JP2014011820A - Ac/dc power conversion device, dc/ac power conversion device, and uninterruptible power supply device comprising both power conversion devices - Google Patents

Ac/dc power conversion device, dc/ac power conversion device, and uninterruptible power supply device comprising both power conversion devices Download PDF

Info

Publication number
JP2014011820A
JP2014011820A JP2012144495A JP2012144495A JP2014011820A JP 2014011820 A JP2014011820 A JP 2014011820A JP 2012144495 A JP2012144495 A JP 2012144495A JP 2012144495 A JP2012144495 A JP 2012144495A JP 2014011820 A JP2014011820 A JP 2014011820A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power
voltage
power supply
conversion unit
capacitor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2012144495A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5920055B2 (en
Inventor
Yoshihiro Hatakeyama
善博 畠山
Shinichiro Maruyama
晋一郎 丸山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2012144495A priority Critical patent/JP5920055B2/en
Publication of JP2014011820A publication Critical patent/JP2014011820A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5920055B2 publication Critical patent/JP5920055B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Rectifiers (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an uninterruptible power supply device having a wide input voltage range.SOLUTION: An AC/DC power conversion device comprises: a first power conversion unit 5 which is connected to one power line of an AC power supply 1, and is a single-phase full bridge inverter; a second power conversion unit 6 which is connected between an output of the first power conversion unit 5 and the other power line of the AC power supply 1, and operates by a drive signal of one pulse applied for each half period of the AC power supply 1 to convert AC to positive and negative DC; and a positive electrode side capacitor 7 and a negative electrode side capacitor 8 to which the second power conversion unit 6 supplies power. The first power conversion unit 5 transforms input current waveform from the AC power supply 1 so as to reduce a maximum current value of the input current waveform.

Description

この発明は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換する交直電力変換装置、直流電源からの直流電力を交流電力に変換する直交電力変換装置、及び、これら両電力変換装置を備え、交流電源からの交流電力を負荷に供給すると共に、交流電源の電圧低下時には、蓄電部に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して負荷へ供給する無停電電源装置に関する。   The present invention includes an AC / DC power converter that converts AC power from an AC power source into DC power, an orthogonal power converter that converts DC power from a DC power source into AC power, and both power converters, and an AC power source The present invention relates to an uninterruptible power supply apparatus that supplies AC power from a power source to a load and converts DC power stored in a power storage unit to AC power and supplies the AC power to a load when the voltage of the AC power source drops.

従来の無停電電源装置は、交流電源の健全時には接続された交流電源から交直電力変換部により直流電力に変換し、さらにこの直流電力を直交電力変換部により交流電力に変換して負荷へ供給する。そして、交流電源の電圧が設定値を下回るような電圧変動を検出すると停電と判定し、蓄電部からDC/DC変換部で電圧を昇圧した後、直交電力変換部を介して負荷へ交流電力を供給するものである(例えば、特許文献1参照。)。
上記のように従来の無停電電源装置においては、交直電力変換部により、例えば+200Vの正側直流電源と−200Vの負側直流電源を生成するために、交直電力変換装置を構成するトランジスタはDC200Vを20kHz程度でスイッチングしている。このように200Vの高電圧を20kHzという高周波数でスイッチングすることはトランジスタに多大な電力損失が発生することとなる。
これを対策するために、交直電力変換部の電力損失を低減する方法として、従来の交直電力変換部の回路の前段に、単相フルブリッジインバータを追加した高効率交直電力変換装置がある(例えば、特許文献2参照。)。
また、直交電力変換部の電力損失を低減する方法として、従来のハーフブリッジインバータ回路の後段に単相フルブリッジ回路を追加した高効率直交電力変換装置がある(例えば、特許文献3参照。)。
In the conventional uninterruptible power supply, when the AC power is healthy, the connected AC power is converted into DC power by the AC / DC power converter, and this DC power is converted into AC power by the orthogonal power converter and supplied to the load. . And if it detects a voltage fluctuation that the voltage of the AC power supply is lower than the set value, it is determined as a power failure, the voltage is boosted by the DC / DC converter from the power storage unit, and then the AC power is supplied to the load via the orthogonal power converter. (For example, refer to Patent Document 1).
As described above, in the conventional uninterruptible power supply, in order to generate, for example, a + 200V positive DC power supply and a -200V negative DC power supply by the AC / DC power converter, the transistor constituting the AC / DC power converter is DC200V. Is switched at about 20 kHz. In this way, switching a high voltage of 200 V at a high frequency of 20 kHz causes a great power loss in the transistor.
In order to prevent this, as a method of reducing the power loss of the AC / DC power converter, there is a high-efficiency AC / DC power converter in which a single-phase full-bridge inverter is added before the circuit of the conventional AC / DC power converter (for example, , See Patent Document 2).
Further, as a method for reducing the power loss of the orthogonal power conversion unit, there is a high-efficiency orthogonal power conversion device in which a single-phase full-bridge circuit is added after the conventional half-bridge inverter circuit (see, for example, Patent Document 3).

特許第3829846号公報Japanese Patent No. 3829846 特開2010−63326号公報JP 2010-63326 A WO2008−102552WO2008-102552

従来の無停電電源装置に上述の高効率交直電力変換部を適用する場合、無停電電源装置においては、交流出力の電圧を安定化する必要があり、そのためには、無停電電源装置を構成する直交電力変換部の直流電源、すなわち、高効率交直電力変換部の出力電圧を一定に保持する必要がある。
高効率交直電力変換部の出力電圧を一定にした上で、高効率交直電力変換部を構成する単相フルブリッジインバータの直流電源の電圧を維持、すなわち、単相フルブリッジインバータで扱う電力収支をゼロにするためには、交流電源からの入力電圧が高くなると、従来のコンバータ回路のトランジスタが出力する1パルス幅を広くすることで調整しなければならない。しかし、この1パルス幅は交流入力電圧の周期の半分が最大幅であり、その制約から交流電源の入力電圧の使用可能な最大電圧が決定される。例えば、高効率交直電力変換部の出力電圧として+140Vおよび−140Vを出力する場合、交流電源の入力電圧はAC125V程度が使用可能な最大電圧となり、それ以上の入力電圧の場合には単相フルブリッジインバータ回路の直流電源の電圧を維持できないので、単相フルブリッジインバータの直流電源には、専用の直流電源を設ける必要があるという問題があった。
また、同様に高効率直交電力変換部においても、単相フルブリッジインバータ回路の直流電源の電圧を維持するため、専用の直流電源を設ける必要があるという問題があった。
When the above-described high-efficiency AC / DC converter is applied to a conventional uninterruptible power supply, in the uninterruptible power supply, it is necessary to stabilize the AC output voltage, and for that purpose, the uninterruptible power supply is configured. It is necessary to keep the DC power supply of the orthogonal power converter, that is, the output voltage of the high efficiency AC / DC power converter constant.
Maintaining the DC power supply voltage of the single-phase full-bridge inverter that constitutes the high-efficiency AC / DC power converter while maintaining the output voltage of the high-efficiency AC / DC converter constant, that is, the power balance handled by the single-phase full-bridge inverter In order to make it zero, when the input voltage from the AC power source becomes high, it is necessary to adjust by widening one pulse width output from the transistor of the conventional converter circuit. However, this one-pulse width has a maximum width that is half the period of the AC input voltage, and the maximum usable voltage of the input voltage of the AC power supply is determined from the restrictions. For example, when + 140V and -140V are output as the output voltage of the high-efficiency AC / DC converter, the input voltage of the AC power supply is the maximum usable voltage of about AC125V, and in the case of an input voltage higher than that, a single-phase full bridge Since the voltage of the DC power supply of the inverter circuit cannot be maintained, the DC power supply of the single-phase full bridge inverter has a problem that it is necessary to provide a dedicated DC power supply.
Similarly, the high-efficiency orthogonal power converter also has a problem that it is necessary to provide a dedicated DC power supply in order to maintain the voltage of the DC power supply of the single-phase full-bridge inverter circuit.

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、高効率を図るため単相フルブリッジインバータを追加した交直電力変換装置、または、直交電力変換装置において、単相フルブリッジインバータの直流電源の電圧を維持するため専用の直流電源を設ける必要がない交直電力変換装置、直交電力変換装置、及びこれら両電力変換装置を備えた無停電電源装置を得るものである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and in an AC / DC power conversion apparatus or a quadrature power conversion apparatus to which a single-phase full-bridge inverter is added in order to achieve high efficiency, a single-phase full-bridge inverter is provided. Therefore, it is possible to obtain an AC / DC power converter, an orthogonal power converter, and an uninterruptible power supply equipped with both of these power converters that do not require a dedicated DC power source to maintain the voltage of the DC power source.

この発明による交直電力変換装置は、交流電源の一方の電力線に接続され、単相フルブリッジインバータである第1の電力変換部と、この第1の電力変換部の出力と交流電源の他方の電力線との間に接続され、交流電源の半周期ごとに加わる1パルスの駆動信号で動作し交流を正負の直流に変換する第2の電力変換部と、この第2の電力変換部により電力を供給される正極側コンデンサ及び負極側コンデンサとを備え、第1の電力変換部は、交流電源からの入力電流波形の電流最大値を低減させるように入力電流波形を変形させるものである。   The AC / DC power converter according to the present invention is connected to one power line of an AC power supply, and is a first power conversion unit that is a single-phase full-bridge inverter, the output of the first power conversion unit, and the other power line of the AC power supply. And a second power conversion unit that operates with one pulse of drive signal applied every half cycle of the AC power source and converts AC to positive and negative DC, and supplies power by the second power conversion unit The first power conversion unit deforms the input current waveform so as to reduce the maximum current value of the input current waveform from the AC power supply.

この発明によれば、交流電源からの入力電流波形の電流最大値を低減させるように入力電流波形を変形させる、または、装置の交流出力における出力電圧波形の電圧最大値を低減させるように出力電圧波形を変形させるので、単相フルブリッジインバータのコンデンサの電圧を維持するための直流電源を設ける必要がなく、装置を小形化及び低コスト化することができる。   According to the present invention, the output voltage is deformed so as to reduce the maximum current value of the input current waveform from the AC power supply, or the maximum voltage value of the output voltage waveform in the AC output of the device is reduced. Since the waveform is deformed, there is no need to provide a DC power source for maintaining the voltage of the capacitor of the single-phase full-bridge inverter, and the apparatus can be reduced in size and cost.

本発明の実施の形態1における無停電電源装置の全体構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the whole structure of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における無停電電源装置の第3の電力変換部の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the 3rd power converter part of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における無停電電源装置の第1、第2の電力変換部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement of the 1st, 2nd power conversion part of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における無停電電源装置の第1の電力変換部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the 1st power conversion part of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における無停電電源装置の第2の電力変換部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the 2nd power conversion part of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における無停電電源装置の第1の電力変換部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows operation | movement of the 1st power conversion part of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における無停電電源装置の第1、第2の電力変換部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement of the 1st, 2nd power conversion part of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における無停電電源装置の第3の電力変換部の動作を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the operation | movement of the 3rd power converter part of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における無停電電源装置の第2の電力変換部の別の構成例を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows another structural example of the 2nd power conversion part of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention.

実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図、図2は図1の第3の電力変換部の構成を示すブロック図、図3は第1、第2の電力変換部の動作を示す波形図、図4は第1の電力変換部の動作を示す波形図で(a)は正の電圧出力時、(b)は負の電圧出力時、図5は第2の電力変換部の動作を示す波形図で(a)は
AC100V入力時、(b)はAC125V入力時、図6は第1の電力変換部の動作を示す波形図で(a)はAC100V入力時、(b)はAC135V入力時、図7はAC135V入力時の第1、第2の電力変換部の動作を示す波形図で(a)は第2の電力変換部の1パルス動作の波形図、(b)は第1の電力変換部の電流波形、図8は第3の電力変換部の動作を示す波形図、図9は第2の電力変換部の別の構成例を示す回路図である。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 is a block diagram showing the overall configuration of the uninterruptible power supply according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the third power conversion unit in FIG. 1, and FIG. 4 is a waveform diagram showing the operation of the first power conversion unit, FIG. 4A is a waveform diagram showing the operation of the first power conversion unit, FIG. 5A is a positive voltage output, FIG. 4B is a negative voltage output, and FIG. FIG. 6A is a waveform diagram showing the operation of the second power converter, FIG. 6A is a waveform diagram showing the operation of the first power converter, FIG. 6B is a waveform diagram showing the operation of the first power converter, FIG. FIG. 7 is a waveform diagram showing the operation of the first and second power converters when AC135V is input, and FIG. 7A is a waveform of one-pulse operation of the second power converter. FIG. 8B is a current waveform of the first power converter, FIG. 8 is a waveform diagram showing the operation of the third power converter, and FIG. It is a circuit diagram showing another configuration example of the power conversion unit.

図1において、無停電電源装置100は、交流電源1の一方の電力線17に切換リレー2のb接点2b(常時閉路接点)を介して接続され、抵抗3aおよびリレー3bが並列接続された突入電流防止部3、すなわち並列接続体と、この突入電流防止部3の後段に接続された第1のリアクトル4と、突入電流防止部3および第1のリアクトル4を介して入力される交流電力を直流電力に変換する第1の電力変換部5と、第1の電力変換部5の出力と交流電源1の他方の電力線18との間に接続され、交流電源1の半周期ごとに加わる1パルスの駆動信号で動作し交流を正負の直流に変換する第2の電力変換部6と、第2の電力変換部6の正極出力に接続され所定値(例えば140V)に充電される正極側コンデンサ7と、第2の電力変換部3の負極出力に接続され所定値(例えば−140V)に充電される負極側コンデンサ8と、正極側コンデンサ7および負極側コンデンサ8に接続され、直流電力を所定電圧(例えばAC100V)の交流電力に変換する第3の電力変換部9と、第3の電力変換部9の後段に接続された第2のリアクトル10と、この第2のリアクトル10の出力及び交流電源1の他方の共通線18間に接続されたフィルタ用コンデンサ11と、第2のリアクトル10の後段に接続され、一端を負荷14に接続された出力リレー12と、を有している。   In FIG. 1, an uninterruptible power supply 100 is connected to one power line 17 of an AC power supply 1 via a b contact 2b (normally closed contact) of a switching relay 2, and an inrush current in which a resistor 3a and a relay 3b are connected in parallel. The prevention unit 3, that is, the parallel connection body, the first reactor 4 connected to the subsequent stage of the inrush current prevention unit 3, and the AC power input through the inrush current prevention unit 3 and the first reactor 4 1 pulse of 1 pulse which is connected between the 1st power conversion part 5 which converts into electric power, the output of the 1st power conversion part 5, and the other power line 18 of AC power supply 1, and is added every half cycle of AC power supply 1 A second power converter 6 that operates with a drive signal and converts alternating current into positive and negative direct current; a positive-side capacitor 7 that is connected to a positive output of the second power converter 6 and is charged to a predetermined value (for example, 140 V); , Of the second power converter 3 Connected to the negative output capacitor 8 connected to the pole output and charged to a predetermined value (for example, −140 V), and connected to the positive electrode side capacitor 7 and the negative electrode side capacitor 8, the DC power is converted into AC power of a predetermined voltage (for example, AC 100 V) Connected between the third power conversion unit 9, the second reactor 10 connected to the subsequent stage of the third power conversion unit 9, and the output of the second reactor 10 and the other common line 18 of the AC power supply 1. And the output relay 12 having one end connected to the load 14 and connected to the subsequent stage of the second reactor 10.

