JP3306869B2 - 交流ピークカット電源装置 - Google Patents

交流ピークカット電源装置

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Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は比較的小容量の商用電源制御設備で間欠的大
負荷に対応しうるインバータを用いた交流ピークカット
電源装置に関する。
B.発明の概要 本発明は負荷電流が第1の設定より小さい場合インバ
ータで蓄電池を充電し、負荷電流が第1と第2の設定値
の中間にある場合はインバータを待機状態となし、負荷
電流が第2の設定値を越えた場合はインバータから負荷
に所定の有効電力又は商用電源側設備容量を越えた負荷
有効電力を供給し、また、インバータ無効電力乃至負荷
無効電力を検出し、インバータの無効電力を零又は負荷
の無効電力を打ち消する無効電力をインバータから供給
し力率調整を行うようにしたものである。
C.従来の技術 複写機のように、複写時消費費電力が大でウォーミン
グ時電流が小のように、間欠的に大きな負荷をとるよう
な場合でも、電流側の設備容量は最大負荷で決定する必
要がある。しかも複写機の場合、負荷は平均する待期状
態が多く、この場合、電流が少なくて最大負荷の数分の
1である。
しかるに、従来は、複写機等の間欠負荷に対する適当
な電源設備がなかった。
D.発明が解決しようとする課題 本発明にかかる従来の実状に鑑みてなされたものであ
り、その目的とするところは、複写機のように、間欠的
に増大する負荷に悪影響を与えることなく電源側から供
給するエネルギーを均一化し電源設備の小形化ができる
交流ピークカット電源を提供することにある。
E.課題を解決するための手段 上記目的を達成するために、本発明の交流ピークカッ
ト電源装置は、間欠的に負荷電流が増減する商用電源の
負荷と並列に接続された蓄電池を備えたインバータと、
インバータの無効電力を検出しインバータの誘起電圧を
制御しインバータの無効電力を零にする無効電力制御回
路と、負荷電流が第1の設定値より小の場合インバータ
の誘起電圧の位相を遅らせ蓄電池の充電を行う充電制御
回路と、負荷電流が第1と第2の設定値の中間にある場
合インバータの誘起電圧の位相を商用電源と同相又はイ
ンバータを停止させ待機状態とするインバータ待機制御
回路と、負荷電流が第2の設定値を越えた場合インバー
タの誘起電圧の位相を所定の進み位相とし定電力をイン
バータから出力する定電力制御回路とよりなるものであ
る。
上記無効電力制御回路に代えて、負荷の無効電力及び
インバータの無効電力を検出し、インバータの誘起電圧
を制御し負荷の無効電力を打ち消す無効電力をインバー
タから供給し力率調整を行う力率制御回路とすることが
できる。
また、上記無効電力制御回路又は力率調整回路を用い
た交流ピークカット電源装置の定電力制御回路に代え
て、負荷電流が第2の設定値を越えた場合負荷有効電力
及びインバータ有効電力を検出しインバータの誘起電圧
の位相を進み位相で制御し負荷有効電力の商用電源側電
源設備容量を越えた量をインバータから負荷に電力を供
給する超過電力制御回路としてもよい。
F.作用 商用電源に接続された蓄電池を備えたインバータにお
いて、インバータの誘起電圧を制御すれば無効電力制御
ができるので、インバータの無効電力を検出してインバ
ータの誘起電圧を制御すればインバータの無効電力を零
にすることができる。
インバータの誘起電圧の位相を商用電源の位相より遅
らせるとインバータにより蓄電池を充電することができ
るので、負荷電流が第1の設定値より小の場合にインバ
ータの誘起電圧の位相を遅らせることにより、負荷電流
の小の期間に蓄電池を充電することができる。
インバータの誘起電圧の位相を商用電源の位相と同相
にすればインバータは待機状態となるので、負荷が商用
電源側容量と見合った第1と第2の設定値の中間にある
場合はインバータの誘起電圧の位相を商用電源と同相又
はインバータを停止させて待機状態とする。
インバータの誘起電圧の位相を商用電源の位相より進
ませるとインバータから負荷に電力を供給することがで
きるので、負荷電流が第2の設定値を越えた場合インバ
ータの誘起電圧の位相を所定の進み位相とすることによ
りインバータから負荷に所定の電力を供給することがで
き、商用電源側電力設備の負荷のピークをカットするこ
とができる。
力率調整回路は、インバータの誘起電圧を負荷無効電
力とインバータ無効電力により制御されるので、インバ
ータから負荷無効電力を打ち消す無効電力を供給するこ
とができ、力率調整ができる。
超過電力制御回路は、負荷電流が第2の設定値を越え
た場合、インバータの誘起電圧の進み位相が負荷有効電
力の商用電源側設備容量を越えた超過負荷有効電力とイ
