JP2005045856A - 無停電電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】インバータ1の出力電圧基準34を発生する電圧基準発生手段21と、前記インバータ1の出力電圧基準34と負荷電圧64との偏差に基づき、インバータ1の出力電圧補正量を決定する出力電圧補正手段61と、前記インバータ1の出力電圧補正量により補正されたインバータの出力電圧基準63とインバータ出力電圧31とを基に、インバータ出力電圧を制御する出力電圧制御手段23とを具備し、無停電電源装置が商用周波数を超える高周波電力を供給した場合でも負荷端での電力低下を制御し、負荷へ安定した高品質な電力供給する。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、インバータの出力電圧制御に関するものであり、特に商用周波数を超える高周波電力を供給する無停電電源装置のインバータにおいて、負荷端での出力電圧低下を制御し安定かつ高品質な電力を負荷へ供給するインバータの出力電圧制御に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の無停電電源装置の構成の一例について図9を参照して説明する。同図において、インバータ1の出力はインバータトランス2の巻線に接続されている。インバータトランス2のもう一方の巻線は無停電電源装置の出力となりケーブル9を介して負荷6と接続されている。直流電源5より供給される直流電力を入力とするインバータ1が所望の交流電圧を出力することによってインバータ1から負荷6へ電力を供給する。直流電源5は直流電圧源が構成できるものであれば、コンバータ及び蓄電池等でも構わない。
インバータトランス2には電圧検出器7bが接続されている。電圧検出器7bの出力はインバータ制御回路10に入力され、インバータ制御回路10内の出力電圧制御回路23に出力電圧フィードバック31として接続される。周波数基準発生回路22の出力は出力電圧制御回路23に出力電圧周波数基準指令33として接続される。振幅基準発生回路21は無停電電源装置が本来出力すべき電圧相当の出力電圧振幅基準34を出力する。
出力電圧制御回路23は電圧検出器7bによって検出された出力電圧フィードバック31が出力電圧振幅基準34と等しくなるように制御を行い、出力電圧指令35を出力する。ゲート制御回路24はインバータ1の出力37が出力電圧指令35に一致する様にゲート信号36を出力する。インバータ1はゲート信号36に応じた出力を行い、インバータトランス2の巻線構成、巻線比等で変換された出力が無停電電源装置の出力となる。
【0003】
図10はインバータ1の一構成例である。直流電源9の正の極Pは直流コンデンサ41の一端子に接続されている。更に、正の極Pはスイッチング素子42a、42c、42eのコレクタに各々接続されている。また、これらは各々U相、V相、W相としてインバータ出力37となっている。スイッチング素子42b、42d、42fのエミッタは直流コンデンサ51のもう一つの端子に接続され、更に直流電源9の負の極Nに接続されている。
ゲート駆動回路43にはゲート信号36が入力されている。各スイッチング素子42には個別または一括にスイッチング時のサージ電圧制御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。ゲート信号36に対し、ゲート駆動回路43は上下直列に接続されたスイッチング素子、例えば42a、42b等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、各スナバ回路の充放電の期間を確保したりする。インバータ1はパルス幅変調(PWM)により出力電圧を制御する。
図11は、インバータ制御回路10内の振幅基準発生回路21の一構成例である。電圧基準51a〜51cの出力は各々乗算器53a〜53cに接続されている。乗算器53a〜53cの出力は振幅基準発生回路21の電圧振幅基準34として出力される。図11は、U相、V相、W相の3相で構成した場合の一例で、一定の正弦波電圧を出力する例を示す。電圧基準が時間とともに変化する(例えばVVVF可変電圧可変周波数電源)場合でもかまわない。ソフトスタート信号52は、インバータの起動時に出力をゼロから徐々に立ち上げる信号で、起動期間中、ランプ関数等の暫時増加関数であり、起動完了後は1等の一定値となる。本回路により、無停電電源装置は起動時出力電圧を徐々に増加させることができる。一般的にソフトスタートといわれる手法である。
【0004】
