JP2957613B2 - インバータ装置 - Google Patents

インバータ装置

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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、インバータと予備電源とを交流スイッチ
で切り換えて負荷に電力を供給するインバータ装置に関
するものである。
[従来の技術] 第2図は、例えば特開昭63−167644号公報に開示され
ている従来のインバータ装置を示すブロック図である。
図において、1は予備電源、2はこの予備電源1に接続
されて交流を直流に変換する整流器、3はこの整流器2
の出力側に接続されて直流フィルタ(DCフィルタ)の一
部を構成する第1のリアクタ、4はこの第1のリアクタ
3の出力側に接続されてDCフィルタの残部を構成する第
1のコンデンサ、5はDCフィルタを介して整流器2の出
力側に接続され、直流を交流に変換するインバータ、6
はこのインバータ5の出力側に接続されて交流フィルタ
(ACフィルタ)の一部を構成する第2のリアクタ、7は
この第2のリアクタ6の出力側に接続されてACフィルタ
の残部を構成する第2のコンデンサ、8はACフィルタを
介してインバータ5の出力側に接続された第1の交流ス
イッチ例えば第1のサイリスタスイッチ、9は予備電源
1に接続された第2の交流スイッチ例えば第2のサイリ
スタスイッチ、10は第1のサイリスタスイッチ8および
第2のサイリスタスイッチ9の出力側に接続され、イン
バータ5または予備電源1から電力が供給される負荷、
11はACフィルタに接続されてインバータ5側の電圧の位
相を検出する第1のシュミットトリガ回路、12は予備電
源1に接続されてその電圧の位相を検出する第2のシュ
ミットトリガ回路、13はこれら第1のシュミットトリガ
回路11、第2のシュミットトリガ回路12の出力側に接続
されて各出力信号から電圧の位相差を検出する位相差検
出回路、14は第1のサイリスタスイッチ8と負荷10の間
に設けられ、負荷10に流れる負荷電流を検出する変流
器、15はこれら位相差検出回路13および変流器14に接続
され、変流器14が検出した負荷電流の検出信号iLから位
相差検出回路13の電圧位相差信号θを差し引く加算器、
16はこの加算器15に接続されてその出力信号C1を入力と
してこれを増幅するPLLアンプ、17はこのPLLアンプ16に
並列接続されたコンデンサ、18はPLLアンプ16の出力側
に接続されてその出力信号C2を入力とする電圧制御発振
器、19はこの電圧制御発振器18に接続されてその出力信
号を入力とする電圧制御回路を示し、その出力信号でイ
ンバータ5の出力電圧を制御する。
第3図は供給電力切り換え前の予備電源1の電圧ベク
トルと、インバータ5の電圧ベクトルとの位相
関係を示すベクトル図であり、そして第4図(a)〜
(g)は第2図に示した従来のインバータ装置の各部の
波形図である。なお、第4図(a),(b)のハッチン
グ部分はそれぞれ第2のサイリスタスイッチ9、第1の
サイリスタスイッチ8のオン期間を示し、重なり部分
(時刻t1〜t2)は第1のサイリスタスイッチ8を投入し
てから第2のサイリスタスイッチ9を遮断する(メーク
・ビフォア・ブレーク方式)までの期間である。
従来のインバータ装置は上述したように構成されてお
り、通常、予備電源1からインバータ5を介して負荷10
へ電力を供給している(第4図の時刻t1以降)。しかし
ながら、インバータ5の故障時には第1のサイリスタス
イッチ8をオンからオフへかつ第2のサイリスタスイッ
チ9をオフからオンへ無遮断で切り換えて予備電源1か
ら負荷10へ直接電力を供給するため、第1のシュミット
トリガ回路11および第2のシュミットトリガ回路12から
の出力信号に基づいた電圧位相差を位相差検出回路13で
検出して加算器15へ電圧位相差信号θを出力し、加算器
15は変流器14からの負荷電流検出信号iLから電圧位相差
信号θを差し引いた出力信号C1をPLLアンプ16へ供給す
る。したがって、PLLアンプ16の出力信号C2に基づいて
インバータ5は予備電源1に対して常時同期運転され
る。
さらに、負荷10へ供給する電力を予備電源1からイン
バータ5へ切り換える前には、予備電源1の電圧ベクト
に対してインバータ5の電圧の電圧ベクトル
は負荷電流検出信号iLに見あった電圧位相差信号θ(第
4図(e))分だけ位相が進んだ状態に制御されてい
