JP2006121892A - 無停電電源装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】交流入力と交流出力との間を遮断するための逆並列接続されたサイリスタを各相(線)に備え、さらに交流出力に並列接続された蓄電手段を持つインバータを備え、商用電源の健全時は上記各サイリスタを点弧することで、交流電力を交流出力に出力し、また停電した時は上記サイリスタを遮断し、かつ上記蓄電手段からの電力でインバータを介し、交流出力に電力を供給する無停電電源装置において、上記各相に備えられたサイリスタを遮断する手段として、各相各々逆並列接続したサイリスタの内、一方のサイリスタだけを消弧するための転流回路を設けた。
【選択図】 図1
Description
また、交流出力端子6には並列にインバータ3の交流側が接続され、このインバータ3の直流側にはバッテリ4が接続された構成となっている。この様な回路構成において、商用電源1が健全な時は、商用電源1からの電力が、三相サイリスタ式交流スイッチ7を介し、負荷8に直接給電され、また、商用電源1が停電した場合は、三相サイリスタ式交流スイッチ7を遮断し、バッテリ4からの直流電力をインバータ3により交流に変換し、負荷8に安定した交流電力を供給している。
この停電発生時における、サイリスタ式交流スイッチ7a〜7cの遮断方法の従来例として、サイリスタ式交流スイッチ7a〜7cを構成する各サイリスタ71〜76のうち導通状態のサイリスタを検知し、その導通状態のサイリスタに逆バイアス電圧をインバータ3の出力電圧により印加し、導通状態のサイリスタを消弧する方法が知られている。この消弧方法の詳細な動作については、特許文献1に、無停電電源装置及び無停電電源装置の交流スイッチ遮断方法として開示されている。
他の従来例としては、商用電源1の停電発生時におけるサイリスタ式交流スイッチの遮断方法として、図10に示す強制転流回路9を図9のサイリスタ式交流スイッチ7a〜7c各々に設ける方法がある。この強制転流回路の詳細な動作については、特許文献2にサイリスタスイッチの強制転流回路として開示されている。
まず、図9に示す従来の回路例において、インバータ3の出力電圧を用いて導通状態のサイリスタ(71〜76の何れか)を消弧する方式の場合、停電切替時においては、インバータ3の出力電圧は、そのまま交流出力端子6に現れることになる。この時、サイリスタに逆バイアス電圧を印加させるためには、インバータ3の出力電圧である交流出力端子6に現れる電圧を変化させる必要があり、その変化分が停電切替時の出力電圧過渡変動となり、無停電電源装置の性能・信頼性を低下させる原因となってしまう問題があった。この時の動作波形例を図11に示す。サイリスタ7を消弧させるための逆バイス電圧動作のため、出力電圧Voutの電圧は過渡変動の大きな電圧波形となっていることがわかる。
請求項1の発明においては、上記各相に備えられたサイリスタ式交流スイッチを遮断する手段として、各相各々逆並列接続したサイリスタの内、一方のサイリスタだけを消弧するための転流回路を設けた。
請求項3においては、商用電源の健全時においては、インバータが交流出力端子から出力する負荷電流の無効電流成分を補償するいわゆるアクティブフィルタ動作を行い、交流入力端子側に備えられているサイリスタ式交流スイッチに流れる入力電流を高力率とし、さらにこの時、負荷電流が所定値以上であれば、上記各相の逆並列接続されたサイリスタのうち、負荷電流が流れようとする側のサイリスタにだけ点弧信号を入力し、負荷電流が上記所定値未満の時は、上記サイリスタの全てに点弧信号を入力するようにした。
請求項5においては、上記各相に備えた交流スイッチは、逆並列接続された主サイリスタとさらにそこに並列接続された補助交流スイッチにより構成され、商用電源の健全時においては、インバータが交流出力端子から出力する負荷電流の無効電流成分を補償するいわゆるアクティブフィルタ動作を行い、交流入力端子側に備えられている交流スイッチに流れる入力電流を力率≒1となるように制御し、この時、上記各相の交流スイッチを構成する逆並列接続された主サイリスタのうち、負荷電流の流れる向きと一致する側の主サイリスタにだけ点弧信号を入力し、また上記補助交流スイッチは,外部からの指令により瞬時にオフできる自己消弧機能とある一定以上の電流が流れた条件で,瞬時遮断する機能とを兼ね備えるようにした。
