JP3766788B2

JP3766788B2 - Uninterruptible power system

Info

Publication number: JP3766788B2
Application number: JP2001190549A
Authority: JP
Inventors: 恵一押切
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2001-06-25
Filing date: 2001-06-25
Publication date: 2006-04-19
Anticipated expiration: 2021-06-25
Also published as: JP2003009428A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、無停電電源装置、特に強制転流回路を持たない機械式スイッチを含む無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１０は、従来から一般に用いられている常時商用電力給電方式の無停電電源装置の構成を示すブロック図である。この図において、１は交流入力電源、２は交流電力を受ける負荷、３は交流入力電源と負荷との間に接続された機械式スイッチ、４は機械式スイッチ３に対して並列的に接続された転流回路、５は転流回路４に直列接続され、転流回路４と共に強制転流回路を構成する補助サイリスタ、６はエネルギー貯蔵源であるバッテリーで、交流入力電源１の停電や異常時に交流入力電源１に代わって負荷２に電力を供給するためのものである。７は直流から交流に変換する変換器で、スイッチ８を介して機械式スイッチ３の負荷側に接続され、常時はバッテリー６を充電し、交流入力電源１の停電または異常時において機械式スイッチ３が開放した時は、バッテリー６からの電力を交流に変換して負荷２へ供給する。
【０００３】
１０は交流入力電源の電圧を検出する電圧センサー、１１は異常電圧を検出するための基準値を出力する異常電圧検出基準回路、１２は電圧センサー１０と異常電圧検出基準回路１１の出力を比較して、電圧センサー１０で検出される交流入力電源１の電圧の異常を比較判定する比較器、１３は比較器１２から異常の比較判定信号が出力された時、機械式スイッチ３の開放指令を発する開放指令回路、１４は機械式スイッチ３が開極動作に至るまでの時間に対応する遅延要素、１５は上記遅延要素を介して比較器１２の比較出力を受け、補助サイリスタ５にゲート信号を与えるゲートオン指令回路、１６は変換器７の出力電圧を一定値に制御するための信号を出力するインバータ電圧制御回路、１７は周知のアンサーバックによって機械式スイッチ３の開放を確認し、出力を出す開放確認回路、１８はインバータ電圧制御回路１６の出力と開放確認回路１７の出力を入力とし、機械式スイッチ３が開放状態である時のみ変換器７のインバータ電圧制御を生かすためのアンド回路である。
【０００４】
１９は変換器7に対してゼロ電流指令を出すゼロ電流指令回路、２０はゼロ電流制御を行なうための基準値を出力するゼロ電流基準回路、２１はゼロ電流指令回路１９の出力とゼロ電流基準回路２０の出力を入力とするアンド回路、２２はアンド回路１８及び２１の出力並びに変換器７の出力回路に設けられた変流器２３からの出力を入力とし、負荷２の電流に応じて変換器７のインバータ電流を制御する制御回路である。
【０００５】
このような構成において、停電や交流入力電源１の異常が発生すると、電圧センサー１０の検出電圧が異常電圧検出基準回路１１の出力より低下するため、比較器１２が異常と判定し、その比較出力を生ずる。これによって先ず開放指令回路１３が機械式スイッチ３の開放を指令し、所定時間遅れてゲートオン指令回路１５が補助サイリスタ５にゲート信号を与える。このため、機械式スイッチ３は開放動作に入り、開極後、アーク電流の継続中に強制転流回路の補助サイリスタ５がオンし、転流回路４に蓄えたエネルギーを使用して強制的にアーク電流のゼロクロス点を作って電流を遮断する。
交流入力が開放された後は、変換器７はインバータ電圧制御回路１６及びインバータ電流制御回路２２によって定電圧制御が行なわれ、負荷に応じた電流を供給することになる。この場合、アーク時間は強制転流が行なわれることから非常に短く、全体の切換え時間は機械式スイッチ３の開極時間と停電検出時間のみである。
【０００６】
また、図１１は、強制転流回路を持たない機械式スイッチ３を含む従来の無停電電源装置の構成を示すものである。
強制転流回路及びその制御回路以外の構成は、図１０と同一であるため、相当する部分に同一符号を付して説明を省略する。
この装置において、停電や交流入力電源１の異常が発生すると、機械式スイッチ３の開放動作に入り、開極後、アーク電流が継続し、電流のゼロクロス点がくるまで交流入力が接続され、ゼロクロス後開放される。このあと、変換器７は図１０と同様に、定電圧制御に切換えられ、負荷に応じた電流を供給する。
この場合、アーク時間は最大半サイクルあるため、切換え時間は機械式スイッチ３の開極時間と停電検出時間に最大半サイクルのアーク時間がかかる。
【０００７】
【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おり、図１０に示す強制転流回路を持つ場合には、転流回路４が大きく、複雑で高価であった。特に、機械式スイッチが高圧回路に接続されている場合は、強制転流回路に高圧の補助サイリスタやコンデンサが必要となり、部品の選定や絶縁距離の確保など制約条件も多かった。また、図１１に示す強制転流回路を持たない場合には、シンプルであるが切換え時間が半サイクル以上かかるため、負荷によっては電源の瞬断によって停止してしまうという問題点があった。
加えて、機械式スイッチ３が完全に開放されないと変換器７は定電圧制御に切換えることができないため、各動作のタイミングをとるためにシーケンスロジックが複雑になるという問題点もあった。
【０００８】
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、強制転流回路を持たない場合においても、強制転流回路を持つ場合と同等の高速の切換えを行なうことが出来、機械式スイッチの状態を検出しなくても変換器を定電圧制御に切換えることができ、高効率、高性能で安価な無停電電源装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、交流電源と負荷との間に接続され、負荷に交流電源からの交流電力を供給する機械式スイッチと、この機械式スイッチの負荷側に他のスイッチを介して接続された直流・交流変換器と、この直流・交流変換器に接続された充放電可能なエネルギー貯蔵源とを有し、交流電源の常時には機械式スイッチが閉成され上記直流・交流変換器のインバータ電流が充電電流制御されることによって、エネルギー貯蔵源が充電され、交流電源の異常時には、上記機械式スイッチに開放指令が与えられて開放されたとき、直流・交流変換器は、負荷電流制御されて上記交流電源に代わってエネルギー貯蔵源から直流・交流変換器を介して負荷に対して電力を供給するようにした無停電電源装置において、機械式スイッチが開極されたときに、直流・交流変換器から、機械式スイッチが開極されたときに発生するアーク電流の方向と反対方向の電流を発生するエネルギーを機械式スイッチに印加することにより機械式スイッチに流れる電流を強制的にゼロにすることにより高速に機械式スイッチを遮断するものである。
