JP2009017702A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】汎用性の高い部品を使用して、単相３線式配電線路を電気的に切り離すことができる電力変換装置を提供する。
【解決手段】電力変換装置４１と単相３線式配電線路２７の電源線Ｌ１、Ｌ２との間を電源スイッチ４２の２つの接点４２ａ、４２ｂにより接続し、中性線Ｎとの間をリレー４３の常開形の接点４３ａにより接続する。そして、電源スイッチ４２がオンされるとリレー４３の励磁コイル４３ｂに通電が行われるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は直流電源より供給される電力を変換して生成した交流電力を、単相３線式配電線路に供給するための電力変換装置に関する。

電力変換装置においては、燃料電池や太陽電池などからなる直流電源から供給される直流電力をインバータ回路により交流電力に変換して商用配電系統に出力する、といった構成のものがある（例えば、特許文献１、２参照）。

図５は、この種の電力変換装置の一構成例を示している。直流電源１の両端子には、４つのスイッチング素子２〜５（例えばＮチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴ）をブリッジ接続して構成された単相インバータ回路６の直流入力端子が接続されており、単相インバータ回路６の交流出力端子には、高周波トランス７の一次側巻線７ａが接続されている。高周波トランス７の二次側巻線７ｂには、４つのダイオード８〜１１をブリッジ状に接続して構成される整流回路１２の交流入力端子が接続されており、その整流回路１２の直流出力端子には、平滑作用をなすリアクトル１３およびコンデンサ１４の直列回路が接続されている。

以上の構成において、直流電源１を除いたものが絶縁型のＤＣ／ＤＣ変換器１５を構成している。このＤＣ／ＤＣ変換器１５は、制御回路１６により制御される。すなわち、制御回路１６は、コンデンサ１４の端子電圧である直流出力電圧ＶＤＣを電圧検出回路（図示せず）を介して検出し、その値が所定の電圧値になるようにインバータ回路６のスイッチングを制御するようになっている。

コンデンサ１４の両端子には、インバータ回路６と同様に、４つのスイッチング素子１７〜２０で構成されるインバータ主回路２１の直流入力端子が接続されており、インバータ主回路２１の交流出力端子は、フィルタを構成するリアクトル２２、２３を介して３つの接点を有する電源スイッチ２４の２つの接点２４ａ、２４ｂの一方の端子に接続されている。リアクトル２２、２３の間にはコンデンサ２５が接続されており、これらインバータ主回路２１、リアクトル２２、２３およびコンデンサ２５により単相インバータ回路２６が構成されている。電源スイッチ２４の接点２４ａ、２４ｂの他方の端子は、単相３線式配電線路２７の電源線Ｌ１、Ｌ２に接続されている。

インバータ回路２６は、ＤＣ／ＤＣ変換器１５より与えられる直流出力電圧ＶＤＣに基づいて、配電線路２７の２００Ｖ（Ｌ１−Ｌ２間）交流電源に、電圧並びに電流位相が一致する正弦波を生成して出力するように制御回路１６によってスイッチング制御される。以上の構成において、ＤＣ／ＤＣ変換器１５、インバータ回路２６および電源スイッチ２４を備えたものが、電力変換装置２８を構成している。

配電線路２７の中性線Ｎは、電源スイッチ２４の接点２４ｃを介して電力変換装置２８の筐体内部に引き込まれている。これにより、制御回路１６は、絶縁トランス２９、３０および電圧検出回路３１、３２を介して配電線路２７のＬ１−Ｎ間電圧およびＬ２−Ｎ間電圧を監視することができるようになっている。そして、制御回路１６は、上記の各線間電圧に基づき、配電線路２７に電圧や周波数の異常が発生したと判断すると、インバータ回路２６に対してゲートブロック信号を出力してスイッチング制御を停止させる。

上記構成の電力変換装置２８によれば、インバータ回路２６を含む筐体内部の回路の保守や点検などを行う場合において、制御回路１６によりインバータ回路２６の動作を停止させるとともに、電源スイッチ２４を開放することにより、電力変換装置２８と単相３線式配電線路２７との間を電気的に完全に切り離すことができる。
特開平１０−２７１６８８号公報 特開平９−８４２５４号公報

しかしながら、上記従来構成における３つの接点を有する電源スイッチ２４は、２つの接点を有する電源スイッチなどの一般的な他の電源スイッチと比べて、品種が少なく、部品単体としてのコストが高い。従って、部品選定上の自由度が少なくなるとともに、電力変換装置２８の製造コストの低減を妨げる、といった問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、汎用性の高い部品を使用して、単相３線式配電線路を電気的に切り離すことができる電力変換装置を提供することにある。