また上記補助交流スイッチは,外部からの指令により瞬時にオフできる自己消弧機能と電流制限機能とを兼ね備えるようにした。
また、停電発生時には、補助交流スイッチ77〜79は自己消弧可能であるため確実に消弧する事が出来る。ここで、補助交流スイッチ77〜79を用いるのは、負荷8の電流が零又は装置定格に対し十分小さい所定値以下の時に限られる。このため、補助交流スイッチ77〜79の大きさは、従来例の図10に示した強制転流回路9の場合に比べ、格段に小形化することが可能となる。ここで、補助交流スイッチの具体例としては、図3に示す高速動作可能な機械接点式リレーや、図4(a)〜図4(c)に示すダイオードとトランジスタ(IGBT)の組合せにより容易に実現できる。
このような、回路構成において、商用電源1が健全な状態の時は,インバータ3をアクティブフィルタ動作させ,商用電源1からの入力電流の力率を1となるように制御することで,各相の入力電流と電圧の極性を一致させている。また,逆並列接続したサイリスタ71と72(7a)、73と74(7b)、75と76(7c)への点弧信号は,その入力電圧の極性をもとに,入力電流の向きと一致する,サイリスタ側に与えている。
ここで,商用電源1のR相電圧が正、S相電圧が負、T相電圧も負の場合を例に説明すると(図6参照),サイリスタ71はOFF、72はON,73はON、74はOFF、75はON、76はOFFの点弧状態にある。この状態で商用電源1が停電し、入力電圧が全て零になり、インバータ3がアクティブフィルタ動作から、停電時運転動作(バッテリからの電力により、負荷8に電力を給電するための動作)に切替われば、導通状態にあった、サイリスタ72、73、75には、インバータ3の出力する負荷給電電圧により自然と逆バイアスがかかり、サイリスタ72、73,75を瞬時に消弧させる事ができる。
また,サイリスタ71,74,76には,点弧信号は与えられていないため,OFF状態を維持している。この動作により,停電発生時には,瞬時にサイリスタ式交流スイッチの遮断が可能となり,商用電源1の停電による影響なく,負荷8への負荷給電電圧を安定に維持した状態での停電時運転動作への切換が可能となる。ただし、この各々片方のサイリスタにだけ点弧信号を与える動作は、商用電源1が健全な状態において,負荷8が零又は装置の定格に対し十分に小さいときは、インバータ3のアクティブフィルタ動作の性能上、入力電流を入力電圧の極性に確実に一致させる事は非常に困難であり,その極性が不一致になると,サイリスタ式交流スイッチ7全体が予期せずにOFF状態となり,交流出力電圧が不安定になってしまう。そのため,補助交流スイッチ10を用い,負荷8が小さい時のサイリスタ式交流スイッチ7両端の導通を確保する。そのため,この補助交流スイッチ10の電流定格は,サイリスタ式交流スイッチ7に比べ,数分の1程度の小容量とする事が出来る。
また,補助交流スイッチ10は外部からの信号で瞬時に自己消弧出来る機能により,停電が発生した場合は,外部からの停電検出信号による瞬時の遮断を可能とする。しかし,ここで外部からの停電検出信号は,ノイズ等による誤動作を避けるためのフィルタ等により少なくとも数百μsec〜数msec程度の遅れが一般的であるが,その遅れの間にサイリスタ式交流スイッチ7が先に遮断してしまうと,インバータ3による負荷給電電圧と停電した商用電源1の電圧差により,大電流が流れ込むことになるが,補助交流スイッチ10に一定以上の電流が流れると瞬時遮断する機能を兼ね備えることで,スムーズな停電切換を可能とする。