【００１０】
この発明に係る無停電電源装置は、また、負荷に流れる電流を検出する第１変流器を機械式スイッチの負荷側に設け、直流・交流変換器の出力側に第２変流器を設け、機械式スイッチが開極した後、機械式スイッチに流れる電流がゼロになるまでの間、第１変流器の電流と第２変流器の電流が同じになるように電流差分制御するものである。
【００１１】
この発明に係る無停電電源装置は、また、異常を検出した後、機械式スイッチ固有の開極時間に相当する時間の経過後にエネルギー貯蔵源から直流・交流変換器を介して負荷に対して電力を供給するものである。
【００１２】
この発明に係る無停電電源装置は、また、予め機械式スイッチが開放されたとみなす基準値の電流値を設定し、機械式スイッチに流れる電流を検出し、検出した電流と設定した基準値の電流値とを比較し、検出した電流が基準値の電流になった時に、エネルギー貯蔵源から直流・交流変換器を介して負荷に対して電力を供給するものである。
【００１３】
この発明に係る無停電電源装置は、また、エネルギーにより発生する電流を、機械式スイッチが開極した後、機械式スイッチに流れる電流がゼロになるまでの間、ランプ状に下げるようにしたものである。
【００１４】
この発明に係る無停電電源装置は、また、交流三相電源の各相の電流を検出するようにし、交流三相電源の異常時に、機械式スイッチの三相のうち交流三相電源の最小電流相に接続された当該相から順番に、エネルギーを印加するものである。
【００１５】
この発明に係る無停電電源装置は、また、交流三相電源の位相を検出し、交流三相電源の異常時に、機械式スイッチのゼロクロスに近い相から順番に上記エネルギーを印加するものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。
図１は、実施の形態１の構成を示すブロック図である。この図において、図１１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
即ち図１において、１６はインバータ電圧制御回路で、図１１に示されたものと同機能であるが、入力側が電圧センサー１０の出力側に接続されている。
２５は比較器１２の出力を受けて交流入力電流をゼロにする指令を発する入力電流ゼロ指令回路、２６は交流入力電流をゼロに制御するための基準値を出力する入力電流ゼロ基準回路、２７は入力電流ゼロ指令回路２５の出力がある時のみ入力電流ゼロ基準回路２６の基準値出力を生ずるアンド回路、２８はアンド回路１８及び２７の出力並びに交流入力回路に設けられた変流器２９からの出力を入力とし、交流入力回路の電流をゼロにするように制御する制御回路、３０は制御回路２８と２２との間に設けられたスイッチで、常時は開放状態で制御回路２８の出力を制御回路２２に与えないようにされており、入力電流ゼロ指令回路２５に出力が生じた時、閉成されるようになされている。
【００１７】
次に、この実施の形態の動作について説明する。通常は、交流入力電源１より機械式スイッチ３を介して負荷３に電力を供給している。このとき変換器７は、インバータ電流のゼロ電流指令回路１９とゼロ電流基準回路２０の出力にもとづき制御回路２２によってゼロ電流に制御されている。
交流入力電源１が異常状態となり、電圧が低下または停電した場合は、電圧センサー１０による検出と、比較器１２の比較判定によって異常を検出し、停電確認時限後、開放指令回路１３に、機械式スイッチ３の開放指令を与えると同時に、比較器１２の比較出力が入力電流ゼロ指令回路２５に与えられるため、その出力によってスイッチ３０を短絡すると共に、入力電流ゼロ基準回路２６の出力を制御回路２８に与え、更に、制御回路２８の出力を制御回路２２に与えることにより、インバータ電流のゼロ電流指令を解除し、変換器７からのエネルギーを使って、機械式スイッチ３を流れる電流を強制的にゼロにするように瞬時に制御する。
【００１８】
機械式スイッチ３が開放されたことを開放確認回路１７で検出すると、インバータ電圧制御回路１６の出力がアンド回路１８から出力され、インバータ電圧制御ループが動作して変換器７を一定電圧に制御し、エネルギー貯蔵源６のエネルギーを負荷２へ供給する。
以上のように、実施の形態１によれば、強制転流回路を持たない機械式スイッチでも、スイッチ開極後のアーク時間をゼロにすることにより、入力電源の異常時に、高速で変換器側に切換え、負荷給電を継続することができる。
【００１９】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。
図２は、実施の形態２の構成を示すブロック図である。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、機械式スイッチ３の交流入力電源１側に変流器２９を設けて機械式スイッチ３に流れる電流を直接検出するのに代えて、負荷に流れる電流を検出する変流器３１を設けて、負荷電流を検出すると共に、変換器７の出力回路に設けられた変流器２３の出力と加算器３２によって差動的に加算し、加算出力を制御回路３３に与えて変流器２３と３１の電流が同じになるように制御するようにした点である。なお、制御回路３３は図１の制御回路２８に代えて設けられるものである。
このような構成とすれば、機械式スイッチ３が高圧回路に接続されていて電流検出手段の挿入が難しいときでも、容易に制御することができる。
【００２０】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。
図３は、実施の形態３の構成を示すブロック図である。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図１と異なる点は、機械式スイッチ３の開放確認回路１７を設けてアンサーバックによる開放状態の確認を行なっていたのに代えて、機械式スイッチ３の開極時間（ほぼ数ｍｓ）に相当する遅延回路３５を設けた点である。
このような構成によれば、遅延時間後に、インバータ電圧制御回路１６の出力がアンド回路１８に出力を生ずるため、機械式スイッチ３の補助接点などの不良やアンサーバックの断線などの異常時であっても、インバータ電圧制御に切換えるタイミングを逸することなく確実に負荷に一定電圧を供給することができる。
【００２１】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。
