JP4891940B2 - Power converter - Google Patents
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本発明は、インバータによる給電と商用電源による給電との間で負荷に対する給電の切換を行う電力変換装置に関するものである。 The present invention relates to a power conversion device that switches power supply to a load between power supply by an inverter and power supply by a commercial power supply.
例えば、負荷に対する電源の供給を停止することのないようにするための無停電電源装置では、インバータのメンテナンス若しくは故障時に負荷への給電を無瞬断で継続させることが要求されている。 For example, in an uninterruptible power supply for preventing the supply of power to a load from being stopped, it is required to continue power supply to the load without interruption during maintenance or failure of the inverter.
このため、無停電電源装置は、インバータによる給電と商用電源による給電との間で負荷に対する給電の切換を行う電源切換器を設けている。ここで、電源切換器により、常時は商用電源に同期させて運転しているインバータの出力からの給電を行っている。 For this reason, the uninterruptible power supply device is provided with a power supply switching unit that switches power supply to a load between power supply by an inverter and power supply by a commercial power supply. Here, the power supply switching unit supplies power from the output of the inverter that is always operating in synchronization with the commercial power supply.
そして、インバータのメンテナンス若しくは故障時にインバータによる給電から商用電源による給電に瞬時切換を行うようにしている。このインバータは給電形態に応じて単独接続又は複数台並列接続される。 Then, instantaneous switching is performed from the power supply by the inverter to the power supply by the commercial power source at the time of maintenance or failure of the inverter. These inverters are individually connected or connected in parallel depending on the power supply mode.
図９は、従来の無停電電源装置を示す電力変換装置の構成図である。
図９に示す無停電電源装置は、インバータ４と、電源切換器５と、電圧位相差レベル判定回路１１とを設けている。インバータ４は、バッテリ等のインバータ入力電源２から商用電源１に同期した交流電源もしくは内部の基準信号に基づいた交流電源を生成している。
FIG. 9 is a configuration diagram of a power conversion device showing a conventional uninterruptible power supply.
The uninterruptible power supply device shown in FIG. 9 includes an inverter 4, a power switch 5, and a voltage phase difference level determination circuit 11. The inverter 4 generates an AC power source synchronized with the
電源切換器５は、サイリスタスイッチ等の高速スイッチ６で商用電源１による負荷３に対する給電をオン又はオフし、スイッチ７でインバータ４による負荷３に対する給電をオン又はオフする。
The power supply switching unit 5 turns on or off the power supply to the
電圧位相差レベル判定回路１１は、電圧検出器８で検出された商用電源１の電圧と、電圧検出器９で検出されたインバータ４の電圧とから、商用電源１の電圧とインバータ４の電圧との位相差を検出して、位相差判定結果１２を出力する。
The voltage phase difference level determination circuit 11 calculates the voltage of the
まず、判定回路１５は、位相差判定結果１２が「１」（同期時）で、かつ第１切換指令１３が「１」のとき、商用電源給電からインバータ給電への瞬時切換指令１７を電源切換器５に供給する。
First, when the phase
このとき、電源切換器５は、まず、高速スイッチ６をオンにして、高速スイッチ６とスイッチ７を共にオンにした後に、スイッチ７をオフにする。
これにより、負荷３に対する給電を、商用電源１からインバータ４に無瞬断で切換える。
At this time, the power switch 5 first turns on the high-speed switch 6, turns on both the high-speed switch 6 and the
As a result, power supply to the
また、判定回路１６のアンド回路１６−１は、位相差判定結果１２が「１」（同期時）でかつ第２切換指令１４が「１」のとき、インバータ給電から商用電源給電への無瞬断切換指令１８を電源切換器５に供給する。
Further, the AND circuit 16-1 of the
このとき、電源切換器５は、まず、スイッチ７をオンにして、高速スイッチ６とスイッチ７を共にオンにした後に、高速スイッチ６をオフにする。
これにより、インバータ４による給電から商用電源１による負荷３に対する給電へ無瞬断で切換を行う。
At this time, the power switch 5 first turns on the
As a result, the power supply by the inverter 4 is switched to the power supply to the
さらに、第２判定回路１６のアンド回路１６−２は、位相差判定結果１２が「０」であって（非同期時）、第２切換指令１４が「１」のとき、インバータ給電から商用電源給電への断あり切換指令１９を電源切換器５に供給する。
Further, the AND circuit 16-2 of the
このとき、電源切換器５は、まず、高速スイッチ６をオフにする。このとき、高速スイッチ６をオフにしたときから内蔵のタイマをカウントして一定期間後にスイッチ７をオンにする。
At this time, the power switch 5 first turns off the high-speed switch 6. At this time, the built-in timer is counted from when the high-speed switch 6 is turned off, and the
これにより、インバータ４による給電を停止してから一定期間経過後に商用電源１による負荷３に対する給電を開始する。
Thereby, the electric power supply with respect to the
図１０は、図９で示す電力変換装置において、インバータ出力と商用電源が同期しているときにインバータ４による給電から商用電源１による給電へ無瞬断切換を行う瞬時切換指令１８（同期時）が電源切換器５に供給されたときの各部の波形図である。
FIG. 10 shows an
図１０Ａはインバータ出力電圧、図１０Ｂは商用電源電圧、図１０Ｃは負荷印加電圧、図１０Ｄはインバータ出力電流、図１０Ｅは商用電源電流、図１０Ｆは負荷電流を示す。 10A shows the inverter output voltage, FIG. 10B shows the commercial power supply voltage, FIG. 10C shows the load applied voltage, FIG. 10D shows the inverter output current, FIG. 10E shows the commercial power supply current, and FIG. 10F shows the load current.
