JPH07106065B2 - Inverter device - Google Patents
Inverter deviceInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、太陽電池等の高内部インピーダンスを有す
る直流電源の直流出力を交流出力に変換するインバータ
装置の改良に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to an improvement of an inverter device for converting a DC output of a DC power source having a high internal impedance such as a solar cell into an AC output.
（従来の技術） 近年、自然エネルギー利用の一環として、太陽電池の開
発が進められているが、太陽電池はそのエネルギーが無
尽蔵である反面、その出力が直流出力であり、かつ、天
候に左右され易いという問題点がある。このため、家庭
用電灯等の交流負荷の電源としてその太陽電池を使用す
るに際しては、太陽電池の直流出力を交流出力に変換す
ると共に、その出力の安定化を図ることが要請される。
そこで、現実的かつ効果的手段として、直流出力を交流
出力に変換するインバータ装置を介して太陽電池を交流
系統に組み合わせ、その太陽電池を補完用電池として用
い電流電源としての太陽電池からの電力供給の安定化を
図るようにしている。(Prior Art) In recent years, solar cells have been developed as part of the use of natural energy. However, while the energy of solar cells is inexhaustible, their output is DC output and is dependent on the weather. There is a problem that it is easy. Therefore, when the solar cell is used as a power source for an AC load such as a home electric lamp, it is required to convert the DC output of the solar cell into an AC output and stabilize the output.
Therefore, as a practical and effective means, a solar cell is combined with an AC system through an inverter device that converts a DC output into an AC output, and the solar cell is used as a supplementary battery to supply power from the solar cell as a current source. I try to stabilize the.
（発明が解決しようとする問題点） ところで、そのインバータ装置を太陽電池等の直流電源
と組み合わせて家庭等に手軽に設置できるようにするた
めには、そのインバータ装置が、数KW程度の小容量のも
のでかつその回路構成が簡単でしかも安価であることが
望ましい。(Problems to be solved by the invention) By the way, in order to combine the inverter device with a DC power source such as a solar cell so that it can be easily installed at home, the inverter device has a small capacity of about several KW. It is desirable that the circuit configuration is simple and the cost is low.
ところが、従来のインバータ装置には、その直流出力を
交流出力に変換する直交変換部のスイッチング素子とし
て、自己消弧能力を有していないサイリスタ素子が専用
されていて、転流回路等を付随して設けなければなら
ず、かつ、そのインバータ装置を交流系統に連系して運
転するに際し、その直交変換器から出力される交流出力
電圧は、その大きさと位相とが交流系統の交流電圧の大
きさと位相とに合致していなければならないという固定
観念があり、その回路構成が複雑でかつ高価なものとな
っており、安価かつ簡単な回路構成のインバータ装置の
開発が望まれている。However, in the conventional inverter device, a thyristor element that does not have a self-extinguishing capability is dedicated as a switching element of the orthogonal conversion unit that converts the DC output into an AC output, and a commutation circuit or the like is attached. The AC output voltage output from the quadrature converter when the inverter device is connected to the AC system and is operated is the magnitude and phase of the AC voltage of the AC system. And the phase must be matched, the circuit configuration is complicated and expensive, and the development of an inverter device having an inexpensive and simple circuit configuration is desired.
（発明の目的） この発明は、上記の事情に鑑みて為されたもので、その
目的とするところは、回路構成が簡単でかつ安価に製作
することのできるインバータ装置を提供することにあ
る。(Object of the Invention) The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an inverter device that has a simple circuit configuration and can be manufactured at low cost.
