JP4111884B2 - 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、商用電源の異常時に電力蓄積装置からの電力で負荷給電する無停電電源装置に関するものであり、特に無停電電源装置のインバータにおいて、インバータの定格電流を超えて負荷へ電力を供給する状態が連続的に起きた場合においても安定かつ高信頼に負荷への電力供給を継続するインバータの過負荷保護に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無停電電源装置の構成の一例について図９を参照して説明する。同図に示すように、この無停電電源装置は、商用電源４から負荷６へ供給される交流電力を開閉する交流スイッチ１３、商用電源４の異常時に直流電源５の直流電力を交流電力に変換するインバータ１などを備えている。インバータ１の出力はインバータトランス２の巻線に接続されている。インバータトランス２のもう一方の巻線は、本無停電電源装置の出力となり、切換器１４を介して負荷６と接続されている。直流電源５より供給される直流電力を入力とするインバータ１が所望の交流電圧を出力することによってインバータ１から負荷６へ電力を供給する。直流電源５は直流電圧源が構成できるものであれば、コンバータ３及び蓄電池等を利用した構成でも構わない。
【０００３】
インバータトランス２には電圧検出器７が接続されている。電圧検出器７の出力はインバータ制御回路１０に入力され、インバータ制御回路１０内の出力電圧制御回路２３に出力電圧フィードバック３１として接続される。周波数基準発生回路２２の出力は出力電圧制御回路２３に出力電圧周波数基準指令３３として接続される。振幅基準発生回路２１は無停電電源装置が本来出力すべき電圧相当の出力電圧振幅基準３４を出力する。
【０００４】
出力電圧制御回路２３は電圧検出器７によって検出された出力電圧フィードバック３１が出力電圧振幅基準３４と等しくなるように制御を行い、出力電圧指令３５を出力する。ゲート制御回路２４はインバータ１の出力が出力電圧指令３５に一致する様にゲート信号３６を出力する。インバータ１はゲート信号３６に応じた出力を行い、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無停電電源装置の出力となる。
【０００５】
図１０はインバータ１の一構成例である。直流電源５の正の極Ｐは直流コンデンサ４１の一端子に接続されている。更に、正の極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。また、これらは各々Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相として、インバータ出力３７を出力する。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、更に直流電源５の負の極Ｎに接続されている。ゲート駆動回路４３にはゲート信号３６が入力されている。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省略している。
【０００６】
ゲート信号３６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など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。インバータ１はパルス幅変調（ＰＷＭ）により出力電圧を制御する。
【０００７】
図１１は、インバータ制御回路１０内の振幅基準発生回路２１の一構成例である。電圧基準５１ａ〜５１ｃの出力は各々乗算器５３ａ〜５３ｃに接続されている。乗算器５３ａ〜５３ｃの出力は振幅基準発生回路２１の電圧振幅基準３４として出力される。図１１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相で構成した場合の一例で、一定の正弦波電圧を出力する例を示す。電圧基準が時間とともに変化するもの（例えばＶＶＶＦ…可変電圧可変周波数電源）でもかまわない。ソフトスタート信号５２は、インバータの起動時に出力電圧をゼロから徐々に立ち上げる信号で、起動期間中、ランプ関数などの暫時増加関数であり、起動完了後は１などの一定値となる。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。一般的にソフトスタートといわれる手法である。
【０００８】
図１２はインバータ制御回路１０内の出力電圧制御回路２３の一構成例である。出力電圧振幅基準３４は出力電圧フィードバック３１との差分を各々とられ、ＰＩ制御回路５４ａ〜５４ｃに各々入力される。なお、本例では電圧制御としてＰＩ制御を用いた例としているが、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などを用いた制御回路でもかまわない。
【０００９】
図１２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３４に追従するように制御を行う。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、出力電流などの電流制御を付加することがあってもかまわない。ここでは、説明を簡単にするため省略してある。
【００１０】
図１３はインバータ制御回路１０内のゲート制御回路２４の一構成例である。出力電圧指令３５はキャリア発生回路５５との差分を各々とられ、コンパレータ５６ａ〜５６ｃに入力される。コンパレータ５６ａ〜５６ｃの出力はゲート信号出力回路５７ａ〜５７ｃに入力される。ゲート信号出力回路５７ａ〜５７ｃの出力はゲート信号３６となる。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。ゲートパルスの発生手法は特に限定しない。
【００１１】
再び図９を参照して、従来の無停電電源装置におけるインバータの過負荷保護の一例について説明する。インバータ１の出力には電流検出器８が接続されている。電流検出器８の出力は過負荷検出回路２５にインバータ電流フィードバック３２として接続され、インバータ１の過負荷が検出される。
【００１２】
図１４は過負荷検出回路２５の一構成例である。インバータ電流フィードバック３２は電流レベル検出回路６１に入力され、電流レベルが判定される。過負荷を検出した場合にはインバータ電流過負荷レベル信号７１が出力され、カウンタ６２に入力される。インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力されている間、カウンタ６２の値をアップカウントし、過負荷の継続時間をカウントする。カウンタ最大値出力回路６３は予め決められているカウンタ最大値の出力信号７４を比較回路６４ａに出力し、比較回路６４ａによりカウンタ６２の出力信号７３と比較する。カウンタ６２の出力値がカウンタ最大値を越えると、比較回路６４ａより過負荷検出信号３８が出力される。
【００１３】
図１５は電流レベル検出回路６１の一構成例である。予めインバータ電流フィードバック３２の定格値に対応するフィードバック量をインバータ電流レベル基準発生回路６７に格納しておき、インバータ電流レベル基準信号７６とインバータ電流フィードバック３２を比較器６４ｂにより逐次比較する。インバータ電流フィードバック３２が、インバータ電流レベル基準信号７６を越えると、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力される。
