JP2001008461A - 無停電電源装置 - Google Patents

無停電電源装置

Info

Publication number
JP2001008461A
JP2001008461A JP11169371A JP16937199A JP2001008461A JP 2001008461 A JP2001008461 A JP 2001008461A JP 11169371 A JP11169371 A JP 11169371A JP 16937199 A JP16937199 A JP 16937199A JP 2001008461 A JP2001008461 A JP 2001008461A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
phase
input
output
power converter
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP11169371A
Other languages
English (en)
Other versions
JP3546325B2 (ja
Inventor
Keizo Shimada
恵三 嶋田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP16937199A priority Critical patent/JP3546325B2/ja
Publication of JP2001008461A publication Critical patent/JP2001008461A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3546325B2 publication Critical patent/JP3546325B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 交流入力電圧を変換して得られた直流電圧を
低くする。 【解決手段】 交流電源の正常時に、スイッチング素子
5、6を含む回路で入力電圧のU相の相電圧相当の電圧
を出力し、スイッチング素子7、8を含む回路で入力電
圧のV相の相電圧相当の電圧を出力し、スイッチング素
子9、10を含む回路で入力電圧のW相の相電圧相当の
電圧を出力し、スイッチング素子11、12を含む回路
で出力電圧のU相の相電圧に相当する電圧を出力し、ス
イッチング素子13、14を含む回路で出力電圧のW相
の相電圧に相当する電圧を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、無停電電源装置に
係り、特に、三相交流電源に接続された入力側電力変換
器と、この入力側電力変換器に並列接続されたコンデン
サおよび蓄電池と、蓄電池の出力を交流出力に変換して
負荷に供給する出力側電力変換器とを備え、三相交流電
源の停電時にも負荷に電力を供給するに好適な無停電電
源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、三相交流電源からの三相交流入力
をチョッピングする入力側電力変換器と、この入力側電
力変換器の出力側に並列接続されたコンデンサと、この
コンデンサに並列接続された蓄電池と、蓄電池の出力を
三相交流出力に変換する出力側電力変換器とを備えた無
停電電源装置として、例えば、特開平9−224376
号公報に記載されているものが知られている。この装置
においては、入力側電力変換器を三相分のハーフブリッ
ジ型変換回路で構成するとともに、出力側電力変換器を
二相分のハーフブリッジ型変換回路で構成し、三相交流
入力のV相と直流の中性点および三相交流出力のV相を
共通にした構成が採用されている。
【0003】上記無停電電源装置においては、図4
(a)〜(c)に示すように、三つのモードにしたがっ
て入力側電力変換器と出力側電力変換器を運転するよう
になっている。
【0004】具体的には、三相交流電源が正常時で、電
源周波数が±1%以下のときには、三相交流入力(U
1、V、W1)と三相交流出力(U2、V、W2)とが
互いに同期するように、入力側電力変換器と出力側電力
変換器を運転する。この場合、図4(a)に示すよう
に、入力側電力変換器のU相のハーフブリッジ型変換回
路(一対のスイッチング素子と、各スイッチング素子に
逆並列接続されたダイオードからなる回路)で三相入力
電圧のUV線間電圧相当の電圧(ベクトルVU1)を出
力し、入力側電力変換器のV相のハーフブリッジ型変換
回路で三相交流入力のWV線間電圧相当の電圧(ベクト
ルVW1)を出力し、出力側電力変換器のU相のハーフ
ブリッジ型変換回路で交流入力電圧UVに同期した交流
出力電圧のUV線間電圧相当の電圧(ベクトルVU2)
を出力し、出力側電力変換器のW相のハーフブリッジ型
変換回路で交流入力電圧WVに同期した交流出力電圧の
WV線間電圧相当の電圧(ベクトルVW2)を出力する
運転が行なわれる。
【0005】一方、三相交流電源が正常であっても、周
波数が規定の範囲、例えば±1%を超えたときには、交
流入力(U1、V、W1)と交流出力(U2、V、W
2)が互いに非同期となるように入力側電力変換器と出
力側電力変換器を運転する。この運転モードにおけるベ
クトル図を図4(b)に示す。この場合、三相交流入力
の三角形U1、V、W1は三相交流電源の周波数と位相
で決定される。また、交流出力の三角形U2、V、W2
は、出力側電力変換器を制御するための基準発信器に同
期した平衡三相交流となる。したがって、二つの三角形
は、V相を共通にして異なる位相になる。この場合も、
各ハーフブリッジ型変換回路は交流の線間電圧相当の電
圧を出力する必要がある。すなわち、電源の周波数が規
定の範囲から外れたときには、負荷に対する電源周波数
を規定値に維持するために、入力電圧と出力電圧とを非
同期で運転させるが、各ハーフブリッジ型変換回路から
は交流の線間電圧相当の電圧が出力されることになる。
