用単相１００Ｖ電源１６から供給される電力Ｐacは、単相２００Ｖ負荷１７へ直接に供給される電力Ｐa4と蓄電池２を充電する電力Ｐd4とに別れて流れる。単相２００Ｖ負荷１７に供給される電力Ｐa4は、商用単相１００Ｖ電源１６からの供給電力Ｐacから、蓄電池２の充電電力Ｐd4を引いた値となる。即ち、
Ｐa4＝Ｐac−Ｐd4                                                    （１）式
商用単相１００電源１６の受電容量をＰｒとすると、Ｐd4≧０でなければならないことから（１）式よりＰa4≦Ｐacとなる。従って、この給充電モードは、単相２００Ｖ負荷１７の消費電力Ｐa4が受電容量Ｐｒより小さい場合にのみ採用可能な運転モードである。蓄電池２を充電する電力Ｐd4の値を昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３によって絞ることにより、単相２００Ｖ負荷１７には、最大で受電容量Ｐｒに等しい電力を供給することができる。
【００５２】
蓄電池２の充電には夜間電力を使用する方が良いとの観点からは、この給充電モードは夜間料金時間帯に行なうべきであって昼間時間帯は避けた方がよい。
図５は、運転モードとして給電モードが指定された場合における電力変換装置１内の電力の流れを模式的に示したものである。この給電モードは、外部の単相２００負荷１７に単相２００Ｖ（Ｖout1）を供給するだけで、蓄電池２の充放電を伴わない運転モードである。
【００５３】
この場合、制御回路８は、順逆変換器５には前述した昇圧を伴う順変換動作をさせ、逆変換器４には逆変換動作をさせ、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３は運転停止させる。逆変換器４には前述の給充電モードの場合と同様に、第１のフィルタ回路６の出力に、商用単相１００Ｖ電源１６の単相１００Ｖ（Ｖac）と同一位相の単相１００Ｖ（Ｖc3）を生成される。これにより、外部の単相２００Ｖ負荷１７には、商用の単相１００Ｖ（Ｖac）と第１のフィルタ回路６の出力電圧（Ｖc3）とが加算された単相２００Ｖ（Ｖout1）が供給される。
【００５４】
この場合、各変換器の電力損失を無視すると次の関係が成り立つ。
Ｐa4＝Ｐac                                                            （２）式従って、単相２００Ｖ負荷１７に供給できる最大電力は、受電容量Ｐｒに等しくなる。この給電モードは、主として昼間時間帯において蓄電池２が完全放電してしまった場合に採用する運転モードである。夜間料金時間帯においても蓄電池２が完全放電状態となった状態でなお受電容量Ｐｒに近い電力が単相２００Ｖ負荷１７に要求される場合には、この運転モードにする必要がある。
【００５５】
図６は、運転モードとして給充放電モードが指定された場合における電力変換装置１内の電力の流れを模式的に示したものである。この給充放電モードは、商用単相１００Ｖ電源１６と蓄電池２の双方の電力を利用して外部の単相２００負荷１７に単相２００Ｖ（Ｖout1）を供給する運転モードである。
この場合、制御回路８は、順逆変換器５には昇圧を伴う順変換動作をさせ、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３には昇圧動作によりコンデンサ回路１８を充電させ、逆変換器４には逆変換動作をさせる。この逆変換動作については前記給充電モードの場合と同じく、逆変換器４によりノード１４と中性相１０の間に生成される単相１００Ｖ（Ｖc3）の位相が商用の単相１００Ｖ（Ｖac）の位相に一致するように制御する。これにより外部の単相２００Ｖ負荷１７には、単相２００Ｖ（Ｖout1）が供給される。
【００５６】
