JP2004229349A

JP2004229349A - Continuous commercial feeding type uninterruptible power supply device

Info

Publication number: JP2004229349A
Application number: JP2003011213A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Matsuoka; 一正松岡
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2003-01-20
Filing date: 2003-01-20
Publication date: 2004-08-12

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a continuous commercial feeding system uninterruptible power supply device which comprises a means for operating a converter only when a power storage means needs. <P>SOLUTION: This continuous commercial feeding type uninterruptible power supply device comprises a DC voltage control circuit for generating a reference current amplitude of the converter, by inputting a DC voltage detection signal for detecting an output voltage of the converter for converting AC of a commercial power supply to DC and a DC current detection signal for detecting the current of a DC circuit; a current control circuit for producing an output voltage command signal of the converter so as to make the current of the converter meet the detection signal from a voltage phase detection signal, for detecting the voltage phase of the AC power of the commercial power supply and the output of the DC voltage control circuit; a gate control circuit for controlling the gate of the switching device of the converter based on a converter output voltage command from the current control circuit; an inverter for outputting the AC by receiving the power from the power storage means in case of service interruption of the commercial power supply; and a charging circuit for periodically charging the power storage means by the output of a timer circuit. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源から電力貯蔵装置を充電する充電回路を備えた常時商用給電方式無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無停電電源装置は、常時インバータ給電方式であるため、コンバータは常時作動しており、直流電解コンデンサの劣化防止や冷却装置の小型化もしくはレス化はのぞめなかった（特開平４−３１２３２号公報参照）。
【０００３】
また、蓄電池の残容量に関係なく蓄電池を正確に満充電できる充電制御回路（特開平３−３２３２７号公報参照）が提案されているが、充電開始時の蓄電池の容量に関係なく蓄電池を満充電し、さらに、充電回路がチョッパ回路で構成されるため、チョッパ動作時は高調波を系統に出力する等の問題があった。
【０００４】
さらに、常時商用給電方式無停電電源装置が提案されており、この従来技術を図１１の回路構成図を参照して説明する。
図において、切換回路２は負荷５への電力供給をインバータ１と商用電源６のいずれかを切り換えるために用いられる。切換回路２は接触器３と半導体スイッチ４で構成されているが、いずれか一方だけでも構わない。接触器３は、主に半導体スイッチ４の過電流保護に用いる。
【０００５】
常時は切換回路２内の半導体スイッチ４がオンとなり、商用電源６から負荷５への給電が行われるが、商用電源６の停電等による異常発生時には、切換回路２内の半導体スイッチ４をオフし、インバータ１から負荷５へ給電が行われる。インバータ１の入力側には、商用電源６からコンバータ７と、コンバータ７の出力を平滑化する直流コンデンサ８と、インバータ運転時の電力源となる蓄電池９が接続されている。
【０００６】
コンバータ７は電力蓄積要素である蓄電池９を充電し、インバータ運転時の電力を電力蓄積要素に蓄えさせることを目的としており、この目的のために、コンバータ制御回路１０は、入力電圧検出器１１からの入力電圧検出信号１２と、入力電流検出器１３ａからの入力電流検出信号１４と、直流電圧検出器１５からの直流電圧検出信号１６と、充電電流検出器１３ｂからの充電電流検出信号１７とを入力とし、コンバータゲート信号１８を出力している。
コンバータ制御回路１０は、図１２に示すように、直流電圧制御回路２１とＰＬＬ回路２３と入力電流制御回路２５とゲート制御回路２７を備えている。
【０００７】
直流電圧制御回路２１は、直流電圧検出信号１６と充電流検出信号１７を入力し、電力蓄積要素である蓄電池９を充電するために、浮動充電電圧指令もしくは定格充電電流指令等の指令値に合わせ込むように制御を行う。また、ＰＬＬ回路２３は入力電圧信号１２を入力し、出力はコンバータ基準位相２４として入力電流制御回路２５に入力される。直流電圧制御回路２１の出力は、入力電流振幅指令２２として入力電流制御回路２５に入力される。また、入力電圧信号１２および入力電流信号１４も入力電流制御回路２５に入力されている。この入力電流制御回路２５は各相毎のコンバータ制御指令２６をゲート制御回路２７に入力し、ゲート制御回路２７はコンバータゲート信号１８を出力する。