【0006】次に、三相交流電源が停電したときのベク
トル図を図4(c)に示す。この場合は、入力側電力変
換器のU相のハーフブリッジ型変換回路とW相のハーフ
ブリッジ型変換回路の動作を停止させる。一方、出力側
電力変換器のU相のハーフブリッジ型変換回路で出力電
圧のUV線間電圧相当の電圧(ベクトルVU2)を出力
し、出力側電力変換器のW相のハーフブリッジ型変換回
路で出力電圧のWV線間電圧相当の電圧(ベクトルVW
2)を出力する運転を行なう。これにより、交流電源の
停電時にも、蓄電池の直流出力を三相交流電圧に変換し
て負荷に供給することができる。ただし、この場合も、
動作している各ハーフブリッジ型変換回路は、交流の線
間電圧相当の電圧を出力する必要がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来技術においては、
電源の周波数が規定の範囲から外れたときには交流入力
と交流出力とが非同期となるように入力側電力変換器と
出力側電力変換器を運転する方式を採用しているので、
各ハーフブリッジ型変換回路は、直流から交流の線間電
圧相当の交流電圧を出力する必要がある。このため、各
ハーフブリッジ型変換回路は、直流電圧をEd、交流入
力と交流出力の線間電圧のピーク電圧をVacpとする
と、スイッチング素子の電圧降下やリアクトルの抵抗分
を無視した理想状態でも、 Vacp≦(Ed/2) という関係で示される交流電圧以下の電圧しか出すこと
ができない。
【0008】従って、一例として、交流(実効値)20
0Vで考えると、Vacp=282.8Vとなり、この
交流電圧を出力するために必要な直流電圧は、 Ed≧565.6V となる。
【0009】入力側電力変換器や出力側電力変換器を構
成するスイッチング素子として、例えば、IGBTを用
いた場合、IGBTの定格電圧は、一般に600V、1
200Vである。このため、直流電圧Edが565.6
V以上となったのでは、サージ電圧や信頼性の点を考慮
すると、実際に使用できるのは1200V定格のスイッ
チング素子になる。
【0010】このように入力側電力変換器の出力となる
直流電圧が高くなると、スイッチング素子やコンデンサ
など無停電電源装置を構成する各種部品として耐圧の高
いものが必要となり、部品の価格が高くなる。さらに直
流電圧が高くなると、信頼性を確保するには必要な絶縁
距離が大きくなる。
【0011】本発明の目的は、交流入力電圧を変換して
得られた直流電圧を低くすることができる無停電電源装
置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決るための手段】前記目的を達成するため
に、本発明は、直流の正極と負極との間に配置されて三
相分のハーフブリッジ型変換回路を構成する複数のスイ
ッチング素子と複数の整流素子を有しスイッチング信号
に応答して三相交流電源からの三相交流入力をチョッピ
ングして出力する入力側電力変換器と、この入力側電力
変換器の出力側に並列接続されて前記直流の正極と負極
を構成するコンデンサと、このコンデンサに並列接続さ
れた蓄電池と、前記直流の正極と負極との間に配置され
て二相分のハーフブリッジ型変換回路を構成する複数の
スイッチング素子と複数の整流素子を有しスイッチング
信号に応答して前記入力側電力変換器の出力を三相交流
出力に変換する出力側電力変換器と、前記三相交流入力
の相電圧と相電流および入力側電力変換器の出力に基づ
いてスイッチング信号を生成しこのスイッチング信号を
前記入力側電力変換器に与えて前記入力側電力変換器の
出力を制御するとともに、前記三相交流入力の相電圧と
前記三相交流出力の線間電圧に基づいてスイッチング信
号を生成しこのスイッチング信号を前記出力側電力変換
器に与えて前記出力側電力変換器の出力を制御するスイ
ッチング制御手段とを備え、前記三相交流入力の第二相
と前記三相交流出力の第二相とを互いに接続してなり、
前記スイッチング制御手段は、前記三相交流電源の正常
時には、前記入力側電力変換器に対して、前記三相交流
入力に同期した電圧を出力させる制御を実行するととも
に、前記出力側電力変換器に対して、前記三相交流入力
の第二相を基準にして前記三相交流入力に同期した三相
交流を出力させる制御を実行し、前記三相交流電源の停
電時には、前記入力側電力変換器のうち第一相ハーフブ
リッジ型変換回路と第三相ハーフブリッジ型変換回路に
対して変換動作を停止させ、前記入力側電力変換器の第
二相ハーフブリッジ型変換回路と前記出力側電力変換器
に対しては一定電圧で一定周波数の三相交流を出力させ
る制御を実行してなる無停電電源装置を構成したもので
ある。
【0013】前記無停電電源装置を構成するに際して、
前記スイッチング制御手段としては、三相交流電源の正
常時には、入力側変換器の第二相ハーフブリッジ型変換
回路と前記出力側変換器に対して、一定電圧で、三相交
流入力に同期した三相交流を出力させる制御を実行する
とともに、入力側変換器のうち第一相ハーフブリッジ型
変換回路と第三相ハーフブリッジ型変換回路に関して
は、三相交流出力の第二相を基準にして三相交流入力に
同期した電圧を発生させる制御を実行する機能を有する
もので構成することができる。
【0014】前記各無停電電源装置を構成するに際して
は、以下の要素を付加することができる。
【0015】(1)前記スイッチング制御手段は、前記
三相交流電源の正常時には、前記入力側電力変換器の出
力電圧が一定で、かつ各相の交流入力電流が正弦波で、
入力力率が1となる制御を実行してなる。
【0016】(2)前記三相交流入力の第一相と前記三
相交流出力の第一相との間に挿入されて回路を開閉する
第一の交流スイッチと、前記三相交流入力の第三相と前
記三相交流出力の第三相との間に挿入されて回路を開閉
する第二の交流スイッチとを備え、前記第一の交流スイ
ッチと前記第二の交流スイッチは、前記入力側電力変換
器または前記出力側電力変換器の故障時あるいは前記三
相交流出力に過電流が流れたときに回路を閉じそれ以外
のときには回路を開いてなる。