ンバータ有効電力で制御されるので、インバータの有効
電力の出力が設備容量を超過した超過電力に応じてもの
となる。
G.実施例 本発明の実施例について図面を参照して説明する。な
お、各実施例において同一構成部分は同一符号を付して
その重複する説明を省略する。
実施例1 第1図において、e1は商用電源、1は商用電源のライ
ン2に接続されている負荷、INV1はライン2にリアクト
ルL1を介して接続されたインバータ(以下単にINV1とい
う)、Ba1はINV1の直流側に接続された蓄電池、PT1は電
源e1の電圧を検出する電圧変成器等の電圧検出器(以下
単にPT1という)、CT1はライン2の電源e1側電流を検出
する変成器等の電流検出器(以下単にCT1という)、CT3
はリアクトルL1側に流れる電流を検出する電流検出器
(以下単にCT3という)、CT4は蓄電池Ba1に流れる電流
を検出する電流検出器(以下単にCT4という)である。
3は充電制御回路で、CT4の検出電流を充電電流IBset
値と突合わせ器31で突合わせた偏差電流をアンプ32,ダ
イオードD1を介して突合わせ器34において蓄電池Ba1の
電圧VBと共に蓄電池電圧設定器33の設定電圧EBsetと突
き合わせ、その偏差を電圧調整(AVR)用制御アンプ
(以下AVRアンプという)35に入力し、AVR指令を出力す
るようになっている。(回路3は既存技術) CP1及びCP2はCT1及びCT2の検出電流をセット電流値Is
et1及びIset2と比較するヒステリシスコンパレータ及び
コンパレータ(以下単にCP1,CP2という)である。
4は正弦波位相器で、PT1の検出電圧の位相を移相回
路41で90゜遅らせ、その信号と前記充電制御回路3のAV
R信号を掛算器42で掛算し、CP1により制御されるアナロ
グスイッチSW1に入力すると共に、移相器41の信号を位
相反転アンプ43で反転させ、その90゜進んだ正弦波を分
圧器VR1で適当に分圧してCP2により制御されるアナログ
スイッチSW2に入力している。
51はPT1、スイッチSW1,SW2からの信号AとB又はAと
Cを加算する加算器、63はPT1とCT3の検出信号が入力す
るインバータ無効電力検出回路、64は検出回路63で検出
したインバータ無効電力を角度設定値θsetと突合わせ
る突合わせ器、65は突合わせ器からの偏差増幅するアン
プである。
7はINV1を制御する正弦波PWM制御回路で、加算器51
で加算した信号A+B又はA+Cとアンプ63の信号を掛
算器71で掛算し、その正弦波と三角波発生回路72の三角
波をコンパレータCP3(以下単にCP3という)で比較し正
弦波PWMを発生させ、ゲート回路73を介してINV1を制御
するようになっている。
次に、この実施例の動作について説明する。
1.充電モード:CT1で検出した負荷電流が設定値Iset1よ
り小の場合は、CP1が動作してスイッチSW1がONとなり正
弦波位相器4からは90゜遅れの正弦波Bが出力されPT1
からの正弦波Aと加算器51で加算され、正弦波PWM制御
回路7へ入力される。
第2図(a)に示すようにINV1の出力電圧Dが正弦波
A(電源e1の電圧)より遅れている場合は充電モードと
なる。この遅れ角θを変えることにより充電電流を制御
することができる。
この遅れ角θは正弦波Bのスカラ量で決定され、この
スカラ量は正弦波位相器4に入力する充電制御部3から
のAVR指令により変わる。したがって、負荷電流が設定
値Iste1より小さい場合は、蓄電池Ba1はAVR指令に基づ
いた定電圧又は定電流制御により充電される。
2.待機モード:CT1で検出した負荷電流が設定値Iset1を
越えるとCP1が不動作となり、スイッチSW1がOFFとな
り、加算器51から正弦波PWM制御回路7に入力される正
弦波は正弦波AのみとなりINV1の出力は電源e1の電圧と
同相となり、INV1から有効分電流は流れない。すなわ
ち、負荷電流が設定値Iste1とIset2との間にある場合は
待機モードとなる。
3.放電モード:CT1で検出した負荷電流が設定値Iset2を
越えると、CP2が動作しスイッチSW2がONとなり、第2図
(b)に示すように基準正弦波Aに90゜進みの正弦波C
が加算される。これによりINV1の電圧は分圧器VR1で決
定される進み量の等価正弦波が出力される。すなわち、
負荷電流が設定値Iset2を越えると、INV1は有効電力を
出力する放電モードとなる。この場合の負荷の量と電源
の電力量とインバータの電力量の関係は第3図に示すよ
うになる。分圧器VR1により進み量を変化させると電源e
1から負荷1への電力は低下し、負荷1への電力はINV1
から供給される。
4.無効電力制御:上記1〜3の有効電力制御と並列に無
効電力制御を行う。無効電力の制御は第2図(b)にお
けるINV1の誘起電圧Dを制御して行うもので、角度電圧
