JP3776275B2 - 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】
本発明は、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、商用電力を出力する商用電源とを備え、常時は商用電源からの出力電力を負荷に供給し、商用電源の停電時にはインバータからの出力電力を負荷に供給するように給電切り換えを行なう無停電電源装置に係り、特に負荷への給電信頼性を向上できるようにした無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電源装置の一つとして、常時は商用電源からの電力を負荷に直接供給し、商用電源の停電時にはインバータからの電力を負荷に供給する無停電電源装置が用いられてきている。
【０００３】
図７は、この種の従来の無停電電源装置の構成例を示すブロック図である。
【０００４】
図７において、電力貯蔵手段である直流電源９からの直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ１の出力は、インバータトランス２を介して負荷６に供給される。
【０００５】
また、商用電源７からの商用電力は、切換回路３を介して負荷６に供給される。
【０００６】
切換回路３は、接触器４と半導体スイッチ５とから構成されており、負荷６への電力供給を、インバータ１または商用電源７のいずれかへ切り換えるために用いられる。
【０００７】
なお、切換回路３は、接触器４と半導体スイッチ５とから構成されているが、いずれか一方だけで構成しても構わない。
【０００８】
切換回路３内の接触器４の接点は、常時は商用電源７から負荷６へ給電が行なわれる状態になっている。
【０００９】
一方、商用電源７停電時等の交流入力異常時には、商用電源７からの出力電圧を検出する電圧検出器８ａからの出力が停電検出回路２０に入力されて停電検出がなされ、基準発生回路２１が動作して、インバータ１が所望の電圧出力を出力することによって、インバータ１から負荷６へ給電が行なわれる。
【００１０】
なお、直流電源９は、直流電圧源を構成できるものであれば、コンバータおよび蓄電池等でも構わない。
【００１１】
インバータトランス２を介したインバータ出力電圧３６は、電圧検出器８ｂにより検出される。
【００１２】
電圧検出器８ｂからの出力は、インバータ制御回路１１内の出力電圧制御回路２２に出力電圧フィードバック３１として入力される。
【００１３】
インバータ制御回路１１内の基準発生回路２１からの出力は、出力電圧基準３２として出力電圧制御回路２２に入力される。
【００１４】
また、インバータ制御回路１１の位相同期回路（以下、ＰＬＬ回路と称する）２３からの出力は、出力電圧位相基準３３として出力電圧制御回路２２に入力される。
【００１５】
出力電圧制御回路２２からの出力は、出力電圧指令３４としてゲート制御回路２４に入力される。
【００１６】
ゲート制御回路２４からの出力は、ゲート信号３５としてインバータ２に接続入力される。
【００１７】
すなわち、図7 において、基準発生回路２１は、本無停電電源装置が本来出力すべき電圧相当の出力竃圧基準３２を出力する。
【００１８】
出力電圧制御回路２２は、電圧検出器８ｂによって検出された出力電圧のフィードバック３１が、出力電圧基準３２と等しくなるように制御を行ない、出力電圧指令３４を出力する。
【００１９】
ゲート制御回路２４は、インバータ１からの出力が出力電圧指令３４に一致するようにゲート信号３５を出力する。
【００２０】
インバータ１は、ゲート信号３５に応じた電圧３６を出力し、インバータトランス２の巻線構成、巻線比等で変換された出力が、本無停電電源装置の出力となる。
【００２１】
図８は、インバータ１の構成例を示す回路図である。
【００２２】
図８において、直流電源９の正極Ｐは、直流コンデンサ４１の一端子に接続されている。
【００２３】
また、直流電源９の正極Ｐは、スイッチング素子４２ａ，４２ｃ，４２ｅのコレクタに各々接続されている。
【００２４】
さらに、これらは各々U相,V相，W相として、インバータ出力３６となっている。
【００２５】
スイッチング素子４２ｂ，４２ｄ，４２ｆのエミッタは、直流コンデンサ４１のもう一つの端子に接続され、さらに直流電源９の負極Ｎに接続されている。
【００２６】
ゲート駆動回路４３には、ゲート信号３５が入力されている。
【００２７】
なお、実際には、各スイッチング素子４２には、個別または一括にスイッチング時のサージ電圧抑制用のスナバ回路が設けられているが、ここでは説明を簡単にするため、その図示を省略している。
【００２８】
ゲート信号３５に対し、ゲート駆動回路４３は、上下直列に接続されたスイッチング素子、例えば４２ａ，４２ｂ等が同時にオンすることを防止するデッドタイムを生成したり、各スナバ回路の充放電の期間を確保したりする。
【００２９】
インバータ１は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御により出力電圧を制御する。
【００３０】
図９は、インバータ制御回路１１内の基準発生回路２１の構成例を示すブロック図である。
【００３１】
図９において、電圧基準信号５１ａ〜５１ｃの出力は、各々乗算器５３ａ〜５３ｃに入力される。
【００３２】
乗算器５３ａ〜５３ｃからの出力は、基準発生回路２１の出力である出力電圧基準３２となる。
【００３３】
図９は、U相，Ｖ相，W相の３相で構成した場合の一例であり、一定の正弦波電圧を出力する例を示す。
【００３４】
なお、出力電圧基準が時間と共に変化する(例えばＶＶＶＦ…可変電圧可変周波数電源)場合でも構わない。
【００３５】
ソフトスタート信号５２は、インバータ１の起動時に出力電圧を零から徐々に立ち上げる信号で、起動期間中、ランプ関数等の暫時増加関数であり、起動完了後は１等の一定値となる。
【００３６】
本回路により、無停電電源装置は、起動時出力電圧を徐々に増加させることができる。これは、一般的にソフトスタートといわれる手法である
図１０は、インバータ制御回路１１内の出力電圧制御回路２２の構成例を示すブロック図である。
【００３７】
図１０において、出力電圧基準３２は、出力電圧フィードバック３１との差分が各々とられ、ＰＩ制御回路５４ａ〜５４ｃに各々入力される。
【００３８】
なお、本例では、電圧制御としてＰＩ制御を用いた例を示しているが、ＰＩＤ 制御やＩ−Ｐ制御、その他の一般的な制御手法や現代制御理論等を用いた制御回路でも構わない。
【００３９】
図１０において、ＰＩ制御回路５４ａ〜５４ｃは、出力電圧フィードバック３１が出力電圧基準３２に追従するように制御を行なう。
【００４０】
特に、高速化や安定化を図る意味で、出力電圧の後段または前段あるいは並列に、出力電流等の電流制御を付加することがあっても構わない。
【００４１】
ここでは、説明を簡単にするために、その図示を省略している。
【００４２】
図１１はインバータ制御回路１１内のゲート制御回路２４の構成例を示すブロック図である。
【００４３】
図１１において、出力電圧指令３４は、キャリア発生回路５５からの出力との差分が各々とられて、コンパレータ５６ａ〜５６ｃに入力される。
【００４４】
コンパレータ５６ａ〜５６ｃからの出力は、ゲート信号出力回路５７ａ〜５７ｃに入力される。
【００４５】
ゲート信号出力回路５７ａ〜５７ｃからの出力は、ゲート信号３５となる。
【００４６】
本構成例は、一般的に言われる三角波比較方式を示した一例である。なお、ゲートパルスの発生手法については特に限定されない。
【００４７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の無停電電源装置においては、次のような問題点がある。
【００４８】
すなわち、商用電源７の復電時に、インバータ１から商用電源７へ負荷６への給電を切り換える場合、ＰＬＬ回路２３の過渡応答特性が良くない。
【００４９】
このため、商用電源７電圧が定格に回復したにも関わらず、インバータ１と商用電源７との間の同期がとれず、ＰＬＬ回路２３が十分応答するまでの間、数秒程度余計に、電力貯蔵手段である直流電源９から電力を供給しなければならない。
【００５０】
この結果、電力貯蔵手段である直流電源９およびインバータ１を構成する主回路が、温度上昇等によって劣化が進むことが考えられる。
【００５１】
また、インバータ１と商用電源７との間に電圧差や位相差があると、インバータ１と商用電源７との間に流れる横流によって、インバータ１が保護停止することがある。
【００５２】
インバータ１は、保護停止後、一定期間は待機状態となるため、負荷６への給電手段は商用電源７のみとなる。
【００５３】
このため、インバータ１が保護停止後の待機状態にて再度停電が発生すると、インバータ１が動作不能なため、負荷６への給電が不可能となり、給電停止に至ることがある。
【００５４】
本発明の目的は、商用電源復電後に直ちに商用電源からの負荷給電に切り換えてインバータの動作時間を低減することができ、さらにインバータと商用電源とを給電切り換えした場合に、インバータと商用電源との間に流れる横流によってインバータが保護停止することなく負荷への給電を継続して行なうことが可能な信頼性の高い無停電電源装置を提供することにある。
