JP3606780B2 - 無停電電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無停電にて負荷に交流電力を供給する無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は例えば特開平７−８７６８６号公報に示された従来の無停電電源装置を示す構成図である。
図７において、１は交流電源、２はこの交流電源１からの交流を直流に整流する整流器、３は整流器２の直流出力に接続された直流中間回路、４は直流中間回路３の電圧を平滑する平滑コンデンサ、５は直流中間回路３からの直流を交流に変換するインバータ、６は負荷である。
【０００３】
７は、直流中間回路３から蓄電池８への充電および蓄電池８から直流中間回路３への放電を行う昇降圧チョッパを示し、この昇降圧チョッパ７は、直流中間回路３の電圧よりも低い電圧の蓄電池８、平滑コンデンサ９、チョッパリアクトル１０、第１トランジスタ１１、第１フリーホイールダイオード１２、第２トランジスタ１３、第２フリーホイールダイオード１４を備えている。
【０００４】
また、１５は、非停電時には上記昇降圧チョッパ７を降圧チョッパ動作させて上記蓄電池８を充電させると共に、停電検出時には上記昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパ動作させて上記蓄電池８を直流電源として上記直流中間回路３に直流を供給するチョッパ制御回路を示し、このチョッパ制御回路１５は、第１ゲート駆動回路１６、第２ゲート駆動回路１７、停電検出の有無に応じて第１ゲート駆動回路１６および第２ゲート駆動回路１７へゲートパルスを出力するパルス発生回路１８を備えている。さらに、１９は交流電源１の電圧を検出する電圧センサ、２０は電圧センサ１９の出力に基づいて交流電源１の停電を検出する停電検出器である。
【０００５】
次に動作について説明する。
通常、整流器２は、交流電源１からの交流を直流に整流して直流中間回路３へ出力する。インバータ５は直流中間回路３からの直流を交流に変換し、変換した交流出力を負荷６へ与える。
【０００６】
このとき、交流電源１の電圧を検出する電圧センサ１９の出力に基づいて交流電源１の停電を検出する停電検出器２０が停電を検出していなければ、パルス発生回路１８は、第１トランジスタ１１がオン・オフ動作を繰り返すように第１ゲート駆動回路１６へパルスを出力する。
【０００７】
すなわち、パルス発生回路１８は、第１ゲート駆動回路１６を動作させ、第１ゲート駆動回路１６からのゲート信号により、第１トランジスタ１１をオンさせると、直流中間回路３→第１トランジスタ１１→チョッパリアクトル１０→蓄電池８→直流中間回路３の経路により、蓄電池８へ充電電流が流れる。次いで、第１トランジスタ１１をオフさせると、チョッパリアクトル１０に流れていた電流は、チョッパリアクトル１０→蓄電池８→第２フリーホイールダイオード１４→チョッパリアクトル１０の経路で環流し、直流中間回路３を直流電源とした、第１トランジスタ１１、チョッパリアクトル１０、第２フリーホイールダイオード１４により構成される周知の降圧チョッパとして動作し、蓄電池８を充電する。
【０００８】
他方、交流電源１が停電した場合は、停電検出器２０がパルス発生回路１８へ信号を出力し、パルス発生回路１８は、第２トランジスタ１３がオン・オフ動作を繰り返すように第２ゲート駆動回路１７へパルスを出力する。
【０００９】
すなわち、パルス発生回路１８は、第２ゲート駆動回路１７を動作させ、第２ゲート駆動回路１７からのゲート信号により、第２トランジスタ１３をオンさせると、蓄電池８を電源にして、蓄電池８→チョッパリアクトル１０→第２トランジスタ１３→蓄電池８の経路で、電流が増加しつつ流れる。次いで、第２トランジスタ１３をオフにすると、チョッパリアクトル１０→第１フリーホイールダイオード１２→直流中間回路３→インバータ５の経路で電流が流れ、蓄電池８を直流電源とした、第２トランジスタ１３、チョッパリアクトル１０、第１フリーホイールダイオード１２により構成される周知の昇圧チョッパとして動作し、直流中間回路３へ直流を供給し、インバータ５は負荷６へ無停電で交流を供給する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無停電電源装置は以上のように構成されているので、負荷６へ供給する電源は、通常は交流電源１、停電時は蓄電池８のいずれか一方であり、負荷６の消費電力が増大し、交流電源１の供給能力を超える場合や交流電源１側の需要電力調整時に、交流電源１からの供給電力、つまり整流器２の入力を制限することができないという問題点があった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、交流入力を制限できるとともに、インバータからは所要の電力を供給できる無停電電源装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る無停電電源装置は、交流電源と、上記交流電源からの交流電流を平滑化する入力フィルタと、上記入力フィルタを介して入力される交流を直流に変換して直流中間回路へ出力する整流器と、上記直流中間回路を介して入力される直流を交流に変換して負荷へ出力するインバータと、蓄電池を有し、直流中間回路からチョッパリアクトルを介して蓄電池への充電および蓄電池から上記チョッパリアクトルを介して直流中間回路への放電を行う昇降圧チョッパと、上記交流電源の電圧を検出する交流電源電圧検出手段と、上記電圧検出手段による検出電圧に基づいて停電を検出する停電検出手段と、上記停電検出手段の検出信号に基づいて非停電時には上記昇降圧チョッパを降圧チョッパ動作させて上記蓄電池を充電させると共に、停電検出時には上記昇降圧チョッパを昇圧チョッパ動作させて上記蓄電池を直流電源として上記直流中間回路に直流を供給する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したとき、上記昇降圧チョッパを昇圧チョッパ動作させて、上記インバータから負荷へ供給される電力の一部を上記蓄電池から供給させることにより交流電源からの入力電力を抑制することを特徴とするものである。
【００１３】
また、上記直流中間回路の電圧を検出する直流中間回路電圧検出手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記直流中間回路電圧検出手段による検出電圧に基づいて上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出することを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記直流中間回路の電圧を検出する直流中間回路電圧検出手段と、上記整流器が出力する電流を検出する電流検出手段と、上記直流中間回路電圧検出手段による検出電圧と上記電流検出手段による検出電流とを乗算して入力電力を検出する入力電力検出手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記入力電力検出手段による検出電力に基づいて上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出することを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記直流中間回路の電圧を検出する直流中間回路電圧検出手段と、上記直流中間回路電圧検出手段による検出電圧と上記交流電源電圧検出手段による検出電圧と上記入力フィルタのインピーダンスとに基づいて入力電力を検出する入力電力検出手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記入力電力検出手段による検出電力に基づいて上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出することを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記インバータの出力電圧を検出するインバータ出力電圧検出手段と、上記インバータの出力電流を検出するインバータ出力電流検出手段と、上記インバータ出力電圧検出手段による検出電圧と上記インバータ出力電流検出手段による検出電流とを乗算してインバータの出力電力を検出するインバータ出力電力検出手段と、上記蓄電池の出力電圧を検出する蓄電池出力電圧検出手段と、上記蓄電池の出力電流を検出する蓄電池出力電流検出手段と、上記蓄電池出力電圧検出手段による検出電圧と上記蓄電池出力電流検出手段