商用単相１００電源１６から供給される電力Ｐacは、順逆変換器５に供給される電力Ｐa1と単相２００Ｖ負荷１７に直接供給される電力Ｐa2とに別れて流れる。コンデンサ回路１８には、順逆変換器５の出力電力Ｐd1と、蓄電池２の放電電力Ｐd5を昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３にて昇圧した電力Ｐd6とが供給される。逆変換器４はコンデンサ回路１８より電力Ｐd2の供給を受けてこれを交流に変換し、単相２００負荷１７に電力Ｐa3を供給する。単相２００Ｖ負荷１７には商用単相１００Ｖ電源１６からの電力Ｐa2と、逆変換器４からの電力Ｐa3を加算した電力Ｐa4が供給される。
【００５７】
この場合、逆変換器４と商用単相１００Ｖ電源１６とは直列につながっており、単相２００Ｖ負荷１７を流れる負荷電流Ｉ2lはそれらを共通に流れるため、逆変換器４が供給する電力Ｐa3と、商用単相１００Ｖ電源１６が単相２００Ｖ負荷１７に直接に供給する電力Ｐa2とは等しくなっている。
各変換に伴う電力損失を無視すると次の関係が成り立つ。
Ｐa4＝Ｐac＋Ｐd5                                                    （３）式
但し、上述したように電力Ｐa3と電力Ｐa2とは等しくなければならないので、商用単相１００Ｖ電源１６から供給される電力Ｐacは、蓄電池２の放電電力Ｐd5より大きくなければならない。通常は、商用単相１００Ｖ電源１６の受電容量Ｐｒの方が蓄電池２の最大放電電力Ｐd5maxより大きくしてあるので、この条件は満足されている。
【００５８】
この給充放電モードでは、夜間と昼間とで電力料金単価が異なるために運転方法を変える必要がある。昼間は電力料金単価が高いためできる限り蓄電池２の電力を多く使用し、商用単相１００Ｖ電源１６の電力使用量を減らす運転を行なう必要がある。
そのためには、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３により昇圧されるコンデンサ回路１８の目標充電電圧の値を、順逆変換器５による昇圧目標充電電圧の値よりも高く設定して制御すればよい。このようにすれば、蓄電池２の電力が優先使用される。但し、蓄電池２からの放電電力Ｐd5の値を監視し、その値が放電電力の最大値Ｐd5maxを超えないように制御する必要がある。
【００５９】
別の方法として、単相２００Ｖ負荷１７が必要とする電力Ｐa4の値が蓄電池２の最大放電電力Ｐd5maxの２倍以下の場合には順逆変換器５の動作を停止させておき、２倍を超える段階から順逆変換器５の順変換動作を開始するようにしてもよい。
夜間は上記とは反対に、商用単相１００Ｖ電源１６の電力を多く使用し、蓄電池２の放電電力Ｐd5は少なく抑える運転を行なう必要がある。そのためには昼間とは反対に、順逆変換器５により昇圧されるコンデンサ回路１８の目標充電電圧の値を、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３による昇圧目標充電電圧の値よりも高く設定して制御すればよい。このようにすれば、商用単相１００Ｖ電源１６の電力が優先使用される。但し、この場合も商用単相１００Ｖ電源１６からの供給電力Ｐacの値を監視し、その値が受電容量Ｐｒを超えないように順逆変換器５を制御する必要がある。
【００６０】
別の方法として、単相２００Ｖ負荷１７が必要とする電力Ｐa4の値が商用単相１００Ｖ電源１６の受電容量Ｐｒ以下の場合には昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３は運転停止としておき、Ｐｒを超える段階から昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３の昇圧動作を開始するようにしてもよい。
この給充放電モードにより単相２００Ｖ負荷１７に供給できる最大電力は、受電容量Ｐｒに、蓄電池２の放電電力の最大値Ｐd5maxを加えた値となる。
【００６１】
図７は、運転モードとして給放電モードが指定された場合における電力変換装置１内の電力の流れを模式的に示したものである。この給放電モードは、前述した図６に示した給充放電モードにおける順逆変換器５の動作を停止させたものである。
単相２００Ｖ負荷１７には、商用単相１００Ｖ電源１６と蓄電池２とより電力が供給される。各変換に伴う電力損失を無視すると次の関係が成り立つ。