図４は、実施の形態４の構成を示すブロック図である。この図において、図３と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図３と異なる点は、インバータ電圧制御への切換えを、交流入力電源の異常発生後、一定の時間後に行っていたのに代えて、機械式スイッチ３に流れる電流を変流器２９で検出し、その大きさを所定の基準値３６と比較器３７によって比較して、検出電流が基準値以下の時、機械式スイッチ３が開放されたとみなしてインバータ電圧制御回路１６を動作させるようにした点である。このような構成とすれば、入力電源が短絡で電圧異常になった場合には、変換器７からの電力が電源に逆流し、ゼロ電流に制御する時間が長引いても、電圧制御に切換える動作を自動的に安全に行なうことができる。また、入力電源が開放で電圧異常になった場合には、機械式スイッチ３が開極しなくても入力電流はゼロになるため瞬時に電圧制御への切換えが行なわれ、切換え時間をより短くすることができる。
【００２２】
実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５を図にもとづいて説明する。
図５は、実施の形態５の構成を示すブロック図である。この図において、図１と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図１では、入力電源が異常の時に機械式スイッチ３を高速で開放するものであったのに対し、負荷２が過負荷や短絡で機械式スイッチ３が過電流になった場合に変換器７からのエネルギーを使って高速で遮断するようにした点が異なる。
【００２３】
即ち図５において、３８は過電流を判定するための基準値を発生する過電流基準回路、３９は変流器２９から検出される負荷電流と過電流基準回路３８の基準値とを比較し、過電流か否かを比較判定する比較器、４０は比較器３９の比較結果が過電流の時、その比較出力にもとづいて限流指令を発する限流指令回路、４１は限流制御の基準値を発生する限流値基準回路、４２は限流指令が発せられた時のみ限流値基準回路４１の基準値を送出するアンド回路である。
【００２４】
このような構成において、通常状態では、交流入力電源１より機械式スイッチ３を介して負荷２に電力を供給している。このとき変換器７は、インバータ電流のゼロ電流指令回路１９の指令にもとづいてゼロ電流に制御されている。
負荷電流が異常となり、機械式スイッチ３に流れる電流が過電流になったことを比較器３９が比較判定した場合には、限流指令回路４０から限流指令を出し、スイッチ３０をオンして入力電流制御回路２８を動作させ、限流値基準回路４１の基準値、例えば定格電流等の一定電流になるように変換器７を制御する。
遅延回路３５で設定された一定時間を経過しても過電流が抑制されない場合は、異常と見なして機械式スイッチの開放指令回路１３を動作させ機械式スイッチ３を開放する。また、負荷短絡などで電流が急峻に立上る場合は、入力電流制御回路２８で電流の立ち上がりを抑え、限流値基準回路４１の電流基準をゼロ電流にして機械式スイッチ３を過大電流が流れる前に遮断することができる。
【００２５】
実施の形態６．
次に、この発明の実施の形態６を図にもとづいて説明する。
図６は、実施の形態６の構成を示すブロック図である。この図において、図３と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図３では、入力電源の異常検出後、瞬時に入力電流をゼロ電流制御に切換えるようにしているが、切換え時間に余裕があり出力電圧の位相変化を急激に行ないたくない場合には、図６に示すように、遮断時間指令を発する遮断時間指令回路４３と、上記の時間内で入力をランプ状に下げるランプ回路４４をアンド回路２７の出力側に設け、入力電流ゼロ指令回路２５によってゼロ電流指令が発せられた時、入力電流ゼロ基準回路２６の基準値を遮断時間指令回路４３の時間内で下降させるようにすれば、ソフト遮断を実現することができる。
【００２６】
実施の形態７．
次に、この発明の実施の形態７を図にもとづいて説明する。
図７は、三相電源の各相の電流を示す波形図、図８は、実施の形態７の構成を示すブロック図である。この図において、図３と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。この実施の形態では、１２０度の位相差を有する三相電源の各相に変流器２９Ｒ、２９Ｓ、２９Ｔを設けて各相ごとの電流を検出するようにし、入力電源の異常を検出して、入力電流のゼロ電流制御を行なう時は、各相の電流のうち最小電流相（図７からも見られるように、常にピーク電流の５０％以下の相が存在する）を最小電流相検出器４５で検出し、当該相のゼロ電流制御指令を入力電流ゼロ指令回路２５から送ることにより、制御回路２８によってゼロ電流制御を開始する。
このようにすれば、実施の形態６と同様に出力電圧の位相変化を急激に行わずにスムーズに遮断し易い位相から順番に遮断を行なうことができる。
【００２７】
実施の形態８．
次に、この発明の実施の形態８を図にもとづいて説明する。
図９は、実施の形態８の構成を示すブロック図である。この図において、図８と同一または相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
この実施の形態は、変換器７からの入力電流の力率を１にするような無効電流を常時流す制御回路４６及び無効電流の制御指令を与える回路４７を設けてスイッチ４８をオンオフすることにより、入力電源電圧と入力電流の位相を常に同相に保つようにしたもので、そのために三相電源の最小電圧相検出器４９と、逆電圧印加指令回路５０と、反転回路５１とを設け、アンド回路５２の出力として逆電圧を取り出し、逆電圧印加回路５３によってゼロクロスに近い相から順番に逆電圧を印加することにより、インバータから過大な電流を流さずにスムーズに遮断することができる。
【００２８】
【発明の効果】
この発明に係る無停電電源装置は、交流電源と負荷との間に接続され、負荷に上記交流電源からの交流電力を供給する機械式スイッチと、この機械式スイッチの負荷側に他のスイッチを介して接続された直流・交流変換器と、この直流・交流変換器に接続された充放電可能なエネルギー貯蔵源とを有し、交流電源の常時には機械式スイッチが閉成され上記直流・交流変換器のインバータ電流が充電電流制御されることによって、エネルギー貯蔵源が充電され、交流電源の異常時には、機械式スイッチに開放指令が与えられて開放されたとき、直流・交流変換器は、負荷電流制御されて交流電源に代わってエネルギー貯蔵源から直流・交流変換器を介して負荷に対して電力を供給するようにした無停電電源装置において、機械式スイッチが開極されたときに、直流・交流変換器から、機械式スイッチが開極されたときに発生するアーク電流の方向と反対方向の電流を発生するエネルギーを機械式スイッチに印加することにより機械式スイッチに流れる電流を強制的にゼロにすることにより高速に機械式スイッチを遮断するものであるため、強制転流回路を持たない機械式スイッチによっても、スイッチ開極後のアーク時間をゼロにすることにより、入力電源の異常時に高速で変換器側に切換え、負荷給電を継続することができる。
【００２９】