る。この状態では加算器15の出力信号C1(第4図
(f))は“0"となっている。そして、時刻t1〜t2の間
で予備電源1からインバータ5へ切り換えると、第2の
サイリスタスイッチ9、第1のサイリスタスイッチ8は
それぞれ第4図(a),(b)のハッチング部分のよう
に制御され、位相差検出回路13の電圧位相差信号θは
“0"となるため、変流器14からの負荷電流検出信号i
L(第4図(d))から電圧位相差信号θを差し引い
た、加算器15の出力信号C1は第4図(f)のようにな
り、PLLアンプ16の出力信号C2は第4図(g)のように
なる。したがって、出力信号C2の増加によって電圧制御
発振器18の周波数が増加するため、この増加した周波数
の出力信号を入力とする電圧制御回路19によってインバ
ータ5は出力電圧が制御され、第1のサイリスタスイッ
チ8と第2のサイリスタスイッチ9とのオーバラップ中
に負荷電流が徐々にインバータ5側へ移行するので(第
4図(a),(b))、負荷電圧VL(第4図(c))は
変動しなくなる。
[発明が解決しようとする課題] 従来のインバータ装置では、負荷電流を直接制御する
のではなく、インバータと予備電源との位相差を調整す
ることによって間接的に負荷電流を移行させる。したが
って、インバータ出力系と予備電源とのインピーダンス
関係に応じて、負荷電流の移行をスムーズに行なわせる
ための適度な位相差を、試行錯誤的調整によって見つけ
ださなければならないという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決するためにな
されたもので、インバータ出力系と予備電源のインピー
ダンスに関係なく、無調整で負荷電流を移行させること
ができるインバータ装置を得ることを目的とする。
[課題を解決するための手段] この発明に係るインバータ装置は、負荷に組み合わさ
れ、切り換え指令に応答して負荷電流の検出信号を制御
し、前記インバータの負荷電流分担指令信号を作る手段
と、電流制御マイナーループの電流基準を構成する1要
素として前記負荷電流分担指令信号を加算する電流基準
合成手段を含み、前記インバータを制御する手段とを設
けたものである。
[作 用] この発明においては、電流制御マイナーループによっ
てインバータ出力電流が制御され、その電流基準内でイ
ンバータが分担する負荷電流分つまり負荷電流分担指令
信号を、切り換え指令に応答して増加または減少させる
ことにより、インバータと予備電源を相互に切り換える
際の負荷電流を切り換え側に円滑に移行させる。
[実施例] 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第
1図はこの発明に係るインバータ装置の一実施例を示す
ブロック図であり、図において1は予備電源、2Aは第2
図中の整流器2に代わるコンバータ、3〜10および14は
第2図において説明したものと同じである。なお、14は
ここでは第1の変流器と云う。20はコンバータ2Aの入力
側に接続された商用電源、21はインバータ5と第1のサ
イリスタスイッチ8の間に設けられ、インバータ5の出
力電流IIを検出する第2の変流器(CT)、22は第1のサ
イリスタスイッチ8の入力側に接続されてインバータ5
側の電圧Vnを検出する第1の検出用変圧器(PT)、23は
第2のサイリスタスイッチ9の入力側に接続されて予備
電源1の電圧VBを検出する第2のPT、30は第2のPT23の
他側に接続されて予備電源1と同期する位相ロックルー
プ(PLL)回路であり、縦続接続された位相比較器(P
C)31、ローパスフイルタ(LPF)32、電圧制御発振器
(VCO)33およびカウンタ34から構成されている。35は
このPLL回路30中のカウンタ34の出力側に接続され、例
えば正弦波の数値テーブルが記憶されたROMなどのメモ
リ(図示しない)と乗算形D/Aコンバータ(図示しな
い)で構成され、カウンタ34が出力する位相信号に対応
した2種類の正弦波基準信号Vn*Ic*を出力する正弦波
発生回路、36,37はそれぞれ第1のPT22,第2のPT23の他
側に接続されてインバータ出力電圧信号、予備電源電圧
信号を直流電圧に変換する第1の整流回路、第2の整流
回路、38はこれら整流回路36および37の出力側と正弦波
発生回路35の間に接続されて前記直流電圧の差を積分
し、正弦波発生回路35の出力正弦波の振幅を制御する積
分器、40は後述する負荷電流分担コントローラの出力