本発明の電力変換装置は、直流電源より供給される電力を所定電圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣ変換器と、このＤＣ／ＤＣ変換器により変換された直流電力を商用電源周波数の交流電力に変換する単相インバータ回路と、この単相インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記交流電力を単相３線式配電線路に供給する電力変換装置において、前記単相３線式配電線路の３線のうちの２線にそれぞれ接続された２つの接点を有する電源スイッチと、前記単相３線式配電線路の３線のうちの残りの１線に接続された常開接点を有するリレーとを備え、前記リレーは、前記電源スイッチの接点がオンされたときに前記単相３線式配電線路の２線の交流電力に基づいて駆動されるように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、電源スイッチの２つの接点を単相３線式配電線路の３線のうちの２線に接続し、この電源スイッチの接点がオンされたときに駆動されるリレーの常開接点を単相３線式配電線路の３線のうちの残りの１線に接続した。従って、汎用性の高い部品である２つの接点を有する電源スイッチおよび常開接点を有するリレーを使用して、装置と単相３線式配電線路との間を電気的に切り離すことができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１を参照しながら説明する。
図１は、電力変換装置の構成を示す図である。なお、図５と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図１に示す電力変換装置４１は、図５に示した従来技術の電力変換装置２８に対し、電源スイッチ２４に替えて電源スイッチ４２、リレー４３および補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４を備えている点と、絶縁トランス２９、３０および電圧検出回路３１、３２に替えて第１の電圧検出回路４５および第２の電圧検出回路４６を備えている点とが異なっている。

直流電源４７は、燃料電池により構成されており、その負側端子（一方の端子に相当）がグランドＧＮＤ（接地電位）に接続されている。また、単相３線式配電線路２７においては、Ｌ１−Ｎ間およびＬ２−Ｎ間の電圧が、ＡＣ１００Ｖであり、Ｌ１−Ｌ２間の電圧がＡＣ２００Ｖとなっている。

電源スイッチ４２は、２つの接点４２ａ、４２ｂを有しており、これら接点４２ａ、４２ｂの一方の端子は、電源線Ｌ１２、Ｌ２２に接続されている。電源線Ｌ１２、Ｌ２２は、リアクトル２２、２３を介してインバータ主回路２１の交流出力端子（スイッチング素子１７と１８との共通接続点、スイッチング素子１９と２０との共通接続点）に接続されている。一方、接点４２ａ、４２ｂの他方の端子は、単相３線式配電線路２７の電源線Ｌ１、Ｌ２に接続されている。

リレー４３は、常開形の接点４３ａ（常開接点に相当）および励磁コイル４３ｂを有しており、励磁コイル４３ｂが通電されることにより駆動されて、接点４３ａを閉成（オン）するようになっている。リレー４３の接点４３ａの一方の端子は、中性線Ｎ２に接続されており、他方の端子は配電線路２７の中性線Ｎに接続されている。なお、この配電線路２７の中性線Ｎは、グランドＧＮＤ（接地電位）に接続されている。リレー４３は、励磁コイル４３ｂが補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４から直流出力が与えられて通電されることにより、駆動されるようになっている。

補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４は、ＤＣ／ＤＣ変換器１５と同様に構成された絶縁型のものであり、その入力端子は、インバータ回路２６の入力端子（電源線４８、４９）に接続されている。補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４は、電源スイッチ４２の閉成に伴い電源線４８、４９に生成される直流電力を適宜の電圧（例えばＤＣ２４Ｖ）の直流電力に変換し、リレー４３の励磁コイル４３ｂに出力するようになっている（詳細は作用説明にて後述する）。

電圧検出回路４５、４６は、差動増幅回路により構成されており、それぞれが同一の回路特性（利得、応答性、入力インピーダンスなど）を有するものとなっている。電圧検出回路４５、４６の入力端子間には、それぞれインピーダンス素子４５ａ、４６ａが接続されている。インピーダンス素子４５ａ、４６ａは、抵抗、コンデンサなどから構成されており、それぞれのインピーダンスをＺ１Ｘ、Ｚ２Ｘとする。

従って、電圧検出回路４５、４６の回路自体の入力インピーダンスが等しくＺであるとすると、インピーダンス素子４５ａ、４６ａを含めた電圧検出回路４５、４６の合成入力インピーダンスＺ１、Ｚ２は、下記（１）、（２）式により表される。
Ｚ１＝（Ｚ×Ｚ１Ｘ）／（Ｚ＋Ｚ１Ｘ） …（１）
Ｚ２＝（Ｚ×Ｚ２Ｘ）／（Ｚ＋Ｚ２Ｘ） …（２）