この発明に係る無停電電源装置は、また、負荷に流れる電流を検出する第１変流器を機械式スイッチの負荷側に設け、直流・交流変換器の出力側に第２変流器を設け、機械式スイッチが開極した後、機械式スイッチに流れる電流がゼロになるまでの間、第１変流器の電流と第２変流器の電流が同じになるように電流差分制御するものであるため、機械式スイッチが高圧回路に接続されていて電流検出手段の挿入が難しいときでも、容易に制御することができる。
【００３０】
この発明に係る無停電電源装置は、また、異常を検出した後、機械式スイッチ固有の開極時間に相当する時間の経過後にエネルギー貯蔵源から直流・交流変換器を介して負荷に対して電力を供給するものであるため、機械式スイッチの補助接点などの不良やアンサーバックの断線などの異常時であってもインバータ電圧制御に切換えるタイミングを逸することなく、確実に負荷に一定電圧を供給することができる。
【００３１】
この発明に係る無停電電源装置は、また、予め機械式スイッチが開放されたとみなす基準値の電流値を設定し、機械式スイッチに流れる電流を検出し、検出した電流と設定した基準値の電流値とを比較し、検出した電流が基準値の電流になった時に、エネルギー貯蔵源から直流・交流変換器を介して負荷に対して電力を供給するものであるため、入力電源が短絡で電圧異常になった場合には、変換器からの電力が電源に逆流し、ゼロ電流に制御する時間が長引いても、電圧制御に切換える動作を自動的に安全に行なうことができる。また、入力電源が開放で電圧異常になった場合には、機械式スイッチが開極しなくても入力電流はゼロになるため瞬時に電圧制御への切換えが行なわれ、切換え時間をより短くすることができる。
【００３２】
この発明に係る無停電電源装置は、また、エネルギーにより発生する電流を、機械式スイッチが開極した後、機械式スイッチに流れる電流がゼロになるまでの間、ランプ状に下げるようにしたものであるため、ソフト遮断を実現することができる。
【００３３】
この発明に係る無停電電源装置は、また、交流三相電源の各相の電流を検出するようにし、交流三相電源の異常時に、機械式スイッチの三相のうち交流三相電源の最小電流相に接続された当該相から順番に、エネルギーを印加するものであるため、出力電圧の位相変化を急激に行なわずにスムーズに遮断し易い位相から順番に遮断を行なうことができる。
【００３４】
この発明に係る無停電電源装置は、また、交流三相電源の位相を検出し、交流三相電源の異常時に、機械式スイッチのゼロクロスに近い相から順番にエネルギーを印加するものであるため、インバータから過大な電流を流さずにスムーズに遮断することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の構成を示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態２の構成を示すブロック図である。
【図３】この発明の実施の形態３の構成を示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態４の構成を示すブロック図である。
【図５】この発明の実施の形態５の構成を示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態６の構成を示すブロック図である。
【図７】三相電源の各相の電流を示す波形図である。
【図８】この発明の実施の形態７の構成を示すブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態８の構成を示すブロック図である。
【図１０】従来の無停電電源装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の無停電電源装置の他の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１交流入力電源、２負荷、３機械式スイッチ、６エネルギー貯蔵源、
７変換器、１０電圧センサー、１２比較器、１３開放指令回路、
１６インバータ電圧制御回路、１９ゼロ電流指令回路、
２２インバータ電流制御回路、２５入力電流ゼロ指令回路、
２８入力電流制御回路。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an uninterruptible power supply, and more particularly to an uninterruptible power supply including a mechanical switch having no forced commutation circuit.
[0002]
[Prior art]
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of an uninterruptible power supply of a constant commercial power supply method that has been generally used conventionally. In this figure, 1 is an AC input power source, 2 is a load that receives AC power, 3 is a mechanical switch connected between the AC input power source and the load, and 4 is connected in parallel to the mechanical switch 3. The commutation circuit 5 is connected in series to the commutation circuit 4 and constitutes a forced commutation circuit together with the commutation circuit 4, and 6 is a battery that is an energy storage source. This is for supplying power to the load 2 instead of the AC input power source 1. 7 is a converter for converting from direct current to alternating current, and is connected to the load side of the mechanical switch 3 through the switch 8. The battery 6 is charged at all times, and the mechanical switch 3 is in the event of a power failure or abnormality of the AC input power source 1. Is opened, the power from the battery 6 is converted into alternating current and supplied to the load 2.
