JP3223682U - AC power generation unit - Google Patents

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Abstract

【課題】コンバータに内蔵されるコンデンサをバッテリーに置換して外付けすることで、直流発電体と交流発電体とでコンバータおよびインバータを共用し、製造コストの低減と占有面積を小さくして簡素化したハイブリッド構想の交流発電ユニットを提供する。【解決手段】交流発電体２２または直流発電体２４と、交流を直流に変換するコンバータ２６およびコンバータからの直流が充電されるバッテリー２８からなるパワーユニット３０と、バッテリーに接続され、バッテリーからの直流を交流に変換するインバータ３２とから構成され、交流発電体からの交流はコンバータで直流に変換されてバッテリーに充電され、直流発電体からの直流はバッテリーに充電され、バッテリーからの直流はインバータで交流に変換されて給電負荷１８へ供給される。【選択図】図１[PROBLEMS] To replace a capacitor built in a converter with a battery and attach it externally so that the converter and inverter are shared between the DC generator and the AC generator, thereby reducing manufacturing costs and occupying a small area. A hybrid concept AC power generation unit is provided. SOLUTION: An AC power generator 22 or a DC power generator 24, a power unit 30 comprising a converter 26 for converting AC to DC and a battery 28 charged with DC from the converter, and a DC connected to the battery for direct current from the battery. The inverter 32 for converting to alternating current, the alternating current from the alternating current generator is converted into direct current by the converter and charged to the battery, the direct current from the direct current generator is charged to the battery, and the direct current from the battery is alternating current by the inverter. And is supplied to the power supply load 18. [Selection] Figure 1

Description

この考案は、交流を直流に変換するコンバータに内蔵されて脈流を平滑するコンデンサをバッテリーに置き換えることで、例えばエンジンで駆動される交流発電機からの交流またはソーラーパネルからの直流を選択的に変換し、前記コンバータに接続するインバータから交流を出力する交流発電ユニットに関するものである。   This device replaces a capacitor that smoothes the pulsating flow built in a converter that converts alternating current into direct current, for example, by selectively replacing alternating current from an AC generator driven by an engine or direct current from a solar panel. The present invention relates to an AC power generation unit that converts and outputs AC from an inverter connected to the converter.

可搬式や据付け式のエンジン発電機が、民生用および産業用の各分野で広く使用されている。このエンジン発電機は、交流発電機をエンジンで回転させて交流を発電するものであるが、得られる交流の周波数(Ｈｚ)は乱調が甚だしく、パソコンやサーボモータ等のように安定した周波数を必要とする給電負荷への電源としては不適当である。このため、近年のエンジン発電機はコンバータおよびインバータを併用して、安定した周波数に変換された交流を供給し得るようになっている。   Portable and stationary engine generators are widely used in consumer and industrial fields. This engine generator generates AC by rotating the AC generator with the engine, but the AC frequency (Hz) obtained is severely turbulent and requires a stable frequency such as a personal computer or servo motor. It is inappropriate as a power source for the power supply load. For this reason, recent engine generators can supply alternating current converted into a stable frequency by using a converter and an inverter together.

図２は、所謂インバータ発電機の概略を示すもので、エンジン(内燃機関)１０により交流発電機１２を回転させて交流(ＡＣ)を発電し、この交流(ＡＣ)はコンバータ１４に入力される。前記コンバータ１４は交流(ＡＣ)を直流(ＤＣ)に変換し、得られた直流(ＤＣ)を後段のインバータ１６に供給する。このインバータ１６で直流(ＤＣ)は交流(ＡＣ)に変換され、得られた交流(ＡＣ)は各種の給電負荷１８に供給される。前記インバータ１６は、直流を交流に変換すると共に電源周波数も変換できるので、給電負荷１８へ安定した周波数の交流が供給される。   FIG. 2 shows an outline of a so-called inverter generator. The engine (internal combustion engine) 10 rotates an alternator 12 to generate alternating current (AC), and this alternating current (AC) is input to the converter 14. . The converter 14 converts alternating current (AC) into direct current (DC), and supplies the obtained direct current (DC) to the inverter 16 at the subsequent stage. The inverter 16 converts direct current (DC) into alternating current (AC), and the obtained alternating current (AC) is supplied to various power supply loads 18. Since the inverter 16 can convert direct current into alternating current and can also convert the power supply frequency, alternating current with a stable frequency is supplied to the power supply load 18.