【００５５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に対応する発明では、複数のスイッチング素子からなり、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、商用電力を出力する商用電源とを備え、常時は商用電源からの出力電力を負荷に供給し、商用電源の停電時にはインバータからの出力電力を負荷に供給するように給電切り換えを行なう無停電電源装置において、商用電源からの出力電力を入力とし、当該商用電源の停電を検出する停電検出手段と、停電検出手段により商用電源の停電が検出されると動作して、出力電圧基準を出力する基準発生手段と、商用電源からの出力電力を入力とし、当該入力電力に対し所定の速度で追従させて位相を調整する低速位相同期手段と、商用電源からの出力電力を入力とし、当該入力電力に対し所定の速度よりも速い速度で追従させて位相を調整する高速位相同期手段と、常時は低速位相同期手段からの出力を、停電検出手段により商用電源の停電が検出された時には高速位相同期手段からの出力を、出力電圧位相基準として切り換え出力する切換手段と、インバータの出力電圧と、基準発生手段からの出力電圧基準と、切換手段からの出力電圧位相基準とに基づいて、インバータの出力電圧が出力電圧基準に一致するようにインバータの出力電圧指令を生成し出力する出力電圧制御手段と、出力電圧制御手段からの出力電圧指令に基づいてゲート信号を生成し、インバータを構成するスイッチング素子のゲートを制御するゲート制御手段とを備えている。
【００５６】
従って、請求項１に対応する発明の無停電電源装置においては、商用電源からの出力電力を入力とし、当該入力電力に対し所定の速度で追従させて位相を調整する低速位相同期手段と、商用電源からの出力電力を入力とし、当該入力電力に対し所定の速度よりも速い速度で追従させて位相を調整する高速位相同期手段と、常時は低速位相同期手段からの出力を、停電検出手段により商用電源の停電が検出された時には高速ＰＬＬ手段からの出力を、出力電圧位相基準として切り換え出力する切換手段とを備えて、常時は低速位相同期手段からの出力に、商用電源の停電時には高速位相同期からの出力に、出力電圧位相基準を切り換えることにより、商用電源復電後に直ちに商用電源からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータの動作時間を低減することができる。
これにより、電力貯蔵手段である直流電源およびインバータを構成する主回路が、温度上昇等によって劣化が進むことがなくなる。
【００５７】
一方、請求項２の発明では、上記請求項１に対応する発明の無停電電源装置において、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の振幅に対してインバータの出力電圧振幅指令を調整する手段を付加している。
【００５８】
従って、請求項２に対応する発明の無停電電源装置においては、上記請求項１に対応する発明と同様の作用を奏するのに加えて、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の振幅に対してインバータの出力電圧振幅指令を調整する手段を備えて、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の振幅に対してインバータの出力電圧振幅指令を調整することにより、インバータと商用電源とを給電切り換えした場合に、インバータと商用電源との間に流れる横流によって、インバータが保護停止することなく、負荷への給電を継続して行なうことができる。
また、請求項３の発明では、上記請求項１に対応する発明の無停電電源装置において、インバータの出力電圧位相指令を調整商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の位相に対してする手段を付加している。
【００５９】
従って、請求項３に対応する発明の無停電電源装置においては、上記請求項１に対応する発明と同様の作用を奏するのに加えて、インバータの出力電圧位相指令を調整商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の位相に対してする手段を備えて、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の位相に対してインバータの出力電圧位相指令を調整することにより、インバータと商用電源とを給電切り換えした場合に、インバータと商用電源との間に流れる横流によって、インバータが保護停止することなく、負荷への給電を継続して行なうことができる。
さらに、請求項４に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の無停電電源装置において、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、インバータの電流が所定の値を超えて過電流となったことを検出する過電流制御手段と、過電流制御手段により過電流が検出された時に、インバータへのゲート信号の出力をブロックするゲートブロック手段とを付加している。
【００６０】
従って、請求項４に対応する発明の無停電電源装置においては、上記請求項１に対応する発明と同様の作用を奏するのに加えて、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、インバータの電流が所定の値を超えて過電流となったことを検出する過電流制御手段と、過電流制御手段により過電流が検出された時に、インバータへのゲート信号の出力をブロックするゲートブロック手段とを備えて、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、インバータの電流が所定の値を超えて過電流となった時にインバータのゲート出力をブロックすることにより、インバータを商用電源に給電切り換えする際、インバータのスイッチング素子を点弧してインバータと商用電源をラップ運転する期間に、突然位相差や電圧差が発生しても、インバータが過電流検出等で保護停止せず、負荷への影響を与えることなく給電切り換えを行ない、負荷への給電を継続して行なうことができる。
【００６１】
また、請求項５に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の無停電電源装置において、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の振幅に対してインバータの出力電圧振幅指令を調整する手段と、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、インバータの電流が所定の値を超えて過電流となったことを検出する過電流制御手段と、過電流制御手段により過電流が検出された時に、インバータへのゲート信号の出力をブロックするゲートブロック手段とを付加している。
【００６２】
従って、請求項５に対応する発明の無停電電源装置においては、上記請求項２に対応する発明の作用と上記請求項４に対応する発明の作用とを同時に奏することができる。
これにより、インバータと商用電源の給電切り換え時の負荷給電信頼性をより一層向上させることができる。
【００６３】
さらに、請求項６に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の無停電電源装置において、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の位相に対してインバータの出力電圧位相指令を調整する手段と、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、インバータの電流が所定の値を超えて過電流となったことを検出する過電流制御手段と、過電流制御手段により過電流が検出された時に、インバータへのゲート信号の出力をブロックするゲートブロック手段とを付加している。
【００６４】
従って、請求項６に対応する発明の無停電電源装置においては、上記請求項３に対応する発明の作用と上記請求項４に対応する発明の作用とを同時に奏することができる。
これにより、インバータと商用電源の給電切り換え時の負荷給電信頼性をより一層向上させることができる。
【００６５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００６６】
（第１の実施の形態）
図1は、本実施の形態による無停電電源装置の構成例を示すブロック図であり、図７と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００６７】
すなわち、本実施の形態の無停電電源装置は、図１に示すように、図７におけるインバータ制御回路１１内のＰＬＬ回路２３を省略し、これに代えて、低速ＰＬＬ 回路５８と、高速ＰＬＬ回路５９と、切換回路６０とを付加して、新たなインバータ制御回路８０を構成している。
【００６８】
低速ＰＬＬ回路５８は、前記商用電源７からの出力電力を入力とし、この入力電力に対し所定の速度で追従させて位相を調整する。
【００６９】
この低速ＰＬＬ回路５８は、前記ＰＬＬ回路２３と同様の構成を有している。
【００７０】
高速ＰＬＬ回路５９は、商用電源７からの出力電力を入力とし、この入力電力に対し低速ＰＬＬ回路５８の所定の速度よりも速い速度で追従させて位相を調整する。
【００７１】
この高速ＰＬＬ回路５９は、低速ＰＬＬ回路５８とは異なり、過渡特性、すなわち高速応答性を重視した設計を行なっている。
【００７２】
これにより、商用電源７が復電後に、直ちにインバータ１の出力位相を商用電源７の位相に同期させることができる。
【００７３】
切換回路６０は、常時は低速ＰＬＬ回路５８からの出力を、前記停電検出回路２０により商用電源７の停電が検出された時には高速ＰＬＬ回路５９からの出力を、前記出力電圧位相基準３３として切り換え出力する。
【００７４】
図２は、本実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路８０内の高速ＰＬＬ回路５９の構成例を示すブロック図である。
【００７５】
図２において、商用電源７からの三相交流入力電圧を入力とした三相→二相変換回路６２からの出力と後述する正弦波発生回路6からの二相正弦波とに基づいて演算回路63で演算された位相差△θは、ＰＩ制御回路（誤差増幅器）６４により高い周波数成分のノイズ、歪み分が除去され、誤差増幅される。
【００７６】
このＰＩ制御回路６４からの出力は、電圧制御発振器（VCO）６５に入力されて、その出力パルス周波数が制御される。
【００７７】