[0003]
10 is a voltage sensor for detecting the voltage of the AC input power supply, 11 is an abnormal voltage detection reference circuit for outputting a reference value for detecting abnormal voltage, and 12 is for comparing the outputs of the voltage sensor 10 and the abnormal voltage detection reference circuit 11. A comparator 13 for comparing and determining an abnormality in the voltage of the AC input power supply 1 detected by the voltage sensor 10, and when an abnormal comparison determination signal is output from the comparator 12, issues an opening command for the mechanical switch 3. An open command circuit, 14 is a delay element corresponding to the time until the mechanical switch 3 reaches the opening operation, 15 receives a comparison output of the comparator 12 through the delay element, and gives a gate signal to the auxiliary thyristor 5 A gate-on command circuit, 16 is an inverter voltage control circuit that outputs a signal for controlling the output voltage of the converter 7 to a constant value, and 17 is a mechanical standby by a known answerback. The open check circuit 18 confirms the opening of the switch 3 and outputs an output, and 18 is the input of the output of the inverter voltage control circuit 16 and the output of the open check circuit 17, and the converter 7 only when the mechanical switch 3 is open. It is an AND circuit for making the most of the inverter voltage control.
[0004]
19 is a zero current command circuit for issuing a zero current command to the converter 7, 20 is a zero current reference circuit for outputting a reference value for performing zero current control, and 21 is an output of the zero current command circuit 19 and a zero current reference. An AND circuit having the output of the circuit 20 as an input, and 22 an output of the AND circuits 18 and 21 and an output from the current transformer 23 provided in the output circuit of the converter 7 are input and converted according to the current of the load 2. 3 is a control circuit for controlling the inverter current of the unit 7.
[0005]
In such a configuration, when a power failure or an abnormality occurs in the AC input power supply 1, the detected voltage of the voltage sensor 10 is lower than the output of the abnormal voltage detection reference circuit 11. Is produced. As a result, the opening command circuit 13 first instructs the mechanical switch 3 to open, and the gate-on command circuit 15 gives a gate signal to the auxiliary thyristor 5 after a predetermined time delay. For this reason, the mechanical switch 3 enters an opening operation, and after opening, the auxiliary thyristor 5 of the forced commutation circuit is turned on while the arc current is continued, and the energy stored in the commutation circuit 4 is forcibly used. A zero cross point of arc current is created to cut off the current.
After the AC input is released, the converter 7 is subjected to constant voltage control by the inverter voltage control circuit 16 and the inverter current control circuit 22, and supplies a current corresponding to the load. In this case, the arc time is very short because forced commutation is performed, and the entire switching time is only the opening time of the mechanical switch 3 and the power failure detection time.
[0006]
FIG. 11 shows a configuration of a conventional uninterruptible power supply including a mechanical switch 3 having no forced commutation circuit.
Since the configuration other than the forced commutation circuit and its control circuit is the same as that in FIG. 10, the same reference numerals are given to the corresponding parts and the description thereof is omitted.
In this device, when a power failure or an abnormality occurs in the AC input power supply 1, the mechanical switch 3 is opened, the arc current continues after opening, and the AC input is connected until the zero cross point of the current is reached. It is opened afterwards. Thereafter, the converter 7 is switched to the constant voltage control as in FIG. 10 and supplies a current corresponding to the load.
In this case, since the arc time has a maximum half cycle, the switching time takes a maximum half cycle arc time for the opening time of the mechanical switch 3 and the power failure detection time.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional uninterruptible power supply is configured as described above, and when the forced commutation circuit shown in FIG. 10 is provided, the commutation circuit 4 is large, complicated, and expensive. In particular, when a mechanical switch is connected to a high-voltage circuit, a high-voltage auxiliary thyristor or capacitor is required for the forced commutation circuit, and there are many restrictions such as selection of parts and securing of an insulation distance. Further, in the case where the forced commutation circuit shown in FIG. 11 is not provided, there is a problem that although it is simple, the switching time takes half a cycle or more, so that depending on the load, it stops due to a momentary power interruption.
In addition, since the converter 7 cannot be switched to the constant voltage control unless the mechanical switch 3 is completely opened, there is a problem that the sequence logic becomes complicated in order to take the timing of each operation.
[0008]
The present invention was made to solve the above-described problems, and even when the forced commutation circuit is not provided, the high-speed switching equivalent to the case with the forced commutation circuit can be performed. An object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply that can switch the converter to constant voltage control without detecting the state of the mechanical switch, and that is highly efficient, high performance, and inexpensive.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
An uninterruptible power supply according to the present invention is connected between an AC power supply and a load, and supplies a mechanical switch for supplying AC power from the AC power supply to the load, and another switch on the load side of the mechanical switch. Connected to the DC / AC converter, and a chargeable / dischargeable energy storage source connected to the DC / AC converter, and a mechanical switch is closed at all times of the AC power supply. by the inverter current vessels are charge-current control, is an energy storage source GaTakashi conductive, when the AC power failure, when the opening command to the mechanical switch is opened given, DC-AC converter in the uninterruptible power supply apparatus that supplies power to the load via a DC-AC converter from being load current control energy storage source in place of the AC power source, a mechanical switch When it is very, mechanical switch by applying a DC-AC converter, the energy for generating the direction opposite to the direction of the current of the arc current generated when the mechanical switch is opening the mechanical switch The mechanical switch is shut off at high speed by forcibly setting the current flowing through to zero.