図１０Ａに示すインバータ出力電圧と、図１０Ｂに示す商用電源電圧は同期しているので、Ｔ１１時点で切換を行うことにより、インバータ４による給電から商用電源１の給電に無瞬断で切り換わる。
Since the inverter output voltage shown in FIG. 10A and the commercial power supply voltage shown in FIG. 10B are synchronized, switching from the power supply by the inverter 4 to the power supply of the
図１１は、図９に示した電力変換装置において、インバータ出力と商用電源が同期していないときにインバータ４による給電から商用電源１による給電へ断あり切換を行う切換指令１９が電源切換器５に供給されたときの各部の波形図である。
FIG. 11 shows the power conversion device shown in FIG. 9 in which the
図１１Ａはインバータ出力電圧、図１１Ｂは商用電源電圧、図１１Ｃは負荷印加電圧、図１１Ｄはインバータ出力電流、図１１Ｅは商用電源電流、図１１Ｆは負荷電流を示す。 11A shows the inverter output voltage, FIG. 11B shows the commercial power supply voltage, FIG. 11C shows the load applied voltage, FIG. 11D shows the inverter output current, FIG. 11E shows the commercial power supply current, and FIG. 11F shows the load current.
図１１Ａに示すインバータ出力電圧と図１１Ｂに示す商用電源電圧との間には、位相差Δがあり、同期していない。このため、インバータ出力電圧と商用電源電圧とを無瞬断で切換ることができない。
まず、Ｔ１１時点でインバータ４による給電が停止される。Ｔ１１時点から、負荷への給電停止期間Ｔ２１経過後のＴ１２時点で、商用電源１による給電を開始する。負荷への給電停止期間Ｔ２１があるために、上記位相差に起因して負荷に過電流が流れることはない。
There is a phase difference Δ between the inverter output voltage shown in FIG. 11A and the commercial power supply voltage shown in FIG. For this reason, the inverter output voltage and the commercial power supply voltage cannot be switched without instantaneous interruption.
First, the power supply by the inverter 4 is stopped at time T11. From time T11, power supply by the
図１２は、インバータ出力と商用電源が同期していないときに無瞬断切換を行ったときの波形図である。図１２Ａはインバータ出力電圧、図１２Ｂは商用電源電圧、図１２Ｃは負荷印加電圧、図１２Ｄはインバータ出力電流、図１２Ｅは商用電源電流、図１２Ｆは負荷電流を示す。 FIG. 12 is a waveform diagram when switching without interruption is performed when the inverter output and the commercial power supply are not synchronized. 12A shows the inverter output voltage, FIG. 12B shows the commercial power supply voltage, FIG. 12C shows the load applied voltage, FIG. 12D shows the inverter output current, FIG. 12E shows the commercial power supply current, and FIG.
