1.直流電源装置(力率改善装置)
当初、アクティブタイプに3種類のモードがあると思っていなかった。知っていれば、連続モードを開発しなければならなかったが、最初にトライしたモードが臨界モードだった。
また、一番先に開発に取り掛かったのが、②抵抗器ではなく、この臨界モードの直流電源装置だった。ここで、コイルが原因のMOSFETやダイオードを破損させてしまい、暗礁に乗り上げてしまい、MOSFETの特性試験やコイルのBH曲線確認等の基礎知識の補填へと進み、泥沼状態で、気分転換のため、②抵抗器や①速度調整装置へと進む事になる。
今回の開発システムと違うため、読み飛ばしても良い
●臨界モード
試作ボードは下の写真で横幅80mm×奥行55mmの大きさで、入力電圧220Vで直電圧は+350Vになる。裏側に制御用のIC(BD7692FJ-E2 SOP-J8 足間隔1.27mm)がある。
2.プリント基板の作成
■昇圧型のコントローラROHMのBD7692FJ-E2を使用したもので製作した。 概略の回路図は左図のとおり。図、右側のFeedback抵抗で出力電圧を設定する。 出力電圧設定 出力電圧はRVSHおよびRVSLの抵抗値にて決まる。 VOUT＝（１＋RVSH/RVSL）×VAMP =( 1+ / )×2.5= RVSH:出力フィードバックの上側抵抗値 RVSL:出力フィードバックの下側抵抗値 VAMP:Gmアンプ基準電圧 ※VS端子には2.5Vになる様制御される。 |
 |
| エクセルにより各部の自動計算表を作成 |
 |
| ■プリント版の設計 80mm×55mm TraxMakerと言うソフト(Windows95~XPで動作)でプリントパターンを作成したのが、下図である。 |
 |
| これを、CAMソフトのFLASH for Windows(Windows95~98で動作)でプリント基板作成器(FP-7Fで銅箔をドリルで削り取る)が動作できる信号に変換し、制御する。 下の写真はFP-7Fでプリント板を作成している状況で最後プリント基板を切っている。 （ただしこの基板は次の連続モードのプリント基板） |
 |
| プリント基板が出来上がり始めの写真の様にプリント基板に部品を取り付け、試験を行ったが、次々とMOSFETやダイオードが破損していったのでありました！。 |
| このためリアクタンスが飽和しているのではないかとか、FETの放熱が悪いのではないかなど、それを勉強するのに時間が・・・・・・・・ |
3.挫折？
設計の問題が・・・太陽光の遠隔監視を先行して作成するため、水車発電機はその後開発を始めることにする。
4.未開発品の現時点での概略
以下は、未開発だが、各システムで何を使用し概略どうするかを記載する。●連続モード
連続モードのコントロールICはTEXAS INSTRUMENTS のUCC28019Aを使用する。
バックアップとして、安価な既製品を用意しているので、いざという時はそれを使用したい。
④ 交流変換装置
EGS002正弦波インバータードライバーを使用した単相制限波形インバータを作成するが、バックアップ用に安価な既製品も用意してある。
⑤ 蓄電池
蓄電池については、小型で大容量の物を使用したいが、もうすぐ個体電池が販売されそうなので、蓄電池についてはできれば最後にしたい。安価な個体電池が販売されなければ、リチウムイオン電池とする。
⑥ 蓄電池充電装置
バッテリの各セルを監視しながら、充電するため、蓄電池の最大電圧は監視するICにより決定する。
⑦ 電圧昇圧装置
③ 直流電源装置と同じ構成になると思われる。
⑧ 充放電制御装置
各電圧と電流を測定し各装置の設定電圧等を変更するために、開発する物は絶縁型の電圧電流計とPCの動作に支障ない性能確認と各制御プログラムの作成。及び各システムの制御回路の改造検討が必要
⑨ HHOG
水を電気分解し、水素と酸素を発生させる装置で、分解槽やタンク・ガス圧検出などの開発が必要。（ステンレスの溶接が必要になる？ステンレスの成分も勉強必要か？、薄鋼の場合はTIG溶接？装置必要！無理かも）
〇その他
2021年7月24日現在までに製作・試験したものを記事としてまとめる必要がある。