[0010]
In the uninterruptible power supply according to the present invention, the first current transformer for detecting the current flowing through the load is provided on the load side of the mechanical switch, and the second current transformer is provided on the output side of the DC / AC converter. The current difference is controlled so that the current of the first current transformer and the current of the second current transformer are the same until the current flowing through the mechanical switch becomes zero after the mechanical switch is opened. It is.
[0011]
The uninterruptible power supply according to the present invention is also capable of supplying power to the load from the energy storage source via the DC / AC converter after elapse of time corresponding to the opening time unique to the mechanical switch after detecting an abnormality. Supply .
[0012]
The uninterruptible power supply according to the present invention, also sets the current value of the reference value regarded as pre Me mechanical switch is opened, detects a current flowing through the mechanical switch, the reference value set between the detected current It compares the current value, when the detected current reaches current reference value, but supplying power to the load from the energy storage source through a DC-AC converter.
[0013]
In the uninterruptible power supply according to the present invention, the current generated by energy is lowered in a ramp until the current flowing through the mechanical switch becomes zero after the mechanical switch is opened. It is.
[0014]
The uninterruptible power supply according to the present invention also detects the current of each phase of the AC three-phase power supply, and when the AC three-phase power supply is abnormal, the minimum current of the AC three-phase power supply among the three phases of the mechanical switch Energy is applied in order from the phase connected to the phase .
[0015]
The uninterruptible power supply according to the present invention also detects the phase of the AC three-phase power supply, and applies the energy in order from the phase close to the zero cross of the mechanical switch when the AC three-phase power supply is abnormal .
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as in FIG.
That is, in FIG. 1, reference numeral 16 denotes an inverter voltage control circuit having the same function as that shown in FIG. 11, but the input side is connected to the output side of the voltage sensor 10.
Reference numeral 25 denotes an input current zero command circuit that receives an output from the comparator 12 and issues a command to make the AC input current zero. Reference numeral 26 denotes an input current zero reference circuit that outputs a reference value for controlling the AC input current to zero. Is an AND circuit that generates a reference value output of the input current zero reference circuit 26 only when there is an output of the input current zero command circuit 25, and 28 is an output of the AND circuits 18 and 27 and a current transformer 29 provided in the AC input circuit. Is a control circuit that controls the AC input circuit so that the current of the AC input circuit is zero, and 30 is a switch provided between the control circuits 28 and 22, and the output of the control circuit 28 is always in an open state. The control circuit 22 is not provided, and is closed when an output is generated in the input current zero command circuit 25.
[0017]
Next, the operation of this embodiment will be described. Normally, power is supplied to the load 3 from the AC input power source 1 via the mechanical switch 3. At this time, the converter 7 is controlled to zero current by the control circuit 22 based on the outputs of the inverter zero current command circuit 19 and the zero current reference circuit 20.
When the AC input power supply 1 is in an abnormal state and the voltage drops or a power failure occurs, the abnormality is detected by detection by the voltage sensor 10 and the comparison determination by the comparator 12, and after the power failure confirmation time limit, the open command circuit 13 is At the same time that the opening command of the switch 3 is given, the comparison output of the comparator 12 is given to the input current zero command circuit 25, so that the switch 30 is short-circuited by the output and the output of the input current zero reference circuit 26 is controlled by the control circuit 28. In addition, the output of the control circuit 28 is supplied to the control circuit 22, thereby canceling the zero current command of the inverter current and forcing the current flowing through the mechanical switch 3 using the energy from the converter 7. Control instantly to zero.
[0018]
When the opening confirmation circuit 17 detects that the mechanical switch 3 is opened, the output of the inverter voltage control circuit 16 is output from the AND circuit 18, and the inverter voltage control loop operates to control the converter 7 to a constant voltage. The energy of the energy storage source 6 is supplied to the load 2.
As described above, according to the first embodiment, even in the case of a mechanical switch having no forced commutation circuit, the arc time after opening the switch is made zero so that the converter side can be operated at high speed when the input power supply is abnormal. The load power supply can be continued.
[0019]
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the second embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as in FIG. 1 differs from FIG. 1 in that a current transformer 29 is provided on the AC input power supply 1 side of the mechanical switch 3 to directly detect the current flowing through the mechanical switch 3, and to detect the current flowing through the load. 31 is provided to detect the load current, add the output of the current transformer 23 provided in the output circuit of the converter 7 differentially with the adder 32, and provide the added output to the control circuit 33. This is the point that the currents of the current transformers 23 and 31 are controlled to be the same. The control circuit 33 is provided in place of the control circuit 28 of FIG.
With such a configuration, even when the mechanical switch 3 is connected to the high voltage circuit and it is difficult to insert the current detection means, it can be easily controlled.
[0020]
Embodiment 3 FIG.
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the third embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as in FIG. The difference from FIG. 1 is equivalent to the opening time (approximately several ms) of the mechanical switch 3 instead of providing the opening confirmation circuit 17 of the mechanical switch 3 to check the open state by the answer back. The delay circuit 35 is provided.
According to such a configuration, the output of the inverter voltage control circuit 16 generates an output to the AND circuit 18 after the delay time, so that it is at the time of an abnormality such as a failure of the auxiliary contact of the mechanical switch 3 or disconnection of the answerback. However, a constant voltage can be reliably supplied to the load without losing the timing of switching to inverter voltage control.
[0021]
Embodiment 4 FIG.
