JP2504718Y2 - 交流無停電電源装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、エンジン発電機の出力
を交流の入力電源とし、蓄電池をバックアップ電源と
し、負荷給電出力の周波数を常に負荷の要求周波数範囲
に維持するインバータ構成の交流無停電電源装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、山間部や離島等の商用電源のない
僻地においては、エンジン発電機の交流の出力を電源と
して種々の電気設備が稼動される。この場合、とくにコ
ンピュータ設備等の停電対策を要する設備に対しては、
発電機の故障，保守等による停電から設備を保護するた
め、通常、蓄電池をバックアップ電源とするインバータ
構成の交流無停電電源装置を用いて給電が行われる。

【０００３】また、都市の工場，オフィス等において
は、コンピュータ設備等を商用電源の停電から保護する
ため、電源設備としてエンジン発電機及びこの種インバ
ータ構成の交流無停電電源装置を備える。そして、商用
電源の停電が長時間に及ぶときは、エンジン発電機の出
力を電源とする前記僻地と同様の給電が行われる。

【０００４】つぎに、エンジン発電機の出力を入力電源
とする従来のこの種交流無停電電源装置につき、図３を
参照して説明する。同図において、１はエンジン発電
機、２は発電機１の交流出力を直流に変換する整流器、
３は整流器２の整流出力を電源とするインバータ、４は
出力切換部であり、発電機１，インバータ３と負荷５と
の間それぞれに瞬時切換用の交流サイリスタ構成のスイ
ッチ回路６，７を設けて形成されている。

【０００５】８は発電機１の故障，点検等の出力停止時
にインバータ３にバックアップ電源としての直流を給電
する蓄電池、９は整流器２と蓄電池８との間に設けられ
た充電器、１０は充電器９に並列に設けられた放電路用
のダイオードである。１１は発電機１の交流出力が入力
される同期回路であり、発電機１に同期した同期信号を
出力する同期検出部１２及び同期信号の出力を停止制御
する周波数比較部１３を有する。１４は同期検出部１２
の同期信号等が入力される装置全体の制御装置であり、
インバータ３の駆動を制御するＰＬＬ回路構成のインバ
ータ制御部及びスイッチ回路６，７の開閉制御部，充電
器９の充電制御部を有する。

【０００６】そして、例えば僻地の場合発電機１は故
障，保守等を除いて常時駆動され、その交流出力は電
灯，動力機器等に直接給電されるとともに交流無停電電
源装置に供給されて整流器２により整流され、この整流
器２の整流出力がインバータ３に供給される。また、同
期回路１１の同期検出部１２により発電機１の出力電圧
の例えばゼロクロス点が検出され、このゼロクロス点毎
の同期信号が形成される。

【０００７】さらに、同期回路１１の周波数比較部１３
により発電機１とインバータ３との出力周波数が比較さ
れ、インバータ３が発電機１に同期して駆動され、両出
力周波数がほぼ等しくなるインバータ制御の同期範囲の
状態か否かが検出される。そして、同期範囲の状態であ
れば周波数比較部１３から同期検出部１２に出力停止が
指令されず、同期検出部１２の同期信号が制御装置１４
に供給される。

【０００８】この制御装置１４のインバータ制御部は、
ほぼ図２の本考案の１実施例の構成に示すように形成さ
れる。図２において、１５はインバータ制御部、１６は
目標周波数の切換回路、１７は水晶発振器構成の擬似同
期信号出力用の自走発振器、１８はインバータ３の出力
周波数を検出する周波数検出器、１９はＰＬＬ発振出力
回路であり、切換回路１６からの目標周波数の信号と周
波数検出器１８の検出信号との誤差信号によりデジタル
的又はアナログ的に制御基準の発振周波数を可変して目
標周波数（同期周波数）に引込み、この周波数の制御信
号を形成する。２０はＰＷＭ方式のインバータ駆動回路
であり、ＰＬＬ発振出力回路１９の制御信号の周波数に
応じたＰＷＭ駆動信号を形成してインバータ３に供給す
る。