そして、交流電源1の他方の共通線18は、負荷14の他端に接続されている。
なお、特許請求の範囲で述べている「交直電力変換装置」は、上述した第1の電力変換部5と、第2の電力変換部6と、正極側コンデンサ7と、負極側コンデンサ8とで構成される。
The other common line 18 of the AC power supply 1 is connected to the other end of the load 14.
The “AC / DC power converter” described in the claims includes the first power converter 5, the second power converter 6, the positive capacitor 7, and the negative capacitor 8 described above. Composed.

また、無停電電源装置100は、第1のリアクトル4の入力側端と第2のリアクトル10の出力側端を短絡または開放するバイパスリレー13と、正極端を切換リレー2のa接点(常時開路接点)側に接続され、負極端を共通線18に接続された蓄電部15と、この蓄電部15の電力を負極側コンデンサ8に供給する第4の電力変換部16も、有している。   The uninterruptible power supply 100 also includes a bypass relay 13 that short-circuits or opens the input-side end of the first reactor 4 and the output-side end of the second reactor 10, and a positive end that is a contact (a normally open circuit) of the switching relay 2. The power storage unit 15 connected to the contact) side and having the negative electrode end connected to the common line 18 and the fourth power conversion unit 16 that supplies the power of the power storage unit 15 to the negative capacitor 8 are also included.

ここに、第1の電力変換部5は、各ダイオード5D1〜5D4をそれぞれ逆並列に接続した4つのスイッチング素子5Q1〜5Q4を互いにフルブリッジ接続するとともに、直流電圧を保持する直流電源部としての第1の直流コンデンサ5Cを設けて構成されている。   Here, the first power conversion unit 5 is a first DC power supply unit that holds the DC voltage and connects the four switching elements 5Q1 to 5Q4 in which the diodes 5D1 to 5D4 are connected in antiparallel with each other in a full bridge connection. 1 DC capacitor 5C is provided.

また、第2の電力変換部6は、交流電源1の最大電圧Vpの約2倍の電圧Vout(≒2Vp)の直流電圧を出力するものであって、ダイオード6Da、6Dbをそれぞれ逆並列に接続した上下一対のスイッチング素子6Qa、6Qbが互いに直列に接続されるとともに、互いに直列接続された平滑用の上下一対の正極側及び負極側コンデンサ7、8が、これらのスイッチング素子6Qa、6Qbの直列回路に対して並列に接続されている。そして、スイッチング素子5Q1、5Q2の接続点である電力線20が両スイッチング素子6Qa、6Qbの接続点に、交流電源1の他方の電力線18が正極側コンデンサ7及び負極側コンデンサ8の接続点にそれぞれ接続されている。さらに、この第2の電力変換部6は、ダイオード6Dcをそれぞれ逆並列に接続した一対のスイッチング素子6Qcを互いに逆極性に直列接続してなる第1の双方向スイッチ6SWが、両スイッチング素子6Qa、6Qbの接続点と、正極側コンデンサ7及び負極側コンデンサ8の接続点との間に接続されている。   The second power conversion unit 6 outputs a DC voltage having a voltage Vout (≈2 Vp) that is approximately twice the maximum voltage Vp of the AC power supply 1, and connects the diodes 6Da and 6Db in antiparallel. The pair of upper and lower switching elements 6Qa and 6Qb are connected in series with each other, and a pair of smoothing upper and lower positive electrode side and negative electrode side capacitors 7 and 8 connected in series to each other is a series circuit of these switching elements 6Qa and 6Qb. Are connected in parallel. The power line 20 that is the connection point of the switching elements 5Q1 and 5Q2 is connected to the connection point of both switching elements 6Qa and 6Qb, and the other power line 18 of the AC power supply 1 is connected to the connection point of the positive side capacitor 7 and the negative side capacitor 8 respectively. Has been. Further, the second power converter 6 includes a first bidirectional switch 6SW formed by connecting a pair of switching elements 6Qc, each having a diode 6Dc connected in antiparallel, in series with opposite polarities, and the two switching elements 6Qa, It is connected between the connection point of 6Qb and the connection point of the positive electrode side capacitor 7 and the negative electrode side capacitor 8.

次に、直流電力を交流電力に変換する第3の電力変換部9の構成について説明する。
図2において、第3の電力変換部9は、正極側コンデンサ7及び負極側コンデンサ8に接続され、1パルスの駆動信号で動作して直流を交流に変換する第1のインバータ91と、第1のインバータ91の後段に電力線21で接続され、高周波で動作する単相のフルブリッジ回路からなる第2のインバータ92と、第2のインバータ92の直流電源である第2の直流コンデンサ9Cと、から構成されている。
なお、特許請求の範囲で述べている「直交電力変換装置」、「第2のコンデンサ」とは、それぞれ上述した第3の電力変換部9、第2の直流コンデンサ9Cのことである。
Next, the structure of the 3rd power converter 9 which converts direct-current power into alternating current power is demonstrated.
In FIG. 2, the third power converter 9 is connected to the positive-side capacitor 7 and the negative-side capacitor 8 and operates with a one-pulse drive signal to convert direct current into alternating current, A second inverter 92 composed of a single-phase full-bridge circuit operating at a high frequency, and a second DC capacitor 9C serving as a DC power source for the second inverter 92. It is configured.
The “orthogonal power conversion device” and the “second capacitor” described in the claims are the above-described third power conversion unit 9 and second DC capacitor 9C, respectively.

第1のインバータ91は、ダイオード9Da,9Dbをそれぞれ逆並列に接続した上下一対のスイッチング素子9Qa、9Qbが互いに直列に接続されるとともに、これらのスイッチング素子9Qa、9Qbの直列体が、正極側及び負極側コンデンサ7、8の直列体に対して並列に接続されている。そして、ダイオード9Dcをそれぞれ逆並列に接続した一対のスイッチング素子9Qcを互いに逆極性に直列接続してなる第2の双方向スイッチ9SWが、両スイッチング素子9Qa、9Qbの接続点と正極側及び負極側コンデンサ7、8の接続点との間に接続されている。   In the first inverter 91, a pair of upper and lower switching elements 9Qa and 9Qb in which diodes 9Da and 9Db are connected in antiparallel are connected in series with each other, and a series body of these switching elements 9Qa and 9Qb is connected to the positive side and The negative capacitors 7 and 8 are connected in parallel to the series body. Then, a second bidirectional switch 9SW formed by connecting a pair of switching elements 9Qc, each having a diode 9Dc connected in antiparallel, in series with opposite polarities, is connected to the connection point between both switching elements 9Qa, 9Qb, the positive side and the negative side It is connected between the connection points of the capacitors 7 and 8.

第2のインバータ92は、各ダイオード9D1〜9D4をそれぞれ逆並列に接続した4つのスイッチング素子9Q1〜9Q4を互いにフルブリッジ接続するとともに、直流電圧を保持する直流部としての第2の直流コンデンサ9Cを設けて構成されている。また、スイッチング素子9Q1、9Q4の接続点がスイッチング素子9Qa、9Qbの接続点に接続され、スイッチング素子9Q3、9Q2の接続点が第2のリアクトル10の入力側に接続されている。   The second inverter 92 connects the four switching elements 9Q1 to 9Q4, in which the diodes 9D1 to 9D4 are connected in antiparallel, to each other in a full bridge connection, and includes a second DC capacitor 9C as a DC unit that holds a DC voltage. It is provided and configured. The connection point of the switching elements 9Q1 and 9Q4 is connected to the connection point of the switching elements 9Qa and 9Qb, and the connection point of the switching elements 9Q3 and 9Q2 is connected to the input side of the second reactor 10.

第4の電力変換部16は、ダイオード16Da,16Dbをそれぞれ逆並列に接続した上下一対のスイッチング素子16Qa、16Qbが互いに直列に接続されるとともに、スイッチング素子16Qa、16Qbの直列体におけるスイッチング素子16Qa側が蓄電部15の正極に、該直列体におけるスイッチング素子16Qb側が負極側コンデンサ8の負側に接続されている。また、スイッチング素子16Qaと16Qbの接続点には、第3のリアクトル16cの一端が接続され、第3のリアクトル16cの他端は電力線18に接続されている。   The fourth power conversion unit 16 includes a pair of upper and lower switching elements 16Qa and 16Qb in which the diodes 16Da and 16Db are connected in antiparallel, and are connected in series to each other. The switching element 16Qb side in the series body is connected to the negative side of the negative electrode side capacitor 8 at the positive electrode of the power storage unit 15. One end of the third reactor 16c is connected to the connection point between the switching elements 16Qa and 16Qb, and the other end of the third reactor 16c is connected to the power line 18.

そして、上記の第1の電力変換部5、第2の電力変換部6、および第3の電力変換部9を構成する各スイッチング素子5Q1〜5Q4、6Qa〜6Qc、9Qa〜9Qc、9Q1〜9Q4は図示しない制御回路から与えられる駆動信号によってスイッチング制御される。なお、上記の各スイッチング素子5Q1〜5Q4、6Qa〜6Qc、9Qa〜9Qc、9Q1〜9Q4として、ここではIGBT等の自己消弧型のものが適用されているが、これに限らず、例えばMOSFETやバイポーラトランジスタなどで構成することが可能である。   And each switching element 5Q1-5Q4, 6Qa-6Qc, 9Qa-9Qc, 9Q1-9Q4 which comprises said 1st power converter 5, 2nd power converter 6, and 3rd power converter 9 is as follows. Switching control is performed by a drive signal supplied from a control circuit (not shown). In addition, as each said switching element 5Q1-5Q4, 6Qa-6Qc, 9Qa-9Qc, 9Q1-9Q4, although self-extinguishing type | molds, such as IGBT, are applied here, not only this but MOSFET, A bipolar transistor or the like can be used.

次に無停電電源装置100の動作について、詳細に説明する。
まず、交流電力を直流電力に変換するコンバータである第1及び第2の電力変換部5、6の動作について説明する。
交流電源1が健全時(例えば、交流電源1の電圧がAC80VからAC140Vの時)には、切換リレー2のb接点2bが閉、突入電流防止部3内のリレー3bが閉となり、第1のリアクトル4、第1の電力変換部5、第2の電力変換部6により、正極側コンデンサ7に例えば140V、負極側コンデンサ8に例えば−140Vの直流電力を供給する。
第1、第2の電力変換装置の動作について、図4および図5に示す動作波形図を参照して説明する。
Next, the operation of the uninterruptible power supply 100 will be described in detail.
First, operations of the first and second power conversion units 5 and 6 that are converters that convert AC power into DC power will be described.
When the AC power source 1 is healthy (for example, when the voltage of the AC power source 1 is from AC 80 V to AC 140 V), the b-contact 2 b of the switching relay 2 is closed, and the relay 3 b in the inrush current preventing unit 3 is closed, and the first The reactor 4, the first power conversion unit 5, and the second power conversion unit 6 supply DC power of, for example, 140 V to the positive-side capacitor 7 and −140 V, for example, to the negative-side capacitor 8.
The operation of the first and second power converters will be described with reference to operation waveform diagrams shown in FIGS. 4 and 5.

ここでは、先ず第2の電力変換部6の動作について、図3を参照して説明する。
交流電源1の正の半周期では、スイッチング素子6Qbはオフの状態が継続される。正の半周期において電圧の立ち上がり部分と立下り部分に第1の双方向スイッチ6SWのスイッチング素子6Qcをオンにすることで、両電力線20、18間が短絡されるため、両電力線20、18間の電圧をVxとすると、Vx(図3中、太実線で示す)はゼロになる。また、交流電源1の正の半周期内のそれ以外の期間では、スイッチング素子6Qcはオフであり、かつ、その際にスイッチング素子6Qaがオンされることで、上側の正極側コンデンサ7がVxに充電される。
Here, the operation of the second power converter 6 will be described with reference to FIG.
In the positive half cycle of AC power supply 1, switching element 6Qb is kept off. Since the switching element 6Qc of the first bidirectional switch 6SW is turned on at the rising and falling portions of the voltage in the positive half cycle, the two power lines 20 and 18 are short-circuited. Vx (indicated by a thick solid line in FIG. 3) is zero. In the other period within the positive half cycle of the AC power supply 1, the switching element 6Qc is off, and the switching element 6Qa is turned on at this time, so that the upper positive-side capacitor 7 is set to Vx. Charged.

交流電源1の負の半周期では、スイッチング素子6Qaはオフの状態が継続される。負の半周期において電圧の立ち上がり部分と立下り部分に第1の双方向スイッチ6SWのスイッチング素子6Qcをオンにすることで、両電力線20、18間が短絡されるため、両電力線20、18間の電圧Vx(図3中、太実線で示す)はゼロになる。また、交流電源1の負の半周期内のそれ以外の期間では、スイッチング素子6Qcはオフであり、かつ、その際にスイッチング素子6Qbがオンされることで、下側の負極側コンデンサ8がVxに充電される。   In the negative half cycle of AC power supply 1, switching element 6Qa is kept off. Since the switching element 6Qc of the first bidirectional switch 6SW is turned on at the rising and falling portions of the voltage in the negative half cycle, the power lines 20 and 18 are short-circuited. Voltage Vx (indicated by a thick solid line in FIG. 3) becomes zero. In the other period within the negative half cycle of the AC power supply 1, the switching element 6Qc is off, and the switching element 6Qb is turned on at this time, so that the lower negative-side capacitor 8 becomes Vx Is charged.