Ｐa4＝Ｐac＋Ｐd5                                                    （４）式
但し、商用単相１００Ｖ電源１６と逆変換器４とは直列接続されているため、商用単相１００Ｖ電源１６から供給される電力Ｐacと、蓄電池２から供給される電力Ｐd5とは等しくなければならない。従って、
Ｐa4＝２・Ｐac＝２・Ｐd5                                            （５）式
の関係にある。商用単相１００Ｖ電源１６の受電容量Ｐｒは、蓄電池２の最大放電電力Ｐd5maxより通常は大きいので、この給放電モードにより単相２００Ｖ負荷１７に供給できる最大電力は、蓄電池２の最大放電電力Ｐd5maxの２倍に制限される。
【００６２】
昼間時間帯において単相２００Ｖ負荷１７が必要とする電力Ｐa4の値が、蓄電池２の最大放電電力Ｐd5maxの２倍以下である場合にはこの給放電モードが適している。必要とする電力Ｐa4の値が最大放電電力Ｐd5maxの２倍を超える場合には、前述した図６の給充放電モードの運転に切り換える必要がある。但し、必要とする電力Ｐa4の値が蓄電池２の最大放電電力Ｐd5maxの２倍以下である場合であっても、前述した給充放電モードで前述したような蓄電池２の電力を優先利用する運転を行なえば、この給放電モードと同じ動作となる。
【００６３】
図８は、運転モードとして停電モードが指定された場合における電力変換装置１内の電力の流れを模式的に示したものである。この停電モードは、商用単相１００Ｖ電源１６からの電力供給が停電等で停止した場合に、単相２００Ｖ負荷１７になお単相２００Ｖ（Ｖout1）の供給を継続したい場合に実施する運転モードである。
この場合、制御回路８は、昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器３には昇圧によるコンデンサ回路１８の充電動作をさせ、逆変換器４には逆変換動作により単相１００Ｖを生成させ、順逆変換器５にも逆変換動作により単相１００Ｖを生成させる。商用単相１００Ｖ電源１６の配線は外しておく必要がある。
【００６４】
そして、逆変換器４が第１のフィルタ回路６の出力側に生成する単相１００Ｖ（Ｖc3）の位相と、順逆変換器５が第２のフィルタ回路７の出力側に生成する単相１００Ｖ（Ｖc4）の位相とが一致するように制御する。これにより、単相２００Ｖ負荷１７には、２つの単相１００Ｖが加算された単相２００Ｖ（Ｖout1）が供給される。
各変換に伴う電力損失を無視すると次の関係が成り立つ。
Ｐa4＝Ｐd5                                                          （６）式
従って、単相２００Ｖ負荷１７に供給される最大電力は、蓄電池２の最大放電電力Ｐd5maxに等しくなる。
【００６５】
今まで説明してきた運転モードは単独の運転モードであったが、本実施形態の電力変換装置１ではこの他に昼間自動給電モード、夜間自動給電モード、完全自動給電モードの３種類の自動運転モードを備える。以下、この３種の自動給電モードについて説明する。
【００６６】
昼間自動給電モードは、電力料金単価の高い昼間に単相２００Ｖ負荷１７に自動給電を行なうのに適した運転モードである。この運転モードでは、電力料金単価の安い夜間電力を使用して充電した蓄電池２の電力を有効に使用し、電力料金単価の高い商用単相１００Ｖ電源１６の電力の使用はできる限り少なく抑える運転を行なう。
この運転モードが選択された場合には、制御回路８は最初に蓄電池２が完全放電状態にあるか否かをチェックする。完全放電状態か否かはその充電電圧Ｖｂの値で判断できる。完全放電状態でなかった場合には、前記図６の給充放電モードの動作を行なわせる。この給充放電モードの動作では、蓄電池２の放電電力Ｐd5と商用単相１００Ｖ電源１６からの電力Ｐacの双方により単相２００Ｖ負荷１７に給電が行なわれる。
【００６７】