この出力パルス周波数はカウンタ６６で計数されて、ディジタル位相検出値θとして出力される共に、正弦波発生回路６７に入力されて、二相正弦波に変換される。
【００７８】
そして、この二相正弦波は、上記演算回路６３にフィードバックされる構成となっている。
【００７９】
本構成により、商用電源７からの三相交流入力電圧は、その各相の瞬時値からその時々の位相を計算することが可能となる。
【００８０】
すなわち、図2の回路は、商用電源７の復電時に、インバータ１の出力電圧の位相を直ちに商用電源７の位相に同期させるため、位相連続比較方式を用いたＰＬＬ回路であり、本方式により、高速応答を実現させることができる。
【００８１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の無停電電源装置の作用について説明する。
【００８２】
なお、図７と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００８３】
常時は、低速ＰＬＬ回路５８からの出力が、出力電圧位相基準３３として出力電圧制御回路３４へ与えられて、インバータ１の出力電圧が制御される。
【００８４】
一方、商用電源７が停電した時には、切換回路６０により、高速ＰＬＬ回路５９からの出力が、出力電圧位相基準３３として出力電圧制御回路３４へ与えられて、インバータ１の出力電圧の位相を、低速ＰＬＬ回路５８から高速ＰＬＬ回路５９に切り換えることができる。
【００８５】
この高速ＰＬＬ回路５９に切り換えることにより、商用電源７の復電後に、インバータ１の出力電圧の位相を、直ちに商用電源７の位相に同期させることができる。
【００８６】
上述したように、本実施の形態の無停電電源装置では、常時は低速ＰＬＬ回路５８からの出力に、商用電源７の停電時には高速ＰＬＬ回路５９からの出力に、出力電圧位相基準３３を切り換えるようにしているので、商用電源７の復電後に直ちに商用電源７からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータ１の動作時間を低減することが可能となる。
これにより、電力貯蔵手段である直流電源およびインバータを構成する主回路が、温度上昇等によって劣化が進むことがなくなる。
【００８７】
（第２の実施の形態）
図3は、本実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路８０内の基準発生回路の構成例を示すブロック図であり、図９と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００８８】
すなわち、本実施の形態の基準発生回路は、図３に示すように、ワンショット回路６１と、減算器81とを、図９に付加した構成としている。
【００８９】
ワンショット回路６１は、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、ワンショット信号を出力する。
【００９０】
減算器81は、前記ソフトスタート信号５２から、ワンショット回路６１からのワンショット信号を減じる。
【００９１】
そして、このワンショット信号が減じられたソフトスタート信号５２と前記電圧基準信号５１ａ〜５１ｃとを乗算器５３ａ〜５３ｃで乗算したものを、前記出力電圧基準３２として出力する。
【００９２】
本構成により、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、商用電源７からの出力電力の振幅に対して、インバータ１の出力電圧振幅指令を調整することが可能となる。
【００９３】
次に、以上のように構成した本実施の形態の無停電電源装置の作用について説明する。
【００９４】
なお、図９と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００９５】
商用電源７の復電後に、インバータ１の出力を商用電源７に給電切り換えする際、インバータ１のスイッチング素子を点弧して、インバータ１と商用電源７とをラップ運転する期間だけ、ワンショット回路６１により、所定の電圧振幅にインバータ１の出力を変更することができる。
【００９６】
商用電源７に対してインバータ１の出力電圧振幅を下げておけば、給電切り換え時に負荷電流は直ちに商用電源７に移行させることができる。
【００９７】
上述したように、本実施の形態の無停電電源装置では、前述した第１の実施の形態と同様の効果が得られる、すなわち商用電源７の復電後に直ちに商用電源７からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータ１の動作時間を低減することが可能となるのに加えて、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、商用電源７からの出力電力の振幅に対してインバータ１の出力電圧振幅指令を調整するようにしているので、インバータ１と商用電源７とを給電切り換えした場合に、インバータ１と商用電源７との間に流れる横流によって、インバータ１が保護停止することなく、負荷６への給電を継続して行なうことが可能となる。
【００９８】
（第３の実施の形態）
図４は、本実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路８０内の基準発生回路の構成例を示すブロック図であり、図９と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００９９】
すなわち、本実施の形態の基準発生回路は、図４に示すように、ワンショット回路６１と、減算器81ａ，８１ｂ，８１ｃとを、図９に付加した構成としている。
【０１００】
ワンショット回路６１は、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、ワンショット信号を出力する。
【０１０１】
減算器81ａ，８１ｂ，８１ｃは、前記電圧基準信号５１ａ，５１ｂ，５１ｃから、ワンショット回路６１からのワンショット信号を減じる。
【０１０２】
そして、このワンショット信号が減じられた電圧基準信号５１ａ〜５１ｃとソフトスタート信号５２とを乗算器５３ａ〜５３ｃで乗算したものを、前記出力電圧基準３２として出力する。
【０１０３】
本構成により、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、商用電源７からの出力電力の位相に対して、インバータ１の出力電圧位相指令を調整することが可能となる。
【０１０４】
次に、以上のように構成した本実施の形態の無停電電源装置の作用について説明する。
【０１０５】
なお、図９と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１０６】
商用電源７の復電後に、インバータ１の出力を商用電源７に給電切り換えする際、インバータ１のスイッチング素子を点弧して、インバータ１と商用電源７とをラップ運転する期間だけ、ワンショット回路６１により所定の電圧位相差をインバータ１の出力に与えることができる。
【０１０７】
商用電源７に対してインバータ１の出力電圧位相を遅らせておけば、給電切り換え時に負荷電流は直ちに商用電源７に移行させることができる。
【０１０８】
上述したように、本実施の形態の無停電電源装置では、前述した第１の実施の形態と同様の効果が得られる、すなわち商用電源７の復電後に直ちに商用電源７からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータ１の動作時間を低減することが可能となるのに加えて、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、商用電源７からの出力電力の振幅に対してインバータ１の出力電圧位相指令を調整するようにしているので、インバータ１と商用電源７とを給電切り換えした場合に、インバータ１と商用電源７との間に流れる横流によって、インバータ１が保護停止することなく、負荷６への給電を継続して行なうことが可能となる。
【０１０９】
（第４の実施の形態）
図５は、本実施の形態による無停電電源装置の構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１０】
すなわち、本実施の形態の無停電電源装置は、図５に示すように、図１におけるインバータ制御回路８０内に、電流検出器６９と、過電流検出回路７０とを付加して、新たなインバータ制御回路９０を構成している。
【０１１１】
電流検出器６９は、インバータ１の出力電流を検出する。
【０１１２】
過電流検出回路７０は、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、電流検出器６９により検出されたインバータ１の電流があらかじめ設定された所定の値を超えて過電流となったことを検出すると出力を生ずる。
【０１１３】
図６は、本実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路９０内のゲート制御回路２４'の構成例を示すブロック図であり、図１１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１４】
すなわち、本実施の形態のゲート制御回路２４'は、図６に示すように、図１１におけるゲート信号出力回路５７ａ，５７ｂ，５７ｃの出力側に、ゲートブロック手段としての切換スイッチ６８ａ〜６８ｃを付加した構成としている。
【０１１５】
切換スイッチ６８ａ〜６８ｃは、常時はゲート信号出力回路５７ａ，５７ｂ，５７ｃからの出力信号をそのままゲート信号３５としてインバータ１へ出力し、切換信号として入力される前記過電流検出回路７０からの出力によりインバータ１へのゲート信号３５の出力をブロックするように切り換える。
【０１１６】
次に、以上のように構成した本実施の形態の無停電電源装置の作用について説明する。
【０１１７】
なお、図１および図１１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１１８】