本実施形態では、合成入力インピーダンスＺ１、Ｚ２が２０％以上相違するように設定されるようになっており、例えば、電圧検出回路４５の合成入力インピーダンスＺ１が１００ｋΩとなり、電圧検出回路４６の合成入力インピーダンスＺ２が２００ｋΩとなるように、各インピーダンス素子４５ａ、４６ａのインピーダンス値が設定されている。なお、合成入力インピーダンスＺ１、Ｚ２の値に上記のような差を設ける理由については、作用説明にて後述する。

また、電圧検出回路４５の入力端子は電源線Ｌ１２および中性線Ｎ２に接続され、電圧検出回路４６の入力端子は電源線Ｌ２２および中性線Ｎ２に接続されている。これにより、電圧検出回路４５、４６は、それぞれ電源線Ｌ１２、Ｌ２２と中性線Ｎ２との間の電圧を検出し、Ｌ１２−Ｎ２間の電圧を示す電圧検出値ＶＬ１と、Ｌ２２−Ｎ２間の電圧を示す電圧検出値ＶＬ２を出力するようになっている。

制御回路１６には、電圧検出回路４５、４６から出力される電圧検出値ＶＬ１、ＶＬ２が与えられており、制御回路１６は、これら電圧検出値ＶＬ１、ＶＬ２に基づいて配電線路２７における異常を検知するようになっている（詳細は作用説明にて後述する）。また、制御回路１６は、補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４のスイッチング素子（図示せず）のスイッチングを、その直流出力が適宜の電圧（ＤＣ２４Ｖ）になるように制御するようになっている。

インバータ主回路２１において、各スイッチング素子１７〜２０は、例えばＮチャネル型のパワーＭＯＳＦＥＴである。従って、各スイッチング素子１７〜２０には、フリーホイールダイオードＤ１〜Ｄ４がそれぞれに並列に形成されている。すなわち、フリーホイールダイオードＤ１〜Ｄ４は、電源線４８と４９との間に、整流回路１２と同様にブリッジ状に接続されている。なお、各スイッチング素子１７〜２０は、フリーホイールダイオードを有するＩＧＢＴなどであってもよい。

次に、本実施形態の作用について説明する。
まず、電源スイッチ４２がオン（閉成）されたときの各部の動作について説明する。使用者により電源スイッチ４２がオン操作され、接点４２ａおよび４２ｂが閉成されると、配電線路２７の電源線Ｌ１およびＬ２と、電力変換装置４１の電源線Ｌ１２およびＬ２２とがそれぞれ電気的に接続される。これにより、配電線路２７の２００Ｖ（Ｌ１−Ｌ２間）交流電源からの出力がリアクトル２２および２３を介してインバータ主回路２１の出力端子に入力される。なお、この時点では、ＤＣ／ＤＣ変換器１５およびインバータ回路２６の動作は停止されている。

インバータ主回路２１に出力側から入力された交流電力は、フリーホイールダイオードＤ１〜Ｄ４により整流される。そして、整流された直流電力が、電源線４８、４９を介して補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４に供給される。すると、補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４からＤＣ２４Ｖに降圧された直流電力が出力され、励磁コイル４３ｂに通電が行われる。これにより、リレー４３の接点４３ａがオンされ、中性線Ｎと中性線Ｎ２とが接続される。すなわち、電力変換装置４１と配電線路２７との間が電気的に完全に接続される。そして、制御回路１６は、ＤＣ／ＤＣ変換器１５およびインバータ回路２６の動作を開始させ、直流電源４７から供給される電力を変換して生成した交流電力を電源線Ｌ１２、Ｌ２２を介して配電線路２７に供給する。なお、制御回路１６および電圧検出回路４５、４６の制御直流電源は、補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４の直流出力を降圧して得ている。

続いて、電源スイッチ４２がオフ（開放）されたときの各部の動作について説明する。電力変換装置４１のインバータ回路２６を含む筐体内部の回路の保守や点検などを行う場合、制御回路１６によりＤＣ／ＤＣ変換器１５およびインバータ回路２６の動作が停止される。そして、使用者により電源スイッチ４２がオフ操作され、接点４２ａおよび４２ｂが開放されると、配電線路２７の電源線Ｌ１およびＬ２と、電力変換装置４１の電源線Ｌ１２およびＬ２２とがそれぞれ電気的に切り離される。これにより、配電線路２７の２００Ｖ（Ｌ１−Ｌ２間）交流電源からインバータ主回路２１への交流電力の供給が停止される。

インバータ主回路２１への交流電力の供給が停止されたことにより、電源線４８、４９から補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４への直流電力の供給も停止され、励磁コイル４３ｂへの通電も停止される。これにより、リレー４３の接点４３ａがオフされ、中性線Ｎと中性線Ｎ２とが電気的に切り離される。すなわち、電力変換装置４１と配電線路２７との間が電気的に完全に切り離される。