インバータ１についてもインバータ制御回路が設けられているが、ここでは説明を省略している。
【０００８】
また、コンバータ７の回路は図１３に示すように、スイッチング素子３１ａ〜３１ｆと、ダイオード３２ａ〜３２ｆと、ゲート駆動回路３４を備えている。スイッチング素子３１ａ，３１ｃ，３１ｅの各コレクタは直流コンデンサ８の一方の端子に接続され、これらのスイッチング素子には各々逆並列にダイオード３２ａ，３２ｃ，３２ｅが接続されている。これらは直流電圧部のＰ側としてコンバータ出力３３となっている。また、スイッチング素子３１ｂ，３１ｄ，３１ｆの各エミッタは直流コンデンサ８の他方の端子に接続され、これらのスイッチング素子には各々逆並列にダイオード３２ｂ，３２ｄ，３２ｆが接続されている。これらは直流電圧部のＮ側としてコンバータ出力３３となっている。
【０００９】
ゲート駆動回路３４にはコンバータゲート信号１８が入力されている。各スイッチング素子３１ａ〜３１ｆには個別または一括にスイッチング時のサージ電圧抑制用のスナバ回路が設けられているがここでは説明を簡単にするため省略している。コンバータゲート信号１８に対し、ゲート駆動回路３４は上下直列に接続されたスイッチング素子、例えば３１ａ，３１ｂが同時にオンすることを防止する「デッドタイム」を生成したり、あるいは各スナバ回路の充放電の期間を確保したりする。コンバータ７はパルス幅変調（ＰＷＭ）により直流コンデンサ８の直流電圧を制御することにより、電力蓄積要素である蓄電池９を充電する。
【００１０】
また、コンバータ制御回路１０内の直流電圧制御回路２１は、図１４に示すように、リミッタ回路３６とＰＩ制御回路３８を備えている。
図において、直流電圧基準信号３５の出力は一定の直流電圧を出力する。電力蓄積要素である蓄電池９の特性に合わせて、各種基準電圧を設定する回路を設けることもあるがここでは説明を簡単にするため省略している。直流電圧基準信号３５は充電電流検出信号１７を入力とするリミッタ回路３６の出力との差分をとった直流電圧指令３７を出力する。リミッタ回路３６は、充電電流検出信号１７により所定の充電電流に制御することを目的としており、ここでは、リミッタ回路で構成しているが各種制御方式を用いて所定充電電流に制御するようにしても構わない。直流電圧指令３７と直流電圧検出信号１６との差分がＰＩ制御回路３８の入力となっている。ＰＩ制御回路３８の出力は入力電流振幅基準２２となる。
【００１１】
なお、電圧制御としてＰＩ制御を用いた例を示しているが、ＰＩＤ制御やＩ−Ｐ制御その他の一般的な制御手法や現代制御理論などを用いた制御回路でも構わない。
【００１２】
また、コンバータ制御回路１０内の入力電流制御回路２５は、図１５に示すように、乗算機４１ａ〜４１ｃと、Ｐ制御回路４２ａ〜４２ｃを備えている。
図において、入力電流振幅基準２２と、ＰＬＬ回路２３の出力である電圧位相２４ａ〜２４ｃとは乗算器４１ａ〜４１ｃに接続されており、乗算器４１ａ〜４１ｃの出力はＵ相、Ｖ相、Ｗ相の交流入力電流基準となる。交流入力電流基準は入力電流検出信号１４との差分を各々とり、Ｐ制御回路４２ａ〜４２ｃに各々入力される。
【００１３】
Ｐ制御回路４２ａ〜４２ｃは入力電流検出信号１４が入力電流基準に追従するように制御を行う。なお、電圧制御としてＰ制御を用いた例を示しているが、ＰＩＤ制御やＩ−Ｐ制御その他の一般的な制御手法や現代制御理論などを用いた制御回路でも構わない。特に、高速化や安定化を図る意味で入力電流の後段または前段あるいは並列に、入力電圧などのオフセットを付加することがあっても構わない。ここでは、後段に入力電圧検出信号１２を各相毎に加算して、入力電圧指令２６としている。
【００１４】
また、本例は１相毎に個別に制御を行う構成であるが、公知のｄ−ｑ軸理論を用いて、３相の電流、電圧を振幅成分と位相成分に分けた制御回路構成としても構わない。
【００１５】
また、コンバータ制御回路１０内のゲート制御回路２７は、図１６に示すように、キャリア発生回路４３とコンパレータ４４ａ〜４４ｃと、ゲート信号出力回路４５ａ〜４５ｃを備えている。
【００１６】
図において、入力電圧指令２６はキャリア発生回路４３との差分を各々とり、コンパレータ４４ａ〜４４ｃに入力し、その出力はゲート信号出力回路４５ａ〜４５ｃに入力される。ゲート信号出力回路４５ａ〜４５ｃの出力はコンバータゲート信号１８となる。本例は、一般的に言われる三角波比較方式を示しているが、ゲートパルスの発生手法は特に限定しない。
【００１７】
【特許文献１】
特開平４−３１２３２号公報
【特許文献２】
特開平３−３２３２７号公報
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の常時商用給電方式無停電電源装置では、コンバータは電力貯蔵手段へ電力を供給することを目的としているため、電力貯蔵手段が例えば蓄電池である場合、蓄電池が満充電状態になった後、コンバータ動作自体が不要動作となり、熱的な損失発生やコンバータのスイッチングリプルにより直流回路を構成する電解コンデンサの劣化を引き起こすという問題があった。
【００１９】
本発明は、上記状況に対処するためになされたもので、その課題は、コンバータを電力貯蔵手段が必要とするときのみ動作させる手段を有した常時商用給電方式無停電電源装置を提供することにある。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、商用電源から供給される交流を直流に変換するコンバータと、前記コンバータの出力電圧を検出する直流電圧検出器と、直流回路部の電流を検出する電流検出器と、前記直流電圧検出信号と直流電流検出信号を入力して前記コンバータの電流振幅基準を発生する直流電圧制御回路と、前記商用電源からの交流電力の電圧位相を検出するＰＬＬ回路と、前記ＰＬＬ回路からの電圧位相検出信号と，前記直流電圧制御回路の出力からコンバータの電流を検出する電流検出回路からの検出信号が一致するように前記コンバータの出力電圧指令信号を作成する電流制御回路と、前記電流制御回路からのコンバータ出力電圧指令に基づき前記コンバータのスイッチング素子のゲートを制御するゲート制御回路と、前記交流電力の供給及び遮断を行う半導体スイッチと、前記商用電源が停電時、電力貯蔵手段から電力を受け交流出力を行うインバータとを備えた常時商用給電方式無停電電源装置において、タイマー回路の出力により定期的に電力貯蔵手段を充電する充電回路を備えたことを特徴とする。
【００２１】
請求項２に記載の発明は、請求項１記載の常時商用給電方式無停電電源装置において、直流電圧を検出する直流電圧検出器と、この直流電圧検出信号により電力貯蔵手段を充電する充電回路を備えたことを特徴とする。
【００２２】