による検出電流とを乗算して蓄電池の出力電力を検出する蓄電池出力電力検出手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記インバータ出力電力検出手段による検出電力と上記蓄電池出力電力検出手段による検出電力との和と設定電力との偏差に基づいて上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出することを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記昇降圧チョッパは、上記蓄電池と上記チョッパリアクトルとの間に過電流保護のための開閉手段を備えてなると共に、上記開閉手段の開放時に上記チョッパリアクトルに蓄積されたエネルギーによって流れる電流を上記直流中間回路へ環流させる環流手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、上記昇降圧チョッパは、上記チョッパリアクトルとして、上記蓄電地への充電経路に設けた充電用チョッパリアクトルと上記直流中間回路への放電経路に設けた放電用チョッパリアクトルとを備え、上記充電用チョッパリアクトルのインダクタンスを大きくする一方、上記放電用チョッパリアクトルのインダクタンスを小さくすることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る無停電電源装置を示す回路図である。
図１において、図７に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、２１は、交流電源１からダイオードで構成される整流器２へ入力される交流電流を平滑化するためのリアクトルまたはリアクトルとコンデンサで構成される入力フィルタ、２２は直流中間回路３の直流電圧を検出する電圧センサ、１５ａは実施の形態１に係るチョッパ制御回路を示し、このチョッパ制御回路１５ａは、図７に示す従来例と同様な第１ゲート駆動回路１６及び第２ゲート駆動回路１７を備えると共に、停電検出器２０および電圧センサ２２の出力に応じて第１ゲート駆動回路１６および第２ゲート駆動回路１７へゲートパルスを出力するパルス発生回路１８ａを備えている。
【００２０】
ここで、上記パルス発生回路１８ａは、電圧センサ２２による検出電圧に基づいて交流電源１から入力される入力電力が制限したい電力を超過することを検出し、その検出時には、昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパ動作させて、その超過電力を蓄電池８から直流中間回路３を介してインバータ５へ直流電力を供給するようになされており、直流中間回路３の電圧を制御することにより交流電源１からの入力電力を抑制するようになっている。
【００２１】
これは、入力フィルタ２１のインピーダンス、交流電源１の電圧、直流中間回路３の電圧から交流電源１からの入力電力を決定でき、直流中間回路３の電圧が低いほど交流電源１からの入力電力は大きくなり、言い換えれば、負荷６の消費電力が大きくなると直流中間回路３の電圧は低くなることから、電圧センサ２２による直流中間回路３の検出電圧に基づいて交流電源１から入力される入力電力が制限したい電力を超過することを検出することができ、その検出時には、昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパ動作させて、超過電力を蓄電池８から直流中間回路３を介してインバータ５へ直流電力を供給することで、交流電源１からの入力電力を抑制することができる。
【００２２】
次に動作について説明する。
パルス発生回路１８ａは、停電検出器２０が停電信号を出力したときは、図７示す従来の無停電電源装置と同様のパルスを第２ゲート駆動回路１７へ出力する。他方、停電検出器２０が停電信号を出力しておらず、かつ電圧センサ２２の出力する直流中間回路３の検出電圧が設定電圧よりも高いときは、従来の無停電電源装置と同様のパルスを第１ゲート駆動回路１６へ出力する。さらに、停電検出器２０が停電信号を出力しておらず、かつ電圧センサ２２の出力する直流中間回路３の電圧が設定電圧よりも低いときは、この設定電圧と直流中間回路３の電圧との偏差が０になるように偏差の大きさに応じて決められたパルスを第１ゲート駆動回路１６または第２ゲート駆動回路１７へ出力する。このパルス発生回路１８ａの動作を切り替える直流中間回路３の設定電圧は、制限したい交流電源１からの供給電力と既知の交流電源１の電圧と入力フィルタ２０のインピーダンスから一意に求めることができる。
【００２３】
上記のように動作するパルス発生回路１８ａを用いると、通常時は、交流電源１より供給される電力により負荷６へ交流電力を供給するとともに第１トランジスタ１１がオン・オフすることにより蓄電池８を充電し、交流電源１が停電すると、第２トランジスタ１３がオン・オフすることにより蓄電池８から供給される電力により負荷６へ交流電力が供給されるという従来の無停電電源装置と同様の機能が達成される。
【００２４】
また、その機能のほかに、負荷６の消費電力と蓄電池８への充電電力との和が制限したい交流入力の電力を超えたことを直流中間回路３の電圧と設定電圧との偏差から検出すると、設定電圧よりも直流中間回路３の電圧が低いときは、制限したい入力電圧を超えている状態なので、パルス発生回路１８ａは、まず、蓄電池８への充電を停止するように第１ゲート駆動回路１６へパルスを出力する。それでもなお偏差がある場合、つまり、蓄電池８への充電を停止すると、直流中間回路３の電圧は上昇するが、負荷６の消費電力が大きく、直流電圧が設定電圧より低い場合は、第２ゲート駆動回路１７へパルスを出力し、第２トランジスタ１３をオンさせて昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパ動作させ偏差が０なるように動作する。
【００２５】
従って、上記実施の形態１によれば、負荷６の消費電力が増大しても直流中間回路３の電圧が設定電圧よりも下がることがなく、交流電源１からの入力電力を設定電力以下に制限することができる。
【００２６】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、交流電源１からの入力電力を制限するために、電圧センサ２２の出力する直流中間回路３の検出電圧のみによってパルス発生回路の動作を切り替える場合について述べたが、交流電源１の電源電圧が変動する場合には、入力電力は直流中間回路３の電圧だけでは検出できない。そこで、実施の形態２においては、交流電源１の電圧が変動した場合でも入力電力が設定電力を超えることがなく、交流電源１からの入力電力を制限することができる無停電電源装置を提供する。
【００２７】
図２は、この発明の実施の形態２に係る無停電電源装置を示す回路図である。
図２において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、２３は整流器２が出力する電流を検出する電流センサ、２４は電流センサ２３が出力する検出電流と電圧センサ２２の出力する直流中間回路３の電圧とを乗算することにより入力電力を検出する入力電力検出回路を示す。
【００２８】
そして、この実施の形態２おけるパルス発生回路１８ｂは、上記入力電力検出回路２４による検出電力に基づいて交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出するようになされ、停電検出器２０が停電信号を出力しておらず、かつ入力電力検出回路２４が出力する入力電力が設定電力よりも高いときは、その設定電力と入力電力との偏差が０になるように偏差の大きさに応じて決められたパルスを第１ゲート駆動回路１６または第２ゲート駆動回路１７へ出力する。
【００２９】
上記のような構成にすると、パルス発生回路１８ｂへ入力される入力電力検出回路２４が出力する入力電力が、制限したい交流入力の設定電力を超えると、パルス発生回路１８ｂは、まず、蓄電池８への充電を停止するように第１ゲート駆動回路へパルスを出力する。それでもなお偏差がある場合は、第２ゲート駆動回路へパルスを出力し偏差が０なるように動作する。
【００３０】
従って、実施の形態２によれば、交流電源１の電圧が変動した場合でも入力電力が設定電力を超えることがなく、交流電源１からの入力電力を制限することができる。
【００３１】
実施の形態３．
上述した実施の形態２では、整流器２が出力する電圧と電流を乗算することにより入力電力を検出する場合について述べたが、整流器２が出力する電流を検出する電流センサ２３が必要であった。この実施の形態３では、電流センサ２３を必要とすることなく、低コストの無停電電源装置を提供する。
