JP2016214001A - 無停電電源システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】UPSユニット本体2Gは、インバータ202の出力電流を検出する電流検出器222と、その電流検出値が第2の過電流検出レベルを超えたときにインバータ202に対するゲートパルス出力を遮断してインバータ202の動作を停止させる過電流保護回路232と、当該インバータ202を解列するコンタクタ203,211と、を備え、制御装置270は、電流検出値の合計値Idetが第2の過電流検出レベルより小さい第1の過電流検出レベルを超えたときに、全てのインバータ202の動作を一定期間停止させるための過電流検出回路273、オフ遅延回路274、論理回路275等を備える。
【選択図】図2
Description
この種のUPSでは、インバータの出力電圧やコンバータ及びチョッパの電流等を一定に制御する必要があり、その制御方法の一例として、各変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルス幅を調整する、いわゆるPWM(パルス幅変調)制御が行われている。
図4において、1は交流電源、2は無停電電源システム、3は負荷である。無停電電源システム2は、互いに並列に接続された3台のUPSユニット2A,2B,2C、バイパス回路21、及びバイパス用コンタクタ22を備えている。
以下では、コンバータ201及びインバータ202を構成する半導体スイッチング素子がIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)であるものとして説明を続ける。
しかし、この場合にはUPSユニットの台数分だけ制御装置250が必要であるため、コストが高くなり、装置全体の消費電力が大きくなるという問題がある。
図5は、この従来技術の構成を示すもので、2’は無停電電源システム、2D,2E,2FはUPSユニット本体、223,224は電流検出器、260は制御装置であり、その他の部分には図4と同一の番号を付してある。
[過電流の第1の要因]
UPSユニットに接続される負荷に起因する過電流として、以下のようなものがある。
・トランスやコンデンサを接続した直後に発生する突入電流による一時的な過電流
・負荷側で短絡が発生して流れる短絡電流による恒久的な過電流
[過電流の第2の要因]
UPSユニット等の装置が故障したことにより、電流が制御不能な状態になって流れる過電流
(1)第1の過電流検出レベルIth1による保護動作
前述した第1の要因のように、負荷に起因して過電流が発生した場合の保護動作である。図6における第1の過電流検出レベルIth1は、後述する第2の過電流検出レベルIth2よりも小さい値に設定されており、保護動作は次の手順で実行される。
この状態で、電流検出器222により検出されるインバータ202の出力電流が第1の過電流検出レベルIth1を超えると、第1の過電流検出回路253からの過電流検出信号がオフ遅延回路254に入力される。オフ遅延回路254は、上記過電流検出信号を受けて「High」レベルの遮断信号を一定期間(数[μs]〜数100[μs])出力する。この信号は「Low」レベルに反転して論理回路255に入力されるため、上記一定期間にわたってゲートパルスが遮断される。
これにより、インバータ202の全てのIGBTに対するゲートパルスの出力が一定期間停止され、IGBTがオフする。
(1-3)上記一定期間が経過すると、オフ遅延回路254の出力信号のレベルが反転するため、論理回路255,258を介してIGBTに対するゲートパルスの出力が再開される。
(1-4)ゲートパルスの出力の再開によってインバータ202の出力電流が増加し、再び第1の過電流検出レベルIth1に達した場合は、上記(1-1)〜(1-3)の動作を繰り返す。
以上の動作により、突入電流等の一時的な過電流によってインバータ202の出力電流が装置の定格を超えてしまい、装置を故障させるのを防止することができる。
この場合には、インバータ202の動作を停止させてバイパス回路21による負荷への給電に切替えるものであり、具体的には、以下に述べるような切替動作を行う。
(2-1)制御装置250がゲートパルスの出力を停止して、インバータ202のIGBTをオフする。
(2-2)入力側コンタクタ203及び出力側コンタクタ211をオフして、UPSユニット2Aを解列する。
(2-3)バイパス用コンタクタ22をオンし、負荷3を、バイパス回路21を介して交流電源1に接続する。
前述した第2の要因のように、UPSユニット等の装置の故障によって過電流が発生した場合の保護動作であり、第1の過電流検出レベルIth1よりも大きい第2の過電流検出レベルIth2に基づいて保護動作を実行する。
第1の過電流検出レベルIth1による保護動作では過電流を抑制できず、電流検出値が第2の過電流検出レベルIth2を超えてしまった場合は、装置に何らかの故障が発生して電流制御が不能になっているものと判断する。
この場合には、図6における第2の過電流検出回路256及びラッチ回路257の動作により、論理回路258を介してインバータ202の全てのIGBTに対するゲートパルスの出力を停止し、バイパス回路21による負荷3への給電に切替える。バイパス回路21に切り替える具体的手順は、前述した通りである。
図4に示したように、UPSユニットが複数台、並列に接続されている無停電源システムでは、各ユニットに制御装置250が設けられているため、特許文献4に開示された従来技術のごとく、単機のインバータ装置の場合と同様に、2種類の過電流検出レベルを用いた過電流保護方式を適用することが可能である。
(a)図5では、複数台のUPSユニット本体の出力端に単一の電流検出器224が設置され、各ユニット本体の出力電流を一括してその合計値を検出している。
(b)上記の出力電流合計値が第1の過電流検出レベルIth1に達して過電流保護動作によりインバータ202のIGBTのゲートパルスをオフすると、各ユニット本体に内蔵されている出力フィルタ用のコンデンサ209が放電し、コンデンサ209の電圧が低下する。
(c)コンデンサ209の電圧が低下した状態でゲートパルスの出力を再開し、インバータ202を再運転すると、インバータ202からコンデンサ209に突入電流が流れる。
(d)しかし、電流検出器224が一括して設置されている電流検出位置では、コンデンサ209への突入電流を検出することができない。このため、ゲートパルスの出力再開時には過電流保護が働かず、最悪の場合にはインバータ202が故障するおそれがある。
従って、複数台のUPSユニットからなる無停電電源システムの特徴である信頼性向上という利点が得られなくなる。