側、第1のPT22の他側、第2のCT21の出力側および正弦
波発生回路35の出力側に接続された電流制御マイナール
ープ付き電圧制御回路であり、正弦波基準信号Vn*とイ
ンバータ5側の電圧Vnとの偏差を検出する第1の減算器
51、この第1の減算器51の電圧偏差が0となるように制
御する電圧コントローラ(VC)41、このVC41の出力IX
正弦波基準信号Ic*とを加算する第1の加算器52、この
第1の加算器52の出力と後述する負荷電流分担コントロ
ーラからの負荷電流分担指令信号例えばiLCとを加算し
てインバータ電流基準II*とする第2の加算器53、この
第2の加算器53のインバータ電流基準II*が一定値を越
えないように制限するリミッタ42、このリミッタ42を通
ったインバータ電流基準II*とインバータ出力電流II
の偏差を検出する第2の減算器54、この第2の減算器54
の電流偏差が0となるように制御する電流コントローラ
(CC)43、およびこのCC43の出力VLS*とインバータ5
側の電圧Vnとを加算してインバータ出力電圧指令VI*を
合成する第3の加算器55から構成されている。44は電流
制御マイナーループ付き電圧制御回路40中の第3の加算
器55に接続されインバータ出力電圧指令VI*を高周波で
変調してVI*の値に応じたパルス幅の高周波パルス信号
を出力するパルス幅変調回路(PWM)、45はこのPWM44と
インバータ5の間に接続され、PWM44からの高周波パル
ス信号を増幅しかつインバータ5を構成する電力スイッ
チング素子(図示しない)をオン/オフする信号を出力
するドライバ、46は負荷10へ電力を供給する電源を選択
するインバータ出力切り換え指令と同期した切り換え指
令、47は第1のCT14と第2の加算器53との間に接続さ
れ、負荷電流検出信号iLを入力とし、これを前記切り換
え指令46に応答して負荷電流分担指令信号を出力する負
荷電流分担コントローラである。
この発明のインバータ装置は上述したように構成され
ており、まずインバータ5が負荷10に電力を供給してい
る場合の動作について説明する。PLL回路30中のPC31は
予備電源電圧VBとカウンタ34の計数値との位相差を検出
する。LPF32は通常比例積分特性を有しかつPC31の位相
差を積分する。VCO33はLPF32の積分出力に応じた周波数
の信号を出力する。カウンタ34はVCO33が出力した信号
の周波数を計数する。このPLL回路30はPC31が出力する
位相差が0の状態で安定する。すなわち予備電源1とカ
ウンタ34の出力とは周波数および位相が常に一致してい
るので、カウンタ34の出力は予備電源電圧の位相角を常
に示している。
正弦波発生回路35は、上述したように、例えば正弦波
の数値テーブルが記憶されたROMなどのメモリと乗算形D
/Aコンバータで構成されており、カウンタ34の出力す
る、予備電源電圧の位相角値に応じた正弦波値が上述し
たメモリから出力されると、その正弦波値はアナログ値
に変換された後アナログ正弦波信号として出力される。
正弦波発生回路35が出力する2種類の正弦波基準信号Vn
*とIc*は90゜の関係になっている。これはACフィルタ
のコンデンサ7の電圧Vnと電圧Icに対応し、Vn*は交流
フィルタコンデンサ電圧基準、Ic*は交流フィルタコン
デンサ電流模擬信号となる。正弦波基準信号Vn*とIc*
は積分器38の出力に比例して制御される。
電流制御マイナーループ付き電圧制御回路40の動作は
以下の通りである。VC41は、積分要素を含んでいるの
で、コンデンサ電圧Vnとその指令値Vn*との間に誤差が
あれば、この誤差を積分して信号Vxを出力し、Vn=Vn*
となるように動作する。もし予備電源電圧VBとコンデン
サ電圧Vnに電圧差があれば積分器38がその電圧差を積分
し、Vn*の振幅が調整されてVB=Vn(=Vn*)となった
ところで定常状態になる。負荷電流分担コントローラ47
は、インバータ5が負荷10へ給電している時には第1の
CT14で検出された負荷電流検出信号iLをそのまま出力i
LCとして第2の加算器53へ出力する。したがってVC41の
出力Ixとコンデンサ電流模擬信号Ic*とiLCとが第1の
加算器52および第2の加算器53によって加算され、イン
バータ電流基準II*が合成される。このインバータ電流
基準II*はリミッタ42を通り、第2の減算器54によって
IIとの偏差が検出される。CC43は検出された偏差を増幅
して信号VLS*信号を出力する。第3の加算器55はこの