電流検出器６９により、インバータ１の出力電流が検出されて、過電流検出回路７０に入力される。
【０１１９】
過電流検出回路７０では、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、電流検出器６９で検出されたインバータ１の電流が所定 の値を超えて過電流となったことを検出すると、その出力がゲート制御回路２４'に切換信号として入力される。
【０１２０】
一方、ゲート制御回路２４'では、過電流検出回路７０から切換信号が入力されると、この切換信号により切換スイッチ６８ａ〜６８ｃが切換動作して、ゲート信号出力回路５７ａ，５７ｂ，５７ｃからインバータ１に対するゲート信号３５の出力がブロックされる。
【０１２１】
このようにして、過電流検出回路７０での過電流判定結果に応じて、インバータ１のゲートを制御することができる。
【０１２２】
上述したように、本実施の形態の無停電電源装置では、前述した第１の実施の形態と同様の効果が得られる、すなわち商用電源７の復電後に直ちに商用電源７からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータ１の動作時間を低減することが可能となるのに加えて、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、インバータ１の電流が所定の値を超えて過電流となった時にインバータ１のゲート出力をブロックするようにしているので、インバータ１を商用電源７に給電切り換えする際、インバータ１のスイッチング素子を点弧してインバータ１と商用電源７をラップ運転する期間に、突然位相差や電圧差が発生しても、インバータ１が過電流検出等で保護停止せず、負荷６への影響を与えることなく給電切り換えを行ない、負荷６への給電を継続することが可能となる。
【０１２３】
（他の実施の形態）
（ａ）前述した第１および第２の実施の形態と前述した第４の実施の形態とを組合わせた構成とすることにより、商用電源７の復電後に直ちに商用電源７からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータ１の動作時間を低減することが可能となり、またインバータ１と商用電源７とを給電切り換えした場合に、インバータ１と商用電源７との間に流れる横流によって、インバータ１が保護停止することなく、負荷６への給電を継続して行なうことが可能となり、さらにインバータ１を商用電源７に給電切り換えする際、インバータ１のスイッチング素子を点弧してインバータ１と商用電源７をラップ運転する期間に、突然位相差や電圧差が発生しても、インバータ１が過電流検出等で保護停止せず、負荷６への影響を与えることなく給電切り換えを行ない、負荷６への給電を継続することが可能となる。
【０１２４】
これにより、インバータ１と商用電源７の給電切り換え時の負荷給電信頼性をより一層向上させることが可能となる。
【０１２５】
（ｂ）前述した第１および第３の実施の形態と前述した第４の実施の形態とを組合わせた構成とすることにより、商用電源７の復電後に直ちに商用電源７からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータ１の動作時間を低減することが可能となり、またインバータ１と商用電源７とを給電切り換えした場合に、インバータ１と商用電源７との間に流れる横流によって、インバータ１が保護停止することなく、負荷６への給電を継続して行なうことが可能となり、さらにインバータ１を商用電源７に給電切り換えする際、インバータ１のスイッチング素子を点弧してインバータ１と商用電源７をラップ運転する期間に、突然位相差や電圧差が発生しても、インバータ１が過電流検出等で保護停止せず、負荷６への影響を与えることなく給電切り換えを行ない、負荷６への給電を継続することが可能となる。
【０１２６】
これにより、インバータ１と商用電源７の給電切り換え時の負荷給電信頼性をより一層向上させることが可能となる。
【０１２７】
（ｃ）前述した第１乃至第４の実施の形態では、低速ＰＬＬ 回路５８、および高速ＰＬＬ回路５９としては、商用電源７からの出力電力に対し所定の速度で追従させて位相を調整する場合について説明したが、速度に限らず、単に時間で取り扱うようにしても構わない。
【０１２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の無停電電源装置によれば、商用電源復電後に直ちに商用電源からの負荷給電に切り換えて、インバータの動作時間を低減することが可能となる。これにより、電力貯蔵手段である直流電源およびインバータを構成する主回路が、温度上昇等によって劣化が進むことがなくなる。
【０１２９】
また、インバータを商用電源に給電切り換えする際、インバータのスイッチング素子を点弧してインバータと商用電源をラップ運転する期間に、突然位相差や電圧差が発生しても、インバータが過電流検出等で保護停止せず、負荷への影響を与えることなく給電切り換えを行ない、負荷への給電を継続して行なうことが可能となる。
【０１３０】
さらに、インバータと商用電源とを給電切り換えした場合に、インバータと商用電源との間に流れる横流によってインバータが保護停止することなく、負荷への給電を継続することができ、無停電電源装置の負荷給電信頼性を向上することが可能となる。
【０１３１】
以上により、インバータと商用電源の給電切り換え時の負荷給電信頼性をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による無停電電源装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】同第１の実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路内の高速ＰＬＬ回路の構成例を示すブロック図。
【図３】本発明の第２の実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路内の基準発生回路の構成例を示すブロック図。
【図４】本発明の第３の実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路内の基準発生回路の構成例を示すブロック図。
【図５】本発明による無停電電源装置の第４の実施の形態を示すブロック図。
【図６】同第４の実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路内のゲート制御回路の構成例を示すブロック図。
【図７】従来の無停電電源装置の構成例を示すブロック図。
【図８】従来の無停電電源装置におけるインバータの構成例を示す回路図。
【図９】従来の無停電電源装置におけるインバータ制御回路内の基準発生回路の構成例を示すブロック図。
【図１０】従来の無停電電源装置におけるインバータ制御回路内の出力電圧制御回路の構成例を示すブロック図。
【図１１】従来の無停電電源装置におけるインバータ制御回路内のゲート制御回路の構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１…インバータ
２…インバータトランス
３…切換回路
４…接触器
５…半導体スイッチ
６…負荷
７…商用電源
８…電圧検出器
９…直流電源
１１…インバータ制御回路
２０…停電検出回路
２１…基準発生回路
２２…出力電圧制御回路
２４…ゲート制御回路
２４'…ゲート制御回路
３１…出力電圧フィードバック
３２…出力電圧基準
３３…出力電圧位相基準
３４…出力電圧指令
３５…ゲート信号
３６…インバータ出力電圧
４１…直流コンデンサ
４２…スイッチング素子
４３…ゲート駆動回路
５１…電圧基準信号
５２…ソフトスタート信号
５３ａ…乗算器
５３ｂ…乗算器
５３ｃ…乗算器
５４ａ…ＰＩ制御回路
５４ｂ…ＰＩ制御回路
５４ｃ…ＰＩ制御回路
５５…キャリア発生回路
５６ａ…コンパレータ
５６ｂ…コンパレータ
５６ｃ…コンパレータ
５７ａ…ゲート信号出力回路
５７ｂ…ゲート信号出力回路
５７ｃ…ゲート信号出力回路
５８…低速ＰＬＬ回路
５９…高速ＰＬＬ回路
６０…切換回路
６１…ワンショット回路
６２…三相→二相変換回路
６３…演算回路
６４…ＰＩ制御回路
６５…電圧制御発信器（ＶＣＯ）
６６…カウンタ
６７…正弦波発生回路
６８ａ…切換スイッチ
６８ｂ…切換スイッチ
６８ｃ…切換スイッチ
６９…電流検出器
７０…過電流制限回路
８０…インバータ制御回路
８１…減算器
８１ａ…減算器。
８１ｂ…減算器
８１ｃ…減算器
９０…インバータ制御回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、商用電力を出力する商用電源とを備え、常時は商用電源からの出力電力を負荷に供給し、商用電源の停電時にはインバータからの出力電力を負荷に供給するように給電切り換えを行なう無停電電源装置に係り、特に負荷への給電信頼性を向上できるようにした無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電源装置の一つとして、常時は商用電源からの電力を負荷に直接供給し、商用電源の停電時にはインバータからの電力を負荷に供給する無停電電源装置が用いられてきている。
【０００３】
図７は、この種の従来の無停電電源装置の構成例を示すブロック図である。
【０００４】
図７において、電力貯蔵手段である直流電源９からの直流電力を交流電力に変換して出力するインバータ１の出力は、インバータトランス２を介して負荷６に供給される。
【０００５】
また、商用電源７からの商用電力は、切換回路３を介して負荷６に供給される。
【０００６】
切換回路３は、接触器４と半導体スイッチ５とから構成されており、負荷６への電力供給を、インバータ１または商用電源７のいずれかへ切り換えるために用いられる。
【０００７】
なお、切換回路３は、接触器４と半導体スイッチ５とから構成されているが、いずれか一方だけで構成しても構わない。
【０００８】