この場合、商用単相１００Ｖ電源１６の電力使用を少なく抑えるために前述の給充放電モードの説明の中で述べた運転方法により、蓄電池２の放電電力Ｐd5が順逆変換器５からの電力Ｐd1よりも優先して使用されるような運転を行なわせる。そのような運転を行なわせると、単相２００Ｖ負荷１７が必要とする電力が蓄電池２の最大放電電力Ｐd5maxの２倍に到達するまでは、蓄電池２と商用単相１００Ｖ電源１６により必要電力の１／２ずつが分担して供給される。
【００６８】
単相２００Ｖ負荷１７が必要とする電力が蓄電池２の最大放電電力Ｐd5maxの２倍を超えると、蓄電池２からは最大放電電力Ｐd5maxが供給され、残り電力は商用単相１００Ｖ電源１６から供給されるようになる。この場合に単相２００Ｖ負荷１７に供給可能な最大電力は、蓄電池２の最大放電電力Ｐd5maxに商用単相１００Ｖ電源１６の受電容量Ｐｒを加えた値となる。
【００６９】
蓄電池２が完全放電状態であった場合、あるいは上記給充放電モードの動作途中に完全放電状態となった場合には、制御回路８は前記図５の給電モードの動作に切り換える。この給電モードの動作では単相２００Ｖ負荷１７が必要とする電力は全て商用単相１００Ｖ電源１６から供給される。従って、供給可能な最大電力は受電容量Ｐｒに等しい。
このような昼間自動給電モードによれば、商用の単相２００Ｖ電源を準備することなく商用単相１００Ｖ電源１６でもって単相２００Ｖ負荷１７に単相２００Ｖ（Ｖout1）を自動供給することができる。しかも、その際に電力料金単価の安い夜間電力で充電した蓄電池２の電力を優先使用できるため、昼間電力の使用を抑えて電力料金を低減することができる。
【００７０】
夜間自動給電モードは、電力料金単価の安い夜間に適した運転モードである。この運転モードでは、単相２００Ｖ負荷１７には商用単相１００Ｖ電源１６からの電力Ｐacを優先使用して電力供給すると同時に蓄電池２の充電も行なう。
この運転モードが選択された場合には、制御回路８は単相２００Ｖ負荷１７が必要とする電力Ｐa4の値に合わせて運転モードを切り換える。単相２００Ｖ負荷１７が必要とする電力Ｐa4が商用単相１００Ｖ電源１６の受電容量Ｐｒ以下である場合には、前記図４の給充電モードの動作を行なわせる。単相２００Ｖ負荷１７の必要とする電力Ｐa4は全て商用単相１００Ｖ電源１６より供給されると同時に、余った電力でもって蓄電池２の充電が並行して行なわれる。この場合に単相２００Ｖ負荷１７に供給できる最大電力は商用単相１００Ｖ電源１６の受電容量Ｐｒとなる。
【００７１】
単相２００Ｖ負荷１７が必要とする電力Ｐa4が前記商用単相１００Ｖ電源１６の受電容量Ｐｒ以上であり且つ蓄電池２が完全放電状態でない場合には、前記図６の給充放電モードの動作を行なわせる。単相２００Ｖ負荷１７には、商用単相１００Ｖ電源１６と蓄電池２の双方から電力が供給される。供給できる最大電力は、蓄電池２の最大放電電力Ｐd5maxに商用単相１００Ｖ電源１６の受電容量Ｐｒを加えた値となる。
【００７２】
この場合、蓄電池２の放電電力Ｐd5を少なく抑えるために前述の給充放電モードの説明の中で述べた運転方法により、順逆変換器５からの電力Ｐd1が蓄電池２の放電電力Ｐd5よりも優先して利用されるように運転を行なわせる。そのような運転を行なわせることにより蓄電池２の放電を少なく抑えることができる。
この場合も昼間自動給電モードと同様に蓄電池２が完全放電状態であった場合、あるいは上記給充放電モードの動作途中に完全放電状態となった場合には、制御回路８は運転モードを前記図５の給電モードの動作に切り換える。この運転モードでは単相２００Ｖ負荷１７が必要とする電力は全て商用単相１００Ｖ電源１６から供給されるため、供給可能な最大電力は受電容量Ｐｒとなる。
【００７３】
完全自動給電モードは、昼夜に無関係に完全自動で単相２００Ｖ負荷１７に給電を行なうと共に蓄電池２の充電も行なう運転モードである。この運転モードの場合には制御回路８内にカレンダタイマ２３を設け、前記昼間自動給電モードで運転すべき時間帯と前記夜間自動給電モードで運転すべき時間帯とを予め設定しておく。制御回路８はその設定に従い昼間自動給電モードで運転すべき時間帯においては前記昼間自動給電モードでの動作を行なわせ、夜間自動給電モードで運転すべき時間帯においては前記夜間自動給電モードで動作を行なわせる。
