JP4493308B2 - 無停電電源装置及び無停電電源システム - Google Patents

Description

本発明は、無停電電源装置、及びこの無停電電源装置を予備無停電電源装置として常用無停電電源装置と組合せてなる無停電電源システムに関する。

常用の無停電電源装置と予備の無停電電源装置とを組み合わせたものとして、常用予備無停電電源システムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

図１２はこの無停電電源システムの構成を示すブロック回路図である。同図において、無停電電源装置１ａは、主に、インバータ２ａ、インバータ用トランス３ａ、切換回路４ａ、直流電源８ａ及びインバータ制御回路９ａによって構成されている。このうち、電力貯蔵手段としての直流電源８ａはインバータ２ａの入力側に接続されており、このインバータ２ａの出力側にインバータ用トランス３ａの１次巻線が接続され、このインバータ用トランス３ａの２次巻線は切換回路４ａの接触器５ａに接続されている。接触器５ａはインバータ用トランス３ａの２次巻線の出力を無停電電源装置１ｂから入力された交流に切り換えて負荷７に供給するもので、接触器５ａの動作時間に起因する交流出力の瞬間停止を防止するために、これに逆並列接続された一対の半導体スイッチ６ａを備えている。インバータ制御回路９ａは無停電電源装置１ｂに同期し、所定の電圧を出力するようにインバータ２ａを制御するものである。

一方、無停電電源装置１ｂは、主に、インバータ２ｂ、インバータ用トランス３ｂ、切換回路４ｂ、直流電源８ｂ及びインバータ制御回路９ｂによって構成されている。このうち、電力貯蔵手段としての直流電源８ｂはインバータ２ｂの入力側に接続されており、このインバータ２ｂの出力側にインバータ用トランス３ｂの１次巻線が接続され、このインバータ用トランス３ｂの２次巻線は切換回路４ｂの接触器５ｂに接続されている。接触器５ｂはインバータ用トランス３ｂの２次巻線の出力を商用電源１０から入力された交流に切り換えて無停電電源装置１ａに供給するもので、接触器５ｂの動作時間に起因する交流出力の瞬間停止を防止するために、これに逆並列接続された一対の半導体スイッチ６ｂを備えている。インバータ制御回路９ｂは商用電源１０に同期し、所定の電圧を出力するようにインバータ２ｂを制御するものである。

図１２に示した無停電電源装置１ａは常用の無停電電源装置として動作し、直流電源８ａの直流を交流に変換し、インバータ用トランス３ａを介して、無停電電源装置１ｂの出力に等しい電圧及び位相を有する交流を負荷７に給電している。この無停電電源装置１ａのインバータ２ａに過負荷等の故障が発生した場合、切換回路４ａが無停電電源装置１ｂ側に切り換わり、無停電電源装置１ｂの出力を負荷に給電する。そして、無停電電源装置１ｂは予備の無停電電源装置として動作し、直流電源８ｂの直流を交流に変換し、インバータ用トランス３ｂを介して、商用電源１０に等しい電圧及び位相を有する交流を無停電電源装置１ａに供給する。この無停電電源装置１ｂのインバータ２ｂ等に故障が発生した場合、切換回路４ｂが商用電源１０側に切り換わり、商用電源１０の交流を無停電電源装置１ａに供給する。

なお、上述した無停電電源装置１ａ，１ｂは直流電源８ａ，８ｂからそれぞれ電力の供給を受けているが、これらの直流電源は蓄電池、ＰＷＭコンバータ、Ｄ−Ｄコンバータのいずれであっても良い。また、無停電電源装置１ｂに無停電電源装置１ａと同様な構成の無停電電源装置が並列接続されるような構成にすることも可能である。

図１３は上述したインバータ制御回路９ａ，９ｂの詳細な構成を示すブロック図であり、この両者が同一に構成されているため、これらをインバータ制御回路９と表すと共に、前述したインバータ２ａ，２ｂをインバータ２と表し、インバータ用トランス３ａ，３ｂをインバータ用トランス３と表し、直流電源８ａ，８ｂを直流電源８と表したものである。ここに示した、インバータ制御回路９は基準発生回路２１、ＰＬＬ回路２２、出力電圧制御回路２３及びゲート制御回路２４で構成され、出力電圧制御回路２３にはインバータ用トランス３の出力電圧を検出する電圧検出回路１１が外部接続されている。この構成により、ＰＬＬ回路２２は出力電圧基準の位相を決定し、他の電源又は商用電源に同期するように位相を調整する出力電圧位相基準３２を基準発生回路２１に加える。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基準３１を出力して出力電圧制御回路２３に加える。出力電圧制御回路２３は電圧検出回路１１で検出された出力電圧フィードバック信号３３が出力電圧基準３１と等しくなるように、所定の演算処理を施して出力電圧指令３４を出力する。ゲート制御回路２４はインバータ２の出力が出力電圧指令３４に一致するようにインバータゲート信号３５を生成する。これによって、インバータ２はインバータゲート信号３５に応じてオン、オフされたパルスを出力し、インバータ用トランス３の巻線構成、巻線比等に応じて変換された交流が無停電電源装置の出力となる。

