JP2010161845A - 無停電電源装置の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 外部の交流電源が健全なときには、この交流電源の電圧に同期した出力電圧を発生しつつ負荷に給電する無停電電源装置に好適な無停電電源装置の制御装置を提供する。
【解決手段】 交流電源１の停電状態が解消され、交流電源１が健全な状態にあると確認され、この交流電源１の電圧に同期した出力電圧を無停電電源装置２０が発生するための同期制御を開始したときに、この開始直前の交流電源１の周波数と無停電電源装置２０の出力周波数との差が大きい状態では、位相差・周波数検出回路２１，設定器２３，加算演算器２４，制限回路２５，設定器２６，乗算演算器２７，加算演算器２８→接点２２ｂ→ＬＰＦ２９→加算演算器３０→Ｖ／Ｆ変換器１６→インバータ駆動回路１７の経路での同期制御が行われる。この経路での同期制御では、インバータ回路１２の出力電圧と、交流電源１の電圧とが速やか且つショックレスに同期することができる。
【選択図】 図１

Description

この発明は、外部の交流電源が健全なときには、この交流電源の電圧に同期した出力電圧を発生しつつ負荷に給電する無停電電源装置の制御装置に関する。

図２は、この種の無停電電源装置の従来例を示す回路構成図である。

この図において、１は商用電源などの交流電源、２は交流電源１から負荷３への直送回路を入り切りするコンタクタ、１０は交流電源１が健全なときには、この交流電源１の電圧に同期した出力電圧を発生しつつ負荷３に給電する無停電電源装置１０である。

この無停電電源装置１０には、その主回路部を形成する直流電源１１，インバータ１２，コンタクタ１３およびその制御装置を形成する位相差検出回路１４，調節回路１５，Ｖ／Ｆ（電圧／周波数）変換器１６，インバータ駆動回路１７を備えている。

この直流電源１１は交流電源１の電圧を整流して直流電圧にする整流回路と、交流電源１が停電時などに直流電圧を供給する蓄電池回路とから形成され、また、インバータ回路１２は直流電源１１から供給される前記何れかの直流電圧を所望の周波数，振幅の交流電圧に変換して出力するための半導体電力変換回路から形成されている。

図２に示した無停電電源装置１０における前記制御装置の動作を以下に説明する。

交流電源１が健全なときには、この交流電源１の電圧に同期した交流電圧をインバータ回路１２から出力するために、位相差検出回路１４では前記直送回路、すなわち、交流電源１の電圧と、通常時は閉路しているコンタクタ１３を介して得られるインバータ回路１２の出力電圧とが入力され、双方の電圧間の位相差を計測し、この計測値を位相差検出値として出力し、調節回路１５では前記位相差を零にするための調節演算として、例えば、該位相差の比例−積分演算を行い、この演算した結果をＶ／Ｆ変換器１６に伝達する。

従って、Ｖ／Ｆ変換器１６では、インバータ回路１２の出力電圧の位相が交流電源１の電圧の位相に対して「遅れ」の状態にあるときには、Ｖ／Ｆ変換器１６が直前に出力していたパルス状の周波数をより高くなるように動作し、また、インバータ回路１２の出力電圧の位相が交流電源１の電圧の位相に対して「進み」の状態にあるときには、Ｖ／Ｆ変換器１６が直前に出力していたパルス状の周波数をより低くなるように動作する。

すなわち、前述の調節演算した結果としてのＶ／Ｆ変換器１６が出力するパルス状の周波数に基づいた駆動信号を生成するインバータ駆動回路１７を介したインバータ回路１２の出力電圧と、交流電源１の電圧とが同期状態を維持することができる。

なお、交流電源１に停電が発生すると、これを速やかに検知して、直流電源１１は蓄電池回路からの直流電圧を出力し、インバータ１２はこの直流電圧をＶ／Ｆ変換器１６の内部設定値による周波数および振幅の交流電圧に変換しつつ、負荷３への給電を継続する。
特開平３−１０３０４６号公報

図２に示した従来の無停電電源装置１０において、例えば、交流電源１の停電状態が解消され、交流電源１が健全な状態にあると確認されると、この交流電源１の電圧に同期した出力電圧を無停電電源装置１０が発生するための上述の同期制御を開始する。この開始直前の交流電源１の周波数と無停電電源装置１０の出力周波数との差が大きい状態では、開始直後の無停電電源装置１０の前記制御装置の制御動作により、無停電電源装置１０の出力周波数が急変する恐れがあり、この急変が発生すると、負荷３を形成するトランスやリアクトルなどに起因して、無停電電源装置１０から負荷３に過大な電流が流れ、この負荷３や無停電電源装置１０の前記主回路部に損傷を与える恐れがあった。