【００１４】
再び図９において、過負荷検出回路２５の出力はインバータ制御回路１０に入力され、インバータ制御回路内のゲート制御回路２４に過負荷検出信号３８として入力される。過負荷検出信号３８が過負荷検出の状態になると、ゲート制御回路２４はゲート信号３６の出力を停止し、スイッチング素子４２を破壊から保護することができる。
【００１５】
また、従来、無停電電源装置におけるインバータなどの半導体電力変換装置の半導体素子を熱破壊から保護するために、半導体素子のケースの温度や周囲温度の測定（あるいはこれらの温度の設定）を行って半導体素子ジャンクション温度を正確に演算し、この演算結果をもとにして半導体素子を保護することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１６】
一方、無停電電源装置の構成要素である交流スイッチの半導体素子を保護するため、並列スイッチを設けることも従来行われている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１７】
【特許文献１】
特開平７−１３５７３１号公報（第５−６頁、図１−４）
【特許文献２】
特開平７−１６３０６６号公報（第３−４頁、図１−３）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
さて、図９〜図１５を用いて説明した前記のような構成からなる無停電電源装置の負荷給電の信頼性では、故障した装置の復旧にかかる平均時間ＭＴＴＲ（Ｍｅａｎ Ｔｉｍｅ Ｔｏ Ｒｅｐａｉｒ）を短くすることが重要となる。従来の無停電電源装置ではインバータが定格負荷以上の運転と通常の連続運転可能な運転状態を繰り返す場合には、スイッチング素子が熱により破壊されてしまう危険性が生ずる。
【００１９】
この動作の概念を、図１６を参照して説明する。Ａ点で過負荷が発生した場合、過負荷検出回路２５内の電流レベル検出回路６１は過負荷を検出し、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力される。本動作に伴いカウンタ６２はアップカウントを行い、その出力７３がＣｍａｘに至るまでの間は連続して運転し続ける。Ａ点で過負荷が発生した後、Ｂ点、Ｃ点において過負荷運転と通常運転とを繰り返した場合、Ｃ点で発生した過負荷はスイッチング素子４２の温度が通常状態より上昇しているため、スイッチング素子４２の冷却が間に合わずに過熱、破壊してしまう危険性があった。
【００２０】
また、特許文献１のものでは、半導体素子のケースの温度や周囲温度の測定（あるいはこれらの温度の設定）を行うための温度センサ（あるいは温度設定手段）を設ける必要がある。また、特許文献２のものは、交流スイッチの半導体素子を保護するためのものであって、この技術をインバータに適用することはできない。
【００２１】
従って、本発明の目的は、前記の点に鑑みなされたものであって、半導体素子のケースの温度や周囲温度の測定（あるいは設定）を行うための温度センサ（あるいは温度設定手段）を必要とせず、インバータに前述のような連続的な過負荷が発生した場合においても、スイッチング素子を熱破壊から保護し、装置を故障させないことでＭＴＴＲを小さくし、負荷への給電信頼性を向上させた無停電電源装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、商用電源から負荷へ供給される交流電力を開閉する交流スイッチと、直流電力を蓄える電力蓄積装置と、商用電源の異常時に電力蓄積装置の直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた無停電電源装置において、電力蓄積装置からインバータを経由して負荷に至るまでの経路の所定箇所における所定の電気量を検出し、検出された所定の電気量を用いてインバータの過負荷を検出する過負荷検出手段と、この過負荷検出手段により過負荷が検出されている間カウントを行うカウント手段と、インバータが過負荷状態から健全状態に復帰した後の一定時間はカウント手段のカウント値を保持させるとともに、一定時間内に再び過負荷が検出されたときは保持しているカウント値からカウントを続行させ、一定時間内に過負荷が検出されないときはカウント値をリセットさせる手段と、カウント手段の出力が所定の値に達したか否かを判定する判定手段と、この判定手段の判定結果によりインバータの運転を制御する制御手段とを具備したことを特徴とするものである。
【００２３】
このような構成の本発明によれば、過負荷運転が繰り返された場合にも、インバータのスイッチング素子の温度を考慮したカウント手段の操作ができ、スイッチング素子が熱破壊する前にインバータを保護停止することができるため負荷への給電信頼性を確保することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の図において、従来例の図を含めて、同符号は同一部分または対応部分を示す。
【００２７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。この実施形態は、無停電電源装置のインバータの過負荷保護のため、スイッチング素子の温度を考慮に入れて、例えばスイッチング素子を冷却するのに必要な時間を考慮に入れて、カウンタの値を操作することによってインバータ運転を制御することとしたものである。すなわち、図９〜図１５に示す無停電電源装置において、インバータ電流フィードバック３２の状態に加え、スイッチング素子４２の温度も考慮に入れて過負荷検出回路２５を操作し、インバータ１の運転を制御する機能を具備したものである。
【００２８】
図１は、この実施形態の主要部である過負荷検出回路の構成を示す図である。図１において、過負荷検出回路を示す図１４の構成に対して追加された要素は、ダウンカウンタ基準発生回路６５により、ダウンカウンタ基準信号７２をカウンタ６２へ入力している点である。
【００２９】
この実施形態の無停電電源装置において、インバータ電流フィードバック３２をインバータ１の出力に接続している電流検出器８を通じて、過負荷検出回路２５内の電流レベル検出回路６１に入力する。
【００３０】
インバータ１が過負荷動作の場合、電流レベル検出回路６１は過負荷を検出し、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力される。
【００３１】
インバータ電流過負荷レベル信号７１はカウンタ６２に入力され、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力されている間はカウンタ６４の値をアップカウントする。また、カウンタ最大値出力回路６３は、予め決定されるカウンタ最大値の出力信号７４を比較回路６４ａに出力する。
【００３２】
カウンタ最大値の出力信号７４は比較回路６４ａに入力され、比較回路６４ａによりカウンタ６２の出力７３と比較される。カウンタ６２の出力信号７３がカウンタ最大値の出力信号７４を超えると比較回路６４ａよりゲート制御回路２４に過負荷検出信号３８が出力される。過負荷検出信号３６が出力されると、ゲート制御回路２４はゲート信号３６を停止し、インバータ１は運転を停止する。
【００３３】
