JP4140244B2 - インバータ制御方法とその制御方法を用いた節電装置 - Google Patents
インバータ制御方法とその制御方法を用いた節電装置 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ用をはじめとするインバータの制御方法と、交流電源の過剰な電圧を下げ、消費電力を小さくする機能を有する、家庭用あるいは業務用の節電装置におけるインバータの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境破壊や地球温暖化を防止するという観点から電力の有効利用および省エネルギー化が可能でかつ、供給される電圧の安定化を図り、端末器の保護が可能で、更に低コストな回路構成を実現できるインバータ制御方法が求められている。
【０００３】
従来のこの種のインバータ制御方法について、図１０〜図１２を参照しながら説明する。
【０００４】
図１０に示すものは、特開平１０−４２５５９号公報に記載された昇降圧形電力調整装置で、ダイオード１０１ａと１０１ｂ、１０１ｃと１０１ｄ、１０１ｅと１０１ｆからなる第１から第３の直列回路を並列接続して構成される３相ブリッジ回路のダイオード１０１ａ〜１０１ｆにはそれぞれスイッチング素子２０１ａ〜２０１ｆを逆並列に接続し、第１直列回路の接続点からリアクトル３０１ａを介して、交流電源４０１の一方の端子を、第３直列回路の接続点からリアクトル３０１ｂを介して、負荷５０１の一方の端子を、第２直列回路の接続点には交流電源４０１、負荷５０１の各他方の端子をそれぞれ接続し、さらに、３相ブリッジ回路の＋極、−極間にはコンデンサ６０１ｃを、また、交流電源４０１、負荷５０１と並列にそれぞれコンデンサ６０１ａ、６０１ｂを接続して構成される。この様な構成において図１１及び図１２のタイミングチャートにあるような制御方法で、交流電源に対して同位相かつ電圧振幅の任意出力、すなわち昇圧動作、降圧動作を実現している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のインバータ制御方法では、交流電源に対して同位相の出力電圧しか得られないという課題がある。
【０００６】
また、入力電流の歪みが大きいので、フィルタ用のリアクトルが大きく、装置の大型化及び重量が増加するという課題がある。
【０００７】
さらに、交流電源のゼロクロス付近でスイッチング素子のデューティ変化が大きい為、制御上ゼロクロス検出は高精度検出を要求され、コストが高くなるという課題がある。
【０００８】
また、変圧器と組み合わせた際、すなわちインバータ制御方法を節電装置に応用した際には、交流電源を昇圧のみか降圧のみの制御しかできず、負荷側に対して安定した電源供給ができないという課題がある。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、合計３本のアームすなわち６個のスイッチング素子にて、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの電圧出力を同相及び逆相の出力可能なインバータ制御方法を提供することを第１の目的とする。
【００１０】
第２の目的は、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにし、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化を可能にすることができるインバータ制御方法を提供することにある。
【００１１】
第３の目的は、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにし、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストのインバータ制御方法を提供することにある。
【００１２】
第４の目的は、交流電源に対し正相、逆相のインバータ電圧出力が可能なインバータ制御方法を用い、交流電源の電圧低下が発生した際には昇圧し、電圧上昇が発生した際には降圧する機能を付随した節電装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のインバータ制御方法は上記目的を達成するために、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から、変調率の超過分をフルブリッジコンバータ専用アームの変調率とコンバータ／インバータ共通アームの変調率から減算あるいは加算した個別の変調率に変更することを特徴とするインバータ制御方法としたものである。
【００１４】
本発明によれば、３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とすることができる。
【００１５】
また、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成としたものである。
【００１６】
本発明によれば、３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの広範囲の電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とすることができる。
【００１７】
さらに、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成としたものである。
【００１８】
本発明によれば、インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大することが可能とすることができる。
【００１９】
また、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成としたものである。
【００２０】
本発明によれば、インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大することが可能とすることができる。
【００２１】
さらに、交流電源と負荷の間に１次巻線を配した直列変圧器と、出力側が前記直列変圧器の２次巻線に接続された双方向インバータを備え、前記双方向インバータにより前記負荷に印加する電圧を制御する節電装置において、前記双方向インバータは、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から、変調率の超過分をフルブリッジコンバータ専用アームの変調率とコンバータ／インバータ共通アームの変調率から減算あるいは加算した個別の変調率に変更することを特徴とするインバータ制御方法を用いた節電装置としたものである。
【００２２】
本発明によれば、３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とするインバータ制御方法を用いたことで、交流電源の電圧低下が発生した際には昇圧し、電圧上昇が発生した際には降圧する機能を付随した節電装置を提供することにある。
【００２３】
また、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成としたものである。
【００２４】
本発明によれば、節電装置において、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータからの出力電圧を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧範囲を拡大することができる。
【００２５】
さらに、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成としたものである。
【００２６】
本発明によれば、節電装置において双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータからの出力電圧を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧範囲を拡大することができる。
【００２７】
また、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成としたものである。
【００２８】
本発明によれば、節電装置において、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータ電圧出力を可能とし、双方向インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧幅を拡大することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明のインバータ制御方法は上記目的を達成するために、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバ ータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から、変調率の超過分をフルブリッジコンバータ専用アームの変調率とコンバータ／インバータ共通アームの変調率から減算あるいは加算した個別の変調率に変更することを特徴とするインバータ制御方法とすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とすることができる作用を有する。