図１２Ａに示すインバータ出力電圧と、図１２Ｂに示す商用電源電圧とは、位相差Δがあり、同期していない。この状態で、Ｔ１１時点で、インバータ４による給電を停止すると共に、商用電源１の給電を開始する。
インバータ出力電圧と商用電源電圧との間に位相差Δがあることに起因して、図１２Ｆに示す負荷電流は、Ｔ１１時点において、負荷許容電流Ｉｍａｘを超過する。
この現象は、負荷３が誘導性負荷や容量性負荷を含む場合に、鉄心の磁気飽和によるインダクタンスの大幅な低下や、容量性負荷の変位電流等によって発生するものである。
The inverter output voltage shown in FIG. 12A and the commercial power supply voltage shown in FIG. 12B have a phase difference Δ and are not synchronized. In this state, at time T11, power supply by the inverter 4 is stopped and power supply from the
Due to the phase difference Δ between the inverter output voltage and the commercial power supply voltage, the load current shown in FIG. 12F exceeds the load allowable current Imax at time T11.
When the
上述した技術の電力変換装置では、インバータ出力と商用電源が同期していないときに無瞬断切換はできず、一定期間（一周期以上）給電が遮断されず、負荷３に過大な影響を及ぼすことになる。
In the power conversion device of the above-described technology, when the inverter output and the commercial power supply are not synchronized, switching without interruption is not possible, power supply is not cut off for a certain period (one period or more), and the
本発明は、インバータ出力と商用電源の位相が同期していないときにも、負荷の種類を判別して、可能な場合には無瞬断切換を行うことにより、より多くの場合に負荷への給電を継続させることを目的とするものである。 Even when the phase of the inverter output and the commercial power supply is not synchronized, the present invention determines the type of load and switches to the load in more cases by switching without interruption when possible. The purpose is to continue power supply.
上記目的を達成するために、本発明の電力変換装置は、負荷の力率を演算することにより、負荷の力率が予め定められた力率範囲であるか否かを判定する負荷力率判定部を備えている。 To achieve the above object, the power conversion device of the present invention calculates a load power factor to determine whether or not the load power factor is within a predetermined power factor range. Department.
これにより、負荷の力率が予め定められた力率範囲内であるときは、インバータの出力と商用電源との位相差がある状態であっても、負荷への給電をインバータによる給電から商用電源による給電に無瞬断で切換える。 As a result, when the power factor of the load is within a predetermined power factor range, even if there is a phase difference between the output of the inverter and the commercial power supply, the power supply to the load is changed from the power supply by the inverter to the commercial power supply. Switch to power supply with no interruption.
本発明によれば、負荷の力率が予め定められた力率範囲内であれば、インバータの出力と商用電源との位相差があっても、負荷への給電をインバータによる給電から商用電源による給電に無瞬断で切換えることができる。これにより、インバータ出力と商用電源が同期していないときにも、負荷への給電を継続させることができる。
負荷電流の許容電流値に対する余裕度が大きいときには、負荷力率判定の際の力率範囲を比較的緩やかに設定するというように、負荷力率判定の際の力率範囲を負荷電流値に応じて段階的に設定することにより、無瞬断切換ができる範囲を広げることができる。
According to the present invention, if the power factor of the load is within a predetermined power factor range, even if there is a phase difference between the output of the inverter and the commercial power supply, the power supply to the load is changed from the power supply by the inverter to the commercial power supply. It is possible to switch to feeding without interruption. Thereby, even when the inverter output and the commercial power supply are not synchronized, the power supply to the load can be continued.
When the margin for the allowable current value of the load current is large, the power factor range for load power factor determination is set according to the load current value, such as setting the power factor range for load power factor determination relatively gently. Thus, it is possible to widen the range in which switching without interruption can be performed.
また、特定周波数成分の負荷力率を測定して、複数の周波数における負荷の力率範囲をすべて満たす場合にのみ、切換可能とすることにより、例えば、誘導性負荷と容量性負荷が並列接続された結果として、見かけの負荷力率が大きくなっている場合には無瞬断切換とはならないようにすることができる。 Further, by measuring the load power factor of a specific frequency component and satisfying all the power factor ranges of loads at a plurality of frequencies, it is possible to switch, for example, inductive load and capacitive load are connected in parallel. As a result, when the apparent load power factor is large, it is possible not to switch without interruption.
以下、本発明の実施の形態の例を、図１〜８を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示している。
図１において、本実施の形態の電力変換装置は、インバータ４と、電源切換器５とを設けている。
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a configuration example of a power conversion device according to the first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the power conversion device according to the present embodiment includes an inverter 4 and a power switch 5.