図１４はインバータ２の詳細な構成を示した回路図であり、例えば、ＩＧＢＴでなる６個のスイッチング素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆと、これらにそれぞれ逆並列接続されたダイオード４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４２ｅ，４２ｆとを備えている。この場合、スイッチング素子４１ａ，４１ｂの直列接続回路と、スイッチング素子４１ｃ，４１ｄの直列接続回路と、スイッチング素子４１ｅ，４１ｆの直列接続とが並列接続され、これらの並列接続回路の正側の一端が直流電源８の正極に接続され、負側の他端が直流電源８の負極に接続されている。

スイッチング素子４１ａ，４１ｂの相互接続点、スイッチング素子４１ｃ，４１ｄの相互接続点、スイッチング素子４１ｅ，４１ｆの相互接続点がそれぞれＵ相、Ｖ相、Ｗ相のインバータ出力電圧３６の出力端になっている。また、スイッチング素子４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆに対して個別に、又は一括してスイッチング時のサージ電圧を抑制するためのスナバ回路が設けられるが、ここでは図面及び説明の簡単化のために省略している。ゲート駆動回路４３はインバータゲート信号３５に従って各スイッチング素子を所定の順番でオン、オフ駆動するもので、この場合、直列に接続されたスイッチング素子、例えば、４２ａ，４２ｂなどが同時にオン状態になることを防止するためのデッドタイムを生成したり、スナバ回路の充放電期間を確保したりすることによって、パルス幅変調（ＰＷＭ）された電圧を出力する。

図１５はインバータ制御回路９内の基準発生回路２１の詳細な構成を示す回路図である。ここで、ＰＬＬ回路２２から出力された出力電圧位相基準３２に基づいて生成された電圧基準信号５１ａ，５１ｂ，５１ｃはそれぞれ乗算器５３ａ，５３ｂ，５３ｃの一方入力として加えられ、これらの乗算器５３ａ，５３ｂ，５３ｃの他方入力としてソフトスタート信号５２が加えられ、各乗算結果がＵ相、Ｖ相、Ｗ相の出力電圧基準３１として出力される。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、起動期間中は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。この構成により、無停電電源装置はその起動時に出力電圧を徐々に増加させることができるもので、この手法が一般にソフトスタートといわれている。

図１６はインバータ制御回路９内の出力電圧制御回路２３の詳細な構成を示す回路図である。ここで、出力電圧基準３１はＰＩ制御回路５４ａ，５４ｂ，５４ｃの一方の入力端に加えられ、これらのＰＩ制御回路５４ａ，５４ｂ，５４ｃの他方の入力端には出力電圧フィードバック信号３３が加えられる。ＰＩ制御回路５４ａ，５４ｂ，５４ｃは各入力の差分に対してＰＩ演算を施して出力電圧指令３４として出力する。なお、ＰＩ制御回路５４ａ，５４ｂ，５４ｃの代わりに、ＰＩＤ制御や、Ｉ−Ｐ制御を行う構成の制御回路を用いても良く、さらに、ロバスト制御など最新の制御理論を用いた制御回路を用いてもかまわない。このＰＩ制御回路５４ａ，５４ｂ，５４ｃは出力電圧フィードバック信号３３が出力電圧基準３１に追従するように制御を行うものであるが、制御の高速化や安定化を図る意味で、その前段又は後段、あるいは、並列に出力電流などの電流制御回路を付加するようにしても良いが、ここでは。説明を簡単にするために図示を省略している。なお、図１６はＵ，Ｖ，Ｗの相毎に個別に電圧制御信号を生成する構成としたが、周知のｄ−ｑ理論を用いて、３相電圧を振幅成分と位相成分とに分けた制御回路を構成しても良い。

図１７はインバータ制御回路９内のゲート制御回路２４の詳細な構成を示すブロック回路図である。このゲート制御回路２４には相毎の出力電圧指令３４と、キャリア発生回路５５のキャリア信号とがコンパレータ５６ａ，５６ｂ，５６ｃに加えられ、それらの差信号がゲート信号出力回路５７ａ，５７ｂ，５７ｃに加えられ、ここで、ゲート信号が生成されて信号切換回路５８ａ，５８ｂ，５８ｃの一方の切換入力端子に加えられる。信号切換回路５８ａ，５８ｂ，５８ｃの他方の入力端子にはインバータを構成するスイッチング素子をオフ状態にするゲートブロック信号が加えられる。この信号切換回路５８ａ，５８ｂ，５８ｃの切換には、無停電電源装置の故障信号５９が用いられる。従って、無停電電源装置の正常時には、信号切換回路５８ａ，５８ｂ，５８ｃを介して、インバータゲート信号３５が出力され、故障時にはゲートブロック信号が出力される。なお、ここでは、ごく一般的な三角波比較方式でゲート信号を生成するものについて説明したが、他のゲートパルス発生手法を採用することもできる。

図１８は従来のもう一つの無停電電源システムの構成を示すブロック回路図である。図中、図１２と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この無停電電源システムは無停電電源装置１０１ａと無停電電源装置１０１ｂとを備え、このうち、無停電電源装置１０１ａが図１２に示す無停電電源装置１ａの機能を有し、無停電電源装置１０１ｂが図１２に示す無停電電源装置１ｂの機能を有している。ここで、無停電電源装置１０１ａは、直流電源８ａとインバータ２ａの間に、直流リアクトル１５ａ、チョッパ１３ａ、これを制御するチョッパ制御回路１４ａ及び直流コンデンサ１６ａとでなるチョッパ装置を備えた点が無停電電源装置１ａと構成を異にし、これ以外は無停電電源装置１ａと同一に構成されている。また、無停電電源装置１０１ｂは、直流電源８ｂとインバータ２ｂの間に、直流リアクトル１５ｂ、チョッパ１３ｂ、これを制御するチョッパ制御回路１４ｂ及び直流コンデンサ１６ｂとでなるチョッパ装置を備えた点が無停電電源装置１ｂと構成を異にし、これ以外は無停電電源装置１ｂと同一に構成されている。