このように、正の半周期では上側の正極側コンデンサ7がVxに充電され、負の半周期では下側の負極側コンデンサ8がVxに充電されるので、上下一対の正極側及び負極側コンデンサ7、8全体では2・Vxの電圧が充電され、これが第2の電力変換部6の出力電圧Voutとなる。   In this way, the upper positive-side capacitor 7 is charged to Vx in the positive half cycle, and the lower negative-side capacitor 8 is charged to Vx in the negative half cycle. 7 and 8 as a whole are charged with a voltage of 2 · Vx, which becomes the output voltage Vout of the second power converter 6.

次に、第1の電力変換部5の動作について説明する。
第1の電力変換部5と第1のリアクトル4は、交流電源1が正の半周期において、第2の電力変換部6のスイッチング素子6Qa,6Qcによって決定された電圧Vxと交流電源1の電圧Vp・sin(ωt)との電圧差を埋めるような電圧Viv(図3の太破線で示す)を常に発生する。すなわち、第1の電力変換部5と第1のリアクトル4で発生される電圧Vivは、次の関係式を満たすようにスイッチング制御される。
Viv=Vx−Vp・sin(ωt) (1)
Next, the operation of the first power conversion unit 5 will be described.
The first power conversion unit 5 and the first reactor 4 include a voltage Vx determined by the switching elements 6Qa and 6Qc of the second power conversion unit 6 and a voltage of the AC power supply 1 when the AC power supply 1 is in a positive half cycle. A voltage Viv (indicated by a thick broken line in FIG. 3) that fills the voltage difference from Vp · sin (ωt) is always generated. That is, the voltage Viv generated in the first power conversion unit 5 and the first reactor 4 is subjected to switching control so as to satisfy the following relational expression.
Viv = Vx−Vp · sin (ωt) (1)

よって、第2の電力変換部6に加わる電圧Vxは、
Vx=Vp・sin(ωt)+Viv (2)
となる。
Therefore, the voltage Vx applied to the second power converter 6 is
Vx = Vp · sin (ωt) + Viv (2)
It becomes.

第1の電力変換部5と第1のリアクトル4は、交流電源1が負の半周期においても、正の半周期の場合と同様に、第2の電力変換部6のスイッチング素子6Qb,6Qcによって決定されたVxの電圧と交流電源1の電圧Vp・sin(ωt)との電圧差を埋めるような電圧−Vivを発生する。   The first power conversion unit 5 and the first reactor 4 are switched by the switching elements 6Qb and 6Qc of the second power conversion unit 6 even when the AC power supply 1 is in the negative half cycle, as in the case of the positive half cycle. A voltage −Viv that fills the voltage difference between the determined voltage Vx and the voltage Vp · sin (ωt) of the AC power supply 1 is generated.

次に、第1の電力変換部5の具体的な動作について、図4に示す動作波形図を参照して説明する。なお、一般にコンバータ回路は、交流電源1から流入する電流が近似的に正弦波になるようにPWM制御されることが多いが、この実施の形態1についても、交流電源1から流入する電流が正弦波に近似するようにPWM制御される場合について説明する。   Next, a specific operation of the first power converter 5 will be described with reference to an operation waveform diagram shown in FIG. In general, the converter circuit is often PWM controlled so that the current flowing from the AC power supply 1 is approximately a sine wave. However, also in the first embodiment, the current flowing from the AC power supply 1 is sine. A case where PWM control is performed so as to approximate a wave will be described.

前述のごとく、第1の電力変換部5と第1のリアクトル4は、第2の電力変換部6に加わる電圧Vxと交流電源1の電圧Vp・sin(ωt)との差を埋めるような電圧Vivを発生するように動作するが、具体的には、交流電源1の電流ioが近似的に正弦波になるように第1の電力変換部5は出力電圧を発生する。   As described above, the first power conversion unit 5 and the first reactor 4 are voltages that fill the difference between the voltage Vx applied to the second power conversion unit 6 and the voltage Vp · sin (ωt) of the AC power supply 1. Although it operates to generate Viv, specifically, the first power converter 5 generates an output voltage so that the current io of the AC power supply 1 is approximately a sine wave.

図4は第1の電力変換部5から出力される電圧波形の一例を示す。同図(a)に示すように、スイッチング素子5Q1、5Q2がオフ、スイッチング素子5Q4がオンの状態で、スイッチング素子5Q3をオン/オフ制御すれば、その出力電圧は正の矩形波波形となる。また、同図(b)に示すように、スイッチング素子5Q3、5Q4がオフ、スイッチング素子5Q2がオンの状態で、スイッチング素子5Q1をオン/オフ制御すれば、その出力電圧は負の矩形波波形となる。そして、図外の制御回路によって各スイッチング素子5Q1〜5Q4を駆動信号でスイッチングして交流電源1の電流が近似的に正弦波になるように上記の矩形波のデューティ比を変化させるPWM制御を行う。   FIG. 4 shows an example of a voltage waveform output from the first power converter 5. As shown in FIG. 5A, if the switching element 5Q3 is turned on / off while the switching elements 5Q1 and 5Q2 are turned off and the switching element 5Q4 is turned on, the output voltage has a positive rectangular waveform. Further, as shown in FIG. 5B, if the switching element 5Q1 is turned on / off while the switching elements 5Q3 and 5Q4 are off and the switching element 5Q2 is on, the output voltage has a negative rectangular waveform. Become. Then, PWM control is performed to change the duty ratio of the rectangular wave so that the switching elements 5Q1 to 5Q4 are switched by a drive signal by a control circuit (not shown) and the current of the AC power supply 1 becomes approximately a sine wave. .

その際、第1のリアクトル4には上記のような矩形波の電圧が印加されて平滑化されるので、結果的に第1の電力変換部5と第1のリアクトル4で発生される電圧Vivは、図3の太破線で示す波形となる。その場合の電圧Vivは、第2の電力変換部6に加わるVxと交流電源1の電圧Vp・sin(ωt)との差(前述の(1)式参照)を埋めるだけの値をもてばよいので、この電圧Vivを生成するための矩形波の尖頭値(ピーク値)となる電圧Voは、第2の電力変換部6から出力される電圧Voutの値よりも十分に小さくなる。このため、第1のリアクトル4のインダクタンス値を小さくすることができ、その結果、従来の昇圧型のコンバータに比べてコストが安くて済むとともに、第1の電力変換部5のスイッチング損失を低く抑えることができる。   At that time, the first reactor 4 is smoothed by applying the rectangular wave voltage as described above, and as a result, the voltage Viv generated in the first power conversion unit 5 and the first reactor 4. Is a waveform indicated by a thick broken line in FIG. In this case, the voltage Viv should have a value sufficient to fill the difference between the Vx applied to the second power converter 6 and the voltage Vp · sin (ωt) of the AC power supply 1 (see the above-described equation (1)). Therefore, the voltage Vo that becomes the peak value (peak value) of the rectangular wave for generating the voltage Viv is sufficiently smaller than the value of the voltage Vout output from the second power converter 6. For this reason, the inductance value of the 1st reactor 4 can be made small, As a result, cost is low compared with the conventional step-up type converter, and the switching loss of the 1st power converter 5 is suppressed low. be able to.

次に、第1の電力変換部5で扱う電力収支について説明する。
図3において、いま、交流電源1の正の半周期に着目した場合、第1の電力変換部5が扱う電力は、スイッチング素子6Qcがオンしている期間は負の電力(電流が正の場合)、スイッチング素子6Qcがオフでスイッチング素子6Qaがオンしている期間は正の電力である。この正負の2つの電力量が等しければ、正の半周期での第1の電力変換部5(で扱う電力収支はゼロとなり、特別な直流電源を第1の直流コンデンサ5Cの部分に設ける必要がない。
Next, the power balance handled by the first power conversion unit 5 will be described.
In FIG. 3, when attention is paid to the positive half cycle of the AC power supply 1, the power handled by the first power converter 5 is negative power (when the current is positive) during the period when the switching element 6Qc is on. ), The period during which the switching element 6Qc is off and the switching element 6Qa is on is positive power. If the two positive and negative power amounts are equal, the power balance handled by the first power conversion unit 5 (in the positive half cycle becomes zero, and a special DC power source needs to be provided in the first DC capacitor 5C portion. Absent.

このように、第1の電力変換部5における電力収支をゼロとするには、第2の電力変換部6に加わる電圧Vxのパルス幅、あるいは第2の電力変換部6から出力される電圧Voutの値を制御すればよい。すなわち、第1の双方向スイッチ6SWのスイッチング素子6Qcおよび第2の電力変換部6のスイッチング素子6Qaのオン/オフ期間の制御によって上記の電圧Vxのパルス幅を広げれば正の電力量が増加する。また、第1の電力変換部5のPWM制御によって第1の電力変換部5の出力電圧Vivを制御して第2の電力変換部6から出力される電圧Voutの電圧値を上げても正の電力値が増加する。したがって、これによって、電力収支がゼロとなるように調整することができる。なお、負の半周期についても同様な動作となるので説明を省略する。このように、高周波で動作する第1の電力変換部5の1周期当りの電力収支がゼロとなるようにすれば、第1の電力変換部5には直流電源が不要となり、低コスト化できる。なお、電流の極性が反対の場合(回生動作の場合)には、それぞれの表現の極性は反対となる。   Thus, in order to make the power balance in the first power converter 5 zero, the pulse width of the voltage Vx applied to the second power converter 6 or the voltage Vout output from the second power converter 6 The value of can be controlled. That is, if the pulse width of the voltage Vx is increased by controlling the on / off period of the switching element 6Qc of the first bidirectional switch 6SW and the switching element 6Qa of the second power converter 6, the positive electric energy increases. . Further, even if the output voltage Viv of the first power conversion unit 5 is controlled by the PWM control of the first power conversion unit 5 and the voltage value of the voltage Vout output from the second power conversion unit 6 is increased, it is positive. The power value increases. Therefore, the power balance can be adjusted to be zero. In addition, since it becomes the same operation | movement also about a negative half cycle, description is abbreviate | omitted. In this way, if the power balance per cycle of the first power conversion unit 5 operating at a high frequency is zero, the first power conversion unit 5 does not require a DC power source and can be reduced in cost. . Note that when the current polarities are opposite (in the case of regenerative operation), the polarities of the respective expressions are opposite.

ところが、無停電電源装置の場合、第3の電力変換部9の出力電圧は安定化させる必要があり、第2の電力変換部6から出力される電圧Voutの値、すなわち、上下一対の正極側及び負極側コンデンサ7、8の電圧は一定の電圧値としたい。そうすると、交流電源1の電圧が高くなると、パルス幅を大きくする必要があるが、パルス幅は交流電源1の半周期が上限であり、このときが交流電源1の使用電圧の上限となる。   However, in the case of an uninterruptible power supply, the output voltage of the third power conversion unit 9 needs to be stabilized, and the value of the voltage Vout output from the second power conversion unit 6, that is, a pair of upper and lower positive electrodes Also, the voltages of the negative side capacitors 7 and 8 are desired to be constant voltage values. Then, when the voltage of the AC power supply 1 is increased, it is necessary to increase the pulse width. However, the pulse width has an upper limit of a half cycle of the AC power supply 1, and this time becomes the upper limit of the working voltage of the AC power supply 1.

例えば、第3の電力変換部9の出力電圧をAC100Vとすると、電圧Voutの値、すなわち、上下一対の正極側及び負極側コンデンサ7、8の各電圧は、第3の電力変換部9の動作に適した例えば、DC140V程度を維持するようにしたい。この場合、図5(a)、図6(a)に示すように、交流電源1の電圧がAC100Vのときは、パルス幅を大きくする余裕がある。ここで、図6では一点鎖線が電流、破線が電圧、実線が電力をそれぞれ示す。   For example, when the output voltage of the third power conversion unit 9 is AC100V, the value of the voltage Vout, that is, the voltages of the pair of upper and lower positive side and negative side capacitors 7 and 8 is the operation of the third power conversion unit 9. For example, it is desired to maintain about DC 140V. In this case, as shown in FIGS. 5A and 6A, when the voltage of the AC power supply 1 is 100 V AC, there is a margin for increasing the pulse width. Here, in FIG. 6, the alternate long and short dash line indicates current, the broken line indicates voltage, and the solid line indicates power.

ところが、図5(b)に示すように、交流電源1の電圧がAC125V程度になると、第2の電力変換部6のパルス幅が最大となり交流電源1の電圧がこれ以上高くなってもパルス幅を大きくすることができない。よって、例えば、交流電源1の電圧がAC135V程度になると、図6(b)に示すように、正極側及び負極側コンデンサ7、8の各電圧を維持したまま第1の電力変換部5で扱う電力収支ゼロを保つことはできない。
そこで、上下一対の正極側及び負極側コンデンサ7、8の各電圧を所定の値に維持しつつ、交流電源1からの入力電圧をさらに高く設定可能とするための特別な動作について以下に説明する。
However, as shown in FIG. 5 (b), when the voltage of the AC power supply 1 is about AC 125V, the pulse width of the second power conversion unit 6 is maximized and the pulse width is increased even if the voltage of the AC power supply 1 is further increased. Cannot be increased. Therefore, for example, when the voltage of the AC power supply 1 becomes about AC135V, as shown in FIG. 6B, the first power conversion unit 5 handles the voltages of the positive and negative capacitors 7 and 8 while maintaining them. The power balance cannot be kept at zero.
Therefore, a special operation for enabling the input voltage from the AC power supply 1 to be set higher while maintaining the voltages of the pair of upper and lower positive and negative capacitors 7 and 8 at predetermined values will be described below. .

