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グリッドタイインバーターの製作、ハード解説編

 9月頃から取り組んできたグリッドタイインバーターもやっと完成したので内容について解説していきたいと思います。将来自分が読むための忘備録という意味もあります。なお、今回はハード解説編で、次回はソフト解説を予定しています。また、電源周波数は50Hzの前提で記事を書いています。

▼回路図(クリックで別窓に拡大)
グリッドタイインバーター回路図

 まるでトランス式のプッシュプルアンプみたいな回路です。左上からの太陽電池パネルからの電力を右側のトランスでAC100Vに逆流させる回路となっています。

 右上のオペアンプは位相検出、下のオペンプは電流検出用。電流検出の入力にあるR205の4.7MΩは強制的にオフセットを与えるもので、片電源アナログ回路で問題になるゼロボルト付近の非線形性の問題から逃れるために入れています。こんなことするとレベルがシフトしますが、それはソフトでキャンセルしています。

 D2が無いと、パワーFETのボディダイオードでC4,C5がAC側から充電されてしまうので効率が悪化します。またD1は無くてもいいのですが、これを省略すると大容量のコンデンサの端子が直接外に出てしまうことになり、ショートさせた時に危険なので入れています。

 メイントランスはこの箱に元々入っていたAVアンプのトランスで、大きさから判断すると容量は80Wくらいだと思います。二次側の電圧は11.5V×2。実はそのままだと15Vくらい出ていましたが、それでは高すぎるので、余っていた二次巻線を一次側に接続して変圧比を調整しています。
 実はこれでも電圧はちょっと高すぎで、10.5Vくらいがちょうど良さそうです。

▼制御基板
グリッドタイインバーター制御基板
 秋月のB基板です。スペースに余裕があるので行き当たりばったりで配線しても楽勝でした。メンテナンスを容易にするため外部の接続はすべてコネクタを使っており、右上から時計回りに、液晶コネクタ、制御信号コネクタ、ゲートドライブコネクタ、電源コネクタです。各コネクタは逆接防止のためピンを1本抜き、その位置のメスコンタクトの穴に詰め物をしています。

▼基板裏面
基板裏面
 すずめっき線がアース、赤い線が電源、青い線は信号にしています。

▼パワーセクション
ACセクション
 この写真に写っている電流測定用のシャント抵抗(セメント抵抗)をシャーシに接続しているポイントがアースの基準点。制御基板のアースはこのポイントに接続して、一点アースにしてあります。

 パワーFETは電源電圧の正負のピークに合わせてON/OFFさせているだけ、つまり矩形波駆動になっています。スイッチング周波数も低いのでほとんど発熱しません。擬似的なMPPT動作をさせるためにFETの導通時間はマイコンから制御しています。つまり、周波数50HzでPWM制御をやっていることになります。
 スナバのコンデンサは1μFと大きめです。電源トランスのインダクタンスが大きくて強烈なキックバックがあるのでこれくらいの値でないと収まりませんでした。

▼AC受電部とスタンバイトランス/リレー
スタンバイトランス
 元のAVアンプの回路をそのまま流用しておりバリスタも残しています。メイントランスリレーもそのまま流用したので、この工作ではAC100Vの回路に一切手を付けていません。
 
まとめ
 この回路で一番重要なのは位相合わせ。位相が逆のタイミングでFETをONするとFETかヒューズが飛ぶことになります。オシロで充分確認してから接続する必要があります。

 トランスの容量は80Wくらい、それに対し現在の太陽電池パネルの容量は30W。ということでもう1枚同じパネルを追加しても容量的には大丈夫です。
 
 あるいは、このまま30Wの太陽電池パネルで行くなら、トランスの鉄損を減らすため容量半分のトランスに変えてもいいかなと思っています。その場合、二次電圧は太陽電池の電圧とのマッチングが良くなる10.5Vくらいを選べば良さそうです。出来れば損失の少ないトロイダルかカットコアのトランスが手に入ればベストです。

 ということでハード解説編はおしまいです。

 次回はソフト解説ですが、このネタでずいぶん引っ張ってます。実は私も他のことがやりたいのですが、けじめつけるまで浮気するわけにはいきません。w
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tag : 自作 arduino GTI

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