【００３０】
また、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの広範囲の電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とすることができるという作用を有する。
【００３１】
さらに、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大することが可能とすることができるという作用を有する。
【００３２】
また、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大することが可能とすることができるという作用を有する。
【００３３】
さらに、交流電源と負荷の間に１次巻線を配した直列変圧器と、出力側が前記直列変圧器の２次巻線に接続された双方向インバータを備え、前記双方向インバータにより前記負荷に印加する電圧を制御する節電装置において、前記双方向インバータは、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流 電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から、変調率の超過分をフルブリッジコンバータ専用アームの変調率とコンバータ／インバータ共通アームの変調率から減算あるいは加算した個別の変調率に変更することを特徴とするインバータ制御方法を用いた節電装置にすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とするインバータ制御方法を用いたことで、交流電源の電圧低下が発生した際には昇圧し、電圧上昇が発生した際には降圧する機能を付随した節電装置を提供することができるという作用を有する。
【００３４】
また、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータからの出力電圧を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧範囲を拡大することができるという作用を有する。
【００３５】
さらに、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータからの出力電圧を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧範囲を拡大することができるという作用を有する。
【００３６】
また、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータ電圧出力を可能とし、双方向インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧幅を拡大することができるという作用を有する。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
（実施例１）
以下、本発明の第１実施例（実施例１に対応）について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００３９】
図１に双方向インバータ１の回路図を示す。図において、ダイオード２ａと逆並列にスイッチング素子３ａ、ダイオード２ｂと逆並列にスイッチング素子３ｂを接続し、スイッチング素子３ａと逆並列接続されたダイオード２ａと、スイッチング素子３ｂと逆並列接続されたダイオード２ｂとを上下直列接続して第一アームとしてフルブリッジコンバータ専用アーム４を形成する。ダイオード２ｃと逆並列にスイッチング素子３ｃ、ダイオード２ｄと逆並列にスイッチング素子３ｄを接続し、スイッチング素子３ｃと逆並列接続されたダイオード２ｃと、スイッチング素子３ｄと逆並列接続されたダイオード２ｄとを上下直列接続して第二アームとしてコンバータ／インバータ共通アーム５を形成する。ダイオード２ｅと逆並列にスイッチング素子３ｅ、ダイオード２ｆと逆並列にスイッチング素子３ｆを接続し、スイッチング素子３ｅと逆並列接続されたダイオード２ｅと、スイッチング素子３ｆと逆並列接続されたダイオード２ｆとを上下直列接続して第三アームとしてフルブリッジインバータ専用アーム６を形成する。さらにダイオード２ａ、２ｂの接続点からリアクトル７ａ、ダイオード２ｃ、２ｄの接続点からリアクトル７ｂ、リアクトル７ｃ、ダイオード２ｅ、２ｆの接続点からリアクトル７ｄにそれぞれ接続している。さらにリアクトル７ａ、７ｂは交流電源に接続し、リアクトル７ｃ、７ｄは負荷８に接続する。また、コンデンサ９ａはリアクトル７ａ、７ｂの交流電源側に、コンデンサ９ｂはリアクトル７ｃ、７ｄの負荷８側に接続し、コンデンサ９ｃはダイオード２ａのカソード側とダイオード２ｂのアノード側にそれぞれ接続して構成する。
【００４０】
図１の回路において、各アームが個別の変調率で動作した場合について説明する。
【００４１】
前記の条件において、フルブリッジコンバータ専用アーム４のスイッチング素子３ａのデューティをＤ１、フルブリッジコンバータ専用アーム４のスイッチング素子３ｂのデューティを１−Ｄ１、コンバータ／インバータ共通アーム５のスイッチング素子３ｃのデューティをＤ２、及びコンバータ／インバータ共通アーム５のスイッチング素子３ｄのデューティを１−Ｄ２、フルブリッジインバータ専用アーム６のスイッチング素子３ｅのデューティをＤ３、フルブリッジインバータ専用アーム６のスイッチング素子３ｆのデューティを１−Ｄ３、リアクトル７ａ、７ｂの合成リアクタンスをＬ１、リアクトル７ｃ、７ｄの合成リアクタンスをＬ２とすると、交流電源電圧Ｖｉｎは式１のように、負荷８側の電圧Ｖｏｕｔは式２のように計算することができる。ただし、デッドタイムは無視している。
【００４２】
【式１】
【００４３】
【式２】
【００４４】
なお、Ｖｄｃはコンデンサ９ｃの両端電圧のＤＣリンク電圧で、ｉ１はリアクトル７ａ、７ｂに流れる電流、ｉ２はリアクトル７ｃ、７ｄに流れる電流である。ここで、個別の変調率で制御する変調率制御手段の制御フローについて、スイッチングパターンを交流電源Ｖｉｎと双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが同位相の場合と逆位相の場合の２つに分けて説明する。
【００４５】
同位相の場合のタイミングチャートを図２に示す。図２に示すように、各アームの変調率とキャリア波との比較を定義し、交流電源Ｖｉｎと双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔのそれぞれが正の半周期、交流電源Ｖｉｎが双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔより大きい時、モードは４パターンある。スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＡと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＢと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＣと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＤである。また、交流電源Ｖｉｎと双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔのそれぞれが負の半周期の時、同様にモードは４パターンある。スイッチング素子３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＥと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＦと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＧと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＨである。
【００４６】