第1の電力変換部5と第1のリアクトル4が負担する電圧は、図3に示すように、交流電源1の入力電圧波形と第2の電力変換部6の負担電圧との差となり、太破線で示す電圧波形Vivとなる。そして、第1の電力変換部5が負担する電力は、交流電源1からの入力電流と前述した電圧Vivとの積となる。
無停電電源装置100においては力率を1に近づけるために、通常、交流電源1の入力電流は、入力電圧の位相と同期を取った正弦波になるように制御されるが、入力電圧が高くなると、入力電流の最大値である位相90度及び270度付近において第1の電力変換部5が負担する電力が最大となり、第1の直流コンデンサ5Cの電圧が上昇する。
As shown in FIG. 3, the voltage borne by the first power conversion unit 5 and the first reactor 4 is the difference between the input voltage waveform of the AC power supply 1 and the voltage borne by the second power conversion unit 6. The voltage waveform Viv is indicated by a broken line. And the electric power which the 1st electric power conversion part 5 bears becomes a product of the input current from AC power supply 1, and the voltage Viv mentioned above.
In the uninterruptible power supply 100, in order to bring the power factor close to 1, normally, the input current of the AC power supply 1 is controlled to be a sine wave synchronized with the phase of the input voltage, but the input voltage is high. As a result, the power borne by the first power converter 5 is maximized in the vicinity of the phases of 90 degrees and 270 degrees, which are the maximum values of the input current, and the voltage of the first DC capacitor 5C increases.

そこで、第2の電力変換部6は第1の電力変換部5の1周期当たりの電力収支がゼロとなるように第2の電力変換部6に加わる電圧のパルス幅を制御するとともに、パルス幅が交流電源の半周期に達する状況に応じ、すなわち、パルス幅が交流電源の半周期に達するか、パルス幅が交流電源の半周期に達する直前に、第1の電力変換部5は交流電源1からの入力電流の波形を入力電流値の最大値付近の電流値を下げるように正弦波形に3次高調波を重畳した電流にする。これにより、交流電源1からの入力電圧が高くても、第1の電力変換部5の負担する電力を小さくでき、電力収支ゼロの調整が可能となる。図7(a)、図7(b)は交流電源1の入力電圧がAC135Vの場合を示すが、図7(b)太実線に示すように第3次高調波を重畳した電流波形にすることで、電力収支をゼロ(太破線)に調整することが可能となる。   Therefore, the second power conversion unit 6 controls the pulse width of the voltage applied to the second power conversion unit 6 so that the power balance per cycle of the first power conversion unit 5 becomes zero, and the pulse width The first power conversion unit 5 is connected to the AC power source 1 according to the situation in which AC reaches the half cycle of the AC power source, that is, immediately before the pulse width reaches the half cycle of the AC power source or the pulse width reaches the half cycle of the AC power source. The waveform of the input current is set to a current in which the third harmonic is superimposed on the sine waveform so as to lower the current value near the maximum value of the input current value. Thereby, even if the input voltage from AC power supply 1 is high, the electric power which the 1st power converter 5 bears can be made small, and adjustment of a power balance zero is attained. 7 (a) and 7 (b) show the case where the input voltage of the AC power supply 1 is AC135V. However, as shown by the thick solid line in FIG. 7 (b), the current waveform is superimposed on the third harmonic. Thus, the power balance can be adjusted to zero (thick broken line).

交流電源1の入力電流に高調波を重畳することは、入力力率を悪化することになるが、図7(b)の場合でも力率0.9は確保しており、一時的に交流電源1の入力電圧が高くなった場合に本制御を行っても交流電源1への影響は小さい。
なお、ここでは、正弦波形に3次高調波を重畳した電流波形にする例を示したが、台形状に90度と270度付近のピーク値を下げるような電流波形としてもよい。
Although superimposing harmonics on the input current of the AC power supply 1 deteriorates the input power factor, a power factor of 0.9 is secured even in the case of FIG. Even if this control is performed when the input voltage of 1 becomes high, the influence on the AC power supply 1 is small.
Although an example in which the current waveform is formed by superimposing the third harmonic on the sine waveform is shown here, a trapezoidal current waveform that lowers the peak values near 90 degrees and 270 degrees may be used.

次に直流電力を交流電力に変換するインバータ部である第3の電力変換部9の動作について説明する。
図8に示すように、正の電圧を出力する半周期では、スイッチング素子9Qbはオフの状態が継続される。正の半周期において電圧の立ち上がり部分と立下り部分に第2の双方向スイッチ9SWのスイッチング素子9Qcをオンにすることで、両電力線21、18間が短絡されるため、両電力線21、18間の電圧をVyとすると、Vy(図8中、太実線で示す)はゼロになる。また、正の半周期内のそれ以外の期間では、スイッチング素子9Qcはオフであり、かつ、その際にスイッチング素子9Qaがオンされることで、上側の正極側コンデンサ7の電圧が出力される。
Next, the operation of the third power conversion unit 9 that is an inverter unit that converts DC power into AC power will be described.
As shown in FIG. 8, in the half cycle in which a positive voltage is output, the switching element 9Qb is kept off. Since the switching element 9Qc of the second bidirectional switch 9SW is turned on at the rising and falling portions of the voltage in the positive half cycle, the power lines 21 and 18 are short-circuited. Vy (shown by a thick solid line in FIG. 8) becomes zero. In the other period within the positive half cycle, the switching element 9Qc is off, and the switching element 9Qa is turned on at this time, so that the voltage of the upper positive side capacitor 7 is output.

また、負の電圧を出力する半周期では、スイッチング素子9Qaはオフの状態が継続される。負の半周期において電圧の立ち上がり部分と立下り部分に第2の双方向スイッチ9SWのスイッチング素子9Qcをオンにすることで、両電力線21、18間が短絡されるため、両電力線21、18間の電圧Vy(図8中、太実線で示す)はゼロになる。また、負の半周期内のそれ以外の期間では、スイッチング素子9Qcはオフであり、かつ、その際にスイッチング素子9Qbがオンされることで、下側の負極側コンデンサ8の電圧が出力される。   Further, in the half cycle in which a negative voltage is output, the switching element 9Qa is kept off. Since the switching element 9Qc of the second bidirectional switch 9SW is turned on at the rising and falling portions of the voltage in the negative half cycle, the two power lines 21 and 18 are short-circuited. Voltage Vy (indicated by a thick solid line in FIG. 8) becomes zero. In the other period within the negative half cycle, the switching element 9Qc is off, and the switching element 9Qb is turned on at this time, so that the voltage of the lower negative side capacitor 8 is output. .

第2のインバータ92と第2のリアクトル10は、出力電圧が正の半周期において、第1のインバータ91のスイッチング素子9Qa、9Qcによって決定された電圧Vyと出力電圧の電圧Vo・sin(ωt)との電圧差を埋めるような電圧Vov(図8の太破線で示す)を常に発生する。すなわち、第2のインバータ92で発生される電圧Vovは、次の関係式を満たすようにスイッチング制御される。
Vov=Vy−Vo・sin(ωt) (3)
In the second inverter 92 and the second reactor 10, the output voltage is a voltage Vy determined by the switching elements 9Qa and 9Qc of the first inverter 91 and a voltage Vo · sin (ωt) in the positive half cycle. A voltage Vov (indicated by a thick broken line in FIG. 8) that always fills the voltage difference is generated. That is, the voltage Vov generated by the second inverter 92 is switching-controlled so as to satisfy the following relational expression.
Vov = Vy−Vo · sin (ωt) (3)

よって、第1のインバータ91の出力電圧Vyは、
Vy=Vo・sin(ωt)+Vov (4)
となる。
Therefore, the output voltage Vy of the first inverter 91 is
Vy = Vo · sin (ωt) + Vov (4)
It becomes.

第2のインバータ92と第2のリアクトル10は、出力電圧が負の半周期においても、正の半周期の場合と同様に、第1のインバータ91のスイッチング素子9Qb、9Qcによって決定されたVyの電圧と出力電圧Vo・sin(ωt)との電圧差を埋めるような電圧Vovを発生する。   In the second inverter 92 and the second reactor 10, the output voltage of Vy determined by the switching elements 9 </ b> Qb and 9 </ b> Qc of the first inverter 91 is the same as in the positive half cycle even in the negative half cycle of the output voltage. A voltage Vov that fills the voltage difference between the voltage and the output voltage Vo · sin (ωt) is generated.

次に第2のインバータ92の第2の直流コンデンサ9Cの電圧を維持するために、第2のインバータ92が負担する電力収支を0に調整する動作について説明する。
図8において、いま、出力電圧の正の半周期に着目した場合、第2のインバータ部92が扱う電力は、スイッチング素子9Qcがオンしている期間は負の電力(電流が正の場合)、スイッチング素子9Qcがオフでスイッチング素子9Qaがオンしている期間は正の電力である。この正負の2つの電力量が等しければ、正の半周期での第2のインバータ部92で扱う電力収支はゼロとなり、特別な直流電源を第2の直流コンデンサ9Cの部分に設ける必要がない。
Next, an operation of adjusting the power balance borne by the second inverter 92 to 0 in order to maintain the voltage of the second DC capacitor 9C of the second inverter 92 will be described.
In FIG. 8, when focusing on the positive half cycle of the output voltage, the power handled by the second inverter unit 92 is negative power (when the current is positive) during the period when the switching element 9Qc is on. The period when the switching element 9Qc is off and the switching element 9Qa is on is positive power. If the two positive and negative power amounts are equal, the power balance handled by the second inverter unit 92 in the positive half cycle becomes zero, and there is no need to provide a special DC power source in the second DC capacitor 9C.

このように、第2のインバータ部92における電力収支をゼロとするには、第1のインバータ部91に加わる電圧Vyのパルス幅、あるいは第3の電力変換部9から出力される電圧の値を制御すればよい。すなわち、第2の双方向スイッチ9SWのスイッチング素子9Qcおよび第1のインバータ部91のスイッチング素子9Qaのオン/オフ期間の制御によって上記の電圧Vyのパルス幅を広げれば正の電力量が増加し、第2の直流コンデンサ9Cの電圧は低下することとなる。また、第2のインバータ部92のPWM制御によって第2のインバータ部92の出力電圧Vovを制御して第3の電力変換部9から出力される電圧の電圧値を下げても正の電力値が増加する。したがって、これによって、電力収支がゼロとなるように調整することができる。なお、負の半周期についても同様な動作となるので説明を省略する。このように、高周波で動作する第2のインバータ部92の1周期当りの電力収支がゼロとなるようにすれば、第2のインバータ部92には直流電源が不要となり、低コスト化できる。なお、電流の極性が反対の場合(回生動作の場合)には、それぞれの表現の極性は反対となる。   Thus, in order to make the power balance in the second inverter unit 92 zero, the pulse width of the voltage Vy applied to the first inverter unit 91 or the value of the voltage output from the third power conversion unit 9 is set. Control is sufficient. That is, if the pulse width of the voltage Vy is increased by controlling the on / off period of the switching element 9Qc of the second bidirectional switch 9SW and the switching element 9Qa of the first inverter unit 91, the positive electric energy increases. The voltage of the second DC capacitor 9C will decrease. Further, even if the output voltage Vov of the second inverter unit 92 is controlled by the PWM control of the second inverter unit 92 and the voltage value of the voltage output from the third power conversion unit 9 is lowered, a positive power value is obtained. To increase. Therefore, the power balance can be adjusted to be zero. In addition, since it becomes the same operation | movement also about a negative half cycle, description is abbreviate | omitted. As described above, if the power balance per cycle of the second inverter unit 92 operating at a high frequency is zero, the second inverter unit 92 does not require a DC power source, and the cost can be reduced. Note that when the current polarities are opposite (in the case of regenerative operation), the polarities of the respective expressions are opposite.

しかしながら、無停電電源装置においては、第3の電力変換部9の出力電圧を大きく変動させることは通常できないので、第2の双方向スイッチ9SWのスイッチング素子9Qcおよび第1のインバータ部91のスイッチング素子9Qaのオン/オフ期間の制御によって上記の電圧Vyのパルス幅を制御することにより、第2のインバータ部92の1周期当りの電力収支をゼロにすることとなる。   However, in the uninterruptible power supply, the output voltage of the third power conversion unit 9 cannot normally be varied greatly. Therefore, the switching element 9Qc of the second bidirectional switch 9SW and the switching element of the first inverter unit 91 By controlling the pulse width of the voltage Vy by controlling the on / off period of 9Qa, the power balance per cycle of the second inverter unit 92 becomes zero.

また、別の調整方法としては、正極側コンデンサ7及び負極側コンデンサ8の電圧値を大きくしたり小さくしたりと調整することで、第2のインバータ部92に発生させる差電圧の大きさ及び電圧極性が変更でき、第2のインバータ部92の負担する電力収支を0に調整することができる。すなわち、正極側コンデンサ7及び負極側コンデンサ8の電圧値を大きくすると、第2のインバータ部92が負担する電力は正方向に増加する。この際、第2の直流コンデンサ9Cの電圧は低下することとなる。   As another adjustment method, the magnitude and voltage of the differential voltage generated in the second inverter unit 92 can be adjusted by increasing or decreasing the voltage values of the positive-side capacitor 7 and the negative-side capacitor 8. The polarity can be changed, and the power balance borne by the second inverter unit 92 can be adjusted to zero. That is, when the voltage values of the positive side capacitor 7 and the negative side capacitor 8 are increased, the electric power borne by the second inverter unit 92 increases in the positive direction. At this time, the voltage of the second DC capacitor 9C decreases.