【0017】(3)前記各ハーフブリッジ型変換回路の
複数のスイッチング素子は互いに直列に接続され、各ス
イッチング素子には整流素子が逆並列接続されており、
前記入力側電力変換器の各相のスイッチング素子の直列
接続点と前記三相交流入力の各相との間に入力用交流リ
アクトルがそれぞれ直列に挿入され、前記出力側電力変
換器の第一相と第三相のスイッチング素子の直列接続点
と負荷との間に出力用交流リアクトルがそれぞれ直列に
挿入され、前記各出力用交流リアクトルの負荷側と前記
出力側電力変換器の第二相にそれぞれコンデンサが並列
接続されてなる。
【0018】(4)前記各ハーフブリッジ型変換回路の
複数のスイッチング素子は互いに直列に接続され、各ス
イッチング素子には整流素子が逆並列接続されており、
前記入力側電力変換器の各相のスイッチング素子の直列
接続点と前記三相交流入力の各相との間に入力用交流リ
アクトルがそれぞれ直列に挿入され、前記出力側電力変
換器の第一相と第三相のスイッチング素子の直列接続点
と負荷との間に出力用交流リアクトルがそれぞれ直列に
挿入され、前記各入力用交流リアクトルの三相交流入力
側と前記蓄電池の正極または負極にそれぞれコンデンサ
が並列に接続され、各出力用交流リアクトルの負荷側と
前記蓄電池の正極または負極に並列にそれぞれコンデン
サが接続されてなる。
【0019】(5)前記入力用交流リアクトルのうち第
一相と第三相の入力用交流リアクトルの三相交流入力側
と前記三相交流入力の第一相と第三相の間にそれぞれ補
助入力用交流リアクトルが挿入されてなる。
【0020】前記した手段によれば、三相交流入力の第
二相と三相交流出力の第二相とを互いに接続し、三相交
流電源の正常時には、三相交流入力と三相交流出力とを
互いに同期した状態で入力側変換器と出力側変換器を運
転し、各ハーフブリッジ型変換回路により、直流から交
流の相電圧相当の交流電圧を出力するようにしたため、
直流から交流の線間電圧相当の交流電圧を出力するもの
よりも直流電圧を低くすることができ、スイッチング素
子や整流素子およびコンデンサとして定格電圧の低いも
のを用いることができ、コストの低減に寄与することが
できる。さらに直流電圧が低くなるので、必要な絶縁距
離を小さくすることができ、装置の小型化が可能にな
る。また、交流入力と交流出力とを常に同期させて運転
しているため、変換器の故障時に、各交流スイッチを閉
じることで三相交流電源を各交流スイッチを介して負荷
に供給することができる。
【0021】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
に基づいて説明する。図1は、本発明の一実施形態を示
す無停電電源装置の全体構成図である。図1において、
無停電電源装置は、入力側電力変換器COV1、出力側
電力変換器COV2、コンデンサ25、蓄電池27を主
要素として構成されている。入力側電力変換器COV1
の交流入力側はU相の交流リアクトル2、V相の交流リ
アクトル3、W相の交流リアクトル4を介して三相交流
電源1に接続され、出力側電力変化器COV2の交流出
力側はU相の交流リアクトル28、W相の交流リアクト
ル29を介して負荷機器32に接続され、三相交流入力
の第二相(V相)と三相交流出力の第二相(V相)は互
いに接続されて共通になっている。
【0022】入力側電力変換器COV1は、三相フルブ
リッジ回路で構成されており、三相フルブリッジ回路は
三相分のハーフブリッジ型変換回路が互いに並列接続さ
れて構成されている。U相のハーフブリッジ型変換回路
は、例えば、IGBTで構成されたスイッチング素子
5、6、整流素子としてのダイオード15、16を有
し、スイッチング素子5、6が互いに直列に接続され、
この直列接続点に交流リアクトル2が接続され、スイッ
チング素子5のコレクタが直流出力の正極に接続され、
スイッチング素子6のエミッタが直流出力の負極に接続
されている。さらに、スイッチング素子5、6のコレク
タとエミッタにはそれぞれダイオード15、16が逆並
列接続されている。V相のハーフブリッジ型変換回路
は、スイッチング素子7、8、ダイオード17、18を
有し、スイッチング素子7、8が互いに直列に接続さ
れ、この直列接続点に交流リアクトル3が接続され、ス
イッチング素子7のコレクタが直流出力の正極に接続さ
れ、スイッチング素子8のエミッタが直流出力の負極に
接続され、各スイッチング素子7、8のコレクタとエミ
ッタにそれぞれダイオード17、18が逆並列接続され
ている。W相のハーフブリッジ型変換回路は、スイッチ
ング素子9、10、ダイオード19、20を有し、スイ
ッチング素子9、10が互いに直列に接続され、この直
列接続点に交流リアクトル4が接続され、スイッチング
素子9のコレクタが直流出力の正極に接続され、スイッ
チング素子10のエミッタが直流出力の負極に接続さ
れ、各スイッチング素子9、10のコレクタとエミッタ
にダイオード19、20がそれぞれ逆並列接続されてい
る。そして入力側電力変換器COV1の直流出力側には
コンデンサ25と蓄電池27が並列に接続されている。
【0023】出力側電力変換器COV2は、二相分のハ
ーフブリッジ型変換回路を備えて構成されている。U相
のハーフブリッジ型変換回路は、スイッチング素子1
1、12、ダイオード21、22を有し、スイッチング
素子11、12が互いに直列に接続され、この直列接続
点に交流リアクトル28が接続され、スイッチング素子
11のコレクタが直流出力の正極に接続され、スイッチ
ング素子12のエミッタが直流出力の負極に接続され、
スイッチング素子11、12のコレクタとエミッタにダ
イオード21、22がそれぞれ逆並列接続されている。
またW相のハーフブリッジ型変換回路は、スイッチング
素子13、14、ダイオード23、24を有し、スイッ
チング素子13、14が互いに直列に接続され、この直
列接続点が交流リアクトル29に接続され、スイッチン
グ素子13のコレクタが直流出力の正極に接続され、ス
イッチング素子14のエミッタが直流出力の負極に接続
され、各スイッチング素子13、14のコレクタとエミ