ここで、補助交流スイッチ10a〜10cの具体例を図7と図8に示す。図7では,ダイオード101〜104のダイオード整流部とIGBT109およびシャント抵抗107の短絡スイッチ部,さらに,IGBT109を駆動するための駆動回路112と一定以上の電流を判定するための過電流判定回路111の組合せとしている。このような回路構成を用いて,外部からの駆動指令により,駆動回路112を動作させ,IGBT109をオン・オフさせることで,瞬時に自己消弧可能な交流スイッチを実現している。さらに,シャント抵抗107により,IGBT109に流れる電流を検出し,過電流判定回路111により過電流を判定し、駆動回路112を停止させることで,一定以上の電流による瞬時遮断が可能となる。
図8では,IGBT109,110を逆直列に接続することで,外部からの駆動指令により,瞬時に自己消弧可能な交流スイッチを実現している。さらに,シャント抵抗107,108とダイオード105.106の組合せで,IGBT109,110に流れる電流を検出し,過電流判定を行い,一定値以上の電流による瞬時遮断が可能となる。
また、電力貯蔵機能を備えた非常用電源装置や系統連系用インバータなどへの適用も可能である。
4・・・バッテリ 5・・・交流入力端子 6・・・交流出力端子
7・・・三相サイリスタ式交流スイッチ
7a〜7c・・・サイリスタ式交流スイッチ 71〜76・・・サイリスタ
77〜79、700・・・補助スイッチ
701〜706、105、106・・・ダイオード
707〜709、109、110・・・IGBT 8・・・負荷
9・・・強制転流回路 9a〜9c・・・強制転流回路
911、921,931・・・補助サイリスタ
912、922、932・・・転流補助ダイオード
913,923,933・・・リアクトル
914,924,934・・・コンデンサ
915,925,935・・・抵抗 107、108・・・シャント抵抗
10・・・三相補助交流スイッチ 10a〜10c・・・補助交流スイッチ
112・・・駆動回路 111・・・過電流判定回路
Claims (6)
- 商用電源から電力を受け、負荷に安定した電力を供給する無停電電源装置であって、交流入力端子と交流出力端子との間を遮断するための逆並列接続されたサイリスタ式交流スイッチを各相(線)に備え、さらに交流出力端子に並列接続された蓄電手段を持つインバータを備えた構成で、上記商用電源の健全時は、上記各サイリスタ式交流スイッチを点弧することで、交流入力からの電力を交流出力端子に出力し、また、上記商用電源が停電した時は、上記サイリスタ式交流スイッチを遮断し、かつ上記蓄電手段からの電力でインバータを介し、交流出力端子に電力を供給する無停電電源装置において、
上記各相に備えられたサイリスタ式交流スイッチを遮断する手段として、各相各々逆並列接続したサイリスタの内、一方のサイリスタだけを消弧するための転流回路を設けたことを特徴とする無停電電源装置。 - 請求項1の構成で、商用電源の健全時においては、インバータが交流出力端子から出力する負荷電流の無効電流成分を補償するいわゆるアクティブフィルタ動作を行い、交流入力端子側に備えられているサイリスタ式交流スイッチに流れる入力電流を高力率とし、さらにこの時、上記各相の逆並列接続されたサイリスタのうち、電流の流れる側のサイリスタにだけ点弧信号を入力することを特徴とした無停電電源装置。
- 商用電源から電力を受け、負荷に安定した電力を供給する無停電電源装置であって、交流入力端子と交流出力端子との間を遮断するための逆並列接続されたサイリスタ式交流スイッチを各相(線)に備え、さらに交流出力端子に並列接続された蓄電手段を持つインバータを備えた構成で、上記商用電源の健全時は、上記各サイリスタ式交流スイッチを点弧することで、交流入力からの電力を交流出力端子に出力し、また、上記商用電源が停電した時は、上記サイリスタ式交流スイッチを遮断し、かつ上記蓄電手段からの電力でインバータを介し、交流出力端子に電力を供給する無停電電源装置において、