上記の構成により、チョッパ１３ａは、直流リアクトル１５ａを介して、直流電源８ｂから直流電力の供給を受け、チョッパ制御回路１４ａの制御によって所定の電圧を出力してインバータ２ｂに供給するものである。同様に、チョッパ１３ｂは、直流リアクトル１５ｂを介して、直流電源８ｂから直流電力の供給を受け、チョッパ制御回路１４ｂの制御によって所定の電圧を出力してインバータ２ｂに供給するものである。

図１９はチョッパ制御回路１４ａ及び１４ｂの詳細な構成を示すブロック図であり、これらが同一に構成されているのでこれをチョッパ制御回路１４と表し、チョッパ１３ａ及び１３ｂをチョッパ１３と、直流リアクトル１５ａ及び１５ｂを直流リアクトル１５と、直流コンデンサ１６ａ及び直流コンデンサ１６ｂを直流コンデンサ１６と表している。なお、ここでは、図１３を用いて説明したインバータ制御回路９と併せて示されている。

図１９において、チョッパ制御回路１４は直流電圧基準７１、直流電圧制御回路７２及びチョッパゲート制御回路７３を備え、さらに、チョッパ１３の出力電圧を検出する電圧検出回路１１ａを付帯している。ここで、直流電圧基準７１はインバータ２が本来所望する直流電圧相当の直流電圧基準８１を発生して直流電圧制御回路７２に加える。直流電圧制御回路７２は直流電圧基準８１と電圧検出回路１１ａで検出された直流電圧フィードバック信号８２とが等しくなるような直流電圧指令８３を出力する。チョッパゲート制御回路７３は直流電圧指令８３に従ってチョッパ１３を制御するチョッパゲート信号８４を出力する。

図２０はチョッパ１３の詳細な構成を前述したインバータ２と併せて示した回路図である。図中、図１４と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。チョッパ１３は、例えば、ＩＧＢＴでなるスイッチング素子４１ｇ及び４１ｈが直列接続され、その正極端がインバータ２の正極端に接続され、その負極端がインバータ２の負極端に接続されている。この場合、スイッチング素子４１ｇ及び４１ｈにダイオード４２ｇ，４２ｈが逆並列に接続されている。そして、直流電源８の正極に直流リアクトル１５の一端が接続され、この直流リアクトル１５の多端が、スイッチング素子４１ｇとダイオード４２ｈとの相互接続点に接続されている。また、直流電源８の負極がスイッチング素子４１ｇ及び４１ｈの直列接続回路の負極端に接続されているている。さらに、前述した直流コンデンサ１６として、直流コンデンサ１６ａ及び１６ｂの直列接続回路がスイッチング素子直列接続回路の出力端子間に接続され、これらのコンデンサの相互接続点が接地されている。この構成により、チョッパーゲート回路４４がチョッパゲート信号８４に基づいてスイッチング素子４１ｇ及び４１ｈをオン、オフ制御するように構成されている。

図２１はチョッパ制御回路１４を構成する直流電圧基準発生回路７１の詳細な構成を示す回路図である。ここでは、直流電圧基準信号９１の出力が加算器９３の一方入力として加えられ、チョッパ起動信号９２が加算器９３の他方入力として加えられる。チョッパ起動信号９２は、チョッパの起動時に直流電圧を直流電源８の電圧から徐々に所望の直流電圧に移行させるための信号で、起動期間中は暫時減少する減少関数であり、起動完了後は０などの一定値となる。そして、加算器９３から直流電圧基準８１が出力される。これにより、チョッパは起動時に出力電圧を徐々に増加させることができる。

図２２はチョッパ制御回路１４を構成する直流電圧制御回路７２の詳細な構成を示す回路図である。ここで、直流電圧基準８１から直流電圧フィードバック信号８２を差し引いた差分がＰＩ制御回路５４ｄに入力され、ＰＩ演算されて直流電圧指令８３として出力される。つまり、ＰＩ制御回路５４ｄは直流電圧フィードバック信号８２が直流電圧基準８１に追従するような制御を行う直流電圧指令８３を出力する。なお、高速化や安定化を図る意味でＰＩ制御回路５４ｄの後段又は前段、あるいは、並列に、直流電流などの電流制御回路を付加するようにしても良いが、ここでは、説明を簡単にするために省略してある。

図２３はチョッパ制御回路１４を構成するチョッパゲート制御回路７３の詳細な構成を示す回路図である。同図において、直流電圧指令８３とキャリア発生回路５５の出力とがコンパレータ５６ｄに加えられその差分が演算され、ゲート信号出力回路５７ｄに加えられる。このゲート信号出力回路５７ｄの出力は信号切換回路５８ｄの一方の入力として加えられる。他方の入力としてゲートオフ信号が加えられる。従って、通常の制御時にはゲート信号出力回路５７ｄの出力がチョッパゲート信号８４として出力され、故障信号５９が出力されたときチョッパゲート信号８４はゲートオフ信号に切換えられる。
特開２００３−８７９９８号公報