請求項３に記載の発明は、請求項１記載の常時商用給電方式無停電電源装置において、インバータ運転したことを検出する検出回路と、この検出信号により電力貯蔵手段を充電する充電回路を備えたことを特徴とする。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、請求項１記載の常時商用給電方式無停電電源装置において、タイマー回路の出力により定期的に電力貯蔵手段を充電する充電回路と、直流電圧を検出する直流電圧検出器と、この直流電圧検出信号により電力貯蔵手段を充電する充電回路を備えたことを特徴とする。
【００２４】
請求項５に記載の発明は、請求項１記載の常時商用給電方式無停電電源装置において、タイマー回路の出力より定期的に電力貯蔵手段を充電する充電回路と、インバータ運転したことを検出する検出回路と、この検出信号により電力貯蔵手段を充電する充電回路を備えたことを特徴とする。
【００２５】
請求項６に記載の発明は、請求項１記載の常時商用給電方式無停電電源装置において、直流電圧を検出する直流電圧検出器と、この直流電圧検出信号により電力貯蔵手段を充電する充電回路と、インバータ運転したことを検出する検出回路と、この検出信号により電力貯蔵手段を充電する充電回路を備えたことを特徴とする。
【００２６】
請求項７に記載の発明は、請求項１記載の常時商用給電方式無停電電源装置において、タイマー回路の出力より定期的に電力貯蔵手段を充電する充電回路と、直流電圧を検出する直流電圧検出器と、この直流電圧検出信号により電力貯蔵手段を充電する充電回路と、インバータ運転したことを検出する検出回路と、この検出信号により電力貯蔵手段を充電する充電回路を備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項１乃至請求項７に記載の発明によると、コンバータを電力貯蔵手段が必要とする分だけ動作させることにより、装置運転効率がよく、長寿命な常時商用給電方式無停電電源装置を提供することができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図であり、本実施形態が従来の図１２の常時商用給電方式無停電電源装置と異なる構成は、タイマー回路５１が付加され、タイマー回路出力がコンバータ操作信号５２として直流電圧制御回路２１及びゲート制御回路２７に入力されている点であり、その他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００２９】
本実施形態に係るタイマー回路５１は図２に示すような構成であり、このタイマー回路５１内のカウント出力５３により、あらかじめ決められた時間分、例えば、２時間ごとに運転時間１０分というようにコンバータ運転信号を生成し、ホールド回路５４は前記カウントに基づき決められた時間だけコンバータ操作信号５２を出力する構成となっている。
【００３０】
また、前記直流電圧制御回路２１は、図３に示すような構成であり、この直流電圧制御回路２１が、従来の図１４の直流電圧制御回路と異なる構成は、コンバータ操作信号５２により直流電圧基準をオン、オフするために切換回路５５ａを付加した点と、ＰＩ制御回路３８の出力側にも前記コンバータ操作信号５２を入力し、制御演算出力をオン、オフするための切換回路５５ｂを付加した点であり、その他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。また、ＰＩ制御回路内の演算回路もリセットすることもあるがここでは省略する。
【００３１】
また、前記ゲート制御回路２７は、図４に示すように、従来の図１６のゲート制御回路と異なる構成はコンバータ操作信号５２により、各相のコンバータゲート信号出力１８をオン、オフするために切換回路５５ｃ〜５５ｅを付加した点であり、その他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３２】
次に、本実施形態の動作を説明すると、タイマー回路５１により所定の時間をカウントし、カウント時間分に相当するコンバータの運転時間をあらかじめ設定しておくと、設定した時間分だけコンバータを動作させることができる。コンバータの運転時間は、直流回路部の損失およびインバータ運転による放電量をあらかじめ検討しておくことにより設定する。
したがって、コンバータを最適に運転させることが可能となり、装置運転効率が良く、長寿命の常時商用給電方式無停電電源装置を提供することができる。
【００３３】
図５は本発明の第２実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図であり、図１の第１実施形態のコンバータ制御回路と異なる構成は、タイマー回路５１の代りに直流電圧判定回路５６を設けた点であり、その他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３４】
本実施形態のコンバータ制御回路１０は、直流電圧検出信号１６を入力とする直流電圧判定回路５６を設けているので、直流電圧低下レベルに応じて、コンバータの運転時間を決定し、コンバータ操作信号５２を出力する。このコンバータ操作信号５２は直流電圧制御回路２１及びゲート制御回路２７に接続されている。
【００３５】
次に、本実施形態の動作を説明すると、直流電圧判定回路５６により、直流電圧の低下レベルに対応して電力蓄積要素の蓄積量もしくは低減量を算定し、電力蓄積要素に対して所定の電力蓄積量に回復するまでのコンバータ運転時間を設定することができる。
【００３６】
電力蓄積要素が例えば蓄電池である場合、自然放電に対する電圧レベルとインバータ運転による放電後の電圧レベルを有している。特に直流電圧レベルと運転時間とに関して前記２種類には限定しない。これ以降の動作は図１の第１実施形態で説明した動作と同じなのでその説明を省略する。
【００３７】
図６は本発明の第３実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図であり、図１の第１実施形態のコンバータ制御回路と異なる構成は、タイマー回路５１の代りにインバータ運転判定回路５８を設けた点であり、その他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００３８】
本実施形態のコンバータ制御回路１０は、電流検出回路１３Ｃよりインバータ電流検出信号５７を検出してこの検出信号５７をインバータ運転判定回路５８に入力している。インバータ運転判定回路５８では、インバータが動作した時間をカウントし、カウントした動作時間に対してコンバータの運転時間を決定し、コンバータ操作信号５２を出力する。コンバータ操作信号５２は直流電圧制御回路２１及びゲート制御回路２７に接続されている。
【００３９】
本実施形態の動作を説明すると、インバータ運転判定回路５８により、インバータの運転時間に対応して電力蓄積要素の蓄積量もしくは低減量を算定し、該電力蓄積要素に対して所定の電力蓄積量に回復するまでのコンバータ運転時間を設定する。
【００４０】
インバータ運転判定に際して、ここではインバータ電流を用いたが、これ以外にインバータ電圧あるいはインバータゲート等インバータ運転が確認できるものであればいずれでも構わない。これ以降の動作は図１で説明した動作と同じなのでその説明を省略する。
