JP4284741B2 - Power converter - Google Patents

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【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置に関するものであり、特に系統電源に停電が発生したときにも負荷に電力を供給することができる無停電電源装置であって、蓄電手段としてのバッテリの充放電や不平衡負荷に対応する機能を有する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は例えば平成９年電気学会産業応用部門全国大会論文誌の１４９〜１５２頁、Ｎｏ．６９、「新回路方式単相ＵＰＳの試作」に示された従来の無停電電源装置の回路図である。図において、１は負荷、２はコンデンサ、３はリアクトル、４、５はスイッチ、６、７は上記スイッチ４、５各々に逆並列接続されたダイオードであり、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７によりインバータ２６を構成する。８、９はコンデンサ、１０は系統電源（交流電源）、１１は上記系統電源１０が停電したときに上記負荷１にエネルギーを供給するためのエネルギー源であるバッテリ、１２はリアクトル、１３、１４、１５はスイッチ、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２５はダイオード、２３はリアクトル、２４はリレー、２６はインバータである。
【０００３】
次に上記従来の無停電電源装置の動作について説明する。まず上記系統電源１０が正常であるとき、すなわち停電の発生がないとき、上記リレー２４は図のＡに接続される。このとき、上記系統電源１０から上記負荷１に供給するためのエネルギーをえる。このために、上記系統電源１０が正の電圧（矢印の向きの電圧）であるときには、上記スイッチ１３をオンオフし、上記スイッチ１３がオンのときに、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード１６−スイッチ１３−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図中の矢印の向きに電流が蓄積される。次に上記スイッチ１３をオフすることにより、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード２０−コンデンサ８−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に蓄積されていたエネルギーが上記コンデンサ８に移動する。このようにして上記系統電源１０が正の電圧の場合には、上記スイッチ１３をオンオフすることにより上記コンデンサ８を充電する。
【０００４】
また、上記系統電源１０が負の電圧（矢印の逆向きの電圧）であるときには、上記スイッチ１４をオンオフし、上記スイッチ１４がオンのときには、系統電源１０−スイッチ１４−ダイオード１７−ダイオード１８−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図中の矢印の逆向きに電流が蓄積される。次に上記スイッチ１４をオフすることにより、系統電源１０−コンデンサ９−ダイオード２５−ダイオード１８−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトルに蓄積されていたエネルギーが上記コンデンサ９に移動する。このようにして上記系統電源１０が負の電圧の場合には、上記スイッチ１４をオンオフすることにより上記コンデンサ９を充電する。
【０００５】
上記コンデンサ８及び９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７によるインバータ２６により、直流電圧から交流電圧に変換される。また、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により上記インバータ２６より発生する高周波電圧成分の除去を行うフィルタを構成し、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧が印加される。
【０００６】
更に上記スイッチ１５がオンすると、２つの充電経路によってバッテリー１１が充電される。即ち、系統電源１０が正の電圧となっていて、上記コンデンサ８を上記系統電源１０から充電する期間においては、スイッチ１５−リアクトル２３−バッテリ１１−ダイオード１９−コンデンサ８−ダイオード２１−スイッチ１５の経路により、上記コンデンサ８から上記リアクトル２３に電流が蓄積され上記バッテリー１１を充電する。上記スイッチ１５がオフすると、リアクトル２３−バッテリ１１−ダイオード２２−リアクトル２３の経路により、引き続きリアクトル２３のエネルギーにより上記バッテリ１１を充電する。一方、系統電源１０が負の電圧となっていて、上記コンデンサ９を上記系統電源１０から充電する期間においては、スイッチ１５−リアクトル２３−バッテリ１１−ダイオード２５−コンデンサ９−コンデンサ８−ダイオード２１−スイッチ１５の経路により、上記コンデンサ８、９から上記リアクトル２３に電流が蓄積され上記バッテリー１１を充電する。なおダイオード２５は逆方向であるが、スイッチ１４がオフの状態（コンデンサ９を系統電源１０から充電する期間）ではダイオード２５は通電可能状態なので上記経路で電流が流れる。
【０００７】
次に上記系統電源１０に停電が発生したときには、上記リレー２４は図中Ｂに接続される。このとき、上記スイッチ１３及び１４を同時にオンすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード１６−スイッチ１３−スイッチ１４−ダイオード１７−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２に図中の矢印の向きに電流が流れ、上記リアクトル１２にエネルギーが蓄積される。次に例えばスイッチ１４のみをオフすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード１６−スイッチ１３−コンデンサ９−ダイオード２５−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２のエネルギーが上記コンデンサ９に移動して上記コンデンサ９を充電する。また同様にスイッチ１３のみをオフすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード２０−コンデンサ８−スイッチ１４−ダイオード１７−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２のエネルギーが上記コンデンサ８に移動して上記コンデンサ８を充電する。
【０００８】
上記コンデンサ８及び９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７によるインバータ２６により、直流電圧から交流電圧に変換される。また、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により上記インバータ２６より発生する高周波電圧成分の除去を行うフィルタを構成し、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧が印加される。
【０００９】
このようにして、上記系統電源１０に停電が発生しても上記負荷１に常に電力を供給することができる。またバッテリ１１を充電する機能を持っているため、系統電源が停電状態から復帰して正常となったあとにバッテリを再充電することができる。また上記コンデンサ８、９のそれぞれの充電量は、系統電源１０が停電あるいは未停電いずれにおいても、上記スイッチ１３、１４のオンオフにより制御することができるため、上記負荷１が図２１（ｂ）に示すようなアンバランス電流を発生する負荷であっても、上記コンデンサ８、９の電圧はそれぞれ所望の電圧値に制御することができる。
【００１０】
図２２は例えば特開平２−１６８８６７号公報「ＰＷＭ制御による電源装置」に示された他の従来の無停電電源装置の回路図である。図において、図２０と同一の符号は同一のものであり、その説明を省略する。３０、３１はスイッチ、３２、３３は上記スイッチ３０、３１にそれぞれ逆並列接続されたダイオードである。
【００１１】
次に図２２に示す上記従来の無停電電源装置の動作について説明する。まず上記系統電源１０が正常であるとき、すなわち停電の発生がないとき、上記リレー２４は図中のＡに接続される。このとき、上記系統電源１０から上記負荷１に供給するためのエネルギーをえる。このために、上記系統電源１０が正の電圧（矢印の向きの電圧）であるときには、上記スイッチ３１をオンオフし、上記スイッチ３１をオンのときには、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−スイッチ３１−コンデンサ９−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図中の矢印の向きに電流が蓄積される。次に上記スイッチ３１をオフすることにより、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード３２−コンデンサ８−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に蓄積されていたエネルギーが上記コンデンサ８に移動する。このようにして上記系統電源１０が正の電圧の場合には、上記スイッチ３１をオンオフすることにより上記コンデンサ８を充電する。
【００１２】
また、上記系統電源１０が負の電圧（矢印の逆向きの電圧）であるときには、上記スイッチ３０をオンオフし、上記スイッチ３０がオンのときには、系統電源１０−コンデンサ８−スイッチ３０−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図中の矢印の逆向きに電流が蓄積される。次に上記スイッチ３０をオフすることにより、系統電源１０−コンデンサ９−ダイオード３３−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトルに蓄積されていたエネルギーが上記コンデンサ９に移動する。このようにして上記系統電源１０が負の電圧の場合には、上記スイッチ３０をオンオフすることにより上記コンデンサ９を充電する。
【００１３】
上記コンデンサ８及び９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７によるインバータ２６により、直流電圧から交流電圧に変換される。また、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により上記インバータより発生する高周波電圧成分の除去を行うフィルタを構成し、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧が印加される。
【００１４】
次に上記系統電源１０に停電が発生したときには、上記リレー２４は図中Ｂに接続される。このとき、上記スイッチ３１をオンすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−スイッチ３１−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２に図の矢印の向きに電流が流れ、上記リアクトル１２にエネルギーが蓄積される。次に上記スイッチ３１をオフすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード３２−コンデンサ８−コンデンサ９−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２のエネルギーが上記コンデンサ８及び９に移動して上記コンデンサ８及び９を一括に充電する。
【００１５】
上記コンデンサ８及び９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７によるインバータにより、直流電圧から交流電圧に変換される。また、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により上記インバータより発生する高周波電圧成分の除去を行うフィルタを構成し、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧が印加される。このようにして、上記系統電源１０に停電が発生しても上記負荷１に常に電力を供給することができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無停電電源は以上のように構成されており、図２０に示す無停電電源装置においては、バッテリ１１の充電において、前述したように、２つの充電経路が発生する。即ち、系統電源１０が負の電圧となっていて、コンデンサ９を系統電源１０から充電する期間においてはダイオード２５は開状態であり、図２３に示すように、スイッチ１５をオンとしたとき、スイッチ１５−リアクトル２３−バッテリ１１−ダイオード２５−コンデンサ９−コンデンサ８−ダイオード２１−スイッチ１５の経路によりバッテリ１１が充電される。この時、リアクトル２３に流れるバッテリ１１への充電電流ｉ23が、系統電源１０−コンデンサ９−ダイオード２５−ダイオード１８−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、ダイオード２５へ流れるコンデンサ９への充電電流ｉ25よりも小さい場合には、最終的にダイオード２５に流れる電流ｉ25は、ｉ25−ｉ23（>０）となり、充電電流ｉ23が全てダイオード２５に流れる。従って、コンデンサ８及び９のエネルギーは全て均等にバッテリー１１の充電に使用される。
【００１７】
一方、リアクトル２３に流れるバッテリ１１への充電電流ｉ23が、ダイオード２５へ流れるコンデンサ９への充電電流ｉ25よりも大きい場合には、最終的にダイオード２５に流れる電流ｉ25は、ｉ25−ｉ23（<０）となり、充電電流ｉ23は一部のみがダイオード２５を流れ、ダイオード２５に流れることのできなかった残りの電流（ｉ23−ｉ25）は、スイッチ１５−リアクトル２３−バッテリ１１−ダイオード１９−コンデンサ８−ダイオード２１−スイッチ１５の経路により、ダイオード１９を通して流れ、バッテリー１１を充電することになる。従って、リアクトル２３に流れるバッテリ１１への充電電流ｉ23の一部はダイオード２５を流れ、コンデンサ８及び９のエネルギーが均等にバッテリー１１の充電に使用されるが、残りの電流は、コンデンサ８のエネルギーのみがバッテリー１１の充電に使用されることとなる。
【００１８】
また、系統電源１０が正の電圧となっていて、コンデンサ８を系統電源１０から充電する期間においては、ダイオード２５に流れる電流はゼロであり、スイッチ１５をオンしたとき、スイッチ１５−リアクトル２３−バッテリ１１−ダイオード１９−コンデンサ８−ダイオード２１−スイッチ１５の経路により、充電電流ｉ２３はコンデンサ８を供給源として流れ、コンデンサ８のエネルギーのみがバッテリー１１の充電に使用されることとなる。
【００１９】
以上のように、図２０に示す無停電電源装置においては、ダイオード２５に流れる電流の大きさ如何によって、ダイオード２５を流れる経路とダイオード１９を流れる経路との２つの充電経路が発生し、ダイオード１９を通る充電経路の場合にはコンデンサ８のエネルギーのみがバッテリ１１の充電に使用される。このときコンデンサ８のエネルギーが減少するため、系統電源１０からのエネルギーはコンデンサ８をより充電するようにスイッチ１３のオンオフが行われ、例えば負荷１が無負荷である場合には、結果として図２４に示すような電流が系統に流れることになる。よって負荷１が無負荷である場合においてもバッテリ１１の充電のために図２４に示したような電流が系統に流れるため、系統側の受電変圧器に負担をかけ、場合によっては上記変圧器の偏磁を引き起こし、系統側に過電流を発生させ、系統事故の誘発になりかねないという問題点があった。
【００２０】
また図２２に示す無停電電源装置においては、バッテリ１１の充電機能がないため、別途充電器を設ける必要がある。また、系統電源１０に停電が発生し、バッテリー１１よりコンデンサ８および９を充電するときには、コンデンサ８及び９はそれぞれ独立に充電されるようにはなっていないため、例えば停電発生時のバッテリ１１による運転時に、負荷１が図２１に示すようなアンバランス電流を発生する負荷であった場合、コンデンサ８、９の電圧はそれぞれ所望の電圧値に制御することができずに、２つのコンデンサ電圧の不安定を引き起こし、ひいてはインバータ２６による運転継続が不能となるという問題点があった。こうした問題を解決するためには、図２５に示すように、スイッチ１００、ダイオード１０７、リアクトル１０６からなるバッテリ充電装置、及びスイッチ１０１，１０２、ダイオード１０３、１０４、リアクトル１０５からなるコンデンサ電圧バランス回路１１０を別途に接続すればよいが、スイッチやリアクトルの数が多くなりコストが上昇するという問題点があった。
【００２１】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、２つのコンデンサの両方のエネルギーを常に均等に用いて、バッテリを充電することにより、系統側に負担をかけない電力変換装置を得ることを目的とする。
【００２２】
