JP2005223979A - Uninterruptible power supply - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、改良された無停電電源装置に関する。 The present invention relates to an improved uninterruptible power supply.
一般に単相出力の小型無停電電源装置のインバータ回路は、入出力の基準電位を共通にすることが可能で耐ノイズ性に優れているハーフブリッジ構成としたインバータ回路が使用されることが多い。しかしながら、インバータ回路をハーフブリッジ構成とした無停電電源装置においては、出力に正または負のアンバランス電力を要求する負荷が接続された場合には、主回路の正側の直流電圧と負側の直流電圧がアンバランスとなる。したがって、従来は正または負のアンバランス電力を要求する負荷の接続は禁止とし、直流電圧のアンバランスが発生した場合には回路故障と判定し、インバータ回路を停止しバイパス回路に切換えていた。 In general, the inverter circuit of a small uninterruptible power supply with single-phase output is often an inverter circuit having a half-bridge configuration that can share the input / output reference potential and has excellent noise resistance. However, in an uninterruptible power supply in which the inverter circuit has a half-bridge configuration, when a load requiring positive or negative unbalanced power is connected to the output, the positive DC voltage and the negative side of the main circuit are connected. DC voltage is unbalanced. Therefore, in the past, connection of a load requiring positive or negative unbalanced power was prohibited, and when a DC voltage imbalance occurred, it was determined that a circuit failure occurred, and the inverter circuit was stopped and switched to a bypass circuit.
しかしながら、最近になって無停電電源装置に接続される負荷は、高調波対策のために入力電流をアクティブに制御する機器が多くなっている。この入力電流制御の手法によっては、負荷機器が要求する電力に正または負のアンバランスが生じるようになってきた。 However, recently, the load connected to the uninterruptible power supply apparatus has increased the number of devices that actively control the input current as a countermeasure against harmonics. Depending on the input current control technique, positive or negative imbalance has occurred in the power required by the load device.
従って無停電電源装置として、負荷機器が要求する電力に正または負のアンバランスがあってもなるべく運転を継続するような対応が必要となってきた。 Therefore, as an uninterruptible power supply, it has become necessary to take measures to continue operation as much as possible even if there is a positive or negative imbalance in the power required by the load equipment.
このため、上記のアンバランスを抑制するためのバランス回路を新たに設け、このバランス回路を制御することにより、主回路の正側の直流電圧と負側の直流電圧のアンバランスを解消しようとする提案が為されている(例えば特許文献1参照。)。
しかしながら、特許文献1に示されたバランス回路追加による対策は、部品の増加による装置の大型化やコストの増大の問題がある。
However, the countermeasures by adding a balance circuit disclosed in
また、無停電電源装置の故障の際にはインバータ回路を停止しバイパス回路に切換えることにより負荷への電力の供給を継続する事ができるが、バイパス回路に使用されるスイッチに異常が発生していた場合、負荷に異常電圧を出力し、負荷機器に損傷を与える恐れがある。 Also, in the event of a failure of the uninterruptible power supply, it is possible to continue supplying power to the load by stopping the inverter circuit and switching to the bypass circuit, but an abnormality has occurred in the switch used in the bypass circuit. If this happens, an abnormal voltage may be output to the load, which may damage the load equipment.
本発明は、上記問題点に鑑みて為されたもので、その目的は、アンバランス負荷が接続されても、主回路部品の追加なしで運転継続することが可能で、且つ負荷機器に損傷を与えることのない無停電電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is to enable operation to continue without adding main circuit components even when an unbalanced load is connected and to damage load equipment. It is to provide an uninterruptible power supply that is not given.
上記目的を達成するため、本発明の無停電電源装置は、交流入力を直流に変換するハーフブリッジ構成のコンバータと、このコンバータの出力に接続され、直列回路を構成する正側及び負側の平滑コンデンサと、この正側及び負側の平滑コンデンサの両端に接続され、その中点と前記正側及び負側の平滑コンデンサの中点から交流出力を得るハーフブリッジ構成のインバータと、前記交流入力が異常となったとき、前記コンバータへの給電を切換スイッチを介し選択的に切換えるように接続されたバッテリと、前記交流入力を前記イ
ンバータの出力側に直接出力するように接続されたバイパス回路と、前記インバータを制御する制御部と、前記正側及び負側の平滑コンデンサに印加される電圧を夫々検出する電圧検出手段とを備え、前記制御部は、前記正側の平滑コンデンサに印加される電圧と前記負側の平滑コンデンサに印加される電圧との差である直流偏差電圧に応じて、前記インバータの交流出力電圧指令を補正するようにしたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, an uninterruptible power supply according to the present invention includes a half-bridge converter that converts AC input to DC, and a positive and negative smoothing connected to the output of the converter and constituting a series circuit. A capacitor and a half-bridge inverter connected to both ends of the positive and negative smoothing capacitors to obtain an AC output from a middle point thereof and a middle point of the positive and negative smoothing capacitors, and the AC input A battery connected to selectively switch power supply to the converter via a changeover switch when an abnormality occurs, and a bypass circuit connected to output the AC input directly to the output side of the inverter; A control unit for controlling the inverter; and voltage detection means for detecting voltages applied to the positive and negative smoothing capacitors, respectively. The AC output voltage command of the inverter is corrected according to the DC deviation voltage that is the difference between the voltage applied to the positive smoothing capacitor and the voltage applied to the negative smoothing capacitor. It is characterized by that.