【００３２】
図３は、この発明の実施の形態３に係る無停電電源装置を示す回路図である。図３において、図２に示す実施の形態２と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、２５は電圧センサ２２による直流中間回路３の検出電圧と電圧センサ１９による交流電源１の検出電圧および入力フィルタ２１のインピーダンスに基づいて入力電力を検出する入力電力検出回路を示し、この実施の形態２に係るパルス発生回路１８ｂは、上記入力電力検出回路２５による検出電力に基づいて交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出するようになされている。
【００３３】
この実施の形態３において、入力電力検出回路２５は、図３に示すように、電圧センサ２２の出力する直流中間回路３の電圧と電圧センサ１９の出力する交流電源１の電圧を入力し、交流電源１の電圧と直流中間回路３の電圧と入力フィルタ２０のインピーダンスをパラメータとして入力電力を検出するようになされており、パルス発生回路１８ｂは、その入力電力検出回路２５が出力する検出電力に基づいて交流電源１から入力される入力電力が制限したい交流入力の設定電力を超えたか否かを検出する。このため、実施の形態２で用いた整流器２が出力する電流検出用の電流センサが不要となり、低コストとなり、実施の形態２と同様に機能する。
【００３４】
実施の形態４．
上述した実施の形態１ないし３では、入力電力を検出し、この入力電力が制限したい電力を超えないようにチョッパを動作させる場合について述べたが、この実施の形態４では、インバータ５の出力電力と蓄電池８の出力電力を検出し、２つの検出電力と制限したい交流電源１の電力との関係に基づいて交流電源１から入力される入力電力が制限したい電力を超過しているかを検出し、パルス発生回路による動作を切り替える場合について述べる。
【００３５】
図４は、この発明の実施の形態４に係る無停電電源装置を示す回路図である。図４において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、２６はインバータ５の出力電流を検出する電流センサ、２７はインバータ５の出力電圧を検出する電圧センサ、２８は電流センサ２５と電圧センサ２７の出力を乗算することによりインバータの出力電力を検出する出力電力検出回路、２９は実施の形態４に係る昇降圧チョッパ７ａ内の蓄電池８の出力電流を検出する電流センサ、３０は蓄電池８の電圧を検出する電圧センサ、３１は電流センサ２９と電圧センサ３０の出力を乗算することにより蓄電池８の出力電力を検出する蓄電池電力検出回路を示し、この実施の形態４に係るパルス発生回路１８ｃは、インバータ５の出力電力検出回路２８による検出電力と蓄電池電力検出回路３１による検出電力との和に基づいて交流電源１から入力される入力電力が制限したい電力を超過しているかを検出するようになされている。なお、蓄電池８の電力は蓄電池８の充電方向を正、放電方向を負とした。
【００３６】
図４に示す構成でなる実施の形態４において、パルス発生回路１８ｃは、停電検出器２０が停電信号を出力しておらず、かつ出力電力検出回路２８が出力する出力電力と蓄電池電力検出回路３１が出力する蓄電池電力との和が設定電力よりも高いときは、その出力電力と蓄電池電力との和と設定電力との偏差が０になるように偏差の大きさに応じて決められたパルスを第１ゲート駆動回路１６または第２ゲート駆動回路１７へ出力する。
【００３７】
つまり、パルス発生回路１８ｃへ入力される出力電力検出回路２８が出力する出力電力と蓄電池電力検出回路３１が出力する蓄電池電力との和が、制限したい交流入力の設定電力を超えると、パルス発生回路１８ｃは、まず、蓄電池８への充電を停止するように第１ゲート駆動回路１６へパルスを出力する。それでもなお、電力に偏差がある場合は、第２ゲート駆動回路１７へパルスを出力し偏差が０なるように動作する。このようにして、交流電源１からの入力電力を制限することができる。
【００３８】
ここで、電流センサ２６および２９、電圧センサ２７および３０、電力検出回路２８および３１は、各計測表示用またはインバータの制御用として一般的な無停電電源装置には不可欠なものであり、新たに追加せずに、これを流用することにより回路の簡素化することができる。
【００３９】
実施の形態５．
上述した実施の形態１ないし４では、蓄電池８の電圧を平滑化するために平滑コンデンサ９を設置した場合について述べたが、無停電電源装置の保守や蓄電池８の交換などで蓄電池８を取り外した場合にも平滑コンデンサ９の両端には蓄電池８と同じ電圧が残っており危険であるので放電させる必要があるが、蓄電池８にはコンデンサの容量成分があり、その容量成分により蓄電池８の電圧が平滑化できれば、平滑コンデンサ９を省略することができる。この実施の形態５では、平滑コンデンサ９を省略した昇降圧チョッパを備える無停電電源装置について述べる。
【００４０】
図５は、この発明の実施の形態５に係る無停電電源装置を示す回路図である。
図５において、図４に示す実施の形態４と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、７ｂは実施の形態５に係る昇降圧チョッパを示し、この昇降圧チョッパ７ｂは、実施の形態４に係る昇降圧チョッパ７ａに対し、蓄電池８とチョッパリアクトル１０との間に設けられた過電流保護を行うための開閉手段の一つとしてのヒューズ３２と、ヒューズ３２の溶断（開放）時にチョッパリアクトル１０に蓄積されたエネルギーによって流れる電流を直流中間回路３へ環流させるための環流手段としてのダイオード３３と３４をさらに備えている。
【００４１】
図５に示すように、一般的な無停電電源装置の蓄電池出力部には、事故などによる過電流保護のためのヒューズ３２が設けられており、平滑コンデンサがない場合、チョッパリアクトル１０に電流が流れているときにヒューズ３２が切れると、チョッパリアクトル１０に蓄積されたエネルギーによって電流は流れ続けようとするため、ヒューズ３２の両端間でアークが発生し発熱するなど危険である。このため、ヒューズ３２が切れた時にチョッパリアクトル１０に流れている電流を流し続ける経路を確保するためにダイオード３３および３４を設けている。
【００４２】
これにより、蓄電池８の放電中にヒューズ３２が切れると、直流中間回路３→ダイオード３４→チョッパリアクトル１０→第１フリーホイールダイオード１２→直流中間回路３の経路でチョッパリアクトル１０に蓄積されたエネルギーによる電流は環流する。一方、蓄電池８の充電中にヒューズ３２が切れると、直流中間回路３→第２フリーホイールダイオード１４→ダイオード３３→直流中間回路３の経路でチョッパリアクトル１０の電流が還流するため、ヒューズ３２の端子間にアークが発生することはなく平滑コンデンサを省略することができ、保守を安全かつ容易に行うことができる。
なお、チョッパリアクトル１０の電流経路を絶つ手段として、ヒューズが切れた場合について説明したが、遮断器や他の開閉器であっても同じである。また、図５に示す構成の昇降圧チョッパ７ｂを図１ないし図４に示す実施の形態１ないし４にも同様に実施できる。
【００４３】
実施の形態６．
上述した実施の形態５では、蓄電池８のコンデンサ容量成分が十分大きく、蓄電池８の電圧を平滑化することができ平滑コンデンサを省略できる場合について述べたが、蓄電池８の充電および放電時の電流はチョッパの動作によりリップル成分を含んでいる。平滑コンデンサがない場合、このリップル成分はすべて蓄電池８に流れ、このリップル成分が大きいと蓄電池８を劣化させる原因となる。リップル成分を減らすためには、チョッパのスイッチング周期を短くするかチョッパリアクトル１０のインダクタンスを大きくすればよい。しかし、スイッチング周期を短くするとスイッチングによる電力損失が大きくなり、他方、チョッパリアクトル１０のインダクタンスを大きくすると停電時に充電から放電へ移行するときに、蓄電池８の放電電流が負荷６へ供給しなければならない電力相当分流れるまでに時間がかかるため負荷６への電力供給が停止してしまうか、または、平滑コンデンサ４の容量を大きくしなければならなくなり、コスト高となってしまう。この実施の形態６では、平滑コンデンサを省略するとともに蓄電池の寿命を長くすることができる昇降圧チョッパを備える無停電電源装置について述べる。
【００４４】
図６は、この発明の実施の形態６に係る無停電電源装置を示す回路図である。