また、バッテリの充電機能及び不平衡負荷に対するコンデンサのバランス機能をもつことにより、インバータの安定な運転継続を実現すると共に、さらにこれらの機能を一部共有化するように回路を構成することにより、安価な電力変換装置を得ることを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の構成による電力変換装置は、交流電源から交流電力を直流電力に変換し、上記直流電力を直列接続された第１及び第２のコンデンサに蓄積するコンバータ回路と、上記コンバータ回路によって変換された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ回路と、バッテリとを備え、上記コンバータ回路の入力端子の一方と、上記インバータ回路の出力端子の一方が、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点に接続された電力変換装置において、上記交流電源に電圧異常のない場合に、上記第１及び第２のコンデンサのエネルギーを均等に用いて上記コンバータ回路とは独立した電流経路を介して上記バッテリを蓄電する制御を行い、上記交流電源に電圧異常のある場合に、回路を切り替えて上記コンバータ回路を介して上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサに放電する制御を行い、上記交流電源から変換された直流電力を上記第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、および上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位の制御を行うものである。
【００２４】
また、本発明の第２の構成による電力変換装置は、交流電源から交流電力を直流電力に変換し、上記直流電力を第１及び第２のコンデンサの直列回路に蓄積するコンバータ回路と、上記コンバータ回路によって変換された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ回路と、バッテリとを備え、上記コンバータ回路の入力端子の一方と、上記インバータ回路の出力端子の一方が、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点に接続された電力変換装置において、上記コンバータ回路は、上記交流電源の一端に接続された第１のリアクトルの出力側端子と上記第１及び第２のコンデンサの直列回路の両端との間に各々接続され、上記交流電源に対して互いに逆の方向性を有する第１及び第２のダイオード、上記第１及び第２のダイオードを介して上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と並列接続され、同一の方向性を有する第１及び第２のスイッチの直列回路、及び、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点と上記第１及び第２のスイッチの相互接続点と上記交流電源の他端とを接続する接続手段によって構成され、さらに、上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と並列接続された、第３のスイッチと第２のリアクトルと上記バッテリとの直列回路、上記第２のリアクトルと上記バッテリとに並列接続され、上記第３のスイッチと逆の方向性を有する第３のダイオード、上記第１のリアクトルの入力側端子を、上記交流電源の一端と上記バッテリの一端とに切り替えて接続する第１のリレー、並びに上記バッテリの他端を、上記第１及び第２のコンデンサの直列回路の一端と上記第１及び第２のスイッチの直列回路の一端とに切り替えて接続する第２のリレーを備え、上記交流電源に電圧異常のない場合には、上記第１のリレーを上記交流電源側に、上記第２のリレーを上記第１及び第２のコンデンサの直列回路側に切り替え、上記第１及び第２のコンデンサのエネルギーを均等に用いて上記バッテリを蓄電する制御を行い、上記交流電源に電圧異常のある場合には、上記第１のリレーを上記バッテリ側に、上記第２のリレーを上記第１及び第２のスイッチの直列回路側に切り替え、上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサに放電する制御を行い、上記交流電源から変換された直流電力を上記第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、および上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位の制御を行うようにしたものである。
【００２５】
また、本発明の第３の構成による電力変換装置は、交流電源から交流電力を直流電力に変換し、上記直流電力を第１及び第２のコンデンサの直列回路に蓄積するコンバータ回路と、上記コンバータ回路によって変換された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ回路と、バッテリとを備え、上記コンバータ回路の入力端子の一方と、上記インバータ回路の出力端子の一方が、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点に接続された電力変換装置において、上記コンバータ回路は、上記交流電源の一端に接続された第１のリアクトルの出力側端子と上記第１及び第２のコンデンサの直列回路の両端との間に各々接続され、上記交流電源に対して互いに逆の方向性を有する第１及び第２のスイッチ、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点と上記交流電源の他端とを接続する接続手段によって構成され、さらに、一端が上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と上記第１のスイッチとの間に接続され、他端が上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と上記第２のスイッチとの間に接続された、第３のスイッチと第２のリアクトルと上記バッテリとの直列回路、上記第２のリアクトルと上記バッテリとに並列接続され、上記第３のスイッチと逆の方向性を有する第４のスイッチ、上記第１のリアクトルの入力側端子を、上記交流電源の一端と上記バッテリの一端とに切り替えて接続する第１のリレー、並びに上記第２のリアクトルの一端を、上記バッテリの一端と上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点とに切り替えて接続する第２のリレーを備え、上記交流電源に電圧異常のない場合には、上記第１のリレーを上記交流電源側に、上記第２のリレーを上記バッテリ側に切り替え、上記第１及び第２のコンデンサのエネルギーを均等に用いて上記バッテリを蓄電する制御を行い、上記交流電源に電圧異常のある場合には、上記第１のリレーを上記バッテリ側に、上記第２のリレーを上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点側に切り替え、上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサに放電する制御を行い、上記交流電源から変換された直流電力を上記第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、および上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位の制御を行うようにしたものである。
【００２６】
また、本発明の第４の構成による電力変換装置は、第３の構成において、コンバータ回路は、交流電源の電圧が正常の場合において、上記交流電源から変換された直流電力を第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、各コンデンサを各々独立して蓄電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの電圧の和と上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点の電位を検出し、上記電圧の和と所望の設定値との差分を演算し、上記差分を第１の制御器にて増幅し、更に上記交流電源の位相と一致した正弦を乗算した第１の電流指令値と、上記相互接続点の電位と所望の設定値との差分を演算し、上記差分を第２の制御器にて増幅し、更に上記交流電源の位相と一致した正弦の絶対値を乗算した第２の電流指令値を演算し、上記第１の電流指令値と上記第２の電流指令値の和を、上記交流電源に流す電流の指令値とする制御回路を有し、上記切り替え手段により上記交流電源に流す電流が上記電流の指令値に追従するようにしたものである。
【００２７】
また、本発明の第５の構成による電力変換装置は、第４の構成において、コンバータ回路は、交流電源の電圧が異常の場合において、バッテリのエネルギーを第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、各コンデンサを各々独立して放電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位が所望の設定値となるように、上記切り替え手段により、上記第１及び第２のコンデンサのうちいずれか一方のコンデンサの電圧を制御する制御回路を有するものである。
【００２８】
また、本発明の第６の構成による電力変換装置は、第４の構成において、コンバータ回路は、交流電源の電圧が異常の場合において、バッテリのエネルギーを第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、各コンデンサを各々独立して放電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位が所望の設定値となるように、負荷に流れる負荷電流を検出して、上記切り替え手段により上記負荷電流と一致した電流が上記第１及び第２のコンデンサに流れるように制御する制御回路を有するものである。
【００２９】
また、本発明の第７の構成による電力変換装置は、第４の構成において、コンバータ回路は、交流電源の電圧が異常の場合において、バッテリのエネルギーを第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、各コンデンサを各々独立して放電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位が所望の設定値となるように、負荷に流れる負荷電流を検出して、上記切り替え手段により、上記負荷電流に含まれる直流分の電流が上記第１及び第２のコンデンサに流れるように制御する制御回路を有するものである。
【００３０】
また、本発明の第８の構成による電力変換装置は、第１ないし第７のいずれかの構成において、電力変換装置を使用せずに保存するときは、バッテリによりコンデンサが充電されないように回路を切り替えるようにしたものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による電力変換装置を示す回路図であり、従来装置と同一の記号は同一のものであり、その説明を省略する。４０〜４２はスイッチ、４３〜４７はダイオード、４８はリレー、４９はリアクトルである。
【００３２】
次に図１の装置の動作について説明する。まず系統電源１０が正常であるとき、すなわち停電の発生がないとき、リレー２４及びリレー４８は図のＡに接続される。このときに、上記系統電源１０から負荷１に供給するためのエネルギーを得る。このために、上記系統電源１０の電圧Ｖ1が正の電圧（矢印の向きの電圧）であるときには、上記スイッチ４０をオンオフし、上記スイッチ４０がオンのときには、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード４４−スイッチ４０−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図の向きに電流ｉLが蓄積される。次に上記スイッチ４０をオフすることにより、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード４４−ダイオード４６−コンデンサ８−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に蓄積されていたエネルギーは上記コンデンサ８に移動する。このようにして上記系統電源１０が正の電圧の場合には、上記スイッチ４０をオンオフすることにより上記コンデンサ８への充電が実施される。
【００３３】
また、上記系統電源１０の電圧Ｖ1が負の電圧（矢印の逆向きの電圧）であるときには、上記スイッチ４１をオンオフし、上記スイッチ４１がオンのときには、系統電源１０−スイッチ４１−ダイオード４３−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図の矢印の逆向きの電流ｉLが蓄積される。次に上記スイッチ４１をオフすることにより、系統電源１０−コンデンサ９−ダイオード４７−ダイオード４３−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に蓄積されていたエネルギーは上記コンデンサ９に移動する。このようにして上記系統電源１０の電圧Ｖ1が負の電圧の場合には、上記スイッチ４１をオンオフすることにより上記コンデンサ９の充電を行う。またこのときの系統電源１０の電圧Ｖ1と電流ｉLの波形例を図２に示す。（ａ）は電圧Ｖ1の波形、（ｂ）は電流ｉLの波形である。電流ｉLには上記スイッチ４０及び４１のスイッチング動作に伴うリプル電流が重畳する。このリプル電流は系統側に挿入された図示しないフィルタにより除去される。また図に示すように、電流ｉLは電圧Ｖ1と同相となるように高力率制御されることにより、系統電源１０に流れ出る高調波電流が抑制される。
【００３４】
以上のように、上記コンデンサ８及び９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７からなるインバータ２６により、直流電圧から交流電圧に変換される。また図３に示すように、上記インバータ２６より発生する高周波電圧成分を含んだ電圧（ａ）は、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により構成されるフィルタを通過し、結果として上記コンデンサ２の電圧ＶCの波形が（ｂ）のように整形されるため、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧を印加することができる。
【００３５】
同様に系統電源１０が正常であるとき、すなわち停電の発生がないときのバッテリ１１の充電動作につき説明する。このときの充電回路を図４に示す。上記バッテリ１１の充電電圧は、上記コンデンサ８及び９の電圧よりも小さい値となるように設定されているものとする。上記スイッチ４２がオンすると、上記コンデンサ８、９から上記リアクトル４９に電流ＩBが蓄積され、同時に上記バッテリー１１を充電する。次に上記スイッチ４２がオフすると、リアクトル４９−バッテリ１１−ダイオード４５の経路により、引き続きリアクトル４９のエネルギーにより上記バッテリ１１を充電する。よって、上記スイッチ４２のオンオフを適切に制御することにより、上記バッテリ１１の電圧を所望の値に充電することができる。
【００３６】
次に上記系統電源１０に停電が発生したときには、上記リレー２４及びリレー４８は図１のＢに接続される。このとき、上記スイッチ４０及び４１を同時にオンすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード４４−スイッチ４０−スイッチ４１−リレー４８−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２に図の矢印の向きに電流ｉLが流れ、上記リアクトル１２にエネルギーが蓄積される。次に例えばスイッチ４１のみをオフすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード４４−スイッチ４０−コンデンサ９−ダイオード４７−リレー４８−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２のエネルギーが上記コンデンサ９に移動して上記コンデンサ９を充電する。また同様にスイッチ４０のみをオフすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード４４−ダイオード４６−コンデンサ８−スイッチ４１−リレー４８−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２のエネルギーが上記コンデンサ８に移動して上記コンデンサ８を充電する。
【００３７】
以上のようにして上記コンデンサ８及びコンデンサ９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７からなるインバータ２６により、直流電圧から交流電圧に変換される。また図３に示すように、上記インバータ２６より発生する高周波電圧成分を含んだ電圧（ａ）は、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により構成されるフィルタを通過し、結果として上記コンデンサ２の電圧ＶCの波形が図３（ｂ）のように整形されるため、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧を印加することができる。
【００３８】
このようにして、上記系統電源１０に停電が発生しても上記負荷１に常に電力を供給することができる。またバッテリ１１を充電する機能を持っているため、系統電源が停電状態から復帰して正常となったあとにバッテリを再充電することができる。また、系統電源が正常時においても異常時においても、上記コンデンサ８、９のそれぞれの充電量は上記スイッチ４０、４１のオンオフにより制御することができるため、上記負荷１が図２１に示すようなアンバランス電流を発生する負荷であっても、上記コンデンサ８、９の電圧はそれぞれ所望の電圧値に制御することができる。また、バッテリ１１の充電経路は図４の回路にて上記コンデンサ８及び９のエネルギーを均等に用いて充電するため、バッテリ１１の充電によるコンデンサ８及び９の電圧減少はそれぞれ同量となり、これを補充するための系統から供給するエネルギーとして、図２４で示したような電流を流すことがなく、正負対象の電流波形となるため、系統側の変圧器などに負担をかけることなく、安定した電力供給を行うことができる。
【００３９】
また、図１に示した回路の他の構成方法を図５に示す。図において、９０、９１はダイオードである。図１では（ａ）の構成としたが、（ｂ）の構成としても同様の回路動作を実現することができる。更に、図５（ｂ）の構成では、系統電源１０が正常時に系統電源のエネルギーをコンデンサ８、９に蓄積させるが、このとき、（ａ）の構成と比較して、蓄積のための経路にダイオード１個分の導通ロスが低減できるため、より変換効率の高い電力変換装置を得ることができる。