【００４１】
図７は本発明の第４実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図であり、図１の第１実施形態のコンバータ制御回路と異なる構成は、タイマー回路５１に直流電圧判定回路５６が付加され、各々の出力が論理和回路５９に入力され、論理和回路５９の出力はコンバータ操作信号５２として出力される構成となっている点であり、その他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００４２】
本実施形態の動作を説明すると、図１の第１実施形態及び図５の第２実施形態において説明した動作を組み合わせることにより、電力蓄積要素をより確実にかつ十分なバックアップ状態に維持することができる。
【００４３】
図８は本発明の第５実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図であり、図１の第１実施形態のコンバータ制御回路と異なる構成は、タイマー回路５１にインバータ運転判定回路５８が付加され、各々の出力が論理和回路５９に入力され、論理和回路５９の出力はコンバータ操作信号５２として出力される構成となっている点であり、その他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００４４】
本実施形態の動作を説明すると、図１の第１実施形態及び図６の第３実施形態において説明した動作を組み合わせることにより、電力蓄積要素をより確実にかつ十分なバックアップ状態に維持することができる。
【００４５】
図９は本発明の第６実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図であり、図１の第１実施形態のコンバータ制御回路と異なる構成は、タイマー回路５１の代りに直流電圧判定回路５６とインバータ運転判定回路５８が付加され、各々の出力が論理和回路５９に入力され、論理和回路５９の出力はコンバータ操作信号５２として直流電圧制御回路２１及びゲート制御回路２７に出力される構成となっている点であり、その他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００４６】
本実施形態の動作を説明すると、図５の第２実施形態及び図６の第３実施形態において説明した動作を組み合わせることにより、電力蓄積要素をより確実にかつ十分なバックアップ状態に維持することができる。
【００４７】
図１０は本発明の第７実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図であり、図１の第１実施形態のコンバータ制御回路と異なる構成は、タイマー回路５１に直流電圧判定回路５６とインバータ運転判定回路５８が付加され、各々の出力が論理和回路５９に入力され、論理和回路５９の出力はコンバータ操作信号５２及びゲート制御回路２７に出力される構成となっている点であり、その他の構成は同一であるので、同一部分には同一符号を付してその説明は省略する。
【００４８】
本実施形態の動作を説明すると、図１の第１実施形態，図５の第２実施形態及び図６の第３実施形態において説明した動作を組み合わせることにより、電力蓄積要素をより確実にかつ十分なバックアップ状態に維持することができる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の常時商用給電方式無停電電源装置によると、コンバータを電力蓄積要素が必要とする時だけ動作させることにより、装置運転効率がよく、長寿命な装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図。
【図２】図１のコンバータ制御回路内のタイマー回路の構成図。
【図３】図１のコンバータ制御回路内の直流電圧制御回路図。
【図４】図１のコンバータ制御回路内のゲート制御回路図。
【図５】本発明の第２実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図。
【図６】本発明の第３実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図。
【図７】本発明の第４実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図。
【図８】本発明の第５実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図。
【図９】本発明の第６実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図。
【図１０】本発明の第７実施形態の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図。
【図１１】従来の常時商用給電方式無停電電源装置の回路図。
【図１２】図１１の常時商用給電方式無停電電源装置のコンバータ制御回路図。
【図１３】図１１の常時商用給電方式無停電電源装置のコンバータの回路図。
【図１４】図１１の常時商用給電方式無停電電源装置に用いるコンバータ制御回路内の直流電圧制御回路図。
【図１５】図１１の常時商用給電方式無停電電源装置に用いるコンバータ制御回路内の入力電流制御回路図。
【図１６】図１１の常時商用給電方式無停電電源装置に用いるコンバータ制御回路内のゲート制御回路図。
【符号の説明】
１…インバータ、２…切換回路、３…接触器、４…半導体スイッチ、５…負荷、６…商用電源、７…コンバータ、８…直流コンデンサ、９…蓄電池、１０…コンバータ制御回路、１１…電圧検出器、１２…入力電圧検出信号、１３…電流検出器、１４…入力電流検出信号、１５…直流電圧検出器、１６…直流電圧検出信号、１７…直流電流検出信号、１８…コンバータゲート信号、２１…直流電圧制御回路、２２…入力電流振幅指令、２３…ＰＬＬ回路、２４…コンバータ基準位相、２５…入力電流制御回路、２６…コンバータ制御指令、２７…ゲート制御回路、３１…スイッチング素子、３２…ダイオード、３３…コンバータ出力、３４…ゲート駆動回路、３５…直流電圧基準信号、３６…リミッタ回路、３７…直流電圧指令、３８…ＰＩ制御回路、４１…乗算器、４２…Ｐ制御回路、４３…キャリア発生回路、４４…コンパレータ、４５…ゲート信号出力回路、５１…タイマー回路、５２…コンバータ操作信号、５３…カウンタ出力、５４…ホールド回路、５５…切換回路、５６…直流電圧判定回路、５７…インバータ電流検出信号、５８…インバータ運転判定回路。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an uninterruptible power supply apparatus that always includes a charging circuit that charges a power storage device from a commercial power supply.