（問題点を解決するための手段） この発明は、第３図に示すように短絡電流IS近くなると
その直流出力電圧Ｖが急激に低下するという電圧・電流
特性、すなわち換言すれば高内部インピーダンス特性を
有する太陽電池のような直流電源を、その直流出力を交
流出力に変換するインバータ装置に接続し、そのインバ
ータ装置を直流電源に較べて相対的に内部インピーダン
スが低くてつ十分大きな交流系統に連系して運転させる
場合には、その直交変換器の交流出力電圧の大きさがそ
の直流電源の有する上記の特性から交流系統の確立した
交流電圧の大きさで決まってしまうことに着目して為さ
れたもので、その特徴はその交流系統との連系運転に際
し、その直交変換器の交流出力電圧の大きさは無制御と
しつつ、交流系統の交流電圧が一定の正電圧以上のとき
に、直交変換器の出力電圧を正電圧として出力し、交流
系統の交流電圧が一定の負電圧以下のときに、直交変換
器の出力電圧を負電圧として出力する構成としたところ
にある。(Means for Solving the Problems) The present invention has a voltage-current characteristic in which the DC output voltage V sharply decreases when the short-circuit current I S approaches as shown in FIG. 3, that is, in other words, high internal impedance. A direct current power supply such as a solar cell with characteristics is connected to an inverter device that converts its direct current output to alternating current output, and the inverter device becomes a sufficiently large alternating current system with a relatively low internal impedance compared to the direct current power supply. When operating in an interconnected manner, pay attention that the magnitude of the AC output voltage of the orthogonal converter is determined by the magnitude of the AC voltage established by the AC system from the above characteristics of the DC power supply. The feature is that during the interconnection operation with the AC system, the AC output voltage of the quadrature converter is not controlled, and the AC voltage of the AC system is constant. When the voltage is higher than the voltage, the output voltage of the quadrature converter is output as a positive voltage, and when the AC voltage of the AC system is a certain negative voltage or less, the output voltage of the quadrature converter is output as a negative voltage. It is in.
（作用） この発明に係るインバータ装置によれば、交流系統の交
流電圧の電圧変化に基づいてその直交変換器が制御さ
れ、位相制御のみによって直交変換器から交流電力が取
り出されることになる。また、そのための位相制御手段
が、交流系統の交流電圧が一定の正電圧以上のときに、
前記直交変換器の出力電圧を正電圧とし出力し、前記交
流系統の交流電圧が一定の負電圧以下のときに、前記直
交変換器負電圧として出力するという簡単な構成である
ため、その回路を安価に製作することができる。(Operation) According to the inverter device of the present invention, the quadrature converter is controlled based on the voltage change of the AC voltage of the AC system, and the AC power is extracted from the quadrature converter only by the phase control. Further, the phase control means for that, when the AC voltage of the AC system is a certain positive voltage or more,
The output voltage of the quadrature converter is output as a positive voltage, and when the AC voltage of the AC system is a certain negative voltage or less, it is output as the quadrature converter negative voltage. It can be manufactured at low cost.
（実施例） 以下に、本発明に係るインバータ装置の実施例を図面を
参照しつつ説明する。(Example) Below, the Example of the inverter apparatus which concerns on this invention is described, referring drawings.
第１図において、１は商用交流系統であり、２はインバ
ータ装置である。商用交流系統１は、ここでは、単相10
0ボルト、60Hzであるとして以下の説明を行なうことに
する。インバータ装置２は、直流出力を交流出力に変換
する直交変換器３と、その直交変換器３を制御する位相
制御手段としてのベース駆動回路４とを有している。In FIG. 1, 1 is a commercial AC system, and 2 is an inverter device. The commercial AC system 1 is a single phase 10 here.
The following description will be given assuming that the voltage is 0 volt and 60 Hz. The inverter device 2 has a quadrature converter 3 for converting a DC output into an AC output, and a base drive circuit 4 as a phase control means for controlling the quadrature converter 3.