インバータ４は、内部の基準信号に基づいてバッテリ等のインバータ入力電源２から商用電源１に同期した交流電源を生成する。
The inverter 4 generates an AC power source synchronized with the
電源切換器５は、商用電源１による負荷３に対する給電をオン又はオフするためのサイリスタスイッチ等の高速スイッチ６と、インバータ４による負荷３に対する給電をオン又はオフするためのスイッチ７とで構成されている。
なお、図示しないが、電源切換器５は、高速スイッチ６とスイッチ７をオン又はオフに制御する制御部、所定期間を計時するタイマを備えている。
The power switch 5 includes a high-speed switch 6 such as a thyristor switch for turning on or off the power supply to the
Although not shown, the power switch 5 includes a control unit that controls the high-speed switch 6 and the
ここで、スイッチ７は、インバータ４のメンテナンス若しくは故障時にインバータ４による給電をオフするために用いるものである。
高速スイッチ６は、商用電源１による負荷３に対する給電をオンするために用いるものであり、高速切換が要求される。
Here, the
The high speed switch 6 is used to turn on the power supply to the
ここで、本実施の形態の電力変換装置は、商用電源１の電圧を検出する電圧検出器８と、インバータ４の電圧を検出する電圧検出器９と、電圧位相差レベル判定回路１１とを設けている。電圧位相差レベル判定回路１１は、商用電源１の電圧とインバータ４の電圧との位相差を検出して、位相差判定結果１２を出力する。
Here, the power conversion device according to the present embodiment includes a
さらに、本実施の形態の電力変換装置は、商用電源給電からインバータ給電への切換判定回路１５と、インバータ給電から商用電源給電への切換判定回路１６とを設けている。判定回路１５は、位相差判定結果１２と第１切換指令１３を入力とするアンド回路である。
Furthermore, the power conversion device of the present embodiment includes a switching
位相差判定結果１２は、商用電源１の電圧とインバータ４の電圧との位相差が一定範囲内のとき「１」（同期時）、位相差が一定範囲外のとき「０」（非同期時）となる。第１切換指令１３は、商用電源１からインバータ４への切換指令であり、常時は「０」、切換時に「１」となる。
判定回路１６は、位相差判定結果１２と第２切換指令１４を入力とするアンド回路１６−１と、位相差判定結果１２の反転信号と第２切換指令１４を入力とするアンド回路１６−２から構成される。
第２切換指令１４は、インバータ４から商用電源１への切換指令であり、常時は「０」、切換時に「１」となる。
The phase
The
The
ここで、本実施の形態の電力変換装置は、負荷３の電流を検出する電流検出器２０と、負荷３の力率を演算する負荷力率演算回路２１とを設けている。負荷力率演算回路２１は、インバータ４の電圧を検出する電圧検出器９で検出された負荷印加電圧と、負荷３の電流を検出する負荷電流検出器２０で検出された負荷電流とから負荷３の力率を演算する。
Here, the power conversion device of the present embodiment includes a current detector 20 that detects the current of the
さらに、本実施の形態の電力変換装置は、負荷３の力率のレベルを判定する負荷力率レベル判定回路２２と、切換条件追加回路２４とを設けている。
Further, the power conversion device according to the present embodiment includes a load power factor
負荷力率レベル判定回路２２は、負荷力率演算回路２１で演算された負荷３の力率が予め定められた力率範囲内であるか否かを判定して、負荷３の力率が予め定められた力率範囲内であるときは負荷力率判定結果２３として「１」を出力し、力率範囲外であるときは負荷力率判定結果２３として「０」を出力する。
この力率範囲は、例えば、力率「１」を中心として、進み位相の力率「０．９」と遅れ位相の力率「０．９」の間で設定される。
The load power factor
This power factor range is set, for example, between a power factor “0.9” of the leading phase and a power factor “0.9” of the lagging phase with the power factor “1” as the center.