また、更に別の調整方法としては、第1のインバータ91は第2のインバータ92の1周期当たりの電力収支がゼロとなるように第1のインバータ91に加わる電圧のパルス幅を制御するとともに、このパルス幅が第3の電力変換部9における出力電圧の半周期に達する状況に応じて、すなわち、パルス幅が出力電圧の半周期に達するか、パルス幅が出力電圧の半周期に達する直前に、第2のインバータ92は前記出力電圧の電圧最大値を低減させるように前記出力電圧の波形を変形させる。例えば、交流出力電圧に第3次高調波を重畳することで、交流出力電圧の位相90度及び270度付近の電圧値を低下もしくは上昇させるようにすれば、第2のインバータ92が負担する位相90度及び270度付近の電力が正方向に増加もしくは減少するので、第2のインバータ92の負担する電力収支を0に調整することが可能となる。   As another adjustment method, the first inverter 91 controls the pulse width of the voltage applied to the first inverter 91 so that the power balance per cycle of the second inverter 92 becomes zero, and Depending on the situation where the pulse width reaches the half cycle of the output voltage in the third power converter 9, that is, immediately before the pulse width reaches the half cycle of the output voltage, or just before the pulse width reaches the half cycle of the output voltage. The second inverter 92 transforms the waveform of the output voltage so as to reduce the maximum voltage value of the output voltage. For example, if the third harmonic is superimposed on the AC output voltage to reduce or increase the voltage value in the vicinity of 90 ° and 270 ° of the AC output voltage, the phase borne by the second inverter 92 Since the power near 90 degrees and 270 degrees increases or decreases in the positive direction, the power balance borne by the second inverter 92 can be adjusted to zero.

また、通常、第2のインバータ92は、出力電圧のピーク値付近で最大の電力を負担するので、正極側コンデンサ7及び負極側コンデンサ8の電圧値は、出力電圧のピーク値である140V付近にしておくと、第2のインバータ92の負担電力を小さくできる。特に出力電圧のピーク値付近に大きな電流が流れるコンデンサインプツト負荷においては有効であり、第2のインバータ92の小形化、低コスト化に寄与する。   In general, the second inverter 92 bears the maximum power in the vicinity of the peak value of the output voltage, so that the voltage values of the positive side capacitor 7 and the negative side capacitor 8 are around 140 V that is the peak value of the output voltage. If this is done, the burden on the second inverter 92 can be reduced. This is particularly effective in a capacitor input load in which a large current flows near the peak value of the output voltage, and contributes to downsizing and cost reduction of the second inverter 92.

通常運転時における交流電源1から蓄電部15の充電動作について図1に基づき説明する。
第4の電力変換部16のスイッチング素子16Qbをオンして、負極側コンデンサ8→第4の電力変換部16の第3のリアクトル16c→スイッチング素子16Qb→負極側コンデンサ8というルートで第3のリアクトル16cにエネルギーを貯める。続いて、スイッチング素子16Qbをオフして、第3のリアクトル16c→ダイオード16Da→蓄電部15→第3のリアクトル16cというルートで、第3のリアクトル16cに貯められたエネルギーを蓄電部15に充電する。
The charging operation of the power storage unit 15 from the AC power source 1 during normal operation will be described with reference to FIG.
The switching element 16Qb of the fourth power conversion unit 16 is turned on, and the third reactor is routed through the route of the negative capacitor 8 → the third reactor 16c of the fourth power conversion unit 16 → the switching element 16Qb → the negative capacitor 8. Store energy in 16c. Subsequently, the switching element 16Qb is turned off, and the energy stored in the third reactor 16c is charged in the power storage unit 15 through the route of the third reactor 16c → the diode 16Da → the power storage unit 15 → the third reactor 16c. .

次に、停電時等におけるバックアップ運転時の蓄電部15による正極側及び負極側コンデンサ7、8の充電動作を説明する。
バックアップ運転時は、切換えリレー2をa接点2a側に切換え、突入電流防止部3のスイッチ3bをオンさせ抵抗3aの両端を短絡し、さらに、スイッチング素子5Q3をオンさせる。
そして、第2の電力変換部6の第1の双方向スイッチ6SWをオンして、蓄電部15→切換えリレー2のa接点2a→スイッチ3b→第1のリアクトル4→ダイオード5D1→スイッチング素子5Q3→第1の双方向スイッチ6SW→蓄電部15というルートで第1のリアクトル4にエネルギーを貯める。
Next, the charging operation of the positive electrode side and negative electrode side capacitors 7 and 8 by the power storage unit 15 during the backup operation at the time of a power failure or the like will be described.
At the time of backup operation, the switching relay 2 is switched to the a contact 2a side, the switch 3b of the inrush current prevention unit 3 is turned on, both ends of the resistor 3a are short-circuited, and the switching element 5Q3 is further turned on.
Then, the first bidirectional switch 6SW of the second power conversion unit 6 is turned on, and the power storage unit 15 → the contact a 2a of the switching relay 2 → the switch 3b → the first reactor 4 → the diode 5D1 → the switching element 5Q3 → Energy is stored in the first reactor 4 through the route of the first bidirectional switch 6SW → power storage unit 15.

続いて、第1の双方向スイッチ6SWをオフして、第1のリアクトル4→ダイオード5D1→スイッチング素子5Q3→第2の電力変換部6のダイオード6Da→正極側コンデンサ7→蓄電部15→切換えリレー2のa接点2a→スイッチ3b→第1のリアクトル4というルートで、第1のリアクトル4に貯められたエネルギーを正極側コンデンサ7に充電する。   Subsequently, the first bidirectional switch 6SW is turned off, and the first reactor 4 → the diode 5D1 → the switching element 5Q3 → the diode 6Da of the second power conversion unit 6 → the positive side capacitor 7 → the power storage unit 15 → the switching relay. 2, the energy stored in the first reactor 4 is charged in the positive capacitor 7 through a route of a contact 2a → switch 3b → first reactor 4.

また、第4の電力変換部16の半導体スイッチ16Qaをオンして、蓄電部15→半導体スイッチ16Qa→第3のリアクトル16c→蓄電部15というルートで第3のリアクトル16cにエネルギーを貯める。続いて、半導体スイッチ16Qaをオフして、第3のリアクトル16c→負極側コンデンサ8→第4の電力変換部のダイオード16Db→第3のリアクトル16cというルートで、第3のリアクトル16cに貯められたエネルギーを負極側コンデンサ8に充電する。   Further, the semiconductor switch 16Qa of the fourth power conversion unit 16 is turned on, and energy is stored in the third reactor 16c through the route of the power storage unit 15 → the semiconductor switch 16Qa → the third reactor 16c → the power storage unit 15. Subsequently, the semiconductor switch 16Qa was turned off and stored in the third reactor 16c through the route of the third reactor 16c → the negative side capacitor 8 → the fourth power converter diode 16Db → the third reactor 16c. The energy is charged in the negative capacitor 8.

また、正極側コンデンサ7を充電する場合、第1の電力変換部5を使うことで、高効率化が可能となる。第1の電力変換部5と第1のリアクトル4は、第2の電力変換部6に加わる電圧Vxと蓄電部15の電圧との差を埋めるような電圧を発生するように動作させ、蓄電部15から流出する電流が、例えば、直流電流となるように動作させる。
例えば、出力電圧の周期に同期して、スイッチング素子6Qcをオン、オフさせることで、第1の電力変換部5が負担する電力は、スイッチング素子6Qcがオンのときは負、オフのときは正となり、スイッチングパルスの幅を変えることで電力収支をゼロとすることができる。
このように、第1の電力変換部5と第2の電力変換部6をしようすることで、前述のスイッチング損失の低減が図れる。
Moreover, when charging the positive electrode side capacitor 7, high efficiency can be achieved by using the first power converter 5. The first power conversion unit 5 and the first reactor 4 are operated so as to generate a voltage that fills the difference between the voltage Vx applied to the second power conversion unit 6 and the voltage of the power storage unit 15. For example, the operation is performed so that the current flowing out of the direct current 15 becomes a direct current.
For example, by turning on and off the switching element 6Qc in synchronization with the cycle of the output voltage, the power borne by the first power converter 5 is negative when the switching element 6Qc is on and positive when it is off. Thus, the power balance can be made zero by changing the width of the switching pulse.
In this way, the switching loss can be reduced by using the first power conversion unit 5 and the second power conversion unit 6.

次に無停電電源装置100の起動時に、第1〜第3の電力変換部内のコンデンサである第1の直流コンデンサ5C、正極側コンデンサ7、負極側コンデンサ8、及び第2の直流コンデンサ9Cを初期充電する動作について説明する。以下、本動作を第1の起動時充電動作と呼ぶものとする。
第1の直流コンデンサ5C、正極側コンデンサ7、負極側コンデンサ8を充電する動作について図1に基づき説明する。
Next, when the uninterruptible power supply 100 is started, the first DC capacitor 5C, the positive capacitor 7, the negative capacitor 8, and the second DC capacitor 9C, which are capacitors in the first to third power converters, are initially set. The operation of charging will be described. Hereinafter, this operation is referred to as a first start-up charging operation.
The operation of charging the first DC capacitor 5C, the positive capacitor 7 and the negative capacitor 8 will be described with reference to FIG.

無停電電源装置100が動作停止している状態で、交流電源1を印加すると、突入電流防止リレー部3のリレー3bは開であり、第1の電力変換部5、第2の電力変換部6の内の半導体スイッチはオフなので、抵抗3aと第1の電力変換部5、第2の電力変換部6内のダイオード(半導体スイッチに逆接続されたもの)を介して、各コンデンサを充電する電流が流れる。   When the AC power supply 1 is applied in the state where the uninterruptible power supply 100 is stopped, the relay 3b of the inrush current prevention relay unit 3 is open, and the first power conversion unit 5 and the second power conversion unit 6 are open. Since the semiconductor switch is turned off, the current for charging each capacitor through the resistor 3a, the first power converter 5 and the diode in the second power converter 6 (reversely connected to the semiconductor switch) Flows.

交流電源1の電圧が正の時は、交流電源1→切換えリレー2のb接点2b→抵抗3a→第1のリアクトル4→ダイオード5D1→第1の直流コンデンサ5C→ダイオード5D2→ダイオード6Da→正極側コンデンサ7→交流電源1と電流が流れ、第1の直流コンデンサ5C、及び正極側コンデンサ7が充電される。
交流電源1の電圧が負の時は、交流電源1→負極側コンデンサ8→ダイオード6Db→ダイオード5D3→第1の直流コンデンサ5C→ダイオード5D4→第1のリアクトル4→抵抗3a→切換えリレー2のb接点2b→交流電源1の順で電流が流れ、負極側コンデンサ8、及び第1の直流コンデンサ5Cが充電される。
When the voltage of the AC power supply 1 is positive, the AC power supply 1 → b contact 2b of the switching relay 2 → resistor 3a → first reactor 4 → diode 5D1 → first DC capacitor 5C → diode 5D2 → diode 6Da → positive side A current flows from the capacitor 7 to the AC power source 1, and the first DC capacitor 5C and the positive capacitor 7 are charged.
When the voltage of the AC power source 1 is negative, the AC power source 1 → the negative capacitor 8 → the diode 6Db → the diode 5D3 → the first DC capacitor 5C → the diode 5D4 → the first reactor 4 → the resistor 3a → b of the switching relay 2 A current flows in the order of contact 2b → AC power supply 1, and negative electrode side capacitor 8 and first DC capacitor 5C are charged.

次に、同じく起動時に第2の直流コンデンサ9C、正極側コンデンサ7、及び負極側コンデンサ8を充電する動作について説明する。
バイパスリレー13が常時閉(b接点)の場合は、突入電流防止部3のリレー3bは開、第3の電力変換部9の半導体スイッチはオフなので、前述の第1の直流コンデンサ5Cの充電動作と同時に、交流電源1から抵抗3aと第3の電力変換部9の内のダイオード(半導体スイッチに逆接続されたもの)を介して、各コンデンサを充電する電流が流れる。
Next, an operation for charging the second DC capacitor 9C, the positive-side capacitor 7, and the negative-side capacitor 8 at the time of startup will be described.
When the bypass relay 13 is normally closed (b contact), the relay 3b of the inrush current prevention unit 3 is open and the semiconductor switch of the third power conversion unit 9 is off, so that the charging operation of the first DC capacitor 5C is performed. At the same time, a current for charging each capacitor flows from the AC power supply 1 through the resistor 3a and the diode in the third power converter 9 (reversely connected to the semiconductor switch).

交流電源1の電圧が正の時は、交流電源1→切換えリレー2のb接点2b→抵抗3a→バイパスリレー13→第2のリアクトル10→ダイオード9D3→第2の直流コンデンサ9C→ダイオード9D4→ダイオード9Da→正極側コンデンサ7→交流電源1と電流が流れ、第2の直流コンデンサ9C、及び正極側コンデンサ7が充電される。
交流電源1の電圧が負極の時は、交流電源1→負極側コンデンサ8→ダイオード9Db→ダイオード9D1→第2の直流コンデンサ9C→ダイオード9D2→第2のリアクトル10→バイパスリレー13→抵抗3a→切換えリレー2のb接点2b→交流電源1の順で電流が流れ、負極側コンデンサ8、及び第2の直流コンデンサ9Cが充電される。
When the voltage of the AC power source 1 is positive, the AC power source 1 → the b contact 2b of the switching relay 2 → the resistor 3a → the bypass relay 13 → the second reactor 10 → the diode 9D3 → the second DC capacitor 9C → the diode 9D4 → the diode 9 Da → the positive side capacitor 7 → the AC power source 1 and a current flow, and the second DC capacitor 9 </ b> C and the positive side capacitor 7 are charged.
When the voltage of the AC power source 1 is negative, the AC power source 1 → negative capacitor 8 → diode 9Db → diode 9D1 → second DC capacitor 9C → diode 9D2 → second reactor 10 → bypass relay 13 → resistor 3a → switching Current flows in the order of b contact 2b → AC power supply 1 of relay 2, and negative electrode side capacitor 8 and second DC capacitor 9C are charged.

各コンデンサは、静電容量の比を調整することで、それぞれの充電上限電圧を調整することができ、所定の電圧までの充電が可能となる。例えば負極側コンデンサ8に並列に制御電源(図示せず)を接続すれば、負極側コンデンサ8の電圧が所定電圧以上(例えば、DC30V以上)になると制御電源が動作を開始し、無停電電源装置100の動作を制御する制御装置(例えば、図示しないマイクロコンピュータ)の動作を開始させることができる。
しかしながら、以上説明した第1の起動時充電動作では、各コンデンサの電圧は、正規の動作時の電圧よりも低いので、通常動作を開始するためには、各コンデンサの電圧を正規の電圧まで更に充電する必要がある。
Each capacitor can adjust the upper limit voltage of charging by adjusting the ratio of capacitance, and can be charged up to a predetermined voltage. For example, if a control power source (not shown) is connected in parallel to the negative electrode side capacitor 8, the control power source starts to operate when the voltage of the negative electrode side capacitor 8 becomes equal to or higher than a predetermined voltage (for example, DC 30V or higher). The operation of a control device (for example, a microcomputer not shown) that controls the operation of 100 can be started.
However, in the first start-up charging operation described above, the voltage of each capacitor is lower than the voltage during normal operation. Therefore, in order to start normal operation, the voltage of each capacitor is further increased to the normal voltage. It needs to be charged.