信号VLS*とコンデンサ電圧Vnの検出信号とを加算し、
インバータ出力電圧指令すなわちインバータ電圧基準VI
*を作り、PWM44に供給する。PWM44はVI*を高周波でパ
ルス幅変調し、変調された高周波パルス信号はドライバ
45を通じてインバータ5の電力用スイッチング素子をオ
ン/オフする。インバータ5の出力側にはパルス幅変調
された矩形波(平均値VI*に比例した正弦波)が出力さ
れる。このパルス幅変調された矩形波はACフィルタの第
2のリアクタ6および第2のコンデンサ7によって変調
周波数成分が除かれ、なめらかな正弦波Vnとして現われ
る。
いまインバータ5が負荷電流を供給しているから、イ
ンバータ5が流すべき電流はII=iL+ICである。この電
流はインバータ電流基準II*を構成する成分のうちiL
IC*だけでほとんど流すことができ、VC41が出力するIx
はIcとIC*の誤差を補正するだけの小さなレベルであ
る。
次にインバータ5から予備電源1に切り換えるときに
は、第2のサイリスタスイッチ9をオンにし、続いて切
り換え指令46を負荷電流分担コントローラ47に与える。
負荷電流分担コントローラ47が出力iLCを0とするの
で、インバータ電流はコンデンサ電流Icのみとなり、負
荷電流は予備電源1に移行する。その後第1のサイリス
タスイッチ8をオフにすることにより切り換えが完了す
る。
次に予備電源1からインバータ5に切り換えるときに
は、第1のサイリスタスイッチ8をオンにし、続いて切
り換え指令46を負荷電流分担コントローラ47に与える。
負荷電流分担コントローラ47は出力iLCをiLとするの
で、インバータ電流はコンデンサ電流IcとiLの和にな
り、負荷電流はインバータ5に移行する。その後第2の
サイリスタスイッチ9をオフにすることにより切り換え
が完了する。
負荷電流分担コントローラ47はリレーあるいはアナロ
グスイッチでもよい。この場合、負荷電流の移行は負荷
電流分担コントローラ47の応答速度で行なわれる。また
負荷電流分担コントローラ47はある時定数で負荷電流分
担指令信号を増加または減少させてもよい。このとき負
荷電流はその時定数で移行する。
[発明の効果] 以上、詳述したように、この発明は、負荷に組み合わ
され、切り換え指令に応答して負荷電流の検出信号を制
御し、前記インバータの負荷電流分担指令信号を作る手
段と、電流制御マイナーループの電流基準を構成する1
要素として前記負荷電流分担指令信号を加算する電流基
準合成手段を含み、前記インバータを制御する手段とを
設けたので、無調整でインバータと予備電源を相互に切
り換える際の負荷電流の移行が非常に簡単な回路構成で
円滑に行なわれると云う効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第2図
は従来のインバータ装置を示すブロック図、第3図,第
4図は従来のインバータ装置の動作説明用のそれぞれベ
クトル図,波形図である。 図において、1は予備電源、20は商用電源、5はインバ
ータ、6と7はACフィルタを構成する第2のリアクタと
第2のコンデンサ、8と9は第1のサイリスタスイッ
チ、10は負荷、14と21は第1のCTと第2のCT、35は正弦
波発生回路、40は電流制御マイナーループ付き電圧制御
回路、52と53は第1の加算器と第2の加算器、46は切り
換え指令、47は負荷電流分担コントローラである。 なお、図中、同一符号は、同一または相当部分を示す。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】インバータと予備電源とを交流スイッチで
    切り換えて負荷に電力を供給するインバータ装置におい
    て、 前記負荷に組み合わされ、切り換え指令に応答して負荷
    電流の検出信号を制御し、前記インバータの負荷電流分
    担指令信号を作る手段と、 インバータの出力電流を制御する電流制御マイナールー
    プと、前記電流制御マイナーループは、前記負荷電流分
    担指令信号をインバータ出力電流基準信号に加算する電
    流基準合成手段と、前記電流基準合成手段からの出力信
    号を前記インバータ出力電流で減算する手段とを含み、 前記電流制御マイナーループからの出力信号で前記イン
    バータを制御する手段と、 を備えていることを特徴とするインバータ装置。
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