【００４０】
実施の形態２．
図６に本発明の実施の形態２による電力変換装置を示す回路図である。図において、従来例及び実施の形態１と同一の記号は同一のものであり、その説明を省略する。５０、５１はスイッチ、５２、５３はダイオード、５４はリレー、５５はリアクトルである。
【００４１】
次に図６の回路の動作について説明する。まず系統電源１０が正常であるとき、すなわち停電の発生がないとき、リレー２４及びリレー５４は図のＡに接続される。このために、上記系統電源１０が正の電圧（矢印の向きの電圧）であるときには、上記スイッチ３１をオンオフし、上記スイッチ３１がオンのときには、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−スイッチ３１−コンデンサ９−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図の向きに電流ＩＬが蓄積される。次に上記スイッチ３１をオフすることにより、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード３２−コンデンサ８−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に蓄積されていたエネルギーが上記コンデンサ８に移動する。このようにして上記系統電源１０が正の電圧の場合には、上記スイッチ３１をオンオフすることにより上記コンデンサ８を充電する。
【００４２】
また、上記系統電源１０が負の電圧（矢印の逆向きの電圧）であるときには、上記スイッチ３０をオンオフし、上記スイッチ３０がオンのときには、系統電源１０−コンデンサ８−スイッチ３０−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図の逆向きに電流が蓄積される。次に上記スイッチ３０をオフすることにより、系統電源１０−コンデンサ９−ダイオード３３−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトルに蓄積されていたエネルギーが上記コンデンサ９に移動する。このようにして上記系統電源１０が負の電圧の場合には、上記スイッチ３０をオンオフすることにより上記コンデンサ９を充電する。
【００４３】
上記のように上記コンデンサ８及び９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７によるインバータにより、直流電圧から交流電圧に変換される。また、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により上記インバータより発生する高周波電圧成分の除去を行うフィルタを構成し、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧が印加される。
【００４４】
さらに上記系統電源１０が正常であるときには、図７に示すような回路により上記バッテリ１１を充電する。すなわち、上記リレー５４は図のＡに接続されており、このとき上記スイッチ５０をオンすると、スイッチ５０−リアクトル５５−リレー５４−バッテリ１１−コンデンサ９−コンデンサ８−スイッチ５０の経路により、コンデンサ８及び９のエネルギーを均等に用いて上記バッテリ１１を充電し、電流ＩBが流れる。次に上記スイッチ５０をオフすると、電流ＩBはリアクトル５５−リレー５４−バッテリ１１−ダイオード５３−リアクトル５５の経路により、電流ＩBが流れて上記バッテリ１１を充電する。
【００４５】
さらに上記系統電源１０が正常であるとき、図８に示すように上記負荷１が不平衡なために（ｂ）のような電流ＩOUTが流れる場合には、コンデンサ８、９の電圧をそれぞれ所望の電圧値になるように制御する。即ち、図８（ｂ）の電流が流れるときは、コンデンサ８の放電がコンデンサ９の放電よりも多くなり、コンデンサ８の電圧ＶC1とコンデンサ９の電圧ＶC2との間に電圧差が発生するため、制御回路を設けて、上記電圧差を検出し、結果として上記コンデンサ８をより充電するように働くように系統電源１０の電流が（ｃ）に示すような電流波形となるように制御する。
図９に具体的な制御回路の例を示す。図において、５６、５７は加算器、５８、５９は減算器、６０、６１はＰＩ制御器に代表されるような制御器、６２、６３は乗算器、６４は絶対値演算回路である。まず２つのコンデンサ電圧ＶC1、ＶC2の和が上記加算器５６にて加算され、ＶC1とＶC2の和の電圧の指令値である直流電圧指令値ＶD *と比較するために、上記減算器５８にて減算される。上記減算の結果は誤差信号として上記制御器６０に入力され、上記制御器６０は上記誤差信号に応じた信号Ｉ*を出力する。
【００４６】
制御回路は、上記系統電源１０の位相の正弦値ｓｉｎθを図示しない検出装置で検出し、上記乗算器６２により上記信号Ｉ*とｓｉｎθとの乗算を実行する。上記乗算の結果、系統電源１０の電圧位相と合致した正弦波状の信号Ｉ1 *を得る。
【００４７】
また、上記減算器５９により上記コンデンサ８及び９の差電圧を検出し、上記制御器６１に入力する。上記制御器６１は上記差電圧に応じた信号ＩＩ*を出力する。また、上記信号ｓｉｎθは上記絶対値回路６４に入力され、上記乗算器６３により、上記信号ｓｉｎθの絶対値と上記信号ＩＩ*の乗算を実行する。上記乗算の結果、信号Ｉ2 *を得る。上記信号Ｉ1 *及びＩ2 *の和を上記加算器５７により得て、これを上記リアクトル１２の電流指令ＩL *とし、ＩL *に追従するようにスイッチ３０、３１をスイッチングさせる。波形結果例を図１０に示す。図１０において、（ａ）は系統電源１０の電圧Ｖ1の波形、（ｂ）は上記信号Ｉ1 *の波形、（ｃ）は上記信号Ｉ2 *の波形、（ｄ）は上記信号ＩL *の波形であり、上記系統電源１０の電流ＩLはＩL *に追従するように動作する。よって上記コンデンサ８をより多く充電するように働くため、結果的にＶC1とＶC2の電圧がバランスする。
【００４８】
次に上記系統電源１０に停電が発生したときには、上記リレー２４及びリレー５４は図のＢに接続される。上記リレー２４により、図１１に示すように上記バッテリ１１から上記インバータ２６へのエネルギー供給経路を得る。以下具体的な動作について説明する。上記スイッチ３１をオンすると、図１２に示すように、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−スイッチ３１−バッテリ１１の経路により、電流ＩLが上記リアクトル１２に蓄積する。次に上記スイッチ３１をオフすると、図１３に示すように、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード３２−コンデンサ８−コンデンサ９−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２に蓄積されたエネルギーが上記コンデンサ８及び９に移動してこれらに蓄積される。このようにして上記スイッチ３１をオンオフすることにより、上記バッテリ１１のエネルギーを上記コンデンサ８、９に移動し、上記インバータ２６及び負荷１にエネルギーを供給し、上記コンデンサ８の電圧ＶC1と上記コンデンサ９の電圧ＶC2の和電圧を所望の値に制御する。
【００４９】
また、上記負荷１が図８を用いて説明したような不平衡な負荷特性を持つ場合にも上記インバータ２６を安定に動作させるために、図１４に示すように上記リレー５４、及びスイッチ５０、５１を用い、さらに図１５に示す制御回路を用いて、上記コンデンサ８及び９の電圧が安定となるように制御する。即ち、バッテリ１１のエネルギーはスイッチ３１及びダイオード３２によりリアクトル１２及びリレー２４を介して、上記コンデンサ８及びコンデンサ９を同時に同じエネルギーで充電するため、負荷１が不平衡な負荷特性を持つ場合には、上記コンデンサ８及び上記コンデンサ９の電圧がアンバランスとなり安定しない。従って制御回路によりスイッチ５０、５１を制御して、上記コンデンサ８及び９の電圧が安定となるように制御する。具体的な制御回路を図１５に示す。図１５において、７０及び７２は減算器、７１及び７３は例えばＰＩ制御器に代表される制御器、７４は比較器、７５は三角波信号、７６はＮＯＴ回路であり、上記制御回路は上記コンデンサ９の電圧ＶC2を指令値ＶC2 *となるように制御するものである。図において、上記減算器７０にて電圧ＶC2の指令値との誤差を演算し上記制御器７１に上記誤差が入力される。上記制御器は上記誤差に応じた信号ＩBAL *を出力し、図１４に示した電流ＩBALが上記信号ＩBAL *に等しくなるように、まず上記減算器７２にて上記電流ＩBALの指令値に対する誤差を演算し、上記制御器７３に上記誤差が入力される。上記制御器７３は上記誤差に応じた電圧指令ＶBAL *を出力し、上記比較器７４にて上記三角波信号と比較し、その結果を上記スイッチ５０のオン信号ＳＷ５０とし、上記ＮＯＴ回路７６にて反転された結果を上記スイッチ５１のオン信号ＳＷ５１とする。このように制御回路を構成することにより上記電圧ＶC2はその指令値ＶC2 *と一致するように制御され、電圧ＶC2が安定となり、電圧ＶC1とＶC2の和電圧が図１１の回路により所望の値に制御されているため、結果として電圧ＶC1も安定となる。
【００５０】
このように、上記系統電源１０に停電が発生しても上記負荷１に常に電力を供給することができる。またバッテリ１１を充電する機能を持っているため、系統電源が停電状態から復帰して正常となったあとにバッテリを再充電することができる。また上記コンデンサ８、９のそれぞれの充電量は、上記系統電源１０に異常の無いときは上記スイッチ３０、３１のオンオフにより、上記系統電源１０に停電が発生しているときは上記スイッチ５０、５１のオンオフにより制御することができるため、上記負荷１が図２１に示すようなアンバランス電流を発生する負荷であっても、上記コンデンサ８、９の電圧はそれぞれ所望の電圧値に制御することができ、インバータ２６を安定に動作させることができる。また、バッテリ１１への充電経路は図７の回路にて上記コンデンサ８及び９のエネルギーを均等に用いて充電するため、バッテリ１１への充電によるコンデンサ８及び９の電圧減少はそれぞれ同量となり、これを補充するための系統から供給するエネルギーとして、図２４で示したような電流を流すことがなく、正負対象の電流波形となるため、系統側の変圧器などに負担をかけることなく、安定した電力供給を行うことができる。
【００５１】
実施の形態３．
次に、上記電圧ＶC1とＶC2が安定となるように制御する他の制御回路の例を図１６に示す。図１６において、９２は減算器であり、他は前述の実施の形態２と同様である。ここでは上記負荷１の電流ＩOUTを検出し、上記電流ＩOUTと上記電流ＩBALが一致するように制御器７３を動作させることにより、上記電圧ＶC1及びＶC2の電圧が安定となる。
【００５２】
具体的には、図６において、例えば電流ＩOUTが図中の向き（正の向き）であるとき、上記電流ＩOUTの成分は上記スイッチ４がオンのタイミングでは上記コンデンサ８のみを放電し、次に上記スイッチ４がオフのタイミングではコンデンサ９のみを充電するように流れる。上記インバータ２６のスイッチ４及び５はパルス幅変調により交互にオンオフするように動作しているため、必ず上記のような動作を伴う。上記負荷１が不平衡な負荷特性を持っており、上記電流ＩOUTが正の向きにしか流れないときには、上記コンデンサ８の放電及び上記コンデンサ９の充電が続き、結果として上記電圧ＶC1及びＶC2の電圧が安定に保たれない。これを補償するために、図１６に示した制御回路により、上記スイッチ５０及び５１を互いにオンオフさせながら、上記リアクトル５５に上記ＩOUTと同じ電流ＩBALを流すことにより、上記電流ＩOUTが正の向きの場合には上記電流ＩBALも図１４で示す矢印の向きに流れ、上記スイッチ５０がオンのときには上記コンデンサ８を充電、オフのときには上記コンデンサ９を放電し、結果として各々のコンデンサにおける充放電量が等しくなり、上記電圧ＶC1及びＶC2は所定の電圧の範囲に安定する。また、負荷へ供給されるエネルギーは上記バッテリ１１から上記コンデンサ８および９を一括に充電するため、バッテリ１１からの充電により上記電圧ＶC1及びＶC2が不安定になることはない。
【００５３】
実施の形態４．
更に、上記電圧ＶC1とＶC2を安定となるように制御する他の制御方法につき説明する。図１４の回路にて、図１７に示すようにスイッチ５０及び５１をそれぞれ等しいオン幅で互いにスイッチングさせるとする。このとき電圧ＶC1が電圧ＶC2よりも大きいと、上記リアクトル５５に流れる電流ＩBALが図１４中の矢印の逆向きに流れるように上記リアクトル５５に平均電圧が印加される。逆に電圧ＶC1とＶC2が等しいときには、上記リアクトル５５にかかる平均電圧はゼロとなり、上記電流ＩBALは流れない。
【００５４】
ところで、図１４の回路においては、上記リアクトル５５と上記コンデンサ８及び９によりＬＣ共振する経路をもつことになる。従って電圧ＶC1が電圧ＶC2よりも大きいときを動作の開始点とすると、図１８に示すように、電流ＩBALは直流オフセット電流ＩOSと上記共振により発生する電流成分の和となる。上記電流ＩOSは上記電圧ＶC1及びＶC2のアンバランスにより起因する電流である。上記負荷１がアンバランスであれば、このアンバランス電流の成分としてＩOSが現れることになる。またこのような共振電流はそのピーク値が高く、上記スイッチ５０、５１、上記ダイオード５２、５３などに電流ストレスをもたらすために電流容量の大きい素子が必要となるという問題点がある。こうした問題を解決するために、上記共振成分電流のみをゼロとするように上記ＩBALを制御し、上記リアクトル５５にアンバランス負荷に起因するＩOSのみを流すようにするのが望ましい。
【００５５】
図１９に上記制御方法を実現するための制御回路を示す。図において、７７はＰＩ制御器などに代表される制御器、７８はハイパスフィルタ、７９は減算器である。まず検出された電流ＩBALを上記ハイパスフィルタ７８により共振電流成分のみ抽出する。制御回路が上記共振電流成分をゼロとするように動作するために、まず上記減算器７９により指令値（ゼロ）との減算を行い、減算結果を誤差信号として上記制御器７７に入力する。上記制御器７７は上記誤差に応じた電圧指令ＶBAL *を出力し、上記比較器７４にて三角波信号と比較し、その結果を上記スイッチ５０のオン信号ＳＷ５０とし、上記ＮＯＴ回路７６にて反転された結果を上記スイッチ５１のオン信号ＳＷ５１とする。結果として上記電流ＩBALは概ねアンバランス負荷に対応した直流電流成分のみとなり、図１８に示したような共振電流が抑制される。このようにして上記電圧ＶC1及びＶC2の電圧が安定となる。
【００５６】
実施の形態５．
実施の形態１及び２に示すような無停電電源装置では、ユーザーが長期間使用しないで装置を保存する場合、安全性の上から、コンデンサ８及び９のエネルギーを放電するために、例えば図示しない抵抗を上記コンデンサ８及び９に並列に接続する。上記の使用しない期間において、バッテリ１１が上記コンデンサ８及び９を充電しないように回路を構成しておくと、上記抵抗による上記バッテリ１１の無駄な放電を抑制することができる。すなわち、図１の回路においてはリレー２４を図のＡに接続するようにする。また図６の回路においてはリレー２４を図のＡに接続し、かつリレー５４を図のＢに接続するようにする。このようにして、バッテリ１１から上記コンデンサ８及び９への放電経路を断つことができるため、装置を使用しないときの上記バッテリ１１の無駄な放電を抑制することができ、効率のよい装置を得ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、この発明の第１の構成によれば、第１及び第２のコンデンサの両方のエネルギーを常に均等に用いて、コンバータ回路とは独立した電流経路を介してバッテリを充電することができ、系統側に負担をかけない電力変換装置を得ることができる。また、バッテリの充電機能及び不平衡負荷に対するコンデンサのバランス機能を有するため、インバータの安定な運転継続が実現できる。
【００５８】
また、この発明の第２及び第３の構成によれば、上記効果に加え、上記バッテリの充電機能及び不平衡負荷に対するコンデンサのバランス機能を一部共有化するように回路を構成したため、安価な電力変換装置を得ることができる。
【００５９】
また、この発明の第４の構成によれば、上記系統電源から変換された直流電力を２つのコンデンサへ蓄電する際に、２つのコンデンサの相互接続点における電位が安定化し、インバータの安定な運転継続が実現できる。
【００６０】
また、この発明の第５ないし第７の構成によれば、蓄電手段のエネルギーを２つのコンデンサへ放電する際に、２つのコンデンサの相互接続点における電位が安定化し、インバータの安定な運転継続が実現できる。
【００６１】
また、この発明の第８の構成によれば、上記各構成の電力変換装置において、装置を使用しなときのバッテリの無駄な放電を抑制することができるため、効率のよい装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す回路図である。
【図２】 この発明の実施の形態１による電力変換装置における系統電源の電圧波形と電流波形を示す図である。
【図３】 この発明の実施の形態１による電力変換装置におけるインバータの出力電圧とコンデンサの電圧波形を示す図である。
【図４】 この発明の実施の形態１による電力変換装置におけるバッテリの充電動作を説明する図である。
【図５】 この発明の実施の形態１による他の電力変換装置の一部分を示す回路図である。
【図６】 この発明の実施の形態２による電力変換装置を示す回路図である。
【図７】 この発明の実施の形態２による電力変換装置におけるバッテリの充電動作を説明する図である。
【図８】 この発明の実施の形態２による電力変換装置における不平衡負荷時の波形を示す図である。
【図９】 図８の電流ＩLを実現するための制御回路を示す図である。
【図１０】 図９の制御回路における電圧電流波形を示す図である。
【図１１】 この発明の実施の形態２による電力変換装置におけるバッテリの放電動作を説明する図である。
【図１２】 この発明の実施の形態２による電力変換装置におけるバッテリの放電動作を説明する図である。
