JP4670351B2

JP4670351B2 - 無停電電源装置の制御装置。

Info

Publication number: JP4670351B2
Application number: JP2005003459A
Authority: JP
Inventors: 裕彦堤
Original assignee: Meidensha Corp
Current assignee: Meidensha Corp
Priority date: 2005-01-11
Filing date: 2005-01-11
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2025-01-11
Also published as: JP2006197660A

Description

本発明は、無停電電源装置の制御装置に係り、特に容量性負荷時における起動装置に関するものである。

蓄電池からインバータを介して負荷に交流電力を供給するように構成された無停電電源装置は、図６のように構成されている。すなわち、１は蓄電池、２はインバータで、制御回路３からのゲート信号によって制御され、その出力は商用切替スイッチ５を介して負荷４に供給される。切替スイッチ５の他方の端子はバイパス回路を通して商用電源に接続されている。このように構成された無停電電源装置は、その負荷が図６で示すような容量性の負荷の場合、商用電源からインバータ２側に切り替えて容量性負荷４に交流電力を供給すると、容量性負荷４に突入電流が流れてインバータ２に過電流が発生して運転停止現象が発生する。これを防止するために、特許文献１ではインバータ２の起動時に出力電圧を徐々に上昇させるソフトスタートを行っている。
特開２００１−８４６２号公報

図７はインバータの出力過電流トリップ防止のために、出力電圧を徐々に上昇させるソフトスタートの模式図である。同図（ａ）はインバータ出力電圧の実効値、（ｂ）はインバータ出力電圧、（ｃ）はインバータの出力電流、（ｄ）は容量性負荷の直流中間回路電圧である。インバータ２は時刻ｔ0で起動され、その際、図７（ａ）で示すように出力電圧の実効値を時刻ｔ1まで徐々に増加させる。この起動によって、インバータ出力電圧、インバータ出力電流、及び容量性負荷の直流中間回路電圧は図７（ｂ）（ｃ）（ｄ）のような態様となり、インバータ出力電流はパルス状となる。このため、容量性負荷の直流中間回路における電圧は、パルス電流によって充電を繰り返しながら徐々に増加するが、起動完了時点を時刻ｔ1に設定すると、インバータ電流は過電流レベルLUを超えた大きな電流となって容量性負荷の充電電流が増加して、インバータの出力過電流トリップとなり、起動失敗する可能性がある。

したがって、本発明が目的とするところは、短時間起動であってもインバータの出力過電流トリップの生じない無停電電源装置の制御装置を提供することにある。

削除

本発明の第１は、インバータの出力側に容量性負荷を接続し、インバータ起動時にインバータ出力電圧実効値が定格電圧に達するまで徐々に上昇させる電圧低減期間をインバータ制御回路のゲート信号生成部に設け、ゲート信号生成部による制御信号に基づき蓄電池に蓄積されたエネルギーをインバータを介して容量性負荷に供給するよう構成した無停電電源装置において、
前記電圧低減期間中のインバータ出力周波数を、通常周波数より高い周波数で制御する高周波数期間を設けると共に、前記インバータ制御回路のゲート信号生成部に、
前記インバータ出力電圧実効値から電圧低減期間か否かを判断する電圧判定部と、
電圧判定部による判定結果が電圧低減期間後と判断した時にはインバータの出力電圧を定格電圧とするゲート信号に置き換え、電圧低減期間中であるとき当該期間に対応したインバータ出力電圧を出力すべく制御信号を演算する出力電圧演算部と、
前記高周波数期間中であるか否かを判定し、高周波数期間中のときにはインバータの出力周波数を通常周波数より高い周波数に設定し、高周波数期間経過後は定格周波数に設定する周波数設定部とを設け、
周波数設定部で設定された周波数と前記出力電圧演算部による出力電圧の演算結果を正弦波生成部に入力し出力位相演算を実行してＰＷＭ信号を生成するよう構成したことを特徴としたものである。

本発明の第２は、前記電圧低減期間終了後の所定時間だけインバータの出力周波数の周波数低減期間を設けると共に、前記周波数設定部は、高周波数期間が経過判定時に前記周波数低減期間か否かを判定し、周波数低減期間中のときにはインバータの出力周波数を定格周波数に向けて徐々に減少させ、周波数低減期間後は出力周波数をインバータの定常周波数に設定する手段を備えたことを特徴としたものである。

以上のとおり、本発明によれば、起動時のインバータ出力周波数を高くしたことにより、容量性負荷が接続された場合でもインバータの出力電流を低いレベルに抑制することが可能となって、短時間での起動が可能となるものである。また、容量性負荷と共にトランスが負荷として接続されていた場合には、出力周波数の位相の連続性を確保しつつ、電圧低減期間終了後に所定時間だけ周波数を徐々に低減することによって、トランスへの過電流流入が防止できるものである。

図１は、本発明の実施例を示すインバータの制御回路におけるゲート信号生成のフローチャートを示したものである。また、図２はゲート信号生成のフローチャートに基づくインバータ出力電圧・電流、容量性負荷の直流中間回路電圧の模式図を示したものである。すなわち、この実施例は、図２（ａ）で示すように時刻ｔ1までの起動時に高周波信号を出力する期間を設け、時刻ｔ１より定格周波数制御を実行するようにしたものである。インバータの出力電圧実効値の低減期間は時刻ｔ１までとして徐々に増加起動することは図（ｂ）で示すように従来と同様であるが、そのときのインバータ出力電流は、起動時周波数が通常周波数である商用電源の周波数よりも高く設定された高周波期間となっているため、図（ｄ）で示すように流れる時間と大きさが抑制されて小さくなっている。したがって、容量性負荷の直流中間回路電圧も小刻みに上昇することになる。このような制御は、図１で示す制御手段によって得られる。