逆位相の場合のタイミングチャートを図３に示す。図３に示すように、交流電源Ｖｉｎが正の半周期時で、かつ双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが負の半周期の時、モードは４パターンある。スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＡと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＢと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＣと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＤである。また、交流電源Ｖｉｎが負の半周期で、かつ双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが正の半周期の時、同様にモードは４パターンある。すなわち、スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＥと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＦと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＧと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＨである。
【００４７】
同位相の場合、図１中の各部の電圧、すなわち、スイッチング素子３ｂの両端電圧Ｖａ、スイッチング素子３ｄの両端電圧Ｖｂ、スイッチング素子３ｆの両端電圧ＶｃにはＶａ＞Ｖｂ、Ｖｃ＞ＶｂあるいはＶａ＜Ｖｂ、Ｖｃ＜Ｖｂの２つの組合せがある。
【００４８】
Ｖａ＞Ｖｂ、Ｖｃ＞Ｖｂの場合、交流電源電圧が正の期間にスイッチング素子３ａ、３ｄがＯＮの期間にスイッチング素子３ｅをＯＮにすることにより、双方向インバータ１の出力電圧は正の電圧すなわちＶｃ＞Ｖｂを印加することができる。従ってスイッチング素子３ａ、３ｄがＯＮの期間の間にスイッチング素子３ｅをＯＮさせることで交流電源の正の期間と同位相の双方向インバータ１の出力、すなわちＶａ＞Ｖｂの時にＶｃ＞Ｖｂの双方向インバータ１の出力が可能となる。Ｖａ＜Ｖｂ、Ｖｃ＜Ｖｂの場合は、スイッチング素子３ｂ、３ｃがＯＮの期間にスイッチング素子３ｆをＯＮすることで交流電源の負の期間と同位相の双方向インバータ１の出力、すなわちＶａ＜Ｖｂの時にＶｃ＜Ｖｂの双方向インバータ１の出力が可能となる。
【００４９】
図４に示すように、スイッチング素子３ａ〜３ｆのスイッチングパターンを各Ｔ１〜Ｔ６し、キャリア周期をＴ、パターンＡ〜Ｄまでの各時間をＴａ〜Ｔｄとした場合、同位相時の各モードにおける回路方程式は式３となる。
【００５０】
【式３】
【００５１】
式３の各式の両辺に各ＴａからＴｄ倍し、総和を計算、整理すると式１となる。
【００５２】
次に逆位相の場合、図１中の各部の電圧Ｖａ、Ｖｂ、ＶｃにはＶａ＞Ｖｂ、Ｖｃ＜ＶｂあるいはＶａ＜Ｖｂ、Ｖｃ＞Ｖｂの２つの組合せがある。
【００５３】
Ｖａ＞Ｖｂ、Ｖｃ＜Ｖｂの場合、スイッチング素子３ｂ、３ｃがＯＮの期間にスイッチング素子３ｆをＯＮにすることにより、交流電源の正の期間に双方向インバータ１の出力電圧は負の電圧すなわちＶｃ＜Ｖｂを印加することができる。従ってスイッチング素子３ｂ、３ｃがＯＮの期間の間にスイッチング素子３ｆをＯＮさせることで、交流電源に対して逆位相の双方向インバータ１の出力、すなわちＶａ＞Ｖｂの時にＶｃ＜Ｖｂの双方向インバータ１の出力が可能となる。Ｖａ＜Ｖｂ、Ｖｃ＞Ｖｂの場合は、スイッチング素子３ａ、３ｄがＯＮの期間にスイッチング素子３ｅをＯＮすることで、交流電源に対して逆位相の双方向インバータ１の出力、すなわちＶａ＜Ｖｂの時にＶｃ＞Ｖｂの双方向インバータ１の出力が可能となる。逆位相時も同位相時と同様に式１を導くことができる。
【００５４】
以上のように同位相、逆位相共にスイッチング素子３ａ〜３ｆをＯＮ／ＯＦＦ比で制御することにより双方向インバータ１の出力電圧制御が可能となる。
【００５５】
スイッチング素子３ａ〜３ｆのデューティＤ１、Ｄ２の決定方法については、式１、式２からデューティＤ１、Ｄ２により双方向インバータ１の入出力電圧は決定することができるため、デューティＤ１、Ｄ３の計算を行うと、式４のようになる。
【００５６】
【式４】
【００５７】
このようにキャリア信号との比較により、デューティＤ１〜Ｄ３を決定し、スイッチング素子３ａ〜３ｆを制御することとなる。
【００５８】
以上のように本実施例によれば、交流電源に対してインバータは同位相、逆位相共に出力することができる。
【００５９】
なお、本実施例においては、各アームの変調率とキャリア波の比較から各スイッチング素子のデューティを出力する際に正論理としたが、負論理であっても効果に差異はない。
【００６０】
（実施例２）
以下、本発明の第２実施例（実施例２〜４に対応）について、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００６１】
なお、第１実施例と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
図１の回路において、スイッチング素子３ａとスイッチング素子３ｄ、スイッチング素子３ｂとスイッチング素子３ｃの各組合せが互いに符号を反転させた変調率でＯＮしている状態において、双方向インバータ１の出力電圧目標値が双方向インバータ１の出力電圧限界を超えた場合について説明する。
【００６３】
上記のスイッチング素子３ａとスイッチング素子３ｄの組合せが変調率ｍ＿ｃ、スイッチング素子３ｂとスイッチング素子３ｃの組合せが変調率−ｍ＿ｃすなわちスイッチング素子３ａ、３ｄの組み合わせの符号を反転した変調率で、かつ異なるタイミングでＯＮしている状態の場合、交流電源電圧Ｖｉｎは式５のように、負荷８側の電圧Ｖｏｕｔは式６のように計算することができる。
【００６４】
【式５】
【００６５】
【式６】
【００６６】
ここで、個別の変調率で制御する変調率制御手段の制御フローについて、スイッチングパターンを交流電源Ｖｉｎと双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが同位相の場合と逆位相の場合の２つに分けて説明する。
【００６７】
同位相の場合のタイミングチャートを図５に示す。図５に示すように、交流電源Ｖｉｎと双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔのそれぞれが正の半周期の時で、かつＶｏｕｔ＜Ｖｉｎの時、モードは次の４パターンある。すなわち、スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＡと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＢと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＣと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＤである。また、交流電源Ｖｉｎと双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔのそれぞれが負の半周期の時、同様にモードは４パターンある。スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＥと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＦと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＧと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＨである。
【００６８】
逆位相の場合のタイミングチャートを図６に示す。図６に示すように、交流電源Ｖｉｎが正の半周期時で、かつ双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが負の半周期の時、モードは４パターンある。スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＡと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＢと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＣと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＤである。また、交流電源Ｖｉｎが負の半周期で、かつ双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが正の半周期の時、同様にモードは４パターンある。スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＥと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＦと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＧと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＨである。
【００６９】