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the fourth embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as in FIG. The difference from FIG. 3 is that the current flowing through the mechanical switch 3 is detected by the current transformer 29 instead of switching to inverter voltage control after a certain period of time after the occurrence of an abnormality in the AC input power supply. The magnitude is compared with a predetermined reference value 36 by a comparator 37, and when the detected current is less than the reference value, the mechanical switch 3 is considered to be opened and the inverter voltage control circuit 16 is operated. It is. With such a configuration, when the input power supply becomes short-circuited and the voltage becomes abnormal, the power from the converter 7 flows back to the power supply, and even if the time for controlling to zero current is prolonged, the operation is switched to voltage control. Can be performed automatically and safely. In addition, when the input power supply is open and the voltage becomes abnormal, the input current becomes zero even if the mechanical switch 3 is not opened, so that switching to voltage control is performed instantaneously, and the switching time is shortened. can do.
[0022]
Embodiment 5. FIG.
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the fifth embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as in FIG. In FIG. 1, the mechanical switch 3 is opened at a high speed when the input power supply is abnormal, whereas the converter 7 is activated when the mechanical switch 3 becomes overcurrent due to an overload or short circuit. The point that it cuts off at high speed using the energy from is different.
[0023]
That is, in FIG. 5, 38 is an overcurrent reference circuit for generating a reference value for determining overcurrent, 39 is a comparison of the load current detected from the current transformer 29 and the reference value of the overcurrent reference circuit 38, Comparator for comparing whether or not it is overcurrent, 40 is a current limit command circuit for issuing a current limit command based on the comparison output when the comparison result of the comparator 39 is overcurrent, 41 is a reference value for current limit control A current limit value reference circuit 42 for generating the current limit value is an AND circuit for sending the reference value of the current limit value reference circuit 41 only when a current limit command is issued.
[0024]
In such a configuration, in a normal state, power is supplied from the AC input power source 1 to the load 2 via the mechanical switch 3. At this time, the converter 7 is controlled to zero current based on the command of the inverter current zero current command circuit 19.
When the load current becomes abnormal and the comparator 39 compares and determines that the current flowing through the mechanical switch 3 is overcurrent, the current limit command is issued from the current limit command circuit 40, and the switch 30 is turned on. The input current control circuit 28 is operated to control the converter 7 so that the reference value of the current limit value reference circuit 41 becomes a constant current such as a rated current, for example.
If the overcurrent is not suppressed even after the fixed time set by the delay circuit 35 has elapsed, it is regarded as abnormal and the mechanical switch opening command circuit 13 is operated to open the mechanical switch 3. Further, when the current rises sharply due to a load short circuit or the like, an excessive current flows through the mechanical switch 3 by suppressing the rise of the current by the input current control circuit 28 and setting the current reference of the current limit value reference circuit 41 to zero current. Can be shut off before.
[0025]
Embodiment 6 FIG.
Next, a sixth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of the sixth embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as in FIG. In FIG. 3, the input current is switched to zero current control instantaneously after detection of an abnormality in the input power supply. However, when there is a margin in switching time and it is not desired to change the phase of the output voltage rapidly, FIG. As shown in the figure, a shut-off time command circuit 43 for issuing a shut-off time command and a ramp circuit 44 for reducing the input in a ramp shape within the above time are provided on the output side of the AND circuit 27. When the command is issued, the soft cutoff can be realized if the reference value of the zero input current reference circuit 26 is lowered within the time of the cutoff time command circuit 43.
[0026]
Embodiment 7 FIG.
Next, a seventh embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 7 is a waveform diagram showing the current of each phase of the three-phase power supply, and FIG. 8 is a block diagram showing the configuration of the seventh embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as in FIG. In this embodiment, current transformers 29R, 29S, and 29T are provided in each phase of a three-phase power source having a phase difference of 120 degrees so as to detect a current for each phase, and an abnormality in the input power source is detected. When the zero current control of the input current is performed, the minimum current phase of the current of each phase (as seen from FIG. 7, there is always a phase of 50% or less of the peak current) is the minimum current phase detector. The zero current control is started by the control circuit 28 by sending the zero current control command of the relevant phase from the input current zero command circuit 25.
In this way, similarly to the sixth embodiment, it is possible to sequentially cut off the phases of the output voltage in a phase that is easy to cut off without suddenly changing the phase of the output voltage.
[0027]
Embodiment 8 FIG.
Next, an eighth embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 9 is a block diagram showing the configuration of the eighth embodiment. In this figure, the same or corresponding parts as in FIG.
In this embodiment, by providing a control circuit 46 for constantly flowing a reactive current that makes the power factor of the input current from the converter 7 1 and a circuit 47 for giving a reactive current control command, the switch 48 is turned on and off. The phase of the input power supply voltage and the input current is always kept in phase. For this purpose, the minimum voltage phase detector 49 of the three-phase power supply, the reverse voltage application command circuit 50, and the inverting circuit 51 are provided. By taking out the reverse voltage as the output of the circuit 52 and applying the reverse voltage in order from the phase close to zero crossing by the reverse voltage application circuit 53, it is possible to smoothly cut off without passing an excessive current from the inverter.
[0028]
【The invention's effect】
The uninterruptible power supply according to the present invention is connected between an AC power supply and a load, and supplies a mechanical switch for supplying AC power from the AC power supply to the load, and another switch on the load side of the mechanical switch. And a DC / AC converter connected to the DC / AC converter, and a chargeable / dischargeable energy storage source connected to the DC / AC converter, and a mechanical switch is closed at all times of the AC power supply. by the inverter current transducer is charge-current control, is an energy storage source GaTakashi conductive, when the AC power failure, when the opening command to the mechanical switch is opened given, DC-AC converter, in the uninterruptible power supply apparatus that supplies power to the load via a DC-AC converter from the energy storage source on behalf of the AC power supply is load current control, the mechanical switch opening When it is, from the DC-AC converter, the mechanical switch by applying energy for generating a direction opposite to the direction of the current of the arc current generated when the mechanical switch is opening the mechanical switch Since the mechanical switch is shut off at high speed by forcing the flowing current to zero, even with a mechanical switch that does not have a forced commutation circuit, the arc time after opening the switch is made zero. When the input power supply is abnormal, it can be switched to the converter side at high speed and load power feeding can be continued.