上述した２種類の常用予備無停電電源システムにおいては、定格負荷以上の運転状態で常用の無停電電源装置１ａ又は無停電電源装置１０１ａが故障した場合、直ちに予備の無停電電源装置１ｂ又は無停電電源装置１０１ｂからの給電に切り換わる。このとき、予備の無停電電源装置１ｂ又は無停電電源装置１０１ｂは無停電電源装置１ａ又は無停電電源装置１０１ａの故障点と負荷７との両方に電力を供給する形となる。従って、無停電電源装置１ｂ又は無停電電源装置１０１ｂは装置定格を超える電流を流そうとするため、無停電電源装置１ｂ又は無停電電源装置１０１ｂの保護回路が動作し、商用電源１０に切り換わりやすかった。このため、無停電電源装置１ａ又は無停電電源装置１０１ｂが復旧するまでの間、負荷７に電力を供給するバックアップ手段が無いことになり、この状態で停電が発生すると負荷７の電力供給ができなくなってしまうという問題があった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、過負荷状態に陥る時間が所定の時間以内であれば、過負荷耐量限界まで給電を継続させることのできる無停電電源装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、この無停電電源装置を予備の無停電電源装置とすることにより、常用の無停電電源装置が過負荷状態に陥った場合においても、その過負荷耐量限界まで給電を継続させることを可能にし、これによって、無停電電源システムの給電の信頼性を向上させることのできる無停電電源システムを提供することにある。

請求項１記載の発明は、
電力を貯蔵して直流を出力する電力貯蔵手段と、制御のためのゲートを持ちブリッジ接続されたスイッチング素子を有し、前記ゲートを制御することによって前記電力貯蔵手段から与えられた直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、前記インバータの出力電圧を制御するための出力電圧基準を発生する基準発生回路と、前記出力電圧基準に基づき前記インバータの出力電圧を制御するための出力電圧指令を出力する出力電圧制御手段と、前記出力電圧制御手段の出力電圧指令に基づき、前記スイッチング素子のゲート制御信号を生成するゲート制御手段と、前記インバータからの交流電力を、外部から供給される交流に切り換えて出力する切換手段と、を備えた無停電電源装置において、
前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
第1の過電流基準信号、およびこの第1の過電流基準信号よりも低レベルの第2の過電流基準信号を形成する回路を有し、前記電流検出手段により検出された出力電流が前記第2の過電流基準信号を超えないように、前記ゲート制御手段にゲート制御信号を与えて前記インバータを運転し、過負荷により前記出力電流が前記第１の過電流基準信号を超えたときは、前記切換手段が切換を行うに要する時間だけ、前記ゲート制御手段に前記ゲート制御信号をブロックする指令を与える過電流検出手段と、
を備えたことを特徴とする無停電電源装置、である。

請求項５記載の発明は、
請求項１記載の無停電電源装置である予備無停電電源装置と、
制御のためのゲートを持ちブリッジ接続されたスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のゲートを制御することによって直流を交流に変換するインバータ、前記インバータの出力電圧と出力電圧基準との偏差分に対して所定の演算処理を施して前記インバータの出力電圧指令を出力する出力電圧制御手段、前記出力電圧制御手段の出力電圧指令に基づき、前記インバータのスイッチング素子のゲート制御信号を生成するゲート制御手段、及び、前記インバータによって変換された交流を前記予備無停電電源装置から供給される交流と切り換えて出力する切換手段を有する常用無停電電源装置と、
を備えた無停電電源システム、である。

請求項６記載の発明は、
請求項１記載の無停電電源装置である予備無停電電源装置と、
制御のためのゲートを持ちブリッジ接続されたスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のゲートを制御することによって直流を交流に変換するインバータ、前記インバータの出力電圧と出力電圧基準との偏差分に対して所定の演算処理を施して前記インバータの出力電圧指令を出力する出力電圧制御手段、前記出力電圧制御手段の出力電圧指令に基づき、前記インバータのスイッチング素子のゲート制御信号を生成するゲート制御手段、及び前記予備無停電電源装置から供給される交流と前記インバータによって変換された交流とを切り換えて出力する切換手段をそれぞれ有する複数の常用無停電電源装置と、
を備えた無停電電源システム、である。

請求項７記載の発明は、
請求項１記載の無停電電源装置でなる予備無停電電源装置と、
制御のためのゲートを持ちブリッジ接続されたスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のゲートを制御することによって直流を交流に変換するインバータ、前記インバータの出力電圧と出力電圧基準との偏差分に対して所定の演算処理を施して前記インバータの出力電圧指令を出力する出力電圧制御手段、前記出力電圧制御手段の出力電圧指令に基づき、前記インバータのスイッチング素子のゲート制御信号を生成するゲート制御手段、及び、前記インバータによって変換された交流を外部から供給される交流に切り換えて出力する切換手段をそれぞれ有する常用無停電電源装置と、
前記常用無停電電源装置から出力される交流を前記予備無停電電源装置から出力される交流に切り換えて負荷に供給する外部切換手段と、
を備えた無停電電源システム、である。

本発明に係る無停電電源装置は、インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段によって検出された電流が過負荷耐量限界よりも低い所定の値になったことを検出し、所定の時間だけ、インバータを構成するスイッチング素子に対するゲートブロック指令を与える過電流検出手段とを備えているため、過負荷状態に陥る時間が所定の時間以内であれば、過負荷耐量限界まで給電を継続させることができる。