この発明の目的は、上記問題点を解消できる無停電電源装置の制御装置を提供することにある。

この第１の発明は、外部の交流電源が健全なときには、この交流電源の電圧に同期した出力電圧を発生しつつ負荷に給電する無停電電源装置において、
前記交流電源の電圧および無停電電源装置の出力電圧を監視し、前記双方の電圧の位相差に基づいた同期制御を行う第１同期制御手段と、前記双方の電圧の位相差および周波数差に基づいた同期制御を行う第２同期制御手段と、前記第１同期制御手段又は第２同期制御手段の何れかを選択して動作させるための切換演算手段とを備えたことを特徴とする制御装置を用いる。

また第２の発明は、前記第１の発明の無停電電源装置の制御装置において、
前記基準周波数値は、前記交流電源の定格周波数値に設定したことを特徴とする。

さらに第３の発明は、前記第１又は第２の発明の無停電電源装置の制御装置において、
前記切換演算手段は、前記双方の電圧の位相差および周波数差が共に所定値未満のときには前記第１同期制御手段を選択して動作させ、前記双方の電圧の位相差または周波数差のうちの少なくとも何れか一方が前記所定値以上のときには前記第２同期制御手段を選択して動作させることを特徴とする。

この発明によれば、交流電源の周波数と無停電電源装置の出力周波数との差が大きい状態で、同期制御が開始されたときにも、開始直後の該無停電電源装置の出力周波数の急変が抑制されるとともに、同期状態になるまでの時間もより短くすることができる。

図１は、この発明の実施例を示す無停電電源装置の回路構成図であり、図２に示した従来の無停電電源装置と同一機能を有するものには、同一符号を付している。

すなわち、図１に示した無停電電源装置２０には、その制御装置として調節回路１５，Ｖ／Ｆ変換器１６，インバータ駆動回路１７の他に、位相差・周波数検出回路２１，切換演算回路２２，設定器２３，加算演算器２４，制限回路２５，設定器２６，乗算演算器２７，加算演算器２８，ＬＰＦ（ローパスフィルタ）２９，加算演算器３０を備えている。

図１に示した無停電電源装置２０における前記制御装置の動作を以下に説明する。

先ず、位相差・周波数検出回路２１では前記直送回路、すなわち、交流電源１の電圧と、通常時は閉路しているコンタクタ１３を介して得られるインバータ回路１２の出力電圧とが入力され、周知の技術を用いて、双方の電圧間の位相差検出値，周波数差検出値と、交流電源１の現在の周波数を直送周波数検出値として、それぞれ出力している。

交流電源１が健全な状態で、この交流電源１の電圧に同期した交流電圧をインバータ回路１２から出力しているときには、切換演算回路２２には前記位相差検出値および周波数差検出値が共にほぼ零で入力されることから、切換演算回路２２の出力は接点２２ａが閉路し、接点２２ｂが開路した状態に設定されている。従って、位相差・周波数検出回路２１→調節回路１５→接点２２ａ→加算演算器３０→Ｖ／Ｆ変換器１６→インバータ駆動回路１７の経路で、従来の無停電電源装置１０と同様の同期制御が行われ、インバータ回路１２の出力電圧と、交流電源１の電圧とが同期状態を維持している。

上述の同期状態中に、何らかの要因で交流電源１が停電状態に陥ると、この状態を速やかに検知して、直流電源１１は蓄電池回路からの直流電圧を出力し、インバータ１２はこの直流電圧をＶ／Ｆ変換器１６の内部設定値による周波数および振幅の交流電圧に変換しつつ、負荷３への給電を継続する。

その後、交流電源１の停電状態が解消され、交流電源１が健全な状態にあると確認されると、この交流電源１の電圧に同期した出力電圧を無停電電源装置２０が発生するための同期制御を開始する。

この開始直前の交流電源１の周波数と無停電電源装置２０の出力周波数との差が大きい状態では、一般に前記双方の電圧の位相差が±１５度（電気角）または周波数差が±１％のうちの少なくとも何れか一方が前記値以上となり、その結果、位相差・周波数検出回路２１を介した切換演算回路２２の出力は接点２２ａが開路し、接点２２ｂが閉路した状態になる。従って、位相差・周波数検出回路２１，設定器２３，加算演算器２４，制限回路２５，設定器２６，乗算演算器２７，加算演算器２８→接点２２ｂ→ＬＰＦ２９→加算演算器３０→Ｖ／Ｆ変換器１６→インバータ駆動回路１７の経路での同期制御が行われる。