切換回路３内の接触器４の接点は、常時は商用電源７から負荷６へ給電が行なわれる状態になっている。
【０００９】
一方、商用電源７停電時等の交流入力異常時には、商用電源７からの出力電圧を検出する電圧検出器８ａからの出力が停電検出回路２０に入力されて停電検出がなされ、基準発生回路２１が動作して、インバータ１が所望の電圧出力を出力することによって、インバータ１から負荷６へ給電が行なわれる。
【００１０】
なお、直流電源９は、直流電圧源を構成できるものであれば、コンバータおよび蓄電池等でも構わない。
【００１１】
インバータトランス２を介したインバータ出力電圧３６は、電圧検出器８ｂにより検出される。
【００１２】
電圧検出器８ｂからの出力は、インバータ制御回路１１内の出力電圧制御回路２２に出力電圧フィードバック３１として入力される。
【００１３】
インバータ制御回路１１内の基準発生回路２１からの出力は、出力電圧基準３２として出力電圧制御回路２２に入力される。
【００１４】
また、インバータ制御回路１１の位相同期回路（以下、ＰＬＬ回路と称する）２３からの出力は、出力電圧位相基準３３として出力電圧制御回路２２に入力される。
【００１５】
出力電圧制御回路２２からの出力は、出力電圧指令３４としてゲート制御回路２４に入力される。
【００１６】
ゲート制御回路２４からの出力は、ゲート信号３５としてインバータ２に接続入力される。
【００１７】
すなわち、図7 において、基準発生回路２１は、本無停電電源装置が本来出力すべき電圧相当の出力竃圧基準３２を出力する。
【００１８】
出力電圧制御回路２２は、電圧検出器８ｂによって検出された出力電圧のフィードバック３１が、出力電圧基準３２と等しくなるように制御を行ない、出力電圧指令３４を出力する。
【００１９】
ゲート制御回路２４は、インバータ１からの出力が出力電圧指令３４に一致するようにゲート信号３５を出力する。
【００２０】
インバータ１は、ゲート信号３５に応じた電圧３６を出力し、インバータトランス２の巻線構成、巻線比等で変換された出力が、本無停電電源装置の出力となる。
【００２１】
図８は、インバータ１の構成例を示す回路図である。
【００２２】
図８において、直流電源９の正極Ｐは、直流コンデンサ４１の一端子に接続されている。
【００２３】
また、直流電源９の正極Ｐは、スイッチング素子４２ａ，４２ｃ，４２ｅのコレクタに各々接続されている。
【００２４】
さらに、これらは各々U相,V相，W相として、インバータ出力３６となっている。
【００２５】
スイッチング素子４２ｂ，４２ｄ，４２ｆのエミッタは、直流コンデンサ４１のもう一つの端子に接続され、さらに直流電源９の負極Ｎに接続されている。
【００２６】
ゲート駆動回路４３には、ゲート信号３５が入力されている。
【００２７】
なお、実際には、各スイッチング素子４２には、個別または一括にスイッチング時のサージ電圧抑制用のスナバ回路が設けられているが、ここでは説明を簡単にするため、その図示を省略している。
【００２８】
ゲート信号３５に対し、ゲート駆動回路４３は、上下直列に接続されたスイッチング素子、例えば４２ａ，４２ｂ等が同時にオンすることを防止するデッドタイムを生成したり、各スナバ回路の充放電の期間を確保したりする。
【００２９】
インバータ１は、パルス幅変調（ＰＷＭ）制御により出力電圧を制御する。
【００３０】
図９は、インバータ制御回路１１内の基準発生回路２１の構成例を示すブロック図である。
【００３１】
図９において、電圧基準信号５１ａ〜５１ｃの出力は、各々乗算器５３ａ〜５３ｃに入力される。
【００３２】
乗算器５３ａ〜５３ｃからの出力は、基準発生回路２１の出力である出力電圧基準３２となる。
【００３３】
図９は、U相，Ｖ相，W相の３相で構成した場合の一例であり、一定の正弦波電圧を出力する例を示す。
【００３４】
なお、出力電圧基準が時間と共に変化する(例えばＶＶＶＦ…可変電圧可変周波数電源)場合でも構わない。
【００３５】
ソフトスタート信号５２は、インバータ１の起動時に出力電圧を零から徐々に立ち上げる信号で、起動期間中、ランプ関数等の暫時増加関数であり、起動完了後は１等の一定値となる。
【００３６】
本回路により、無停電電源装置は、起動時出力電圧を徐々に増加させることができる。これは、一般的にソフトスタートといわれる手法である
図１０は、インバータ制御回路１１内の出力電圧制御回路２２の構成例を示すブロック図である。
【００３７】
図１０において、出力電圧基準３２は、出力電圧フィードバック３１との差分が各々とられ、ＰＩ制御回路５４ａ〜５４ｃに各々入力される。
【００３８】
なお、本例では、電圧制御としてＰＩ制御を用いた例を示しているが、ＰＩＤ 制御やＩ−Ｐ制御、その他の一般的な制御手法や現代制御理論等を用いた制御回路でも構わない。
【００３９】
図１０において、ＰＩ制御回路５４ａ〜５４ｃは、出力電圧フィードバック３１が出力電圧基準３２に追従するように制御を行なう。
【００４０】
特に、高速化や安定化を図る意味で、出力電圧の後段または前段あるいは並列に、出力電流等の電流制御を付加することがあっても構わない。
【００４１】
ここでは、説明を簡単にするために、その図示を省略している。
【００４２】
図１１はインバータ制御回路１１内のゲート制御回路２４の構成例を示すブロック図である。
【００４３】
図１１において、出力電圧指令３４は、キャリア発生回路５５からの出力との差分が各々とられて、コンパレータ５６ａ〜５６ｃに入力される。
【００４４】
コンパレータ５６ａ〜５６ｃからの出力は、ゲート信号出力回路５７ａ〜５７ｃに入力される。
【００４５】
ゲート信号出力回路５７ａ〜５７ｃからの出力は、ゲート信号３５となる。
【００４６】
本構成例は、一般的に言われる三角波比較方式を示した一例である。なお、ゲートパルスの発生手法については特に限定されない。
【００４７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の無停電電源装置においては、次のような問題点がある。
【００４８】
すなわち、商用電源７の復電時に、インバータ１から商用電源７へ負荷６への給電を切り換える場合、ＰＬＬ回路２３の過渡応答特性が良くない。
【００４９】
このため、商用電源７電圧が定格に回復したにも関わらず、インバータ１と商用電源７との間の同期がとれず、ＰＬＬ回路２３が十分応答するまでの間、数秒程度余計に、電力貯蔵手段である直流電源９から電力を供給しなければならない。
【００５０】
この結果、電力貯蔵手段である直流電源９およびインバータ１を構成する主回路が、温度上昇等によって劣化が進むことが考えられる。
【００５１】
また、インバータ１と商用電源７との間に電圧差や位相差があると、インバータ１と商用電源７との間に流れる横流によって、インバータ１が保護停止することがある。
【００５２】
インバータ１は、保護停止後、一定期間は待機状態となるため、負荷６への給電手段は商用電源７のみとなる。
【００５３】
このため、インバータ１が保護停止後の待機状態にて再度停電が発生すると、インバータ１が動作不能なため、負荷６への給電が不可能となり、給電停止に至ることがある。
【００５４】
本発明の目的は、商用電源復電後に直ちに商用電源からの負荷給電に切り換えてインバータの動作時間を低減することができ、さらにインバータと商用電源とを給電切り換えした場合に、インバータと商用電源との間に流れる横流によってインバータが保護停止することなく負荷への給電を継続して行なうことが可能な信頼性の高い無停電電源装置を提供することにある。
【００５５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１に対応する発明では、複数のスイッチング素子からなり、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、商用電力を出力する商用電源とを備え、常時は商用電源からの出力電力を負荷に供給し、商用電源の停電時にはインバータからの出力電力を負荷に供給するように給電切り換えを行なう無停電電源装置において、商用電源からの出力電力を入力とし、当該商用電源の停電を検出する停電検出手段と、停電検出手段により商用電源の停電が検出されると動作して、出力電圧基準を出力する基準発生手段と、商用電源からの出力電力を入力とし、当該入力電力に対し所定の速度で追従させて位相を調整する低速位相同期手段と、商用電源からの出力電力を入力とし、当該入力電力に対し所定の速度よりも速い速度で追従させて位相を調整する高速位相同期手段と、常時は低速位相同期手段からの出力を、停電検出手段により商用電源の停電が検出された時には高速位相同期手段からの出力を、出力電圧位相基準として切り換え出力する切換手段と、インバータの出力電圧と、基準発生手段からの出力電圧基準と、切換手段からの出力電圧位相基準とに基づいて、インバータの出力電圧が出力電圧基準に一致するようにインバータの出力電圧指令を生成し出力する出力電圧制御手段と、出力電圧制御手段からの出力電圧指令に基づいてゲート信号を生成し、インバータを構成するスイッチング素子のゲートを制御するゲート制御手段とを備えている。
【００５６】
従って、請求項１に対応する発明の無停電電源装置においては、商用電源からの出力電力を入力とし、当該入力電力に対し所定の速度で追従させて位相を調整する低速位相同期手段と、商用電源からの出力電力を入力とし、当該入力電力に対し所定の速度よりも速い速度で追従させて位相を調整する高速位相同期手段と、常時は低速位相同期手段からの出力を、停電検出手段により商用電源の停電が検出された時には高速ＰＬＬ手段からの出力を、出力電圧位相基準として切り換え出力する切換手段とを備えて、常時は低速位相同期手段からの出力に、商用電源の停電時には高速位相同期からの出力に、出力電圧位相基準を切り換えることにより、商用電源復電後に直ちに商用電源からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータの動作時間を低減することができる。
これにより、電力貯蔵手段である直流電源およびインバータを構成する主回路が、温度上昇等によって劣化が進むことがなくなる。