以下、各コンデンサを正規の電圧まで充電する動作について説明する。前述の第1の起動時充電動作の後に行う本充電動作を第2の起動時充電動作と呼ぶものとする。
まず、リレー3bは閉とし本動作中も閉のままとする。
交流電源1の電圧が正極の時は、第1の双方向スイッチ6SWをオンにして、スイッチング素子5Q4をスイッチング動作させることで、第1のリアクトル4を利用して第1の直流コンデンサ5Cをさらに高い電圧まで充電する。
Hereinafter, an operation for charging each capacitor to a normal voltage will be described. The main charging operation performed after the first starting charging operation is referred to as a second starting charging operation.
First, the relay 3b is closed and remains closed during the main operation.
When the voltage of the AC power supply 1 is positive, the first bidirectional switch 6SW is turned on and the switching element 5Q4 is switched to operate the first DC capacitor 5C by using the first reactor 4. Charge to high voltage.

詳細に説明すると、第1の電力変換部5のスイッチング素子5Q4をオンして、交流電源1→切換リレー2のb接点2b→リレー3b→第1のリアクトル4→スイッチング素子5Q4→ダイオード5D2→第1の双方向スイッチ6SW→交流電源1というルートで電流を流し第1のリアクトル4にエネルギーを貯める。続いて、スイッチング素子5Q4をオフして、第1のリアクトル4→ダイオード5D1→第1の直流コンデンサ5C→ダイオード5D2→第1の双方向スイッチ6SW→交流電源1→切換リレー2のb接点2b→リレー3b→第1のリアクトル4というルートで電流を流し、第1のリアクトル4に貯められたエネルギーを第1の直流コンデンサ5Cに充電する。   More specifically, the switching element 5Q4 of the first power converter 5 is turned on, the AC power source 1 → the b contact 2b of the switching relay 2 → the relay 3b → the first reactor 4 → the switching element 5Q4 → the diode 5D2 → the first Current is passed through a route of 1 bidirectional switch 6SW → AC power supply 1 to store energy in the first reactor 4. Subsequently, the switching element 5Q4 is turned off, and the first reactor 4 → diode 5D1 → first DC capacitor 5C → diode 5D2 → first bidirectional switch 6SW → AC power supply 1 → b contact 2b of the switching relay 2 → A current is passed through a route of relay 3b → first reactor 4, and the energy stored in the first reactor 4 is charged in the first DC capacitor 5C.

また、同様にスイッチング素子5Q4をオンにして、第1の双方向スイッチ6SWをスイッチング動作させることで、第1のリアクトル4を利用して正極側コンデンサ7をさらに高い電圧まで充電する。
詳細には、第2の電力変換部6の第1の双方向スイッチ6SWをオンして、交流電源1→切換リレー2のb接点2b→リレー3b→第1のリアクトル4→スイッチング素子5Q4→ダイオード5D2→第1の双方向スイッチ6SW→交流電源1というルートで電流を流し、第1のリアクトル4にエネルギーを貯める。続いて、第1の双方向スイッチ6SWをオフして、第1のリアクトル4→スイッチング素子5Q4→ダイオード5D2→ダイオード6Da→正極側コンデンサ7→交流電源1→切換リレー2のb接点2b→リレー3b→第1のリアクトル4というルートで電流を流し、第1のリアクトル4に貯められたエネルギーを正極側コンデンサ7に充電する。
Similarly, the switching element 5Q4 is turned on and the first bidirectional switch 6SW is switched to charge the positive-side capacitor 7 to a higher voltage using the first reactor 4.
Specifically, the first bidirectional switch 6SW of the second power conversion unit 6 is turned on, and the AC power source 1 → the b contact 2b of the switching relay 2 → the relay 3b → the first reactor 4 → the switching element 5Q4 → the diode. A current is passed through a route of 5D2 → first bidirectional switch 6SW → AC power supply 1 to store energy in the first reactor 4. Subsequently, the first bidirectional switch 6SW is turned off, and the first reactor 4 → switching element 5Q4 → diode 5D2 → diode 6Da → positive side capacitor 7 → AC power source 1 → b contact 2b of the switching relay 2 → relay 3b → A current is passed through the route of the first reactor 4, and the energy stored in the first reactor 4 is charged in the positive capacitor 7.

交流電源1の電圧が負極の時は、第1の双方向スイッチ6SWをオンにして、スイッチング素子5Q2をスイッチング動作させることで、第1のリアクトル4を利用して第1の直流コンデンサ5Cをさらに高い電圧に充電することができる。
詳細には、第1の電力変換部5のスイッチング素子5Q2をオンにして、交流電源1→第1の双方向スイッチ6SW→スイッチング素子5Q2→ダイオード5D4→第1のリアクトル4→リレー3b→切換リレー2のb接点2b→交流電源1というルートで電流を流し、第1のリアクトル4にエネルギーを貯める。続いて、スイッチング素子5Q2をオフして、第1のリアクトル4→リレー3b→切換リレー2のb接点2b→交流電源1→第1の双方向スイッチ6SW→ダイオード5D3→第1の直流コンデンサ5C→ダイオード5D4→第1のリアクトル4というルートで電流を流し、第1のリアクトル4に貯められたエネルギーを第1の直流コンデンサ5Cに充電する。
When the voltage of the AC power supply 1 is negative, the first bidirectional switch 6SW is turned on and the switching element 5Q2 is switched to operate the first DC capacitor 5C using the first reactor 4. Can be charged to a high voltage.
Specifically, the switching element 5Q2 of the first power converter 5 is turned on, and the AC power source 1 → the first bidirectional switch 6SW → the switching element 5Q2 → the diode 5D4 → the first reactor 4 → the relay 3b → the switching relay. Current is passed through the route of b contact 2b → AC power source 1 and energy is stored in first reactor 4. Subsequently, the switching element 5Q2 is turned off, and the first reactor 4 → the relay 3b → the b contact 2b of the switching relay 2 → the AC power source 1 → the first bidirectional switch 6SW → the diode 5D3 → the first DC capacitor 5C → A current is passed through a route of the diode 5D4 → the first reactor 4, and the energy stored in the first reactor 4 is charged in the first DC capacitor 5C.

また、同様に、スイッチング素子5Q2をオンにして、第1の双方向スイッチ6SWをスイッチング動作させることで、第1のリアクトル4を利用して負極側コンデンサ8をさらに高い電圧に充電する。
詳細には、第1の双方向スイッチ6SWをオンして、交流電源1→第1の双方向スイッチ6SW→スイッチング素子5Q2→ダイオード5D4→第1のリアクトル4→リレー3b→切換リレー2のb接点2b→交流電源1というルートで電流を流し、第1のリアクトル4にエネルギーを貯める。続いて、第1の双方向スイッチ6SWをオフして、第1のリアクトル4→リレー3b→切換リレー2のb接点2b→交流電源1→負極側コンデンサ8→ダイオード6Db→スイッチング素子5Q2→ダイオード5D4→第1のリアクトル4というルートで電流を流し、第1のリアクトル4に貯められたエネルギーを負極側コンデンサ8に充電する。
Similarly, the switching element 5Q2 is turned on and the first bidirectional switch 6SW is switched to charge the negative-side capacitor 8 to a higher voltage using the first reactor 4.
Specifically, the first bidirectional switch 6SW is turned on, and the AC power source 1 → the first bidirectional switch 6SW → the switching element 5Q2 → the diode 5D4 → the first reactor 4 → the relay 3b → the b contact of the switching relay 2 Current is passed through a route of 2b → AC power source 1 and energy is stored in the first reactor 4. Subsequently, the first bidirectional switch 6SW is turned off, and the first reactor 4 → the relay 3b → the b contact 2b of the switching relay 2 → the AC power source 1 → the negative side capacitor 8 → the diode 6Db → the switching element 5Q2 → the diode 5D4. → Current flows through the route of the first reactor 4, and the energy stored in the first reactor 4 is charged in the negative capacitor 8.

なお、第1の電力変換部5及び第1のリアクトル4を利用しての昇圧による第1の直流コンデンサ5Cの充電電圧としては、第1の電力変換部5を構成するスイッチング素子5Q1〜5Q4の耐圧相等の電圧(例えば、耐圧の80%程度)とすることが望ましい。
また、第2の電力変換部6及び第1のリアクトル4を利用しての昇圧による正極側コンデンサ7及び負極側コンデンサ8の充電電圧としては、第3の電力変換部9の動作に適した電圧とすることが望ましい。
Note that the charging voltage of the first DC capacitor 5 </ b> C by boosting using the first power conversion unit 5 and the first reactor 4 is the switching element 5 </ b> Q <b> 1 to 5 </ b> Q <b> 4 constituting the first power conversion unit 5. It is desirable to use a voltage such as a withstand voltage phase (for example, about 80% of the withstand voltage).
Further, as the charging voltage of the positive side capacitor 7 and the negative side capacitor 8 by the boost using the second power conversion unit 6 and the first reactor 4, a voltage suitable for the operation of the third power conversion unit 9 is used. Is desirable.

次に、第2のインバータ92の第2の直流コンデンサ9Cを正規の動作電圧まで充電する動作について図1及び図2に基づき説明する。
まず、リレー3bを閉に、バイパスリレー13も閉のままとしておく。
交流電源1の電圧が正の時は、第2の双方向スイッチ9SWをオンにして、スイッチング素子9Q2をスイッチング動作させることで、第2のリアクトル10を利用して第2の直流コンデンサ9Cをさらに高い正規の電圧まで充電する。
Next, the operation of charging the second DC capacitor 9C of the second inverter 92 to the normal operating voltage will be described with reference to FIGS.
First, the relay 3b is closed and the bypass relay 13 is also closed.
When the voltage of the AC power supply 1 is positive, the second bidirectional switch 9SW is turned on and the switching element 9Q2 is switched to operate the second DC capacitor 9C using the second reactor 10. Charge to a high regular voltage.

詳細には、スイッチング素子9Q2をオンして、交流電源1→切換リレー2のb接点2b→リレー3b→バイパスリレー13→第2のリアクトル10→スイッチング素子9Q2→ダイオード9D4→第2の双方向スイッチ9SW→交流電源1というルートで電流を流し、第2のリアクトル10にエネルギーを貯める。続いて、スイッチング素子9Q2をオフして、第2のリアクトル10→ダイオード9D3→第2の直流コンデンサ9C→ダイオード9D4→第2の双方向スイッチ9SW→交流電源1→切換リレー2のb接点2b→リレー3b→バイパスリレー13→第2のリアクトル10というルートで電流を流し、第2のリアクトル10に貯められたエネルギーを第2の直流コンデンサ9Cに充電する。   Specifically, the switching element 9Q2 is turned on, and the AC power source 1 → b contact 2b of the switching relay 2 → relay 3b → bypass relay 13 → second reactor 10 → switching element 9Q2 → diode 9D4 → second bidirectional switch Current is passed through a route of 9 SW → AC power supply 1, and energy is stored in the second reactor 10. Subsequently, the switching element 9Q2 is turned off, and the second reactor 10 → the diode 9D3 → the second DC capacitor 9C → the diode 9D4 → the second bidirectional switch 9SW → the AC power source 1 → the b contact 2b of the switching relay 2 → A current flows through a route of relay 3b → bypass relay 13 → second reactor 10, and the energy stored in the second reactor 10 is charged to the second DC capacitor 9C.

また、同様にスイッチング素子9Q2をオンにして、第2の双方向スイッチ9SWをスイッチング動作させることで、第2のリアクトル10を利用して正極側コンデンサ7をさらに高い電圧に充電することができる。
詳細には、第2の双方向スイッチ9SWをオンして、交流電源1→切換リレー2のb接点2b→スイッチ3b→バイパスリレー13→第2のリアクトル10→スイッチング素子9Q2→ダイオード9D4→第2の双方向スイッチ9SW→交流電源1というルートで電流を流し、第2のリアクトル10にエネルギーを貯める。続いて、第2の双方向スイッチ9SWをオフして、第2のリアクトル10→スイッチング素子9Q2→ダイオード9D4→ダイオード9Da→正極側コンデンサ7→交流電源1→切換リレー2のb接点2b→リレー3b→バイパスリレー13→第2のリアクトル10というルートで電流を流し、第2のリアクトル10に貯められたエネルギーを正極側コンデンサ7に充電する。
Similarly, the positive capacitor 7 can be charged to a higher voltage using the second reactor 10 by turning on the switching element 9Q2 and switching the second bidirectional switch 9SW.
Specifically, the second bidirectional switch 9SW is turned on, and the AC power source 1 → the b contact 2b of the switching relay 2 → the switch 3b → the bypass relay 13 → the second reactor 10 → the switching element 9Q2 → the diode 9D4 → the second. Current is passed through the route of the bidirectional switch 9SW → AC power supply 1, and energy is stored in the second reactor 10. Subsequently, the second bidirectional switch 9SW is turned off, the second reactor 10, the switching element 9Q2, the diode 9D4, the diode 9Da, the positive side capacitor 7, the AC power source 1, the b contact 2b of the switching relay 2, and the relay 3b. The current flows through the route of the bypass relay 13 → the second reactor 10, and the energy stored in the second reactor 10 is charged in the positive capacitor 7.