この経路での同期制御では、位相差・周波数検出回路２１から得られる前記直送周波数検出値と、設定器２３からの「基準周波数値」すなわち交流電源１の定格周波数値との差を加算演算器２４で求め、この差にＬＰＦ２９を介した第１の補正値と、位相差・周波数検出回路２１から得られる前記位相差検出値を制限回路２５で、例えば、±９０度（電気角）以内に制限し、この制限された値に対して、設定器２６で設定される「周波数補正ゲイン」を乗算演算器２７で乗算演算し、この乗算演算値にＬＰＦ２９を介した第２の補正値とが加算演算器３０を介してＶ／Ｆ変換器１６に入力される。

このとき、ＬＰＦ２９のフィルタ時定数を無停電電源装置２０の出力周波数の急変を抑制する値に設定することにより、負荷３を形成するトランスやリアクトルなどに起因する無停電電源装置２０から負荷３への過大な電流が抑制される。また、前記第２の補正値を決める前記「周波数補正ゲイン」により、位相差・周波数検出回路２１から得られる前記位相差検出値が零に近い状態での同期するまでの時間を短縮することができる。従って、位相差・周波数検出回路２１から得られる前記位相差検出値が大きいときには、制限回路２５で制限するようにしている。

すなわち、前述の双方の補正値によりＶ／Ｆ変換器１６が出力するパルス状の周波数に基づいた駆動信号を生成するインバータ駆動回路１７を介したインバータ回路１２の出力電圧と、交流電源１の電圧とが速やか且つショックレスに同期することができる。

なお、交流電源１の停電状態が解消され、交流電源１が健全な状態にあると確認され、この交流電源１の電圧に同期した出力電圧を無停電電源装置２０が発生するための同期制御を開始したときに、この開始直前の交流電源１の電圧と無停電電源装置２０の出力電圧との位相差が±１５度（電気角）未満および周波数差が±１％未満の状態では、切換演算回路２２の出力は接点２２ａが閉路し、接点２２ｂが開路した状態になる。従って、位相差・周波数検出回路２１→調節回路１５→接点２２ａ→加算演算器３０→Ｖ／Ｆ変換器１６→インバータ駆動回路１７の経路で、従来の無停電電源装置１０と同様の同期制御が行われ、インバータ回路１２の出力電圧と交流電源１の電圧とが同期状態に入る。

この発明の実施例を示す無停電電源装置の回路構成図 従来例を示す無停電電源装置の回路構成図

１…交流電源、２…コンタクタ、３…負荷、１０，２０…無停電電源装置、１１…直流電源、１２…インバータ、１３…コンタクタ、１４…位相差検出回路、１５…調節回路、１６…Ｖ／Ｆ変換器、１７…インバータ駆動回路、２１…位相差・周波数検出回路、２２…切換演算回路、２３…設定器、２４…加算演算器、２５…制限回路、２６…設定器、２７…乗算演算器、２８…加算演算器、２９…ＬＰＦ、３０…加算演算器。

Claims (3)

1. 外部の交流電源が健全なときには、この交流電源の電圧に同期した出力電圧を発生しつつ負荷に給電する無停電電源装置において、
   前記交流電源の電圧および無停電電源装置の出力電圧を監視し、
   前記双方の電圧の位相差に基づいた同期制御を行う第１同期制御手段と、
   前記双方の電圧の位相差および前記交流電源の周波数値と予め設定した基準周波数値との差に基づいた同期制御を行う第２同期制御手段と、
   前記第１同期制御手段又は第２同期制御手段の何れかを選択して動作させるための切換演算手段とを備えたことを特徴とする無停電電源装置の制御装置。
2. 請求項１に記載の無停電電源装置の制御装置において、
   前記基準周波数値は、前記交流電源の定格周波数値に設定したことを特徴とする無停電電源装置の制御装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載の無停電電源装置の制御装置において、
   前記切換演算手段は、
   前記双方の電圧の位相差および周波数差が共に所定値未満のときには前記第１同期制御手段を選択して動作させ、
   前記双方の電圧の位相差または周波数差のうちの少なくとも何れか一方が前記所定値以上のときには前記第２同期制御手段を選択して動作させることを特徴とする無停電電源装置の制御装置。

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