・ラインフィルターの周波数特性試験結果 ・コア特性試験結果（BH特性試験含む）
・データ伝送I2Cを使用した絶縁型電圧・電流計
5.力率(直流電源)について
| 直流電源装置の力率とは？ | ||||||||||||||||||||
 この装置は交流を直流に変換する装置ですが、交流を直流に変換する簡単な装置では、一般的には全波整流器を使用し、コンデンサやコイルの受動部品で平滑して作る直流電源回路を思い浮かべると思う。 |
||||||||||||||||||||
 しかしこの直流回路に負荷を接続する場合の交流側の電流波形は左下図に示す青線の様に非常に歪んだものになっている。この様な負荷を非線形負荷と言う黄線は交流電圧を示している。 |
||||||||||||||||||||
 本来交流電源に接続した負荷の電流は右下図に示す青線で連続した変化をしている。この様な負荷を線形負荷と言う。 電圧の検出はオシロ付属のプローブで1/10になっており、電流検出はHIOKI9694で10mV/A出力を使用している。 |
||||||||||||||||||||
| ではどれだけ違っているのか数値化してみる。 整流器＋コンデンサの直流電源を使用しているもの（非線形負荷）を数値化すると 電圧測定値 4.12(Vrms)から電源電圧は41.2(Vrms)、電流測定値 56(mVmax)から電流値は5.6(Amax) 流れていることになる。 対して直流電源を使用しないヒータ等（線形負荷）を数値化すると 電圧測定値 4.12(Vrms)から電源電圧は41.2(Vrms)、電流測定値は15(mVmax)から電流値は1.5(Amax)平均に直すと1.06(Arms)になる。 以上から、数値比較すると、直流電源の最大電流が3.7倍、差電流が4.1(A)から発電機のインピーダンスを見ると間違いなく発電機電圧や出力に悪影響を与えることがわかる。 |
||||||||||||||||||||
---上記から直流電源回路の力率としては--- 左図が直流電源の直流電圧を示します。なお直流電流はここでは写ってませんが、直流クランプメータMS2108Aで測定しており、この時の電流は1.3(A)、ここから有効電力は ４6.7×1.3≒60.7(W) 皮相電力は41.2×(5.6/√2)*3.7/8.3≒72.5(VA) 以上から力率は 60.7/72.5≒0.84 となる。 今回の直流電源は、平均電圧46.7(V)に対しリップルが22(V)で相当大きくこのリップルを小さくした場合、交流側の電流波高値はさらに大きくなることが考察される。 さらに確認して行く。 |
||||||||||||||||||||
 上段図の黄線が直流側の電圧を示しているが、直流側の電圧が低下し、交流側電圧(下段黄線)より下がることにより、交流側から電流が流れ、直流側の電圧が交流側の電圧より高くなる事により交流側の電流が流れなくなる。この供給する電流は、負荷およびコンデンサに蓄えられ、交流側から電流が供給されない期間はコンデンサから負荷へ電流を供給することになる。 この様に交流側の電流について連続した交流波形で無いため、交流側インピーダンスにより交流電圧波形も歪む事が判る。 直流電源装置には、パッシブタイプとアクティブタイプの２種類があり、パッシブタイプはすでに説明している整流器の後リアクトル＋コンデンサだけを使用しリップルを小さくする物だが、電流ひずみによる力率低下を引き起こす。 |
||||||||||||||||||||
| この歪みを防止する方法としてアクティブタイプがあり以下３種類の制御モードがある。 | ||||||||||||||||||||
|
6.PWM信号
| ＰＷＭ信号について | ||||||
| PWMはPulse Width Modulationと言い、パルスのオンの幅を変化させる装置で、試験的にPCにボリューム（以下VRと言う）を接続し、PCから降圧装置へPWM信号を渡し、降圧装置の入力を商用100Vに接続、また負荷は②抵抗器を接続する。 PCのプログラム概略は、VRの位置により、PC内部で０~1024の値に変換する。 この値とPWM信号のパルス幅比（デューティ比）は以下になる |
||||||
 |