図６において、図５に示す実施の形態５と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１０ａと１０ｂは、チョッパリアクトルとして、蓄電地８への充電経路に設けた充電用チョッパリアクトルと直流中間回路３への放電経路に設けた放電用チョッパリアクトルを示し、充電用チョッパリアクトル１０ａのインダクタンスを大きくする一方、放電用チョッパリアクトル１０ｂのインダクタンスを小さくしている。
【００４５】
図６に示すように、チョッパリアクトルを、充電用チョッパリアクトル１０ａと放電用チョッパリアクトル１０ｂに分けて、充電用チョッパリアクトル１０ａのインダクタンスを大きくして充電電流のリップル成分を小さくし、放電用チョッパリアクトル１０ｂのインダクタンスを小さくして放電電流が急峻に立ち上がるようにすることにより、平滑コンデンサを省略するとともに蓄電池８の寿命を長くすることができる。
なお、この実施の形態６は、図５に示す実施の形態５において、チョッパリアクトル１０を、充電用チョッパリアクトル１０ａと放電用チョッパリアクトル１０ｂに分けたものであるが、図１ないし図４に示す実施の形態１ないし４にも同様に実施できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したとき、上記昇降圧チョッパを昇圧チョッパ動作させて、上記インバータから負荷へ供給される電力の一部を上記蓄電池から供給させることにより交流電源からの入力電力を抑制するようにしたので、負荷の消費電力が増大しても直流中間回路の電圧が設定電圧よりも下がることがなく、交流電源からの入力電力を設定電力以下に制限することができる。
【００４７】
また、直流中間回路電圧検出手段による検出電圧に基づいて交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出するようにしたので、入力電力が制限したい電力を超過したことを容易に検出することができ、負荷の消費電力が増大しても直流中間回路の電圧が設定電圧よりも下がることがなく、交流電源からの入力電力を設定電力以下に制限することができる。
【００４８】
また、直流中間回路電圧検出手段による検出電圧と電流検出手段による検出電流とを乗算して入力電力を検出し、その検出電力に基づいて交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出するようにしたので、交流電源の電圧が変動した場合でも入力電力が設定電力を超えることがなく、交流電源からの入力電力を制限することができる。
【００４９】
また、直流中間回路電圧検出手段による検出電圧と交流電源電圧検出手段による検出電圧と入力フィルタのインピーダンスとに基づいて入力電力を検出し、その検出電力に基づいて交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出するようにしたので、電流検出手段が不要となり、低コストな無停電電源装置を得ることができる。
【００５０】
また、インバータと蓄電池の出力電圧を検出し、インバータの出力電力と蓄電池の出力電力との和と設定電力との偏差に基づいて交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出するようにしたので、計測表示用またはインバータの制御用として一般的な無停電電源装置に備えられる構成を流用し新たに追加せずに、簡素化された構成によって入力電力が制限したい電力を超過したことを容易に検出することができ、負荷の消費電力が増大しても直流中間回路の電圧が設定電圧よりも下がることがなく、交流電源からの入力電力を設定電力以下に制限することができる。
【００５１】
また、蓄電池とチョッパリアクトルとの間に過電流保護のための開閉手段を備えてなると共に、開閉手段の開放時にチョッパリアクトルに蓄積されたエネルギーによって流れる電流を直流中間回路へ環流させる環流手段を有する昇降圧チョッパを備えたので、開閉手段の端子間にアークが発生することはなく平滑コンデンサを省略することができ、保守を安全かつ容易に行うことができる。
【００５２】
さらに、チョッパリアクトルとして、蓄電地への充電経路に設けた充電用チョッパリアクトルと直流中間回路への放電経路に設けた放電用チョッパリアクトルとを有する昇降圧チョッパを備え、充電用チョッパリアクトルのインダクタンスを大きくする一方、放電用チョッパリアクトルのインダクタンスを小さくするようにしたので、充電用チョッパリアクトルのインダクタンスを大きくして充電電流のリップル成分を小さくし、放電用チョッパリアクトルのインダクタンスを小さくして放電電流が急峻に立ち上がるようにすることにより、平滑コンデンサを省略するとともに蓄電池の寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態４に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図５】この発明の実施の形態５に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図６】この発明の実施の形態６に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図７】従来の無停電電源装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 交流電源、２ 整流器、３ 直流中間回路、４ 平滑コンデンサ、５ インバータ、６ 負荷、７，７ａ，７ｂ，７ｃ 昇降圧チョッパ、８ 蓄電池、９平滑コンデンサ、１０ チョッパリアクトル、１０ａ 充電用チョッパリアクトル、１０ｂ 放電用チョッパリアクトル、１１ 第１トランジスタ、１２ 第１フリーホイールダイオード、１３ 第２トランジスタ、１４ 第２フリーホイールダイオード、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ チョッパ制御回路、１６ 第１ゲート駆動回路、１７ 第２ゲート駆動回路、１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃパルス発生回路、１９，２２，２７，３０ 電圧センサ、２０ 停電検出器、２１ 入力フィルタ、２３，２６，２９ 電流センサ、２４，２５ 入力電力検出回路、２８ 出力電力検出回路、３１ 蓄電池電力検出回路、３２ ヒューズ、３３，３４ ダイオード。
【発明の属する技術分野】
この発明は、無停電にて負荷に交流電力を供給する無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は例えば特開平７−８７６８６号公報に示された従来の無停電電源装置を示す構成図である。
図７において、１は交流電源、２はこの交流電源１からの交流を直流に整流する整流器、３は整流器２の直流出力に接続された直流中間回路、４は直流中間回路３の電圧を平滑する平滑コンデンサ、５は直流中間回路３からの直流を交流に変換するインバータ、６は負荷である。
【０００３】
７は、直流中間回路３から蓄電池８への充電および蓄電池８から直流中間回路３への放電を行う昇降圧チョッパを示し、この昇降圧チョッパ７は、直流中間回路３の電圧よりも低い電圧の蓄電池８、平滑コンデンサ９、チョッパリアクトル１０、第１トランジスタ１１、第１フリーホイールダイオード１２、第２トランジスタ１３、第２フリーホイールダイオード１４を備えている。
【０００４】
また、１５は、非停電時には上記昇降圧チョッパ７を降圧チョッパ動作させて上記蓄電池８を充電させると共に、停電検出時には上記昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパ動作させて上記蓄電池８を直流電源として上記直流中間回路３に直流を供給するチョッパ制御回路を示し、このチョッパ制御回路１５は、第１ゲート駆動回路１６、第２ゲート駆動回路１７、停電検出の有無に応じて第１ゲート駆動回路１６および第２ゲート駆動回路１７へゲートパルスを出力するパルス発生回路１８を備えている。さらに、１９は交流電源１の電圧を検出する電圧センサ、２０は電圧センサ１９の出力に基づいて交流電源１の停電を検出する停電検出器である。
【０００５】
次に動作について説明する。
通常、整流器２は、交流電源１からの交流を直流に整流して直流中間回路３へ出力する。インバータ５は直流中間回路３からの直流を交流に変換し、変換した交流出力を負荷６へ与える。
【０００６】
このとき、交流電源１の電圧を検出する電圧センサ１９の出力に基づいて交流電源１の停電を検出する停電検出器２０が停電を検出していなければ、パルス発生回路１８は、第１トランジスタ１１がオン・オフ動作を繰り返すように第１ゲート駆動回路１６へパルスを出力する。