[0002]
[Prior art]
Since the conventional uninterruptible power supply uses an inverter power supply system at all times, the converter is always operating, and it is not possible to prevent the deterioration of the DC electrolytic capacitor and reduce the size or size of the cooling device (Japanese Patent Laid-Open No. 4-31232). Gazette).
[0003]
Also, a charge control circuit (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-32327) capable of accurately charging a storage battery irrespective of the remaining capacity of the storage battery has been proposed, but the storage battery is fully charged regardless of the capacity of the storage battery at the start of charging. Furthermore, since the charging circuit is constituted by a chopper circuit, there is a problem that harmonics are output to the system during chopper operation.
[0004]
Further, an uninterruptible power supply apparatus of a continuous commercial power supply type has been proposed, and this prior art will be described with reference to a circuit configuration diagram of FIG.
In the figure, a switching circuit 2 is used to switch power supply to a load 5 between an inverter 1 and a commercial power supply 6. The switching circuit 2 includes the contactor 3 and the semiconductor switch 4, but either one of them may be used. The contactor 3 is mainly used for overcurrent protection of the semiconductor switch 4.
[0005]
Normally, the semiconductor switch 4 in the switching circuit 2 is turned on, and power is supplied from the commercial power supply 6 to the load 5. However, when an abnormality occurs due to a power failure of the commercial power supply 6, the semiconductor switch 4 in the switching circuit 2 is turned off. Power is supplied from the inverter 1 to the load 5. On the input side of the inverter 1, a converter 7 from a commercial power supply 6, a DC capacitor 8 for smoothing the output of the converter 7, and a storage battery 9 serving as a power source during inverter operation are connected.
[0006]
The converter 7 aims to charge the storage battery 9 as a power storage element and to store the power during inverter operation in the power storage element. For this purpose, the converter control circuit 10 , An input current detection signal 14 from an input current detector 13a, a DC voltage detection signal 16 from a DC voltage detector 15, and a charging current detection signal 17 from a charging current detector 13b. As an input, a converter gate signal 18 is output.
The converter control circuit 10 includes a DC voltage control circuit 21, a PLL circuit 23, an input current control circuit 25, and a gate control circuit 27, as shown in FIG.
[0007]
The DC voltage control circuit 21 receives the DC voltage detection signal 16 and the charging current detection signal 17 and adjusts the value to a command value such as a floating charging voltage command or a rated charging current command in order to charge the storage battery 9 as a power storage element. Control so that The PLL circuit 23 receives the input voltage signal 12, and the output is input to the input current control circuit 25 as a converter reference phase 24. The output of the DC voltage control circuit 21 is input to the input current control circuit 25 as an input current amplitude command 22. The input voltage signal 12 and the input current signal 14 are also input to the input current control circuit 25. The input current control circuit 25 inputs a converter control command 26 for each phase to a gate control circuit 27, and the gate control circuit 27 outputs a converter gate signal 18.
The inverter 1 is also provided with an inverter control circuit, but the description is omitted here.
[0008]
The circuit of the converter 7 includes switching elements 31a to 31f, diodes 32a to 32f, and a gate drive circuit 34, as shown in FIG. The collectors of the switching elements 31a, 31c, 31e are connected to one terminal of the DC capacitor 8, and diodes 32a, 32c, 32e are connected to these switching elements in antiparallel, respectively. These are converter outputs 33 as the P side of the DC voltage section. The emitters of the switching elements 31b, 31d, 31f are connected to the other terminal of the DC capacitor 8, and diodes 32b, 32d, 32f are connected to these switching elements in antiparallel, respectively. These are the converter outputs 33 as the N side of the DC voltage section.
[0009]
The gate drive circuit 34 receives the converter gate signal 18. Each of the switching elements 31a to 31f is provided with a snubber circuit for suppressing a surge voltage at the time of switching individually or collectively, but is omitted here to simplify the description. In response to the converter gate signal 18, the gate drive circuit 34 generates a "dead time" for preventing the switching elements connected in series vertically, for example, 31a and 31b from turning on at the same time, or for charging / discharging each snubber circuit. Or to secure a period. Converter 7 charges storage battery 9 as a power storage element by controlling the DC voltage of DC capacitor 8 by pulse width modulation (PWM).
[0010]
The DC voltage control circuit 21 in the converter control circuit 10 includes a limiter circuit 36 and a PI control circuit 38, as shown in FIG.
In the figure, the output of the DC voltage reference signal 35 outputs a constant DC voltage. A circuit for setting various reference voltages may be provided according to the characteristics of the storage battery 9 as a power storage element, but is omitted here for simplicity of description. The DC voltage reference signal 35 outputs a DC voltage command 37 obtained by taking the difference from the output of the limiter circuit 36 to which the charging current detection signal 17 is input. The limiter circuit 36 is intended to control to a predetermined charging current by the charging current detection signal 17. Here, the limiter circuit 36 is configured by a limiter circuit, but is controlled to a predetermined charging current by using various control methods. No problem. The difference between the DC voltage command 37 and the DC voltage detection signal 16 is input to the PI control circuit 38. The output of the PI control circuit 38 is the input current amplitude reference 22.
[0011]
Although an example using PI control as voltage control is shown, a control circuit using PID control, IP control, other general control methods, modern control theory, or the like may be used.
[0012]
As shown in FIG. 15, the input current control circuit 25 in the converter control circuit 10 includes multipliers 41a to 41c and P control circuits 42a to 42c.
In the figure, an input current amplitude reference 22 and voltage phases 24a to 24c that are outputs of a PLL circuit 23 are connected to multipliers 41a to 41c, and outputs of the multipliers 41a to 41c are U-phase, V-phase, and W-phase. It becomes the AC input current reference for the phase. The AC input current reference takes a difference from the input current detection signal 14 and is input to each of the P control circuits 42a to 42c.
