JP2005261053A - Uninterruptible power supply unit - 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.
近年、無停電電源装置の負荷として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る場合が増えてきている。このようなアンバランス負荷が接続されると、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。電圧にアンバランスが生じたままで運転を継続することは負荷にとっても、また無停電電源装置にとっても好ましくない。 In recent years, there is an increasing number of cases where a load that requires positive or negative unbalanced power is connected as a load of the uninterruptible power supply. When such an unbalanced load is connected, the positive DC voltage and the negative DC voltage of the main circuit are unbalanced. It is not preferable for the load or the uninterruptible power supply to continue the operation while the voltage is unbalanced.
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
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な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 an object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply capable of continuing operation without adding main circuit components even when an unbalanced load is connected. There is.
上記目的を達成するため、本発明の無停電電源装置は、開閉器及び入力フィルタを介して交流入力を直流に変換するコンバータと、このコンバータの直流出力平滑用でその中点が前記交流入力及び負荷の一端に接続され、直列回路を構成する正側及び負側のコンデンサと、前記交流入力が異常時に、前記コンデンサに電力を供給する手段と、前記直流出力を交流に変換して前記負荷に交流電力を供給するインバータと、前記コンバータ、及び前記インバータの制御を行う制御部と、前記正側及び負側のコンデンサの夫々の電圧を検出する電圧検出器と、前記交流入力電圧を検出する入力電圧検出器とを具備し、前記制御部は、前記入力電圧検出器が電圧低下を検出したとき、前記開閉器を開路すると共に、前記電圧検出器で検出された正側コンデンサの電圧と負側コンデンサの電圧の差である直流電圧差に応じて、電圧の大きい方のコンデンサの電荷を放電させるように前記コンバータを通電制御するようにしたことを特徴としている。 In order to achieve the above object, an uninterruptible power supply according to the present invention includes a converter that converts an AC input into DC via a switch and an input filter, and a DC output smoother for the converter, whose midpoint is the AC input and A positive side capacitor and a negative side capacitor that are connected to one end of a load, and a means for supplying power to the capacitor when the AC input is abnormal; and the DC output is converted into AC to the load when the AC input is abnormal. An inverter that supplies AC power, the converter, a control unit that controls the inverter, a voltage detector that detects the voltages of the positive and negative capacitors, and an input that detects the AC input voltage A voltage detector, and when the input voltage detector detects a voltage drop, the control unit opens the switch and detects the positive side voltage detected by the voltage detector. Which is the difference between the voltage of the voltage and the negative side capacitor capacitor according to a DC voltage difference, is characterized in that the said converter so as to discharge the larger capacitors voltage to control current.
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、図面を参照して本発明の実施例を説明する。 Embodiments of 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
商用交流電源1の交流入力を、開閉器2及び入力フィルタ3を介し、コンバータ4で直流に変換している。コンバータ4で変換された直流は、直列接続されたコンデンサ5A及び5Bによって平滑され、インバータ6によって再び交流に変換される。インバータ6の交流出力は出力フィルタ7を介して負荷6に給電される。また、直列接続されたコンデンサ5A及び5Bの中点は商用交流電源1及び負荷6の一端に接続されている。
The AC input of the commercial
商用交流電源1に電圧低下が生じたときには、蓄電池9の直流電力を昇圧チョッパ10を介して直列接続されたコンデンサ5A及び5Bに給電する。
When a voltage drop occurs in the commercial
コンバータ4、インバータ6及び昇圧チョッパ10は複数のパワーデバイスのスイッチングで電力を制御する構成となっており、制御回路20から得られるゲート制御パルスにより制御されている。この制御を行うために、商用交流電源1の電圧を入力電圧検出器11で、正側コンデンサ5A及び負側コンデンサ5Bの両端の電圧を夫々電圧検出器12A、12Bで、またコンバータ4の入力電流を電流検出器13で検出して制御回路20に与えている。尚、図1の制御回路20には、コンバータ4に関する制御ブロックは記載されているが、インバータ6及び昇圧チョッパ10の制御ブロックは図示を省略している。
The converter 4, the
以下、制御回路20の内部構成について説明する。