前記UPSユニット本体は、前記電力変換器に流れる交流電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器による電流検出値が第2の過電流検出レベルを超えたときに当該電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該電力変換器の動作を停止させるための過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該電力変換器を解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、全ての前記電流検出値の合計値が、前記第2の過電流検出レベルよりも小さい第1の過電流検出レベルを超えたときに、全ての前記電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記電力変換器の動作を停止させる手段を備えたものである。
前記UPSユニット本体は、前記電力変換器に流れる交流電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器による電流検出値が第1の過電流検出レベルを超えたときに過電流検出信号を出力すると共に、前記電流検出値が前記第1の過電流検出レベルより大きい第2の過電流検出レベルを超えたときに当該電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該電力変換器の動作を停止させる過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該電力変換器を解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、何れかの前記UPSユニット本体から前記過電流検出信号が出力されたときに、全ての前記電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記電力変換器の動作を停止させる手段を備えたものである。
前記UPSユニット本体は、前記インバータの出力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器による電流検出値が第2の過電流検出レベルを超えたときに当該インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該インバータの動作を停止させるための過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該インバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、全ての前記電流検出値の合計値が、前記第2の過電流検出レベルよりも小さい第1の過電流検出レベルを超えたときに、全ての前記インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記インバータの動作を停止させる手段を備えたものである。
前記UPSユニット本体は、前記インバータの出力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器による電流検出値が第1の過電流検出レベルを超えたときに過電流検出信号を出力すると共に、前記電流検出値が前記第1の過電流検出レベルより大きい第2の過電流検出レベルを超えたときに当該インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該インバータの動作を停止させる過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該インバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、何れかの前記ユニット本体から前記過電流検出信号が出力されたときに、全ての前記インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記インバータの動作を停止させる手段を備えたものである。
前記UPSユニット本体は、前記コンバータの入力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器による電流検出値が第2の過電流検出レベルを超えたときに当該コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該コンバータの動作を停止させるための過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該コンバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、全ての前記電流検出値の合計値が、前記第2の過電流検出レベルよりも小さい第1の過電流検出レベルを超えたときに、全ての前記コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記コンバータの動作を停止させる手段を備えたものである。
前記UPSユニット本体は、前記コンバータの入力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器による電流検出値が第1の過電流検出レベルを超えたときに過電流検出信号を出力すると共に、前記電流検出値が前記第1の過電流検出レベルより大きい第2の過電流検出レベルを超えたときに当該コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該コンバータの動作を停止させる過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該コンバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、何れかの前記UPSユニット本体から前記過電流検出信号が出力されたときに、全ての前記コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記コンバータの動作を停止させる手段を備えたものである。
また、制御装置を1台のみ使用することで、システム全体のコストや消費電力の低減が可能である。
図1は、本発明の実施形態に係る無停電電源システムの構成図であり、図4,図5と同一の機能を有する部分には同一の番号を付してある。図1において、2G,2H,2IはUPSユニット本体(以下、ユニット本体ともいう)であり、何れも同一の構成であるため、以下ではユニット本体2Gを例に挙げてその構成を説明する。
他のユニット本体2H,2Iについても、過電流保護回路231,232が制御装置270に接続されており、1台の制御装置270によって全てのユニット本体2G,2H,2Iのコンバータ201及びインバータ202の過電流保護動作を行いつつゲートパルスの供給・停止を制御している。
[第1実施例]
まず、第1実施例に相当する図2は、過電流保護回路232を中心としたユニット本体2G,2H,2I、及び、制御装置270の構成を示した図である。この第1実施例は、請求項1,3に係る発明に相当する。
図2のユニット本体2Gにおいて、電流検出器222はリアクトル208(図1参照)に流れるインバータ202の出力電流を検出しており、その電流検出値に相当する電流検出器222の出力電圧は過電流保護回路232に入力される。