一方、過負荷検出信号３８が出力される前に、インバータ電流が健全な状態に回復したことを確認した場合は、電流レベル検出回路６１はインバータ電流の通常状態への復帰を検出し、インバータ電流過負荷レベル信号７１の出力が停止される。インバータ電流過負荷レベル信号７１が停止されると、予め規定してあるダウンカウンタ基準発生回路６５の出力、すなわちダウンカウンタ基準信号７２により、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力されていない間はカウンタ６２をダウンカウントする。ダウンカウンタ基準発生回路６５はインバータ電流過負荷レベル信号７１によらず、スイッチング素子４２の温度が定格運転時の温度まで冷却するのにかかる時間でカウンタ６２の値がＣｍａｘからＣｍｉｎに変化するだけの値（一定値）を出力する。以上の動作を行うように構成したことにより、インバータ１の過負荷保護を実施することができる。
【００３４】
この動作を、図７を参照して更に説明する。Ａ点で過負荷が発生した場合、過負荷検出回路２５内の電流レベル検出回路６１は過負荷を検出し、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力される。本動作に伴いカウンタ６２はアップカウントを行う。インバータ電流のフィードバック３２が通常レベルに復帰した場合には、過負荷検出回路２５はインバータ電流の通常動作を検出する。本動作に伴いカウンタ６２はダウンカウンタ基準信号７２によりダウンカウントを行う。カウンタ６２の出力信号７３がカウンタの最大値Ｃｍａｘを超えない範囲ではインバータ１を運転させることが可能なので、図１６と同様の周期でインバータ電流が過負荷と通常動作への復帰とを繰り返した場合には、Ｃ点で発生した過負荷に対してはスイッチング素子４２が熱破壊する前に、無停電電源装置を保護停止することが可能になる。
【００３５】
このように、この実施形態においては、カウンタは過負荷検出時にはアップカウント、停止時には規定値によりダウンカウントされる。すなわちダウンカウント時には、インバータのスイッチング素子を冷却するのに必要な時間を用いて決定されたカウントダウン基準に基づいてダウンカウントされる。そして、カウンタの値とカウンタの最大値を比較し、その判定結果によってインバータの運転を制御することにより、過負荷運転が繰り返す動作状態においても、過負荷保護機能に加えてスイッチング素子を熱破壊から守ることができる。
【００３６】
以上説明したように、この実施形態によれば、検出器を追加することなく、過負荷運転が繰り返された場合にも、スイッチング素子の冷却時間を考慮したカウンタ操作ができ、スイッチング素子が熱破壊する前にインバータを保護停止することができるため、装置故障を防ぎ、負荷への給電信頼性を確保することができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。
【００３８】
上述の第１の実施形態は、スイッチング素子を冷却するのに必要な時間を考慮に入れてカウンタの値を操作することによってインバータ運転を制御することとしたが、この第２の実施形態は、スイッチング素子の熱時定数と冷却能力に基づいてカウンタの値を操作することによってインバータ運転を制御することとしたものである。
【００３９】
すなわち、この第２の実施形態においてはインバータ電流に対するスイッチング素子４２の熱時定数と冷却能力に応じて、ダウンカウンタ基準信号７２を変化させる。
【００４０】
このように、インバータ電流に対するスイッチング素子４２の熱時定数と冷却能力に応じて、ダウンカウンタ基準信号７２を変化させることにより、スイッチング素子４２に最適なダウンカウント値を用いることができる。従って、第１の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
以上説明したように、この実施形態によれば、過負荷運転が繰り返された場合にも、スイッチング素子の理論特性および冷却能力に応じてカウンタの値を操作でき、スイッチング素子が熱破壊する前にインバータを保護停止することができるため、装置故障を防ぎ、負荷への給電信頼性を確保することができる。
【００４２】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。この第３の実施形態は、インバータの過負荷保護のため、予めインバータ電流に対するスイッチング素子の温度変化の特性を測定し、その特性に基づいてカウンタの値を操作することによってインバータ運転を制御することとしたものである。
【００４３】
図２は、この実施形態の主要部である過負荷検出回路の構成を示す図である。
【００４４】
図２において、過負荷検出回路を示す図１４の構成に対して追加された要素は、電流レベル検出回路６１からのインバータ電流過負荷レベル信号７１をダウンカウンタ基準発生回路６５へ入力している点である。
【００４５】
ダウンカウンタ基準発生回路６５の一実施例を図６に示す。電流レベル検出回路６１により過負荷が検出されると、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力され、ダウンカウンタ基準発生回路６５に入力される。データ格納回路６９には予めインバータ電流に対するスイッチング素子の温度変化の特性を測定したデータを格納しておく。ダウンカウンタ基準発生回路６５内のダウンカウンタ基準選択回路６８は、入力されたインバータ電流過負荷レベル信号７１に応じたダウンカウント値をデータ格納回路６９に問い合わせ、データ格納回路６９よりデータテーブル出力信号７７を受け取り、ダウンカウンタ基準信号７２として出力する。他の動作は第１の実施形態と同様である。
【００４６】
すなわち、この実施形態においては、図２の回路はインバータ電流に対するスイッチング素子の温度変化の特性を測定したデータによりダウンカウント基準値を決定する。カウンタ６２は過負荷運転時にはアップカウント、通常運転時にはダウンカウントされる。カウンタ６２の値とカウンタの最大値Ｃｍａｘを比較し、その判定結果によってインバータ１の運転を制御することにより、過負荷運転が繰り返す動作状態においても、過負荷保護機能に加えてスイッチング素子を熱破壊から守ることができる。
【００４７】
以上説明したように、この実施形態によれば、検出器を追加することなく、過負荷運転が繰り返された場合にも、インバータ電流に対するスイッチング素子の温度変化の特性に応じてカウンタの値を操作でき、スイッチング素子が熱破壊する前にインバータを保護停止することができるため、装置故障を防ぎ、負荷への給電信頼性を確保することができる。
【００４８】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。この第４の実施形態は、インバータの過負荷保護のため、過負荷から復帰した際にカウンタの値を適当な時間保持するようにカウンタの値を操作することによってインバータ運転を制御することとしたものである。
【００４９】
図３は、この実施形態の主要部である過負荷検出回路の構成を示す図である。
【００５０】
図３において、過負荷検出回路を示す図１４の構成に対して追加された要素は、電流レベル検出回路６１からのインバータ電流過負荷レベル信号７１をカウンタ保持信号発生回路６６へ入力している点と、カウンタ保持信号発生回路６６により、カウンタ保持信号７５をカウンタ６２へ入力している点である。
【００５１】