【００５７】
一方、請求項２の発明では、上記請求項１に対応する発明の無停電電源装置において、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の振幅に対してインバータの出力電圧振幅指令を調整する手段を付加している。
【００５８】
従って、請求項２に対応する発明の無停電電源装置においては、上記請求項１に対応する発明と同様の作用を奏するのに加えて、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の振幅に対してインバータの出力電圧振幅指令を調整する手段を備えて、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の振幅に対してインバータの出力電圧振幅指令を調整することにより、インバータと商用電源とを給電切り換えした場合に、インバータと商用電源との間に流れる横流によって、インバータが保護停止することなく、負荷への給電を継続して行なうことができる。
また、請求項３の発明では、上記請求項１に対応する発明の無停電電源装置において、インバータの出力電圧位相指令を調整商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の位相に対してする手段を付加している。
【００５９】
従って、請求項３に対応する発明の無停電電源装置においては、上記請求項１に対応する発明と同様の作用を奏するのに加えて、インバータの出力電圧位相指令を調整商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の位相に対してする手段を備えて、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の位相に対してインバータの出力電圧位相指令を調整することにより、インバータと商用電源とを給電切り換えした場合に、インバータと商用電源との間に流れる横流によって、インバータが保護停止することなく、負荷への給電を継続して行なうことができる。
さらに、請求項４に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の無停電電源装置において、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、インバータの電流が所定の値を超えて過電流となったことを検出する過電流制御手段と、過電流制御手段により過電流が検出された時に、インバータへのゲート信号の出力をブロックするゲートブロック手段とを付加している。
【００６０】
従って、請求項４に対応する発明の無停電電源装置においては、上記請求項１に対応する発明と同様の作用を奏するのに加えて、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、インバータの電流が所定の値を超えて過電流となったことを検出する過電流制御手段と、過電流制御手段により過電流が検出された時に、インバータへのゲート信号の出力をブロックするゲートブロック手段とを備えて、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、インバータの電流が所定の値を超えて過電流となった時にインバータのゲート出力をブロックすることにより、インバータを商用電源に給電切り換えする際、インバータのスイッチング素子を点弧してインバータと商用電源をラップ運転する期間に、突然位相差や電圧差が発生しても、インバータが過電流検出等で保護停止せず、負荷への影響を与えることなく給電切り換えを行ない、負荷への給電を継続して行なうことができる。
【００６１】
また、請求項５に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の無停電電源装置において、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の振幅に対してインバータの出力電圧振幅指令を調整する手段と、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、インバータの電流が所定の値を超えて過電流となったことを検出する過電流制御手段と、過電流制御手段により過電流が検出された時に、インバータへのゲート信号の出力をブロックするゲートブロック手段とを付加している。
【００６２】
従って、請求項５に対応する発明の無停電電源装置においては、上記請求項２に対応する発明の作用と上記請求項４に対応する発明の作用とを同時に奏することができる。
これにより、インバータと商用電源の給電切り換え時の負荷給電信頼性をより一層向上させることができる。
【００６３】
さらに、請求項６に対応する発明では、上記請求項１に対応する発明の無停電電源装置において、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、商用電源からの出力電力の位相に対してインバータの出力電圧位相指令を調整する手段と、商用電源が復電した後の給電切り換え時に、インバータの電流が所定の値を超えて過電流となったことを検出する過電流制御手段と、過電流制御手段により過電流が検出された時に、インバータへのゲート信号の出力をブロックするゲートブロック手段とを付加している。
【００６４】
従って、請求項６に対応する発明の無停電電源装置においては、上記請求項３に対応する発明の作用と上記請求項４に対応する発明の作用とを同時に奏することができる。
これにより、インバータと商用電源の給電切り換え時の負荷給電信頼性をより一層向上させることができる。
【００６５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００６６】
（第１の実施の形態）
図1は、本実施の形態による無停電電源装置の構成例を示すブロック図であり、図７と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００６７】
すなわち、本実施の形態の無停電電源装置は、図１に示すように、図７におけるインバータ制御回路１１内のＰＬＬ回路２３を省略し、これに代えて、低速ＰＬＬ 回路５８と、高速ＰＬＬ回路５９と、切換回路６０とを付加して、新たなインバータ制御回路８０を構成している。
【００６８】
低速ＰＬＬ回路５８は、前記商用電源７からの出力電力を入力とし、この入力電力に対し所定の速度で追従させて位相を調整する。
【００６９】
この低速ＰＬＬ回路５８は、前記ＰＬＬ回路２３と同様の構成を有している。
【００７０】
高速ＰＬＬ回路５９は、商用電源７からの出力電力を入力とし、この入力電力に対し低速ＰＬＬ回路５８の所定の速度よりも速い速度で追従させて位相を調整する。
【００７１】
この高速ＰＬＬ回路５９は、低速ＰＬＬ回路５８とは異なり、過渡特性、すなわち高速応答性を重視した設計を行なっている。
【００７２】
これにより、商用電源７が復電後に、直ちにインバータ１の出力位相を商用電源７の位相に同期させることができる。
【００７３】
切換回路６０は、常時は低速ＰＬＬ回路５８からの出力を、前記停電検出回路２０により商用電源７の停電が検出された時には高速ＰＬＬ回路５９からの出力を、前記出力電圧位相基準３３として切り換え出力する。
【００７４】
図２は、本実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路８０内の高速ＰＬＬ回路５９の構成例を示すブロック図である。
【００７５】
図２において、商用電源７からの三相交流入力電圧を入力とした三相→二相変換回路６２からの出力と後述する正弦波発生回路6からの二相正弦波とに基づいて演算回路63で演算された位相差△θは、ＰＩ制御回路（誤差増幅器）６４により高い周波数成分のノイズ、歪み分が除去され、誤差増幅される。
【００７６】
このＰＩ制御回路６４からの出力は、電圧制御発振器（VCO）６５に入力されて、その出力パルス周波数が制御される。
【００７７】
この出力パルス周波数はカウンタ６６で計数されて、ディジタル位相検出値θとして出力される共に、正弦波発生回路６７に入力されて、二相正弦波に変換される。
【００７８】
そして、この二相正弦波は、上記演算回路６３にフィードバックされる構成となっている。
【００７９】
本構成により、商用電源７からの三相交流入力電圧は、その各相の瞬時値からその時々の位相を計算することが可能となる。
【００８０】
すなわち、図2の回路は、商用電源７の復電時に、インバータ１の出力電圧の位相を直ちに商用電源７の位相に同期させるため、位相連続比較方式を用いたＰＬＬ回路であり、本方式により、高速応答を実現させることができる。
【００８１】
次に、以上のように構成した本実施の形態の無停電電源装置の作用について説明する。
【００８２】
なお、図７と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００８３】
常時は、低速ＰＬＬ回路５８からの出力が、出力電圧位相基準３３として出力電圧制御回路３４へ与えられて、インバータ１の出力電圧が制御される。
【００８４】
一方、商用電源７が停電した時には、切換回路６０により、高速ＰＬＬ回路５９からの出力が、出力電圧位相基準３３として出力電圧制御回路３４へ与えられて、インバータ１の出力電圧の位相を、低速ＰＬＬ回路５８から高速ＰＬＬ回路５９に切り換えることができる。
【００８５】
この高速ＰＬＬ回路５９に切り換えることにより、商用電源７の復電後に、インバータ１の出力電圧の位相を、直ちに商用電源７の位相に同期させることができる。
【００８６】
上述したように、本実施の形態の無停電電源装置では、常時は低速ＰＬＬ回路５８からの出力に、商用電源７の停電時には高速ＰＬＬ回路５９からの出力に、出力電圧位相基準３３を切り換えるようにしているので、商用電源７の復電後に直ちに商用電源７からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータ１の動作時間を低減することが可能となる。