ここで、第1の過電流検出レベルIth1は、図6と同様に、過電流保護回路232内の第2の過電流検出レベルIth2よりも小さい値に設定されている。
上記ゲートパルスは、オフ遅延回路274の出力信号が入力される論理回路275を介してユニット本体2G,2H,2Iの過電流保護回路232内の論理回路236に入力され、この論理回路236を介してインバータ202のIGBTに与えられるようになっている。
これにより、過電流が流れているユニット本体のみを切り離して他のユニット本体による運転を継続することができ、無停電電源システムの特徴の一つである信頼性の向上が可能になる。
次に、第2実施例に相当する図3は、過電流保護回路232’を中心としたユニット本体2G’,2H’,2I’、及び、制御装置270’の構成を示した図である。ここで、制御装置270’は、図1,図2における制御装置270と同様に、全てのユニット本体2G’,2H’,2I’を制御するために1台だけ設けられている。
この第2実施例は、請求項2,4に係る発明に相当する。
なお、コンパレータ279bの反転入力端子は、直流電源VccとGNDとの間に接続された分圧抵抗279bの分圧点に接続されている。
また、制御装置270’には、図2と同様に制御演算部271及びゲートパルス生成回路272が設けられ、ゲートパルス生成回路272からのゲートパルスは論理回路275を介してユニット本体2G’,2H’,2I’の過電流保護回路232’内の論理回路236にそれぞれ入力されている。
共通信号線240の電圧は過電流検出信号に相当するものであり、この電圧は、通常は電源電圧Vcc相当にプルアップされているが、ユニット本体2G’,2H’,2I’の何れかのトランジスタ239がオンすることにより、GND電位に低下する。これと同時に、制御装置270’内のコンパレータ279bの非反転入力端子の電圧もGND電位に低下するので、コンパレータ279bの出力は「Low」レベルに変化する。
これにより、全てのユニット本体2G’,2H’,2I’のインバータ202に対するゲートパルスが一定期間、遮断されてインバータ202が運転を停止するので、突入電流等により一時的に過電流が発生した場合に、インバータ202の出力電流を抑制しつつユニット本体2G’,2H’,2I’が故障しないように保護動作が行われる。
例えば、ユニット本体2G’に何らかの異常が発生して電流が制御できなくなり、インバータ202の出力電流が第2の過電流検出レベルIth2を超えるような場合には、第2の過電流検出回路233から出力される過電流検出信号をラッチ回路235にてラッチし、論理回路236を介してインバータ202へのゲートパルスの出力を停止する。また、当該インバータ202を有するユニット本体2G’内の入力側及び出力側のコンタクタ203,211をオフすることにより、故障が発生したユニット本体2G’を解列する。
よって、他のUPSユニット本体の運転を継続し、無停電電源システムの特徴の一つである信頼性の向上を図ることができる。
つまり、本発明は、UPSユニット本体を構成する電力変換器としてのインバータ202またはコンバータ201を交流の過電流から保護するために適用することができる。
2X:無停電電源システム
2G,2G’,2H,2H’,2I,2I’:UPSユニット本体
21:バイパス回路
22:バイパス用コンタクタ
201:コンバータ(整流器)
202:インバータ
203:入力側コンタクタ
204,206,208,210:インダクタ
205,209:コンデンサ
207:直流中間コンデンサ
211:出力側コンタクタ
221,222:電流検出器
231,232,232’:過電流保護回路
233:第2の過電流検出回路
234:電圧−電流変換回路
235:ラッチ回路
236:論理回路
238:第1の過電流検出回路
239:トランジスタ
240:共通信号線
270,270’:制御装置
271:制御演算部
272:ゲートパルス生成回路
273:第1の過電流検出回路
274:オフ遅延回路
275:論理回路
276:電流−電圧変換回路
277:反転回路
278:プルアップ抵抗
279a:分圧回路
279b:コンパレータ
Claims (6)
- 交流電源の交流電圧を直流電圧に変換し、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するための複数の電力変換器と、前記交流電源の停電時に直流電圧源として動作する蓄電装置と、を備えた無停電電源装置ユニット本体(以下、ユニット本体という)を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ユニット本体を1台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ユニット本体は、
前記電力変換器に流れる交流電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による電流検出値が第2の過電流検出レベルを超えたときに当該電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該電力変換器の動作を停止させるための過電流保護回路と、
前記過電流保護回路の動作時に当該電力変換器を解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、
全ての前記電流検出値の合計値が、前記第2の過電流検出レベルよりも小さい第1の過電流検出レベルを超えたときに、全ての前記電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記電力変換器の動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする無停電電源システム。 - 交流電源の交流電圧を直流電圧に変換し、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するための複数の電力変換器と、前記交流電源の停電時に直流電圧源として動作する蓄電装置と、を備えた無停電電源装置ユニット本体(以下、ユニット本体という)を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ユニット本体を1台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ユニット本体は、
前記電力変換器に流れる交流電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による電流検出値が第1の過電流検出レベルを超えたときに過電流検出信号を出力すると共に、前記電流検出値が前記第1の過電流検出レベルより大きい第2の過電流検出レベルを超えたときに当該電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該電力変換器の動作を停止させる過電流保護回路と、