【０００９】そして、発電機１及び負荷５の定格周波数
を例えば６０Ｈｚとすると、インバータ３の出力周波数
を安定に定格周波数に維持するため、発振出力回路１９
は発振周波数の同期範囲が負荷５の要求周波数に等しい
例えば６０Ｈｚ±１Ｈｚに設定される。また、この設定
に基づき、自走発振器１７は６０Ｈｚの固定周波数で発
振し、この周波数の擬似同期信号を出力する。

【００１０】さらに、切換回路１６は同期検出部１２の
同期信号を優先し、この信号と自走発振器１７の出力信
号とを択一的に切換えて発振出力回路１９に出力する。
そして、発電機１の出力周波数が６０Ｈｚ±１Ｈｚの同
期範囲内に保持される発電機出力の周波数正常時は、同
期検出部１２の同期信号がインバータ制御の目標周波数
の信号として発振出力回路１９に供給される。

【００１１】この供給により発振出力回路１９は同期信
号の周波数に制御された制御信号を形成し、この信号に
基づきインバータ３を駆動してその出力周波数を同期信
号の周波数に制御する。そして、負荷５の要求電力がイ
ンバータ３の出力容量内の電力になる出力正常時は、制
御装置１４の開閉制御部によりスイッチ回路６，７がオ
フ，オンに制御され、インバータ３の交流出力が負荷５
に給電される。

【００１２】このとき、発電機１の出力周波数に等しい
インバータ３の出力周波数は、ほぼ負荷５の要求周波数
範囲に安定に維持される。ところで、発電機１はコスト
面から周波数補償装置が取付けられず、その出力に対す
る周波数特性が図４に示すようになり、取出される電力
が多くなる程出力周波数が低下する。

【００１３】そして、負荷５が要求する電力の増加によ
り、発電機１の出力周波数が前記同期範囲から外れ、例
えば６０Ｈｚ±３Ｈｚになる発電機出力の周波数異常時
は、負荷給電の周波数を６０Ｈｚ±１Ｈｚの要求周波数
範囲に維持するため、発電機１とインバータ３との出力
周波数のずれの検出に基づき、周波数比較部１３が同期
検出部１２に出力停止を指令する。さらに、この指令に
基づき同期検出部１２が同期信号の出力を停止し、この
停止により切換回路１６は自走発振器１７の６０Ｈｚの
擬似同期信号を目標周波数の信号として発振出力回路１
９に供給する。

【００１４】この供給に基づき発振出力回路１９の制御
基準の発振周波数は同期範囲の６０Ｈｚに維持され、こ
の周波数の制御信号に基づきインバータ３の出力周波数
も負荷５の定格周波数（６０Ｈｚ）に安定に維持され
る。なお、負荷５がコンピュータ設備等の負荷変動が生
じる負荷の場合、負荷の増加当初にのみ極めて大きな重
負荷となって過大な電流給電を要求することがある。

【００１５】そして、前記負荷の増加当初において、負
荷５の要求に基づいて電源装置の出力がインバータ３の
出力容量を超える出力過大時は、制御装置１４の開閉制
御部によりスイッチ回路６，７がオン，オフに反転し、
負荷５に発電機１の出力が直接給電され、インバータ３
の出力容量に伴う給電制限が回避される。

【００１６】つぎに、発電機１の故障，点検等によりこ
の発電機１の出力が停止し、電源装置の入力が停電する
と、同期検出部１２から同期信号が出力されなくなるた
め、切換回路１６は擬似同期信号の出力に切換わる。そ
して、擬似同期信号が目標周波数の信号として発振出力
回路１９に供給され、この供給に基づき、インバータ駆
動回路２０はインバータ３を定格周波数で駆動する。

【００１７】このとき、整流器２の出力が停止するた
め、インバータ３にダイオード１０を介した蓄電池８の
直流がバックアップ給電される。この給電に基づきイン
バータ３は蓄電池８の出力を用いて負荷給電を継続し、
その出力周波数は負荷５の要求周波数範囲に維持され
る。