[0013]
The P control circuits 42a to 42c perform control so that the input current detection signal 14 follows the input current reference. Although an example using P control as voltage control is shown, a control circuit using PID control, IP control, other general control methods, modern control theory, or the like may be used. In particular, an offset such as an input voltage may be added after, before, or in parallel with the input current for the purpose of speeding up and stabilizing. Here, the input voltage detection signal 12 is added to each subsequent stage for each phase to obtain an input voltage command 26.
[0014]
In this example, the control is performed individually for each phase. However, the control circuit may be configured to divide the three-phase current and voltage into an amplitude component and a phase component by using a known dq-axis theory. I do not care.
[0015]
As shown in FIG. 16, the gate control circuit 27 in the converter control circuit 10 includes a carrier generation circuit 43, comparators 44a to 44c, and gate signal output circuits 45a to 45c.
[0016]
In the figure, an input voltage command 26 takes a difference from a carrier generation circuit 43, and inputs the difference to comparators 44a to 44c, and the output is input to gate signal output circuits 45a to 45c. Outputs of the gate signal output circuits 45a to 45c become converter gate signals 18. Although this example shows a triangular wave comparison method generally referred to, a method of generating a gate pulse is not particularly limited.
[0017]
[Patent Document 1]
JP-A-4-31232 [Patent Document 2]
JP-A-3-32327
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional uninterruptible power supply with continuous commercial power supply, since the converter aims to supply power to the power storage means, when the power storage means is a storage battery, for example, after the storage battery is fully charged, However, the converter operation itself becomes unnecessary operation, and there is a problem that thermal loss occurs and switching ripple of the converter causes deterioration of the electrolytic capacitor constituting the DC circuit.
[0019]
The present invention has been made in order to address the above situation, and an object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply system that always has a means for operating a converter only when required by a power storage means. is there.
[0020]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, the present invention provides a converter for converting an alternating current supplied from a commercial power supply into a direct current, a direct current voltage detector for detecting an output voltage of the converter, A current detector that detects the current of the DC circuit unit, a DC voltage control circuit that receives the DC voltage detection signal and the DC current detection signal to generate a current amplitude reference for the converter, and an AC power supply from the commercial power supply. A PLL circuit for detecting a voltage phase, an output of the converter such that a voltage phase detection signal from the PLL circuit matches a detection signal from a current detection circuit for detecting a current of the converter from an output of the DC voltage control circuit. A current control circuit for generating a voltage command signal; and a gate of a switching element of the converter based on a converter output voltage command from the current control circuit. A commercial power supply type uninterruptible power supply comprising: a gate control circuit for performing power supply and cutoff; a semiconductor switch for supplying and shutting off the AC power; and an inverter for receiving power from a power storage unit and outputting an AC output when the commercial power supply fails. Wherein a charging circuit is provided for periodically charging the power storage means by the output of the timer circuit.
[0021]
According to a second aspect of the present invention, in the continuous uninterruptible power supply according to the first aspect of the present invention, a DC voltage detector for detecting a DC voltage and a charging circuit for charging the power storage means with the DC voltage detection signal are provided. It is characterized by having.
[0022]
According to a third aspect of the present invention, in the continuous uninterruptible power supply system of the first aspect of the present invention, a detection circuit for detecting that the inverter has been operated, and a charging circuit for charging the power storage means with the detection signal are provided. It is characterized by the following.
[0023]
According to a fourth aspect of the present invention, in the continuous uninterruptible power supply according to the first aspect, a charging circuit for periodically charging the power storage means by an output of the timer circuit, and a DC voltage detection for detecting a DC voltage. And a charging circuit for charging the power storage means with the DC voltage detection signal.
[0024]
According to a fifth aspect of the present invention, in the continuous power supply system of the first aspect, a charging circuit for periodically charging the power storage means from the output of the timer circuit, and a detection circuit for detecting that the inverter has been operated. And a charging circuit for charging the power storage means with the detection signal.
[0025]
According to a sixth aspect of the present invention, in the continuous power supply system of the first aspect, a direct-current voltage detector for detecting a direct-current voltage, and a charging circuit for charging power storage means by the direct-current voltage detection signal. A detection circuit for detecting that the inverter has been operated, and a charging circuit for charging the power storage means based on the detection signal.
[0026]
According to a seventh aspect of the present invention, in the continuous uninterruptible power supply according to the first aspect, a charging circuit for periodically charging the power storage means from an output of the timer circuit, and a DC voltage detection for detecting a DC voltage. A charging circuit for charging the power storage means with the DC voltage detection signal, a detection circuit for detecting that the inverter has been operated, and a charging circuit for charging the power storage means with the detection signal. .
[0027]
According to the first to seventh aspects of the present invention, by operating the converter as much as the power storage means requires, it is possible to provide an uninterruptible power supply with a constant commercial power supply system that has a high device operation efficiency and a long life. be able to.
[0028]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a circuit diagram of a continuous commercial power supply type uninterruptible power supply according to a first embodiment of the present invention. The configuration of this embodiment different from the conventional continuous commercial power supply type uninterruptible power supply of FIG. Are added to the DC voltage control circuit 21 and the gate control circuit 27 as the converter operation signal 52, and the other components are the same. The description is omitted.
[0029]
The timer circuit 51 according to the present embodiment has a configuration as shown in FIG. 2, and the count output 53 in the timer circuit 51 allows a predetermined time, for example, an operation time of 10 minutes every two hours. A converter operation signal is generated, and the hold circuit 54 outputs the converter operation signal 52 for a time determined based on the count.