その直交変換器３の交流出力側3aは遮断器５を介して商
用交流系統１に接続されており、その直流入力側3bは高
内部インピーダンスを有する直流電源としての太陽電池
６に接続され、その直交変換器３と太陽電池６とからな
る直列回路７の途中には、逆流防止用ダイオード８が設
けられている。その太陽電池６は、第３図に示すような
電圧・電流特性を有しており、ここでは、その無負荷開
放電圧は商用交流系統１の確立した交流電圧の最大電
圧の絶対値141ボルトよりも若干大きいものとする。The AC output side 3a of the orthogonal converter 3 is connected to the commercial AC system 1 via a circuit breaker 5, and the DC input side 3b is connected to a solar cell 6 as a DC power source having a high internal impedance. A backflow prevention diode 8 is provided in the middle of a series circuit 7 including the orthogonal converter 3 and the solar cell 6. The solar cell 6 has the voltage-current characteristics as shown in FIG. 3, and here, the no-load open-circuit voltage is from the absolute value of the maximum AC voltage established by the commercial AC system 1 of 141 V. Is also slightly larger.
直交変換器３は、ここでは、４個の半導体スイッチング
素子９〜12と、その各半導体スイッチング素子９〜12に
それぞれ並列に接続された４個の帰還ダイオード13〜16
とを有し、半導体モジュールとして一体的に構成されて
いる。なお、ここでは、その４個の半導体スイッチング
素子９〜12としては、自己消弧能力を有するパワートラ
ンジスタが用いられている。The quadrature converter 3 includes four semiconductor switching elements 9 to 12 and four feedback diodes 13 to 16 connected in parallel to the semiconductor switching elements 9 to 12, respectively.
And is integrally configured as a semiconductor module. Here, as the four semiconductor switching elements 9 to 12, power transistors having a self-extinguishing capability are used.
ベーク駆動回路４は、商用交流系統１に接続されて、そ
の商用交流系統１の確立した交流電圧の大きさ（振幅の
絶対値）の変化に基づいて、半導体スイッチング素子９
〜12をオン・オフさせる機能を有し、第２図（ａ）に示
すように、商用交流系統１の確立した交流電圧の正の半
周期Ｔの間にその交流電圧の大きさが正の閾値Ｈを越え
ると、第２図（ｂ）に示すように半導体スイッチング素
子９、12が同時にオンされ、交流電圧の負の半周期Ｔ′
の間にその交流電圧の大きさが負の閾値Ｈ′を越える
と、第２図（ｃ）に示すように半導体スイッチング素子
10、11が同時にオンされるものであり、遮断器５が開成
状態の無負荷時には、直交変換器３に生じる交流出力電
圧は第２図（ｄ）に示すような矩形波となり、その交流
出力電圧の絶対値は、第３図に示す無負荷開放電圧に
相当するレベルとなる。The bake drive circuit 4 is connected to the commercial AC system 1, and based on a change in the magnitude of the AC voltage (absolute value of amplitude) established by the commercial AC system 1, the semiconductor switching element 9 is connected.
As shown in FIG. 2 (a), it has a function of turning on and off, and the magnitude of the AC voltage is positive during the positive half cycle T of the AC voltage established by the commercial AC system 1. When the threshold value H is exceeded, the semiconductor switching elements 9 and 12 are simultaneously turned on as shown in FIG. 2 (b), and the negative half cycle T'of the AC voltage is generated.
When the magnitude of the AC voltage exceeds the negative threshold value H'during the period, the semiconductor switching element is turned on as shown in FIG.
When the circuit breaker 5 is open and there is no load, the AC output voltage generated in the orthogonal converter 3 becomes a rectangular wave as shown in FIG. The absolute value of the voltage has a level corresponding to the no-load open circuit voltage shown in FIG.