【００１８】

【考案が解決しようとする課題】前記従来の交流無停電
電源装置の場合、発電機出力の周波数異常時、周波数比
較部１３の同期信号の出力停止の指令が迅速に出力され
ないため、切換回路１６のインバータ制御の目標周波数
の切換えが遅れ、負荷給電出力の周波数が変動して負荷
５の要求周波数範囲，例えば６０Ｈｚ±１Ｈｚから外れ
る問題点がある。すなわち、発電機１から取出される電
力が多くなると、その出力電圧が図５に示すように歪み
易くなる。

【００１９】そして、この発電機１の出力電圧の歪みに
基づく誤検出を防止するため、周波数比較部１３は、通
常、発電機１の出力の数周期の平均から発電機１とイン
バータ３との出力周波数の差を検出する。

【００２０】そのため、発電機１の出力周波数が同期範
囲を外れて発電機出力の周波数異常が発生してもそれか
ら数周期遅れて周波数比較部１３が同期検出部１２に出
力停止を指令し、切換回路１６の目標周波数の切換えが
遅れ、同期範囲を外れた同期信号に基づき、インバータ
３の出力周波数が変動して負荷５の要求周波数範囲から
外れる。本考案は、エンジン発電機の出力周波数がイン
バータの同期範囲から外れたときのインバータの出力周
波数の負荷の要求周波数範囲外への変動を確実に防止す
ることを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本考案の交流無停電電源装置においては、負荷に
給電する出力電流が所定のしきい値以上のときに同期検
出部に同期信号の出力の強制停止を指令する同期出力強
制停止部を備える。

【００２２】

【作用】前記のように構成された本考案の交流無停電電
源装置の場合、エンジン発電機から取出される電力が多
くなり、負荷に給電する出力電流が所定のしきい値以上
になると、同期出力強制停止部から同期検出部に直ちに
同期信号の出力の強制停止が指令され、同期検出部から
同期信号が出力されなくなり、インバータ制御の目標周
波数の信号が強制的に発振形成された定周波数の擬似同
期信号に切換わる。

【００２３】そして、周波数比較部のように数周期の平
均から検出するのでなく、出力電流がしきい値以上に達
するか否により瞬時に検出して同期信号の出力を強制的
に停止するため、発電機の出力周波数がインバータ制御
の同期周波数範囲の限界に達するときの出力電流値に前
記しきい値を設定することにより、発電機の出力周波数
が前記同期周波数範囲から外れたときに、インバータ制
御の目標周波数の信号が遅れなく確実に擬似同期信号に
切換わり、インバータの出力周波数の負荷の要求周波数
範囲外への変動が確実に防止される。

【００２４】

【実施例】１実施例について、図１及び図２を参照して
説明する。図１及び図２において、図３と同一符号は同
一もしくは相当するものを示し、図３の従来装置と異な
る点は電流検出器２１，電流電圧変換器２２及び同期出
力強制停止部２３を付加した点である。

【００２５】そして、電流検出器２１は出力切換部４か
ら負荷５に供給される電源装置の出力電流を検出し、電
流電圧変換器２２は電流検出器２１の電流の検出信号を
平滑して電圧に変換し、同期出力強制停止部２３に供給
する。また、この同期出力強制停止部２３は比較器２
４，入力抵抗２５，２６及びしきい値設定用の基準電源
２７により形成され、変換器２２の検出信号と基準電源
２７の所定のしきい値とを比較器２４により比較する。

【００２６】このとき、基準電源２７の所定のしきい値
は、発電機１から取出される出力が多く、その出力周波
数がインバータ３の同期範囲の内又は外の限界周波数，
例えば５９Ｈｚ（＝６０Ｈｚ−１Ｈｚ）又は５８Ｈｚ
（＝６０Ｈｚ−２Ｈｚ）に達するときの出力電流値に設
定される。

【００２７】そして、変換器２２の検出信号が基準電源
２７の所定のしきい値以上になると、比較器２４の出力
が直ちに反転し、比較器２４から同期検出部１２に同期
信号の出力の強制停止の指令信号が出力され、この指令
信号に基づき、同期検出部１２は周波数比較部１３から
出力停止が指令されなくても同期信号の出力を停止す
る。さらに、同期検出部１２の同期信号の出力停止によ
り、制御装置１４の切換回路１６はインバータ制御の目
標周波数の信号を自走発振器１７の擬似同期信号に切換
える。