本発明によれば、直流電圧のアンバランスの検出値に応じてこれを補償するように制御しているので、主回路部品を追加することなく、入力電流アンバランスの負荷機器が接続されても運転継続することが可能な無停電電源装置を提供することができる。 According to the present invention, control is performed so as to compensate for the detected value of DC voltage imbalance, so even if a load device with input current imbalance is connected without adding main circuit components. An uninterruptible power supply capable of continuing operation can be provided.
以下に、本発明による無停電電源装置の実施例を図面を参照して説明する。 Embodiments of an uninterruptible power supply according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は本発明の実施例1に係る無停電電源装置の回路構成図である。
FIG. 1 is a circuit configuration diagram of the uninterruptible power supply according to
無停電電源1は負荷2に対し質の高い交流電力を供給する。また無停電電源1は制御回路3によりその動作が制御されている。
The
無停電電源1の内部構成について以下説明する。交流入力をブレーカ11で受け、切換スイッチ12を介して入力フィルタ13へ給電する。切換スイッチ12は交流入力に異常があったときバッテリ18からの給電に切換えるためのものである。入力フィルタ13の出力はコンバータ回路14の入力となりコンバータ回路14で交流を直流に変換する。コンバータ回路14は、逆並列にダイオードを接続したパワーデバイスをハーフブリッジ接続した構成となっている。尚、バッテリ18から直流が給電されているときは、入力フィルタ13とコンバータ回路14とで所謂昇圧チョッパの動作を行う。
The internal configuration of the
コンバータ回路14の出力は平滑コンデンサ15に供給される。平滑コンデンサ15は交流入力の片側を基準電位とし、正側と負側に分割されている。この平滑コンデンサ15の出力は、インバータ回路16に供給され、このインバータ回路16で再び交流に変換し、出力フィルタ17を介して負荷2に給電する。インバータ回路16も、逆並列にダイオードを接続したパワーデバイスをハーフブリッジ接続した構成となっている。
The output of the
交流入力とインバータ回路16の出力の間には、無停電電源1の変換回路部分が故障したとき、交流入力を直接出力するように切換えるためのバイパス回路19が接続されている。
Connected between the AC input and the output of the
次に制御回路3の内部構成について説明する。尚、図1の制御回路3には、本発明に関連するインバータ回路16の電圧制御に関連する部分のみを記し、その他の機能、例えば電流制御に関する部分は図示を省略している。
Next, the internal configuration of the
出力電圧基準Voutrefと無停電電源1の出力フィードバック電圧Voutは比較器31で比較され、増幅器32で比例積分増幅され正弦波の出力電圧指令を得る。また、正側の平滑コンデンサ15の両端電圧すなわち正側直流電圧Vpと、負側の平滑コンデンサ15の両端電圧すなわち負側直流電圧Vnとは、その値が比較器33で比較され、直流偏差電圧ΔVdcを得る。この直流偏差電圧ΔVdcが補正信号として増幅器32の入力に加えられる。
The output voltage reference Voutref and the output feedback voltage Vout of the
増幅器32の出力である出力電圧指令はPWM(パルス幅変調)制御用のキャリア三角
波と比較器34で比較され、デッドタイム付与回路35を介してインバータ回路16の正側パワーデバイスのゲート信号となる。また、負側パワーデバイスのゲート信号は比較器34で比較された信号を反転回路36で反転し、デッドタイム付与回路35を介して得ている。
The output voltage command, which is the output of the
以上の構成における動作を以下説明する。 The operation in the above configuration will be described below.