これにより、電力貯蔵手段である直流電源およびインバータを構成する主回路が、温度上昇等によって劣化が進むことがなくなる。
【００８７】
（第２の実施の形態）
図3は、本実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路８０内の基準発生回路の構成例を示すブロック図であり、図９と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００８８】
すなわち、本実施の形態の基準発生回路は、図３に示すように、ワンショット回路６１と、減算器81とを、図９に付加した構成としている。
【００８９】
ワンショット回路６１は、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、ワンショット信号を出力する。
【００９０】
減算器81は、前記ソフトスタート信号５２から、ワンショット回路６１からのワンショット信号を減じる。
【００９１】
そして、このワンショット信号が減じられたソフトスタート信号５２と前記電圧基準信号５１ａ〜５１ｃとを乗算器５３ａ〜５３ｃで乗算したものを、前記出力電圧基準３２として出力する。
【００９２】
本構成により、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、商用電源７からの出力電力の振幅に対して、インバータ１の出力電圧振幅指令を調整することが可能となる。
【００９３】
次に、以上のように構成した本実施の形態の無停電電源装置の作用について説明する。
【００９４】
なお、図９と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【００９５】
商用電源７の復電後に、インバータ１の出力を商用電源７に給電切り換えする際、インバータ１のスイッチング素子を点弧して、インバータ１と商用電源７とをラップ運転する期間だけ、ワンショット回路６１により、所定の電圧振幅にインバータ１の出力を変更することができる。
【００９６】
商用電源７に対してインバータ１の出力電圧振幅を下げておけば、給電切り換え時に負荷電流は直ちに商用電源７に移行させることができる。
【００９７】
上述したように、本実施の形態の無停電電源装置では、前述した第１の実施の形態と同様の効果が得られる、すなわち商用電源７の復電後に直ちに商用電源７からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータ１の動作時間を低減することが可能となるのに加えて、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、商用電源７からの出力電力の振幅に対してインバータ１の出力電圧振幅指令を調整するようにしているので、インバータ１と商用電源７とを給電切り換えした場合に、インバータ１と商用電源７との間に流れる横流によって、インバータ１が保護停止することなく、負荷６への給電を継続して行なうことが可能となる。
【００９８】
（第３の実施の形態）
図４は、本実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路８０内の基準発生回路の構成例を示すブロック図であり、図９と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【００９９】
すなわち、本実施の形態の基準発生回路は、図４に示すように、ワンショット回路６１と、減算器81ａ，８１ｂ，８１ｃとを、図９に付加した構成としている。
【０１００】
ワンショット回路６１は、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、ワンショット信号を出力する。
【０１０１】
減算器81ａ，８１ｂ，８１ｃは、前記電圧基準信号５１ａ，５１ｂ，５１ｃから、ワンショット回路６１からのワンショット信号を減じる。
【０１０２】
そして、このワンショット信号が減じられた電圧基準信号５１ａ〜５１ｃとソフトスタート信号５２とを乗算器５３ａ〜５３ｃで乗算したものを、前記出力電圧基準３２として出力する。
【０１０３】
本構成により、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、商用電源７からの出力電力の位相に対して、インバータ１の出力電圧位相指令を調整することが可能となる。
【０１０４】
次に、以上のように構成した本実施の形態の無停電電源装置の作用について説明する。
【０１０５】
なお、図９と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１０６】
商用電源７の復電後に、インバータ１の出力を商用電源７に給電切り換えする際、インバータ１のスイッチング素子を点弧して、インバータ１と商用電源７とをラップ運転する期間だけ、ワンショット回路６１により所定の電圧位相差をインバータ１の出力に与えることができる。
【０１０７】
商用電源７に対してインバータ１の出力電圧位相を遅らせておけば、給電切り換え時に負荷電流は直ちに商用電源７に移行させることができる。
【０１０８】
上述したように、本実施の形態の無停電電源装置では、前述した第１の実施の形態と同様の効果が得られる、すなわち商用電源７の復電後に直ちに商用電源７からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータ１の動作時間を低減することが可能となるのに加えて、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、商用電源７からの出力電力の振幅に対してインバータ１の出力電圧位相指令を調整するようにしているので、インバータ１と商用電源７とを給電切り換えした場合に、インバータ１と商用電源７との間に流れる横流によって、インバータ１が保護停止することなく、負荷６への給電を継続して行なうことが可能となる。
【０１０９】
（第４の実施の形態）
図５は、本実施の形態による無停電電源装置の構成例を示すブロック図であり、図１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１０】
すなわち、本実施の形態の無停電電源装置は、図５に示すように、図１におけるインバータ制御回路８０内に、電流検出器６９と、過電流検出回路７０とを付加して、新たなインバータ制御回路９０を構成している。
【０１１１】
電流検出器６９は、インバータ１の出力電流を検出する。
【０１１２】
過電流検出回路７０は、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、電流検出器６９により検出されたインバータ１の電流があらかじめ設定された所定の値を超えて過電流となったことを検出すると出力を生ずる。
【０１１３】
図６は、本実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路９０内のゲート制御回路２４'の構成例を示すブロック図であり、図１１と同一部分には同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部分についてのみ述べる。
【０１１４】
すなわち、本実施の形態のゲート制御回路２４'は、図６に示すように、図１１におけるゲート信号出力回路５７ａ，５７ｂ，５７ｃの出力側に、ゲートブロック手段としての切換スイッチ６８ａ〜６８ｃを付加した構成としている。
【０１１５】
切換スイッチ６８ａ〜６８ｃは、常時はゲート信号出力回路５７ａ，５７ｂ，５７ｃからの出力信号をそのままゲート信号３５としてインバータ１へ出力し、切換信号として入力される前記過電流検出回路７０からの出力によりインバータ１へのゲート信号３５の出力をブロックするように切り換える。
【０１１６】
次に、以上のように構成した本実施の形態の無停電電源装置の作用について説明する。
【０１１７】
なお、図１および図１１と同一部分の作用についてはその説明を省略し、ここでは異なる部分の作用についてのみ述べる。
【０１１８】
電流検出器６９により、インバータ１の出力電流が検出されて、過電流検出回路７０に入力される。
【０１１９】
過電流検出回路７０では、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、電流検出器６９で検出されたインバータ１の電流が所定 の値を超えて過電流となったことを検出すると、その出力がゲート制御回路２４'に切換信号として入力される。
【０１２０】
一方、ゲート制御回路２４'では、過電流検出回路７０から切換信号が入力されると、この切換信号により切換スイッチ６８ａ〜６８ｃが切換動作して、ゲート信号出力回路５７ａ，５７ｂ，５７ｃからインバータ１に対するゲート信号３５の出力がブロックされる。
【０１２１】
このようにして、過電流検出回路７０での過電流判定結果に応じて、インバータ１のゲートを制御することができる。
【０１２２】
上述したように、本実施の形態の無停電電源装置では、前述した第１の実施の形態と同様の効果が得られる、すなわち商用電源７の復電後に直ちに商用電源７からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータ１の動作時間を低減することが可能となるのに加えて、商用電源７が復電した後の給電切り換え時に、インバータ１の電流が所定の値を超えて過電流となった時にインバータ１のゲート出力をブロックするようにしているので、インバータ１を商用電源７に給電切り換えする際、インバータ１のスイッチング素子を点弧してインバータ１と商用電源７をラップ運転する期間に、突然位相差や電圧差が発生しても、インバータ１が過電流検出等で保護停止せず、負荷６への影響を与えることなく給電切り換えを行ない、負荷６への給電を継続することが可能となる。
【０１２３】
（他の実施の形態）