本発明に係る無停電電源システムは、この無停電電源装置を予備の無停電電源装置としているので、常用の無停電電源装置の故障発生による故障点への電力供給と負荷への電力供給とが同時に行われる期間の供給電力が低く抑えられ、予備の無停電電源装置を過負荷耐量限界まで給電を継続させることができ、これによって、無停電電源システムの給電の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明を図面に示す好適な実施形態に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係る無停電電源装置の第１の実施形態の構成を示す回路図であり、従来装置として示した図１２中の無停電電源装置１ｂとして使用するもので、図１３に詳細を示したインバータ制御回路９に替えて図１に示したインバータ制御回路９Ａを用いた点が構成上異なっており、これ以外は従来装置と同一に構成されている。図中、従来装置と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態を構成するインバータ制御回路９Ａは、インバータ２の出力電流を検出する電流検出器６１を付帯し、この電流検出器６１の出力であるインバータ電流検出信号６２が予め設定された設定値を超えたことを判定する機能を有し、設定値を超えたとき所定の時間だけゲート信号を操作する過電流検出回路６３を備えたものである。

図２は過電流検出回路６３の詳細な構成を示す回路図である。この過電流検出回路６３は装置の負荷耐量限界に対応する過電流基準信号６５ａを発生する第１の保護レベル設定手段と、負荷耐量限界に対して２０％程度、値の小さい過電流基準信号６５ｂを発生する第２の保護レベル設定手段と、過電流基準信号６５ａとインバータ電流検出信号６２とを比較し、過電流基準信号６５ａ＜インバータ電流検出信号６２であるときに論理レベルが「１」の故障信号５９を出力するコンパレータ５６ｄと、過電流基準信号６５ｂとインバータ電流検出信号６２とを比較し、過電流基準信号６５ｂ＜インバータ電流検出信号６２であるときに論理レベルが「１」のインバータゲート操作信号６４を出力するコンパレータ５６ｅとで構成されている。

図３は過電流検出回路６３を付加したことに対応してその構成を変更したゲート制御回路２４Ａの詳細な構成を示す回路図であり、図中、図１７と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。このゲート制御回路２４Ａは故障信号５９を一方入力、インバータゲート操作信号６４を他方入力とする論理和回路６６を設け、その出力によって信号切換回路５８ａ，５８ｂ，５８ｃを切り換えるようにした点が図１７と構成を異にし、これ以外は図１７と同一に構成されている。

上記のように構成された無停電電源装置の第１の実施形態の動作について、特に、従来装置と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。電流検出器６１はインバータ２の出力電流を検出してインバータ電流検出信号６２を過電流検出回路６３に加える。過電流検出回路６３はこのインバータ電流検出信号６２と過電流基準信号６５ａとを比較すると共に、インバータ電流検出信号６２と過電流基準信号６５ｂとを比較する。この場合、過電流基準信号６５ｂは過電流基準信号６５ａに対して２０％程度小さいので、コンパレータ５６ｄが論理レベル「１」の信号を出力する前にコンパレータ５６ｅが論理レベル「１」の信号を出力する。すなわち、無停電電源装置の出力がその負荷耐量限界に到達するかなり前の状態で論理和回路６６から論理レベル「１」の信号が信号切換回路５８ａ，５８ｂ，５８ｃに加えられる。このとき、信号切換回路５８ａ，５８ｂ，５８ｃは、所定の時間、例えば、切換回路４ａ（図１２参照）の切換動作時間だけ、インバータにゲートブロック信号を加える側に切り換えられる。これによって、常用の無停電電源装置の故障発生による故障点への電力供給と負荷への電力供給とが同時に行われる期間の供給電力が低く抑えられる。

かくして、本発明に係る無停電電源装置の第１の実施形態によれば、過負荷状態に陥る時間が所定の時間以内であれば、過負荷耐量限界まで給電を継続させることができる。

図４は本発明に係る無停電電源装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図であり、図中、第１の実施形態を示す図１と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示したインバータ制御回路９Ｂは、過電流検出回路６３のインバータゲート操作信号６４が基準発生回路２１Ａに加えられた点、基準発生回路２１Ａが図５に示すように、ソフトスタート信号５２に定時間基準発生回路６７の出力信号を加算して乗算器５３ａ，５３ｂ，５３ｃに加えられるようにした点が第１の実施形態と構成を異にし、これ以外は図１と同一に構成されている。

上記のように構成された無停電電源装置の第２の実施形態の動作について、特に、第１の実施形態と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。過電流検出回路６３のインバータゲート操作信号６４によってゲート制御回路２４Ａがインバータ２にゲートブロック信号を出力した後、正規のゲート信号を出力する状態に復帰すると、このとき出力電圧変動が発生する。定時間基準発生回路６７はこの電圧変動を抑制するために、ゲートブロック信号を出力する期間、出力電圧基準３１を増大する信号を発生する。これによって、ゲートブロック信号を加えた状態から元の状態に復帰したときの電圧変動が抑制されるという新たな効果が得られる。

以上、本発明に係る無停電電源装置の第１及び第２の実施形態について説明したが、この無停電電源装置を図１２に示した無停電電源装置１ｂとして無停電電源システムを構成すれば、常用の無停電電源装置１ａの故障発生による故障点への電力供給と負荷７への電力供給とが同時に行われる期間の供給電力が低く抑えられ、予備の無停電電源装置を過負荷耐量限界まで給電を継続させることができ、これによって、無停電電源システムの給電の信頼性を向上させることができる。