図12はインバータ制御回路10内の出力電圧制御回路23の一構成例である。出力電圧振幅基準34は出力電圧フィードバック31との差分を各々とられ、PI制御回路54a〜54cに各々入力される。なお、本例では電圧制御としてPI制御を用いた例としているが、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等を用いた制御回路でもかまわない。
図12において、PI制御回路は出力電圧フィードバック31が出力電圧基準34に追求するように制御を行う。特に、高速化や安定化を図る意味で出力電圧の後段または前段あるいは並列に、出力電流等の電流制御を付加することがあってもかまわない。ここでは、説明を簡単にするため省略してある。
図13はインバータ制御回路10内のゲート制御回路24の一構成例である。出力電圧指令35はキャリア発生回路55との差分を各々とられ、コンパレータ56a〜56cに入力される。コンパレータ56a〜56cの出力はゲート制御回路57a〜57cに入力される。ゲート制御回路57a〜57cの出力はゲート信号36となる。本構成例は、一般的に言われる三角波比較方法を示した一例であるが、ゲートパルスの発生手法は特に限定するものではない。
【0005】
このように出力電流をフォードバックして制御することは、例えば、下記特許文献1にも記載されています。
【0006】
【特許文献1】
特開平7−154975号公報
【発明が解決しようとする課題】
前記のような構成からなる無停電電源装置において負荷給電を行う場合、インバータの出力電圧が重要となる。従来の無停電電源装置では商用周波数を超える高周波交流電力を負荷へ供給しようとした場合、無停電電源装置と負荷とを接続しているケーブル等での高周波電流による電圧降下が無視できなくなり、負荷端において出力電圧が低下し、安定かつ高品質な高周波電力を負荷へ給電することが不可能となる問題があった。
従って、本発明は、前記の点に鑑みなされたものであって、無停電電源装置が高周波電力を負荷へ供給した場合に、負荷端での出力電圧低下に対応してインバータの出力電圧を補正し、安定かつ高品質な高周波電力を負荷へ供給するインバータの出力電圧制御することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、直流電力を供給する直流電力供給手段と、前記直流電力供給手段から供給される直流電力を商用周波数を超えた高周波数交流電力に変換するインバータを備えた無停電電源装置において、インバータの出力電圧基準を発生する電圧基準発生手段と、前記インバータの出力電圧基準と負荷電圧との偏差に基づき、インバータの出力電圧補正量を決定する出力電圧補正手段と、前記インバータの出力電圧補正量により補正されたインバータの出力電圧基準とインバータ出力電圧とを基に、インバータ出力電圧を制御する出力電圧制御手段とを具備し、無停電電源装置が商用周波数を超える高周波電力を供給した場合でも負荷端での電力低下を制御し、負荷へ安定した高品質な電力供給することを特徴とする。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図1は本発明の第1の実施の形態の構成図である。図1において図9と異なる点は、負荷電圧を電圧検出器7aにより負荷電圧フィードバック64を検出し、振幅基準発生回路21の出力である出力電圧基準34と共に出力電圧補正回路61へ入力し、その出力電圧補正回路61の出力である出力電圧補正信号63を出力電圧制御回路23の入力としている点である。
図2に出力電圧補正回路61の一構成例を示す。
出力電圧補正回路61は、負荷端に接続している電圧検出器7aを通じて負荷電圧フィードバック64を、振幅基準発生回路21の出力である出力電圧基準34と共に比較回路71に入力する。比較回路71は負荷電圧フィードバック64と出力電圧基準34との電圧誤差74を電圧補正量判定回路72に入力する。電圧補正量判定回路72は、前記電圧誤差74に基づいて図3に示すような不感帯を持つ電圧補正量特性曲線により電圧補正量75を決定し、リミッタ回路73に入力する。リミッタ回路73ではインバータ出力過電圧等を防止するために、あらかじめ決定してある電圧補正量の上限76を超えてインバータ電圧補正が行われないように電圧補正量75と電圧補正量の上限76とを比較し電圧補正量を電圧補償量の上限以下に調節した後、出力電圧基準34に加え、出力電圧補正信号63として、出力電圧制御回路23へ入力する。尚、切替スイッチ77は、商用周波数を超える高周波電力が供給されており出力電圧補正制御を行う場合は閉状態、通常動作の場合は開状態となる。
【0009】
出力電圧制御回路23では、出力電圧補正信号63と周波数基準発生回路22の出力である出力電圧位相基準指令33を用いてインバータ出力電圧の制御を行う。他の動作は従来の制御方法と同様なので説明を省略する。