同位相の時に、双方向インバータ１の出力電圧目標値が出力限界値を超えている場合、すなわちフルブリッジインバータ専用アーム６の変調率が１あるいは−１を超えている場合は、変調率の超過分△ｍをフルブリッジコンバータ専用アーム４の変調率ｍ＿ｃｎｖとコンバータ／インバータ共通アーム５の変調率ｍ＿ｃｏｍから減算あるいは加算する。この減算あるいは加算した変調率からスイッチング素子３ａ〜３ｆを制御することにより、フルブリッジコンバータの入力電圧Ｖｃｎｖ、フルブリッジインバータの出力電圧Ｖｉｎｖは目標とする電圧にすることができる。また逆位相の時に、双方向インバータ１の出力電圧目標値が出力限界値を超えている場合、すなわちフルブリッジインバータ専用アーム６の変調率が１あるいは−１を超えている場合は、変調率の超過分△ｍをフルブリッジコンバータ専用アーム４の変調率ｍ＿ｃｎｖとコンバータ／インバータ共通アーム５の変調率ｍ＿ｃｏｍから減算あるいは加算する。この減算あるいは加算した変調率からスイッチング素子３ａ〜３ｆを制御することにより、Ｖｃｎｖ、Ｖｉｎｖは目標とする電圧にすることができる。
【００７０】
以上のように本実施例によれば、同位相、逆位相共にインバータ出力電圧目標値が出力限界値を超えた場合に変調率を加算、減算することによりインバータ出力電圧は目標とする電圧を出力することができる。
【００７１】
（実施例３）
以下、本発明の第３実施例（実施例５〜８に対応）について、図７〜図９を参照しながら説明する。
【００７２】
なお、第１及び第２実施例と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７３】
図７に示すように節電装置１０は、図１に示す双方向インバータ１の一方を直列変圧器１１の２次側巻線に、もう一方を交流電源に接続している。図において商用負荷１２に供給される負荷電源電圧Ｖｒは、交流電源電圧Ｖｉｎ、直列変圧器１１の変圧比を１０：１、双方向インバータ１の出力電圧をＶｉｎｖとすると、式７で示すことができる。
【００７４】
【式７】
【００７５】
図８では、交流電源電圧２１４Ｖｒｍｓ、出力設定電圧１９０Ｖｒｍｓ、直列変圧器１１の変圧比は約１０：１、また直流電圧Ｖｄｃは３８０Ｖ、負荷条件は抵抗負荷５Ωにて個別の変調率で制御した一例である。双方向インバータ１の出力電圧ピーク値は直流電圧Ｖｄｃの３８０Ｖまで可能となっており、すなわち商用負荷１２に供給する負荷電源電圧Ｖｒは約１９０Ｖｒｍｓの目標電圧となっている。
【００７６】
図９では、交流電源電圧１８２Ｖｒｍｓ、出力設定電圧１９０Ｖｒｍｓ、直列変圧器１１の変圧比は約１０：１、また直流電圧Ｖｄｃは３８０Ｖ、負荷条件は抵抗負荷５Ωにて個別の変調率で制御した一例である。双方向インバータ１の出力電圧ピーク値は直流電圧Ｖｄｃの３８０Ｖから交流電源電圧１８２Ｖｒｍｓを減算し、ピーク値は約１１８Ｖまで可能となっており、商用負荷１２に供給する負荷電源電圧Ｖｒは約１９０Ｖｒｍｓの目標電圧となっている。
【００７７】
以上のように本実施例によれば、交流電源に対して双方向インバータは同位相、逆位相共に電圧出力が可能とすることができ、直列変圧器により交流電源の電圧制御範囲がより広範囲とすることができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように本発明によれば、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、それぞれが個別の変調率で動作する構成とすることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とすることができるという効果のあるインバータ制御方法を提供できる。
【００７９】
また、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの広範囲の電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とすることができるという効果のあるインバータ制御方法を提供できる。
【００８０】
さらに、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大することが可能とすることができるという効果のあるインバータ制御方法を提供できる。
【００８１】
また、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大することが可能とすることができるという効果のあるインバータ制御方法を提供できる。
【００８２】
さらに、節電装置において、交流電源と負荷の間に１次巻線を配した直列変圧器と、出力側が前記直列変圧器の２次巻線に接続された双方向インバータを備え、前記双方向インバータにより前記負荷に印加する電圧を制御する節電装置において、前記双方向インバータは、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、それぞれが個別の変調率で動作する構成とすることで、３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とするインバータ制御方法を用いたことで、交流電源の電圧低下が発生した際には昇圧し、電圧上昇が発生した際には降圧する効果のある節電装置を提供できる。
【００８３】
また、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータからの出力電圧を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧範囲を拡大することができるという効果のあるインバータ制御方法を用いた節電装置を提供できる。
【００８４】
さらに、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータからの出力電圧を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧範囲を拡大することができるという効果のあるインバータ制御方法を用いた節電装置を提供できる。
【００８５】
また、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータ電圧出力を可能とし、双方向インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧幅を拡大することができるという効果のあるインバータ制御方法を用いた節電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１におけるインバータの回路図
【図２】 同インバータ出力（同位相）のタイミングチャート
【図３】 同インバータ出力（逆位相）のタイミングチャート
【図４】 同タイミングチャート拡大図
【図５】 本発明の実施例２における同位相時のタイミングチャート
【図６】 同逆位相時のタイミングチャート
【図７】 本発明の実施例３における節電装置の構成図
【図８】 節電装置の降圧制御波形例を示す図
【図９】 同節電装置の昇圧制御波形例を示す図
【図１０】 従来のインバータ装置の一例を示す電気回路ブロック図
【図１１】 同降圧時のタイミングチャート
【図１２】 同昇圧時のタイミングチャート
【符号の説明】
１ 双方向インバータ
２ ダイオード
３ スイッチング素子
４ フルブリッジコンバータ専用アーム
５ コンバータ／インバータ共通アーム
６ フルブリッジインバータ専用アーム
７ リアクトル
８ 負荷
９ コンデンサ
１０ 節電装置
１１ 直列変圧器
１２ 商用負荷
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ用をはじめとするインバータの制御方法と、交流電源の過剰な電圧を下げ、消費電力を小さくする機能を有する、家庭用あるいは業務用の節電装置におけるインバータの制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、環境破壊や地球温暖化を防止するという観点から電力の有効利用および省エネルギー化が可能でかつ、供給される電圧の安定化を図り、端末器の保護が可能で、更に低コストな回路構成を実現できるインバータ制御方法が求められている。
【０００３】
従来のこの種のインバータ制御方法について、図１０〜図１２を参照しながら説明する。
【０００４】
図１０に示すものは、特開平１０−４２５５９号公報に記載された昇降圧形電力調整装置で、ダイオード１０１ａと１０１ｂ、１０１ｃと１０１ｄ、１０１ｅと１０１ｆからなる第１から第３の直列回路を並列接続して構成される３相ブリッジ回路のダイオード１０１ａ〜１０１ｆにはそれぞれスイッチング素子２０１ａ〜２０１ｆを逆並列に接続し、第１直列回路の接続点からリアクトル３０１ａを介して、交流電源４０１の一方の端子を、第３直列回路の接続点からリアクトル３０１ｂを介して、負荷５０１の一方の端子を、第２直列回路の接続点には交流電源４０１、負荷５０１の各他方の端子をそれぞれ接続し、さらに、３相ブリッジ回路の＋極、−極間にはコンデンサ６０１ｃを、また、交流電源４０１、負荷５０１と並列にそれぞれコンデンサ６０１ａ、６０１ｂを接続して構成される。この様な構成において図１１及び図１２のタイミングチャートにあるような制御方法で、交流電源に対して同位相かつ電圧振幅の任意出力、すなわち昇圧動作、降圧動作を実現している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のインバータ制御方法では、交流電源に対して同位相の出力電圧しか得られないという課題がある。