設定値θsetとインバータ無効電力検出回路63の無効電
力Qiを突合せて正弦波PWM制御回路7の掛算器71に入力
し、インバータ無効電力Qiが零となるように制御してい
る。
なお、上記待機モードは、インバータを停止させても
よい。
実施例2 第4図について、CT2は負荷L1の電流を検出する電流
検出器(以下単にCT2という)、62はPT1の検出電圧とCT
2の検出電流が入力される負荷無効電力検出回路で、検
出回路62,63からの負荷無効電力QLとインバータ負荷無
効電力Qiは突合わせ器64で突合わされアンプ65を介して
正弦波PWM制御回路7の掛算器71に入力するようになっ
ている。
この実施例は、実施例1における無効電力制御指令部
(63〜65)を変更したもので、負荷L1の無効電力を検出
してINV1の等価出力インピーダンスがリアクタンス分で
ある事に着目し、負荷無効電力QLとインバータ無効電力
Qiとを比較し、負荷に遅れ無効電力がある場合はINV1の
誘起電圧を電源e1の電圧より高くし、また負荷に進み無
効電圧がある場合はINV1の誘起電圧を電源e1の電圧より
低くして、負荷の無効電力をすべてINV1側に流すことに
より自動的に力率調整を行うようにしたものである。
実施例3 第5図において、82はPT1で検出した電源電圧及びCT2
で検出した負荷電流が入力する負荷有効電力検出回路、
83はPT1で検出した電源電圧及びCT3で検出したインバー
タ電流が入力するインバータ有効電力検出回路、84は負
荷有効電力PLから電流側容量Pcを突合わせて電源側容量
の不足分を求める引算回路、85はダイオードD2を介して
入力する電源側不足分容量をインバータ有効電力Piを突
合わせる突合わせ器、86は突合わせ器からの電力偏差が
入力するアンプである。
SW11,SW12及びSW21,SW22はCP1及びCP2で制御されるア
ナログスイッチ、44はスイッチSW11又はSW21の出力とス
イッチSW12の出力又はSW22の出力信号を掛算する掛算器
で、スイッチSW11は充電制御回路3と掛算器44間に、ス
イッチSW12は移相器41と掛算器44間に、スイッチSW21は
アンプ86と掛算器44間に、スイッチSW22は極性変換アン
プ43と掛算器44間に、夫々接続されている。
掛算器44の出力は加算器52で正弦波波形Aと加算され
て正弦波PWM制御回路7の掛算器71に入力される。
次に、この実施例の動作について説明する。
1.充電モード:負荷電流が設定値Iset1より小の場合
は、コンパレータCP1が動作し、スイッチSW11及びSW12
がONする。このため充電制御部3のAVR指令と位相回路4
1の90゜遅れ正弦波を掛けた掛算器44からの90゜遅れ正
弦波電圧と正弦波Aを加算器52で加算した加算信号が正
弦波PWM制御回路7の入力となるので、充電モードとな
る。2.待機モード:負荷電流が設定値Iset1を越えるとC
P1が不動作となり、スイッチSW11,SW12はOFFとなる。こ
のため加算器51から正弦波PWM制御回路7へは正弦波A
のみとなるので、待機モードとなる。
3.放電モード:負荷電流が設定値Iset2を越えるとCP2が
動作しスイッチSW21及びSW22がONとなり、掛算器44でア
ンプ86からの電力偏差と極性反転アンプ43からの90゜進
み正弦波Cが掛算される。この掛算された90゜進み正弦
波は加算器52で正弦波Aに加算され、進み正弦波が正弦
波PWM制御回路の掛算器71に入力される。
このためINV1は負荷有効電力PLが電源側容量Pcを越え
た有効電力Piを出力するように制御される。しかして、
負荷の量,電源の電力量とインバータの電力量の関係は
第6図に示すようになる。
4.無効電力制御:実施例1同様に行われる。
実施例4 第7図について、この実施例は第5図(実施例3)に
おけるインバータ無効電力検出部(63〜65)を第4図
(実施例2)の力率調整のための無効電力検出部(62〜
65)に変え力率調整がなしうるようにしたものである。
H.発明の効果 本発明は、上述のとおり構成されているので、次に記
載する効果を奏する。
(1)間欠的に増大する負荷に対して、商用電源側から
の供給エネルギーを負荷になんな悪影響を与えることな
く均一化することができ、電源設備を小容量とすること
ができる。
(2)請求項(2)及び(4)のものは、電源側の力率
改善ができ、電源設備容量の低減が更に可能になる。
(3)請求項(3)及び(4)のものは、商用電源側が
予め設定された第2の設定電流値以下になるようにイン
バータ側が電流を分担するので、完全なピークカット特
性が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図,第4図,第5図及び第7図は夫々本発明の異な
る実施例に関する交流ピークカット電源装置のブロック