交流電源1の電圧が負極の時も、第2の双方向スイッチ9SWはオンの状態が継続され、スイッチング素子9Q4をスイッチング動作させることで、第2のリアクトル10を利用して第2の直流コンデンサ9Cをさらに高い電圧に充電することができる。
詳細には、スイッチング素子9Q4をオンして、交流電源1→第2の双方向スイッチ9SW→スイッチング素子9Q4→ダイオード9D2→第2のリアクトル10→バイパスリレー13→リレー3b→切換リレー2のb接点2b→交流電源1というルートで電流を流し、第2のリアクトル10にエネルギーを貯める。続いて、スイッチング素子9Q4をオフして、第2のリアクトル10→バイパスリレー13→リレー3b→切換リレー2のb接点2b→交流電源1→第2の双方向スイッチ9SW→ダイオード9D1→第2の直流コンデンサ9C→ダイオード9D2→第2のリアクトル10というルートで電流を流し、第2のリアクトル10に貯められたエネルギーを第2の直流コンデンサ9Cに充電する。
Even when the voltage of the AC power supply 1 is negative, the second bidirectional switch 9SW is kept on, and the switching element 9Q4 is switched to operate the second DC capacitor using the second reactor 10. 9C can be charged to a higher voltage.
Specifically, the switching element 9Q4 is turned on, and the AC power source 1 → second bidirectional switch 9SW → switching element 9Q4 → diode 9D2 → second reactor 10 → bypass relay 13 → relay 3b → b contact of the switching relay 2 Current is passed through a route of 2b → AC power source 1 and energy is stored in the second reactor 10. Subsequently, the switching element 9Q4 is turned off, the second reactor 10, the bypass relay 13, the relay 3b, the b contact 2b of the switching relay 2, the AC power source 1, the second bidirectional switch 9SW, the diode 9D1, and the second. A current is passed through a route of the DC capacitor 9C → the diode 9D2 → the second reactor 10, and the energy stored in the second reactor 10 is charged in the second DC capacitor 9C.

また、同様にスイッチング素子9Q4をオンにして、第2の双方向スイッチ9SWをスイッチング動作させることでも、第2のリアクトル10を利用して負極側コンデンサ8をさらに高い電圧に充電することができる。
詳細には、第2の双方向スイッチ9SWをオンして、交流電源1→第2の双方向スイッチ9SW→スイッチング素子9Q4→ダイオード9D2→第2のリアクトル10→バイパスリレー13→リレー3b→切換リレー2のb接点2b→交流電源1というルートで電流を流し、第2のリアクトル10にエネルギーを貯める。続いて、第2の双方向スイッチ9SWをオフして、第2のリアクトル10→バイパスリレー13→リレー3b→切換リレー2のb接点2b→交流電源1→負極側コンデンサ8→ダイオード9Db→スイッチング素子9Q4→ダイオード9D2→第2のリアクトル10というルートで電流を流し、第2のリアクトル10に貯められたエネルギーを負極側コンデンサ8に充電する。
Similarly, the negative capacitor 8 can be charged to a higher voltage by using the second reactor 10 by turning on the switching element 9Q4 and switching the second bidirectional switch 9SW.
Specifically, the second bidirectional switch 9SW is turned on, and the AC power source 1 → second bidirectional switch 9SW → switching element 9Q4 → diode 9D2 → second reactor 10 → bypass relay 13 → relay 3b → switching relay. Current is passed through a route of 2 b contact 2b → AC power source 1 and energy is stored in the second reactor 10. Subsequently, the second bidirectional switch 9SW is turned off, the second reactor 10 → the bypass relay 13 → the relay 3b → the b contact 2b of the switching relay 2 → the AC power source 1 → the negative capacitor 8 → the diode 9Db → the switching element. A current is passed through a route of 9Q4 → diode 9D2 → second reactor 10, and the energy stored in the second reactor 10 is charged in the negative electrode side capacitor 8.

なお、第2のインバータ92及び第2のリアクトル10を利用しての昇圧による第2の直流コンデンサ9Cの充電電圧としては、第2のインバータ92を構成するスイッチング素子9Q1〜9Q4の耐圧相等の電圧(例えば、耐圧の80%程度)とすることが望ましい。   Note that the charging voltage of the second DC capacitor 9 </ b> C by boosting using the second inverter 92 and the second reactor 10 is a voltage such as a withstand voltage phase of the switching elements 9 </ b> Q <b> 1 to 9 </ b> Q <b> 4 constituting the second inverter 92. (For example, about 80% of the breakdown voltage) is desirable.

本実施の形態によれば、第1の電力変換部5が、交流電源1からの入力電流波形の電流最大値を低減させるように入力電流波形を変形させるので、交流電源1の入力電圧の使用範囲が広い無停電電源装置を得ることができる。   According to the present embodiment, the first power conversion unit 5 deforms the input current waveform so as to reduce the maximum current value of the input current waveform from the AC power source 1, so that the input voltage of the AC power source 1 is used. An uninterruptible power supply with a wide range can be obtained.

また、第2の電力変換部6は、第1の電力変換部5の1周期当たりの電力収支がゼロとなるように第2の電力変換部6に加わる電圧のパルス幅を制御するとともに、パルス幅が交流電源1の半周期に達する状況に応じて、第1の電力変換部5は、交流電源1からの入力電流波形の電流最大値を低減させるように入力電流波形を変形させるので、交流電源1の入力電圧の使用範囲が広い無停電電源装置を得ることができる。   The second power converter 6 controls the pulse width of the voltage applied to the second power converter 6 so that the power balance per cycle of the first power converter 5 is zero, and the pulse Since the first power conversion unit 5 deforms the input current waveform so as to reduce the maximum current value of the input current waveform from the AC power source 1 according to the situation where the width reaches the half cycle of the AC power source 1, An uninterruptible power supply with a wide use range of the input voltage of the power supply 1 can be obtained.

また、出力電圧の半周期ごとに加わる1パルスの駆動信号で動作し正負の直流電力を交流電力に変換する第1のインバータ91と、この第1のインバータ91の出力に入力が接続され、高周波で動作する単相フルブリッジインバータである第2のインバータ92とを備え、第2のインバータ92は、第2のインバータ92の直流電源である第2の直流コンデンサ9Cの電圧を維持するため、無停電電源装置100における出力電圧波形の電圧最大値を低減させるように出力電圧波形を変形させるので、第2の直流コンデンサ9Cの電圧を維持するための直流電源を設ける必要がなく、無停電電源装置100を小形化及び低コスト化することができる。   In addition, the first inverter 91 that operates with a one-pulse drive signal applied every half cycle of the output voltage and converts positive and negative DC power into AC power, and the input is connected to the output of the first inverter 91, the high frequency And a second inverter 92 that is a single-phase full-bridge inverter that operates at the same time, and the second inverter 92 maintains the voltage of the second DC capacitor 9C that is the DC power source of the second inverter 92. Since the output voltage waveform is deformed so as to reduce the voltage maximum value of the output voltage waveform in the power failure power supply device 100, there is no need to provide a DC power source for maintaining the voltage of the second DC capacitor 9C, and the uninterruptible power supply device 100 can be reduced in size and cost.

また、第1のインバータ91は、第2のインバータ92の1周期当たりの電力収支がゼロとなるように第1のインバータ91に加わる電圧のパルス幅を制御するとともに、パルス幅が該直交電力変換装置における交流出力電圧の半周期に達する状況に応じて、第2のインバータ92は、第3の電力変換部9の交流出力電圧の電圧最大値を低減させるように交流出力電圧の波形を変形させるので、第2の直流コンデンサ9Cの電圧を維持するため専用の直流電源を設ける必要がなく、無停電電源装置100を小形化及び低コスト化することができる。   The first inverter 91 controls the pulse width of the voltage applied to the first inverter 91 so that the power balance per cycle of the second inverter 92 becomes zero, and the pulse width is the orthogonal power conversion. The second inverter 92 deforms the waveform of the AC output voltage so as to reduce the maximum voltage value of the AC output voltage of the third power conversion unit 9 according to the situation where the half cycle of the AC output voltage in the device is reached. Therefore, it is not necessary to provide a dedicated DC power source to maintain the voltage of the second DC capacitor 9C, and the uninterruptible power supply 100 can be reduced in size and cost.

また、第1の電力変換部5及び第2の電力変換部6は、正極側コンデンサ7及び負極側コンデンサ8の電圧を無停電電源装置100の交流出力電圧の最大値相当に制御するので、第2のインバータ92の負担する電力を低減でき無停電電源装置100を小形化及び低コスト化することができる。   Further, the first power conversion unit 5 and the second power conversion unit 6 control the voltages of the positive side capacitor 7 and the negative side capacitor 8 to be equivalent to the maximum value of the AC output voltage of the uninterruptible power supply 100. Therefore, the power consumed by the second inverter 92 can be reduced, and the uninterruptible power supply 100 can be reduced in size and cost.

また、第2の電力変換部6は、交流電源1の半周期ごとに加わる1パルスの幅を制御して、正極側コンデンサ7及び負極側コンデンサ8の電圧値を上昇または低下させることにより、第2の直流コンデンサ9Cの電圧を上昇または低下させるので、第2の直流コンデンサ9Cの電圧を維持するための直流電源を設ける必要がなく、無停電電源装置100を小形化及び低コスト化することができる。   The second power conversion unit 6 controls the width of one pulse applied every half cycle of the AC power supply 1 to increase or decrease the voltage values of the positive-side capacitor 7 and the negative-side capacitor 8, thereby Since the voltage of the second DC capacitor 9C is increased or decreased, there is no need to provide a DC power source for maintaining the voltage of the second DC capacitor 9C, and the uninterruptible power supply 100 can be reduced in size and cost. it can.

また、交流電源1に接続され起動する時に、第1の電力変換部5の直流電源である第1の直流コンデンサ5C、正極側コンデンサ7、及び負極側コンデンサ8は交流電源1から抵抗3aを介して充電されるので、第1の直流コンデンサ5Cを充電するために双方向DC/DCコンバータを設ける必要がなく、低コストで高効率な無停電電源装置を得ることができる。   When the AC power supply 1 is connected and started, the first DC capacitor 5C, the positive-side capacitor 7 and the negative-side capacitor 8 which are the DC power sources of the first power converter 5 are connected from the AC power source 1 through the resistor 3a. Therefore, it is not necessary to provide a bidirectional DC / DC converter to charge the first DC capacitor 5C, and a low-cost and high-efficiency uninterruptible power supply can be obtained.

また、第1の直流コンデンサ5Cは、抵抗3aを介して充電された後、第1の電力変換部5のスイッチング素子5Q4をスイッチング動作させることにより、第1のリアクトル4を介して第1の電力変換部5のスイッチング素子の耐圧相等の電圧まで充電されるので、第1の直流コンデンサ5Cを充電するために双方向DC/DCコンバータ等の専用の回路を設ける必要がなく、低コストで高効率な無停電電源装置を得ることができる。   The first DC capacitor 5C is charged via the resistor 3a, and then the switching element 5Q4 of the first power conversion unit 5 is switched to perform the first power via the first reactor 4. Since the voltage up to the voltage phase of the switching element of the conversion unit 5 is charged, there is no need to provide a dedicated circuit such as a bidirectional DC / DC converter to charge the first DC capacitor 5C, and low cost and high efficiency An uninterruptible power supply can be obtained.

また、正極側コンデンサ7及び負極側コンデンサ8に接続され、出力電圧の半周期ごとに加わる1パルスの駆動信号で動作し正負の直流電力を交流電力に変換する第1のインバータ91と、この第1のインバータ91の出力に接続され、高周波で動作する単相フルブリッジインバータである第2のインバータ92と、この第2のインバータ92の出力に一端が接続され、負荷14に交流電力を供給する第2のリアクトル10と、この第2のリアクトル10の他端と突入電流防止部3の他端との間を短絡する第2のリレー部13と、を備え、交流電源1に接続され起動する時に、第2のインバータ92の直流電源である第2の直流コンデンサ9Cは、交流電源1から抵抗3a及び第2のリレー部13を介して充電されるので、第2の直流コンデンサ9Cを充電するために双方向DC/DCコンバータ等の専用の回路を設ける必要がなく、低コストで高効率な無停電電源装置を得ることができる。   The first inverter 91 is connected to the positive side capacitor 7 and the negative side capacitor 8 and operates with a drive signal of one pulse applied every half cycle of the output voltage to convert positive and negative DC power into AC power, A second inverter 92 that is a single-phase full-bridge inverter that operates at a high frequency and is connected to the output of one inverter 91, and one end connected to the output of the second inverter 92 to supply AC power to the load 14. The second reactor 10 and a second relay unit 13 that short-circuits the other end of the second reactor 10 and the other end of the inrush current preventing unit 3 are connected to the AC power source 1 and activated. Sometimes, the second DC capacitor 9C, which is the DC power source of the second inverter 92, is charged from the AC power source 1 via the resistor 3a and the second relay unit 13, so that the second DC capacitor It is not necessary to provide a dedicated circuit of the bidirectional DC / DC converter or the like in order to charge the sub 9C, it is possible to obtain a high efficiency uninterruptible power supply at low cost.

また、第2の直流コンデンサ9Cは、第2のインバータ92のスイッチング素子9Q2、9Q4をスイッチング動作させ第2のリアクトル10を介して第2のインバータ92のスイッチング素子における耐圧相等の電圧まで充電されるので、第2の直流コンデンサ9Cを充電するために双方向DC/DCコンバータ等の専用の回路を設ける必要がなく、低コストで高効率な無停電電源装置を得ることができる。   The second DC capacitor 9C is charged up to a voltage such as a withstand voltage phase in the switching element of the second inverter 92 via the second reactor 10 by switching the switching elements 9Q2 and 9Q4 of the second inverter 92. Therefore, it is not necessary to provide a dedicated circuit such as a bidirectional DC / DC converter for charging the second DC capacitor 9C, and a low-cost and high-efficiency uninterruptible power supply can be obtained.

なお、本実施の形態では、バイパスリレー13が常時閉の場合を説明したが、バイパスリレーが常時開(a接点)の場合は、まず、第1の起動時充電動作により制御電源が並列に接続されている負極側コンデンサ8を所定電圧値以上に充電し、制御電源が動作して制御装置が動作した後に、バイパスリレー13を閉に制御する事で、第2の起動時充電動作を行い、第2の直流コンデンサ9Cを正規の電圧まで充電することもできる。   In the present embodiment, the case where the bypass relay 13 is normally closed has been described. However, when the bypass relay is normally open (a contact), the control power supply is first connected in parallel by the first start-up charging operation. The second negative charging capacitor 8 is charged to a predetermined voltage value or more, and after the control power supply operates and the control device operates, the bypass relay 13 is controlled to be closed to perform the second start-up charging operation, It is also possible to charge the second DC capacitor 9C to a normal voltage.