【０００６】
また、入力電流の歪みが大きいので、フィルタ用のリアクトルが大きく、装置の大型化及び重量が増加するという課題がある。
【０００７】
さらに、交流電源のゼロクロス付近でスイッチング素子のデューティ変化が大きい為、制御上ゼロクロス検出は高精度検出を要求され、コストが高くなるという課題がある。
【０００８】
また、変圧器と組み合わせた際、すなわちインバータ制御方法を節電装置に応用した際には、交流電源を昇圧のみか降圧のみの制御しかできず、負荷側に対して安定した電源供給ができないという課題がある。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するもので、合計３本のアームすなわち６個のスイッチング素子にて、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの電圧出力を同相及び逆相の出力可能なインバータ制御方法を提供することを第１の目的とする。
【００１０】
第２の目的は、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにし、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化を可能にすることができるインバータ制御方法を提供することにある。
【００１１】
第３の目的は、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにし、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストのインバータ制御方法を提供することにある。
【００１２】
第４の目的は、交流電源に対し正相、逆相のインバータ電圧出力が可能なインバータ制御方法を用い、交流電源の電圧低下が発生した際には昇圧し、電圧上昇が発生した際には降圧する機能を付随した節電装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明のインバータ制御方法は上記目的を達成するために、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から、変調率の超過分をフルブリッジコンバータ専用アームの変調率とコンバータ／インバータ共通アームの変調率から減算あるいは加算した個別の変調率に変更することを特徴とするインバータ制御方法としたものである。
【００１４】
本発明によれば、３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とすることができる。
【００１５】
また、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成としたものである。
【００１６】
本発明によれば、３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの広範囲の電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とすることができる。
【００１７】
さらに、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成としたものである。
【００１８】
本発明によれば、インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大することが可能とすることができる。
【００１９】
また、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成としたものである。
【００２０】
本発明によれば、インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大することが可能とすることができる。
【００２１】
さらに、交流電源と負荷の間に１次巻線を配した直列変圧器と、出力側が前記直列変圧器の２次巻線に接続された双方向インバータを備え、前記双方向インバータにより前記負荷に印加する電圧を制御する節電装置において、前記双方向インバータは、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から、変調率の超過分をフルブリッジコンバータ専用アームの変調率とコンバータ／インバータ共通アームの変調率から減算あるいは加算した個別の変調率に変更することを特徴とするインバータ制御方法を用いた節電装置としたものである。
【００２２】
本発明によれば、３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とするインバータ制御方法を用いたことで、交流電源の電圧低下が発生した際には昇圧し、電圧上昇が発生した際には降圧する機能を付随した節電装置を提供することにある。
【００２３】
また、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成としたものである。
【００２４】
本発明によれば、節電装置において、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータからの出力電圧を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧範囲を拡大することができる。
【００２５】
さらに、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成としたものである。
【００２６】
本発明によれば、節電装置において双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータからの出力電圧を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧範囲を拡大することができる。
【００２７】
また、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成としたものである。
【００２８】
本発明によれば、節電装置において、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータ電圧出力を可能とし、双方向インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧幅を拡大することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
本発明のインバータ制御方法は上記目的を達成するために、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバ ータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から、変調率の超過分をフルブリッジコンバータ専用アームの変調率とコンバータ／インバータ共通アームの変調率から減算あるいは加算した個別の変調率に変更することを特徴とするインバータ制御方法とすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とすることができる作用を有する。
【００３０】
また、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの広範囲の電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とすることができるという作用を有する。
【００３１】
さらに、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大することが可能とすることができるという作用を有する。
【００３２】
また、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大することが可能とすることができるという作用を有する。
【００３３】