切換条件追加回路２４は、位相差判定結果１２と、負荷力率判定結果２３を入力とするオア回路であり、位相差判定結果１２が「１」のとき（同期時）又は負荷力率判定結果２３が「１」のとき（力率範囲内）、切換条件出力として「１」を出力する。また、位相差判定結果１２が「０」（非同期時）でかつ負荷力率判定結果２３が「０」のとき（力率範囲外）、切換条件出力として「０」を出力する。
The switching
判定回路１５は、位相差判定結果１２が「１」（同期時）でかつ第１切換指令１３が「１」のとき、商用電源給電からインバータ給電への瞬時切換指令１７を電源切換器５に供給する。
When the phase
判定回路１６のアンド回路１６−１は、切換条件出力が「１」（同期時又は力率範囲内）でかつ第２切換指令１４が「１」のとき、インバータ給電から商用電源給電への無瞬断切換指令１８を電源切換器５に供給する。
The AND circuit 16-1 of the
また、判定回路１６のアンド回路１６−２は、切換条件出力が「０」であって（非同期時又は力率範囲外）、第２切換指令１４が「１」のとき、インバータ給電から商用電源給電への断あり切換指令１９を電源切換器５に供給する。
Further, the AND circuit 16-2 of the
上述するように構成された本実施の形態の電力変換装置において、判定回路１５から商用電源給電からインバータ給電への瞬時切換指令１７（同期時）が電源切換器５に供給されると、電源切換器５は、以下の動作をする。
まず、電源切換器５は、スイッチ７をオンにして、高速スイッチ６とスイッチ７を共にオンにした後に、高速スイッチ６をオフにする。
これにより、同期時に、商用電源１による給電からインバータ４による負荷３に対する給電へ無瞬断切換することができる。
In the power conversion device of the present embodiment configured as described above, when the instantaneous switching command 17 (during synchronization) from the commercial power supply to the inverter power supply is supplied from the
First, the power switch 5 turns on the
Thereby, at the time of synchronization, it is possible to switch from power supply by the
また、判定回路１６のアンド回路１６−１から、インバータ給電から商用電源給電への無瞬断切換指令１８（同期時又は力率範囲内）が電源切換器５に供給されると、電源切換器５は、以下の動作をする。まず、電源切換器５は、高速スイッチ６をオンにして、高速スイッチ６とスイッチ７を共にオンにした後に、スイッチ７をオフにする。
これにより、非同期時であっても予め定めた力率範囲内であれば、インバータ４による給電から商用電源１による負荷３に対する給電へ無瞬断切換することができる。
Further, when an uninterruptible switching command 18 (when synchronized or within a power factor range) from inverter power supply to commercial power supply is supplied to the power switch 5 from the AND circuit 16-1 of the
Thereby, even if it is asynchronous, if it is in the predetermined power factor range, it can change without power supply from the electric power feeding by the inverter 4 to the electric power feeding with respect to the
さらに、第２判定回路１６のアンド回路１６−２から、インバータ給電から商用電源給電への断あり切換指令１９（非同期時又は力率範囲外）が電源切換器５に供給されると、電源切換器５は、以下の動作をする。
まず、電源切換器５は、スイッチ７をオフにする。スイッチ７をオフにしてから一定期間後に高速スイッチ６をオンにする。
一定期間経過後に商用電源給電を開始するのは、負荷３に印加される電圧もしくは電圧の位相が急変することに起因して負荷電流が過大になることを防止するためである。
Further, when the AND circuit 16-2 of the
First, the power switch 5 turns off the
The reason why commercial power supply is started after a lapse of a certain period is to prevent the load current from becoming excessive due to a sudden change in the voltage applied to the
図２は、本発明の第２の実施の形態に係る電力変換装置の構成の変形例を示している。
図２に示す電力変換装置が、図１に示した電力変換装置と異なる点は、負荷３の電圧を検出する負荷電圧検出器１０を設けた点である。
負荷力率演算回路２１は、負荷３の電圧を検出する電圧検出器１０で検出された負荷印加電圧と、負荷３の電流を検出する電流検出器２０で検出された負荷電流とから負荷３の力率を演算する。
この場合、インバータ４による給電から商用電源１による負荷３に対する給電へ切換を行う直前の負荷力率測定に対しては、上述した図１に示した電力変換装置と同様の負荷力率測定結果を得ることができる。
FIG. 2 shows a modification of the configuration of the power conversion device according to the second embodiment of the present invention.