【００７４】
このように運転することにより、昼間時間帯においては商用単相１００Ｖ電源１６の電力Ｐacの使用を抑えることができ、夜間時間帯においては安い電力を使用して蓄電池２の充電を行なわせることができる。これにより全体としての電力料金を低減することが可能になる。
【００７５】
なお、上記昼間自動給電モード、夜間自動給電モード、完全自動給電モードで運転中に、商用単相１００Ｖ電源１６の供給が停電等で停止した場合には、前記図８の停電モードの動作を行なわせて単相２００Ｖ負荷１７に給電を継続することが好ましい。但し、この停電モードの動作を行なわせるには商用単相１００Ｖ電源１６との接続を断つ必要がある。従って、給電中に停電等で給電が停止した場合に自動的にこの停電モードの動作を行なわせるには、図２に示すようにノード１５と商用単相１００Ｖ電源１６との配線途中にスイッチＳＷ１を設ける。
【００７６】
このスイッチＳＷ１は制御回路８により入／切を制御できるようにしておき、商用単相１００Ｖ電源１６の単相１００Ｖ（Ｖac）が正常に供給されている状態では入状態にしておく。そして、単相１００Ｖ（Ｖac）の供給が停止した場合には、切状態として上記停電モードの動作を行なわせるようにする。このように制御すれば、停電となった場合においても蓄電池２に充電電力が残っている限り、単相２００Ｖ負荷１７に給電を継続することができる。
なお、この停電モードでの動作途中に商用単相１００Ｖ電源１６の給電が再開された場合には、スイッチＳＷ１を入状態に戻して単相１００Ｖ（Ｖac）の供給が停止する前の運転モードに戻すようにしておくとよい。
【００７７】
更に、図２中に示したように、第２のフィルタ回路７の出力側であるノード１５と中性相１０との間から、外部の単相１００Ｖ負荷１９に単相１００Ｖ（Ｖout2）を供給できるように配線を追加しておくとよい。このような配線を追加しておけば、商用単相１００Ｖ電源１６の電力供給が停止した場合にも、前述した停電モードの動作によりその単相１００Ｖ負荷１９に電力供給を継続することが可能となる。但し、前述した何れの動作モードの場合にも、単相２００Ｖ負荷１７に加えて単相１００Ｖ負荷１９にも電力が供給されるために、単相２００Ｖ負荷に供給できる電力はその分だけ減少することになる。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】本発明に係る電力変換装置の回路構成図である。
【図２】本発明に係る電力変換装置の他の回路構成図である。
【図３】充電モードにおける電力の流れを示す図である。
【図４】給充電モードにおける電力の流れを示す図である。
【図５】給電モードにおける電力の流れを示す図である。
【図６】給充放電モードにおける電力の流れを示す図である。
【図７】給放電モードにおける電力の流れを示す図である。
【図８】停電モードにおける電力の流れを示す図である。
【符号の説明】
【００７９】
図面中、１は電力変換装置、２は蓄電池、３は昇降圧ＤＣ／ＤＣ変換器、４は逆変換器、５は順逆変換器、６は第１のフィルタ回路、７は第２のフィルタ回路、８は制御回路、９は正相、１０は中性相、１１は負相、１２、１３、１４、１５は相互接続点（ノード）、１６は商用単相１００Ｖ電源、１７は単相２００Ｖ負荷、１８はコンデンサ回路、１９は単相１００Ｖ負荷、２０〜２２はゲート駆動回路、２３はカレンダタイマ、Ｄ１〜Ｄ６はダイオード、Ｃ１は第１のコンデンサ、Ｃ２は第２のコンデンサ、Ｌ１はリアクトル、Ｑ１、Ｑ２はスイッチング素子、Ｑ３は第１のスイッチング素子、Ｑ４は第２のスイッチング素子、Ｑ５は第３のスイッチング素子、Ｑ６は第４のスイッチング素子、ＳＷ１はスイッチを示す。
【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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【図８】
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