【図１３】 この発明の実施の形態２による電力変換装置におけるバッテリの放電動作を説明する図である。
【図１４】 この発明の実施の形態２による電力変換装置における放電時のコンデンサ電圧制御の動作を説明する図である。
【図１５】 この発明の実施の形態２による電力変換装置における放電時のコンデンサ電圧制御のための制御回路を示す図である。
【図１６】 この発明の実施の形態３による電力変換装置における放電時のコンデンサ電圧制御のための制御回路を示す図である。
【図１７】 この発明の実施の形態４による電力変換装置における放電時のコンデンサ電圧制御の動作を説明する図である。
【図１８】 この発明の実施の形態４による電力変換装置における放電時のコンデンサ電圧制御の動作を説明する図である。
【図１９】 この発明の実施の形態４による電力変換装置における放電時のコンデンサ電圧制御のための制御回路を示す図である。
【図２０】 従来の電力変換装置を示す回路図である。
【図２１】 不平衡負荷時の波形を示す図である。
【図２２】 従来の他の電力変換装置を示す回路図である。
【図２３】 従来の電力変換装置におけるバッテリの充電動作を説明する図である。
【図２４】 従来の電力変換装置におけるバッテリの充電動作時の波形を示す図である。
【図２５】 図２２に示す従来の電力変換装置に対してバッテリ充電装置及びコンデンサバランス回路を設置した装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１ 負荷、２，８，９ コンデンサ、３，１２，２３，４９，５５ リアクトル、４，５，１３〜１５，３０，３１，４０〜４２，５０，５１ スイッチ、６，７，１６〜２２，２５，３２，３３，４３〜４７，５２，５３，９０，９１ ダイオード、１０ 系統電源、１１ バッテリ、２４，４８，５４ リレー、２６インバータ、５６，５７ 加算器、５８，５９，７０，７２，７９，９２ 減算器、６０，６１，７３，７７ 制御器、６２，６３ 乗算器、７４ 比較器、７５ 三角波、７６ 反転器、７８ ハイパスフィルタ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power conversion device, and more particularly to an uninterruptible power supply device that can supply power to a load even when a power failure occurs in a system power supply. The present invention relates to a device having a function corresponding to a balanced load.
[0002]
[Prior art]
FIG. 20 shows, for example, pages 149 to 152 of the National Institute of Electrical Engineers of Japan in 1997, No. 149-152. 69 is a circuit diagram of a conventional uninterruptible power supply shown in “Prototype of a new circuit type single-phase UPS”. In the figure, 1 is a load, 2 is a capacitor, 3 is a reactor, 4 and 5 are switches, 6 and 7 are diodes connected in reverse parallel to the switches 4 and 5, and the switches 4 and 5, the diode 6, 7 constitutes the inverter 26. 8 and 9 are capacitors, 10 is a system power supply (AC power supply), 11 is a battery that is an energy source for supplying energy to the load 1 when the system power supply 10 fails, 12 is a reactor, Reference numeral 15 is a switch, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 25 are diodes, 23 is a reactor, 24 is a relay, and 26 is an inverter.
[0003]
Next, the operation of the conventional uninterruptible power supply will be described. First, when the system power supply 10 is normal, that is, when there is no power failure, the relay 24 is connected to A in the figure. At this time, the energy for supplying the load 1 from the system power supply 10 is obtained. For this reason, when the system power supply 10 is at a positive voltage (voltage in the direction of the arrow), the switch 13 is turned on and off, and when the switch 13 is on, the system power supply 10-relay 24-reactor 12-diode. Current is accumulated in the reactor 12 in the direction of the arrow in the figure by the path of 16-switch 13-system power supply 10. Next, when the switch 13 is turned off, the energy stored in the reactor 12 is transferred to the capacitor 8 through the path of the system power supply 10 -relay 24 -reactor 12 -diode 20 -capacitor 8 -system power supply 10. . Thus, when the system power supply 10 has a positive voltage, the capacitor 8 is charged by turning on and off the switch 13.
[0004]
When the system power supply 10 is a negative voltage (voltage in the direction opposite to the arrow), the switch 14 is turned on / off. When the switch 14 is on, the system power supply 10-switch 14-diode 17-diode 18- Current is accumulated in the reactor 12 in the direction opposite to the arrow in the figure by the path of the reactor 12 -the relay 24 -the system power supply 10. Next, by turning off the switch 14, the energy accumulated in the reactor is transferred to the capacitor 9 through the path of the system power supply 10 -capacitor 9 -diode 25 -diode 18 -reactor 12 -relay 24 -system power supply 10. Moving. Thus, when the system power supply 10 has a negative voltage, the capacitor 9 is charged by turning on and off the switch 14.
[0005]
The energy stored in the capacitors 8 and 9 is converted from a DC voltage to an AC voltage by the inverter 26 including the switches 4 and 5 and the diodes 6 and 7. The reactor 3 and the capacitor 2 constitute a filter that removes the high-frequency voltage component generated by the inverter 26, and a sine wave voltage that does not include a high-frequency component is applied to the voltage applied to the load 1.
[0006]
Further, when the switch 15 is turned on, the battery 11 is charged through two charging paths. That is, the switch 15 -reactor 23 -battery 11 -diode 19 -capacitor 8 -diode 21 -switch 15 during the period when the system power supply 10 is at a positive voltage and the capacitor 8 is charged from the system power supply 10. A current is accumulated in the reactor 23 from the capacitor 8 by the path, and the battery 11 is charged. When the switch 15 is turned off, the battery 11 is continuously charged by the energy of the reactor 23 through the path of the reactor 23, the battery 11, the diode 22, and the reactor 23. On the other hand, during the period in which the system power supply 10 has a negative voltage and the capacitor 9 is charged from the system power supply 10, the switch 15-reactor 23-battery 11-diode 25-capacitor 9-capacitor 8-diode 21- Current is accumulated in the reactor 23 from the capacitors 8 and 9 through the path of the switch 15 to charge the battery 11. Although the diode 25 is in the reverse direction, in the state where the switch 14 is OFF (the period during which the capacitor 9 is charged from the system power supply 10), the diode 25 is in a current-carrying state, so that current flows through the above path.
[0007]
Next, when a power failure occurs in the system power supply 10, the relay 24 is connected to B in the figure. At this time, if the switches 13 and 14 are simultaneously turned on, the direction of the arrow in the figure is indicated on the reactor 12 by the path of battery 11-relay 24-reactor 12-diode 16-switch 13-switch 14-diode 17-battery 11. Current flows, and energy is accumulated in the reactor 12. Next, for example, when only the switch 14 is turned off, the energy of the reactor 12 moves to the capacitor 9 through the path of battery 11-relay 24-reactor 12-diode 16-switch 13-capacitor 9-diode 25-battery 11. The capacitor 9 is charged. Similarly, when only the switch 13 is turned off, the energy of the reactor 12 moves to the capacitor 8 through the path of the battery 11-relay 24-reactor 12-diode 20-capacitor 8-switch 14-diode 17-battery 11. The capacitor 8 is charged.
[0008]
The energy stored in the capacitors 8 and 9 is converted from a DC voltage to an AC voltage by the inverter 26 including the switches 4 and 5 and the diodes 6 and 7. The reactor 3 and the capacitor 2 constitute a filter that removes the high-frequency voltage component generated by the inverter 26, and a sine wave voltage that does not include a high-frequency component is applied to the voltage applied to the load 1.
[0009]
In this way, it is possible to always supply power to the load 1 even if a power failure occurs in the system power supply 10. In addition, since the battery 11 has a function of charging, the battery can be recharged after the system power supply returns from the power failure state and becomes normal. Further, the amount of charge of each of the capacitors 8 and 9 can be controlled by turning on and off the switches 13 and 14 regardless of whether the system power supply 10 is out of power or not. Therefore, the load 1 is shown in FIG. Even with a load that generates an unbalanced current as shown, the voltages of the capacitors 8 and 9 can be controlled to desired voltage values.
[0010]
FIG. 22 is a circuit diagram of another conventional uninterruptible power supply disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-168867, “Power Supply by PWM Control”. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 20 are the same, and the description thereof is omitted. Reference numerals 30 and 31 denote switches, and reference numerals 32 and 33 denote diodes connected in reverse parallel to the switches 30 and 31, respectively.