Hereinafter, the internal configuration of the
電圧検出器12A、12Bの検出信号は加算/減算器21に入力される。加算/減算器21の加算出力は直流電圧フィードバック信号として、直流電圧基準と比較され、その誤差信号は電圧増幅器22で増幅される。この電圧増幅器22の出力は、電圧検出器11の検出信号と位相同期をとるためのPLL回路23の出力と乗算器24で乗算され、位相情報を含む電流基準を得る。この電流基準は、電流検出器13によって得られる入力電流フィードバック信号と比較され、増幅器25で増幅されて直流電圧指令となりPWM制御回路26に与えられる。
The detection signals of the
PWM制御回路26においては、この直流電圧指令がキャリア発生器27のキャリア信号と比較され、AND回路28A、28Bを介してOR回路29Aからコンバータ4の正側ゲートパルスを、またOR回路29Bからコンバータ4の負側ゲートパルスを得ている。AND回路28A、28Bには、停電検出回路30の停電検出の反転信号が入力されており、停電時以外の正常時に、上記正側ゲートパルス及び負側ゲートパルスがAND回路28A、28Bから出力されるようになっている。
In the
また、増幅器25には加算/減算器21の減算出力である直流電圧差信号がバランス補正信号として入力され、上記の直流電圧指令を補正している。
The
次に停電時の制御部分について説明する。加算/減算器21の減算出力は電圧増幅器31により増幅され、インバータ6の出力電圧位相と同期させるための位相基準回路32の出力と乗算器33で乗算され、インバータ6の制御位相と同期した出力を得る。この出力をPWM制御回路34の入力とし、キャリア発生器27のキャリア信号と比較してコンバータ4のゲートパルスを得ている。
Next, the control part at the time of a power failure is demonstrated. The subtracted output of the adder /
このゲートパルスは、AND回路28C及び28Dで前述の停電検出回路30の停電信号と論理積が取られ、また加算/減算器21の減算出力である直流電圧差信号の符号検出器35の検出値に応じて、OR回路29Aからコンバータ4の停電時の正側ゲートパルスを、またOR回路29Bからコンバータ4の停電時の負側ゲートパルスを得ている。尚、図1におけるPWM制御回路26とPWM制御回路34は、説明を簡単にするため別のも
のとして図示しているが、同一のものであっても良い。
This gate pulse is ANDed with the power failure signal of the power
以上の構成における電圧アンバランス制御の動作について以下説明する。 The operation of voltage imbalance control in the above configuration will be described below.
まず、開閉器2が閉路し、コンバータ4が正常に動作している正常時について考える。この時は、増幅器25の出力である直流電圧指令によってコンバータ4の動作が制御されるが、加算/減算器21の減算出力である直流電圧差信号によって直流電圧指令に直流バイアス補正が加えられてPWM制御回路26に与えられるため、直流電圧差がなくなる方向、即ち電圧アンバランスを解消する方向にコンバータ4が制御される。
First, consider the normal time when the
次に停電検出回路30が動作し、開閉器2が開放され、昇圧チョッパ10から直流電圧が供給されている状態を考える。この時は加算/減算器21の減算出力である直流電圧差信号によってPWM制御回路36で行うPWM制御が動作することになり、電圧の大きい方のコンデンサの電荷は、コンバータ4のパワーデバイスの通電制御によって交流フィルタ3を含む放電ルートで放電し、電圧を低下させるように動作する。この通電制御によるアンバランス補正の効果は、負荷率などにも依存するが、少なくとも負荷が変圧器の励磁電流であるような場合は有効に動作することが確認されている。
Next, consider a state in which the power
また、このコンバータ4の制御を位相基準検出回路32の信号で同期をとり、インバータ6の制御位相に同期して行うことにより、電圧及び電流の脈動を抑えた制御を行うことが可能となる。
Further, the control of the converter 4 is synchronized with the signal of the phase
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、電圧増幅器31の前段にフィルタ回路35を挿入し、加算/減算器21の減算出力である直流電圧差信号をフィルタ回路35を介して電圧増幅器31の入力とするように構成した点である。
FIG. 2 is a circuit configuration diagram of the uninterruptible power supply according to
このように構成することにより、フィルタ回路35の低域通過特性により直流電圧に含まれるリプル分が除去されるので、制御回路20は、アンバランス負荷に起因する直流アンバランス電圧を補正する制御を行うことが可能となる。尚、フィルタ回路35の出力を増幅器25の入力として正常時の直流電圧指令の補正信号として用いても良い。
With this configuration, the ripple component included in the DC voltage is removed by the low-pass characteristics of the
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3が、実施例1と異なる点は、電圧増幅器31の前段に不感帯回路36を挿入し、加算/減算器21の減算出力である直流電圧差信号を不感帯回路36を介して電圧増幅器31の入力と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
このように構成することにより、直流電圧差信号の所定値以下の変動が無視されるような信号処理が行われるので、制御回路20は、無負荷時や負荷アンバランスの無い負荷が接続されているとき、必要以上のアンバランス補正を行わないようにすることが可能となる。尚、不感帯回路36の出力を増幅器25の入力として正常時の直流電圧指令の補正信号として用いても良い。
With this configuration, signal processing is performed so that fluctuations of the DC voltage difference signal below a predetermined value are ignored. Therefore, the
図4は本発明の実施例4に係る無停電電源装置の回路構成図である。この実施例4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4が、実施例1と異なる点は、電圧増幅器31の前段に符号付き2乗回路37を挿入し、加算/減算器21の減算出力である直流電圧差信号を符号付き2乗回路37を介して電圧増幅器31の入力とするように構成した点である。
FIG. 4 is a circuit configuration diagram of an uninterruptible power supply according to Embodiment 4 of the present invention. About each part of this Example 4, the same part as each part of the uninterruptible power supply according to Example 1 of FIG.