負荷2に流れる電流の正負の値にアンバランスが生じたとき、図1に示すようなハーフブリッジ型のインバータ回路16を有する無停電電源1においては、主回路直流電圧がアンバランスとなり正側直流電圧Vpと、負側直流電圧Vnに差が生じる。例えば、図1に示した負過電流のように負荷2の正側電流が大きい場合は、正側直流電圧Vpが低下する。
When unbalance occurs in the positive and negative values of the current flowing through the load 2, in the
交流入力が正常の場合には、コンバータ回路14の電流基準に、正側直流電圧Vpと負側直流電圧Vnの差分である直流偏差電圧ΔVdcを加算するようにすれば、主回路直流電圧のバランスを保つことは可能であるが、交流入力異常時には、コンバータ回路14の入力は、切換スイッチ12によってバッテリ18側に切り換わり、コンバータ回路14は昇圧チョッパとして動作する。この場合には、正側直流電圧Vpと、負側直流電圧Vnは一括均等電圧制御となるため、負荷2によって主回路直流電圧にアンバランスが生じるとこれを昇圧チョッパ側で制御することはできない。
When the AC input is normal, the balance of the main circuit DC voltage can be obtained by adding the DC deviation voltage ΔVdc, which is the difference between the positive DC voltage Vp and the negative DC voltage Vn, to the current reference of the
従って、本発明では、図1の制御回路3に示したように、正側直流電圧Vpと、負側直流電圧Vnの差分である直流偏差電圧ΔVdcを増幅器32の入力に補正信号として加算するようにし、増幅器32の出力である出力電圧指令に補正用の直流バイアスをかけ、主回路直流電圧のアンバランスを補正する。
Therefore, in the present invention, as shown in the
以上説明したように本発明によれば、直流電圧のアンバランスの検出値に応じてこれを補償するように制御しているので、入力電流アンバランスの負荷機器が接続されても運転継続することが可能な無停電電源装置を提供することができる。 As described above, according to the present invention, control is performed so as to compensate for the detected value of the DC voltage imbalance, so that the operation can be continued even when a load device having an input current imbalance is connected. It is possible to provide an uninterruptible power supply that can be used.
図2は本発明の実施例2に係る無停電電源装置の回路構成図である。この実施例2の各部について、図1の実施例1に係る無停電電源装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例2が、実施例1と異なる点は、比較器33の出力である直流偏差電圧ΔVdcを入力とするアンバランス過大監視回路37を設け、その出力でバイパス運転に切換えるようにした点である。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the uninterruptible power supply according to Embodiment 2 of the present invention. About each part of this Example 2, the same part as each part of the uninterruptible power supply concerning Example 1 of
前述の直流偏差電圧ΔVdcが大きい場合には、例えば負荷2の入力トランスを直流偏磁させて故障させてしまう危険性もある。また、直流偏差電圧ΔVdcをゼロにするように出力電圧指令を直流バイアスで補正するように構成しているが、この手法は初期設定された変調率との関係にもよるが、その補正に限界がある。 When the above-described DC deviation voltage ΔVdc is large, there is a risk that the input transformer of the load 2 may be broken due to DC bias. In addition, the output voltage command is corrected with a DC bias so that the DC deviation voltage ΔVdc is zero, but this method is limited in its correction, although it depends on the relationship with the modulation factor that is initially set. There is.
このためにアンバランス過大監視回路37は、直流偏差電圧ΔVdcが所定の設定値を超過した場合には、無停電電源1のインバータ回路16をゲートブロックし、バイパス回路19をオンさせてバイパス運転に切換える。
For this reason, when the DC deviation voltage ΔVdc exceeds a predetermined set value, the unbalance
以上のようにすれば、直流偏差電圧ΔVdcが制御範囲を超える程大きくなった場合でも、安全に運転を継続することが可能となる。尚、ノイズ等による誤動作を防止するために直流偏差電圧ΔVdcが所定の時間以上に渡り所定値を超えたとき、バイパス運転に切換えるようにしても良い。 In this way, even when the DC deviation voltage ΔVdc increases beyond the control range, it is possible to continue the operation safely. In order to prevent malfunction due to noise or the like, switching to bypass operation may be performed when the DC deviation voltage ΔVdc exceeds a predetermined value for a predetermined time or more.