[0011]
Next, the operation of the conventional uninterruptible power supply shown in FIG. 22 will be described. First, when the system power supply 10 is normal, that is, when no power failure occurs, the relay 24 is connected to A in the figure. At this time, the energy for supplying the load 1 from the system power supply 10 is obtained. For this reason, when the system power supply 10 is at a positive voltage (voltage in the direction of the arrow), the switch 31 is turned on / off. When the switch 31 is turned on, the system power supply 10-relay 24-reactor 12-switch 31 is turned on. A current is accumulated in the reactor 12 in the direction of the arrow in the figure by the path of the capacitor 9 and the system power supply 10. Next, when the switch 31 is turned off, the energy accumulated in the reactor 12 moves to the capacitor 8 through the path of the system power supply 10 -the relay 24 -the reactor 12 -the diode 32 -the capacitor 8 -the system power supply 10. . Thus, when the system power supply 10 has a positive voltage, the capacitor 8 is charged by turning on and off the switch 31.
[0012]
When the system power supply 10 is a negative voltage (voltage in the direction opposite to the arrow), the switch 30 is turned on and off. When the switch 30 is on, the system power supply 10 -capacitor 8 -switch 30 -reactor 12- Current is accumulated in the reactor 12 in the direction opposite to the arrow in the figure by the path of the relay 24 and the system power supply 10. Next, when the switch 30 is turned off, the energy accumulated in the reactor is transferred to the capacitor 9 through the path of the system power supply 10 -capacitor 9 -diode 33 -reactor 12 -relay 24 -system power supply 10. Thus, when the system power supply 10 has a negative voltage, the capacitor 9 is charged by turning on and off the switch 30.
[0013]
The energy stored in the capacitors 8 and 9 is converted from a DC voltage to an AC voltage by the inverter 26 including the switches 4 and 5 and the diodes 6 and 7. The reactor 3 and the capacitor 2 constitute a filter that removes the high-frequency voltage component generated from the inverter, and a sine wave voltage that does not include a high-frequency component is applied to the voltage applied to the load 1.
[0014]
Next, when a power failure occurs in the system power supply 10, the relay 24 is connected to B in the figure. At this time, when the switch 31 is turned on, a current flows in the direction of the arrow in the figure through the path of the battery 11-relay 24-reactor 12-switch 31-battery 11, and energy is accumulated in the reactor 12. The Next, when the switch 31 is turned off, the energy of the reactor 12 moves to the capacitors 8 and 9 through the path of the battery 11-relay 24-reactor 12-diode 32-capacitor 8-capacitor 9-battery 11 and the capacitor 11 Charge 8 and 9 together.
[0015]
The energy stored in the capacitors 8 and 9 is converted from a DC voltage to an AC voltage by an inverter including the switches 4 and 5 and the diodes 6 and 7. The reactor 3 and the capacitor 2 constitute a filter that removes the high-frequency voltage component generated from the inverter, and a sine wave voltage that does not include a high-frequency component is applied to the voltage applied to the load 1. In this way, it is possible to always supply power to the load 1 even if a power failure occurs in the system power supply 10.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
The conventional uninterruptible power supply is configured as described above, and in the uninterruptible power supply apparatus shown in FIG. 20, as described above, two charging paths are generated in charging the battery 11. That is, the diode 25 is in an open state during the period when the system power supply 10 has a negative voltage and the capacitor 9 is charged from the system power supply 10, and when the switch 15 is turned on as shown in FIG. The battery 11 is charged through a path of 15-reactor 23-battery 11-diode 25-capacitor 9-capacitor 8-diode 21-switch 15. At this time, the charging current i to the battery 11 flowing through the reactor 23twenty threeThe charging current i to the capacitor 9 flowing to the diode 25 through the path of the system power supply 10 -capacitor 9 -diode 25 -diode 18 -reactor 12 -relay 24 -system power supply 10twenty fiveIs smaller than the current i that finally flows through the diode 25.twenty fiveItwenty five-Itwenty three(> 0) and charging current itwenty threeAll flow through the diode 25. Therefore, all the energy of the capacitors 8 and 9 is equally used for charging the battery 11.
[0017]
On the other hand, the charging current i to the battery 11 flowing through the reactor 23twenty threeIs the charging current i to the capacitor 9 flowing to the diode 25twenty fiveIs larger than the current i that finally flows through the diode 25.twenty fiveItwenty five-Itwenty three(<0) and charging current itwenty threeIs only partially flowing through the diode 25 and the remaining current (itwenty three-Itwenty five) Flows through the diode 19 through the path of the switch 15 -reactor 23 -battery 11 -diode 19 -capacitor 8 -diode 21 -switch 15 to charge the battery 11. Therefore, the charging current i to the battery 11 flowing through the reactor 23twenty threePart of the current flows through the diode 25, and the energy of the capacitors 8 and 9 is equally used to charge the battery 11, but only the energy of the capacitor 8 is used to charge the battery 11 for the remaining current. .
[0018]
Further, during the period when the system power supply 10 is at a positive voltage and the capacitor 8 is charged from the system power supply 10, the current flowing through the diode 25 is zero, and when the switch 15 is turned on, the switch 15 -reactor 23- By the path of battery 11 -diode 19 -capacitor 8 -diode 21 -switch 15, charging current i23 flows using capacitor 8 as a supply source, and only the energy of capacitor 8 is used for charging battery 11.
[0019]
As described above, in the uninterruptible power supply shown in FIG. 20, two charging paths, a path flowing through the diode 25 and a path flowing through the diode 19, are generated depending on the magnitude of the current flowing through the diode 25. Only the energy of the capacitor 8 is used to charge the battery 11. At this time, since the energy of the capacitor 8 is reduced, the switch 13 is turned on and off so that the energy from the system power supply 10 charges the capacitor 8 more. For example, when the load 1 is unloaded, the result shown in FIG. A current as shown in FIG. Therefore, even when the load 1 is unloaded, the current as shown in FIG. 24 flows through the system for charging the battery 11, so that a load is applied to the power receiving transformer on the system side. There was a problem that it could cause a system fault by causing bias magnetism and generating an overcurrent on the system side.
[0020]
In the uninterruptible power supply shown in FIG. 22, since there is no charging function of the battery 11, it is necessary to provide a separate charger. Further, when a power failure occurs in the system power supply 10 and the capacitors 8 and 9 are charged from the battery 11, the capacitors 8 and 9 are not charged independently of each other. When the load 1 is a load that generates an unbalanced current as shown in FIG. 21 during operation, the voltages of the capacitors 8 and 9 cannot be controlled to the desired voltage values. There was a problem that instability was caused, and as a result, the operation by the inverter 26 could not be continued. In order to solve such a problem, as shown in FIG. 25, a battery charging device including a switch 100, a diode 107, and a reactor 106, and a capacitor voltage balance circuit 110 including switches 101 and 102, diodes 103 and 104, and a reactor 105 are provided. However, there is a problem that the number of switches and reactors increases and the cost increases.
[0021]
The present invention has been made to solve the above-described problems, and a power converter that does not place a burden on the system side by charging the battery by always using the energy of both capacitors equally. The purpose is to obtain.
[0022]
In addition, by having a battery charging function and a capacitor balancing function against an unbalanced load, it is possible to continue stable operation of the inverter, and further, by configuring a circuit to share some of these functions, An object is to obtain an inexpensive power converter.
[0023]
[Means for Solving the Problems]
  The power conversion device according to the first configuration of the present invention includes:Alternating currentAC power is converted from DC power to DC power, and the DC power is connected in series1st and 2ndA converter circuit that accumulates in a capacitor of the inverter, and an inverter circuit that converts the DC power converted by the converter circuit into AC power and supplies the AC power to a loadWith batteryOne of the input terminals of the converter circuit and one of the output terminals of the inverter circuit are1st and 2ndIn the power converter connected to the interconnection point of the capacitors ofThe above exchangeWhen there is no voltage abnormality in the power supply,The first and secondEvenly using the energy of capacitorsThe battery is connected via a current path independent of the converter circuit.Store electricityControl,the aboveAlternating currentIf the power supply has a voltage abnormality, switch the circuitVia the converter circuitthe aboveBatteryThe energy of the above1st and 2ndDischarge to the capacitorControl,the aboveAlternating currentThe DC power converted from the power supply1st and 2ndWhen storing electricity in the capacitor, and aboveBatteryThe energy of the above1st and 2ndWhen discharging to a capacitor1st and 2ndPotential at the capacitor interconnection pointofcontrolI doIs.
[0024]
  Moreover, the power converter device by the 2nd structure of this invention isA converter circuit that converts AC power from an AC power source into DC power, stores the DC power in a series circuit of first and second capacitors, and converts the DC power converted by the converter circuit into AC power to load An inverter circuit to be supplied to the battery, and a battery, wherein one of the input terminals of the converter circuit and one of the output terminals of the inverter circuit are connected to an interconnection point of the first and second capacitors In the device, the aboveThe converter circuitthe aboveThe first reactor connected to one end of the AC power supplyOut ofPower side terminalthe aboveFirst and second diodes connected respectively to both ends of a series circuit of first and second capacitors and having opposite directions to the AC power source;the aboveThrough the first and second diodesthe aboveA series circuit of first and second switches connected in parallel with a series circuit of first and second capacitors and having the same directionality;And aboveAn interconnection point of the first and second capacitors;the aboveConnection means for connecting the interconnection point of the first and second switches and the other end of the AC power supplyFurther comprising the aboveFirst and second capacitorsSeries circuitA third switch and a second reactor connected in parallel withthe aboveSeries circuit with battery,the aboveWith the second reactorthe aboveConnected in parallel with the battery,the aboveA third diode having a direction opposite to that of the third switch;the aboveA first relay for switching and connecting the input side terminal of the first reactor to one end of the AC power source and one end of the battery, and the batteryLiThe other endthe aboveOne end of a series circuit of first and second capacitors;the aboveA second relay that switches and connects to one end of a series circuit of first and second switchesWithWhen there is no voltage abnormality in the AC power supply,the aboveThe first relay on the AC power supply side,the aboveThe second relaythe aboveSwitch to the series circuit side of the first and second capacitors,Control to store the battery using the energy of the first and second capacitors equally.If there is a voltage abnormality in the AC power supply,the aboveThe first relay to the battery side,the aboveThe second relaythe aboveSwitch to the series circuit side of the first and second switches,Control is performed to discharge the energy of the battery to the first and second capacitors, and when the DC power converted from the AC power source is stored in the first and second capacitors, and the energy of the battery is When discharging to the first and second capacitors, the potential at the interconnection point of the first and second capacitors is controlled.It is what I did.
[0025]
  Moreover, the power converter device by the 3rd structure of this invention isA converter circuit that converts AC power from an AC power source into DC power, stores the DC power in a series circuit of first and second capacitors, and converts the DC power converted by the converter circuit into AC power to load An inverter circuit to be supplied to the battery, and a battery, wherein one of the input terminals of the converter circuit and one of the output terminals of the inverter circuit are connected to an interconnection point of the first and second capacitors In the device, the aboveThe converter circuitthe aboveThe first reactor connected to one end of the AC power supplyOut ofPower side terminalthe aboveFirst and second switches respectively connected between both ends of a series circuit of first and second capacitors and having opposite directions with respect to the AC power supply;the aboveConnection means for connecting the interconnection point of the first and second capacitors and the other end of the AC power supplyIn addition,One endthe aboveA series circuit of first and second capacitors;the aboveConnected between the first switch and the other endthe aboveA series circuit of first and second capacitors;the aboveA third switch and a second reactor connected between the second switch and the second switch;the aboveSeries circuit with battery,the aboveWith the second reactorthe aboveConnected in parallel with the battery,the aboveA fourth switch having a direction opposite to that of the third switch;the aboveA first relay for switching and connecting the input side terminal of the first reactor to one end of the AC power source and one end of the battery; andthe aboveOne end of the second reactor is connected to one end of the batterythe aboveA second relay that switches and connects to the interconnection point of the first and second capacitorsWithWhen there is no voltage abnormality in the AC power supply,the aboveThe first relay on the AC power supply side,the aboveSwitch the second relay to the battery side,Control to store the battery using the energy of the first and second capacitors equally.If there is a voltage abnormality in the AC power supply,the aboveThe first relay to the battery side,the aboveThe second relaythe aboveSwitch to the interconnection point side of the first and second capacitors,Control is performed to discharge the energy of the battery to the first and second capacitors, and when the DC power converted from the AC power source is stored in the first and second capacitors, and the energy of the battery is When discharging to the first and second capacitors, the potential at the interconnection point of the first and second capacitors is controlled.It is what I did.
[0026]
  Moreover, the power converter device by the 4th structure of this invention WHEREIN: In a 3rd structure,Converter circuitIsAlternating currentWhen the power supply voltage is normal,Alternating currentDC power converted from the power supply1st and 2ndWhen storing in the capacitor, the switching means for storing each capacitor independently, and the above1st and 2ndSum of capacitor voltage and above1st and 2ndAnd detecting the potential at the interconnection point of the capacitor, calculating the difference between the sum of the voltages and a desired set value, amplifying the difference with a first controller, and furtherAlternating currentCalculating the difference between the first current command value multiplied by the sine that matches the phase of the power supply, the potential of the interconnection point and the desired set value, and amplifying the difference by the second controller; the aboveAlternating currentThe second current command value multiplied by the absolute value of the sine that matches the phase of the power supply is calculated, and the sum of the first current command value and the second current command value isAlternating currentIt has a control circuit which makes the command value of the current passed through the power supply, and the switching meansAlternating currentThe current flowing through the power supply follows the command value of the current.