[0030]
The DC voltage control circuit 21 has a configuration as shown in FIG. 3. This DC voltage control circuit 21 is different from the conventional DC voltage control circuit of FIG. And a switching circuit 55b for inputting the converter operation signal 52 to the output side of the PI control circuit 38 and for turning on and off the control calculation output. This is the point, and the other configurations are the same. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted. Also, the arithmetic circuit in the PI control circuit may be reset, but this is omitted here.
[0031]
As shown in FIG. 4, the gate control circuit 27 is different from the conventional gate control circuit of FIG. 16 in that the converter control signal 52 is used to switch the converter gate signal output 18 of each phase on and off. The difference is that the circuits 55c to 55e are added, and other configurations are the same. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
[0032]
Next, the operation of the present embodiment will be described. When a predetermined time is counted by the timer circuit 51 and the operation time of the converter corresponding to the count time is set in advance, the converter is operated for the set time. be able to. The operation time of the converter is set by examining the loss of the DC circuit section and the discharge amount due to the inverter operation in advance.
Therefore, it is possible to operate the converter optimally, and it is possible to provide an uninterruptible power supply with a constant commercial power supply system that has a high device operation efficiency and a long life.
[0033]
FIG. 5 is a circuit diagram of an uninterruptible power supply system of a continuous commercial power supply system according to a second embodiment of the present invention. The configuration different from the converter control circuit of the first embodiment of FIG. The circuit 56 is provided, and other configurations are the same. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0034]
Since the converter control circuit 10 of the present embodiment is provided with the DC voltage determination circuit 56 that receives the DC voltage detection signal 16 as an input, the converter operation time is determined according to the DC voltage drop level, and the converter operation signal 52 Is output. The converter operation signal 52 is connected to the DC voltage control circuit 21 and the gate control circuit 27.
[0035]
Next, the operation of the present embodiment will be described. The DC voltage determination circuit 56 calculates the storage amount or reduction amount of the power storage element in accordance with the DC voltage drop level, and outputs a predetermined power to the power storage element. It is possible to set the converter operation time until the accumulated amount is restored.
[0036]
When the power storage element is, for example, a storage battery, it has a voltage level for spontaneous discharge and a voltage level after discharge by inverter operation. In particular, the DC voltage level and the operation time are not limited to the above two types. The subsequent operation is the same as the operation described in the first embodiment of FIG.
[0037]
FIG. 6 is a circuit diagram of an uninterruptible power supply system of the third embodiment of the present invention, which is different from the converter control circuit of the first embodiment of FIG. The circuit 58 is provided, and other configurations are the same. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0038]
The converter control circuit 10 of the present embodiment detects the inverter current detection signal 57 from the current detection circuit 13C and inputs the detection signal 57 to the inverter operation determination circuit 58. The inverter operation determination circuit 58 counts the time during which the inverter operates, determines the converter operation time for the counted operation time, and outputs the converter operation signal 52. The converter operation signal 52 is connected to the DC voltage control circuit 21 and the gate control circuit 27.
[0039]
The operation of the present embodiment will be described. The inverter operation determination circuit 58 calculates the storage amount or reduction amount of the power storage element corresponding to the operation time of the inverter, and sets a predetermined power storage amount for the power storage element. Set the converter operation time until recovery.
[0040]
In the inverter operation determination, the inverter current is used here, but any other inverter voltage or inverter gate can be used as long as the inverter operation can be confirmed. The subsequent operation is the same as the operation described with reference to FIG.
[0041]
FIG. 7 is a circuit diagram of an uninterruptible power supply apparatus of the fourth embodiment of the present invention, which is different from the converter control circuit of the first embodiment of FIG. Are added, and each output is input to the OR circuit 59, and the output of the OR circuit 59 is output as the converter operation signal 52. Other configurations are the same, The parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
[0042]
The operation of the present embodiment will be described. By combining the operations described in the first embodiment of FIG. 1 and the second embodiment of FIG. 5, the power storage element can be more reliably and sufficiently maintained in the backup state. it can.
[0043]
FIG. 8 is a circuit diagram of an uninterruptible power supply system of the fifth embodiment of the present invention, which is different from the converter control circuit of the first embodiment of FIG. Are added, and each output is input to the OR circuit 59, and the output of the OR circuit 59 is output as the converter operation signal 52. Other configurations are the same, The parts are denoted by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.
[0044]
The operation of the present embodiment will be described. By combining the operations described in the first embodiment of FIG. 1 and the third embodiment of FIG. 6, the power storage element can be more reliably and sufficiently maintained in the backup state. it can.
[0045]
FIG. 9 is a circuit diagram of an uninterruptible power supply apparatus of the sixth embodiment of the present invention, which is different from the converter control circuit of the first embodiment of FIG. A circuit 56 and an inverter operation determination circuit 58 are added, and respective outputs are input to a logical sum circuit 59, and an output of the logical sum circuit 59 is output to the DC voltage control circuit 21 and the gate control circuit 27 as a converter operation signal 52. The configuration is the same, and the other configurations are the same. Therefore, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0046]
The operation of the present embodiment will be described. By combining the operations described in the second embodiment of FIG. 5 and the third embodiment of FIG. 6, the power storage element can be more reliably and sufficiently maintained in the backup state. it can.
[0047]
FIG. 10 is a circuit diagram of an uninterruptible power supply system of the seventh embodiment of the present invention, which is different from the converter control circuit of the first embodiment of FIG. And an inverter operation determination circuit 58 are added, each output is input to the OR circuit 59, and the output of the OR circuit 59 is output to the converter operation signal 52 and the gate control circuit 27. Since other configurations are the same, the same portions are denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.