実用新案登録第３２１９３３１号公報Utility Model Registration No. 3219331

図２に示す従来のインバータ発電機は、エンジン１０で駆動される交流発電機１２にコンバータ１４およびインバータ１６を接続して良質な電源周波数の交流を得る一例であった。ところで、最近は電力供給の多様化が進んでおり、在来の水力発電、火力発電その他原子力発電を補完するものとして、自然エネルギーを利用した発電システムが多数実用化されている。   The conventional inverter generator shown in FIG. 2 is an example in which a converter 14 and an inverter 16 are connected to an AC generator 12 driven by the engine 10 to obtain an alternating current with a good power supply frequency. By the way, the diversification of power supply has recently been advanced, and many power generation systems using natural energy have been put into practical use as supplements to conventional hydroelectric power generation, thermal power generation and other nuclear power generation.

前記の自然エネルギーを利用する発電システムとしては、ソーラーパネルによる太陽光発電、風力発電、地熱発電、潮力発電、その他燃料発電等が挙げられる。ここで太陽光発電や燃料発電は、そのままで直流を発電するものであるから、実際に民生用や商業用として使用するには、所要の電圧および周波数に調整する交流変換ユニット(パワーコンディショナー)が必要とされる。また風力発電では、風力で回転するブレードに接続した発電機に直流発電機を採用すればダイレクトに直流が発電される。これに対し、風力発電や地熱発電その他潮力発電等の発電機に交流発電機(同期発電機や誘導発電機)を採用すれば、ダイレクトに交流が発電される。   Examples of the power generation system using natural energy include solar power generation using solar panels, wind power generation, geothermal power generation, tidal power generation, and other fuel power generation. Here, since solar power generation and fuel power generation generate direct current as they are, an AC conversion unit (power conditioner) that adjusts to the required voltage and frequency is required for actual consumer and commercial use. Needed. In wind power generation, if a DC generator is used as a generator connected to a blade that is rotated by wind power, DC is directly generated. On the other hand, if an AC generator (synchronous generator or induction generator) is adopted as a generator such as wind power generation, geothermal power generation or other tidal power generation, AC is directly generated.

本考案は、直流を発電する方式であっても、交流を発電する方式であっても、併合的または選択的にこれらの方式を使用し得る交流発電ユニットに関するものである。そこで、本考案の詳細な説明では、太陽光発電のように直流を発電するシステムを「直流発電体」といい、またエンジン発電機のように交流を発電するシステムを「交流発電体」という。   The present invention relates to an AC power generation unit that can use these methods in a combined or selective manner, whether it is a method of generating direct current or a method of generating alternating current. Therefore, in the detailed description of the present invention, a system that generates direct current, such as solar power generation, is referred to as a “direct current generator”, and a system that generates alternating current, such as an engine generator, is referred to as an “alternating current generator”.

前述した太陽光発電や風力発電のように自然エネルギーを原資とする直流発電体を、在来の交流発電体(例えばインバータ発電機)と混成(ハイブリッド)させた交流発電ユニットがあれば、太陽光等の自然エネルギーとエンジン等の機械的エネルギーとの相互補完ができ便利であるが、未だ市場には存在しない。この混成させた交流発電ユニットにおいては、何れの発電体(直流・交流)を使用する場合であっても、安定した周波数の良質な交流を得るためには、前述したコンバータ１４およびインバータ１６を必要とする。   If there is an AC power generation unit that hybridizes a DC power generator that uses natural energy as a source of energy, such as the aforementioned solar power generation or wind power generation, with a conventional AC power generator (for example, an inverter generator), solar power generation It is convenient because it can complement each other's natural energy and mechanical energy such as engines, but it does not yet exist in the market. In this hybrid AC power generation unit, the converter 14 and the inverter 16 described above are required in order to obtain a high-quality AC with a stable frequency regardless of which power generator (DC / AC) is used. And