商用電源の健全時においては、インバータが交流出力端子から出力する負荷電流の無効電流成分を補償するいわゆるアクティブフィルタ動作を行い、交流入力端子側に備えられているサイリスタ式交流スイッチに流れる入力電流を高力率とし、さらにこの時、負荷電流が所定値以上であれば、上記各相の逆並列接続されたサイリスタのうち、負荷電流が流れようとする側のサイリスタにだけ点弧信号を入力し、負荷電流が上記所定値未満の時は、上記サイリスタの全てに点弧信号を入力することを特徴とした無停電電源装置。 - 商用電源から電力を受け、負荷に安定した電力を供給する無停電電源装置であって、交流入力端子と交流出力端子との間を遮断するための交流スイッチを各相(線)に備え、交流出力端子に並列接続された蓄電手段を持つインバータを備えた構成で、上記商用電源の健全時は、上記各交流スイッチを投入することで、交流入力からの電力を交流出力端子に出力し、また、上記商用電源が停電した時は、上記交流スイッチを遮断し、かつ上記蓄電手段からの電力でインバータを介し、交流出力端子に電力を供給する無停電電源装置において、
上記各相に備えた交流スイッチは、逆並列接続された主サイリスタとさらにそこに並列接続された自己消弧可能な補助交流スイッチにより構成され、商用電源の健全時においては、インバータが交流出力端子から出力する負荷電流の無効電流成分を補償するいわゆるアクティブフィルタ動作を行い、交流入力端子側に備えられている交流スイッチに流れる入力電流を高力率とし、この時、上記各相の交流スイッチを構成する逆並列接続された主サイリスタのうち、負荷電流の流れる向きと一致する側の主サイリスタにだけ点弧信号を入力し、さらに負荷電流が所定値未満の時は上記自己消弧可能な補助交流スイッチ側に負荷電流が流れるようにしたことを特徴とする無停電電源装置。 - 商用電源から電力を受け、負荷に安定した電力を供給する無停電電源装置であって、交流入力端子と交流出力端子の間を遮断するための交流スイッチを各相(線)に備え、さらに交流出力端子に並列接続された蓄電手段を持つインバータを備えた構成で、上記商用電源の健全時は、上記各交流スイッチを投入することで、交流入力からの電力を交流出力端子に出力し、また、上記商用電源が停電した時は、上記交流スイッチを遮断し、かつ上記蓄電手段からの電力でインバータを介し、交流出力端子に電力を供給する無停電電源装置において、
上記各相に備えた交流スイッチは、逆並列接続された主サイリスタとさらにそこに並列接続された補助交流スイッチにより構成され、商用電源の健全時においては、インバータが交流出力端子から出力する負荷電流の無効電流成分を補償するいわゆるアクティブフィルタ動作を行い、交流入力端子側に備えられている交流スイッチに流れる入力電流を力率≒1となるように制御し、この時、上記各相の交流スイッチを構成する逆並列接続された主サイリスタのうち、負荷電流の流れる向きと一致する側の主サイリスタにだけ点弧信号を入力し、また上記補助交流スイッチは,外部からの指令により瞬時にオフできる自己消弧機能と、ある一定以上の電流が流れた条件で瞬時遮断する機能と、を兼ね備えたことを特徴とする無停電電源装置。 - 商用電源から電力を受け、負荷に安定した電力を供給する無停電電源装置であって、交流入力端子と交流出力端子の間を遮断するための交流スイッチを各相(線)に備え、さらに交流出力端子に並列接続された蓄電手段を持つインバータを備えた構成で、上記商用電源の健全時は、上記各交流スイッチを投入することで、交流入力からの電力を交流出力端子に出力し、また、上記商用電源が停電した時は、上記交流スイッチを遮断し、かつ上記蓄電手段からの電力でインバータを介し、交流出力端子に電力を供給する無停電電源装置において、
上記各相に備えた交流スイッチは、逆並列接続された主サイリスタとさらにそこに並列接続された補助交流スイッチにより構成され、商用電源の健全時においては、インバータが交流出力端子から出力する負荷電流の無効電流成分を補償するいわゆるアクティブフィルタ動作を行い、交流入力端子側に備えられている交流スイッチに流れる入力電流を力率≒1となるように制御し、この時、上記各相の交流スイッチを構成する逆並列接続された主サイリスタのうち、負荷電流の流れる向きと一致する側の主サイリスタにだけ点弧信号を入力し、
また上記補助交流スイッチは,外部からの指令により瞬時にオフできる自己消弧機能と、電流制限機能と、を兼ね備えたことを特徴とする無停電電源装置。
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