図６は本発明に係る無停電電源システムの他の構成例を示すブロック回路図であり、この実施形態は内部構成が略同一の２つの常用の無停電電源装置１ａ，１ｂに対して予備の無停電電源装置１ｃが交流電力を供給するように構成すると共に、予備の無停電電源装置１ｃとして図１又は図４を用いて説明した無停電電源装置を使用して無停電電源システムを構成したものである。

この図６に示した構成においても、常用の無停電電源装置１ａ又は１ｂの故障発生による故障点への電力供給と負荷７への電力供給とが同時に行われる期間の供給電力が低く抑えられ、予備の無停電電源装置１ｃを過負荷耐量限界まで給電を継続させることができ、これによって、無停電電源システムの給電の信頼性を向上させることができる。

図７は本発明に係る無停電電源システムのもう一つ他の構成例を示すブロック回路図であり、この実施形態はそれぞれ商用電源１０ａ，１０ｂに接続された２組の無停電電源装置１ａ，１ｂの出力を、接触器４と２組の半導体スイッチ素子とでなる外部切換手段としての無瞬断切換回路５Ｃによって負荷７に切換出力するに当たり、無停電電源装置１ａ，１ｂのいずれか一方を常用とし、いずれか他方を予備とする場合、予備として使用される側に図１又は図４を用いて説明した無停電電源装置を使用して無停電電源システムを構成したものである。

この図７に示した構成においても、常用の無停電電源装置の故障発生による故障点への電力供給と負荷７への電力供給とが同時に行われる期間の予備の無停電電源装置の供給電力が低く抑えられ、予備の無停電電源装置を過負荷耐量限界まで給電を継続させることができ、これによって、無停電電源システムの給電の信頼性を向上させることができる。

図８は本発明に係る無停電電源装置の第３の実施形態の構成要素であるインバータ制御回路の詳細な構成を示すブロック図であり、従来装置として示した図１８中の無停電電源装置１０１ｂとして使用するもので、図１９に詳細を示したインバータ制御回路９に替えて図８に示したインバータ制御回路９Ｃを用いた点が構成上異なっており、これ以外は従来装置と同一に構成されている。図中、従来装置と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。この実施形態を構成するインバータ制御回路９Ｃは、インバータ２の出力電流を検出する電流検出器６１を付帯し、この電流検出器６１の出力であるインバータ電流検出信号６２が予め設定された設定値を超えたことを判定する機能を有し、設定値を超えたとき所定の時間だけゲート信号を操作する過電流検出回路６３を備えたものである。

過電流検出回路６３は図２に示したものと全く同様に構成され、過電流基準信号６５ａとインバータ電流検出信号６２とを比較し、過電流基準信号６５ａ＜インバータ電流検出信号６２であるときに論理レベルが「１」の故障信号５９を出力し、過電流基準信号６５ｂ＜インバータ電流検出信号６２であるときに論理レベルが「１」のインバータゲート操作信号６４を出力するように構成されている。

ゲート制御回路２４Ａもまた、図３を用いて説明したとおり、故障信号５９を一方入力、インバータゲート操作信号６４を他方入力とする論理和回路６６を設け、その出力によって信号切換回路５８ａ，５８ｂ，５８ｃを切り換えるように構成されている。

上記のように構成された無停電電源装置の第３の実施形態の動作について、特に、従来装置と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。電流検出器６１はインバータ２の出力電流を検出してインバータ電流検出信号６２を過電流検出回路６３に加える。過電流検出回路６３はこのインバータ電流検出信号６２と過電流基準信号６５ａとを比較すると共に、インバータ電流検出信号６２と過電流基準信号６５ｂとを比較する。この場合、過電流基準信号６５ｂは過電流基準信号６５ａに対して２０％程度小さいので、コンパレータ５６ｄが論理レベル「１」の信号を出力する前にコンパレータ５６ｅが論理レベル「１」の信号を出力する。すなわち、無停電電源装置の出力がその負荷耐量限界に到達するかなり前の状態で論理和回路６６から論理レベル「１」の信号が信号切換回路５８ａ，５８ｂ，５８ｃに加えられる。このとき、信号切換回路５８ａ，５８ｂ，５８ｃは、所定の時間、例えば、切換回路４ａ（図１２参照）の切換動作時間だけ、インバータにゲートブロック信号を加える側に切り換えられる。これによって、常用の無停電電源装置の故障発生による故障点への電力供給と負荷への電力供給とが同時に行われる期間の供給電力が低く抑えられる。

かくして、本発明に係る無停電電源装置の第３の実施形態によれば、過負荷状態に陥る時間が所定の時間以内であれば、過負荷耐量限界まで給電を継続させることができる。

図９は本発明に係る無停電電源装置の第４の実施形態の構成要素であるインバータ制御回路の詳細な構成を示すブロック図であり、図中、第３の実施形態を示す図８と同一の要素には同一の符号を付してその説明を省略する。ここに示したインバータ制御回路９Ｄは、過電流検出回路６３のインバータゲート操作信号６４が基準発生回路２１Ａに加えられた点、基準発生回路２１Ａが図５に示すように、ソフトスタート信号５２に定時間基準発生回路６７の出力信号を加算して乗算器５３ａ，５３ｂ，５３ｃに加えられるようにした点が第３の実施形態と構成を異にし、これ以外は図８と同一に構成されている。