また、遮断器５が閉成状態の負荷時には、半導体スイッ
チング素子９、12が同時にオンされると、第１図に矢印
Ｘで示すような電流が負荷17に向かって流れ、半導体ス
イッチング素子10、11が同時にオンされると、第１図に
矢印Ｙで示すような電流が負荷に向かって流れて、結果
として、直交変換器３から出力される電流が交流出力電
流となる。この直交変換器３から出力される交流出力電
流は、太陽電池６がインピーダンスを有していて、直交
変換器３の交流出力電圧の大きさが電圧制御を行なわな
くとも商用交流系統１の確立した交流電圧の大きさに追
従するから、直交変換器３から出力される交流出力電流
は、第３図に示すような電圧・電流特性に基づいて、第
２図（ｅ）に示すようなほぼ矩形波となる。この第２図
（ｅ）において、符号Ｉはその直交変換器３の交流出力
側3aに閾値Ｈ、Ｈ′に相当する交流電圧が生じている
ときに、直交変換器３から出力される電流であり、符号
I1は直交変換器３の交流出力側3aに最大電圧としての
141ボルトの交流電圧が生じているときに、直交変換器
３から出力される電流であり、商用交流系統１の交流電
圧の電圧変化に基づいて、直交変換器３の交流出力電流
はＩ〜I1の範囲で変化するものである。Further, when the semiconductor switching elements 9 and 12 are turned on at the same time when the circuit breaker 5 is in a closed load, a current as indicated by an arrow X in FIG. 1 flows toward the load 17 and the semiconductor switching element 10 and When 11 are turned on at the same time, a current as indicated by an arrow Y in FIG. 1 flows toward the load, and as a result, the current output from the orthogonal converter 3 becomes an AC output current. The AC output current output from the orthogonal converter 3 is established in the commercial AC system 1 even if the solar cell 6 has impedance and the magnitude of the AC output voltage of the orthogonal converter 3 does not control the voltage. Since it follows the magnitude of the AC voltage, the AC output current output from the quadrature converter 3 is substantially rectangular as shown in FIG. 2 (e) based on the voltage-current characteristics shown in FIG. Become a wave. In FIG. 2 (e), reference numeral I is a current output from the orthogonal converter 3 when an AC voltage corresponding to the thresholds H and H'is generated on the AC output side 3a of the orthogonal converter 3. Yes, sign
I 1 is the maximum voltage on the AC output side 3a of the orthogonal transformer 3
This is a current output from the orthogonal converter 3 when an AC voltage of 141 V is generated, and the AC output current of the orthogonal converter 3 is I to I based on the voltage change of the AC voltage of the commercial AC system 1. It changes in the range of 1 .
したがって、直交変換器３から出力される交流電力の波
形は、商用交流系統１の交流電圧と直交変換器３の交流
出力電流の積として、第２図（ｆ）に示すような形状と
なり、高内部インピーダンスを有する直流電源の場合、
インバータ装置２の位相制御のみを行なってその直流出
力を交流出力に変換して交流電力を取り出したとして
も、位相制御とパルス幅変調等の電圧絶対値制御との双
方を行なって取り出した交流電力と較べて大差がないも
のとなる。なお、第３図において、符号は太陽電池６
から最大出力を取り出すことができる最適動作電圧であ
る。Therefore, the waveform of the AC power output from the quadrature converter 3 is a product of the AC voltage of the commercial AC system 1 and the AC output current of the quadrature converter 3 and has a shape as shown in FIG. For a DC power supply with internal impedance,
Even if only the phase control of the inverter device 2 is performed and its DC output is converted into an AC output to extract AC power, the AC power extracted by performing both phase control and voltage absolute value control such as pulse width modulation. There is not much difference compared with. In FIG. 3, the reference numeral is the solar cell 6.
Is the optimum operating voltage at which the maximum output can be obtained.
以上、実施例について説明したが、本発明に係るインバ
ータ装置は、商用交流系統との連系運転に限るものでは
なく、ディーゼル発電に基づく交流系統との連系運転に
も用いることができるものである。Although the embodiments have been described above, the inverter device according to the present invention is not limited to the interconnection operation with the commercial AC system, but can be used for the interconnection operation with the AC system based on diesel power generation. is there.