さらに、交流電源と負荷の間に１次巻線を配した直列変圧器と、出力側が前記直列変圧器の２次巻線に接続された双方向インバータを備え、前記双方向インバータにより前記負荷に印加する電圧を制御する節電装置において、前記双方向インバータは、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流 電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から、変調率の超過分をフルブリッジコンバータ専用アームの変調率とコンバータ／インバータ共通アームの変調率から減算あるいは加算した個別の変調率に変更することを特徴とするインバータ制御方法を用いた節電装置にすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とするインバータ制御方法を用いたことで、交流電源の電圧低下が発生した際には昇圧し、電圧上昇が発生した際には降圧する機能を付随した節電装置を提供することができるという作用を有する。
【００３４】
また、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータからの出力電圧を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧範囲を拡大することができるという作用を有する。
【００３５】
さらに、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータからの出力電圧を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧範囲を拡大することができるという作用を有する。
【００３６】
また、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータ電圧出力を可能とし、双方向インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧幅を拡大することができるという作用を有する。
【００３７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３８】
（実施例１）
以下、本発明の第１実施例（実施例１に対応）について、図１〜図４を参照しながら説明する。
【００３９】
図１に双方向インバータ１の回路図を示す。図において、ダイオード２ａと逆並列にスイッチング素子３ａ、ダイオード２ｂと逆並列にスイッチング素子３ｂを接続し、スイッチング素子３ａと逆並列接続されたダイオード２ａと、スイッチング素子３ｂと逆並列接続されたダイオード２ｂとを上下直列接続して第一アームとしてフルブリッジコンバータ専用アーム４を形成する。ダイオード２ｃと逆並列にスイッチング素子３ｃ、ダイオード２ｄと逆並列にスイッチング素子３ｄを接続し、スイッチング素子３ｃと逆並列接続されたダイオード２ｃと、スイッチング素子３ｄと逆並列接続されたダイオード２ｄとを上下直列接続して第二アームとしてコンバータ／インバータ共通アーム５を形成する。ダイオード２ｅと逆並列にスイッチング素子３ｅ、ダイオード２ｆと逆並列にスイッチング素子３ｆを接続し、スイッチング素子３ｅと逆並列接続されたダイオード２ｅと、スイッチング素子３ｆと逆並列接続されたダイオード２ｆとを上下直列接続して第三アームとしてフルブリッジインバータ専用アーム６を形成する。さらにダイオード２ａ、２ｂの接続点からリアクトル７ａ、ダイオード２ｃ、２ｄの接続点からリアクトル７ｂ、リアクトル７ｃ、ダイオード２ｅ、２ｆの接続点からリアクトル７ｄにそれぞれ接続している。さらにリアクトル７ａ、７ｂは交流電源に接続し、リアクトル７ｃ、７ｄは負荷８に接続する。また、コンデンサ９ａはリアクトル７ａ、７ｂの交流電源側に、コンデンサ９ｂはリアクトル７ｃ、７ｄの負荷８側に接続し、コンデンサ９ｃはダイオード２ａのカソード側とダイオード２ｂのアノード側にそれぞれ接続して構成する。
【００４０】
図１の回路において、各アームが個別の変調率で動作した場合について説明する。
【００４１】
前記の条件において、フルブリッジコンバータ専用アーム４のスイッチング素子３ａのデューティをＤ１、フルブリッジコンバータ専用アーム４のスイッチング素子３ｂのデューティを１−Ｄ１、コンバータ／インバータ共通アーム５のスイッチング素子３ｃのデューティをＤ２、及びコンバータ／インバータ共通アーム５のスイッチング素子３ｄのデューティを１−Ｄ２、フルブリッジインバータ専用アーム６のスイッチング素子３ｅのデューティをＤ３、フルブリッジインバータ専用アーム６のスイッチング素子３ｆのデューティを１−Ｄ３、リアクトル７ａ、７ｂの合成リアクタンスをＬ１、リアクトル７ｃ、７ｄの合成リアクタンスをＬ２とすると、交流電源電圧Ｖｉｎは式１のように、負荷８側の電圧Ｖｏｕｔは式２のように計算することができる。ただし、デッドタイムは無視している。
【００４２】
【式１】
【式２】
なお、Ｖｄｃはコンデンサ９ｃの両端電圧のＤＣリンク電圧で、ｉ１はリアクトル７ａ、７ｂに流れる電流、ｉ２はリアクトル７ｃ、７ｄに流れる電流である。ここで、個別の変調率で制御する変調率制御手段の制御フローについて、スイッチングパターンを交流電源Ｖｉｎと双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが同位相の場合と逆位相の場合の２つに分けて説明する。
【００４５】
同位相の場合のタイミングチャートを図２に示す。図２に示すように、各アームの変調率とキャリア波との比較を定義し、交流電源Ｖｉｎと双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔのそれぞれが正の半周期、交流電源Ｖｉｎが双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔより大きい時、モードは４パターンある。スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＡと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＢと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＣと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＤである。また、交流電源Ｖｉｎと双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔのそれぞれが負の半周期の時、同様にモードは４パターンある。スイッチング素子３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＥと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＦと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＧと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＨである。
【００４６】
逆位相の場合のタイミングチャートを図３に示す。図３に示すように、交流電源Ｖｉｎが正の半周期時で、かつ双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが負の半周期の時、モードは４パターンある。スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＡと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＢと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＣと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＤである。また、交流電源Ｖｉｎが負の半周期で、かつ双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが正の半周期の時、同様にモードは４パターンある。すなわち、スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＥと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＦと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＧと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＨである。
【００４７】
同位相の場合、図１中の各部の電圧、すなわち、スイッチング素子３ｂの両端電圧Ｖａ、スイッチング素子３ｄの両端電圧Ｖｂ、スイッチング素子３ｆの両端電圧ＶｃにはＶａ＞Ｖｂ、Ｖｃ＞ＶｂあるいはＶａ＜Ｖｂ、Ｖｃ＜Ｖｂの２つの組合せがある。
【００４８】
Ｖａ＞Ｖｂ、Ｖｃ＞Ｖｂの場合、交流電源電圧が正の期間にスイッチング素子３ａ、３ｄがＯＮの期間にスイッチング素子３ｅをＯＮにすることにより、双方向インバータ１の出力電圧は正の電圧すなわちＶｃ＞Ｖｂを印加することができる。従ってスイッチング素子３ａ、３ｄがＯＮの期間の間にスイッチング素子３ｅをＯＮさせることで交流電源の正の期間と同位相の双方向インバータ１の出力、すなわちＶａ＞Ｖｂの時にＶｃ＞Ｖｂの双方向インバータ１の出力が可能となる。Ｖａ＜Ｖｂ、Ｖｃ＜Ｖｂの場合は、スイッチング素子３ｂ、３ｃがＯＮの期間にスイッチング素子３ｆをＯＮすることで交流電源の負の期間と同位相の双方向インバータ１の出力、すなわちＶａ＜Ｖｂの時にＶｃ＜Ｖｂの双方向インバータ１の出力が可能となる。