前記過電流保護回路の動作時に当該電力変換器を解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、
何れかの前記ユニット本体から前記過電流検出信号が出力されたときに、全ての前記電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記電力変換器の動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする無停電電源システム。 - 交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源の停電時に前記インバータに直流電圧を供給するための蓄電装置と、を備えた無停電電源装置ユニット本体(以下、ユニット本体という)を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ユニット本体を1台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ユニット本体は、
前記インバータの出力電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による電流検出値が第2の過電流検出レベルを超えたときに当該インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該インバータの動作を停止させるための過電流保護回路と、
前記過電流保護回路の動作時に当該インバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、
全ての前記電流検出値の合計値が、前記第2の過電流検出レベルよりも小さい第1の過電流検出レベルを超えたときに、全ての前記インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記インバータの動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする無停電電源システム。 - 交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源の停電時に前記インバータに直流電圧を供給するための蓄電装置と、を備えた無停電電源装置ユニット本体(以下、ユニット本体という)を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ユニット本体を1台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ユニット本体は、
前記インバータの出力電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による電流検出値が第1の過電流検出レベルを超えたときに過電流検出信号を出力すると共に、前記電流検出値が前記第1の過電流検出レベルより大きい第2の過電流検出レベルを超えたときに当該インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該インバータの動作を停止させる過電流保護回路と、
前記過電流保護回路の動作時に当該インバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、
何れかの前記ユニット本体から前記過電流検出信号が出力されたときに、全ての前記インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記インバータの動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする無停電電源システム。 - 交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源の停電時に前記インバータに直流電圧を供給するための蓄電装置と、を備えた無停電電源装置ユニット本体(以下、ユニット本体という)を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ユニット本体を1台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ユニット本体は、
前記コンバータの入力電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による電流検出値が第2の過電流検出レベルを超えたときに当該コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該コンバータの動作を停止させるための過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該コンバータを解列する手段と、
を備え、
前記制御装置は、
全ての前記電流検出値の合計値が、前記第2の過電流検出レベルよりも小さい第1の過電流検出レベルを超えたときに、全ての前記コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記コンバータの動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする無停電電源システム。 - 交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源の停電時に前記インバータに直流電圧を供給するための蓄電装置と、を備えた無停電電源装置ユニット本体(以下、ユニット本体という)を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ユニット本体を1台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ユニット本体は、
前記コンバータの入力電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による電流検出値が第1の過電流検出レベルを超えたときに過電流検出信号を出力すると共に、前記電流検出値が前記第1の過電流検出レベルより大きい第2の過電流検出レベルを超えたときに当該コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該コンバータの動作を停止させる過電流保護回路と、
前記過電流保護回路の動作時に当該コンバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、
何れかの前記ユニット本体から前記過電流検出信号が出力されたときに、全ての前記コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記コンバータの動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする無停電電源システム。
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