従って、前記ハイブリッド構想に係る交流発電ユニットを実現するには、直流発電体と交流発電体との夫々に、コンバータおよびインバータを個別に設ける必要がある。しかし、直流発電体と交流発電体とでコンバータおよびインバータを個別に使用するのは、必須構成部品が重複してコスト面の損失が大きく、またユニットの全体構成も大型化する等の難点がある。   Therefore, in order to realize the AC power generation unit according to the hybrid concept, it is necessary to separately provide a converter and an inverter for each of the DC power generation body and the AC power generation body. However, the separate use of the converter and inverter for the DC generator and the AC generator has the disadvantages that the essential components are duplicated, resulting in a large cost loss and an increase in the overall configuration of the unit. .

前記課題を克服し、所期の目的を達成するため請求項１に記載の考案は、
交流発電体または直流発電体と、
交流を直流に変換するコンバータおよび該コンバータからの直流が充電されるバッテリーからなるパワーユニットと、
前記バッテリーに接続され、該バッテリーからの直流を交流に変換するインバータとから構成され、
前記交流発電体からの交流は前記コンバータで直流に変換されて前記バッテリーに充電され、
前記直流発電体からの直流は前記バッテリーに充電され、
前記バッテリーからの直流は前記インバータで交流に変換されて給電負荷へ供給されるようにしたことを要旨とする。
請求項１に係る考案によれば、コンバータのコンデンサをバッテリーに置き換えて外付けすることで、直流発電体および交流発電体の両者でコンバータおよびインバータを共用することができる。このため、製造コストの低減と占有面積を減じて簡素化することが可能である。 In order to overcome the above-mentioned problems and achieve the intended purpose, the device according to claim 1,
AC generator or DC generator,
A power unit comprising a converter for converting alternating current to direct current and a battery to which direct current from the converter is charged;
An inverter connected to the battery and converting direct current from the battery into alternating current;
AC from the AC generator is converted to DC by the converter and charged to the battery,
Direct current from the direct current generator is charged to the battery,
The gist of the invention is that the direct current from the battery is converted into alternating current by the inverter and supplied to the power supply load.
According to the first aspect of the invention, the converter and the inverter can be shared by both the DC power generator and the AC power generator by replacing the capacitor of the converter with a battery and externally attaching it. For this reason, it is possible to simplify the manufacturing cost and the occupation area.

コンバータに内蔵されるコンデンサをバッテリーに置換して外付けすることで、直流発電体と交流発電体とでコンバータおよびインバータを共用し得るようになり、従って製造コストの低減と占有面積を小さくして簡素化することが可能になった。   By replacing the capacitor built in the converter with a battery and attaching it externally, the converter and inverter can be shared between the DC generator and the AC generator, thus reducing the manufacturing cost and the occupied area. It became possible to simplify.

本考案に係る交流発電ユニットの概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the alternating current power generation unit which concerns on this invention. 従来のインバータ発電機の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the conventional inverter generator.