このようにして、負荷電圧フィードバックからインバータ出力電圧基準を操作し、インバータ出力電圧を制御することにより、インバータが高周波電力を負荷へ供給した場合でも、インバータと負荷との間のケーブルによる負荷電圧の電圧降下に応じてインバータ電圧の出力補正制御が行えるため、負荷へ安定かつ高品質な高周波電力を供給できる。
次に本発明の第2の実施の形態について図4を参照して説明する。図4は、第2の実施の形態の構成図である。図4において図1と異なる点は、電圧検出器7aによる負荷電圧フィードバック64の替わりに、電流検出器8aにより負荷電流検出器8aにより負荷電流フィードバック65を出力電圧補正回路61に入力している点である。
無停電電源装置の主回路14と負荷6を接続するケーブル9等のインピーダンスが既知であれば、該インピーダンス値と負荷電流フィードバック65との積により負荷電圧低下が推定できるため、この値を負荷電圧フィードバックとして扱うことで、第1の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【0010】
次に本発明の第3の実施の形態について図5を参照して説明する。図5は、第3の実施の形態の構成図である。図5において図4と異なる点は、電流検出器8aによる負荷電流フィードバック65の替わりに、電流検出器8bにより直流電流フィードバック66を出力電圧補正回路61に入力している点である。
インバータ1のDC/AC変換効率をηINV とすれば、直流電流IDCとインバータ電流IINV の関係は、それぞれに対応する電圧を用いて下記のように表せる。
VDC×IDC×ηINV = VINV×IINV ・・(1)
よって、式(1)の関係より直流電流からインバータ電流を求めることができる。そして、インバータ1の出力にインバータトランス2が接続されている場合には、インバータトランスの電圧変換比の逆数を乗じることにより負荷電流を求めることができるので、この負荷電流と無停電電源装置の主回路14と負荷6を接続するケーブル9等のインピーダンスとの積により負荷電圧低下が推定できるため、この値を負荷電圧フィードバックとして扱うことで、第2の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
次に本願発明の第4の実施の形態について図6を参照して説明する。図6は、本発明の第4の実施の形態の構成図である。図6において図5と異なる点は、電流検出器8bによる直流電流フィードバック66の替わりに、電流検出器8cにより入力電流フィードバック67を出力電圧補正回路61に入力している点である。
【0011】
コンバータ3のAC/DC変換効率をηCONVとすれば、入力電流IACと直流電流IDCの関係は、それぞれに対応する電圧を用いて下記のように表せる。
VAC×IAC×ηCONV = VDC×IDC ・・(2)
よって、式(2)の関係により入力電流から直流電流を求めることができる。この直流電流を基に第3の実施の形態と同様に負荷電圧フィードバックを求めることにより、第3の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
次に本発明の第5の実施の形態について図7を参照して説明する。図7は本発明の第5の実施の形態の構成図である。図7において図9と異なる点は、出力電圧補正回路62の出力である出力電圧補正量68を押しボタン12をオンすることにより、振幅基準発生回路21の出力である出力電圧基準32に加算される点である。
これにより、無停電電源装置の運転中に負荷端で出力電圧が低下している場合は、押しボタン12を押すことで出力電圧基準32に予め設定された出力電圧補正量68が加算され、出力電圧制御回路23に入力される。出力電圧制御回路23では、周波数基準発生回路22の出力である出力電圧位相基準指令33と共に用いてインバータ出力電圧の制御を行う。他の動作は従来の制御方法と同様なので説明を省略する。
【0012】
これにより、無停電電源装置と負荷を接続するケーブル等のインピーダンスを考慮してあらかじめ決定しておいたインバータ出力補正量を、手動操作によりインバータ電圧制御に反映させることができ、本操作によりインバータ出力電圧を上昇させ、負荷端での出力電圧低下を制御できる。
また、本実施の形態ではあらかじめ決定した出力電圧補正量62で考えたが、負荷電圧等を検出し、その値に基づいて出力電圧補正量を決定しても良い。
次に本発明の第6の実施の形態について図8を参照して説明する。図8は本発明の第6の実施の形態の構成図である。図8において図9と異なる点は、無停電電源装置と負荷6を接続する接触器11と、前記接触器11の開閉状態に連動して出力電圧帰還を切り替え可能な電磁スイッチ13、すなわち負荷電圧フィードバック64に電磁スイッチ13a、出力電圧フィードバック31に電磁スイッチ13bを付加した点である。