The power converter shown in FIG. 2 is different from the power converter shown in FIG. 1 in that a load voltage detector 10 that detects the voltage of the
The load power factor calculation circuit 21 calculates the
In this case, for the load power factor measurement immediately before switching from the power supply by the inverter 4 to the power supply to the
図３は、図１および図２の電力変換装置において、非同期時でかつ負荷力率が大のときにインバータから商用電源へ切り換えるときの波形図である。図３Ａはインバータ出力電圧、図３Ｂは商用電源電圧、図３Ｃは負荷印加電圧、図３Ｄはインバータ出力電流、図３Ｅは商用電源電流、図３Ｆは負荷電流を示す。負荷力率が大とは、負荷３の力率が予め定めた力率範囲内と同じである。
FIG. 3 is a waveform diagram when switching from the inverter to the commercial power supply in the power conversion device of FIGS. 1 and 2 when the load power factor is large and when it is asynchronous. 3A shows the inverter output voltage, FIG. 3B shows the commercial power supply voltage, FIG. 3C shows the load applied voltage, FIG. 3D shows the inverter output current, FIG. 3E shows the commercial power supply current, and FIG. 3F shows the load current. The high load power factor means that the power factor of the
図３Ａに示すインバータ出力電圧と、図３Ｂに示す商用電源電圧とは位相差Δがあり、同期していない。このとき、インバータ出力電圧と商用電源電圧の瞬時切換を行った場合、各部の波形は以下のようになる。
まず、Ｔ１時点でインバータ４による給電を停止すると共に、商用電源１の給電を開始する。
このとき、図３Ｆに示す負荷電流は、Ｔ１時点において、負荷許容電流Ｉｍａｘを超過することはない。これは、負荷３の力率が予め定めた力率範囲内であり、誘導性負荷に含まれる鉄心の磁気飽和によるインダクタンスの大幅な低下や、容量性負荷の変位電流等が発生することはないため、位相変化による変動が少ないためである。
The inverter output voltage shown in FIG. 3A and the commercial power supply voltage shown in FIG. 3B have a phase difference Δ and are not synchronized. At this time, when instantaneous switching between the inverter output voltage and the commercial power supply voltage is performed, the waveform of each part is as follows.
First, at time T1, power supply by the inverter 4 is stopped and power supply from the
At this time, the load current shown in FIG. 3F does not exceed the load allowable current Imax at time T1. This is because the power factor of the
図４は、本発明の第３の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示している。
図４に示す電力変換装置が、図１に示した電力変換装置と異なる点は、しきい値変化負荷力率レベル判定回路２５を設けた点である。
FIG. 4 shows a configuration example of a power conversion device according to the third embodiment of the present invention.
The power conversion device shown in FIG. 4 is different from the power conversion device shown in FIG. 1 in that a threshold change load power factor level determination circuit 25 is provided.
しきい値変化負荷力率レベル判定回路２５は、異なる力率範囲をもった負荷力率レベル判定回路２２−１〜３と、負荷３の電流に応じて、負荷力率レベル判定回路２２−１〜３のいずれかを選択して、負荷力率判定結果２３を出力する切換スイッチ２６とを有している。
The threshold change load power factor level determination circuit 25 is a load power factor level determination circuit 22-1 according to the load power factor level determination circuits 22-1 to 22-3 having different power factor ranges and the current of the
ここで、しきい値変化負荷力率レベル判定回路２５の特性３１について説明する。
切換時に生じる負荷３の電流の変動は、負荷力率が小さいほど大きくなる。一方で、負荷３の電流値Ａ，Ｂ，Ｃが図３に示した負荷許容電流値Ｉｍａｘに対して余裕度が大きいときには、切換時に生じる負荷３の電流の変動がその分大きくなることを許容できる。すなわち、負荷３の電流値が小さければ、負荷力率判定の際の力率範囲ａ，ｂ，ｃをより広く設定することができる。
Here, the characteristic 31 of the threshold change load power factor level determination circuit 25 will be described.
The fluctuation of the current of the
例えば、負荷３の電流がレベルＡのとき負荷許容電流値Ｉｍａｘに対して余裕度が小さいので、負荷力率判定の際の力率範囲を比較的狭い力率範囲ａに設定する。
また、負荷３の電流がレベルＣのとき負荷許容電流値Ｉｍａｘに対して余裕度が大きいので、負荷力率判定の際の力率範囲をより広い力率範囲ｃに設定する。
For example, since the margin is small with respect to the load allowable current value Imax when the current of the
Further, since the margin is large with respect to the load allowable current value Imax when the current of the
図５は、図４の電力変換装置において、非同期時でかつ、負荷３の電流が比較的小さく、力率が大きくないときのインバータから商用電源への切換時の波形図である。図５Ａはインバータ出力電圧、図５Ｂは商用電源電圧、図５Ｃは負荷印加電圧、図５Ｄはインバータ出力電流、図５Ｅは商用電源電流、図５Ｆは負荷電流を示す。
FIG. 5 is a waveform diagram at the time of switching from the inverter to the commercial power supply when the power conversion device of FIG. 4 is asynchronous and the current of the
図５Ａに示すインバータ出力電圧と、図５Ｂに示す商用電源電圧とは位相差Δがあり、同期していない。このとき、インバータ出力電圧と商用電源電圧の瞬時切換を行った場合、各部の波形は以下のようになる。
負荷３の力率が力率範囲ａ、ｂから逸脱しているが、力率範囲ｃ内に入っていて、かつ負荷３の電流が負荷許容電流値ＩｍａｘであるレベルＣよりも小さいときは、負荷電流がレベルＣ以下かつ負荷３の力率が力率範囲ｃ内の条件を満たすことから、Ｔ１時点でインバータ４による給電を停止すると共に、商用電源１の給電を開始する。
The inverter output voltage shown in FIG. 5A and the commercial power supply voltage shown in FIG. 5B have a phase difference Δ and are not synchronized. At this time, when instantaneous switching between the inverter output voltage and the commercial power supply voltage is performed, the waveform of each part is as follows.