次に、本考案に係る交流発電ユニットについて、好適な実施例を添付図面を参照して説明する。本考案の実施例にいう自然由来のエネルギー利用形態は、(１)例えば、太陽光パネルにより太陽光を変換してダイレクトに直流を出力する直流発電源を使用する場合と、(２)風力発電、水力発電、地熱発電等の如く、自然エネルギーにより回転力を生起させ、これにより交流を出力する交流発電源を使用する場合とに大別される。なお、風水力発電や地熱発電と云えば、一般に大規模な発電施設を想起するが、ここでは小規模な利用形態のものを想定している。水力発電を例に挙げれば、側溝のような小排水路や谷川に水車を設置し、この水車の回転により小規模発電を行うことが地域的に実施されている。また風力発電も、強風地域に立てた塔で風車を回転させる大規模なものでなく、個人の家や公共施設に設備可能な高効率の小規模風力発電装置が普及している。更に地熱発電にしても、温泉や火山地帯で地表から熱蒸気が定常的に噴出するところであれば、小さな蒸気タービンを回転させることで小規模な地熱発電が可能である。なお、例えば風力発電において、ブレードにより回転させられる発電機に直流発電機を採用すれば「直流発電体」になり、また交流発電機を採用すれば「交流発電体」になることは先に述べた通りである。   Next, a preferred embodiment of the AC power generation unit according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Examples of the forms of natural energy used in the embodiments of the present invention include (1) the case of using a direct current power source that directly outputs direct current by converting sunlight with a solar panel, and (2) wind power generation. Such a case is roughly classified into a case of using an AC power source that generates a rotational force by natural energy and outputs an alternating current, such as hydroelectric power generation and geothermal power generation. In general, large-scale power generation facilities are recalled in terms of feng hydro power generation and geothermal power generation, but here, small-scale usage forms are assumed. Taking hydroelectric power generation as an example, water turbines are installed in small drainage channels such as gutters and valley rivers, and small-scale power generation is carried out locally by rotating these water turbines. In addition, wind power generation is not a large-scale device that rotates a windmill in a tower built in a strong wind region, but highly efficient small-scale wind power generation devices that can be installed in private homes and public facilities have become widespread. Further, even in the case of geothermal power generation, small-scale geothermal power generation is possible by rotating a small steam turbine if thermal steam is constantly ejected from the ground surface in hot springs or volcanic areas. For example, in wind power generation, if a DC generator is adopted as a generator rotated by a blade, it becomes a “DC generator”, and if an AC generator is adopted, it becomes an “AC generator”. That's right.

図１のブロックに示す交流発電ユニット２０では、風力発電の発電機に交流発電機を採用した例を示し、この風力発電機は交流発電体２２ということになる。しかし、前記風力発電の発電機に直流発電機を採用した場合は、図１に示す直流発電体２４ということになる。前記直流発電体２４の代表例としては、太陽光発電に使用されるソーラーパネル(太陽光モジュール)が挙げられる。   The AC power generation unit 20 shown in the block of FIG. 1 shows an example in which an AC power generator is adopted as a wind power generator, and this wind power generator is an AC power generator 22. However, when a DC generator is adopted as the wind power generator, the DC generator 24 shown in FIG. 1 is obtained. A representative example of the DC power generator 24 is a solar panel (solar module) used for solar power generation.

図１における交流発電ユニット２０は、エンジン発電機のような交流発電機からなる交流発電体２２および／またはソーラーパネルのような直流発電モジュールからなる直流発電体２４と、交流を直流に変換するコンバータ(ＡＣ／ＤＣ)２６および該コンバータ２６からの直流が充電されるバッテリー２８からなるパワーユニット３０と、前記パワーユニット３０における前記バッテリー２８からの直流を交流に変換するインバータ３２とから基本的に構成される。   An AC power generation unit 20 in FIG. 1 includes an AC power generator 22 formed of an AC generator such as an engine generator and / or a DC power generator 24 formed of a DC power generation module such as a solar panel, and a converter that converts alternating current into direct current. (AC / DC) 26 and a power unit 30 composed of a battery 28 charged with direct current from the converter 26, and an inverter 32 for converting direct current from the battery 28 in the power unit 30 into alternating current. .