過負荷検出信号３８が出力される前に、インバータ電流が健全な状態に回復したことを確認した場合は、電流レベル検出回路６１はインバータ電流の通常状態への復帰を検出し、インバータ電流過負荷レベル信号７１の出力が停止される。インバータ電流過負荷レベル信号７１が停止されるとカウンタ保持信号発生回路６６よりカウンタ保持信号７５が一定時間Ｔの間だけ出力される。カウンタ保持信号７５が出力されている間はインバータ電流が健全な状態であってもカウンタ６２の値を保持しておく。時間Ｔの間に再び過負荷が検出されれば、保持している値からカウントアップを行う。時間Ｔの間に過負荷が検出されなければカウンタ６２の値はＣｍｉｎにリセットする。この実施形態による動作波形の一例を図８に示す。他の動作は第１の実施形態と同様である。
【００５２】
すなわち、この実施形態においては、図３の回路はインバータ電流が過負荷から健全な状態に復帰した際のカウンタ値を一定時間保持することで過負荷運転が繰り返す動作状態においても、過負荷保護機能に加えてスイッチング素子を熱破壊から守ることができる。
【００５３】
以上説明したように、この実施形態によれば検出器を追加することなく、過負荷運転が繰り返された場合にも、過負荷から復帰した際にカウンタの値を適当な時間保持するようにカウンタの値を操作することで、スイッチング素子が熱破壊する前にインバータを保護停止することができるため、装置故障を防ぎ、負荷への給電信頼性を確保することができる。
【００５４】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。この第５の実施形態は、インバータの過負荷を検出するのに、先の第１〜第４の実施形態のように、インバータ電流を用いる代わりに、負荷へ供給される出力電流を用いたものである。
【００５５】
図４はこの第５の実施形態の概略構成を示す図である。
【００５６】
図４において、従来の無停電電源装置の概略構成を示す図９から変更した要素は、電流検出器８ｂを出力電流に接続した点である。先の第１〜第４の実施形態では、インバータ１の出力電流、すなわちトランス２の１次側の電流を考えたが、インバータトランス２の２次側の出力電流、すなわち負荷６へ供給される出力電流を検出しても何ら問題はなく、同様の効果を得る。
【００５７】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。この第６の実施形態は、インバータの過負荷を検出するのに、先の第１〜第４の実施形態のように、インバータ電流を用いる代わりに、電力蓄積装置からインバータに供給される直流電力を用いたものである。
【００５８】
図５はこの第６の実施形態の概略構成を示す図である。
【００５９】
図５において、無停電電源装置の概略構成を示す図９から変更した要素は、直流電力蓄積手段である直流電源５に電圧検出器７ａと電流検出器８ａを接続し、インバータ電流の電流検出器８を削除した点である。
【００６０】
インバータ１のＤＣ/ＡＣ変換効率をηINVとすれば、直流電流ＩDCとインバータ電流ＩINVの関係は、それぞれに対応する電圧を用いて下記のように表せる。
【００６１】
ＶDC×ＩDC×ηINV＝ＶINV×ＩINV …（１）
式（１）よりインバータ電流を計算することができるため、直流電力蓄積手段の電圧８３および電流８２により、インバータ電流を直接検出する場合と同様の効果を得る。
【００６２】
【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、インバータのスイッチング素子の温度も考慮した過負荷保護が実施できるため装置故障を防ぎ負荷への給電信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態における過負荷検出回路の構成を示す回路図。
【図２】 本発明の第３の実施形態における過負荷検出回路の構成を示す回路図図。
【図３】 本発明の第４の実施形態における過負荷検出回路の構成を示す回路図。
【図４】 本発明の第５の実施形態の概略構成を示すブロック図。
【図５】 本発明の第６の実施形態の概略構成を示すブロック図。
【図６】 本発明の第３の実施形態におけるダウンカウンタ基準信号発生回路の構成を示す回路図。
【図７】 本発明の第１〜第３の実施形態の動作を説明するための波形図。
【図８】 本発明の第４の実施形態の動作を説明するための波形図。
【図９】 無停電電源装置の一構成例を示すブロック図。
【図１０】図９におけるインバータの一構成例を示す回路図。
【図１１】図９における振幅基準発生回路の一構成例を示す回路図。
【図１２】図９における出力電圧制御回路の一構成例を示す回路図。
【図１３】図９におけるゲート制御回路の一構成例を示す回路図。
【図１４】従来の無停電電源装置における過負荷検出回路の一構成例を示す回路図。
【図１５】図１４における電流レベル検出回路の一構成例を示す回路図。
【図１６】従来の無停電電源装置の動作を説明するための波形図。
【符号の説明】
１…インバータ
２…インバータトランス
３…コンバータ
４…商用電源
５…直流電源
６…負荷
７…電圧検出器
８…電流検出器
１０…インバータ制御回路
１１…接触器
１２…電磁スイッチ
１３…交流スイッチ
１４…切換器
２１…振幅基準発生回路
２２…周波数基準発生回路
２３…出力電圧制御回路
２４…ゲート制御回路
２５…過負荷検出回路
３１…出力電圧フィードバック
３２…インバータ電流フィードバック
３３…出力電圧位相基準指令
３４…出力電圧振幅基準
３５…出力電圧指令
３６…ゲート信号
３７…インバータ出力電圧
３８…過負荷検出信号
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
５２…ソフトスタート信号
５３…乗算器
５４…ＰＩ制御回路
５５…キャリア発生回路
５６…コンパレータ
５７…ゲート信号出力回路
６１…インバータ電流レベル検出回路
６２…カウンタ
６３…カウンタ最大値出力回路
６４…比較回路
６５…ダウンカウンタ基準発生回路
６６…カウンタ保持信号発生回路
６７…インバータ電流レベル基準発生回路
６８…ダウンカウンタ基準選択回路
６９…データ格納回路
７１…インバータ電流過負荷レベル信号
７２…ダウンカウンタ基準信号
７３…カウンタの出力信号
７４…カウンタ最大値の出力信号
７５…カウンタ保持信号
７６…インバータ電流レベル基準信号
７７…データテーブル出力信号
７８…データテーブル問合せ信号
８１…出力電流フィードバック
８２…直流電力蓄積手段電流フィードバック
８３…直流電力蓄積手段電圧フィードバック
【発明の属する技術分野】
本発明は、商用電源の異常時に電力蓄積装置からの電力で負荷給電する無停電電源装置に関するものであり、特に無停電電源装置のインバータにおいて、インバータの定格電流を超えて負荷へ電力を供給する状態が連続的に起きた場合においても安定かつ高信頼に負荷への電力供給を継続するインバータの過負荷保護に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無停電電源装置の構成の一例について図９を参照して説明する。同図に示すように、この無停電電源装置は、商用電源４から負荷６へ供給される交流電力を開閉する交流スイッチ１３、商用電源４の異常時に直流電源５の直流電力を交流電力に変換するインバータ１などを備えている。インバータ１の出力はインバータトランス２の巻線に接続されている。インバータトランス２のもう一方の巻線は、本無停電電源装置の出力となり、切換器１４を介して負荷６と接続されている。直流電源５より供給される直流電力を入力とするインバータ１が所望の交流電圧を出力することによってインバータ１から負荷６へ電力を供給する。直流電源５は直流電圧源が構成できるものであれば、コンバータ３及び蓄電池等を利用した構成でも構わない。