【００４９】
図４に示すように、スイッチング素子３ａ〜３ｆのスイッチングパターンを各Ｔ１〜Ｔ６し、キャリア周期をＴ、パターンＡ〜Ｄまでの各時間をＴａ〜Ｔｄとした場合、同位相時の各モードにおける回路方程式は式３となる。
【００５０】
【式３】
式３の各式の両辺に各ＴａからＴｄ倍し、総和を計算、整理すると式１となる。
【００５２】
次に逆位相の場合、図１中の各部の電圧Ｖａ、Ｖｂ、ＶｃにはＶａ＞Ｖｂ、Ｖｃ＜ＶｂあるいはＶａ＜Ｖｂ、Ｖｃ＞Ｖｂの２つの組合せがある。
【００５３】
Ｖａ＞Ｖｂ、Ｖｃ＜Ｖｂの場合、スイッチング素子３ｂ、３ｃがＯＮの期間にスイッチング素子３ｆをＯＮにすることにより、交流電源の正の期間に双方向インバータ１の出力電圧は負の電圧すなわちＶｃ＜Ｖｂを印加することができる。従ってスイッチング素子３ｂ、３ｃがＯＮの期間の間にスイッチング素子３ｆをＯＮさせることで、交流電源に対して逆位相の双方向インバータ１の出力、すなわちＶａ＞Ｖｂの時にＶｃ＜Ｖｂの双方向インバータ１の出力が可能となる。Ｖａ＜Ｖｂ、Ｖｃ＞Ｖｂの場合は、スイッチング素子３ａ、３ｄがＯＮの期間にスイッチング素子３ｅをＯＮすることで、交流電源に対して逆位相の双方向インバータ１の出力、すなわちＶａ＜Ｖｂの時にＶｃ＞Ｖｂの双方向インバータ１の出力が可能となる。逆位相時も同位相時と同様に式１を導くことができる。
【００５４】
以上のように同位相、逆位相共にスイッチング素子３ａ〜３ｆをＯＮ／ＯＦＦ比で制御することにより双方向インバータ１の出力電圧制御が可能となる。
【００５５】
スイッチング素子３ａ〜３ｆのデューティＤ１、Ｄ２の決定方法については、式１、式２からデューティＤ１、Ｄ２により双方向インバータ１の入出力電圧は決定することができるため、デューティＤ１、Ｄ３の計算を行うと、式４のようになる。
【００５６】
【式４】
このようにキャリア信号との比較により、デューティＤ１〜Ｄ３を決定し、スイッチング素子３ａ〜３ｆを制御することとなる。
【００５８】
以上のように本実施例によれば、交流電源に対してインバータは同位相、逆位相共に出力することができる。
【００５９】
なお、本実施例においては、各アームの変調率とキャリア波の比較から各スイッチング素子のデューティを出力する際に正論理としたが、負論理であっても効果に差異はない。
【００６０】
（実施例２）
以下、本発明の第２実施例（実施例２〜４に対応）について、図５及び図６を参照しながら説明する。
【００６１】
なお、第１実施例と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００６２】
図１の回路において、スイッチング素子３ａとスイッチング素子３ｄ、スイッチング素子３ｂとスイッチング素子３ｃの各組合せが互いに符号を反転させた変調率でＯＮしている状態において、双方向インバータ１の出力電圧目標値が双方向インバータ１の出力電圧限界を超えた場合について説明する。
【００６３】
上記のスイッチング素子３ａとスイッチング素子３ｄの組合せが変調率ｍ＿ｃ、スイッチング素子３ｂとスイッチング素子３ｃの組合せが変調率−ｍ＿ｃすなわちスイッチング素子３ａ、３ｄの組み合わせの符号を反転した変調率で、かつ異なるタイミングでＯＮしている状態の場合、交流電源電圧Ｖｉｎは式５のように、負荷８側の電圧Ｖｏｕｔは式６のように計算することができる。
【００６４】
【式５】
【式６】
ここで、個別の変調率で制御する変調率制御手段の制御フローについて、スイッチングパターンを交流電源Ｖｉｎと双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが同位相の場合と逆位相の場合の２つに分けて説明する。
【００６７】
同位相の場合のタイミングチャートを図５に示す。図５に示すように、交流電源Ｖｉｎと双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔのそれぞれが正の半周期の時で、かつＶｏｕｔ＜Ｖｉｎの時、モードは次の４パターンある。すなわち、スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＡと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＢと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＣと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＤである。また、交流電源Ｖｉｎと双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔのそれぞれが負の半周期の時、同様にモードは４パターンある。スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＥと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＦと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＧと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＨである。
【００６８】
逆位相の場合のタイミングチャートを図６に示す。図６に示すように、交流電源Ｖｉｎが正の半周期時で、かつ双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが負の半周期の時、モードは４パターンある。スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＡと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＢと、３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＣと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＤである。また、交流電源Ｖｉｎが負の半周期で、かつ双方向インバータ１の出力電圧Ｖｏｕｔが正の半周期の時、同様にモードは４パターンある。スイッチング素子３ａがＯＮ、３ｂがＯＦＦ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＥと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＮ、３ｄがＯＦＦ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＦと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＮ、３ｆがＯＦＦのパターンＧと、３ａがＯＦＦ、３ｂがＯＮ、３ｃがＯＦＦ、３ｄがＯＮ、３ｅがＯＦＦ、３ｆがＯＮのパターンＨである。
【００６９】
同位相の時に、双方向インバータ１の出力電圧目標値が出力限界値を超えている場合、すなわちフルブリッジインバータ専用アーム６の変調率が１あるいは−１を超えている場合は、変調率の超過分△ｍをフルブリッジコンバータ専用アーム４の変調率ｍ＿ｃｎｖとコンバータ／インバータ共通アーム５の変調率ｍ＿ｃｏｍから減算あるいは加算する。この減算あるいは加算した変調率からスイッチング素子３ａ〜３ｆを制御することにより、フルブリッジコンバータの入力電圧Ｖｃｎｖ、フルブリッジインバータの出力電圧Ｖｉｎｖは目標とする電圧にすることができる。また逆位相の時に、双方向インバータ１の出力電圧目標値が出力限界値を超えている場合、すなわちフルブリッジインバータ専用アーム６の変調率が１あるいは−１を超えている場合は、変調率の超過分△ｍをフルブリッジコンバータ専用アーム４の変調率ｍ＿ｃｎｖとコンバータ／インバータ共通アーム５の変調率ｍ＿ｃｏｍから減算あるいは加算する。この減算あるいは加算した変調率からスイッチング素子３ａ〜３ｆを制御することにより、Ｖｃｎｖ、Ｖｉｎｖは目標とする電圧にすることができる。
【００７０】
以上のように本実施例によれば、同位相、逆位相共にインバータ出力電圧目標値が出力限界値を超えた場合に変調率を加算、減算することによりインバータ出力電圧は目標とする電圧を出力することができる。
【００７１】
（実施例３）
以下、本発明の第３実施例（実施例５〜８に対応）について、図７〜図９を参照しながら説明する。
【００７２】
なお、第１及び第２実施例と同一部分には同一番号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７３】