[0027]
  Moreover, the power converter device by the 5th structure of this invention is the 4th structure,Converter circuitIsAlternating currentWhen the power supply voltage is abnormal,BatteryThe energy of1st and 2ndAnd having a switching means for discharging each capacitor independently when discharging to the capacitor,The first and secondSo that the potential at the interconnection point of the capacitors becomes a desired set value by the switching means.1st and 2ndA control circuit for controlling the voltage of one of the capacitors.
[0028]
  A power converter according to a sixth configuration of the present invention is the fourth configuration,Converter circuitIsAlternating currentWhen the power supply voltage is abnormal,BatteryThe energy of1st and 2ndAnd switching means for discharging each capacitor independently when discharging to the capacitor, and1st and 2ndThe load current flowing through the load is detected so that the potential at the interconnection point of the capacitors becomes a desired set value, and the current that matches the load current is detected by the switching means.1st and 2ndA control circuit for controlling the current to flow through the capacitor.
[0029]
  A power converter according to a seventh configuration of the present invention is the fourth configuration,Converter circuitIsAlternating currentWhen the power supply voltage is abnormal,BatteryThe energy of1st and 2ndAnd switching means for discharging each capacitor independently when discharging to the capacitor, and1st and 2ndThe load current flowing through the load is detected so that the potential at the interconnection point of the capacitor becomes a desired set value, and the switching means converts the direct current component contained in the load current1st and 2ndA control circuit for controlling the current to flow through the capacitor.
[0030]
  In addition, when the power converter according to the eighth configuration of the present invention is stored without using the power converter in any of the first to seventh configurations,BatteryThus, the circuit is switched so that the capacitor is not charged.
[0031]
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 circuit diagram showing a power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The same symbols as those in the conventional apparatus are the same, and the description thereof is omitted. 40 to 42 are switches, 43 to 47 are diodes, 48 is a relay, and 49 is a reactor.
[0032]
Next, the operation of the apparatus shown in FIG. 1 will be described. First, when the system power supply 10 is normal, that is, when no power failure occurs, the relay 24 and the relay 48 are connected to A in the figure. At this time, energy for supplying the load 1 from the system power supply 10 is obtained. For this purpose, the voltage V of the system power supply 10 is1Is a positive voltage (voltage in the direction of the arrow), the switch 40 is turned on and off. When the switch 40 is on, the system power supply 10 -the relay 24 -the reactor 12 -the diode 44 -the switch 40 -the system power supply 10 Depending on the path, the current i flows through the reactor 12 in the direction shown in the figure.LIs accumulated. Next, when the switch 40 is turned off, the energy stored in the reactor 12 through the path of the system power supply 10-relay 24-reactor 12-diode 44-diode 46-capacitor 8-system power supply 10 is transferred to the capacitor 8. Move to. Thus, when the system power supply 10 has a positive voltage, the capacitor 8 is charged by turning on and off the switch 40.
[0033]
The voltage V of the system power supply 101Is a negative voltage (a voltage in the direction opposite to the arrow), the switch 41 is turned on and off. When the switch 41 is on, the system power supply 10-switch 41-diode 43-reactor 12-relay 24-system power supply 10 The current i in the direction opposite to the arrow in the figure is fed to the reactor 12 by the path ofLIs accumulated. Next, when the switch 41 is turned off, the energy accumulated in the reactor 12 through the path of the system power supply 10 -capacitor 9 -diode 47 -diode 43 -reactor 12 -relay 24 -system power supply 10 is transferred to the capacitor 9 Move to. In this way, the voltage V of the system power supply 10 is1When is a negative voltage, the capacitor 9 is charged by turning on and off the switch 41. Also, the voltage V of the system power supply 10 at this time1And current iLAn example of the waveform is shown in FIG. (A) is the voltage V1(B) shows current i.LIt is a waveform. Current iLThe ripple current accompanying the switching operation of the switches 40 and 41 is superimposed on. This ripple current is removed by a filter (not shown) inserted on the system side. As shown in the figure, the current iLIs the voltage V1The harmonic current flowing out to the system power supply 10 is suppressed by performing high power factor control so as to be in phase with the power source.
[0034]
As described above, the energy accumulated in the capacitors 8 and 9 is converted from a DC voltage to an AC voltage by the inverter 26 including the switches 4 and 5 and the diodes 6 and 7. Further, as shown in FIG. 3, the voltage (a) including the high frequency voltage component generated by the inverter 26 passes through the filter constituted by the reactor 3 and the capacitor 2, and as a result, the voltage V of the capacitor 2 is obtained.CIs shaped as shown in (b), so that a voltage applied to the load 1 can be applied with a sine wave voltage that does not contain a high frequency component.
[0035]
Similarly, the charging operation of the battery 11 when the system power supply 10 is normal, that is, when no power failure occurs will be described. The charging circuit at this time is shown in FIG. It is assumed that the charging voltage of the battery 11 is set to be smaller than the voltage of the capacitors 8 and 9. When the switch 42 is turned on, the current I flows from the capacitors 8 and 9 to the reactor 49.BAre stored, and the battery 11 is charged at the same time. Next, when the switch 42 is turned off, the battery 11 is continuously charged by the energy of the reactor 49 through the path of the reactor 49, the battery 11 and the diode 45. Therefore, the voltage of the battery 11 can be charged to a desired value by appropriately controlling on / off of the switch 42.
[0036]
Next, when a power failure occurs in the system power supply 10, the relay 24 and the relay 48 are connected to B in FIG. At this time, if the switches 40 and 41 are turned on at the same time, the path of the battery 11-relay 24-reactor 12-diode 44-switch 40-switch 41-relay 48-battery 11 is directed to the reactor 12 in the direction of the arrow in the figure. Current iLFlows and energy is accumulated in the reactor 12. Next, for example, when only the switch 41 is turned off, the energy of the reactor 12 is transferred to the capacitor 9 through the path of battery 11-relay 24-reactor 12-diode 44-switch 40-capacitor 9-diode 47-relay 48-battery 11. Move and charge the capacitor 9. Similarly, when only the switch 40 is turned off, the energy of the reactor 12 is transferred to the capacitor 8 through the path of the battery 11-relay 24-reactor 12-diode 44-diode 46-capacitor 8-switch 41-relay 48-battery 11. Move and charge the capacitor 8.
[0037]
The energy accumulated in the capacitors 8 and 9 as described above is converted from a DC voltage to an AC voltage by the inverter 26 including the switches 4 and 5 and the diodes 6 and 7. Further, as shown in FIG. 3, the voltage (a) including the high frequency voltage component generated by the inverter 26 passes through the filter constituted by the reactor 3 and the capacitor 2, and as a result, the voltage V of the capacitor 2 is obtained.C3 is shaped as shown in FIG. 3B, it is possible to apply a sine wave voltage that does not include a high frequency component to the voltage applied to the load 1.
[0038]
In this way, it is possible to always supply power to the load 1 even if a power failure occurs in the system power supply 10. In addition, since the battery 11 has a function of charging, the battery can be recharged after the system power supply returns from the power failure state and becomes normal. Moreover, since the charge amount of each of the capacitors 8 and 9 can be controlled by turning on and off the switches 40 and 41 regardless of whether the system power supply is normal or abnormal, the load 1 is as shown in FIG. Even with a load that generates an unbalanced current, the voltages of the capacitors 8 and 9 can be controlled to desired voltage values. Further, since the charging path of the battery 11 is charged by using the energy of the capacitors 8 and 9 equally in the circuit of FIG. 4, the voltage decrease of the capacitors 8 and 9 due to the charging of the battery 11 is the same amount. As the energy supplied from the system for replenishment, the current as shown in FIG. 24 does not flow, and the current waveform is a positive / negative target. Therefore, stable power can be obtained without imposing a burden on the transformer on the system side. Supply can be made.
[0039]
FIG. 5 shows another configuration method of the circuit shown in FIG. In the figure, reference numerals 90 and 91 denote diodes. Although FIG. 1 shows the configuration (a), the same circuit operation can be realized even with the configuration (b). Further, in the configuration of FIG. 5B, the energy of the system power supply is stored in the capacitors 8 and 9 when the system power supply 10 is normal. At this time, compared to the configuration of FIG. Since the conduction loss for one diode can be reduced, a power conversion device with higher conversion efficiency can be obtained.
[0040]
Embodiment 2. FIG.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a power conversion apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, the same symbols as those of the conventional example and the first embodiment are the same, and the description thereof is omitted. 50 and 51 are switches, 52 and 53 are diodes, 54 is a relay, and 55 is a reactor.
[0041]
Next, the operation of the circuit of FIG. 6 will be described. First, when the system power supply 10 is normal, that is, when no power failure occurs, the relay 24 and the relay 54 are connected to A in the figure. For this reason, when the system power supply 10 is at a positive voltage (voltage in the direction of the arrow), the switch 31 is turned on and off. When the switch 31 is on, the system power supply 10-relay 24-reactor 12-switch 31 is turned on. The current IL is accumulated in the reactor 12 in the direction of the figure by the path of the capacitor 9 and the system power supply 10. Next, when the switch 31 is turned off, the energy accumulated in the reactor 12 moves to the capacitor 8 through the path of the system power supply 10 -the relay 24 -the reactor 12 -the diode 32 -the capacitor 8 -the system power supply 10. . Thus, when the system power supply 10 has a positive voltage, the capacitor 8 is charged by turning on and off the switch 31.
[0042]
When the system power supply 10 is a negative voltage (voltage in the direction opposite to the arrow), the switch 30 is turned on and off. When the switch 30 is on, the system power supply 10 -capacitor 8 -switch 30 -reactor 12- Current is accumulated in the reactor 12 in the reverse direction of the figure by the path of the relay 24 and the system power supply 10. Next, when the switch 30 is turned off, the energy accumulated in the reactor is transferred to the capacitor 9 through the path of the system power supply 10 -capacitor 9 -diode 33 -reactor 12 -relay 24 -system power supply 10. Thus, when the system power supply 10 has a negative voltage, the capacitor 9 is charged by turning on and off the switch 30.
[0043]
The energy accumulated in the capacitors 8 and 9 as described above is converted from a DC voltage to an AC voltage by the inverters of the switches 4 and 5 and the diodes 6 and 7. The reactor 3 and the capacitor 2 constitute a filter that removes the high-frequency voltage component generated from the inverter, and a sine wave voltage that does not include a high-frequency component is applied to the voltage applied to the load 1.
[0044]
Further, when the system power supply 10 is normal, the battery 11 is charged by a circuit as shown in FIG. That is, the relay 54 is connected to A in the figure. When the switch 50 is turned on at this time, the capacitor 8 is connected through the path of switch 50 -reactor 55 -relay 54 -battery 11 -capacitor 9 -capacitor 8 -switch 50. And 9 are equally charged to charge the battery 11 and the current IBFlows. Next, when the switch 50 is turned off, the current IBIs a current I through a path of reactor 55-relay 54-battery 11-diode 53-reactor 55.BFlows to charge the battery 11.
[0045]
Further, when the system power source 10 is normal, the load 1 is unbalanced as shown in FIG.OUTWhen the current flows, the voltages of the capacitors 8 and 9 are controlled so as to have respective desired voltage values. That is, when the current of FIG. 8B flows, the discharge of the capacitor 8 is larger than the discharge of the capacitor 9, and the voltage V of the capacitor 8C1And the voltage V of the capacitor 9C2Since a voltage difference is generated between the power supply 10 and the control circuit, a current is supplied to the system power supply 10 so as to detect the voltage difference and to charge the capacitor 8 as a result. The current is controlled so as to obtain a current waveform.
FIG. 9 shows an example of a specific control circuit. In the figure, 56 and 57 are adders, 58 and 59 are subtractors, 60 and 61 are controllers such as a PI controller, 62 and 63 are multipliers, and 64 is an absolute value calculation circuit. First, two capacitor voltages VC1, VC2Is added by the adder 56, and VC1And VC2DC voltage command value V which is the command value of the sum of the voltagesD *Is subtracted by the subtractor 58. The result of the subtraction is input to the controller 60 as an error signal, and the controller 60 outputs a signal I corresponding to the error signal.*Is output.
[0046]
The control circuit detects a sine value sin θ of the phase of the system power supply 10 with a detection device (not shown), and the multiplier 62 outputs the signal I.*Is multiplied by sin θ. As a result of the multiplication, a sinusoidal signal I that matches the voltage phase of the system power supply 10 is obtained.1 *Get.