【００２８】この切換えによりインバータ制御の目標周
波数が同期範囲の例えば６０Ｈｚに固定され、発振出力
回路１９の制御基準の発振周波数が６０Ｈｚに保持さ
れ、インバータ３の出力周波数も６０Ｈｚになる。

【００２９】そのため、発電機１から取出される出力が
多くなってその出力周波数がインバータ３の同期範囲か
ら外れても、インバータ３の出力周波数が確実に負荷５
の要求周波数範囲に維持される。なお、電源装置の出力
電流が基準電源２７のしきい値より少ない状態で発電機
出力の周波数異常が発生したときは、周波数比較部１３
の出力停止の指令により従来装置と同様にしてインバー
タ制御の目標周波数が切換えられる。

【００３０】また、発電機１の出力周波数範囲及びイン
バータ制御の同期範囲，負荷５の要求周波数範囲等は実
施例に限定されるものではない。さらに、インバータ制
御部１５，同期出力強制停止部２３等の構成及び比較器
２４の強制停止の指令に基づく同期検出部１２の出力停
止手法等も実施例に限定されるものではない。そして、
僻地で用いられる交流無停電電源装置だけでなく、発電
機１の給電が商用電源の長時間の停電中にのみ行われる
都市の工場，オフィス等の交流無停電電源装置にも適用
できるのは勿論である。

【００３１】

【考案の効果】本考案は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。エンジン発
電機１から取出される出力が多くなり、負荷５に給電す
る出力電流が所定のしきい値以上になると、同期出力強
制停止部２３から同期検出部１２に直ちに同期信号の出
力の強制停止が指令され、同期検出部１２から同期信号
が出力されなくなり、インバータ制御の目標周波数の信
号が強制的に発振形成された定周波数の擬似同期信号に
切換わる。

【００３２】そして、周波数比較部１３のように数周期
の平均から検出するのでなく、出力電流がしきい値以上
に達するか否により瞬時に検出して同期信号の出力を強
制的に停止するため、発電機１の出力周波数がインバー
タ制御の同期周波数範囲の限界に達するときの出力電流
値に前記しきい値を設定することにより、発電機１の出
力周波数が前記同期範囲から外れたときに、インバータ
制御の目標周波数の信号が遅れなく確実に擬似同期信号
に切換わり、インバータ３の出力周波数の負荷５の要求
周波数範囲外への変動を確実に防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の交流無停電電源装置の１実施例のブロ
ック結線図である。

【図２】図１の一部の詳細なブロック結線図である。

【図３】従来装置のブロック結線図である。

【図４】エンジン発電機の出力と周波数との関係図であ
る。

【図５】エンジン発電機の出力電圧波形図である。

【符号の説明】

１ エンジン発電機 ２ 整流器 ３ インバータ ８ 蓄電池 １１ 同期回路 １２ 同期検出部 １３ 周波数比較部 １５ インバータ制御部 ２３ 同期出力強制停止部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 今井 英樹 大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株 式会社三社電機製作所内

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン発電機の交流出力を整流する整
   流器と、 前記整流器の整流出力が供給されるインバータと、 前記交流出力の停電時に前記インバータに給電するバッ
   クアップ用の蓄電池と、 前記交流出力に同期した同期信号を形成して出力する同
   期検出部及び前記交流出力と前記インバータの出力との
   周波数比較により前記交流出力の周波数が前記インバー
   タの同期範囲の周波数から外れたときに前記同期信号の
   出力停止を指令する周波数比較部を有する同期回路と、 前記同期信号の入力の有，無により前記同期信号，発振
   形成された前記同期範囲の定周波数の擬似同期信号を択
   一的に切換えて目標周波数の信号とし，前記インバータ
   の出力周波数を前記目標周波数に制御するインバータ制
   御部とを備えた交流無停電電源装置において、 負荷に給電する出力電流が所定のしきい値以上のときに
   前記同期検出部に前記同期信号の出力の強制停止を指令
   する同期出力強制停止部を備えた交流無停電電源装置。