図７に示すように節電装置１０は、図１に示す双方向インバータ１の一方を直列変圧器１１の２次側巻線に、もう一方を交流電源に接続している。図において商用負荷１２に供給される負荷電源電圧Ｖｒは、交流電源電圧Ｖｉｎ、直列変圧器１１の変圧比を１０：１、双方向インバータ１の出力電圧をＶｉｎｖとすると、式７で示すことができる。
【００７４】
【式７】
図８では、交流電源電圧２１４Ｖｒｍｓ、出力設定電圧１９０Ｖｒｍｓ、直列変圧器１１の変圧比は約１０：１、また直流電圧Ｖｄｃは３８０Ｖ、負荷条件は抵抗負荷５Ωにて個別の変調率で制御した一例である。双方向インバータ１の出力電圧ピーク値は直流電圧Ｖｄｃの３８０Ｖまで可能となっており、すなわち商用負荷１２に供給する負荷電源電圧Ｖｒは約１９０Ｖｒｍｓの目標電圧となっている。
【００７６】
図９では、交流電源電圧１８２Ｖｒｍｓ、出力設定電圧１９０Ｖｒｍｓ、直列変圧器１１の変圧比は約１０：１、また直流電圧Ｖｄｃは３８０Ｖ、負荷条件は抵抗負荷５Ωにて個別の変調率で制御した一例である。双方向インバータ１の出力電圧ピーク値は直流電圧Ｖｄｃの３８０Ｖから交流電源電圧１８２Ｖｒｍｓを減算し、ピーク値は約１１８Ｖまで可能となっており、商用負荷１２に供給する負荷電源電圧Ｖｒは約１９０Ｖｒｍｓの目標電圧となっている。
【００７７】
以上のように本実施例によれば、交流電源に対して双方向インバータは同位相、逆位相共に電圧出力が可能とすることができ、直列変圧器により交流電源の電圧制御範囲がより広範囲とすることができる。
【００７８】
【発明の効果】
以上の実施例から明らかなように本発明によれば、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、それぞれが個別の変調率で動作する構成とすることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とすることができるという効果のあるインバータ制御方法を提供できる。
【００７９】
また、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの広範囲の電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とすることができるという効果のあるインバータ制御方法を提供できる。
【００８０】
さらに、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大することが可能とすることができるという効果のあるインバータ制御方法を提供できる。
【００８１】
また、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大することが可能とすることができるという効果のあるインバータ制御方法を提供できる。
【００８２】
さらに、節電装置において、交流電源と負荷の間に１次巻線を配した直列変圧器と、出力側が前記直列変圧器の２次巻線に接続された双方向インバータを備え、前記双方向インバータにより前記負荷に印加する電圧を制御する節電装置において、前記双方向インバータは、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、それぞれが個別の変調率で動作する構成とすることで、３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、電力損失が少なく、安価に、かつ交流電源に対して双方向インバータからの電圧出力を同位相、逆位相のインバータ電圧出力を可能とし、スイッチング素子のデューティ変化を滑らかにすることで、入力電流の歪みを抑え、フィルタ用のリアクトルの小型、軽量化と、入力電流の歪みを抑え、高精度のゼロクロス検出を必要とせず、低コストを可能とするインバータ制御方法を用いたことで、交流電源の電圧低下が発生した際には昇圧し、電圧上昇が発生した際には降圧する効果のある節電装置を提供できる。
【００８３】
また、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータからの出力電圧を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧範囲を拡大することができるという効果のあるインバータ制御方法を用いた節電装置を提供できる。
【００８４】
さらに、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータからの出力電圧を可能とし、インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧範囲を拡大することができるという効果のあるインバータ制御方法を用いた節電装置を提供できる。
【００８５】
また、節電装置において、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更する構成とすることで、双方向インバータの出力電圧目標値が双方向インバータ出力電圧限界を超えた際に３つのアームのそれぞれを個別の変調率で動作させることで、同位相、逆位相の双方向インバータ電圧出力を可能とし、双方向インバータ出力電圧範囲を拡大する、すなわち節電装置の昇降電圧幅を拡大することができるという効果のあるインバータ制御方法を用いた節電装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例１におけるインバータの回路図
【図２】 同インバータ出力（同位相）のタイミングチャート
【図３】 同インバータ出力（逆位相）のタイミングチャート
【図４】 同タイミングチャート拡大図
【図５】 本発明の実施例２における同位相時のタイミングチャート
【図６】 同逆位相時のタイミングチャート
【図７】 本発明の実施例３における節電装置の構成図
【図８】 節電装置の降圧制御波形例を示す図
【図９】 同節電装置の昇圧制御波形例を示す図
【図１０】 従来のインバータ装置の一例を示す電気回路ブロック図
【図１１】 同降圧時のタイミングチャート
【図１２】 同昇圧時のタイミングチャート
【符号の説明】
１ 双方向インバータ
２ ダイオード
３ スイッチング素子
４ フルブリッジコンバータ専用アーム
５ コンバータ／インバータ共通アーム
６ フルブリッジインバータ専用アーム
７ リアクトル
８ 負荷
９ コンデンサ
１０ 節電装置
１１ 直列変圧器
１２ 商用負荷
Claims (4)
- スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から、変調率の超過分をフルブリッジコンバータ専用アームの変調率とコンバータ／インバータ共通アームの変調率から減算あるいは加算した個別の変調率に変更することを特徴とするインバータ制御方法。
- フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更することを特徴とする請求項１記載のインバータ制御方法。
- 交流電源と負荷の間に１次巻線を配した直列変圧器と、出力側が前記直列変圧器の２次巻線に接続された双方向インバータを備え、前記双方向インバータにより前記負荷に印加する電圧を制御する節電装置において、前記双方向インバータは、スイッチング素子と逆並列したダイオードを上下に直列接続した第一アーム、第二アーム、第三アームと、前記第一アーム、第二アーム、第三アーム、コンデンサを相互に並列に接続し、交流電源と第一アームのダイオードの直列接続点との間、及び負荷と第三アームのダイオードの直列接続点との間にそれぞれ配したリアクトルを有する双方向インバータを構成し、前記第一アーム、第二アーム、第三アームはそれぞれフルブリッジコンバータ専用アーム、コンバータ／インバータ共通アーム、インバータ専用アームとして、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と同相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から、変調率の超過分をフルブリッジコンバータ専用アームの変調率とコンバータ／インバータ共通アームの変調率から減算あるいは加算した個別の変調率に変更することを特徴とするインバータ制御方法を用いた節電装置。
- フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アーム、及びフルブリッジコンバータ専用アームの下アームとコンバータ／インバータ共通アームの上アームが同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率で制御している状態において、双方向インバータの交流電源と逆相の出力電圧目標値がインバータ出力電圧限界を超えた場合に、フルブリッジコンバータ専用アームの上アームとコンバータ／インバータ共通アームの下アームは、同一変調率あるいは互いに符号を反転させた変調率から個別の変調率に変更することを特徴とする請求項３記載のインバータ制御方法を用いた節電装置。
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