（ａ）前述した第１および第２の実施の形態と前述した第４の実施の形態とを組合わせた構成とすることにより、商用電源７の復電後に直ちに商用電源７からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータ１の動作時間を低減することが可能となり、またインバータ１と商用電源７とを給電切り換えした場合に、インバータ１と商用電源７との間に流れる横流によって、インバータ１が保護停止することなく、負荷６への給電を継続して行なうことが可能となり、さらにインバータ１を商用電源７に給電切り換えする際、インバータ１のスイッチング素子を点弧してインバータ１と商用電源７をラップ運転する期間に、突然位相差や電圧差が発生しても、インバータ１が過電流検出等で保護停止せず、負荷６への影響を与えることなく給電切り換えを行ない、負荷６への給電を継続することが可能となる。
【０１２４】
これにより、インバータ１と商用電源７の給電切り換え時の負荷給電信頼性をより一層向上させることが可能となる。
【０１２５】
（ｂ）前述した第１および第３の実施の形態と前述した第４の実施の形態とを組合わせた構成とすることにより、商用電源７の復電後に直ちに商用電源７からの負荷給電に切り換えることができるため、インバータ１の動作時間を低減することが可能となり、またインバータ１と商用電源７とを給電切り換えした場合に、インバータ１と商用電源７との間に流れる横流によって、インバータ１が保護停止することなく、負荷６への給電を継続して行なうことが可能となり、さらにインバータ１を商用電源７に給電切り換えする際、インバータ１のスイッチング素子を点弧してインバータ１と商用電源７をラップ運転する期間に、突然位相差や電圧差が発生しても、インバータ１が過電流検出等で保護停止せず、負荷６への影響を与えることなく給電切り換えを行ない、負荷６への給電を継続することが可能となる。
【０１２６】
これにより、インバータ１と商用電源７の給電切り換え時の負荷給電信頼性をより一層向上させることが可能となる。
【０１２７】
（ｃ）前述した第１乃至第４の実施の形態では、低速ＰＬＬ 回路５８、および高速ＰＬＬ回路５９としては、商用電源７からの出力電力に対し所定の速度で追従させて位相を調整する場合について説明したが、速度に限らず、単に時間で取り扱うようにしても構わない。
【０１２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の無停電電源装置によれば、商用電源復電後に直ちに商用電源からの負荷給電に切り換えて、インバータの動作時間を低減することが可能となる。これにより、電力貯蔵手段である直流電源およびインバータを構成する主回路が、温度上昇等によって劣化が進むことがなくなる。
【０１２９】
また、インバータを商用電源に給電切り換えする際、インバータのスイッチング素子を点弧してインバータと商用電源をラップ運転する期間に、突然位相差や電圧差が発生しても、インバータが過電流検出等で保護停止せず、負荷への影響を与えることなく給電切り換えを行ない、負荷への給電を継続して行なうことが可能となる。
【０１３０】
さらに、インバータと商用電源とを給電切り換えした場合に、インバータと商用電源との間に流れる横流によってインバータが保護停止することなく、負荷への給電を継続することができ、無停電電源装置の負荷給電信頼性を向上することが可能となる。
【０１３１】
以上により、インバータと商用電源の給電切り換え時の負荷給電信頼性をより一層向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による無停電電源装置の第１の実施の形態を示すブロック図。
【図２】同第１の実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路内の高速ＰＬＬ回路の構成例を示すブロック図。
【図３】本発明の第２の実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路内の基準発生回路の構成例を示すブロック図。
【図４】本発明の第３の実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路内の基準発生回路の構成例を示すブロック図。
【図５】本発明による無停電電源装置の第４の実施の形態を示すブロック図。
【図６】同第４の実施の形態による無停電電源装置におけるインバータ制御回路内のゲート制御回路の構成例を示すブロック図。
【図７】従来の無停電電源装置の構成例を示すブロック図。
【図８】従来の無停電電源装置におけるインバータの構成例を示す回路図。
【図９】従来の無停電電源装置におけるインバータ制御回路内の基準発生回路の構成例を示すブロック図。
【図１０】従来の無停電電源装置におけるインバータ制御回路内の出力電圧制御回路の構成例を示すブロック図。
【図１１】従来の無停電電源装置におけるインバータ制御回路内のゲート制御回路の構成例を示すブロック図。
【符号の説明】
１…インバータ
２…インバータトランス
３…切換回路
４…接触器
５…半導体スイッチ
６…負荷
７…商用電源
８…電圧検出器
９…直流電源
１１…インバータ制御回路
２０…停電検出回路
２１…基準発生回路
２２…出力電圧制御回路
２４…ゲート制御回路
２４'…ゲート制御回路
３１…出力電圧フィードバック
３２…出力電圧基準
３３…出力電圧位相基準
３４…出力電圧指令
３５…ゲート信号
３６…インバータ出力電圧
４１…直流コンデンサ
４２…スイッチング素子
４３…ゲート駆動回路
５１…電圧基準信号
５２…ソフトスタート信号
５３ａ…乗算器
５３ｂ…乗算器
５３ｃ…乗算器
５４ａ…ＰＩ制御回路
５４ｂ…ＰＩ制御回路
５４ｃ…ＰＩ制御回路
５５…キャリア発生回路
５６ａ…コンパレータ
５６ｂ…コンパレータ
５６ｃ…コンパレータ
５７ａ…ゲート信号出力回路
５７ｂ…ゲート信号出力回路
５７ｃ…ゲート信号出力回路
５８…低速ＰＬＬ回路
５９…高速ＰＬＬ回路
６０…切換回路
６１…ワンショット回路
６２…三相→二相変換回路
６３…演算回路
６４…ＰＩ制御回路
６５…電圧制御発信器（ＶＣＯ）
６６…カウンタ
６７…正弦波発生回路
６８ａ…切換スイッチ
６８ｂ…切換スイッチ
６８ｃ…切換スイッチ
６９…電流検出器
７０…過電流制限回路
８０…インバータ制御回路
８１…減算器
８１ａ…減算器。
８１ｂ…減算器
８１ｃ…減算器
９０…インバータ制御回路。
Claims (6)
- 複数のスイッチング素子からなり、直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、商用電力を出力する商用電源とを備え、常時は前記商用電源からの出力電力を負荷に供給し、前記商用電源の停電時には前記インバータからの出力電力を前記負荷に供給するように給電切り換えを行なう無停電電源装置において、
前記商用電源からの出力電力を入力とし、当該商用電源の停電を検出する停電検出手段と、
前記停電検出手段により商用電源の停電が検出されると動作して、出力電圧基準を出力する基準発生手段と、
前記商用電源からの出力電力を入力とし、当該入力電力に対し所定の速度で追従させて位相を調整する低速位相同期手段と、
前記商用電源からの出力電力を入力とし、当該入力電力に対し前記所定の速度よりも速い速度で追従させて位相を調整する高速位相同期手段と、
常時は前記低速位相同期手段からの出力を、前記停電検出手段により商用電源の停電が検出された時には前記高速位相同期手段からの出力を、出力電圧位相基準として切り換え出力する切換手段と、
前記インバータの出力電圧と、前記基準発生手段からの出力電圧基準と、前記切換手段からの出力電圧位相基準とに基づいて、前記インバータの出力電圧が出力電圧基準に一致するように前記インバータの出力電圧指令を生成し出力する出力電圧制御手段と、
前記出力電圧制御手段からの出力電圧指令に基づいてゲート信号を生成し、前記インバータを構成するスイッチング素子のゲートを制御するゲート制御手段と、
を備えて成ることを特徴とする無停電電源装置。 - 前記請求項１に記載の無停電電源装置において、
前記商用電源が復電した後の給電切り換え時に、前記商用電源からの出力電力の振幅に対して前記インバータの出力電圧振幅指令を調整する手段を付加したことを特徴とする無停電電源装置。 - 前記請求項１に記載の無停電電源装置において、
前記商用電源が復電した後の給電切り換え時に、前記商用電源からの出力電力の位相に対して前記インバータの出力電圧位相指令を調整する手段を付加したことを特徴とする無停電電源装置。 - 前記請求項１に記載の無停電電源装置において、
前記商用電源が復電した後の給電切り換え時に、前記インバータの電流が所定の値を超えて過電流となったことを検出する過電流制御手段と、
前記過電流制御手段により過電流が検出された時に、前記インバータへのゲート信号の出力をブロックするゲートブロック手段と、
を付加したことを特徴とする無停電電源装置。 - 前記請求項１に記載の無停電電源装置において、
前記商用電源が復電した後の給電切り換え時に、前記商用電源からの出力電力の振幅に対して前記インバータの出力電圧振幅指令を調整する手段と、
前記商用電源が復電した後の給電切り換え時に、前記インバータの電流が所定の値を超えて過電流となったことを検出する過電流制御手段と、
前記過電流制御手段により過電流が検出された時に、前記インバータへのゲート信号の出力をブロックするゲートブロック手段と、
を付加したことを特徴とする無停電電源装置。 - 前記請求項１に記載の無停電電源装置において、
前記商用電源が復電した後の給電切り換え時に、前記商用電源からの出力電力の位相に対して前記インバータの出力電圧位相指令を調整する手段と、
前記商用電源が復電した後の給電切り換え時に、前記インバータの電流が所定の値を超えて過電流となったことを検出する過電流制御手段と、
前記過電流制御手段により過電流が検出された時に、前記インバータへのゲート信号の出力をブロックするゲートブロック手段と、
を付加したことを特徴とする無停電電源装置。
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