さて、前述したように電力変換装置４１と配電線路２７との間が電気的に接続され、電力変換装置４１から配電線路２７に交流電力が供給されている状態において、万が一（あるいは故意に）、電源スイッチ４２が開放（オフ）された場合を想定する。つまり、この状態においては、インバータ回路２６は、配電線路２７に交流電力を出力するようにスイッチング制御されている。

従って、電源スイッチ４２が開放されると、その交流電力の供給経路が遮断されてしまうため、インバータ回路２６の出力端子において過電圧状態になる。制御回路１６は、後述するようにして、電圧検出回路４５、４６を介してこの過電圧状態を検知し、ＤＣ／ＤＣ変換器１５およびインバータ回路２６の動作を停止させる。これにより、電源線４８、４９から補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４への直流電力の供給も停止され、励磁コイル４３ｂへの通電が停止されるのでリレー４３の接点４３ａがオフされ、電力変換装置４１と配電線路２７との間が電気的に完全に切り離される。

続いて、制御回路１６による単相３線式配電線路２７における異常の検出動作について説明する。まず、使用者により電源スイッチ４２がオンされ、電源スイッチ４２およびリレー４３が上述したとおり正常に機能し、電力変換装置４１と配電線路２７との間が電気的に接続されている場合を想定する。

この場合、電圧検出回路４５、４６には、電源線Ｌ１２、Ｌ２２、中性線Ｎ２を介して配電線路２７の電源線Ｌ１、Ｌ２、中性線Ｎの電位が入力される。これにより、電圧検出回路４５、４６は、配電線路２７（Ｌ１−Ｎ間、Ｌ２−Ｎ間）の電圧を検出し、電圧検出値ＶＬ１（Ｌ１−Ｎ間電圧に相当）、電圧検出値ＶＬ２（Ｌ２−Ｎ間電圧に相当）を制御回路１６に出力する。制御回路１６は、電圧検出値ＶＬ１、ＶＬ２に基づいて以下のような判断を行い、配電線路２７における異常を検出する。

すなわち、制御回路１６は、電圧検出値ＶＬ１、ＶＬ２のうちいずれか一方でも所定の電圧値（下限電圧値）ＶＬ以下となった状態（ＵＶ）、電圧検出値ＶＬ１、ＶＬ２のうちいずれか一方でも所定の電圧値（上限電圧値）ＶＵ以上となった状態（ＯＶ）、または、電圧検出値ＶＬ１、ＶＬ２の偏差が所定値ΔＶ以上となった状態（アンバランス）が、所定時間継続した場合に配電線路２７において異常が発生したと判断し、ＤＣ／ＤＣ変換器１５およびインバータ回路２６の動作を停止させる。

なお、本実施形態においては、上記ＵＶの状態やＯＶの状態が「電圧検出値ＶＬ１、ＶＬ２のうちいずれか一方が許容範囲を逸脱したとき」に相当する。また、制御回路１６は、上記異常（ＵＶ、ＯＶ、アンバランス）を検出すると、直ちにＤＣ／ＤＣ変換器１５およびインバータ回路２６の動作を停止させるようにしてもよい。

これに対し、例えばリレー４３が励磁コイル４３ｂの断線などにより故障していた場合を想定すると、使用者により電源スイッチ４２がオンされたとしても、リレー４３のリレー接点４３ａはオンされない。従って、中性線Ｎの電位が、電圧検出回路４５、４６に与えられず、電圧検出回路４５、４６が配電線路２７の電圧を正確に検出できない。本実施形態では、このような場合であっても、電圧検出回路４５、４６から制御回路１６に対し、以下のような電圧検出値ＶＬ１、ＶＬ２が出力されるようになっている。このため、制御回路１６は、これら電圧検出値ＶＬ１、ＶＬ２に基づいてリレー接点４３ａがオンされていない異常事態を検知することが可能となっている。

すなわち、リレー接点４３ａがオフされた状態においては、中性線Ｎ２の電位は、電源線Ｌ１２（電源線Ｌ１）と電源線Ｌ２２（電源線Ｌ２）との間の電圧を、電圧検出回路４５、４６の合成入力インピーダンスＺ１、Ｚ２により分圧した電位となる。そして、配電線路２７のＬ１−Ｌ２間の電圧は２００Ｖであるため、Ｌ１−Ｎ２間の電圧およびＬ２−Ｎ２間電圧は、下記（３）式および（４）式で表される。
Ｌ１−Ｎ２間電圧＝２００Ｖ×（Ｚ１／（Ｚ１＋Ｚ２）） …（３）
Ｌ２−Ｎ２間電圧＝２００Ｖ×（Ｚ２／（Ｚ１＋Ｚ２）） …（４）