図8においては、無停電電源装置の主回路14と負荷6とが切り放されている場合、すなわち接触器11が開状態の場合には、電磁スイッチ13aが開状態、電磁スイッチ13bを閉状態とし、インバータ出力電圧を出力電圧帰還として出力電圧制御回路23に入力する。このとき無停電電源装置は無負荷運転状態となる。
【0013】
一方、無停電電源装置の主回路14と負荷6とが接続されている場合、すなわち接触器11が閉状態の場合には、電磁スイッチ13aが閉状態、電磁スイッチ13bを開状態とし、負荷電圧を出力電圧帰還として出力電圧制御回路23に入力する。このとき無停電電源装置が負荷電圧による出力電力補正を行っている状態となる。
これにより、インバータが高周波電力を負荷へ供給した場合でも、無停電電源装置が負荷と接続されている際には負荷電圧フィードバックによるインバータ電圧の出力補正制御が自動的に選択されて行えるため、負荷へ安定かつ高品質な高周波電力を供給することができる。
【0014】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、負荷端での電圧降下に応じてインバータ電圧の出力補正を行うことで商用周波数を超える高周波電力を負荷に供給した場合に生じた負荷端での出力電圧降下を抑制するように制御でき、負荷への安定かつ高品質な高周波電力を給電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の構成図。
【図2】出力電圧補正回路の構成図。
【図3】電圧補正量判定回路の電圧補正量特性曲線。
【図4】本発明の第2の実施の形態の構成図。
【図5】本発明の第3の実施の形態の構成図。
【図6】本発明の第4の実施の形態の構成図。
【図7】本発明の第5の実施の形態の構成図。
【図8】本発明の第6の実施の形態の構成図。
【図9】従来の無停電電源装置の構成図。
【図10】インバータの構成図。
【図11】基準発生回路の構成図。
【図12】出力電圧制御回路の構成図。
【図13】ゲート制御回路の構成図。
【符号の説明】
1・・インバータ 2・・インバータトランス
3・・コンバータ 4・・商用電源
5・・直流電源 6・・負荷
7・・電圧検出器 8・・電流検出器
9・・ケーブル 10・・インバータ制御回路
11・・接触器 12・・押しボタン
13・・電磁スイッチ 14・・主回路
15・・コンデンサ
21・・振幅基準発生回路 22・・周波数基準発生回路
23・・出力電圧制御回路 24・・ゲート制御回路
61・・出力電圧補正回路 62・・出力電圧補正量
Claims (3)
- 直流電力を供給する直流電力供給手段と、前記直流電力供給手段から供給される直流電力を商用周波数を超えた高周波数交流電力に変換するインバータを備えた無停電電源装置において、
インバータの出力電圧基準を発生する電圧基準発生手段と、
前記インバータの出力電圧基準と負荷電圧との偏差に基づき、インバータの出力電圧補正量を決定する出力電圧補正手段と、
前記インバータの出力電圧補正量により補正されたインバータの出力電圧基準とインバータ出力電圧とを基に、インバータ出力電圧を制御する出力電圧制御手段と、
を具備したことを特徴とする無停電電源装置。 - 直流電力を供給する直流電力供給手段と、前記直流電力供給手段から供給される直流電力を商用周波数を超えた高周波数交流電力に変換するインバータを備えた無停電電源装置において、
インバータの出力電圧基準を発生する電圧基準発生手段と、
負荷端での電圧降下に応じたインバータの出力電圧補正量を設定する出力電圧補正量設定手段と、
前記インバータの出力電圧補正量により補正されたインバータの出力電圧基準とインバータ出力電圧とを基に、インバータ出力電圧を制御する出力電圧制御手段と、
を具備したことを特徴とする無停電電源装置。 - 直流電力を供給する直流電力供給手段と、前記直流電力供給手段から供給される直流電力を商用周波数を超えた高周波数交流電力に変換するインバータを備えた無停電電源装置において、
インバータの出力電圧基準を発生する電圧基準発生手段と、
インバータと負荷が接続されているときには負荷電圧を出力電圧帰還信号とし、インバータと負荷が切り離されているときにはインバータ出力電圧を出力帰還信号とするスイッチと、
前記インバータの出力電圧基準と前記出力帰還信号とを基に、インバータ出力電圧を制御する出力電圧制御手段と、
を具備したことを特徴とする無停電電源装置。
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