【０００７】
すなわち、パルス発生回路１８は、第１ゲート駆動回路１６を動作させ、第１ゲート駆動回路１６からのゲート信号により、第１トランジスタ１１をオンさせると、直流中間回路３→第１トランジスタ１１→チョッパリアクトル１０→蓄電池８→直流中間回路３の経路により、蓄電池８へ充電電流が流れる。次いで、第１トランジスタ１１をオフさせると、チョッパリアクトル１０に流れていた電流は、チョッパリアクトル１０→蓄電池８→第２フリーホイールダイオード１４→チョッパリアクトル１０の経路で環流し、直流中間回路３を直流電源とした、第１トランジスタ１１、チョッパリアクトル１０、第２フリーホイールダイオード１４により構成される周知の降圧チョッパとして動作し、蓄電池８を充電する。
【０００８】
他方、交流電源１が停電した場合は、停電検出器２０がパルス発生回路１８へ信号を出力し、パルス発生回路１８は、第２トランジスタ１３がオン・オフ動作を繰り返すように第２ゲート駆動回路１７へパルスを出力する。
【０００９】
すなわち、パルス発生回路１８は、第２ゲート駆動回路１７を動作させ、第２ゲート駆動回路１７からのゲート信号により、第２トランジスタ１３をオンさせると、蓄電池８を電源にして、蓄電池８→チョッパリアクトル１０→第２トランジスタ１３→蓄電池８の経路で、電流が増加しつつ流れる。次いで、第２トランジスタ１３をオフにすると、チョッパリアクトル１０→第１フリーホイールダイオード１２→直流中間回路３→インバータ５の経路で電流が流れ、蓄電池８を直流電源とした、第２トランジスタ１３、チョッパリアクトル１０、第１フリーホイールダイオード１２により構成される周知の昇圧チョッパとして動作し、直流中間回路３へ直流を供給し、インバータ５は負荷６へ無停電で交流を供給する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無停電電源装置は以上のように構成されているので、負荷６へ供給する電源は、通常は交流電源１、停電時は蓄電池８のいずれか一方であり、負荷６の消費電力が増大し、交流電源１の供給能力を超える場合や交流電源１側の需要電力調整時に、交流電源１からの供給電力、つまり整流器２の入力を制限することができないという問題点があった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、交流入力を制限できるとともに、インバータからは所要の電力を供給できる無停電電源装置を得ることを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る無停電電源装置は、交流電源と、上記交流電源からの交流電流を平滑化する入力フィルタと、上記入力フィルタを介して入力される交流を直流に変換して直流中間回路へ出力する整流器と、上記直流中間回路を介して入力される直流を交流に変換して負荷へ出力するインバータと、蓄電池を有し、直流中間回路からチョッパリアクトルを介して蓄電池への充電および蓄電池から上記チョッパリアクトルを介して直流中間回路への放電を行う昇降圧チョッパと、上記交流電源の電圧を検出する交流電源電圧検出手段と、上記電圧検出手段による検出電圧に基づいて停電を検出する停電検出手段と、上記停電検出手段の検出信号に基づいて非停電時には上記昇降圧チョッパを降圧チョッパ動作させて上記蓄電池を充電させると共に、停電検出時には上記昇降圧チョッパを昇圧チョッパ動作させて上記蓄電池を直流電源として上記直流中間回路に直流を供給する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したとき、上記昇降圧チョッパを昇圧チョッパ動作させて、上記インバータから負荷へ供給される電力の一部を上記蓄電池から供給させることにより交流電源からの入力電力を抑制することを特徴とするものである。
【００１３】
また、上記直流中間回路の電圧を検出する直流中間回路電圧検出手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記直流中間回路電圧検出手段による検出電圧に基づいて上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出することを特徴とするものである。
【００１４】
また、上記直流中間回路の電圧を検出する直流中間回路電圧検出手段と、上記整流器が出力する電流を検出する電流検出手段と、上記直流中間回路電圧検出手段による検出電圧と上記電流検出手段による検出電流とを乗算して入力電力を検出する入力電力検出手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記入力電力検出手段による検出電力に基づいて上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出することを特徴とするものである。
【００１５】
また、上記直流中間回路の電圧を検出する直流中間回路電圧検出手段と、上記直流中間回路電圧検出手段による検出電圧と上記交流電源電圧検出手段による検出電圧と上記入力フィルタのインピーダンスとに基づいて入力電力を検出する入力電力検出手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記入力電力検出手段による検出電力に基づいて上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出することを特徴とするものである。
【００１６】
また、上記インバータの出力電圧を検出するインバータ出力電圧検出手段と、上記インバータの出力電流を検出するインバータ出力電流検出手段と、上記インバータ出力電圧検出手段による検出電圧と上記インバータ出力電流検出手段による検出電流とを乗算してインバータの出力電力を検出するインバータ出力電力検出手段と、上記蓄電池の出力電圧を検出する蓄電池出力電圧検出手段と、上記蓄電池の出力電流を検出する蓄電池出力電流検出手段と、上記蓄電池出力電圧検出手段による検出電圧と上記蓄電池出力電流検出手段による検出電流とを乗算して蓄電池の出力電力を検出する蓄電池出力電力検出手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記インバータ出力電力検出手段による検出電力と上記蓄電池出力電力検出手段による検出電力との和と設定電力との偏差に基づいて上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出することを特徴とするものである。
【００１７】
また、上記昇降圧チョッパは、上記蓄電池と上記チョッパリアクトルとの間に過電流保護のための開閉手段を備えてなると共に、上記開閉手段の開放時に上記チョッパリアクトルに蓄積されたエネルギーによって流れる電流を上記直流中間回路へ環流させる環流手段を備えたことを特徴とするものである。
【００１８】
さらに、上記昇降圧チョッパは、上記チョッパリアクトルとして、上記蓄電地への充電経路に設けた充電用チョッパリアクトルと上記直流中間回路への放電経路に設けた放電用チョッパリアクトルとを備え、上記充電用チョッパリアクトルのインダクタンスを大きくする一方、上記放電用チョッパリアクトルのインダクタンスを小さくすることを特徴とするものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の各実施の形態を図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る無停電電源装置を示す回路図である。
図１において、図７に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、２１は、交流電源１からダイオードで構成される整流器２へ入力される交流電流を平滑化するためのリアクトルまたはリアクトルとコンデンサで構成される入力フィルタ、２２は直流中間回路３の直流電圧を検出する電圧センサ、１５ａは実施の形態１に係るチョッパ制御回路を示し、このチョッパ制御回路１５ａは、図７に示す従来例と同様な第１ゲート駆動回路１６及び第２ゲート駆動回路１７を備えると共に、停電検出器２０および電圧センサ２２の出力に応じて第１ゲート駆動回路１６および第２ゲート駆動回路１７へゲートパルスを出力するパルス発生回路１８ａを備えている。
【００２０】
ここで、上記パルス発生回路１８ａは、電圧センサ２２による検出電圧に基づいて交流電源１から入力される入力電力が制限したい電力を超過することを検出し、その検出時には、昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパ動作させて、その超過電力を蓄電池８から直流中間回路３を介してインバータ５へ直流電力を供給するようになされており、直流中間回路３の電圧を制御することにより交流電源１からの入力電力を抑制するようになっている。