これにより、電圧検出回路４５と４６とから出力される電圧検出値ＶＬ１とＶＬ２とには、電圧検出回路４５、４６の合成入力インピーダンスの差（本実施形態では、Ｚ１に対しＺ２が２倍に設定されている）に応じた差が現れることになる。つまり、この場合、ＶＬ１≒６６．７Ｖ、ＶＬ２≒１３３．３Ｖとなる（ＶＬ１に対しＶＬ２が２倍になる）。制御回路１６は、このような電圧検出値ＶＬ１とＶＬ２との差から、リレー接点４３ａの故障を検知し、ＤＣ／ＤＣ変換器１５およびインバータ回路２６の動作を停止させる。

以上説明したように、本実施形態によれば次のような効果を奏する。
本実施形態では、電力変換装置４１と単相３線式配電線路２７の電源線Ｌ１、Ｌ２との間を電源スイッチ４２の２つの接点４２ａ、４２ｂにより接続し、中性線Ｎとの間をリレー４３の常開形の接点４３ａにより接続した。そして、電源スイッチ４２がオンされるとリレー４３の励磁コイル４３ｂに通電が行われるように構成した。従って、汎用性の高い部品である２つの接点４２ａ、４２ｂを有する電源スイッチ４２およびリレー４３を使用して、装置と単相３線式配電線路２７との間を電気的に完全に切り離すことができる。

また、上記のように接点４３ａを装置と中性線Ｎとの間に設けたので、基本的には、インバータ出力電流はリレー４３の接点４３ａに流れない。このため、インバータ出力電流が流れる電源スイッチ４２の接点４２ａ、４２ｂの電流容量（通電容量）が、例えば１０Ａである場合、リレー４３の接点４３ａの電流容量を１／２以下、例えば５Ａとしても差支えがない。従って、リレー４３に電流容量が小さく、小型で安価なリレーを採用できる。

電源スイッチ４２がオンされたときに配電線路２７からフリーホイールダイオードＤ１〜Ｄ４を介して得られた直流電力により動作する補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４を設け、この補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４のＤＣ２４Ｖの出力により、リレー４３の励磁コイル４３ｂへの通電を行うように構成した。これにより、リレー４３は、駆動電圧がＤＣ２４Ｖのもの、つまり直流駆動形のもので駆動電圧の低い、安価なリレーを採用できる。

また、本実施形態では、電源スイッチ４２がオンされるとリレー４３の接点４３ａがオンする構成であるため、接点４２ａおよび４２ｂの開閉タイミングと接点４３ａの開閉タイミングとが若干異なってしまうが、実用上支障がない程度の開閉タイミングの同時性は確保することができる。
ただし、リレー４３を用いているので、励磁コイル４３ｂの断線などによる故障のおそれがある。このため、本実施形態では、電圧検出回路４５、４６の合成入力インピーダンスＺ１、Ｚ２を２０％以上相違させるようにした。これにより、リレー４３の励磁コイル４３ｂが断線などにより故障していた場合には、電圧検出値ＶＬ１とＶＬ２とには、上記合成入力インピーダンスＺ1、Ｚ２の差に応じた差が現れる。そして、制御回路１６は、このような電圧検出値ＶＬ１とＶＬ２との差からリレー接点４３ａの故障を検知する。つまり、電力変換装置４１と配電線路２７との間の３つの電源経路を、電源スイッチ４２とリレー４３という２つのスイッチ手段を用いて開閉することによる開閉状態の相違についても確実に検知できる。

電圧検出回路４５、４６を差動増幅回路により構成したので、電圧を検出する電源線Ｌ１２、Ｌ２２、中性線Ｎ２との間を絶縁する必要がなくなる。従って、従来構成のような絶縁トランス２９、３０や、高価な絶縁アンプなどを用いる必要がなく、装置の小型化、軽量化および低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態では、直流電源４７を燃料電池とした。一般に、燃料電池の負極側は接地が要求されるので、本発明の電力変換装置４１の適用が有効である。また、燃料電池により発電を行う場合には、都市ガス中のメタンやＬＰＧから水素を改質生成する必要がある。このため、各遮断弁、センサ、ブロア、ポンプなどのプロセス制御補機の制御が必要であり、その電源用としてＤＣ２４Ｖ出力の電源を設けなければならない。そこで、本実施形態におけるＤＣ２４Ｖ出力の補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４を上記制御用の電源として兼用することにより、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。

（第２の実施形態）
以下、本発明の第２の実施形態について図２を参照しながら説明する。
図２は、第１の実施形態における図１相当図であり、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図２に示す電力変換装置６１は、図１に示す電力変換装置４１に対し、リレー４３に替えてリレー６２を備えている点が異なっている。なお、補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４の図示は省略している。