前記パワーユニット３０におけるコンバータ２６は、交流(ＡＣ)を直流(ＤＣ)に変換するという基本機能は図２に示すコンバータ１４と同じである。しかし前記コンバータ２６はコンデンサの代わりにバッテリー２８を代替的に使用する点で相違している。すなわち、一般にコンバータはサイリスタやトライアック等の整流素子を有し、交流発電機からの交流(ＡＣ)を直流(ＤＣ)に変換するが、得られた直流(ＤＣ)は脈流成分が多く所謂「半波整流」の状態である。そこで、変換後の直流(ＤＣ)を電解コンデンサ(キャパシタ)で平滑して脈流成分を均らし安定した直流として出力するようになっている。   The converter 26 in the power unit 30 has the same basic function as that of the converter 14 shown in FIG. 2 for converting alternating current (AC) into direct current (DC). However, the converter 26 differs in that it uses a battery 28 instead of a capacitor. That is, a converter generally has a rectifier such as a thyristor or a triac, and converts alternating current (AC) from an alternating current generator into direct current (DC). The obtained direct current (DC) has many pulsating flow components, so-called `` “Half-wave rectification”. Therefore, the converted direct current (DC) is smoothed by an electrolytic capacitor (capacitor), and the pulsating flow component is smoothed and output as a stable direct current.

しかし本考案の実施例では、前記電解コンデンサ(キャパシタ)に代えてバッテリー(蓄電池)２８を前記コンバータ２６とは別に設けて、前記直流発電体２４からの直流および／または該コンバータ２６からの直流(何れも脈流状態になっている)が該バッテリー２８に充電されるようになっている。脈流状態の直流(ＤＣ)は、前記バッテリー２８に充電されることで平滑されて良質の直流になる。すなわち、コンバータが本来備えている直流平滑用の電解コンデンサ(キャパシタ)に替えて、前記バッテリー２８を別体として設けることで、該バッテリー２８と前記コンバータ２６とからパワーユニット３０を構成することができる。これにより、交流発電ユニット２０として製造コストを低減でき、また全体としてシンプルなハイブリッド発電ユニットが実現できた。   However, in an embodiment of the present invention, a battery (storage battery) 28 is provided separately from the converter 26 in place of the electrolytic capacitor (capacitor) so that the direct current from the direct current generator 24 and / or the direct current from the converter 26 ( Both are in a pulsating state) so that the battery 28 is charged. The direct current (DC) in the pulsating state is smoothed by charging the battery 28 and becomes a good direct current. That is, instead of the DC smoothing electrolytic capacitor (capacitor) originally provided in the converter, the power unit 30 can be configured by the battery 28 and the converter 26 by providing the battery 28 separately. As a result, the manufacturing cost of the AC power generation unit 20 can be reduced, and a simple hybrid power generation unit as a whole can be realized.

図１に示す前記インバータ３２は、図２に示すインバータ１６と基本的に同じものであって、例えばＩＧＢＴ(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)やパワーＭＯＳＦＥＴ等の自己消弧形スイッチング素子からなる。すなわち、そのゲートを駆動して直流のターンオフおよびターンオンを行うことで、入力された直流(ＤＣ)を交流(ＡＣ)に変換するものである。   The inverter 32 shown in FIG. 1 is basically the same as the inverter 16 shown in FIG. 2, and includes a self-extinguishing switching element such as an IGBT (insulated gate bipolar transistor) or a power MOSFET. That is, the input direct current (DC) is converted into alternating current (AC) by driving the gate to perform direct current turn-off and turn-on.