[0047]
The subtractor 59 detects the difference voltage between the capacitors 8 and 9 and inputs it to the controller 61. The controller 61 receives a signal II corresponding to the differential voltage.*Is output. The signal sin θ is input to the absolute value circuit 64, and the multiplier 63 outputs the absolute value of the signal sin θ and the signal II.*Perform multiplication. As a result of the multiplication, the signal I2 *Get. Above signal I1 *And I2 *Is obtained by the adder 57, and is obtained from the current command I of the reactor 12.L *And IL *The switches 30 and 31 are switched so as to follow the above. An example of the waveform result is shown in FIG. In FIG. 10, (a) shows the voltage V of the system power supply 10.1(B) shows the signal I1 *(C) shows the signal I2 *(D) shows the signal IL *The current I of the system power supply 10 isLIs IL *It works to follow. Therefore, it works to charge the capacitor 8 more, resulting in VC1And VC2The voltage is balanced.
[0048]
Next, when a power failure occurs in the system power supply 10, the relay 24 and the relay 54 are connected to B in the figure. The relay 24 provides an energy supply path from the battery 11 to the inverter 26 as shown in FIG. A specific operation will be described below. When the switch 31 is turned on, as illustrated in FIG.LAccumulates in the reactor 12. Next, when the switch 31 is turned off, as shown in FIG. 13, the energy accumulated in the reactor 12 is transferred through the path of battery 11 -relay 24 -reactor 12 -diode 32 -capacitor 8 -capacitor 9 -battery 11. It moves to the capacitors 8 and 9 and accumulates in these. By turning the switch 31 on and off in this way, the energy of the battery 11 is transferred to the capacitors 8 and 9, the energy is supplied to the inverter 26 and the load 1, and the voltage V of the capacitor 8 is supplied.C1And the voltage V of the capacitor 9C2Is controlled to a desired value.
[0049]
In order to operate the inverter 26 stably even when the load 1 has an unbalanced load characteristic as described with reference to FIG. 8, the relay 54 and the switch 50, as shown in FIG. 51 and further using the control circuit shown in FIG. 15 to control the voltages of the capacitors 8 and 9 to be stable. That is, since the energy of the battery 11 is charged simultaneously with the same energy by the switch 31 and the diode 32 via the reactor 12 and the relay 24, the load 1 has an unbalanced load characteristic. The voltages of the capacitor 8 and the capacitor 9 become unbalanced and are not stable. Accordingly, the switches 50 and 51 are controlled by the control circuit so that the voltages of the capacitors 8 and 9 are stabilized. A specific control circuit is shown in FIG. In FIG. 15, 70 and 72 are subtractors, 71 and 73 are controllers represented by, for example, a PI controller, 74 is a comparator, 75 is a triangular wave signal, 76 is a NOT circuit, and the control circuit is the capacitor 9. Voltage VC2Command value VC2 *It controls to become. In the figure, voltage VC2An error from the command value is calculated and the error is input to the controller 71. The controller controls the signal I according to the error.BAL *And the current I shown in FIG.BALIs the signal IBAL *In the subtracter 72, the current IBALAn error with respect to the command value is calculated, and the error is input to the controller 73. The controller 73 receives a voltage command V corresponding to the error.BAL *Is compared with the triangular wave signal by the comparator 74, and the result is set as the ON signal SW50 of the switch 50, and the result inverted by the NOT circuit 76 is set as the ON signal SW51 of the switch 51. By constructing the control circuit in this way, the voltage VC2Is its command value VC2 *To control the voltage VC2Becomes stable and the voltage VC1And VC2Is controlled to a desired value by the circuit of FIG.C1Is also stable.
[0050]
Thus, even if a power failure occurs in the system power supply 10, power can always be supplied to the load 1. In addition, since the battery 11 has a function of charging, the battery can be recharged after the system power supply returns from the power failure state and becomes normal. The charge amounts of the capacitors 8 and 9 are determined by turning on and off the switches 30 and 31 when there is no abnormality in the system power supply 10, and the switches 50 and 51 when a power failure occurs in the system power supply 10. Therefore, even if the load 1 is a load that generates an unbalanced current as shown in FIG. 21, the voltages of the capacitors 8 and 9 can be controlled to desired voltage values, respectively. Thus, the inverter 26 can be operated stably. Further, since the charging path to the battery 11 is charged by using the energy of the capacitors 8 and 9 equally in the circuit of FIG. 7, the voltage decrease of the capacitors 8 and 9 due to the charging of the battery 11 is the same amount, respectively. As the energy supplied from the system for replenishing this, the current as shown in FIG. 24 does not flow, and the current waveform is the target of positive and negative. Therefore, stable power can be obtained without imposing a burden on the transformer on the system side. Power supply can be performed.
[0051]
Embodiment 3 FIG.
Next, the voltage VC1And VC2FIG. 16 shows an example of another control circuit that controls so as to be stable. In FIG. 16, 92 is a subtractor, and the others are the same as those in the second embodiment. Here, the current I of the load 1OUTAnd the current IOUTAnd the current IBALBy operating the controller 73 so that the two coincide with each other, the voltage VC1And VC2The voltage becomes stable.
[0052]
Specifically, in FIG. 6, for example, the current IOUTIs the direction (positive direction) in the figure, the current IOUTThis component flows so as to discharge only the capacitor 8 when the switch 4 is turned on and to charge only the capacitor 9 when the switch 4 is turned off. Since the switches 4 and 5 of the inverter 26 operate so as to be alternately turned on and off by pulse width modulation, the operations described above are always involved. The load 1 has an unbalanced load characteristic, and the current IOUTFlows only in the positive direction, discharging of the capacitor 8 and charging of the capacitor 9 continues, resulting in the voltage VC1And VC2The voltage is not kept stable. In order to compensate for this, the control circuit shown in FIG. 16 turns on and off the switches 50 and 51 with respect to the reactor 55.OUTSame current I asBALCurrent IOUTIs positive when the current IBAL14 flows in the direction of the arrow shown in FIG. 14. When the switch 50 is on, the capacitor 8 is charged, and when the switch 50 is off, the capacitor 9 is discharged. As a result, the amount of charge / discharge in each capacitor becomes equal, and the voltage VC1And VC2Stabilizes in a predetermined voltage range. Further, since the energy supplied to the load charges the capacitors 8 and 9 from the battery 11 in a lump, the voltage VC1And VC2Does not become unstable.
[0053]
Embodiment 4 FIG.
Furthermore, the voltage VC1And VC2A description will be given of another control method for controlling the control so as to be stable. In the circuit of FIG. 14, it is assumed that the switches 50 and 51 are switched to each other with the same ON width as shown in FIG. At this time, the voltage VC1Is the voltage VC2Is greater than the current I flowing through the reactor 55.BALIs applied to the reactor 55 so that flows in the direction opposite to the arrow in FIG. Conversely, voltage VC1And VC2Are equal, the average voltage applied to the reactor 55 becomes zero, and the current IBALDoes not flow.
[0054]
By the way, in the circuit of FIG. 14, the reactor 55 and the capacitors 8 and 9 have a path for LC resonance. Therefore voltage VC1Is the voltage VC2Is greater than the current I, as shown in FIG.BALIs the DC offset current IOSAnd the sum of current components generated by the resonance. Current IOSIs the voltage VC1And VC2Current caused by the unbalance of. If the load 1 is unbalanced, the component of this unbalanced current is IOSWill appear. In addition, such a resonance current has a high peak value, and there is a problem that an element having a large current capacity is required to cause current stress to the switches 50 and 51, the diodes 52 and 53, and the like. In order to solve such a problem, the above IBAL, And the reactor 55 is caused by an unbalanced load IOSIt is desirable to flow only.
[0055]
FIG. 19 shows a control circuit for realizing the above control method. In the figure, 77 is a controller typified by a PI controller, 78 is a high-pass filter, and 79 is a subtractor. First, the detected current IBALIs extracted only by the high-pass filter 78. In order for the control circuit to operate so that the resonance current component becomes zero, the subtracter 79 first subtracts from the command value (zero), and inputs the subtraction result to the controller 77 as an error signal. The controller 77 outputs a voltage command V corresponding to the error.BAL *The comparator 74 compares the result with a triangular wave signal, and the result is the ON signal SW50 of the switch 50, and the result inverted by the NOT circuit 76 is the ON signal SW51 of the switch 51. As a result, the current IBALIs substantially only a direct current component corresponding to the unbalanced load, and the resonance current as shown in FIG. 18 is suppressed. In this way, the voltage VC1And VC2The voltage becomes stable.
[0056]
Embodiment 5 FIG.
In the uninterruptible power supply as shown in the first and second embodiments, when the device is stored without being used for a long period of time, for example, in order to discharge the energy of the capacitors 8 and 9 from the viewpoint of safety, it is not illustrated. A resistor is connected in parallel with the capacitors 8 and 9. If the circuit is configured so that the battery 11 does not charge the capacitors 8 and 9 during the unused period, useless discharge of the battery 11 due to the resistor can be suppressed. That is, in the circuit of FIG. 1, the relay 24 is connected to A in the figure. In the circuit of FIG. 6, the relay 24 is connected to A in the figure, and the relay 54 is connected to B in the figure. In this way, since the discharge path from the battery 11 to the capacitors 8 and 9 can be cut off, wasteful discharge of the battery 11 when the apparatus is not used can be suppressed, and an efficient apparatus is obtained. be able to.
[0057]
【The invention's effect】
  As described above, according to the first configuration of the present invention,1st and 2ndAlways use the energy of both capacitors equallyVia a current path independent of the converter circuitIt is possible to obtain a power conversion device that can charge the battery and does not place a burden on the system side. In addition, since the battery charging function and the capacitor balancing function against the unbalanced load are provided, stable operation of the inverter can be continued.
[0058]
Further, according to the second and third configurations of the present invention, in addition to the above effects, the circuit is configured so as to share part of the battery charging function and the capacitor balancing function against the unbalanced load. A power converter can be obtained.
[0059]
According to the fourth configuration of the present invention, when the DC power converted from the system power supply is stored in the two capacitors, the potential at the interconnection point of the two capacitors is stabilized, and the inverter can be operated stably. Continuation can be realized.
[0060]
According to the fifth to seventh configurations of the present invention, when the energy of the power storage means is discharged to the two capacitors, the potential at the interconnection point of the two capacitors is stabilized, and the inverter can be stably operated continuously. realizable.
[0061]
In addition, according to the eighth configuration of the present invention, in the power conversion device having each configuration described above, it is possible to suppress wasteful discharge of the battery when the device is not used, and thus it is possible to obtain an efficient device. it can.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram showing a power conversion apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing a voltage waveform and a current waveform of a system power supply in the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an output voltage of an inverter and a voltage waveform of a capacitor in the power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention.
FIG. 4 is a diagram illustrating a battery charging operation in the power conversion device according to embodiment 1 of the present invention.
FIG. 5 is a circuit diagram showing a part of another power conversion device according to Embodiment 1 of the present invention;
FIG. 6 is a circuit diagram showing a power conversion device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 7 is a diagram illustrating a battery charging operation in a power conversion device according to Embodiment 2 of the present invention.
FIG. 8 is a diagram showing a waveform at the time of an unbalanced load in the power conversion device according to embodiment 2 of the present invention.
FIG. 9 shows the current I in FIG.LIt is a figure which shows the control circuit for implement | achieving.
10 is a diagram illustrating a voltage / current waveform in the control circuit of FIG. 9;
FIG. 11 is a diagram illustrating a battery discharging operation in the power conversion device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating a battery discharging operation in the power conversion device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 13 is a diagram illustrating a battery discharging operation in the power conversion device according to the second embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a diagram for explaining an operation of capacitor voltage control at the time of discharging in the power conversion device according to embodiment 2 of the present invention.
FIG. 15 is a diagram showing a control circuit for controlling capacitor voltage during discharging in a power conversion device according to Embodiment 2 of the present invention;
FIG. 16 is a diagram showing a control circuit for controlling capacitor voltage during discharging in a power conversion device according to Embodiment 3 of the present invention;
FIG. 17 is a diagram illustrating capacitor voltage control operation during discharging in a power conversion device according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 18 is a diagram illustrating capacitor voltage control operation during discharging in a power conversion device according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 19 is a diagram showing a control circuit for controlling capacitor voltage during discharging in a power conversion device according to Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 20 is a circuit diagram showing a conventional power converter.
FIG. 21 is a diagram showing a waveform at an unbalanced load.
FIG. 22 is a circuit diagram showing another conventional power converter.
FIG. 23 is a diagram for explaining a battery charging operation in a conventional power converter.
FIG. 24 is a diagram showing a waveform during a battery charging operation in a conventional power converter.
25 is a circuit diagram showing a device in which a battery charging device and a capacitor balance circuit are installed in the conventional power conversion device shown in FIG.
[Explanation of symbols]
1 Load, 2, 8, 9 Capacitor, 3, 12, 23, 49, 55 Reactor, 4, 5, 13-15, 30, 31, 40-42, 50, 51 Switch, 6, 7, 16-22, 25, 32, 33, 43 to 47, 52, 53, 90, 91 diode, 10 system power supply, 11 battery, 24, 48, 54 relay, 26 inverter, 56, 57 adder, 58, 59, 70, 72, 79, 92 Subtractor, 60, 61, 73, 77 Controller, 62, 63 Multiplier, 74 Comparator, 75 Triangular wave, 76 Inverter, 78 High pass filter.