The description is omitted. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that a signed
このように構成することにより、直流電圧のアンバランスが強調されるような信号処理が行われるので、制御回路20は、アンバランス電圧が大きいとき、急速にアンバランス補正を行い、直流過電圧や直流アンバランス過大を防止することが可能となる。尚、符号付き2乗回路37の出力を増幅器25の入力として正常時の直流電圧指令の補正信号として用いても良い。
With this configuration, signal processing that emphasizes the imbalance of the DC voltage is performed. Therefore, when the unbalance voltage is large, the
1 商用交流電源
2 開閉器
3 入力フィルタ
4 コンバータ
5A、5B 平滑コンデンサ
6 インバータ
7 出力フィルタ
8 負荷
9 蓄電池
10 昇圧チョッパ
11 入力電圧検出器
12A、12B 電圧検出器
13 電流検出器
20 制御回路
21 加算/減算回路
22 電圧増幅器
23 PLL回路
24 乗算器
25 増幅器
26 PWM制御回路
27 キャリア発生器
28A、28B、28C、28D AND回路
29A、29B OR回路
30 停電検出器
31 電圧増幅器
32 位相基準検出回路
33 乗算器
34 PWM制御回路
35 フィルタ回路
36 不感帯回路
37 符号付き2乗回路
DESCRIPTION OF
Claims (3)
このコンバータの直流出力平滑用でその中点が前記交流入力及び負荷の一端に接続され、直列回路を構成する正側及び負側のコンデンサと、
前記交流入力が異常時に、前記コンデンサに電力を供給する手段と、
前記直流出力を交流に変換して前記負荷に交流電力を供給するインバータと、
前記コンバータ、及び前記インバータの制御を行う制御部と、
前記正側及び負側のコンデンサの夫々の電圧を検出する電圧検出器と、
前記交流入力電圧を検出する入力電圧検出器と
を具備し、
前記制御部は、前記入力電圧検出器が電圧低下を検出したとき、
前記開閉器を開路すると共に、
前記電圧検出器で検出された正側コンデンサの電圧と負側コンデンサの電圧の差である直流電圧差に応じて、電圧の大きい方のコンデンサの電荷を放電させるように前記コンバータを通電制御するようにしたことを特徴とする無停電電源装置。 A converter that converts alternating current input into direct current through a switch and an input filter;
For DC output smoothing of this converter, its midpoint is connected to one end of the AC input and load, and a positive side capacitor and a negative side capacitor constituting a series circuit,
Means for supplying power to the capacitor when the AC input is abnormal;
An inverter that converts the DC output into AC and supplies AC power to the load;
A control unit for controlling the converter and the inverter;
A voltage detector for detecting the respective voltages of the positive and negative capacitors;
An input voltage detector for detecting the AC input voltage,
The control unit, when the input voltage detector detects a voltage drop,
While opening the switch,
In accordance with a DC voltage difference that is a difference between the voltage of the positive capacitor and the voltage of the negative capacitor detected by the voltage detector, the energization of the converter is controlled so as to discharge the charge of the capacitor having the larger voltage. An uninterruptible power supply characterized in that
As the DC voltage difference signal processing means, at least one of a low-pass filter means, a dead band filter means for ignoring a signal below a predetermined value, and a means for enhancing the signal according to the signal magnitude is provided. The uninterruptible power supply according to claim 1 or 2.
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