【００２１】
これは、入力フィルタ２１のインピーダンス、交流電源１の電圧、直流中間回路３の電圧から交流電源１からの入力電力を決定でき、直流中間回路３の電圧が低いほど交流電源１からの入力電力は大きくなり、言い換えれば、負荷６の消費電力が大きくなると直流中間回路３の電圧は低くなることから、電圧センサ２２による直流中間回路３の検出電圧に基づいて交流電源１から入力される入力電力が制限したい電力を超過することを検出することができ、その検出時には、昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパ動作させて、超過電力を蓄電池８から直流中間回路３を介してインバータ５へ直流電力を供給することで、交流電源１からの入力電力を抑制することができる。
【００２２】
次に動作について説明する。
パルス発生回路１８ａは、停電検出器２０が停電信号を出力したときは、図７示す従来の無停電電源装置と同様のパルスを第２ゲート駆動回路１７へ出力する。他方、停電検出器２０が停電信号を出力しておらず、かつ電圧センサ２２の出力する直流中間回路３の検出電圧が設定電圧よりも高いときは、従来の無停電電源装置と同様のパルスを第１ゲート駆動回路１６へ出力する。さらに、停電検出器２０が停電信号を出力しておらず、かつ電圧センサ２２の出力する直流中間回路３の電圧が設定電圧よりも低いときは、この設定電圧と直流中間回路３の電圧との偏差が０になるように偏差の大きさに応じて決められたパルスを第１ゲート駆動回路１６または第２ゲート駆動回路１７へ出力する。このパルス発生回路１８ａの動作を切り替える直流中間回路３の設定電圧は、制限したい交流電源１からの供給電力と既知の交流電源１の電圧と入力フィルタ２０のインピーダンスから一意に求めることができる。
【００２３】
上記のように動作するパルス発生回路１８ａを用いると、通常時は、交流電源１より供給される電力により負荷６へ交流電力を供給するとともに第１トランジスタ１１がオン・オフすることにより蓄電池８を充電し、交流電源１が停電すると、第２トランジスタ１３がオン・オフすることにより蓄電池８から供給される電力により負荷６へ交流電力が供給されるという従来の無停電電源装置と同様の機能が達成される。
【００２４】
また、その機能のほかに、負荷６の消費電力と蓄電池８への充電電力との和が制限したい交流入力の電力を超えたことを直流中間回路３の電圧と設定電圧との偏差から検出すると、設定電圧よりも直流中間回路３の電圧が低いときは、制限したい入力電圧を超えている状態なので、パルス発生回路１８ａは、まず、蓄電池８への充電を停止するように第１ゲート駆動回路１６へパルスを出力する。それでもなお偏差がある場合、つまり、蓄電池８への充電を停止すると、直流中間回路３の電圧は上昇するが、負荷６の消費電力が大きく、直流電圧が設定電圧より低い場合は、第２ゲート駆動回路１７へパルスを出力し、第２トランジスタ１３をオンさせて昇降圧チョッパ７を昇圧チョッパ動作させ偏差が０なるように動作する。
【００２５】
従って、上記実施の形態１によれば、負荷６の消費電力が増大しても直流中間回路３の電圧が設定電圧よりも下がることがなく、交流電源１からの入力電力を設定電力以下に制限することができる。
【００２６】
実施の形態２．
上述した実施の形態１では、交流電源１からの入力電力を制限するために、電圧センサ２２の出力する直流中間回路３の検出電圧のみによってパルス発生回路の動作を切り替える場合について述べたが、交流電源１の電源電圧が変動する場合には、入力電力は直流中間回路３の電圧だけでは検出できない。そこで、実施の形態２においては、交流電源１の電圧が変動した場合でも入力電力が設定電力を超えることがなく、交流電源１からの入力電力を制限することができる無停電電源装置を提供する。
【００２７】
図２は、この発明の実施の形態２に係る無停電電源装置を示す回路図である。
図２において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、２３は整流器２が出力する電流を検出する電流センサ、２４は電流センサ２３が出力する検出電流と電圧センサ２２の出力する直流中間回路３の電圧とを乗算することにより入力電力を検出する入力電力検出回路を示す。
【００２８】
そして、この実施の形態２おけるパルス発生回路１８ｂは、上記入力電力検出回路２４による検出電力に基づいて交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出するようになされ、停電検出器２０が停電信号を出力しておらず、かつ入力電力検出回路２４が出力する入力電力が設定電力よりも高いときは、その設定電力と入力電力との偏差が０になるように偏差の大きさに応じて決められたパルスを第１ゲート駆動回路１６または第２ゲート駆動回路１７へ出力する。
【００２９】
上記のような構成にすると、パルス発生回路１８ｂへ入力される入力電力検出回路２４が出力する入力電力が、制限したい交流入力の設定電力を超えると、パルス発生回路１８ｂは、まず、蓄電池８への充電を停止するように第１ゲート駆動回路へパルスを出力する。それでもなお偏差がある場合は、第２ゲート駆動回路へパルスを出力し偏差が０なるように動作する。
【００３０】
従って、実施の形態２によれば、交流電源１の電圧が変動した場合でも入力電力が設定電力を超えることがなく、交流電源１からの入力電力を制限することができる。
【００３１】
実施の形態３．
上述した実施の形態２では、整流器２が出力する電圧と電流を乗算することにより入力電力を検出する場合について述べたが、整流器２が出力する電流を検出する電流センサ２３が必要であった。この実施の形態３では、電流センサ２３を必要とすることなく、低コストの無停電電源装置を提供する。
【００３２】
図３は、この発明の実施の形態３に係る無停電電源装置を示す回路図である。図３において、図２に示す実施の形態２と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、２５は電圧センサ２２による直流中間回路３の検出電圧と電圧センサ１９による交流電源１の検出電圧および入力フィルタ２１のインピーダンスに基づいて入力電力を検出する入力電力検出回路を示し、この実施の形態２に係るパルス発生回路１８ｂは、上記入力電力検出回路２５による検出電力に基づいて交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出するようになされている。
【００３３】
この実施の形態３において、入力電力検出回路２５は、図３に示すように、電圧センサ２２の出力する直流中間回路３の電圧と電圧センサ１９の出力する交流電源１の電圧を入力し、交流電源１の電圧と直流中間回路３の電圧と入力フィルタ２０のインピーダンスをパラメータとして入力電力を検出するようになされており、パルス発生回路１８ｂは、その入力電力検出回路２５が出力する検出電力に基づいて交流電源１から入力される入力電力が制限したい交流入力の設定電力を超えたか否かを検出する。このため、実施の形態２で用いた整流器２が出力する電流検出用の電流センサが不要となり、低コストとなり、実施の形態２と同様に機能する。
【００３４】
実施の形態４．
上述した実施の形態１ないし３では、入力電力を検出し、この入力電力が制限したい電力を超えないようにチョッパを動作させる場合について述べたが、この実施の形態４では、インバータ５の出力電力と蓄電池８の出力電力を検出し、２つの検出電力と制限したい交流電源１の電力との関係に基づいて交流電源１から入力される入力電力が制限したい電力を超過しているかを検出し、パルス発生回路による動作を切り替える場合について述べる。
【００３５】
図４は、この発明の実施の形態４に係る無停電電源装置を示す回路図である。図４において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、２６はインバータ５の出力電流を検出する電流センサ、２７はインバータ５の出力電圧を検出する電圧センサ、２８は電流センサ２５と電圧センサ２７の出力を乗算することによりインバータの出力電力を検出する出力電力検出回路、２９は実施の形態４に係る昇降圧チョッパ７ａ内の蓄電池８の出力電流を検出する電流センサ、３０は蓄電池８の電圧を検出する電圧センサ、３１は電流センサ２９と電圧センサ３０の出力を乗算することにより蓄電池８の出力電力を検出する蓄電池電力検出回路を示し、この実施の形態４に係るパルス発生回路１８ｃは、インバータ５の出力電力検出回路２８による検出電力と蓄電池電力検出回路３１による検出電力との和に基づいて交流電源１から入力される入力電力が制限したい電力を超過しているかを検出するようになされている。なお、蓄電池８の電力は蓄電池８の充電方向を正、放電方向を負とした。