【０００３】
インバータトランス２には電圧検出器７が接続されている。電圧検出器７の出力はインバータ制御回路１０に入力され、インバータ制御回路１０内の出力電圧制御回路２３に出力電圧フィードバック３１として接続される。周波数基準発生回路２２の出力は出力電圧制御回路２３に出力電圧周波数基準指令３３として接続される。振幅基準発生回路２１は無停電電源装置が本来出力すべき電圧相当の出力電圧振幅基準３４を出力する。
【０００４】
出力電圧制御回路２３は電圧検出器７によって検出された出力電圧フィードバック３１が出力電圧振幅基準３４と等しくなるように制御を行い、出力電圧指令３５を出力する。ゲート制御回路２４はインバータ１の出力が出力電圧指令３５に一致する様にゲート信号３６を出力する。インバータ１はゲート信号３６に応じた出力を行い、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無停電電源装置の出力となる。
【０００５】
図１０はインバータ１の一構成例である。直流電源５の正の極Ｐは直流コンデンサ４１の一端子に接続されている。更に、正の極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。また、これらは各々Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相として、インバータ出力３７を出力する。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、更に直流電源５の負の極Ｎに接続されている。ゲート駆動回路４３にはゲート信号３６が入力されている。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省略している。
【０００６】
ゲート信号３６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など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。インバータ１はパルス幅変調（ＰＷＭ）により出力電圧を制御する。
【０００７】
図１１は、インバータ制御回路１０内の振幅基準発生回路２１の一構成例である。電圧基準５１ａ〜５１ｃの出力は各々乗算器５３ａ〜５３ｃに接続されている。乗算器５３ａ〜５３ｃの出力は振幅基準発生回路２１の電圧振幅基準３４として出力される。図１１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相で構成した場合の一例で、一定の正弦波電圧を出力する例を示す。電圧基準が時間とともに変化するもの（例えばＶＶＶＦ…可変電圧可変周波数電源）でもかまわない。ソフトスタート信号５２は、インバータの起動時に出力電圧をゼロから徐々に立ち上げる信号で、起動期間中、ランプ関数などの暫時増加関数であり、起動完了後は１などの一定値となる。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。一般的にソフトスタートといわれる手法である。
【０００８】
図１２はインバータ制御回路１０内の出力電圧制御回路２３の一構成例である。出力電圧振幅基準３４は出力電圧フィードバック３１との差分を各々とられ、ＰＩ制御回路５４ａ〜５４ｃに各々入力される。なお、本例では電圧制御としてＰＩ制御を用いた例としているが、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などを用いた制御回路でもかまわない。
【０００９】
図１２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３４に追従するように制御を行う。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、出力電流などの電流制御を付加することがあってもかまわない。ここでは、説明を簡単にするため省略してある。
【００１０】
図１３はインバータ制御回路１０内のゲート制御回路２４の一構成例である。出力電圧指令３５はキャリア発生回路５５との差分を各々とられ、コンパレータ５６ａ〜５６ｃに入力される。コンパレータ５６ａ〜５６ｃの出力はゲート信号出力回路５７ａ〜５７ｃに入力される。ゲート信号出力回路５７ａ〜５７ｃの出力はゲート信号３６となる。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。ゲートパルスの発生手法は特に限定しない。
【００１１】
再び図９を参照して、従来の無停電電源装置におけるインバータの過負荷保護の一例について説明する。インバータ１の出力には電流検出器８が接続されている。電流検出器８の出力は過負荷検出回路２５にインバータ電流フィードバック３２として接続され、インバータ１の過負荷が検出される。
【００１２】
図１４は過負荷検出回路２５の一構成例である。インバータ電流フィードバック３２は電流レベル検出回路６１に入力され、電流レベルが判定される。過負荷を検出した場合にはインバータ電流過負荷レベル信号７１が出力され、カウンタ６２に入力される。インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力されている間、カウンタ６２の値をアップカウントし、過負荷の継続時間をカウントする。カウンタ最大値出力回路６３は予め決められているカウンタ最大値の出力信号７４を比較回路６４ａに出力し、比較回路６４ａによりカウンタ６２の出力信号７３と比較する。カウンタ６２の出力値がカウンタ最大値を越えると、比較回路６４ａより過負荷検出信号３８が出力される。
【００１３】
図１５は電流レベル検出回路６１の一構成例である。予めインバータ電流フィードバック３２の定格値に対応するフィードバック量をインバータ電流レベル基準発生回路６７に格納しておき、インバータ電流レベル基準信号７６とインバータ電流フィードバック３２を比較器６４ｂにより逐次比較する。インバータ電流フィードバック３２が、インバータ電流レベル基準信号７６を越えると、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力される。
【００１４】
再び図９において、過負荷検出回路２５の出力はインバータ制御回路１０に入力され、インバータ制御回路内のゲート制御回路２４に過負荷検出信号３８として入力される。過負荷検出信号３８が過負荷検出の状態になると、ゲート制御回路２４はゲート信号３６の出力を停止し、スイッチング素子４２を破壊から保護することができる。
【００１５】
また、従来、無停電電源装置におけるインバータなどの半導体電力変換装置の半導体素子を熱破壊から保護するために、半導体素子のケースの温度や周囲温度の測定（あるいはこれらの温度の設定）を行って半導体素子ジャンクション温度を正確に演算し、この演算結果をもとにして半導体素子を保護することが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１６】