リレー６２は、常開形の接点６２ａ（常開接点に相当）および励磁コイル６２ｂを有しており、励磁コイル６２ｂが通電されることにより駆動されて、接点６２ａをオンさせるようになっている。接点６２ａの一方の端子は、中性線Ｎ２に接続されており、他方の端子は配電線路２７の中性線Ｎに接続されている。励磁コイル６２ｂの両端子は、電源線Ｌ１２、Ｌ２２に接続されている。リレー６２は、電源スイッチ４２の接点４２ａ、４２ｂを介して配電線路２７のＬ１−Ｌ２間の交流出力（ＡＣ２００Ｖ）が与えられることにより励磁コイル６２ｂの通電が行われ、駆動されるようになっている。

次に、上記構成の作用について説明する。
まず、電源スイッチ４２がオン（閉成）されたときの各部の動作について説明する。使用者により電源スイッチ４２がオン操作され、接点４２ａおよび４２ｂが閉成されると、配電線路２７の電源線Ｌ１およびＬ２と、電力変換装置６１の電源線Ｌ１２およびＬ２２とがそれぞれ電気的に接続される。

これにより、配電線路２７のＡＣ２００Ｖ（Ｌ１−Ｌ２間）が電源線Ｌ１２およびＬ２２に与えられ、励磁コイル６２ｂが通電される。すると、接点６２ａがオンされ、中性線Ｎと中性線Ｎ２とが接続される。すなわち、電力変換装置６１と配電線路２７との間が電気的に完全に接続される。そして、制御回路１６は、ＤＣ／ＤＣ変換器１５およびインバータ回路２６の動作を開始させ、直流電源４７から供給される電力を変換して生成した交流電力を配電線路２７に供給する。

続いて、電源スイッチ４２がオフ（開放）されたときの各部の動作について説明する。電力変換装置６１のインバータ回路２６を含む筐体内部の回路の保守や点検などを行う場合、制御回路１６によりＤＣ／ＤＣ変換器１５およびインバータ回路２６の動作が停止される。そして、使用者により電源スイッチ４２がオフ操作され、接点４２ａおよび４２ｂが開放されると、配電線路２７の電源線Ｌ１およびＬ２と、電力変換装置６１の電源線Ｌ１２およびＬ２２とがそれぞれ電気的に切り離される。

これにより、配電線路２７の２００Ｖ（Ｌ１−Ｌ２間）交流電源から励磁コイル６２ｂへの通電が停止され、励磁コイル６２ｂへの通電も停止される。従って、接点６２ａがオフされ、中性線Ｎと中性線Ｎ２とが電気的に切り離される。すなわち、電力変換装置６１と配電線路２７との間が電気的に完全に切り離される。

以上に説明した本実施形態のように、交流（ＡＣ２００Ｖ）による通電によって励磁コイル６２ｂが駆動される交流駆動形のリレー６２を用いた場合でも、電源スイッチ４２がオンされたときに配電線路２７から電源線４８、４９に供給される交流電力に基づいて、リレー６２の接点６２ａをオンさせるので、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。

（第３の実施形態）
以下、本発明の第３の実施形態について図３を参照しながら説明する。
図３は、第１の実施形態における図１相当図であり、第１の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図３に示す電力変換装置７１は、図１に示す電力変換装置４１に対し、リレー４３に替えて、１つの接点７２ａを有する電源スイッチ７２（開閉スイッチに相当）を備えている点が異なっている。なお、補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４の図示は省略している。

電源スイッチ７２の接点７２ａの一方の端子は、中性線Ｎ２に接続されており、他方の端子は配電線路２７の中性線Ｎに接続されている。また、電源スイッチ７２は、電源スイッチ４２の近傍に配置されている。そして、図示しない注意表示により、電源スイッチ４２と７２とは同時に開閉操作しなければならない旨を使用者に対して通知しておく。なお、電源スイッチ７２は、少なくとも１つの接点を有していればよく、２つ以上の接点を有するものを用いて、そのうちの１つの接点を使用するように構成してもよい。

上記構成によれば、汎用性の高い部品である電源スイッチ４２、７２を使用して、第１および第２の実施形態と同様に、装置と単相３線式配電線路２７との間を電気的に完全に切り離すことができる。また、本実施形態によれば、電源スイッチ４２、７２を同時に操作すべきことを注意表示により使用者に通知するようにしたので、開閉タイミングの同時性も確保できる。

万が一（あるいは故意に）、電源スイッチ４２、７２の開閉タイミングが大幅に相違した場合には、制御回路１６が、電圧検出回路４５、４６からの電圧検出値ＶＬ１とＶＬ２との差（合成入力インピーダンスＺ１とＺ２との差に相当）から、開閉タイミングの相違を検知し、ＤＣ／ＤＣ変換器１５およびインバータ回路２６の動作を停止させることができる。