[0048]
The operation of this embodiment will be described. By combining the operations described in the first embodiment of FIG. 1, the second embodiment of FIG. 5, and the third embodiment of FIG. Backup state can be maintained.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, according to the continuous commercial power supply uninterruptible power supply of the present invention, by operating the converter only when the power storage element requires it, it is possible to provide a device with good device operation efficiency and long life. Can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram of a continuous commercial power supply type uninterruptible power supply according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of a timer circuit in the converter control circuit of FIG. 1;
FIG. 3 is a DC voltage control circuit diagram in the converter control circuit of FIG. 1;
FIG. 4 is a gate control circuit diagram in the converter control circuit of FIG. 1;
FIG. 5 is a circuit diagram of a continuous commercial power supply type uninterruptible power supply according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a circuit diagram of a continuous commercial power supply type uninterruptible power supply according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a circuit diagram of a continuous commercial power supply type uninterruptible power supply according to a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a circuit diagram of a continuous commercial power supply type uninterruptible power supply according to a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram of a continuous commercial power supply type uninterruptible power supply according to a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a circuit diagram of a continuous commercial power supply type uninterruptible power supply according to a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a circuit diagram of a conventional uninterruptible power supply apparatus of a continuous commercial power supply system.
FIG. 12 is a converter control circuit diagram of the continuous commercial power supply type uninterruptible power supply of FIG. 11;
FIG. 13 is a circuit diagram of a converter of the uninterruptible power supply of the continuous commercial power supply system of FIG. 11;
FIG. 14 is a DC voltage control circuit diagram in a converter control circuit used in the continuous commercial power supply type uninterruptible power supply of FIG. 11;
15 is an input current control circuit diagram in a converter control circuit used in the continuous commercial power supply type uninterruptible power supply of FIG. 11;
FIG. 16 is a gate control circuit diagram in a converter control circuit used in the continuous commercial power supply type uninterruptible power supply of FIG. 11;
[Explanation of symbols]
REFERENCE SIGNS LIST 1 inverter, 2 switching circuit, 3 contactor, 4 semiconductor switch, 5 load, 6 commercial power supply, 7 converter, 8 DC capacitor, 9 storage battery, 10 converter control circuit, 11 voltage Detector 12: input voltage detection signal, 13: current detector, 14: input current detection signal, 15: DC voltage detector, 16: DC voltage detection signal, 17: DC current detection signal, 18: converter gate signal, 21: DC voltage control circuit, 22: Input current amplitude command, 23: PLL circuit, 24: Converter reference phase, 25: Input current control circuit, 26: Converter control command, 27: Gate control circuit, 31: Switching element, 32 ... Diode, 33 ... Converter output, 34 ... Gate drive circuit, 35 ... DC voltage reference signal, 36 ... Limiter circuit, 37 ... DC voltage command, 38 ... PI Control circuit, 41: multiplier, 42: P control circuit, 43: carrier generation circuit, 44: comparator, 45: gate signal output circuit, 51: timer circuit, 52: converter operation signal, 53: counter output, 54: hold Circuit, 55: switching circuit, 56: DC voltage determination circuit, 57: inverter current detection signal, 58: inverter operation determination circuit.

Claims

A converter for converting an alternating current supplied from a commercial power supply to a direct current, a direct current voltage detector for detecting an output voltage of the converter, a current detector for detecting a current of a direct current circuit unit, the direct current voltage detection signal and a direct current A DC voltage control circuit that receives a detection signal and generates a current amplitude reference of the converter; a PLL circuit that detects a voltage phase of AC power from the commercial power supply; a voltage phase detection signal from the PLL circuit; A current control circuit for generating an output voltage command signal of the converter so that detection signals from a current detection circuit for detecting a current of the converter from an output of the DC voltage control circuit match; and a converter output voltage command from the current control circuit. A gate control circuit that controls a gate of a switching element of the converter based on a semiconductor device that supplies and shuts off the AC power In a continuous commercial power supply type uninterruptible power supply device including a switch and an inverter that receives power from a power storage unit and outputs an AC when the commercial power source fails, the power storage unit is periodically charged by an output of a timer circuit. An uninterruptible power supply system with a constant commercial power supply, comprising a charging circuit.

2. The uninterruptible power supply according to claim 1, further comprising: a DC voltage detector for detecting a DC voltage; and a charging circuit for charging power storage means with the DC voltage detection signal. Power supply type uninterruptible power supply.

2. The continuous commercial power supply type uninterruptible power supply according to claim 1, further comprising a detection circuit for detecting that the inverter has been operated, and a charging circuit for charging the power storage means based on the detection signal. Uninterruptible power system.

2. The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein the charging circuit periodically charges the power storage means by the output of the timer circuit, a DC voltage detector for detecting a DC voltage, and the DC voltage detection signal. An uninterruptible power supply system with a constant commercial power supply, comprising a charging circuit for charging power storage means.

2. The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein a charging circuit for periodically charging the power storage means based on an output of the timer circuit, a detection circuit for detecting that the inverter has been operated, and a power storage device for detecting the operation of the inverter. An uninterruptible power supply system for continuous power supply, comprising a charging circuit for charging means.

2. The uninterruptible power supply according to claim 1, further comprising: a DC voltage detector for detecting a DC voltage; a charging circuit for charging the power storage means based on the DC voltage detection signal; An uninterruptible power supply system for a continuous commercial power supply, comprising: a circuit;

2. The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein the charging circuit periodically charges the power storage means from the output of the timer circuit, a DC voltage detector for detecting a DC voltage, and the DC voltage detection signal. An uninterruptible power supply system for continuous commercial power supply, comprising: a charging circuit for charging the power storage means, a detection circuit for detecting that the inverter has been operated, and a charging circuit for charging the power storage means based on the detection signal.