一方、無停電電源装置の構成要素である交流スイッチの半導体素子を保護するため、並列スイッチを設けることも従来行われている（例えば、特許文献２参照。）。
【００１７】
【特許文献１】
特開平７−１３５７３１号公報（第５−６頁、図１−４）
【特許文献２】
特開平７−１６３０６６号公報（第３−４頁、図１−３）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
さて、図９〜図１５を用いて説明した前記のような構成からなる無停電電源装置の負荷給電の信頼性では、故障した装置の復旧にかかる平均時間ＭＴＴＲ（Ｍｅａｎ Ｔｉｍｅ Ｔｏ Ｒｅｐａｉｒ）を短くすることが重要となる。従来の無停電電源装置ではインバータが定格負荷以上の運転と通常の連続運転可能な運転状態を繰り返す場合には、スイッチング素子が熱により破壊されてしまう危険性が生ずる。
【００１９】
この動作の概念を、図１６を参照して説明する。Ａ点で過負荷が発生した場合、過負荷検出回路２５内の電流レベル検出回路６１は過負荷を検出し、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力される。本動作に伴いカウンタ６２はアップカウントを行い、その出力７３がＣｍａｘに至るまでの間は連続して運転し続ける。Ａ点で過負荷が発生した後、Ｂ点、Ｃ点において過負荷運転と通常運転とを繰り返した場合、Ｃ点で発生した過負荷はスイッチング素子４２の温度が通常状態より上昇しているため、スイッチング素子４２の冷却が間に合わずに過熱、破壊してしまう危険性があった。
【００２０】
また、特許文献１のものでは、半導体素子のケースの温度や周囲温度の測定（あるいはこれらの温度の設定）を行うための温度センサ（あるいは温度設定手段）を設ける必要がある。また、特許文献２のものは、交流スイッチの半導体素子を保護するためのものであって、この技術をインバータに適用することはできない。
【００２１】
従って、本発明の目的は、前記の点に鑑みなされたものであって、半導体素子のケースの温度や周囲温度の測定（あるいは設定）を行うための温度センサ（あるいは温度設定手段）を必要とせず、インバータに前述のような連続的な過負荷が発生した場合においても、スイッチング素子を熱破壊から保護し、装置を故障させないことでＭＴＴＲを小さくし、負荷への給電信頼性を向上させた無停電電源装置を提供することにある。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記目的を達成するために、商用電源から負荷へ供給される交流電力を開閉する交流スイッチと、直流電力を蓄える電力蓄積装置と、商用電源の異常時に電力蓄積装置の直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた無停電電源装置において、電力蓄積装置からインバータを経由して負荷に至るまでの経路の所定箇所における所定の電気量を検出し、検出された所定の電気量を用いてインバータの過負荷を検出する過負荷検出手段と、この過負荷検出手段により過負荷が検出されている間カウントを行うカウント手段と、インバータが過負荷状態から健全状態に復帰した後の一定時間はカウント手段のカウント値を保持させるとともに、一定時間内に再び過負荷が検出されたときは保持しているカウント値からカウントを続行させ、一定時間内に過負荷が検出されないときはカウント値をリセットさせる手段と、カウント手段の出力が所定の値に達したか否かを判定する判定手段と、この判定手段の判定結果によりインバータの運転を制御する制御手段とを具備したことを特徴とするものである。
【００２３】
このような構成の本発明によれば、過負荷運転が繰り返された場合にも、インバータのスイッチング素子の温度を考慮したカウント手段の操作ができ、スイッチング素子が熱破壊する前にインバータを保護停止することができるため負荷への給電信頼性を確保することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の図において、従来例の図を含めて、同符号は同一部分または対応部分を示す。
【００２７】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。この実施形態は、無停電電源装置のインバータの過負荷保護のため、スイッチング素子の温度を考慮に入れて、例えばスイッチング素子を冷却するのに必要な時間を考慮に入れて、カウンタの値を操作することによってインバータ運転を制御することとしたものである。すなわち、図９〜図１５に示す無停電電源装置において、インバータ電流フィードバック３２の状態に加え、スイッチング素子４２の温度も考慮に入れて過負荷検出回路２５を操作し、インバータ１の運転を制御する機能を具備したものである。
【００２８】
図１は、この実施形態の主要部である過負荷検出回路の構成を示す図である。図１において、過負荷検出回路を示す図１４の構成に対して追加された要素は、ダウンカウンタ基準発生回路６５により、ダウンカウンタ基準信号７２をカウンタ６２へ入力している点である。
【００２９】
この実施形態の無停電電源装置において、インバータ電流フィードバック３２をインバータ１の出力に接続している電流検出器８を通じて、過負荷検出回路２５内の電流レベル検出回路６１に入力する。
【００３０】
インバータ１が過負荷動作の場合、電流レベル検出回路６１は過負荷を検出し、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力される。
【００３１】
インバータ電流過負荷レベル信号７１はカウンタ６２に入力され、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力されている間はカウンタ６４の値をアップカウントする。また、カウンタ最大値出力回路６３は、予め決定されるカウンタ最大値の出力信号７４を比較回路６４ａに出力する。
【００３２】
カウンタ最大値の出力信号７４は比較回路６４ａに入力され、比較回路６４ａによりカウンタ６２の出力７３と比較される。カウンタ６２の出力信号７３がカウンタ最大値の出力信号７４を超えると比較回路６４ａよりゲート制御回路２４に過負荷検出信号３８が出力される。過負荷検出信号３６が出力されると、ゲート制御回路２４はゲート信号３６を停止し、インバータ１は運転を停止する。
【００３３】
一方、過負荷検出信号３８が出力される前に、インバータ電流が健全な状態に回復したことを確認した場合は、電流レベル検出回路６１はインバータ電流の通常状態への復帰を検出し、インバータ電流過負荷レベル信号７１の出力が停止される。インバータ電流過負荷レベル信号７１が停止されると、予め規定してあるダウンカウンタ基準発生回路６５の出力、すなわちダウンカウンタ基準信号７２により、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力されていない間はカウンタ６２をダウンカウントする。ダウンカウンタ基準発生回路６５はインバータ電流過負荷レベル信号７１によらず、スイッチング素子４２の温度が定格運転時の温度まで冷却するのにかかる時間でカウンタ６２の値がＣｍａｘからＣｍｉｎに変化するだけの値（一定値）を出力する。以上の動作を行うように構成したことにより、インバータ１の過負荷保護を実施することができる。
【００３４】