[0029]
In the uninterruptible power supply according to the present invention, the first current transformer for detecting the current flowing through the load is provided on the load side of the mechanical switch, and the second current transformer is provided on the output side of the DC / AC converter. The current difference is controlled so that the current of the first current transformer and the current of the second current transformer are the same until the current flowing through the mechanical switch becomes zero after the mechanical switch is opened. Therefore, even when the mechanical switch is connected to the high voltage circuit and it is difficult to insert the current detection means, it can be easily controlled.
[0030]
The uninterruptible power supply according to the present invention is also capable of supplying power to the load from the energy storage source via the DC / AC converter after elapse of time corresponding to the opening time unique to the mechanical switch after detecting an abnormality. Therefore, even when a fault such as an auxiliary contact of a mechanical switch or an abnormality such as disconnection of an answerback occurs , a constant voltage is reliably supplied to the load without losing the timing of switching to inverter voltage control. can do.
[0031]
The uninterruptible power supply according to the present invention, also sets the current value of the reference value regarded as pre Me mechanical switch is opened, detects a current flowing through the mechanical switch, the reference value set between the detected current compares the current value, when the detected current reaches current reference value, since they are supplying power to a load via a DC-AC converter from the energy storage source, the input power supply short-circuit When the voltage becomes abnormal, the power from the converter flows back to the power source, and even when the time for controlling to zero current is prolonged, the operation to switch to voltage control can be performed automatically and safely. In addition, when the input power supply becomes open and the voltage becomes abnormal, the input current becomes zero even if the mechanical switch is not opened, so switching to voltage control is performed instantaneously, and the switching time is shortened. be able to.
[0032]
In the uninterruptible power supply according to the present invention, the current generated by energy is lowered in a ramp until the current flowing through the mechanical switch becomes zero after the mechanical switch is opened. Therefore, soft blocking can be realized.
[0033]
The uninterruptible power supply according to the present invention also detects the current of each phase of the AC three-phase power supply, and when the AC three-phase power supply is abnormal, the minimum current of the AC three-phase power supply among the three phases of the mechanical switch Since energy is applied in order from the phase connected to the phase, it is possible to shut off in order from a phase that can be smoothly cut off without suddenly changing the phase of the output voltage.
[0034]
The uninterruptible power supply according to the present invention also detects the phase of the AC three-phase power supply, and when the AC three-phase power supply is abnormal, applies energy sequentially from the phase close to the zero cross of the mechanical switch. The inverter can be cut off smoothly without passing an excessive current.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a fourth embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a fifth embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a sixth embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a waveform diagram showing current of each phase of the three-phase power source.
FIG. 8 is a block diagram showing a configuration of a seventh embodiment of the present invention.
FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of an eighth embodiment of the present invention.
FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a conventional uninterruptible power supply.
FIG. 11 is a block diagram showing another configuration of the conventional uninterruptible power supply.
[Explanation of symbols]
1 AC input power, 2 loads, 3 mechanical switches, 6 energy storage sources,
7 converter, 10 voltage sensor, 12 comparator, 13 open command circuit,
16 inverter voltage control circuit, 19 zero current command circuit,
22 Inverter current control circuit, 25 Input current zero command circuit,
28 Input current control circuit.

Claims

A mechanical switch connected between the AC power source and the load, supplying AC power from the AC power source to the load, and a DC / AC converter connected to the load side of the mechanical switch via another switch And a chargeable / dischargeable energy storage source connected to the DC / AC converter, the mechanical switch is closed at all times of the AC power supply, and the inverter current of the DC / AC converter is charged. by being current controlled, is said energy storage source GaTakashi conductive, when said AC power failure, when the opening command to the mechanical switch has been given opening, the DC-AC converter, the load current It is controlled in the uninterruptible power supply which is adapted to supply power to the load through the DC-AC converter from the energy storage source in place of the AC power source, the machine Shikisu When the pitch is opening, from the DC-AC converter, the energy which the mechanical switch occurs in the opposite direction of the current and direction of the arc current generated when opening to the mechanical switch An uninterruptible power supply characterized in that the mechanical switch is shut off at high speed by forcing the current flowing through the mechanical switch to zero by applying it.

A first current transformer for detecting a current flowing through the load is provided on the load side of the mechanical switch, a second current transformer is provided on the output side of the DC / AC converter, and the mechanical switch is opened . Thereafter, current difference control is performed so that the current of the first current transformer and the current of the second current transformer are the same until the current flowing through the mechanical switch becomes zero. The uninterruptible power supply according to Item 1.

After the abnormality is detected , power is supplied from the energy storage source to the load via the DC / AC converter after the passage of time corresponding to the opening time unique to the mechanical switch. The uninterruptible power supply according to claim 1.

Sets the current value of the reference value regarded as pre Me said mechanical switch is opened, detects a current flowing through the mechanical switch, compared with the current value of the detected current and the set reference value, the when the detected current becomes current of the reference value, the uninterruptible power supply according to claim 1, wherein the supplying power to a load via the DC-AC converter from the energy storage source apparatus.

The current generated by the energy is lowered in a ramp shape until the current flowing through the mechanical switch becomes zero after the mechanical switch is opened . Uninterruptible power system.

The current of each phase of the AC three-phase power source is detected, and from the phase connected to the minimum current phase of the AC three-phase power source among the three phases of the mechanical switch when the AC three-phase power source is abnormal. The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein the energy is applied in order.

2. The uninterruptible power supply according to claim 1, wherein a phase of the AC three-phase power supply is detected, and the energy is applied in order from a phase close to a zero cross of the mechanical switch when the AC three-phase power supply is abnormal. apparatus.