先に述べた実施例に係る交流発電ユニットによれば、例えば交流発電機を風力発電に用いる交流発電体２２を使用する場合は、該交流発電体２２からの交流(ＡＣ)をコンバータ２６で直流(ＤＣ)に変換し、得られた直流(ＤＣ)はバッテリー２８に充電される。この直流(ＤＣ)では脈流成分を有しているが、前記バッテリー２８に蓄電された後にインバータ３２へ供給される直流(ＤＣ)は脈流成分が除去されている。そして前記インバータ３２で直流(ＤＣ)は交流(ＡＣ)に変換されると共に、周波数の調整がなされて良質の交流(ＡＣ)が各種の給電負荷１８へ供給される。   According to the AC power generation unit according to the above-described embodiment, for example, when using the AC power generator 22 that uses an AC power generator for wind power generation, the converter 26 converts the alternating current (AC) from the AC power generator 22 into direct current. The direct current (DC) obtained by converting into (DC) is charged in the battery 28. The direct current (DC) has a pulsating flow component, but the direct current (DC) supplied to the inverter 32 after being stored in the battery 28 has the pulsating flow component removed. The inverter 32 converts direct current (DC) into alternating current (AC) and adjusts the frequency to supply high-quality alternating current (AC) to various power supply loads 18.

また、例えばソーラーパネルを使用した太陽光発電を直流発電体２４に用いる場合は、該直流発電体２４からの直流を前記バッテリー２８に充電した後、該バッテリー２８からの直流(ＤＣ)をインバータ３２に供給し、該インバータ３２で直流(ＤＣ)を交流(ＡＣ)に変換し、変換された交流を給電負荷１８に供給する。   For example, when solar power generation using a solar panel is used for the DC power generator 24, the direct current (DC) from the battery 28 is charged to the inverter 32 after charging the direct current from the DC power generator 24 to the battery 28. The inverter 32 converts direct current (DC) into alternating current (AC), and supplies the converted alternating current to the power supply load 18.

このように本考案によれば、交流発電体２２を使用する場合は、コンバータ２６に電解コンデンサ(キャパシタ)を使用する必要がなく、代替的に設けたバッテリー２８により平滑して脈流成分を除去できる。また、直流発電体２４を使用する場合は、前記バッテリー２８に充電するだけでよい。そして、コンバータ２６とバッテリー２８とによりパワーユニット３０をコンパクトに構成でき、筐体の小型化を図ることができる。   As described above, according to the present invention, when the AC power generator 22 is used, it is not necessary to use an electrolytic capacitor (capacitor) for the converter 26, and the pulsating flow component is removed by smoothing by the battery 28 provided as an alternative. it can. Further, when the DC power generator 24 is used, the battery 28 only needs to be charged. The power unit 30 can be configured compactly by the converter 26 and the battery 28, and the housing can be downsized.

１８ 給電負荷，２２ 交流発電体，２４ 直流発電体，２６ コンバータ，
２８ バッテリー，３０ パワーユニット，３２ インバータ 18 power supply load, 22 AC generator, 24 DC generator, 26 converter,
28 batteries, 30 power units, 32 inverters

Claims (1)

交流発電体(22)または直流発電体(24)と、
交流を直流に変換するコンバータ(26)および該コンバータ(26)からの直流が充電されるバッテリー(28)からなるパワーユニット(30)と、
前記バッテリー(28)に接続され、該バッテリー(28)からの直流を交流に変換するインバータ(32)とから構成され、
前記交流発電体(22)からの交流は前記コンバータ(26)で直流に変換されて前記バッテリー(28)に充電され、
前記直流発電体(24)からの直流は前記バッテリー(28)に充電され、
前記バッテリー(28)からの直流は前記インバータ(32)で交流に変換されて給電負荷(18)へ供給されるようにした
ことを特徴とする交流発電ユニット。 AC generator (22) or DC generator (24),
A power unit (30) comprising a converter (26) for converting alternating current to direct current and a battery (28) to which direct current from the converter (26) is charged;
An inverter (32) connected to the battery (28) for converting direct current from the battery (28) into alternating current;
AC from the AC generator (22) is converted to DC by the converter (26) and charged to the battery (28),
Direct current from the direct current generator (24) is charged to the battery (28),
The AC power generation unit is characterized in that a direct current from the battery (28) is converted into an alternating current by the inverter (32) and supplied to the feeding load (18).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113858989A (en) * 2020-06-30 2021-12-31 比亚迪股份有限公司 Charging switching device and vehicle

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