この動作を、図７を参照して更に説明する。Ａ点で過負荷が発生した場合、過負荷検出回路２５内の電流レベル検出回路６１は過負荷を検出し、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力される。本動作に伴いカウンタ６２はアップカウントを行う。インバータ電流のフィードバック３２が通常レベルに復帰した場合には、過負荷検出回路２５はインバータ電流の通常動作を検出する。本動作に伴いカウンタ６２はダウンカウンタ基準信号７２によりダウンカウントを行う。カウンタ６２の出力信号７３がカウンタの最大値Ｃｍａｘを超えない範囲ではインバータ１を運転させることが可能なので、図１６と同様の周期でインバータ電流が過負荷と通常動作への復帰とを繰り返した場合には、Ｃ点で発生した過負荷に対してはスイッチング素子４２が熱破壊する前に、無停電電源装置を保護停止することが可能になる。
【００３５】
このように、この実施形態においては、カウンタは過負荷検出時にはアップカウント、停止時には規定値によりダウンカウントされる。すなわちダウンカウント時には、インバータのスイッチング素子を冷却するのに必要な時間を用いて決定されたカウントダウン基準に基づいてダウンカウントされる。そして、カウンタの値とカウンタの最大値を比較し、その判定結果によってインバータの運転を制御することにより、過負荷運転が繰り返す動作状態においても、過負荷保護機能に加えてスイッチング素子を熱破壊から守ることができる。
【００３６】
以上説明したように、この実施形態によれば、検出器を追加することなく、過負荷運転が繰り返された場合にも、スイッチング素子の冷却時間を考慮したカウンタ操作ができ、スイッチング素子が熱破壊する前にインバータを保護停止することができるため、装置故障を防ぎ、負荷への給電信頼性を確保することができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。
【００３８】
上述の第１の実施形態は、スイッチング素子を冷却するのに必要な時間を考慮に入れてカウンタの値を操作することによってインバータ運転を制御することとしたが、この第２の実施形態は、スイッチング素子の熱時定数と冷却能力に基づいてカウンタの値を操作することによってインバータ運転を制御することとしたものである。
【００３９】
すなわち、この第２の実施形態においてはインバータ電流に対するスイッチング素子４２の熱時定数と冷却能力に応じて、ダウンカウンタ基準信号７２を変化させる。
【００４０】
このように、インバータ電流に対するスイッチング素子４２の熱時定数と冷却能力に応じて、ダウンカウンタ基準信号７２を変化させることにより、スイッチング素子４２に最適なダウンカウント値を用いることができる。従って、第１の実施形態の場合と同様の効果を得ることができる。
【００４１】
以上説明したように、この実施形態によれば、過負荷運転が繰り返された場合にも、スイッチング素子の理論特性および冷却能力に応じてカウンタの値を操作でき、スイッチング素子が熱破壊する前にインバータを保護停止することができるため、装置故障を防ぎ、負荷への給電信頼性を確保することができる。
【００４２】
（第３の実施形態）
本発明の第３の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。この第３の実施形態は、インバータの過負荷保護のため、予めインバータ電流に対するスイッチング素子の温度変化の特性を測定し、その特性に基づいてカウンタの値を操作することによってインバータ運転を制御することとしたものである。
【００４３】
図２は、この実施形態の主要部である過負荷検出回路の構成を示す図である。
【００４４】
図２において、過負荷検出回路を示す図１４の構成に対して追加された要素は、電流レベル検出回路６１からのインバータ電流過負荷レベル信号７１をダウンカウンタ基準発生回路６５へ入力している点である。
【００４５】
ダウンカウンタ基準発生回路６５の一実施例を図６に示す。電流レベル検出回路６１により過負荷が検出されると、インバータ電流過負荷レベル信号７１が出力され、ダウンカウンタ基準発生回路６５に入力される。データ格納回路６９には予めインバータ電流に対するスイッチング素子の温度変化の特性を測定したデータを格納しておく。ダウンカウンタ基準発生回路６５内のダウンカウンタ基準選択回路６８は、入力されたインバータ電流過負荷レベル信号７１に応じたダウンカウント値をデータ格納回路６９に問い合わせ、データ格納回路６９よりデータテーブル出力信号７７を受け取り、ダウンカウンタ基準信号７２として出力する。他の動作は第１の実施形態と同様である。
【００４６】
すなわち、この実施形態においては、図２の回路はインバータ電流に対するスイッチング素子の温度変化の特性を測定したデータによりダウンカウント基準値を決定する。カウンタ６２は過負荷運転時にはアップカウント、通常運転時にはダウンカウントされる。カウンタ６２の値とカウンタの最大値Ｃｍａｘを比較し、その判定結果によってインバータ１の運転を制御することにより、過負荷運転が繰り返す動作状態においても、過負荷保護機能に加えてスイッチング素子を熱破壊から守ることができる。
【００４７】
以上説明したように、この実施形態によれば、検出器を追加することなく、過負荷運転が繰り返された場合にも、インバータ電流に対するスイッチング素子の温度変化の特性に応じてカウンタの値を操作でき、スイッチング素子が熱破壊する前にインバータを保護停止することができるため、装置故障を防ぎ、負荷への給電信頼性を確保することができる。
【００４８】
（第４の実施形態）
本発明の第４の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。この第４の実施形態は、インバータの過負荷保護のため、過負荷から復帰した際にカウンタの値を適当な時間保持するようにカウンタの値を操作することによってインバータ運転を制御することとしたものである。
【００４９】
図３は、この実施形態の主要部である過負荷検出回路の構成を示す図である。
【００５０】
図３において、過負荷検出回路を示す図１４の構成に対して追加された要素は、電流レベル検出回路６１からのインバータ電流過負荷レベル信号７１をカウンタ保持信号発生回路６６へ入力している点と、カウンタ保持信号発生回路６６により、カウンタ保持信号７５をカウンタ６２へ入力している点である。
【００５１】
過負荷検出信号３８が出力される前に、インバータ電流が健全な状態に回復したことを確認した場合は、電流レベル検出回路６１はインバータ電流の通常状態への復帰を検出し、インバータ電流過負荷レベル信号７１の出力が停止される。インバータ電流過負荷レベル信号７１が停止されるとカウンタ保持信号発生回路６６よりカウンタ保持信号７５が一定時間Ｔの間だけ出力される。カウンタ保持信号７５が出力されている間はインバータ電流が健全な状態であってもカウンタ６２の値を保持しておく。時間Ｔの間に再び過負荷が検出されれば、保持している値からカウントアップを行う。時間Ｔの間に過負荷が検出されなければカウンタ６２の値はＣｍｉｎにリセットする。この実施形態による動作波形の一例を図８に示す。他の動作は第１の実施形態と同様である。
【００５２】
すなわち、この実施形態においては、図３の回路はインバータ電流が過負荷から健全な状態に復帰した際のカウンタ値を一定時間保持することで過負荷運転が繰り返す動作状態においても、過負荷保護機能に加えてスイッチング素子を熱破壊から守ることができる。
【００５３】