ッタにダイオード23、24がそれぞれ逆並列接続され
ている。また各交流リアクトル28、29の負荷側には
V相を共通として、コンデンサ30、31が接続されて
いる。
【0024】スイッチング素子5〜14は、スイッチン
グ制御手段としてのコントローラCONTからのスイッ
チング信号に応答して、各ハーフブリッジ型変換回路ご
とに交互にオンオフ動作するようになっている。例え
ば、スイッチング素子5、6は、三相交流電源1から交
流リアクトル2に電流が入力された半サイクルの間、数
kHzでオンオフするスイッチング動作を行なう。この
場合、スイッチング素子5がオフで、スイッチング素子
6がオンになったときに交流リアクトル2からの電流を
スイッチング素子6に取り込み、スイッチング素子6が
オフでスイッチング素子5がオンになったときには、交
流リアクトル2からの電流をダイオード15を介してコ
ンデンサ25に充電するようになっている。そしてこの
ような動作を繰り返すことで、三相交流入力をスイッチ
ング素子5、6でチョッピングし、スイッチング素子
5、6のスイッチング動作に伴うスイッチング出力をコ
ンデンサ25で平滑してコンデンサ25の両端に直流電
圧を発生させるようになっている。
【0025】一方、各スイッチング素子5〜14のスイ
ッチング動作を制御するコントローラCONTは、相電
圧検出器33、34、35、正弦波信号発生器36、掛
算器37、38、39、相電流検出器40、41、4
2、比較器43、44、45、PWM信号発生器46、
47、48、出力電圧検出器49、比較器50、電圧指
令値生成器51、52、線間電圧検出器53、54、比
較器55、56、PWM信号発生器57、58を備えて
構成されている。
【0026】相電圧検出器33は、U相の交流入力にお
ける相電圧を検出し、検出電圧を正弦波信号発生器36
に出力するようになっている。相電圧検出器34は、V
相における交流入力の相電圧を検出し、検出電圧を正弦
波信号発生器36に出力するようになっている。相電圧
検出器35は、W相における交流入力の相電圧を検出
し、検出電圧を正弦波信号発生器36に出力するように
なっている。正弦波信号発生器36は、相電圧検出器3
3の検出電圧に応答して、U相に同期した正弦波信号を
生成し、この正弦波信号を掛算器37と電圧指令値生成
器31に出力するようになっている。さらに正弦波信号
発生器36は、相電圧検出器34の出力に応答して、V
相に同期した正弦波信号を生成し、この正弦波信号を掛
算器38と電圧指令値生成器51、52に出力するよう
になっている。また正弦波信号発生器36は、相電圧検
出器35の出力に応答して、W相に同期した正弦波信号
を生成し、この正弦波信号を掛算器39と電圧指令値生
成器52に出力するようになっている。各正弦波信号の
レベルは、例えば、1として生成されるようになってい
る。
【0027】掛算器37、38、39には、各相の正弦
波信号が入力されているとともに、出力電圧検出器49
の検出による出力電圧(コンデンサ25両端の電圧)E
dと電圧指令値との偏差に応じた信号が比較器50から
入力されている。そして各掛算器37、38、39は、
各相の正弦波信号と比較器50の出力とを掛け算し、U
相の電流指令値、V相の電流指令値、W相の電流指令値
を生成し、各相の電流指令値をそれぞれ比較器43、4
4、45に出力するようになっている。比較器43、4
4、45は、相電流検出器40、41、42による検出
電流iu、iv、iwと各相の電流指令値とをそれぞれ
比較し、各比較結果をPWM信号発生器46、47、4
8に出力するようになっている。各PWM信号発生器4
6、47、48は、各比較器43、44、45からの信
号と三角波信号とを比較し、各比較結果に応じたパルス
幅の信号(PWM信号)をスイッチング信号としてスイ
ッチング素子5〜10に出力するようになっている。す
なわちPWM信号発生器46からはスイッチング素子
5、6に対するスイッチング信号が出力され、PWM信
号発生器47からは、スイッチング素子7、8に対する
スイッチング信号が出力され、PWM信号発生器48か
らは、スイッチング素子9、10に対するスイッチング
信号が出力されるようになっている。
【0028】一方、電圧指令値生成器51は、U相の正
弦波信号とV相の正弦波信号に応答して、交流出力のV
相とU相の線間電圧に同期した信号を作るための電圧指
令値を生成し、この電圧指令値を比較器55に出力する
ようになっている。電圧指令値生成器52は、V相の正
弦波信号とW相の正弦波信号に応答して、交流出力のV
相とW相の線間電圧に同期した信号を作るための電圧指
令値を生成し、この電圧指令値を比較器56に出力する
ようになっている。比較器55は、電圧指令値と、線間
電圧検出器53の検出による交流出力側のU相とV相の
線間電圧とを比較し、この比較結果をPWM信号発生器
57に出力するようになっている。比較器56は、電圧
指令値と、線間電圧検出器54の検出による交流出力側
のV相とW相との線間電圧とを比較し、この比較結果を
PWM信号発生器58に出力するようになっている。P
WM信号発生器57は、比較器55からの信号と三角波
信号とを比較し、この比較結果に応じたパルス幅の信号
(PWM信号)をスイッチング信号としてスイッチング
素子11、12に出力するようになっている。PWM信
号発生器58は、比較器56からの信号と三角波信号と
を比較し、この比較結果に応じたパルス幅の信号(PW
M信号)をスイッチング信号としてスイッチング素子1
3、14に出力するようになっている。
【0029】上記構成による無停電電源装置において、
コントローラCONTの生成によるスイッチング信号に
したがって各スイッチング素子5〜14のスイッチング
動作を制御するに際しては、まず、三相交流電源1が正
常な場合は、図2(a)に示すように、スイッチング素
子5、6、ダイオード15、16からなるハーフブリッ
ジ型変換回路で入力電圧のU相の相電圧相当の電圧(ベ
クトルNU1)を出力し、スイッチング素子7、8、ダ
イオード17、18からなるハーフブリッジ型変換回路