回路図、第2図(a)及び(b)はインバータの動作説
明用のベクトル図、第3図及び第6図は負荷と商用電源
及びインバータの電力量の関係を説明するグラフであ
る。 e1……商用電源、1……負荷、INV1……インバータ、Ba
1……蓄電池、CT1〜CT4……電流検出器、PT1……電圧検
出器、CP1〜CP3……コンパレータ、SW1,SW2,SW11,SW12,
SW21,SW22……アナログスイッチ、VR1……分圧器、3…
…充電制御回路、4……正弦波位相器、41……90゜遅れ
移相回路、42,71……掛算器、43……位相反転アンプ、5
1,52……加算器、62,63……無効電力検出回路、7……
正弦波PWM制御回路、82,83……有効電力検出回路。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】間欠的に負荷電流が増減する商用電源の負
    荷と並列に接続された蓄電池を備えたインバータと, インバータの無効電力を検出しインバータの誘起電圧を
    制御しインバータの無効電力を零にする無効電力制御回
    路と、 負荷電流が第1の設定値より小の場合インバータの誘起
    電圧の位相を遅らせ蓄電池の充電を行う充電制御回路
    と、 負荷電流が第1と第2の設定値の中間にある場合インバ
    ータの誘起電圧の位相を商用電源と同相又はインバータ
    を停止させ待機状態とするインバータ待機制御回路と、 負荷電流が第2の設定値を越えた場合インバータの誘起
    電圧の位相を所定の進み位相とし定電力をインバータか
    ら出力する定電力制御回路とを備えてなることを特徴と
    した交流ピークカット電源装置。
  2. 【請求項2】間欠的に負荷電流が増減する商用電源の負
    荷と並列に接続された蓄電池を備えたインバータと、 負荷の無効電力及びインバータの無効電力を検出し、イ
    ンバータの誘起電圧を制御し負荷の無効電力を打ち消す
    無効電力をインバータから供給し力率調整を行う力率調
    整回路と、 負荷電流が第1の設定値より小の場合、インバータの誘
    起電圧の位相を遅らせ蓄電池の充電を行う充電制御回路
    と、 負荷電流が第1と第2の設定値の中間にある場合インバ
    ータの誘起電圧の位相を商用電源と同相又はインバータ
    を停止させ待機状態とするインバータ待機制御回路と、 負荷電流が第2の設定値を越えた場合インバータの誘起
    電圧の位相を所定の進み位相とし定電圧をインバータか
    ら出力する定電力制御回路とを備えてなることを特徴と
    した交流ピークカット電源装置。
  3. 【請求項3】間欠的に負荷電流が増減する商用電源の負
    荷と並列に接続された蓄電池を備えたインバータと、 インバータの無効電力を検出しインバータの誘起電圧を
    制御しインバータの無効電力を零にする無効電力制御回
    路と、 負荷電流が第1の設定値より小の場合インバータの誘起
    電圧の位相を遅らせ蓄電池の充電を行う充電制御回路
    と、 負荷電流が第1と第2の設定値の中間にある場合インバ
    ータの誘起電圧の位相を商用電源と同相又はインバータ
    を停止させ待機状態とするインバータ待機制御回路と、 負荷電流が第2の設定値を越えた場合負荷有効電力及び
    インバータ有効電力を検出しインバータの誘起電圧の位
    相を進み位相で制御し負荷有効電力の商用電源側電源設
    備容量を越えた量をインバータから負荷に電力を供給す
    る超過電力制御回路とを備えてなることを特徴とした交
    流ピークカット電源装置。
  4. 【請求項4】間欠的に負荷電流が増減する商用電源の負
    荷と並列に接続された蓄電池を備えたインバータと、 負荷の無効電力及びインバータの無効電力を検出し、イ
    ンバータの誘起電圧を制御し負荷の無効電力を打ち消す
    無効電力をインバータから供給し力率調整を行う力率調
    整回路と、 負荷電流が第1の設定値より小の場合インバータの誘起
    電圧の位相を遅らせ蓄電池の充電を行う充電制御回路
    と、 負荷電流が第1と第2の設定値の中間にある場合インバ
    ータの誘起電圧の位相を商用電源と同相又はインバータ
    を停止させ待機状態とするインバータ待機制御回路と、 負荷電流が第2の設定値を越えた場合負荷有効電力及び
    インバータ有効電力を検出しインバータの誘起電圧の位
    相を進み位相で制御し負荷有効電力の商用電源側電源設
    問容量を越えた量をインバータから負荷に電力を供給す
    る超過電力制御回路とを備えてなることを特徴とした交
    流ピークカット電源装置。
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