（発明の効果） この発明は、以上説明したように、短絡電流近くになる
とその直流出力電圧が急激に低下するという電圧・電流
特性、すなわち換言すれば高内部インピーダンス特性を
有する太陽電池のような直流電源を、その直流出力を交
流出力に変換するインバータ装置に接続し、そのインバ
ータ装置を直流電流に較べて相対的に内部インピーダン
スが低くてかつ十分大きな交流系統に連系して運転させ
る場合には、その直交変換器の交流出力電圧の大きさが
直流電源の上記特性で決まってしまうことに着目し、そ
の交流系統との連係運転に際し、その直交変換器の交流
出力電圧の大きさは無制御としつつ、位相制御を、交流
系統の交流電圧が一定の正電圧以上のときに、直交変換
器の出力電圧を正電圧として出力し、交流系統の交流電
圧が一定の負電圧以下のときに、直交変換器の出力電圧
を負電圧として出力する構成としたから、インバータ装
置の回路構成の簡単化を図ることができると共に、その
インバータ装置を安価に製作できるという効果を奏す
る。(Effects of the Invention) As described above, the present invention is applicable to a solar cell having a voltage-current characteristic in which the DC output voltage sharply decreases when the short-circuit current approaches, that is, a solar cell having a high internal impedance characteristic. When connecting a DC power supply to an inverter device that converts its DC output to AC output, and operating the inverter device by connecting it to an AC system that has a relatively low internal impedance and is sufficiently large compared to DC current. Paying attention to the fact that the AC output voltage of the quadrature converter is determined by the above characteristics of the DC power supply, and the magnitude of the AC output voltage of the quadrature converter does not exist during the linked operation with the AC system. While controlling, the phase control outputs the output voltage of the quadrature converter as a positive voltage when the AC voltage of the AC system is a certain positive voltage or more, and outputs the AC voltage of the AC system. Is a constant negative voltage or less, the output voltage of the orthogonal converter is output as a negative voltage. Therefore, the circuit configuration of the inverter device can be simplified and the inverter device can be manufactured at low cost. Has the effect.
第１図は本発明に係るインバータ装置と商用交流系統と
の接続状態を示す回路図、第２図はそのインバータ装置
の作用を説明するためのタイミングチャート、第３図は
そのインバータ装置に接続される直流電源としての太陽
電池の電圧・電流特性を示す図である。 １……商用交流系統 ２……インバータ装置 ３……直交変換器 ４……ベース駆動回路（位相制御手段） ６……太陽電池FIG. 1 is a circuit diagram showing a connection state between an inverter device according to the present invention and a commercial AC system, FIG. 2 is a timing chart for explaining the operation of the inverter device, and FIG. 3 is connected to the inverter device. It is a figure which shows the voltage-current characteristic of the solar cell as a direct current power supply. 1 ... Commercial AC system 2 ... Inverter device 3 ... Quadrature converter 4 ... Base drive circuit (phase control means) 6 ... Solar cell
Claims (1)
直流出力を交流出力に変換する直交変換器を備え、交流
系統と連系して運転されるインバータ装置において、 前記交流系統と連係運転に際し、前記直交変換器の交流
出力電圧の大きさは無制御としつつ、前記交流系統の交
流電圧が一定の正電圧以上のとき、前記直交変換器の出
力電圧を正電圧として出力し、前記交流系統の交流電圧
が一定の負電圧以下のときに、前記直交変換器の出力電
圧を負電圧として出力する、位相制御手段が設けられて
いることを特徴とするインバータ装置。1. An inverter device comprising a quadrature converter for converting a direct current output of a direct current power source having a high internal impedance into an alternating current output, which is operated in cooperation with an alternating current system. While the magnitude of the AC output voltage of the quadrature converter is uncontrolled, when the AC voltage of the AC system is a certain positive voltage or more, the output voltage of the quadrature converter is output as a positive voltage, the AC of the AC system. An inverter device comprising phase control means for outputting the output voltage of the quadrature converter as a negative voltage when the voltage is equal to or lower than a certain negative voltage.
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| JP61271572A JPH07106065B2 (en) | 1986-11-14 | 1986-11-14 | Inverter device |
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| JPS63124771A JPS63124771A (en) | 1988-05-28 |
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Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
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1986
- 1986-11-14 JP JP61271572A patent/JPH07106065B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
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| JPS63124771A (en) | 1988-05-28 |
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