で入力電圧のV相の相電圧相当の電圧(ベクトルNV)
を出力し、スイッチング素子9、10、ダイオード1
9、20からなるハーフブリッジ型変換回路で入力電圧
のW相の相電圧相当の電圧(ベクトルNW1)を出力す
る制御が実行される。
【0030】各相のハーフブリッジ型変換回路が各相の
相電圧相当の電圧を出力する制御を行なうことで、直流
電圧Edが一定値に、かつ各相の交流入力電流が正弦波
で、かつ入力の力率が1になるように制御される。この
結果、蓄電池27は一定電圧で充電されることになる。
【0031】一方、出力側電力変換器COV2に対して
は、交流入力のV相を基準して交流入力に同期した三相
交流を出力させる制御が実行される。
【0032】具体的には、スイッチング素子11、1
2、ダイオード21、22からなるハーフブリッジ型変
換回路でベクトルNU2相当の電圧を出力し、スイッチ
ング素子13、14、ダイオード23、24からなるハ
ーフブリッジ型変換回路でベクトルNW2相当の電圧を
出力する制御が実行される。
【0033】この結果、図2の(a)で示すベクトルU
2−V、V−W2、W2−U2の線間電圧が出力の定格
電圧になり、かつ入力のU1−Vと出力のU2−Vが同
位相、入力のW1−Vと出力のW2−Vが同位相になる
ように制御が実行される。すなわち、ベクトルとして、
出力電圧相当の三角形U2、V、W2を描く制御が実行
されることになる。
【0034】次に、三相交流電源1が停電したときに
は、図2(b)に示すベクトル図を描くような制御が実
行される。具体的には、スイッチング素子5、6、ダイ
オード15、16からなるハーフブリッジ型変換回路
と、スイッチング素子9、10、ダイオード19、20
からなるハーフブリッジ型変換回路の動作を停止させ
る。
【0035】一方、スイッチング素子7、8、ダイオー
ド17、18からなるハーフブリッジ型変換回路で出力
電圧のV相の相電圧相当の電圧(ベクトルNV)を出力
し、スイッチング素子11、12、ダイオード21、2
2からなるハーフブリッジ型変換回路で出力電圧のU相
の相電圧相当の電圧(ベクトルNU2)を出力し、スイ
ッチング素子13、14、ダイオード23、24からな
るハーフブリッジ型変化回路で出力電圧のW相の相電圧
相当の電圧(ベクトルNW2)を出力する制御が実行さ
れる。
【0036】すなわち、三相交流電源1の停電時には、
入力側電力変換器COV1のうちU相(第一相)のハー
フブリッジ型変換回路とW相(第三相)のハーフブリッ
ジ型変換回路に対して変換動作を停止させ、入力側電力
変換器COV1のW相(第二相)のハーフブリッジ型変
換回路と出力側電力変換器COV2の各ハーフブリッジ
型変換回路に対しては、一定電圧で一定周波数の三相出
力を出力する制御が実行されることになる。
【0037】以上のことから、本実施形態における各相
のハーフブリッジ型変換回路は、直流から交流の相電圧
相当の交流電圧を出力すればよいことになる。
【0038】ここで、直流電圧をEd、交流入出力の相
電圧のピーク電圧をVlpとすると、これらの関係は、 Vlp≦(Ed/2) とすることができる。
【0039】したがって、直流電圧Ed、交流入出力の
線間電圧のピーク電圧Vacpとの関係は、 Vacp=1.732×Vlp≦0.866×Ed とすることができる。ここで、交流200V(実効値)
で考えると、 Vacp=282.8V となる。
【0040】この交流電圧を出力するために必要な直流
電圧は、 Ed≧326.6V となる。
【0041】したがって、本実施形態によれば、各ハー
フブリッジ型変換回路から線間電圧相当の電圧を出力す
るものよりも出力電圧(直流電圧)を低くすることがで
き、スイッチング素子5〜14として、600V定格の
ものを使用することができる。
【0042】さらに直流電圧を低く設定できるので、コ
ストが安く定格電圧の低いスイッチング素子や直流コン
デンサを使用することができるとともに、絶縁距離を小
さくでき、装置の小型化が可能になる。
【0043】また本実施形態においては、各相に交流リ
アクトル2、3、4、28、29が挿入されているた
め、高周波電流を低減することができる。さらに交流リ
アクトル28、29の出力側にはコンデンサ30、31
が接続されているため、出力側においても高周波電流を
低減することができる。
【0044】次に、三相交流電源1の正常時における他
の運転方法について説明する。三相交流電源1の正常時
の運転方法としては、図2(c)に示すようなベクトル
図が描けるように各スイッチング素子5〜14に対する
制御を実行することができる。
【0045】具体的には、スイッチング素子11、1
2、ダイオード21、22からなるハーフブリッジ型変
換回路で出力電圧のU相の相電圧相当の電圧(ベクトル
N'U2)を出力し、スイッチング素子7、8、ダイオ
ード17、18からなるハーフブリッジ型変換回路で出
力電圧のV相の相電圧相当の電圧(ベクトルN'V)を
出力し、スイッチング素子13、14、ダイオード2
3、24からなるハーフブリッジ型変換回路で出力電圧
のW相の相電圧相当の電圧(ベクトルN'W2)を出力
する制御を実行する。このとき、出力電圧のU2−Vと
W2−Vは、入力電圧のU1−VとW1−Vとがそれぞ
れ同期するような周波数と位相の電圧とする。
【0046】一方、入力電圧を制御するに際しては、V
相のみは、出力のV相電圧を共通に使用する。
【0047】具体的には、スイッチング素子5、6、ダ
イオード15、16からなるハーフブリッジ型変換回路
でベクトルN'U1相当の入力電圧を出力し、スイッチ
ング素子9、10、ダイオード19、20からなるハー
フブリッジ型変換回路でベクトルN'W1相当の入力電
圧を出力する制御を実行する。
【0048】このとき、入力側のU相とW相の二つのハ
ーフブリッジ型変換回路は、直流電圧が一定値となり、
かつ入力各相の交流入力電流が正弦波で、入力力率が1
になるように制御される。この結果、直流電圧が一定に
制御されることによって蓄電池27は定電圧で充電され