また、第2の電力変換部6の半導体素子は、図1に示す構成以外にも、図9(a)に示すように、正極側コンデンサ7及び負極側コンデンサ8に接続され、ダイオード6Da、6Dbが逆並列接続されたトランジスタ6Qa、6Qbをダイオード6D1、6D2に変更することも可能である。
また、図9(b)に示すように、ダイオードが逆並列接続された4個のトランジスタ6Qa、6Qb、6Qc、6Qcを、ダイオードが逆並列接続された4個のトランジスタ6Qa1、6Qa2、6Qb1、6Qb2と2個のダイオード6D3、6D4としてもよい、この場合、トランジスタが負担する電圧が半分になるので、より小さい定格電圧のトランジスタが使用できるので、トランジスタのロスを低減できる。
また、図9(c)に示すように、第1の双方向スイッチ6SWを削除してもよい。
In addition to the configuration shown in FIG. 1, the semiconductor element of the second power conversion unit 6 is connected to the positive side capacitor 7 and the negative side capacitor 8 as shown in FIG. 9A, and diodes 6 </ b> Da, 6 </ b> Db. It is also possible to change the transistors 6Qa and 6Qb connected in reverse parallel to the diodes 6D1 and 6D2.
Further, as shown in FIG. 9B, the four transistors 6Qa, 6Qb, 6Qc, and 6Qc with the diodes connected in antiparallel are connected to the four transistors 6Qa1, 6Qa2, 6Qb1, and 6Qb2 with the diodes connected in antiparallel. Two diodes 6D3 and 6D4 may be used. In this case, since the voltage borne by the transistor is halved, a transistor with a smaller rated voltage can be used, so that the loss of the transistor can be reduced.
Further, as shown in FIG. 9C, the first bidirectional switch 6SW may be deleted.

また、第3の電力変換部9の半導体素子は、図1に示す構成以外にも、図9(b)と同様にダイオードが逆並列接続された4個のトランジスタを、ダイオードが逆並列接続された4個のトランジスタと2個のダイオードにしてもよい。この場合、トランジスタの耐圧が半分にできるので、パワーMOSトランジスタで構成する場合にオン抵抗の小さいトランジスタを使用することができる。また、第2の双方向スイッチ9SWを削除してもよい。   In addition to the configuration shown in FIG. 1, the semiconductor element of the third power conversion unit 9 includes four transistors in which diodes are connected in reverse parallel as in FIG. 9B, and the diodes are connected in reverse parallel. Alternatively, four transistors and two diodes may be used. In this case, since the withstand voltage of the transistor can be halved, a transistor having a low on-resistance can be used when the transistor is constituted by a power MOS transistor. Further, the second bidirectional switch 9SW may be deleted.

また、第1の電力変換部や第4の電力変換部を削除またはリアクトルに取換えられる構造とすることで、高効率品と高効率品ではないがより低コスト品を構成する場合に部品の流用率を高くすることができる。   In addition, by adopting a structure in which the first power conversion unit and the fourth power conversion unit can be deleted or replaced with a reactor, when configuring a low-cost product that is not a high-efficiency product and a high-efficiency product, The diversion rate can be increased.

また、本実施の形態では、第3の電力変換部9を、出力電圧の半周期ごとに加わる1パルスの駆動信号で動作し正負の直流電力を交流電力に変換する第1のインバータ91と、この第1のインバータ91の出力に接続され、高周波で動作する単相フルブリッジインバータである第2のインバータ92としたが、周知のハーフブリッジインバータや、周知のフルブリッジインバータによる構成としてもよい。   Further, in the present embodiment, the first inverter 91 that operates the third power converter 9 with a one-pulse drive signal applied every half cycle of the output voltage and converts positive and negative DC power into AC power; The second inverter 92 is a single-phase full-bridge inverter that is connected to the output of the first inverter 91 and operates at a high frequency. However, a known half-bridge inverter or a known full-bridge inverter may be used.

3 突入電流防止部、4 第1のリアクトル、5 第1の電力変換部、
6 第2の電力変換部、 7 正極側コンデンサ、8 負極側コンデンサ、
9 第3の電力変換部、 10 第2のリアクトル、13 バイパスリレー、
15 蓄電部、16 第4の電力変換部、
91 第1のインバータ、92第2のインバータ、100 無停電電源装置。
3 inrush current prevention unit, 4 first reactor, 5 first power conversion unit,
6 second power converter, 7 positive side capacitor, 8 negative side capacitor,
9 third power converter, 10 second reactor, 13 bypass relay,
15 power storage unit, 16 fourth power conversion unit,
91 1st inverter, 92 2nd inverter, 100 uninterruptible power supply.

Claims (9)

交流電源の一方の電力線に接続され、単相フルブリッジインバータである第1の電力変換部と、
この第1の電力変換部の出力と前記交流電源の他方の電力線との間に接続され、前記交流電源の半周期ごとに加わる1パルスの駆動信号で動作し交流を正負の直流に変換する第2の電力変換部と、
この第2の電力変換部により電力を供給される正極側コンデンサ、及び負極側コンデンサと、を備え、
前記第1の電力変換部は、前記交流電源からの入力電流波形の電流最大値を低減させるように前記入力電流波形を変形させることを特徴とする交直電力変換装置。
A first power conversion unit connected to one power line of the AC power source and being a single-phase full-bridge inverter;
The first power converter is connected between the output of the first power converter and the other power line of the AC power supply, and operates with a one-pulse drive signal applied every half cycle of the AC power supply to convert alternating current into positive and negative direct current. Two power converters;
A positive-side capacitor to which power is supplied by the second power converter, and a negative-side capacitor,
The AC power converter according to claim 1, wherein the first power conversion unit deforms the input current waveform so as to reduce a current maximum value of the input current waveform from the AC power supply.
第2の電力変換部は第1の電力変換部の1周期当たりの電力収支がゼロとなるように前記第2の電力変換部に加わる電圧のパルス幅を制御するとともに、前記パルス幅が交流電源の半周期に達する状況に応じて、第1の電力変換部は前記交流電源からの入力電流波形の電流最大値を低減させるように前記入力電流波形を変形させることを特徴とする請求項1に記載の交直電力変換装置。   The second power conversion unit controls the pulse width of the voltage applied to the second power conversion unit so that the power balance per cycle of the first power conversion unit becomes zero, and the pulse width is determined by the AC power source. The first power conversion unit deforms the input current waveform so as to reduce a maximum current value of the input current waveform from the AC power supply according to a situation that reaches a half cycle of The AC / DC power converter described. 入力電流波形は、交流電源の電圧波形の周期に同期し、電流最大値を低減するように第3次高調波電流を重畳したものであることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の交直電力変換装置。   3. The input current waveform is obtained by superimposing a third harmonic current so as to reduce the maximum current value in synchronization with the period of the voltage waveform of the AC power supply. AC power converter. 正極及び負極の直流電源に接続され、出力する電圧の半周期ごとに加わる1パルスの駆動信号で動作し前記両直流電源の直流電力を交流電力に変換する第1のインバータと、この第1のインバータの出力に接続され、高周波で動作する単相フルブリッジインバータである第2のインバータと、を備え、
前記第2のインバータは、直流電源である第2のコンデンサを有し、この第2のコンデンサの電圧を維持するため該直交電力変換装置における出力電圧の電圧最大値を低減させるように前記出力電圧の波形を変形させることを特徴とする直交電力変換装置。
A first inverter connected to the positive and negative DC power supplies, operating with a one-pulse drive signal applied every half cycle of the output voltage, and converting the DC power of both DC power supplies into AC power; A second inverter that is a single-phase full-bridge inverter connected to the output of the inverter and operating at a high frequency,
The second inverter has a second capacitor which is a DC power supply, and the output voltage is reduced so as to reduce the maximum voltage of the output voltage in the orthogonal power converter in order to maintain the voltage of the second capacitor. The orthogonal power converter characterized by changing the waveform of.
第1のインバータは第2のインバータの1周期当たりの電力収支がゼロとなるように前記第1のインバータに加わる電圧のパルス幅を制御するとともに、前記パルス幅が該直交電力変換装置における出力電圧の半周期に達する状況に応じて、第2のインバータは前記出力電圧の電圧最大値を低減させるように前記出力電圧の波形を変形させることを特徴とする請求項4に記載の直交電力変換装置。   The first inverter controls the pulse width of the voltage applied to the first inverter so that the power balance per cycle of the second inverter becomes zero, and the pulse width is the output voltage in the orthogonal power converter. 5. The orthogonal power conversion device according to claim 4, wherein the second inverter transforms the waveform of the output voltage so as to reduce the maximum voltage value of the output voltage in accordance with a situation in which the half cycle of the output voltage is reached. . 第2のンバータは、第2のコンデンサ電圧を維持するように、出力電圧波形を基本正弦波に第3次高調波を重畳した波形とすることを特徴とする請求項4または請求項5に記載の直交電力変換装置。   6. The output voltage waveform of the second inverter is a waveform obtained by superimposing a third harmonic on a basic sine wave so as to maintain the second capacitor voltage. Orthogonal power converter. 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の交直電力変換装置と、正極及び負極の直流電源として前記交直電力変換装置の正極側コンデンサ及び負極側コンデンサに接続された請求項4ないし請求項6のいずれか1項に記載の直交電力変換装置とを備えたことを特徴とする無停電電源装置。   The AC / DC power converter according to any one of claims 1 to 3, and a DC power source for positive and negative electrodes connected to a positive side capacitor and a negative side capacitor of the AC / DC power converter. An uninterruptible power supply comprising the orthogonal power conversion device according to any one of items 6. 第1の電力変換部及び第2の電力変換部は、正極側コンデンサ及び負極側コンデンサの電圧を該無停電電源装置の出力電圧の最大値相当に制御することを特徴とする請求項7に記載の無停電電源装置。   The first power conversion unit and the second power conversion unit control the voltages of the positive-side capacitor and the negative-side capacitor so as to correspond to the maximum value of the output voltage of the uninterruptible power supply. Uninterruptible power supply. 第2の電力変換部は、交流電源の半周期ごとに加わる1パルスの幅を制御して、正極側コンデンサ及び負極側コンデンサの電圧値を上昇または低下させることにより、第2のコンデンサの電圧を上昇または低下させることを特徴とする請求項7または請求項8に記載の無停電電源装置。   The second power conversion unit controls the voltage of the second capacitor by controlling the width of one pulse applied every half cycle of the AC power supply to increase or decrease the voltage value of the positive side capacitor and the negative side capacitor. The uninterruptible power supply according to claim 7 or 8, wherein the uninterruptible power supply is raised or lowered.
JP2012144495A 2012-06-27 2012-06-27 AC / DC power converter, and uninterruptible power supply apparatus including the AC / DC power converter Active JP5920055B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012144495A JP5920055B2 (en) 2012-06-27 2012-06-27 AC / DC power converter, and uninterruptible power supply apparatus including the AC / DC power converter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012144495A JP5920055B2 (en) 2012-06-27 2012-06-27 AC / DC power converter, and uninterruptible power supply apparatus including the AC / DC power converter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014011820A true JP2014011820A (en) 2014-01-20
JP5920055B2 JP5920055B2 (en) 2016-05-18

Family

ID=50108073

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012144495A Active JP5920055B2 (en) 2012-06-27 2012-06-27 AC / DC power converter, and uninterruptible power supply apparatus including the AC / DC power converter

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5920055B2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08317638A (en) * 1995-05-22 1996-11-29 Hitachi Ltd Power conversion apparatus
JPH10248246A (en) * 1997-02-28 1998-09-14 Sanken Electric Co Ltd Switching power-supply apparatus
JP2010063326A (en) * 2008-09-08 2010-03-18 Mitsubishi Electric Corp Power conversion device
JP2010263775A (en) * 2009-04-08 2010-11-18 Panasonic Corp Dc power supply device, inverter driver, and air conditioner using the same
JP2012010532A (en) * 2010-06-28 2012-01-12 Mitsubishi Electric Corp Power converter

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08317638A (en) * 1995-05-22 1996-11-29 Hitachi Ltd Power conversion apparatus
JPH10248246A (en) * 1997-02-28 1998-09-14 Sanken Electric Co Ltd Switching power-supply apparatus
JP2010063326A (en) * 2008-09-08 2010-03-18 Mitsubishi Electric Corp Power conversion device
JP2010263775A (en) * 2009-04-08 2010-11-18 Panasonic Corp Dc power supply device, inverter driver, and air conditioner using the same
JP2012010532A (en) * 2010-06-28 2012-01-12 Mitsubishi Electric Corp Power converter

Also Published As

Publication number Publication date
JP5920055B2 (en) 2016-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6026049B2 (en) Power converter
JP4958715B2 (en) Power converter
JP5631499B2 (en) Power converter
JP6552739B2 (en) Parallel power supply
JP5400961B2 (en) Power converter
WO2010067467A1 (en) Power conversion device
JP2014087134A (en) Dc/dc converter
JP2007166783A (en) Power transforming apparatus
JP6065753B2 (en) DC / DC converter and battery charge / discharge device
JP5263457B1 (en) Power converter
JP2011172485A (en) Power conversion apparatus
JP5323426B2 (en) Power converter
JP2014036491A (en) Dc/dc power conversion device, and power conditioner for photovoltaic system
JP2014197945A (en) Power conversion device and motor drive device having the same
JP2013085347A (en) Ac-dc converter
JP5862480B2 (en) Uninterruptible power system
JP5920055B2 (en) AC / DC power converter, and uninterruptible power supply apparatus including the AC / DC power converter
JP5748804B2 (en) Power converter
JP5400956B2 (en) Power converter
US20150124503A1 (en) Power converter and power conversion method
JP5467029B2 (en) Power supply
JP5800125B2 (en) Power converter
JP5546605B2 (en) Power converter
JP2005229666A (en) Uninterruptible power source apparatus
JP2012228073A (en) Switching power supply device

Legal Events

Date Code Title Description
RD01 Notification of change of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7421

Effective date: 20140326

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20141024

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150925

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20151006

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20151023

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20160315

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20160328

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5920055

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250