（第４の実施形態）
以下、本発明の第４の実施形態について図４を参照しながら説明する。
図４は、第２の実施形態における図２相当図であり、第２の実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。図４に示す電力変換装置８１は、図２に示す電力変換装置６１に対し、ＤＣ／ＤＣ変換器１５に替えて、ＤＣ／ＤＣ変換器８２を備えている点と、単相インバータ回路２６に替えて単相インバータ回路８３を備えている点と、リレー６２に替えてリレー８４を備えている点と、電源スイッチ４２の接点４２ｂの接続状態が変更されている点とが異なっている。なお、補助ＤＣ／ＤＣ変換器４４の図示は省略している。

ＤＣ／ＤＣ変換器８２は、コンデンサ１４の代わりに直列接続されたコンデンサ１４ａ、１４ｂを備えている。これらコンデンサ１４ａ、１４ｂの共通接続点は、中性線Ｎ２に接続されている。インバータ回路８３は、コンデンサ２５の代わりに直列接続されたコンデンサ２５ａ、２５ｂを備えている。これらコンデンサ２５ａ、２５ｂの共通接続点は、中性線Ｎ２に接続されている。電源スイッチ４２の接点４２ｂの一方の端子は、中性線Ｎ２に接続されており、他方の端子は配電線路２７の中性線Ｎに接続されている。

リレー８４は、常開形の接点８４ａ（常開接点に相当）および励磁コイル８４ｂを有しており、励磁コイル８４ｂが通電されることにより駆動されて接点８４ａをオンさせるようになっている。接点８４ａの一方の端子は、電源線Ｌ２２に接続されており、他方の端子は配電線路２７の電源線Ｌ２に接続されている。励磁コイル８４ｂの両端子は、電源線Ｌ１２および中性線Ｎ２に接続されている。リレー８４は、電源スイッチ４２の接点４２ａ、４２ｂを介して配電線路２７のＬ１−Ｎ間の交流出力（ＡＣ１００Ｖ）が与えられることにより励磁コイル８４ｂの通電が行われ、駆動されるようになっている。なお、リレー８４は、接点８４ａの電流容量が、電源スイッチ４２の接点４２ａ、４２ｂの電流容量と同程度（例えば１０Ａ）のものを使用している。

次に、上記構成の作用について説明する。
まず、電源スイッチ４２がオン（閉成）されたときの各部の動作について説明する。使用者により電源スイッチ４２がオン操作され、接点４２ａおよび４２ｂが閉成されると、配電線路２７の電源線Ｌ１および中性線Ｎと、電力変換装置８１の電源線Ｌ１２および中性線Ｎ２とがそれぞれ電気的に接続される。

これにより、配電線路２７のＡＣ１００Ｖ（Ｌ１−Ｎ間）が電源線Ｌ１２および中性線Ｎ２に与えられ、励磁コイル８４ｂが通電される。すると、接点８４ａがオンされ、電源線Ｌ２と電源線Ｌ２２とが接続される。すなわち、電力変換装置８１と配電線路２７との間が電気的に完全に接続される。そして、制御回路１６は、ＤＣ／ＤＣ変換器８２およびインバータ回路８３の動作を開始させ、直流電源４７から供給される電力を変換して生成した交流電力を配電線路２７に供給する。

続いて、電源スイッチ４２がオフ（開放）されたときの各部の動作について説明する。電力変換装置８１のインバータ回路８３を含む筐体内部の回路の保守や点検などを行う場合、制御回路１６によりＤＣ／ＤＣ変換器８２およびインバータ回路８３の動作が停止される。そして、使用者により電源スイッチ４２がオフ操作され、接点４２ａおよび４２ｂが開放されると、配電線路２７の電源線Ｌ１および中性線Ｎと、電力変換装置８１の電源線Ｌ１２および中性線Ｎ２とがそれぞれ電気的に切り離される。

これにより、配電線路２７の１００Ｖ（Ｌ１−Ｌ２間）交流電源から励磁コイル８４ｂへの通電が停止され、励磁コイル８４ｂへの通電も停止される。従って、接点８４ａがオフされ、電源線Ｌ２と電源線Ｌ２２とが電気的に切り離される。すなわち、電力変換装置８１と配電線路２７との間が電気的に完全に切り離される。

以上に説明した本実施形態のように、接点４２ｂおよび中性線Ｎ２を介して配電線路２７の中性線Ｎとインバータ回路８３とを接続するように構成した場合であっても、第１の実施形態と同様の作用および効果が得られる。また、電力変換装置８１の電源線Ｌ２２と配電線路２７の電源線Ｌ２との間を、ＡＣ１００Ｖの通電により駆動可能な励磁コイル８４ｂを有するリレー８４の接点８４ａを用いて開閉するようにした。これにより、リレー８４は、交流駆動形のもので駆動電圧の低い、安価なリレーを採用できる。