ることになる。
【0049】本実施形態においては、三相交流電源1の
正常時には、入力側電力変換器COV1のV相のハーフ
ブリッジ型変換回路と出力側電力変換器COV2の各相
のハーフブリッジ型変換回路に対して、一定電圧で、交
流入力に同期した三相交流を出力させる制御を実行する
とともに、入力側電力変換器COV1のU相のハーフブ
リッジ型変換回路とW相のハーフブリッジ型変換回路に
対しては、三相交流出力のV相(第二相)を基準にして
三相交流入力に同期した電圧を発生させる制御を実行し
ているため、入力側電力変換器COV1のV相のハーフ
ブリッジ型変換器と出力側電力変換器COV2の各相の
ハーフブリッジ型変換回路に対する制御は電源正常時と
電源停電時で同一となり、電源の状態によらず制御の切
り替えが不要になる。
【0050】次に、本発明の第2実施形態を図3にした
がって説明する。
【0051】本実施形態は、三相交流電源1と負荷機器
32とを結ぶラインのうちU相とV相のラインに交流ス
イッチ(第1の交流スイッチ)60と交流スイッチ(第
2の交流スイッチ)61を挿入し、交流リアクトル2、
4の交流入力側にそれぞれ補助入力用交流リアクトル6
2、63を挿入し、交流リアクトル2と交流リアクトル
62との接続点にコンデンサ64を接続し、交流リアク
トル4と交流リアクトル63との接続点にコンデンサ6
6を接続し、交流リアクトル3の交流入力側にコンデン
サ65を接続し、各コンデンサ63、65、66の一端
をそれぞれ直流の負極側に接続し、さらにコンデンサ3
0、31の一端を直流の負極側に接続したものであり、
他の構成は図1のものと同様である。なお、コントロー
ラCONTは省略してある。
【0052】交流スイッチ60、61は、電力変換器C
OV1、COV2が正常状態にあるときにはオフとなり
回路を開いているが、電力変換器COV1、COV2な
どが故障したり、三相交流出力に過電流が流れ、負荷機
器32が過負荷状態になったときにはオンとなって回路
を閉じるようになっている。交流スイッチ60、61が
オンになったときには、三相交流電源1からの電力が交
流スイッチ60、61を介して負荷装置32に直接供給
されることになる。この場合、交流入力が交流出力と同
期するように各電力変換器が運転されるため、交流スイ
ッチ60、61からなるバイパス回路を用いて三相交流
電源1からの電力をバイパス回路を介して負荷機器32
に供給しても、無瞬断で変換器出力からバイパス回路に
切り替えることができ、負荷機器32が停止するのを防
止することが可能となり、システム全体の信頼性を高め
ることができる。
【0053】また、本実施形態によれば、交流入出力と
直流の負極にコンデンサ30、31、64、65、66
を接続しているため、交流入出力から出入りする高調波
電流を低減することができるとともに、スイッチング素
子5〜14のスイッチング動作に伴って、交流入出力と
直流回路との間で発生する高周波の電位変動を抑制する
ことができる。
【0054】さらに、本実施形態によれば、交流入力側
に交流リアクトル62、63が挿入されているため、交
流リアクトル2、4、コンデンサ64、66で除去した
高調波電流をさらに低減することができる。
【0055】なお、各コンデンサ30、31、64、6
5、66の一端を直流の負極に接続する代わりに、直流
の正極に接続しても同様な効果を得ることができる。
【0056】また、三相交流電源1の系統は、安全のた
めに一相接地する構成を採用するのが一般的である。こ
の場合、蓄電池27の大きさも大きく、場合によっては
別室に配置されるなど配線長が長いときには、変換器C
OV1、COV2の直流部分とアース間には大きな浮遊
容量が存在する。このような場合、交流入力と直流回路
との間に高周波電圧が発生すると、この浮遊容量を通し
て大きな漏洩電流が流れることになる。しかし、本実施
形態においては、交流の入出力と直流回路にコンデンサ
30、31、64、65、66が接続されているため、
高周波電圧の電位の変動を除去し、直流回路の浮遊容量
による漏洩電流を低減することができる。
【0057】また、本実施形態によれば、前記実施形態
と同様、直流電圧を低くできるため、スイッチング素子
やダイオードとして定格電圧の低いものを用いることが
でき、コストの低減および装置の小型に寄与することが
できる。
【0058】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
三相交流入力の第二相と三相交流出力の第二相とを互い
に接続し、三相交流電源の正常時には、三相交流入力と
三相交流出力とを互いに同期した状態で入力側変換器と
出力側変換器を運転し、各ハーフブリッジ型変換回路に
より、直流から交流の相電圧相当の交流電圧を出力する
ようにしたため、直流電圧を低くすることができ、スイ
ッチング素子や整流素子およびコンデンサとして定格電
圧の低いものを用いることができ、コストの低減に寄与
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態を示す無停電電源装置の
全体構成図である。
【図2】入力電圧と出力電圧との関係を説明するための
電圧ベクトル図である。
【図3】本発明の第2実施形態を示す無停電電源装置の
要部構成図である。
【図4】従来の無停電電源装置の入力電圧と出力電圧と
の関係を説明するための電圧ベクトル図である。
【符号の説明】
1 三相交流電源 2、3、4 交流リアクトル 5〜14 スイッチング素子 15〜24 ダイオード 25 コンデンサ 27 蓄電池 28、29 交流リアクトル 30、31 コンデンサ 32 負荷機器 33〜35 相電圧検出器 36 正弦波信号発生器 37、38、39 掛算器 40〜42 相電流検出器 43〜45 比較器 46〜48 PWM信号発生器 49 出力電圧検出器 50 比較器 51、52 電圧指令値生成器 53、54 線間電圧検出器 55、56 比較器 57、58 PWM信号発生器 60、61 交流スイッチ 62、63 交流リアクトル 63〜66 コンデンサ