When the power factor of the
図５Ｆに示す負荷電流は、Ｔ１時点において、電圧や電圧位相の変化に起因して変動するものの、事前の電流が小さいことから、５１に示すように、負荷許容電流Ｉｍａｘを超過することはない。 Although the load current shown in FIG. 5F fluctuates due to a change in voltage and voltage phase at time T1, since the current in advance is small, as shown in 51, the load allowable current Imax is not exceeded. .
図６は、本発明の第４の実施の形態に係る電力変換装置の構成例を示している。
図６に示す他の電力変換装置が、図１に示した電力変換装置と異なる点は、インバータ出力変動信号生成回路２７と、インバータ出力電力指令部２８と、特定周波数成分負荷力率演算回路２９と、判定結果合成回路３０を設けた点である。
FIG. 6 shows a configuration example of a power conversion device according to the fourth embodiment of the present invention.
The other power conversion device shown in FIG. 6 is different from the power conversion device shown in FIG. 1 in that an inverter output fluctuation
インバータ出力変動信号生成回路２７は、インバータ４の出力の主成分とは異なる周波数成分ｆ１、ｆ２、ｆ３の信号を生成する。インバータ出力電力指令部２８は、インバータ出力変動信号生成回路２７で生成された周波数成分の微小信号をインバータ４に重畳させるための指令を出力する。
The inverter output fluctuation
特定周波数成分負荷力率演算回路２９は、インバータ４に重畳されている特定周波数変動成分ｆ１、ｆ２、ｆ３における負荷３の力率を演算する。判定結果合成回路３０は、すべての周波数成分ｆ１、ｆ２、ｆ３について、負荷３の力率が負荷力率レベル判定回路２２の予め定めた力率範囲内であるときに、負荷力率判定結果２３として「１」を出力する。
The specific frequency component load power factor calculation circuit 29 calculates the power factor of the
従って、複数の周波数において負荷の力率条件をすべて満たす場合にのみ、瞬時切換を可能にすることができる。 Therefore, instantaneous switching can be performed only when all the power factor conditions of the load are satisfied at a plurality of frequencies.
これにより、例えば、誘導性負荷と容量性負荷が並列接続された結果として、見かけの負荷力率が大きくなっている場合には、周波数を変動させた場合に負荷の力率範囲を満たさないため、瞬時切換をしない。 As a result, for example, when the apparent load power factor is large as a result of inductive load and capacitive load being connected in parallel, the load power factor range is not satisfied when the frequency is varied. , Do not switch instantaneously.
図７は、誘導性負荷と容量性負荷が並列接続された負荷を示す図であり、図７Ａは抵抗負荷Ｒ、誘導性負荷Ｌ、容量性負荷Ｃの接続例、図７Ｂは負荷全体および一部分の力率の例である。 FIG. 7 is a diagram illustrating a load in which an inductive load and a capacitive load are connected in parallel. FIG. 7A is a connection example of a resistive load R, an inductive load L, and a capacitive load C, and FIG. This is an example of the power factor.
例えば、図７Ｂに示す負荷Ｘ（Ｒ）、負荷Ｙ（Ｒ＋Ｌ＋Ｃ）、負荷Ｚ（Ｒ＋Ｌ＋Ｃ）は、いずれも定格周波数５０［Ｈｚ］において力率「１」である。
これに対して、異なる周波数では、負荷Ｘ（Ｒ）の力率は「１」、負荷Ｙ（Ｒ＋Ｌ＋Ｃ）の力率は「０．９」、負荷Ｚ（Ｒ＋Ｌ＋Ｃ）の力率は「０．７」である。
For example, load X (R), load Y (R + L + C), and load Z (R + L + C) shown in FIG. 7B all have a power factor of “1” at a rated frequency of 50 [Hz].