Claims (8)

交流電源から交流電力を直流電力に変換し、上記直流電力を直列接続された第１及び第２のコンデンサに蓄積するコンバータ回路と、上記コンバータ回路によって変換された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ回路と、バッテリとを備え、上記コンバータ回路の入力端子の一方と、上記インバータ回路の出力端子の一方が、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点に接続された電力変換装置において、
上記交流電源に電圧異常のない場合に、上記第１及び第２のコンデンサのエネルギーを均等に用いて上記コンバータ回路とは独立した電流経路を介して上記バッテリを蓄電する制御を行い、上記交流電源に電圧異常のある場合に、回路を切り替えて上記コンバータ回路を介して上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサに放電する制御を行い、上記交流電源から変換された直流電力を上記第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、および上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位の制御を行うことを特徴とする電力変換装置。A converter circuit that converts AC power from an AC power source into DC power, stores the DC power in first and second capacitors connected in series, and converts DC power converted by the converter circuit into AC power. An inverter circuit for supplying a load and a battery, wherein one of the input terminals of the converter circuit and one of the output terminals of the inverter circuit are connected to an interconnection point of the first and second capacitors In the conversion device,
If no voltage abnormality in the AC power supply, performs control to power storage the battery energy of the first and second capacitors using equally to the above converter circuit via the separate current paths, the AC power source if a voltage abnormality in, via the converter circuit switches the circuit performs control to discharge the energy of the battery to the first and second capacitors, said first DC power converted from the AC power source when power storage to the first and second capacitors, and the energy of the battery when discharged into the first and second capacitors, that controls the potential at the interconnection point of said first and second capacitors A power conversion device. 交流電源から交流電力を直流電力に変換し、上記直流電力を第１及び第２のコンデンサの直列回路に蓄積するコンバータ回路と、上記コンバータ回路によって変換された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ回路と、バッテリとを備え、上記コンバータ回路の入力端子の一方と、上記インバータ回路の出力端子の一方が、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点に接続された電力変換装置において、
上記コンバータ回路は、上記交流電源の一端に接続された第１のリアクトルの出力側端子と上記第１及び第２のコンデンサの直列回路の両端との間に各々接続され、上記交流電源に対して互いに逆の方向性を有する第１及び第２のダイオード、上記第１及び第２のダイオードを介して上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と並列接続され、同一の方向性を有する第１及び第２のスイッチの直列回路、及び、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点と上記第１及び第２のスイッチの相互接続点と上記交流電源の他端とを接続する接続手段によって構成され、
さらに、上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と並列接続された、第３のスイッチと第２のリアクトルと上記バッテリとの直列回路、上記第２のリアクトルと上記バッテリとに並列接続され、上記第３のスイッチと逆の方向性を有する第３のダイオード、上記第１のリアクトルの入力側端子を、上記交流電源の一端と上記バッテリの一端とに切り替えて接続する第１のリレー、並びに上記バッテリの他端を、上記第１及び第２のコンデンサの直列回路の一端と上記第１及び第２のスイッチの直列回路の一端とに切り替えて接続する第２のリレーを備え、
上記交流電源に電圧異常のない場合には、上記第１のリレーを上記交流電源側に、上記第２のリレーを上記第１及び第２のコンデンサの直列回路側に切り替え、上記第１及び第２のコンデンサのエネルギーを均等に用いて上記バッテリを蓄電する制御を行い、上記交流電源に電圧異常のある場合には、上記第１のリレーを上記バッテリ側に、上記第２のリレーを上記第１及び第２のスイッチの直列回路側に切り替え、上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサに放電する制御を行い、上記交流電源から変換された直流電力を上記第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、および上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位の制御を行うことを特徴とする電力変換装置。 A converter circuit that converts AC power from an AC power source into DC power, stores the DC power in a series circuit of first and second capacitors, and converts the DC power converted by the converter circuit into AC power to load An inverter circuit to be supplied to the battery, and a battery, wherein one of the input terminals of the converter circuit and one of the output terminals of the inverter circuit are connected to an interconnection point of the first and second capacitors In the device
The converter circuit is respectively connected between both ends of the series circuit of the first reactor output terminal and said first and second capacitors connected to one end of the AC power supply, the AC power supply to first and second diodes having opposite directions to each other Te, through the first and second diodes connected in parallel with the series circuit of the first and second capacitors, first have the same orientation 1 and a series circuit of the second switch, and said first and second capacitor interconnection point and the first and second interconnection point of the switch and connection means for connecting the other end of the AC power source Composed of
Furthermore, the connected in parallel with the series circuit of the first and second capacitors, the third switch and the series circuit of a second reactor and the battery, connected in parallel and the second reactor and the battery, the third switch and the opposite third diode having a direction of an input-side terminal of the first reactor, the first relay connecting switch to one end of the one end and the battery of the AC power source, and the other end of the battery, a second relay connected switch to one end of the series circuit of the one end and the first and second switch of the series circuit of the first and second capacitors,
If no voltage abnormality in the AC power source, the first relay to the AC power source side, the second relay switch in series circuit side of the first and second capacitors, said first and second using the energy of the second capacitor evenly performs control for power storage the battery, if a voltage abnormality in the AC power source, the first relay to the battery side, said first and said second relay Switching to the series circuit side of the first and second switches, controlling the discharge of the battery energy to the first and second capacitors, and converting the DC power converted from the AC power source to the first and second When accumulating in the capacitor, and when discharging the energy of the battery to the first and second capacitors, the potential at the interconnection point of the first and second capacitors is controlled. Power converter, characterized in that. 交流電源から交流電力を直流電力に変換し、上記直流電力を第１及び第２のコンデンサの直列回路に蓄積するコンバータ回路と、上記コンバータ回路によって変換された直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータ回路と、バッテリとを備え、上記コンバータ回路の入力端子の一方と、上記インバータ回路の出力端子の一方が、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点に接続された電力変換装置において、
上記コンバータ回路は、上記交流電源の一端に接続された第１のリアクトルの出力側端子と上記第１及び第２のコンデンサの直列回路の両端との間に各々接続され、上記交流電源に対して互いに逆の方向性を有する第１及び第２のスイッチ、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点と上記交流電源の他端とを接続する接続手段によって構成され、
さらに、一端が上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と上記第１のスイッチとの間に接続され、他端が上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と上記第２のスイッチとの間に接続された、第３のスイッチと第２のリアクトルと上記バッテリとの直列回路、上記第２のリアクトルと上記バッテリとに並列接続され、上記第３のスイッチと逆の方向性を有する第４のスイッチ、上記第１のリアクトルの入力側端子を、上記交流電源の一端と上記バッテリの一端とに切り替えて接続する第１のリレー、並びに上記第２のリアクトルの一端を、上記バッテリの一端と上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点とに切り替えて接続する第２のリレーを備え、
上記交流電源に電圧異常のない場合には、上記第１のリレーを上記交流電源側に、上記第２のリレーを上記バッテリ側に切り替え、上記第１及び第２のコンデンサのエネルギーを均等に用いて上記バッテリを蓄電する制御を行い、上記交流電源に電圧異常のある場合には、上記第１のリレーを上記バッテリ側に、上記第２のリレーを上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点側に切り替え、上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサに放電する制御を行い、上記交流電源から変換された直流電力を上記第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、および上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位の制御を行うことを特徴とする電力変換装置。 A converter circuit that converts AC power from an AC power source into DC power, stores the DC power in a series circuit of first and second capacitors, and converts the DC power converted by the converter circuit into AC power to load An inverter circuit to be supplied to the battery, and a battery, wherein one of the input terminals of the converter circuit and one of the output terminals of the inverter circuit are connected to an interconnection point of the first and second capacitors In the device
The converter circuit is respectively connected between both ends of the series circuit of the first reactor output terminal and said first and second capacitors connected to one end of the AC power supply, the AC power supply to Te is constituted by the first and second switches, the first and second capacitors interconnection point connecting means for connecting the other end of the AC power supply having opposite directional to each other,
Further, one end of which is connected between the series circuit and the first switch of the first and second capacitor, the other end of the series circuit and the second switch of the first and second capacitors connected between the third switch and the series circuit of a second reactor and the battery, connected in parallel and the second reactor and the battery, first having the third switch and the opposite direction 4 switches, the input-side terminal of the first reactor, the first relay connecting switch to one end of the one end and the battery of the AC power source, and one end of the second reactor, one end of the battery and a second relay connecting switch to the interconnection point of said first and second capacitors,
If no voltage abnormality in the AC power source, the first relay to the AC power source side, the second relay switch to the battery side, evenly using the energy of the first and second capacitors performs control for power storage the battery Te, when a voltage abnormality in the AC power source, the first relay to the battery side, the interconnection of the second of said first and second capacitors relay Switching to the point side, performing control to discharge the energy of the battery to the first and second capacitors, and storing the DC power converted from the AC power source to the first and second capacitors, and the above the energy of the battery when discharged into the first and second capacitors, power, characterized in that for controlling the potential at the interconnection point of said first and second capacitors Conversion apparatus. コンバータ回路は、交流電源の電圧が正常の場合において、上記交流電源から変換された直流電力を第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、各コンデンサを各々独立して蓄電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの電圧の和と上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点の電位を検出し、上記電圧の和と所望の設定値との差分を演算し、上記差分を第１の制御器にて増幅し、更に上記交流電源の位相と一致した正弦を乗算した第１の電流指令値と、上記相互接続点の電位と所望の設定値との差分を演算し、上記差分を第２の制御器にて増幅し、更に上記交流電源の位相と一致した正弦の絶対値を乗算した第２の電流指令値を演算し、上記第１の電流指令値と上記第２の電流指令値の和を、上記交流電源に流す電流の指令値とする制御回路を有し、上記切り替え手段により上記交流電源に流す電流が上記電流の指令値に追従するようにしたことを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。 The converter circuit includes switching means for storing each capacitor independently when storing the DC power converted from the AC power source in the first and second capacitors when the voltage of the AC power source is normal. , detects the potential of the interconnection point of said first and second voltage sum and the first and second capacitors of the capacitor, and calculates the difference of the sum of the voltage and the desired set value, the difference Is calculated by the first controller, and the difference between the first current command value multiplied by the sine corresponding to the phase of the AC power supply and the potential of the interconnection point and the desired set value is calculated, The difference is amplified by a second controller, and a second current command value obtained by multiplying the absolute value of the sine that coincides with the phase of the AC power supply is calculated, and the first current command value and the second current command value are calculated. passing the sum of the current command value and to the AC power source A control circuit for a command value of the flow, the power converter according to claim 3, wherein the current supplied to the AC power source is characterized in that so as to follow the command value of the current by said switching means. コンバータ回路は、交流電源の電圧が異常の場合において、バッテリのエネルギーを第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、各コンデンサを各々独立して放電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位が所望の設定値となるように、上記切り替え手段により、上記第１及び第２のコンデンサのうちいずれか一方のコンデンサの電圧を制御する制御回路を有することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。 The converter circuit includes switching means for discharging each capacitor independently when the battery energy is discharged to the first and second capacitors when the voltage of the AC power supply is abnormal . And a control circuit for controlling the voltage of one of the first and second capacitors by the switching means so that the potential at the interconnection point of the two capacitors becomes a desired set value. The power converter according to claim 4, wherein コンバータ回路は、交流電源の電圧が異常の場合において、バッテリのエネルギーを第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、各コンデンサを各々独立して放電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位が所望の設定値となるように、負荷に流れる負荷電流を検出して、上記切り替え手段により上記負荷電流と一致した電流が上記第１及び第２のコンデンサに流れるように制御する制御回路を有することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。 The converter circuit includes switching means for discharging each capacitor independently when the battery energy is discharged to the first and second capacitors when the voltage of the AC power supply is abnormal . The load current flowing through the load is detected so that the potential at the interconnection point of the two capacitors becomes a desired set value, and a current that matches the load current is applied to the first and second capacitors by the switching means. The power converter according to claim 4, further comprising a control circuit that controls the flow. コンバータ回路は、交流電源の電圧が異常の場合において、バッテリのエネルギーを第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、各コンデンサを各々独立して放電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位が所望の設定値となるように、負荷に流れる負荷電流を検出して、上記切り替え手段により、上記負荷電流に含まれる直流分の電流が上記第１及び第２のコンデンサに流れるように制御する制御回路を有することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。 The converter circuit includes switching means for discharging each capacitor independently when the battery energy is discharged to the first and second capacitors when the voltage of the AC power supply is abnormal . The load current flowing through the load is detected so that the potential at the interconnection point of the two capacitors becomes a desired set value, and the switching means converts the DC current contained in the load current into the first and second currents . 5. The power conversion device according to claim 4, further comprising a control circuit that controls the current to flow through the two capacitors. 電力変換装置を使用せずに保存するときは、バッテリによりコンデンサが充電されないように回路を切り替えるようにしたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電力変換装置。The power converter according to any one of claims 1 to 7, wherein when storing without using the power converter, the circuit is switched so that the capacitor is not charged by the battery .
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