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直流の正極と負極との間に配置されて三
    相分のハーフブリッジ型変換回路を構成する複数のスイ
    ッチング素子と複数の整流素子を有しスイッチング信号
    に応答して三相交流電源からの三相交流入力をチョッピ
    ングして出力する入力側電力変換器と、この入力側電力
    変換器の出力側に並列接続されて前記直流の正極と負極
    を構成するコンデンサと、このコンデンサに並列接続さ
    れた蓄電池と、前記直流の正極と負極との間に配置され
    て二相分のハーフブリッジ型変換回路を構成する複数の
    スイッチング素子と複数の整流素子を有しスイッチング
    信号に応答して前記入力側電力変換器の出力を三相交流
    出力に変換する出力側電力変換器と、前記三相交流入力
    の相電圧と相電流および入力側電力変換器の出力に基づ
    いてスイッチング信号を生成しこのスイッチング信号を
    前記入力側電力変換器に与えて前記入力側電力変換器の
    出力を制御するとともに、前記三相交流入力の相電圧と
    前記三相交流出力の線間電圧に基づいてスイッチング信
    号を生成しこのスイッチング信号を前記出力側電力変換
    器に与えて前記出力側電力変換器の出力を制御するスイ
    ッチング制御手段とを備え、前記三相交流入力の第二相
    と前記三相交流出力の第二相とを互いに接続してなり、 前記スイッチング制御手段は、前記三相交流電源の正常
    時には、前記入力側電力変換器に対して、前記三相交流
    入力に同期した電圧を出力させる制御を実行するととも
    に、前記出力側電力変換器に対して、前記三相交流入力
    の第二相を基準にして前記三相交流入力に同期した三相
    交流を出力させる制御を実行し、前記三相交流電源の停
    電時には、前記入力側電力変換器のうち第一相ハーフブ
    リッジ型変換回路と第三相ハーフブリッジ型変換回路に
    対して変換動作を停止させ、前記入力側電力変換器の第
    二相ハーフブリッジ型変換回路と前記出力側電力変換器
    に対しては一定電圧で一定周波数の三相交流を出力させ
    る制御を実行してなる無停電電源装置。
  2. 【請求項2】 直流の正極と負極との間に配置されて三
    相分のハーフブリッジ型変換回路を構成する複数のスイ
    ッチング素子と複数の整流素子を有しスイッチング信号
    に応答して三相交流電源からの三相交流入力をチョッピ
    ングして出力する入力側電力変換器と、この入力側電力
    変換器の出力側に並列接続されて前記直流の正極と負極
    を構成するコンデンサと、このコンデンサに並列接続さ
    れた蓄電池と、前記直流の正極と負極との間に配置され
    て二相分のハーフブリッジ型変換回路を構成する複数の
    スイッチング素子と複数の整流素子を有しスイッチング
    信号に応答して前記入力側電力変換器の出力を三相交流
    出力に変換する出力側電力変換器と、前記三相交流入力
    の相電圧と相電流および入力側電力変換器の出力に基づ
    いてスイッチング信号を生成しこのスイッチング信号を
    前記入力側電力変換器に与えて前記入力側電力変換器の
    出力を制御するとともに、前記三相交流入力の相電圧と
    前記三相交流出力の線間電圧に基づいてスイッチング信
    号を生成しこのスイッチング信号を前記出力側電力変換
    器に与えて前記出力側電力変換器の出力を制御するスイ
    ッチング制御手段とを備え、前記三相交流入力の第二相
    と前記三相交流出力の第二相とを互いに接続してなり、 前記スイッチング制御手段は、前記三相交流電源の正常
    時には、前記入力側電力変換器の第二相ハーフブリッジ
    型変換回路と前記出力側電力変換器に対して、一定電圧
    で、前記三相交流入力に同期した三相交流を出力させる
    制御を実行するとともに、前記入力側電力変換器のうち
    第一相ハーフブリッジ型変換回路と第三相ハーフブリッ
    ジ型変換回路に対しては、前記三相交流出力の第二相を
    基準にして前記三相交流入力に同期した電圧を発生させ
    る制御を実行し、前記三相交流電源の停電時には、前記
    入力側電力変換器のうち第一相ハーフブリッジ型変換回
    路と第三相ハーフブリッジ型変換回路に対して変換動作
    を停止させ、前記入力側電力変換器の第二相ハーフブリ
    ッジ型変換回路と前記出力側電力変換器に対しては、一
    定電圧で一定周波数の三相交流を出力させる制御を実行
    してなる無停電電源装置。
  3. 【請求項3】 前記スイッチング制御手段は、前記三相
    交流電源の正常時には、前記入力側電力変換器の出力電
    圧が一定で、かつ各相の交流入力電流が正弦波で、入力
    力率が1となる制御を実行してなることを特徴とする請
    求項1または2記載の無停電電源装置。
  4. 【請求項4】 前記三相交流入力の第一相と前記三相交
    流出力の第一相との間に挿入されて回路を開閉する第一
    の交流スイッチと、前記三相交流入力の第三相と前記三
    相交流出力の第三相との間に挿入されて回路を開閉する
    第二の交流スイッチとを備え、前記第一の交流スイッチ
    と前記第二の交流スイッチは、前記入力側電力変換器ま
    たは前記出力側電力変換器の故障時あるいは前記三相交
    流出力に過電流が流れたときに回路を閉じそれ以外のと
    きには回路を開いてなることを特徴とする請求項1、2
    または3記載の無停電電源装置。
  5. 【請求項5】 前記各ハーフブリッジ型変換回路の複数
    のスイッチング素子は互いに直列に接続され、各スイッ
    チング素子には整流素子が逆並列接続されており、前記
    入力側電力変換器の各相のスイッチング素子の直列接続
    点と前記三相交流入力の各相との間に入力用交流リアク
    トルがそれぞれ直列に挿入され、前記出力側電力変換器
    の第一相と第三相のスイッチング素子の直列接続点と負
    荷との間に出力用交流リアクトルがそれぞれ直列に挿入
    され、前記各出力用交流リアクトルの負荷側と前記出力
    側電力変換器の第二相にそれぞれコンデンサが並列接続
    されてなることを特徴とする請求項1、2、3または4
    記載の無停電電源装置。
  6. 【請求項6】 前記各ハーフブリッジ型変換回路の複数
    のスイッチング素子は互いに直列に接続され、各スイッ
    チング素子には整流素子が逆並列接続されており、前記
    入力側電力変換器の各相のスイッチング素子の直列接続
    点と前記三相交流入力の各相との間に入力用交流リアク
    トルがそれぞれ直列に挿入され、前記出力側電力変換器
    の第一相と第三相のスイッチング素子の直列接続点と負
    荷との間に出力用交流リアクトルがそれぞれ直列に挿入
    され、前記各入力用交流リアクトルの三相交流入力側と
    前記蓄電池の正極または負極にそれぞれコンデンサが並
    列に接続され、各出力用交流リアクトルの負荷側と前記
    蓄電池の正極または負極に並列にそれぞれコンデンサが
    接続されてなることを特徴とする請求項1、2、3また
    は4記載の無停電電源装置。
  7. 【請求項7】 前記入力用交流リアクトルのうち第一相
    と第三相の入力用交流リアクトルの三相交流入力側と前
    記三相交流入力の第一相と第三相の間にそれぞれ補助入
    力用交流リアクトルが挿入されてなることを特徴とする
    請求項6記載の無停電電源装置。
JP16937199A 1999-06-16 1999-06-16 無停電電源装置 Expired - Fee Related JP3546325B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16937199A JP3546325B2 (ja) 1999-06-16 1999-06-16 無停電電源装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP16937199A JP3546325B2 (ja) 1999-06-16 1999-06-16 無停電電源装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2001008461A true JP2001008461A (ja) 2001-01-12
JP3546325B2 JP3546325B2 (ja) 2004-07-28