図１において、ステップＳ１では電圧判定部によってインバータの出力電圧実効値は低減期間か否かの判断がされる。低減期間であった場合には、Ｓ２において電圧演算部によるインバータの出力電圧演算がなされ、電圧低減期間でなければ、電圧演算部はＳ３において出力電圧をそのまま定格電圧に置き換える。ステップＳ４では周波数判定部による高周波数期間か否かの判定がなされ、高周波数期間であった場合には、Ｓ５において周波数設定部によりインバータの出力周波数を高周波数に設定される。また、周波数設定部は、Ｓ４での周波数判定で高周波数期間外と判定された場合には、Ｓ６で周波数設定を定格周波数に設定する。Ｓ７では、正弦波生成部において周波数設定部で設定された周波数に基づいて出力位相演算を実行し、ＰＷＭ信号生成部に出力する。ＰＷＭ信号生成部は、Ｓ８においてＰＷＭ信号を生成し、インバータを構成するスイッチング素子のゲートに出力することでインバータを制御する。

以上のように、この実施例によれば、起動期間中は出力周波数を高く設定したことにより、インバータ出力電流のピーク値を抑制し、過電流トリップさせることなく起動が可能となるものである。

図３は第２の実施例を示したものである。無停電電源装置の出力側に、図５で示すように容量性負荷４と並列にトランス６が接続される場合がある。このような場合、図１で示したように、起動期間中の高い出力周波数から定格周波数に位相の連続性を無視してステップ状に変更すると、負荷となるトランスの励磁回路に異常な電圧が印加され、インバータに過電流が流れてトリップする可能性がある。そこで、制御回路１０は、図４（ａ）で示すように、インバータの出力周波数を高周波数期間が終了する時刻ｔ１から時刻ｔ２までに周波数低減期間を設けて徐々に周波数を低減し、時刻ｔ２より定格周波数制御を実行するようにしたものである。

図３において、ステップＳ１１では電圧判定部によってインバータの出力電圧実効値は低減期間か否かの判断がされる。低減期間であった場合には、Ｓ１２で電圧演算部によるインバータの出力電圧演算がなされ、電圧低減期間でなければ、電圧演算部はＳ１３で出力電圧をそのまま定格電圧に置き換える。ステップＳ１４では周波数判定部による高周波数期間か否かの判定がなされ、高周波数期間であった場合には、Ｓ１５において周波数設定部によりインバータの出力周波数が高周波数に設定される。また、Ｓ１４で高周波数期間でなかった場合には、Ｓ１６で周波数判定部によって周波数低減期間か否かが判断され、時刻ｔ１からｔ２の低減期間中である場合には、Ｓ１７で周波数設定部による出力周波数を演算し、時刻ｔ２を経過して定格周波数期間であった場合には、周波数設定部はＳ１８で出力周波数を定格周波数に設定する。Ｓ１９で正弦波生成部は、各ステップＳ１５、Ｓ１７、Ｓ１８において周波数設定部にて設定された周波数に基づいて出力位相演算を実行し、ＰＷＭ信号生成部に出力する。ＰＷＭ信号生成部は、Ｓ２０でＰＷＭ信号を生成し、ゲート信号を出力することでインバータを制御する。

したがって、この実施例によれば、無停電電源装置の出力側にトランスを接続した場合でも、トランスの励磁回路での異常電圧は発生せず、インバータに流れる電流は抑制されて過電流トリップは防止される。

本発明の実施例を示すインバータゲート信号生成のフローチャート。インバータ起動時の波形説明図。本発明の他の実施例によるゲート信号生成のフローチャート。他の実施例によるインバータ起動時の波形説明図。無停電電源装置の負荷接続構成図。従来の無停電電源装置の負荷接続構成図。従来のインバータ起動時の波形説明図。

１… 蓄電池
２… インバータ
３… 制御回路
４… 容量性負荷
５… 切替スイッチ
６… トランス
１０… 制御回路

Claims

インバータの出力側に容量性負荷を接続し、インバータ起動時にインバータ出力電圧実効値が定格電圧に達するまで徐々に上昇させる電圧低減期間をインバータ制御回路のゲート信号生成部に設け、ゲート信号生成部による制御信号に基づき蓄電池に蓄積されたエネルギーをインバータを介して容量性負荷に供給するよう構成した無停電電源装置において、
前記電圧低減期間中のインバータ出力周波数を、通常周波数より高い周波数で制御する高周波数期間を設けると共に、前記インバータ制御回路のゲート信号生成部に、
前記インバータ出力電圧実効値から電圧低減期間か否かを判断する電圧判定部と、
電圧判定部による判定結果が電圧低減期間後と判断した時にはインバータの出力電圧を定格電圧とするゲート信号に置き換え、電圧低減期間中であるとき当該期間に対応したインバータ出力電圧を出力すべく制御信号を演算する出力電圧演算部と、
前記高周波数期間中であるか否かを判定し、高周波数期間中のときにはインバータの出力周波数を通常周波数より高い周波数に設定し、高周波数期間経過後は定格周波数に設定する周波数設定部とを設け、
周波数設定部で設定された周波数と前記出力電圧演算部による出力電圧の演算結果を正弦波生成部に入力し出力位相演算を実行してＰＷＭ信号を生成するよう構成したことを特徴とした無停電電源装置の制御装置。
前記電圧低減期間終了後の所定時間だけインバータの出力周波数の周波数低減期間を設けると共に、前記周波数設定部は、高周波数期間が経過判定時に前記周波数低減期間か否かを判定し、周波数低減期間中のときにはインバータの出力周波数を定格周波数に向けて徐々に減少させ、周波数低減期間後は出力周波数をインバータの定常周波数に設定する手段を備えたことを特徴とした請求項１記載の無停電電源装置の制御装置。