上記のように構成された無停電電源装置の第４の実施形態の動作について、特に、第３の実施形態と構成を異にする部分を中心にして以下に説明する。過電流検出回路６３のインバータゲート操作信号６４によってゲート制御回路２４Ａがインバータ２にゲートブロック信号を出力した後、正規のゲート信号を出力する状態に復帰すると、このとき出力電圧変動が発生する。定時間基準発生回路６７はこの電圧変動を抑制するために、ゲートブロック信号を出力する期間、出力電圧基準３１を増大する信号を発生する。これによって、ゲートブロック信号を加えた状態から元の状態に復帰したときの電圧変動が抑制されるという新たな効果が得られる。

以上、本発明に係る無停電電源装置の第３及び第４の実施形態について説明したが、この無停電電源装置を図１８に示した無停電電源装置１０１ｂとして無停電電源システムを構成すれば、常用の無停電電源装置１０１ａの故障発生による故障点への電力供給と負荷７への電力供給とが同時に行われる期間の供給電力が低く抑えられ、予備の無停電電源装置を過負荷耐量限界まで給電を継続させることができ、これによって、無停電電源システムの給電の信頼性を向上させることができる。

図１０は本発明に係る無停電電源システムの他の構成例を示すブロック回路図であり、この実施形態は内部構成が略同一の２つの常用の無停電電源装置１０１ａ，１０１ｂに対して予備の無停電電源装置１０１ｃが交流電力を供給するように構成すると共に、予備の無停電電源装置１０１ｃとして図８又は図９を用いて説明した無停電電源装置を使用して無停電電源システムを構成したものである。

この図１０に示した構成においても、常用の無停電電源装置１０１ａ又は１０１ｂの故障発生による故障点への電力供給と負荷７への電力供給とが同時に行われる期間の供給電力が低く抑えられ、予備の無停電電源装置１０１ｃを過負荷耐量限界まで給電を継続させることができ、これによって、無停電電源システムの給電の信頼性を向上させることができる。

図１１は本発明に係る無停電電源システムのもう一つ他の構成例を示すブロック回路図であり、この実施形態はそれぞれ商用電源１０ａ，１０ｂに接続された２組の無停電電源装置１０１ａ，１０１ｂの出力を、接触器４と２組の半導体スイッチ素子とでなる外部切換手段としての無瞬断切換回路５Ｃによって負荷７に切換出力するに当たり、無停電電源装置１０１ａ，１０１ｂのいずれか一方を常用とし、いずれか他方を予備とする場合、予備として使用される側に図８又は図９を用いて説明した無停電電源装置を使用して無停電電源システムを構成したものである。

この図１１に示した構成においても、常用の無停電電源装置の故障発生による故障点への電力供給と負荷７への電力供給とが同時に行われる期間の予備の無停電電源装置の供給電力が低く抑えられ、予備の無停電電源装置を過負荷耐量限界まで給電を継続させることができ、これによって、無停電電源システムの給電の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る無停電電源装置の第１の実施形態の構成要素であるインバータ制御回路の詳細な構成を示すブロック図。 本発明に係る無停電電源装置の第１の実施形態の構成要素である過電流検出回路の詳細な構成を示す回路図。 本発明に係る無停電電源装置の第１の実施形態の構成要素であるゲート制御回路の詳細な構成を示す回路図。 本発明に係る無停電電源装置の第２の実施形態の構成要素であるインバータ制御回路の詳細な構成を示すブロック図。 本発明に係る無停電電源装置の第２の実施形態の構成要素である基準発生回路の詳細な構成を示す回路図。 本発明に係る無停電電源システムの構成例を示すブロック回路図。 本発明に係る無停電電源システムの他の構成例を示すブロック回路図。 本発明に係る無停電電源装置の第３の実施形態の構成要素であるインバータ制御回路の詳細な構成を示すブロック図。 本発明に係る無停電電源装置の第４の実施形態の構成要素であるインバータ制御回路の詳細な構成を示すブロック図。 本発明に係る無停電電源システムのもう一つ他の構成例を示すブロック回路図。 本発明に係る無停電電源システムのさらに別の構成例を示すブロック回路図。 従来の無停電電源システムの構成を示すブロック回路図。 図１２に示した無停電電源システムを構成する無停電電源装置のインバータ制御回路の詳細な構成を示すブロック図。 図１２に示した無停電電源システムを構成する無停電電源装置のインバータの詳細な構成を示した回路図。 図１２に示した無停電電源システムを構成する無停電電源装置のインバータ制御回路内の基準発生回路の詳細な構成を示す回路図。 図１２に示した無停電電源システムを構成する無停電電源装置のインバータ制御回路内の出力電圧制御回路の詳細な構成を示す回路図。 図１２に示した無停電電源システムを構成する無停電電源装置のインバータ制御回路内のゲート制御回路の詳細な構成を示すブロック回路図。 従来のもう一つの無停電電源システムの構成を示すブロック回路図。 図１８に示した無停電電源システムを構成するチョッパ制御回路の詳細な構成を示すブロック図。 図１８に示したチョッパの詳細な構成をインバータと併せて示した回路図。 図１９に示したチョッパ制御回路を構成する直流電圧基準発生回路の詳細な構成を示す回路図。 図１９に示したチョッパ制御回路を構成する直流電圧制御回路の詳細な構成を示す回路図。 図１９に示したチョッパ制御回路を構成するチョッパゲート制御回路の詳細な構成を示す回路図。