（その他の実施形態）
なお、本発明は上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、次のような変形または拡張が可能である。
電圧検出回路４５、４６を、回路特性（利得、応答性）を同一にするとともに、それぞれの回路自体の入力インピーダンスを２０％以上相違させるように構成してもよい。この場合には、インピーダンス素子４５ａ、４６ａを省略できる。
直流電源４７は、太陽電池やバッテリなどのその他の直流電源装置であってもよい。
電圧検出回路４５、４６は、差動増幅回路でなくともよい。その場合には、電圧を検出する電源線Ｌ１２、Ｌ２２、中性線Ｎ２との間を絶縁するための構成を設ければよい。

制御回路１６および電圧検出回路４５、４６による配電線路２７の異常検出については、必要に応じて行うようにすればよい。つまり、電圧検出回路４５、４６は必要に応じて設ければよい。
第１の実施形態におけるリレー４３は、接点４３ａの電流容量が大きいもの、例えば電源スイッチ４２の接点４２ａの電流容量と同程度またはそれ以上のものを用いてもよい。

本発明の第１の実施形態を示す電力変換装置の構成図 本発明の第２の実施形態を示す図１相当図 本発明の第３の実施形態を示す図１相当図 本発明の第４の実施形態を示す図２相当図 従来技術を示す図１相当図

符号の説明

図面中、１５、８２はＤＣ／ＤＣ変換器、１６は制御回路（制御手段）２６、８３は単相インバータ回路、２７は単相３線式配電線路、４１、６１、７１、８１は電力変換装置、４２は電源スイッチ、４２ａ、４２ｂは接点、４３、６２、８４はリレー、４３ａ、６２ａ、８４ａは接点（常開接点）、４４は補助ＤＣ／ＤＣ変換器、４５は第１の電圧検出回路、４６は第２の電圧検出回路、４７は直流電源（燃料電池）、７２は電源スイッチ（開閉スイッチ）、７２ａは接点、Ｄ１〜Ｄ４はフリーホイールダイオード、Ｎ、Ｎ２は中性線を示す。

Claims (8)

1. 直流電源より供給される電力を所定電圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣ変換器と、このＤＣ／ＤＣ変換器により変換された直流電力を商用電源周波数の交流電力に変換する単相インバータ回路と、この単相インバータ回路を制御する制御手段とを備え、前記交流電力を単相３線式配電線路に供給する電力変換装置において、
   前記単相３線式配電線路の３線のうちの２線にそれぞれ接続された２つの接点を有する電源スイッチと、
   前記単相３線式配電線路の３線のうちの残りの１線に接続された常開接点を有するリレーとを備え、
   前記リレーは、前記電源スイッチの接点がオンされたときに前記単相３線式配電線路の２線の交流電力に基づいて駆動されるように構成されていることを特徴とする電力変換装置。
2. 電源スイッチの２つの接点は、単相３線式配電線路の３線のうちの中性線以外の２線に接続され、リレーの常開接点は、前記中性線に接続されていることを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. リレーの常開接点の電流容量は、電源スイッチの接点の電流容量よりも小に設定されていることを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
4. 電源スイッチの接点がオンされたときに単相３線式配電線路の２線の交流電力から単相インバータ回路のフリーホイールダイオードを介して得られた直流電力が供給され、適宜の電圧に降圧した直流電力を出力する補助ＤＣ／ＤＣ変換器を備え、
   リレーは、この補助ＤＣ／ＤＣ変換器の直流電力により駆動されることを特徴とする請求項２または３記載の電力変換装置。
5. 電源スイッチの２つの接点より単相インバータ回路側の２線とリレーの常開接点より単相インバータ回路側の中性線との間の電圧を検出するように設けられ、それぞれの入力インピーダンスが２０％以上相違するように設定された第１および第２の電圧検出回路を備え、
   制御手段は、前記第１および第２の電圧検出回路の電圧検出値のいずれか一方でも許容範囲を逸脱したとき若しくは両電圧検出値の偏差が所定値以上となったときに単相インバータ回路の運転を停止させることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の電力変換装置。
6. 第１および第２の電圧検出回路は、差動増幅回路により構成されていることを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
7. 直流電源は、一方の端子がグランドに接続された燃料電池により構成され、ＤＣ／ＤＣ変換器は、絶縁型であることを特徴とする請求項５または６記載の電力変換装置。
8. リレーの代わりに少なくとも１つの接点を有する開閉スイッチを設けたことを特徴とする請求項５ないし７のいずれかに記載の電力変換装置。

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