【００３６】
図４に示す構成でなる実施の形態４において、パルス発生回路１８ｃは、停電検出器２０が停電信号を出力しておらず、かつ出力電力検出回路２８が出力する出力電力と蓄電池電力検出回路３１が出力する蓄電池電力との和が設定電力よりも高いときは、その出力電力と蓄電池電力との和と設定電力との偏差が０になるように偏差の大きさに応じて決められたパルスを第１ゲート駆動回路１６または第２ゲート駆動回路１７へ出力する。
【００３７】
つまり、パルス発生回路１８ｃへ入力される出力電力検出回路２８が出力する出力電力と蓄電池電力検出回路３１が出力する蓄電池電力との和が、制限したい交流入力の設定電力を超えると、パルス発生回路１８ｃは、まず、蓄電池８への充電を停止するように第１ゲート駆動回路１６へパルスを出力する。それでもなお、電力に偏差がある場合は、第２ゲート駆動回路１７へパルスを出力し偏差が０なるように動作する。このようにして、交流電源１からの入力電力を制限することができる。
【００３８】
ここで、電流センサ２６および２９、電圧センサ２７および３０、電力検出回路２８および３１は、各計測表示用またはインバータの制御用として一般的な無停電電源装置には不可欠なものであり、新たに追加せずに、これを流用することにより回路の簡素化することができる。
【００３９】
実施の形態５．
上述した実施の形態１ないし４では、蓄電池８の電圧を平滑化するために平滑コンデンサ９を設置した場合について述べたが、無停電電源装置の保守や蓄電池８の交換などで蓄電池８を取り外した場合にも平滑コンデンサ９の両端には蓄電池８と同じ電圧が残っており危険であるので放電させる必要があるが、蓄電池８にはコンデンサの容量成分があり、その容量成分により蓄電池８の電圧が平滑化できれば、平滑コンデンサ９を省略することができる。この実施の形態５では、平滑コンデンサ９を省略した昇降圧チョッパを備える無停電電源装置について述べる。
【００４０】
図５は、この発明の実施の形態５に係る無停電電源装置を示す回路図である。
図５において、図４に示す実施の形態４と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、７ｂは実施の形態５に係る昇降圧チョッパを示し、この昇降圧チョッパ７ｂは、実施の形態４に係る昇降圧チョッパ７ａに対し、蓄電池８とチョッパリアクトル１０との間に設けられた過電流保護を行うための開閉手段の一つとしてのヒューズ３２と、ヒューズ３２の溶断（開放）時にチョッパリアクトル１０に蓄積されたエネルギーによって流れる電流を直流中間回路３へ環流させるための環流手段としてのダイオード３３と３４をさらに備えている。
【００４１】
図５に示すように、一般的な無停電電源装置の蓄電池出力部には、事故などによる過電流保護のためのヒューズ３２が設けられており、平滑コンデンサがない場合、チョッパリアクトル１０に電流が流れているときにヒューズ３２が切れると、チョッパリアクトル１０に蓄積されたエネルギーによって電流は流れ続けようとするため、ヒューズ３２の両端間でアークが発生し発熱するなど危険である。このため、ヒューズ３２が切れた時にチョッパリアクトル１０に流れている電流を流し続ける経路を確保するためにダイオード３３および３４を設けている。
【００４２】
これにより、蓄電池８の放電中にヒューズ３２が切れると、直流中間回路３→ダイオード３４→チョッパリアクトル１０→第１フリーホイールダイオード１２→直流中間回路３の経路でチョッパリアクトル１０に蓄積されたエネルギーによる電流は環流する。一方、蓄電池８の充電中にヒューズ３２が切れると、直流中間回路３→第２フリーホイールダイオード１４→ダイオード３３→直流中間回路３の経路でチョッパリアクトル１０の電流が還流するため、ヒューズ３２の端子間にアークが発生することはなく平滑コンデンサを省略することができ、保守を安全かつ容易に行うことができる。
なお、チョッパリアクトル１０の電流経路を絶つ手段として、ヒューズが切れた場合について説明したが、遮断器や他の開閉器であっても同じである。また、図５に示す構成の昇降圧チョッパ７ｂを図１ないし図４に示す実施の形態１ないし４にも同様に実施できる。
【００４３】
実施の形態６．
上述した実施の形態５では、蓄電池８のコンデンサ容量成分が十分大きく、蓄電池８の電圧を平滑化することができ平滑コンデンサを省略できる場合について述べたが、蓄電池８の充電および放電時の電流はチョッパの動作によりリップル成分を含んでいる。平滑コンデンサがない場合、このリップル成分はすべて蓄電池８に流れ、このリップル成分が大きいと蓄電池８を劣化させる原因となる。リップル成分を減らすためには、チョッパのスイッチング周期を短くするかチョッパリアクトル１０のインダクタンスを大きくすればよい。しかし、スイッチング周期を短くするとスイッチングによる電力損失が大きくなり、他方、チョッパリアクトル１０のインダクタンスを大きくすると停電時に充電から放電へ移行するときに、蓄電池８の放電電流が負荷６へ供給しなければならない電力相当分流れるまでに時間がかかるため負荷６への電力供給が停止してしまうか、または、平滑コンデンサ４の容量を大きくしなければならなくなり、コスト高となってしまう。この実施の形態６では、平滑コンデンサを省略するとともに蓄電池の寿命を長くすることができる昇降圧チョッパを備える無停電電源装置について述べる。
【００４４】
図６は、この発明の実施の形態６に係る無停電電源装置を示す回路図である。
図６において、図５に示す実施の形態５と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１０ａと１０ｂは、チョッパリアクトルとして、蓄電地８への充電経路に設けた充電用チョッパリアクトルと直流中間回路３への放電経路に設けた放電用チョッパリアクトルを示し、充電用チョッパリアクトル１０ａのインダクタンスを大きくする一方、放電用チョッパリアクトル１０ｂのインダクタンスを小さくしている。
【００４５】
図６に示すように、チョッパリアクトルを、充電用チョッパリアクトル１０ａと放電用チョッパリアクトル１０ｂに分けて、充電用チョッパリアクトル１０ａのインダクタンスを大きくして充電電流のリップル成分を小さくし、放電用チョッパリアクトル１０ｂのインダクタンスを小さくして放電電流が急峻に立ち上がるようにすることにより、平滑コンデンサを省略するとともに蓄電池８の寿命を長くすることができる。
なお、この実施の形態６は、図５に示す実施の形態５において、チョッパリアクトル１０を、充電用チョッパリアクトル１０ａと放電用チョッパリアクトル１０ｂに分けたものであるが、図１ないし図４に示す実施の形態１ないし４にも同様に実施できる。
【００４６】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したとき、上記昇降圧チョッパを昇圧チョッパ動作させて、上記インバータから負荷へ供給される電力の一部を上記蓄電池から供給させることにより交流電源からの入力電力を抑制するようにしたので、負荷の消費電力が増大しても直流中間回路の電圧が設定電圧よりも下がることがなく、交流電源からの入力電力を設定電力以下に制限することができる。
【００４７】
また、直流中間回路電圧検出手段による検出電圧に基づいて交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出するようにしたので、入力電力が制限したい電力を超過したことを容易に検出することができ、負荷の消費電力が増大しても直流中間回路の電圧が設定電圧よりも下がることがなく、交流電源からの入力電力を設定電力以下に制限することができる。
【００４８】
また、直流中間回路電圧検出手段による検出電圧と電流検出手段による検出電流とを乗算して入力電力を検出し、その検出電力に基づいて交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出するようにしたので、交流電源の電圧が変動した場合でも入力電力が設定電力を超えることがなく、交流電源からの入力電力を制限することができる。
【００４９】
また、直流中間回路電圧検出手段による検出電圧と交流電源電圧検出手段による検出電圧と入力フィルタのインピーダンスとに基づいて入力電力を検出し、その検出電力に基づいて交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出するようにしたので、電流検出手段が不要となり、低コストな無停電電源装置を得ることができる。