符号の説明

１ａ，１ｂ，１ｃ，１０１ａ，１０１ｂ，１０１ｃ 無停電電源装置
２ インバータ
３ インバータ用トランス
５Ｃ 無瞬断切換回路
８ 直流電源
９Ａ，９Ｂ，９Ｃ，９Ｄ インバータ制御回路
１０，１０ａ，１０ｂ 商用電源
１１，１１ａ 電圧検出回路
１３ チョッパ
１４ チョッパ制御回路
１５ 直流リアクトル
１６ 直流コンデンサ
２１，２１Ａ 基準発生回路
２２ ＰＬＬ回路
２３ 出力電圧制御回路
２４，２４Ａ ゲート制御回路
５３ａ，５３ｂ，５３ｃ 乗算器
６１ 電流検出器
６３ 過電流検出回路
６６ 論理和回路
６７ 定時間基準発生回路

Claims (7)

1. 電力を貯蔵して直流を出力する電力貯蔵手段と、制御のためのゲートを持ちブリッジ接続されたスイッチング素子を有し、前記ゲートを制御することによって前記電力貯蔵手段から与えられた直流電力を交流電力に変換して出力するインバータと、前記インバータの出力電圧を制御するための出力電圧基準を発生する基準発生回路と、前記出力電圧基準に基づき前記インバータの出力電圧を制御するための出力電圧指令を出力する出力電圧制御手段と、前記出力電圧制御手段の出力電圧指令に基づき、前記スイッチング素子のゲート制御信号を生成するゲート制御手段と、前記インバータからの交流電力を、外部から供給される交流に切り換えて出力する切換手段と、を備えた無停電電源装置において、
   前記インバータの出力電流を検出する電流検出手段と、
   第1の過電流基準信号、およびこの第1の過電流基準信号よりも低レベルの第2の過電流基準信号を形成する回路を有し、前記電流検出手段により検出された出力電流が前記第2の過電流基準信号を超えないように、前記ゲート制御手段にゲート制御信号を与えて前記インバータを運転し、過負荷により前記出力電流が前記第１の過電流基準信号を超えたときは、前記切換手段が切換を行うに要する時間だけ、前記ゲート制御手段に前記ゲート制御信号をブロックする指令を与える過電流検出手段と、
   を備えたことを特徴とする無停電電源装置。
2. 請求項１記載の無停電電源装置において、
   前記第1の過電流基準信号は、前記インバータの過負荷耐量限界に対応する値であり、前記第2の過電流基準信号は、前記過負荷耐量限界よりも小さい値であることを特徴とする無停電電源装置。
3. 請求項1記載の無停電電源装置において、
   前記電力貯蔵手段の出力を所定電圧の直流に変換して前記インバータに与えるチョッパ装置を備えたことを特徴とする無停電電源装置。
4. 請求項１記載の無停電電源装置において、
   前記過電流検出手段が、前記ゲート制御手段にゲートブロック指令を与えている期間、前記インバータの出力電圧基準を所定値だけ増大させる定時間基準発生手段を備えたことを特徴とする無停電電源装置。
5. 請求項１記載の無停電電源装置である予備無停電電源装置と、
   制御のためのゲートを持ちブリッジ接続されたスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のゲートを制御することによって直流を交流に変換するインバータ、前記出力電圧基準に基づき前記インバータの出力電圧を制御するための出力電圧指令を出力する出力電圧制御手段、前記出力電圧制御手段の出力電圧指令に基づき、前記スイッチング素子のゲート制御信号を生成するゲート制御手段、及び前記インバータによって変換された交流を前記予備無停電電源装置から供給される交流と切り換えて出力する切換手段を有する常用無停電電源装置と、
   を備えた無停電電源システム。
6. 請求項１記載の無停電電源装置である予備無停電電源装置と、
   制御のためのゲートを持ちブリッジ接続されたスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のゲートを制御することによって直流を交流に変換するインバータ、前記出力電圧基準に基づき前記インバータの出力電圧を制御するための出力電圧指令を出力する出力電圧制御手段、前記出力電圧制御手段の出力電圧指令に基づき、前記インバータのスイッチング素子のゲート制御信号を生成するゲート制御手段、及び前記予備無停電電源装置から供給される交流と前記インバータによって変換された交流とを切り換えて出力する切換手段をそれぞれ有する複数の常用無停電電源装置と、
   を備えた無停電電源システム。
7. 請求項１記載の無停電電源装置である予備無停電電源装置と、
   制御のためのゲートを持ちブリッジ接続されたスイッチング素子を有し、前記スイッチング素子のゲートを制御することによって直流を交流に変換するインバータ、前記出力電圧基準に基づき前記インバータの出力電圧を制御するための出力電圧指令を出力する出力電圧制御手段、前記出力電圧制御手段の出力電圧指令に基づき、前記インバータのスイッチング素子のゲート制御信号を生成するゲート制御手段、及び前記インバータによって変換された交流を外部から供給される交流に切り換えて出力する切換手段をそれぞれ有する常用無停電電源装置と、
   前記常用無停電電源装置から出力される交流を前記予備無停電電源装置から出力される交流に切り換えて負荷に供給する外部切換手段と、
   を備えた無停電電源システム。

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