以上説明したように、この実施形態によれば検出器を追加することなく、過負荷運転が繰り返された場合にも、過負荷から復帰した際にカウンタの値を適当な時間保持するようにカウンタの値を操作することで、スイッチング素子が熱破壊する前にインバータを保護停止することができるため、装置故障を防ぎ、負荷への給電信頼性を確保することができる。
【００５４】
（第５の実施形態）
本発明の第５の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。この第５の実施形態は、インバータの過負荷を検出するのに、先の第１〜第４の実施形態のように、インバータ電流を用いる代わりに、負荷へ供給される出力電流を用いたものである。
【００５５】
図４はこの第５の実施形態の概略構成を示す図である。
【００５６】
図４において、従来の無停電電源装置の概略構成を示す図９から変更した要素は、電流検出器８ｂを出力電流に接続した点である。先の第１〜第４の実施形態では、インバータ１の出力電流、すなわちトランス２の１次側の電流を考えたが、インバータトランス２の２次側の出力電流、すなわち負荷６へ供給される出力電流を検出しても何ら問題はなく、同様の効果を得る。
【００５７】
（第６の実施形態）
本発明の第６の実施形態に係る無停電電源装置について説明する。この第６の実施形態は、インバータの過負荷を検出するのに、先の第１〜第４の実施形態のように、インバータ電流を用いる代わりに、電力蓄積装置からインバータに供給される直流電力を用いたものである。
【００５８】
図５はこの第６の実施形態の概略構成を示す図である。
【００５９】
図５において、無停電電源装置の概略構成を示す図９から変更した要素は、直流電力蓄積手段である直流電源５に電圧検出器７ａと電流検出器８ａを接続し、インバータ電流の電流検出器８を削除した点である。
【００６０】
インバータ１のＤＣ/ＡＣ変換効率をηINVとすれば、直流電流ＩDCとインバータ電流ＩINVの関係は、それぞれに対応する電圧を用いて下記のように表せる。
【００６１】
ＶDC×ＩDC×ηINV＝ＶINV×ＩINV …（１）
式（１）よりインバータ電流を計算することができるため、直流電力蓄積手段の電圧８３および電流８２により、インバータ電流を直接検出する場合と同様の効果を得る。
【００６２】
【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、インバータのスイッチング素子の温度も考慮した過負荷保護が実施できるため装置故障を防ぎ負荷への給電信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態における過負荷検出回路の構成を示す回路図。
【図２】 本発明の第３の実施形態における過負荷検出回路の構成を示す回路図図。
【図３】 本発明の第４の実施形態における過負荷検出回路の構成を示す回路図。
【図４】 本発明の第５の実施形態の概略構成を示すブロック図。
【図５】 本発明の第６の実施形態の概略構成を示すブロック図。
【図６】 本発明の第３の実施形態におけるダウンカウンタ基準信号発生回路の構成を示す回路図。
【図７】 本発明の第１〜第３の実施形態の動作を説明するための波形図。
【図８】 本発明の第４の実施形態の動作を説明するための波形図。
【図９】 無停電電源装置の一構成例を示すブロック図。
【図１０】図９におけるインバータの一構成例を示す回路図。
【図１１】図９における振幅基準発生回路の一構成例を示す回路図。
【図１２】図９における出力電圧制御回路の一構成例を示す回路図。
【図１３】図９におけるゲート制御回路の一構成例を示す回路図。
【図１４】従来の無停電電源装置における過負荷検出回路の一構成例を示す回路図。
【図１５】図１４における電流レベル検出回路の一構成例を示す回路図。
【図１６】従来の無停電電源装置の動作を説明するための波形図。
【符号の説明】
１…インバータ
２…インバータトランス
３…コンバータ
４…商用電源
５…直流電源
６…負荷
７…電圧検出器
８…電流検出器
１０…インバータ制御回路
１１…接触器
１２…電磁スイッチ
１３…交流スイッチ
１４…切換器
２１…振幅基準発生回路
２２…周波数基準発生回路
２３…出力電圧制御回路
２４…ゲート制御回路
２５…過負荷検出回路
３１…出力電圧フィードバック
３２…インバータ電流フィードバック
３３…出力電圧位相基準指令
３４…出力電圧振幅基準
３５…出力電圧指令
３６…ゲート信号
３７…インバータ出力電圧
３８…過負荷検出信号
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
５２…ソフトスタート信号
５３…乗算器
５４…ＰＩ制御回路
５５…キャリア発生回路
５６…コンパレータ
５７…ゲート信号出力回路
６１…インバータ電流レベル検出回路
６２…カウンタ
６３…カウンタ最大値出力回路
６４…比較回路
６５…ダウンカウンタ基準発生回路
６６…カウンタ保持信号発生回路
６７…インバータ電流レベル基準発生回路
６８…ダウンカウンタ基準選択回路
６９…データ格納回路
７１…インバータ電流過負荷レベル信号
７２…ダウンカウンタ基準信号
７３…カウンタの出力信号
７４…カウンタ最大値の出力信号
７５…カウンタ保持信号
７６…インバータ電流レベル基準信号
７７…データテーブル出力信号
７８…データテーブル問合せ信号
８１…出力電流フィードバック
８２…直流電力蓄積手段電流フィードバック
８３…直流電力蓄積手段電圧フィードバック
Claims (4)
- 商用電源から負荷へ供給される交流電力を開閉する交流スイッチと、直流電力を蓄える電力蓄積装置と、前記商用電源の異常時に前記電力蓄積装置の直流電力を交流電力に変換するインバータを備えた無停電電源装置において、前記電力蓄積装置から前記インバータを経由して前記負荷に至るまでの経路の所定箇所における所定の電気量を検出し、検出された前記所定の電気量を用いて前記インバータの過負荷を検出する過負荷検出手段と、この過負荷検出手段により過負荷が検出されている間カウントを行うカウント手段と、前記インバータが過負荷状態から健全状態に復帰した後の一定時間は前記カウント手段のカウント値を保持させるとともに、一定時間内に再び過負荷が検出されたときは保持しているカウント値からカウントを続行させ、一定時間内に過負荷が検出されないときはカウント値をリセットさせる手段と、前記カウント手段の出力が所定の値に達したか否かを判定する判定手段と、この判定手段の判定結果により前記インバータの運転を制御する制御手段とを具備したことを特徴とする無停電電源装置。
- 前記過負荷検出手段は、前記インバータの出力電流を用いて、前記インバータの過負荷を検出するものであることを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
- 前記過負荷検出手段は、前記負荷へ供給される出力電流を用いて、前記インバータの過負荷を検出するものであることを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
- 前記過負荷検出手段は、前記電力蓄積装置から前記インバータに供給される直流電力を用いて、前記インバータの過負荷を検出するものであることを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
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