【００５０】
また、インバータと蓄電池の出力電圧を検出し、インバータの出力電力と蓄電池の出力電力との和と設定電力との偏差に基づいて交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出するようにしたので、計測表示用またはインバータの制御用として一般的な無停電電源装置に備えられる構成を流用し新たに追加せずに、簡素化された構成によって入力電力が制限したい電力を超過したことを容易に検出することができ、負荷の消費電力が増大しても直流中間回路の電圧が設定電圧よりも下がることがなく、交流電源からの入力電力を設定電力以下に制限することができる。
【００５１】
また、蓄電池とチョッパリアクトルとの間に過電流保護のための開閉手段を備えてなると共に、開閉手段の開放時にチョッパリアクトルに蓄積されたエネルギーによって流れる電流を直流中間回路へ環流させる環流手段を有する昇降圧チョッパを備えたので、開閉手段の端子間にアークが発生することはなく平滑コンデンサを省略することができ、保守を安全かつ容易に行うことができる。
【００５２】
さらに、チョッパリアクトルとして、蓄電地への充電経路に設けた充電用チョッパリアクトルと直流中間回路への放電経路に設けた放電用チョッパリアクトルとを有する昇降圧チョッパを備え、充電用チョッパリアクトルのインダクタンスを大きくする一方、放電用チョッパリアクトルのインダクタンスを小さくするようにしたので、充電用チョッパリアクトルのインダクタンスを大きくして充電電流のリップル成分を小さくし、放電用チョッパリアクトルのインダクタンスを小さくして放電電流が急峻に立ち上がるようにすることにより、平滑コンデンサを省略するとともに蓄電池の寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図２】この発明の実施の形態２に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図３】この発明の実施の形態３に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図４】この発明の実施の形態４に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図５】この発明の実施の形態５に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図６】この発明の実施の形態６に係る無停電電源装置を示す回路図である。
【図７】従来の無停電電源装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 交流電源、２ 整流器、３ 直流中間回路、４ 平滑コンデンサ、５ インバータ、６ 負荷、７，７ａ，７ｂ，７ｃ 昇降圧チョッパ、８ 蓄電池、９平滑コンデンサ、１０ チョッパリアクトル、１０ａ 充電用チョッパリアクトル、１０ｂ 放電用チョッパリアクトル、１１ 第１トランジスタ、１２ 第１フリーホイールダイオード、１３ 第２トランジスタ、１４ 第２フリーホイールダイオード、１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ チョッパ制御回路、１６ 第１ゲート駆動回路、１７ 第２ゲート駆動回路、１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃパルス発生回路、１９，２２，２７，３０ 電圧センサ、２０ 停電検出器、２１ 入力フィルタ、２３，２６，２９ 電流センサ、２４，２５ 入力電力検出回路、２８ 出力電力検出回路、３１ 蓄電池電力検出回路、３２ ヒューズ、３３，３４ ダイオード。
Claims (6)
- 交流電源と、
上記交流電源からの交流電流を平滑化する入力フィルタと、
上記入力フィルタを介して入力される交流を直流に変換して直流中間回路へ出力する整流器と、
上記直流中間回路を介して入力される直流を交流に変換して負荷へ出力するインバータと、
蓄電池を有し、直流中間回路からチョッパリアクトルを介して蓄電池への充電および蓄電池から上記チョッパリアクトルを介して直流中間回路への放電を行うと共に、上記蓄電池と上記チョッパリアクトルとの間に過電流保護のための開閉手段と、上記開閉手段の開放時に上記チョッパリアクトルに蓄積されたエネルギーによって流れる電流を上記直流中間回路へ環流させる環流手段とを有する昇降圧チョッパと、
上記交流電源の電圧を検出する交流電源電圧検出手段と、
上記電圧検出手段による検出電圧に基づいて停電を検出する停電検出手段と、
上記停電検出手段の検出信号に基づいて非停電時には上記昇降圧チョッパを降圧チョッパ動作させて上記蓄電池を充電させると共に、停電検出時には上記昇降圧チョッパを昇圧チョッパ動作させて上記蓄電池を直流電源として上記直流中間回路に直流を供給する制御手段と
を備え、
上記制御手段は、上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したとき、上記昇降圧チョッパを昇圧チョッパ動作させて、上記インバータから負荷へ供給される電力の一部を上記蓄電池から供給させることにより交流電源からの入力電力を抑制することを特徴とする無停電電源装置。 - 請求項１に記載の無停電電源装置において、上記昇降圧チョッパは、上記チョッパリアクトルとして、上記蓄電地への充電経路に設けた充電用チョッパリアクトルと上記直流中間回路への放電経路に設けた放電用チョッパリアクトルとを有し、上記充電用チョッパリアクトルのインダクタンスを大きくする一方、上記放電用チョッパリアクトルのインダクタンスを小さくすることを特徴とする無停電電源装置。
- 請求項１または２に記載の無停電電源装置において、上記直流中間回路の電圧を検出する直流中間回路電圧検出手段をさらに備え、上記制御手段は、上記直流中間回路電圧検出手段による検出電圧に基づいて上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出することを特徴とする無停電電源装置。
- 請求項１または２に記載の無停電電源装置において、上記直流中間回路の電圧を検出する直流中間回路電圧検出手段と、上記整流器が出力する電流を検出する電流検出手段と、上記直流中間回路電圧検出手段による検出電圧と上記電流検出手段による検出電流とを乗算して入力電力を検出する入力電力検出手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記入力電力検出手段による検出電力に基づいて上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出することを特徴とする無停電電源装置。
- 請求項１または２に記載の無停電電源装置において、上記直流中間回路の電圧を検出する直流中間回路電圧検出手段と、上記直流中間回路電圧検出手段による検出電圧と上記交流電源電圧検出手段による検出電圧と上記入力フィルタのインピーダンスとに基づいて入力電力を検出する入力電力検出手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記入力電力検出手段による検出電力に基づいて上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出することを特徴とする無停電電源装置。
- 請求項１または２に記載の無停電電源装置において、上記インバータの出力電圧を検出するインバータ出力電圧検出手段と、上記インバータの出力電流を検出するインバータ出力電流検出手段と、上記インバータ出力電圧検出手段による検出電圧と上記インバータ出力電流検出手段による検出電流とを乗算してインバータの出力電力を検出するインバータ出力電力検出手段と、上記蓄電池の出力電圧を検出する蓄電池出力電圧検出手段と、上記蓄電池の出力電流を検出する蓄電池出力電流検出手段と、上記蓄電池出 力電圧検出手段による検出電圧と上記蓄電池出力電流検出手段による検出電流とを乗算して蓄電池の出力電力を検出する蓄電池出力電力検出手段とをさらに備え、上記制御手段は、上記インバータ出力電力検出手段による検出電力と上記蓄電池出力電力検出手段による検出電力との和と設定電力との偏差に基づいて上記交流電源から入力される入力電力が制限したい電力を超過したことを検出することを特徴とする無停電電源装置。
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