図3は本発明の実施例3に係る無停電電源装置の回路構成図である。この実施例3の各部について、図2の実施例2に係る無停電電源装置の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例3が、実施例2と異なる点は、出力フィードバック電圧Voutを監視して異常を検出する異常検出回路38と、この異常検出回路38の出力と、バイパス切換え信号をホールド回路で保持した信号とのAND条件を得るAND回路39を設け、このAND回路39の出力でバイパス運転を中止するように構成した点である。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of an uninterruptible power supply according to
バイパス回路19は、半導体スイッチ、例えばサイリスタの逆並列回路によって構成される。上記の実施例2の状態、すなわち、アンバランス電流を要求する負荷2をバイパス運転中に、この逆並列接続されたサイリスタのうち片側のサイリスタの導通不良が発生すると、負荷2へ給電される電圧は半波状の電圧となり、負荷2は直流偏磁され破損する恐れがある。
The
従って上記問題を解決するために、異常検出回路38によって出力電圧Voutが半波状態になったかどうかを監視し、半波状となっていた場合には、AND回路39はバイパス運転中止指令を出力し、バイパス回路19のサイリスタをオフして負荷2への給電を中止する。
Therefore, in order to solve the above problem, the
ここで、異常検出回路38は、例えば、バイパス回路19がオンの状態で出力フィードバック電圧Voutを全波整流した絶対値が所定値以下となったとき異常出力を出すようにしても良いし、あるいは、出力フィードバック電圧VoutをA/D変換し、その時系列データから半周期分の電圧の欠落を監視することにより異常検出するようにしても良い。また、出力フィードバック電圧Voutではなく、出力電流を監視して異常を検出することも可能である。
Here, for example, the
以上説明したように、本発明によれば、アンバランス負荷を運転したとき、半波整流のアンバランス電圧が当該負荷に印加されることによって負荷機器に損傷を与えることのない無停電電源装置を提供することが可能となる。 As described above, according to the present invention, when an unbalanced load is operated, an uninterruptible power supply apparatus that does not damage load equipment by applying an unbalanced voltage of half-wave rectification to the load. It becomes possible to provide.
1 無停電電源
2 負荷
3 制御回路
11 ブレーカ
12 切換スイッチ
13 入力フィルタ
14 コンバータ回路
15 平滑コンデンサ
16 インバータ回路
17 出力フィルタ
18 バッテリ
31 比較器
32 増幅器
33 比較器
34 比較器
35 デッドタイム付与回路
36 反転回路
37 アンバランス過大監視回路
38 異常検出回路
39 AND回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
このコンバータの出力に接続され、直列回路を構成する正側及び負側の平滑コンデンサと、
この正側及び負側の平滑コンデンサの両端に接続され、その中点と前記正側及び負側の平滑コンデンサの中点から交流出力を得るハーフブリッジ構成のインバータと、
前記交流入力が異常となったとき、前記コンバータへの給電を切換スイッチを介し選択的に切換えるように接続されたバッテリと、
前記インバータを制御する制御部と、
前記正側及び負側の平滑コンデンサに印加される電圧を夫々検出する電圧検出手段と
を備え、
前記制御部は、
前記正側の平滑コンデンサに印加される電圧と前記負側の平滑コンデンサに印加される電圧との差である直流偏差電圧に応じて、
前記インバータの交流出力電圧指令を補正するようにしたことを特徴とする無停電電源装置。 A half-bridge converter that converts AC input to DC,
A smoothing capacitor on the positive side and the negative side connected to the output of this converter and constituting a series circuit,
An inverter of a half bridge configuration that is connected to both ends of the positive and negative smoothing capacitors and obtains an AC output from the middle point and the middle point of the positive and negative smoothing capacitors;
A battery connected to selectively switch power supply to the converter via a changeover switch when the AC input becomes abnormal;
A control unit for controlling the inverter;
Voltage detecting means for detecting voltages applied to the positive and negative smoothing capacitors, respectively.
The controller is
According to the DC deviation voltage, which is the difference between the voltage applied to the positive smoothing capacitor and the voltage applied to the negative smoothing capacitor,
An uninterruptible power supply, wherein an AC output voltage command of the inverter is corrected.
前記直流偏差電圧が、所定の時間所定値を超えたとき、
前記インバータを停止し、前記バイパス回路をオンするようにしたことを特徴とする請求項1に記載の無停電電源装置。 And further comprising a bypass circuit connected to directly output the AC input to the output side of the inverter,
When the DC deviation voltage exceeds a predetermined value for a predetermined time,
The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein the inverter is stopped and the bypass circuit is turned on.
前記バイパス回路をオンしたあと、
前記出力異常検出手段が異常を検出したとき、
前記バイパス回路をオフするようにしたことを特徴とする請求項2に記載の無停電電源装置。
Furthermore, it comprises an output abnormality detecting means for monitoring and detecting whether the output voltage or current is in a half-wave state by monitoring the amount of electricity in the output
After turning on the bypass circuit,
When the output abnormality detection means detects an abnormality,
The uninterruptible power supply according to claim 2, wherein the bypass circuit is turned off.
Priority Applications (1)
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JP2004027782A JP2005223979A (en) | 2004-02-04 | 2004-02-04 | Uninterruptible power supply |
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