On the other hand, at different frequencies, the power factor of the load X (R) is “1”, the power factor of the load Y (R + L + C) is “0.9”, and the power factor of the load Z (R + L + C) is “0.7”. Is.
図８は、負荷Ｘ（Ｒ）、負荷Ｙ（Ｒ＋Ｌ＋Ｃ）、負荷Ｚ（Ｒ＋Ｌ＋Ｃ）について、負荷力率を周波数特性により判定する例を示す図である。負荷Ｘ（Ｒ）や誘導性、容量性が小さい負荷Ｙ（Ｒ＋Ｌ＋Ｃ）はいずれの周波数でも予め定めた力率範囲内となる。大きな誘導性負荷と大きな容量性負荷が並列接続された負荷Ｚ（Ｒ＋Ｌ＋Ｃ）は、定格周波数５０［Ｈｚ］以外では予め定めた力率範囲内とはならない。 FIG. 8 is a diagram illustrating an example in which the load power factor is determined based on the frequency characteristics for the load X (R), the load Y (R + L + C), and the load Z (R + L + C). The load X (R) and the load Y (R + L + C) having a small inductivity and capacitance are within a predetermined power factor range at any frequency. A load Z (R + L + C) in which a large inductive load and a large capacitive load are connected in parallel does not fall within a predetermined power factor range except for a rated frequency of 50 [Hz].
なお、上述した本実施の形態例に限らず、本発明の特許請求の範囲を逸脱しない限り、適宜変更しうることは言うまでもない。 It goes without saying that the present invention is not limited to the embodiment described above, and can be changed as appropriate without departing from the scope of the claims of the present invention.
１…商用電源、２…インバータ入力電源、３…負荷、４…インバータ、５…電源切換器、６…高速スイッチ、７…スイッチ、８…電圧検出器、９…電圧検出器、１０…電圧検出器、１１…電圧位相差レベル判定回路、１２…位相差判定結果、１３…第１切換指令、１４…第２切換指令、１５…商用電源給電からインバータ給電への切換判定回路、１６…インバータ給電から商用電源給電への切換判定回路、１７…商用電源給電からインバータ給電への瞬時切換指令、１８…インバータ給電から商用電源給電への無瞬断切換指令、１９…インバータ給電から商用電源給電への断あり切換指令、２０…電流検出器、２１…負荷力率演算回路、２２…負荷力率レベル判定回路、２３…負荷力率判定結果、２４…切換条件追加回路、２５…しきい値変化負荷力率レベル判定回路、２６…切換スイッチ、２７…インバータ出力変動信号生成回路、２８…インバータ出力電力指令部、２９…特定周波数成分負荷力率演算回路、３０…判定結果合成回路
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記インバータの出力と前記商用電源との位相差を検出することにより、前記インバータの出力と前記商用電源とが同期しているか否かを判定する位相差判定部と、
前記負荷の力率を演算して前記負荷の力率が予め定められた力率範囲であるか否かを判定する負荷力率判定部を備えて、
前記負荷の力率が前記力率範囲内のときには、前記位相差判定部による位相差が前記所定範囲を超えた場合であっても、前記電源切換部による無瞬断切換を行うことを特徴とする電力変換装置。 A power supply switching unit that switches the power supply to the load from the power supply by the inverter to the power supply by the commercial power supply,
A phase difference determination unit that determines whether or not the output of the inverter and the commercial power supply are synchronized by detecting a phase difference between the output of the inverter and the commercial power supply;
A load power factor determination unit that calculates the power factor of the load and determines whether the power factor of the load is within a predetermined power factor range;
When the power factor of the load is within the power factor range, the power source switching unit performs uninterrupted switching even when the phase difference by the phase difference determination unit exceeds the predetermined range. Power converter.
前記負荷電流検出部で検出した電流に応じて、
前記負荷力率判定部で使用する定められた力率範囲を変化させることを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 A load current detector for detecting the load current;
According to the current detected by the load current detection unit,
The power conversion device according to claim 1, wherein a predetermined power factor range used in the load power factor determination unit is changed.
前記変動させたインバータの出力成分である特定変動成分の前記負荷の力率を演算する特定変動成分負荷力率演算部と、
を設けたことを特徴とする請求項１に記載の電力変換装置。 An inverter output fluctuation section for varying the output of the inverter;
A specific fluctuation component load power factor calculation unit that calculates the power factor of the load of the specific fluctuation component that is the output component of the varied inverter;
The power converter according to claim 1, wherein:
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