Family

ID=15885361

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP16937199A Expired - Fee Related JP3546325B2 (ja) 1999-06-16 1999-06-16 無停電電源装置

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3546325B2 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009303349A (ja) * 2008-06-11 2009-12-24 Sanken Electric Co Ltd 交流電源装置
CN114180416A (zh) * 2021-12-14 2022-03-15 海南电网有限责任公司昌江供电局 一种具有不间断供电功能的移动平台

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009303349A (ja) * 2008-06-11 2009-12-24 Sanken Electric Co Ltd 交流電源装置
CN114180416A (zh) * 2021-12-14 2022-03-15 海南电网有限责任公司昌江供电局 一种具有不间断供电功能的移动平台
CN114180416B (zh) * 2021-12-14 2024-04-19 海南电网有限责任公司昌江供电局 一种具有不间断供电功能的移动平台

Also Published As

Publication number Publication date
JP3546325B2 (ja) 2004-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4445049A (en) Inverter for interfacing advanced energy sources to a utility grid
KR100533201B1 (ko) 전력변환장치
US6154378A (en) Polyphase inverter with neutral-leg inductor
JP2760666B2 (ja) Pwmコンバ―タの制御方法及び装置
Yaragatti Design and implementation of active neutral-point-clamped nine-level reduced device count inverter: an application to grid integrated renewable energy sources.
US8508957B2 (en) Power conversion device for converting DC power to AC power
US11075540B2 (en) Uninterruptible power supply device
JPH04197097A (ja) 交流電動機可変速システム
JPH09224376A (ja) 電力変換方法及び電力変換装置
JPH11122943A (ja) 多重インバータ装置及びその制御方法
Jacobina et al. Fault-tolerant reversible AC motor drive system
JP6861917B1 (ja) 電力変換装置
JP3588932B2 (ja) 電力変換装置とその制御方法及びこの電力変換装置を用いた無停電電源装置
Sandeep et al. Seven-level active-neutral-point-clamped inverter topology with voltage boosting capability
Kumar et al. Asymmetrical Three-Phase Multilevel Inverter for Grid-Integrated PLL-Less System
CN112352366A (zh) 不间断电源装置
KR20110135126A (ko) 캐스케이드 멀티레벨 고압인버터의 돌입전류 방지장치
Wei et al. Investigation of 9-switch dual-bridge matrix converter operating under low output power factor
Dos Santos et al. Fault tolerant ac–dc–ac single-phase to three-phase converter
JP3546325B2 (ja) 無停電電源装置
Wang et al. Γ-Type Five-Level Current Source Inverter
US11336200B2 (en) Power conversion apparatus
JPH07108092B2 (ja) 交流電源装置
JP3690558B2 (ja) 多相電圧形コンバータ
JP4275223B2 (ja) 電源装置

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20031209

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20040209

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040309

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040330

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Ref document number: 3546325

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090423

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090423

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100423

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110423

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120423

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120423

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130423

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140423

Year of fee payment: 10

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees