JP5056386B2

JP5056386B2 - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP5056386B2
Application number: JP2007316187A
Authority: JP
Inventors: 幹介藤井; 誠谷津; 博三反畑; 弘次森
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2007-12-06
Filing date: 2007-12-06
Publication date: 2012-10-24
Anticipated expiration: 2027-12-06
Also published as: JP2009142078A

Description

本発明は無停電電源装置に関し、特に、複数の電源ユニットを共通の制御装置で制御する方法に適用して好適なものである。

従来の無停電電源装置では、同一出力電圧の同一シリーズであっても、容量が異なると、それぞれの容量に対応して回路基板の構成やトランスの配置などが見直され、各容量ごとに専用設計が行われていた。
これに対して、大量生産によるコストダウンを実現するため、同一の電源ユニットの使用個数を変えることで、無停電電源装置の容量を変更する方法が提案されている（特許文献１）。これらの電源ユニットは、共通の入力部が設けられ、出力は個別あるいは共通に使用できるように構成されている。また、これらの電源ユニットは、各自がインバータなどの電力変換装置および制御装置を保有し、完全に独立制御される。

図５は、従来の電源モジュールの概略構成を示すブロック図である。
図５（ａ）において、電源モジューには、複数の電源ユニット２〜５が設けられ、それら各電源ユニット２〜５のうち、少なくともいずれか１つの電源ユニット２〜５をマスタ用電源ユニット２とし、他の電源ユニット２〜５の１つまたは複数を拡張用電源ユニット３〜５とすることができる。ここで、マスタ用電源ユニット２および拡張用電源ユニット３〜５はディンレール１に移動可能に装着され、マスタ用電源ユニット２には、交流入力端子２ａ、直流出力端子２ｂ、電源回路２ｃ、交流出力側コネクタ２ｄが設けられている。また、張用電源ユニット３〜５には、交流入力側コネクタ３ａ〜５ａ、直流出力端子３ｂ〜５ｂ、電源回路３ｃ〜５ｃ、交流出力側コネクタ３ｄ〜５ｄがそれぞれ設けられている。

また、電源ユニット５に対して通信ユニット１０が接続され、この通信ユニット１０が内蔵マイクロコンピュータ１１により、外部との通信内容に従い、電源制御を行うことを可能としている。
そして、マスタ用電源ユニット２から拡張用電源ユニット３〜５に対し外部交流を供給するように並列接続可能として、所望する電源容量がマスタ用電源ユニット２の電源容量を越えるときは、拡張用電源ユニット３〜５をマスタ用電源ユニット１に対し並列接続することで、電源容量を拡張することができる。

また、図５（ｂ）において、マスタ用電源ユニット２はすべて同じ構成とし、交流入力端子２ａ、直流出力端子２ｂ、電源回路２ｃ、交流出力側コネクタ２ｄの他、交流入力側コネクタ、直流入力側コネクタ、直流出力側コネクタを設けることができる。
特開２００２−５８２４６号公報

しかしながら、図５の電源モジュールでは、電源ユニット２〜５間の出力電流のアンバランスを補正するなどの高度な機能を付与するには、高機能で高価なＣＰＵを電源ユニット２〜５ごとに設ける必要があり、無停電電源装置のコストアップを招くという問題があった。
そこで、本発明の目的は、コストアップを抑制しつつ、容量を変更できるようにするとともに、信頼性を向上させることが可能な無停電電源装置を提供することである。

上述した課題を解決するために、請求項１記載の無停電電源装置によれば、同一容量の複数の電源ユニットと、当該電源ユニットに共通に設けられ、前記電源ユニットの電力変換装置を動作させるゲートパルスを１ユニット分だけ生成する主制御装置と、を含む無停電電源装置であって、前記電源ユニットの各々は、電力変換装置を含む主回路ユニットと、前記ゲートパルスを、直接または他の前記電源ユニットを介して入力し、入力された前記ゲートパルスを前記主回路ユニットの電流情報に基づいて調整し、調整された前記ゲートパルスを前記主回路ユニットに出力することで、前記主回路ユニットの出力電流のアンバランスを補正するユニット制御装置と、を備えることを特徴とする。

また、請求項２記載の無停電電源装置によれば、前記ユニット制御装置は、前記電源ユニットの故障情報を集約する故障検出装置と、前記故障検出装置にて集約された故障情報を、前記主制御装置に伝送する通信装置と、を備えることを特徴とする。
また、請求項３記載の無停電電源装置によれば、前記ユニット制御装置は、自己の電源ユニットの故障信号と他の電源ユニットの故障信号との論理和をとった信号を各ユニット制御装置間で中継しながら前記主制御装置に伝送する故障通知回路を備えることを特徴とする。

また、請求項４記載の無停電電源装置によれば、前記主回路ユニットが開閉器を備え、前記開閉器及び前記ユニット制御装置には、他の前記主回路ユニットまたは前記主制御装置から指令値が入力され、前記開閉器は、前記指令値に応答するアンサ信号を前記ユニット制御装置に出力し、前記ユニット制御装置は、前記開閉器に入力された指令値と、前記開閉器から出力されたアンサ信号との比較結果に基づいて前記開閉器の異常を判断する異常判断手段を備えることを特徴とする。
また、請求項５記載の無停電電源装置によれば、前記主回路ユニットは、自己の開閉器のアンサ信号と他の主回路ユニットの開閉器のアンサ信号との論理和をとる論理和回路と、自己の開閉器のアンサ信号と他の主回路ユニットの開閉器のアンサ信号との論理積をとる論理積回路と、を備え、前記論理和回路によって論理和をとった信号及び前記論理積回路によって論理積をとった信号を前記主回路ユニット間で中継しながら前記主制御装置に伝送する伝送回路を備えることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、電源ユニットの電力変換装置を動作させるゲートパルスを１ユニット分だけ生成する主制御装置を複数の電源ユニットに対して共通に設け、そのゲートパルスを各電源ユニットごとに個別に調整することで、高機能で高価なＣＰＵを電源ユニットごとに設けることなく、電源ユニットの出力電流のアンバランスを補正することができ、コストアップを抑制しつつ、容量を変更できるようにするとともに、信頼性を向上させることが可能となる。

以下、本発明の実施形態に係る無停電電源装置について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る無停電電源装置の概略構成を示すブロック図である。
図１において、無停電電源装置には、同一容量の複数の電源ユニットが設けられ、これらの電源ユニットには、インバータなどの電力変換装置を含む主回路ユニット８ａ〜８ｃがそれぞれ設けられている。また、各電源ユニットには、主回路ユニット８ａ〜８ｃごとにユニット制御装置１６ａ〜１６ｃが個別に設けられるとともに、各電源ユニットに共通な主制御装置１５に設けられている。

ここで、主制御装置１５は、電源ユニットの電力変換装置を動作させるゲートパルス１０を１ユニット分だけ生成することができ、この主制御装置１５には、ＣＰＵ６およびＰＷＭ回路７が設けられている。ここで、ＣＰＵ６は、電源ユニットの電力変換装置の電圧指令を生成することができる。ＰＷＭ回路７は、１台分の電源ユニットを対象として電力変換装置のスイッチング素子に与えられるゲートパルス１０を生成することができる。

また、ユニット制御装置１６ａ〜１６ｃは、主回路ユニット８ａ〜８ｃの電流情報９ａ〜９ｃに基づいてそれぞれ調整されたゲートパルス１０ａ〜１０ｃを主回路ユニット８ａ〜８ｃに出力することで、主回路ユニット８ａ〜８ｃの出力電流のアンバランスを補正することができ、このユニット制御装置１６ａ〜１６ｃには、故障通知回路１１ａ〜１１ｃ、故障検出装置１２ａ〜１２ｃ、ゲート調整回路１３ａ〜１３ｃおよびＣＰＵ１４ａ〜１４ｃが設けられている。

ここで、故障通知回路１１ａ〜１１ｃは、自己の電源ユニットの故障信号と他の電源ユニットの故障信号との論理和をとった信号を各ユニット制御装置１６ａ〜１６ｃ間で中継しながら主制御装置１５にそれぞれ伝送することができる。故障検出装置１２ａ〜１２ｃは、自己の電源ユニットの全ての故障情報をそれぞれ集約することができる。ゲート調整回路１３ａ〜１３ｃは、ＰＷＭ回路７から与えられたゲートパルス１０をユニット制御装置１６ａ〜１６ｃ間で中継しながら、主回路ユニット８ａ〜８ｃの電流情報９ａ〜９ｃに基づいてゲートパルス１０を調整し、その調整されたゲートパルス１０ａ〜１０ｃを主回路ユニット８ａ〜８ｃにそれぞれ出力することができる。ＣＰＵ１４ａ〜１４ｃは、故障検出装置１２ａ〜１２ｃにて集約された故障情報をそれぞれＣＰＵ６に伝送することができる。

そして、１台分の主回路ユニット８ａを対象としたゲートパルス１０がＰＷＭ回路７にて生成され、そのゲートパルス１０がゲート調整回路１３ａに出力されると、そのゲートパルス１０はゲート調整回路１３ａ〜１３ｃ間で順次中継される。そして、ＰＷＭ回路７にて生成されたゲートパルス１０がゲート調整回路１３ａ〜１３ｃにそれぞれ入力されると、ゲート調整回路１３ａ〜１３ｃは、主回路ユニット８ａ〜８ｃの電流情報９ａ〜９ｃに基づいてゲートパルス１０を調整することで、主回路ユニット８ａ〜８ｃの出力電流のアンバランスが補正されるようにゲートパルス１０ａ〜１０ｃを生成し、主回路ユニット８ａ〜８ｃに出力する。なお、ゲートパルス１０ａ〜１０ｃの生成方法としては、例えば、特開２００６−２９６１１０号公報に開示されているように、ゲートパルス１０のデッドタイムを調整する方法を用いることができる。

そして、主回路ユニット８ａ〜８ｃでは、ゲート調整回路１３ａ〜１３ｃにてそれぞれ調整されたゲートパルス１０ａ〜１０ｃが入力されると、このゲートパルス１０ａ〜１０ｃに基づいて電力変換装置のスイッチング動作が行われる。
これにより、主回路ユニット８ａ〜８ｃの電力変換装置を動作させるゲートパルスを１ユニット分だけ生成する主制御装置１５を複数の主回路ユニット８ａ〜８ｃに対して共通に設けることで、主回路ユニット８ａ〜８ｃ間の出力電流のアンバランスを補正することができ、高機能で高価なＣＰＵを主回路ユニット８ａ〜８ｃごとに設ける必要がなくなることから、コストアップを抑制しつつ、無停電電源装置の容量を変更できるようにするとともに、信頼性を向上させることが可能となる。

また、故障検出装置１２ａ〜１２ｃにてそれぞれ集約された自己の電源ユニットの故障情報はＣＰＵ１４ａ〜１４ｃにそれぞれ出力され、ＣＰＵ１４ａ〜１４ｃをそれぞれ介してＣＰＵ６に伝達される。また、故障検出装置１２ａ〜１２ｃにてそれぞれ集約された自己の電源ユニットの故障情報は故障通知回路１１ａ〜１１ｃにそれぞれ出力される。そして、故障通知回路１１ａ〜１１ｃにおいて、自己の電源ユニットの故障信号と他の電源ユニットの故障信号との論理和をとった信号が生成され、各故障通知回路１１ａ〜１１ｃ間で中継されながらＣＰＵ６に伝送される。

ここで、自己の電源ユニットの故障情報をＣＰＵ１４ａ〜１４ｃを介してＣＰＵ６に伝達する方法では、主回路ユニット８ａ〜８ｃの異常に関するような重大な故障の場合、故障情報がビット情報として扱われるため時間がかかり過ぎるのに対し、自己の電源ユニットの故障情報を各故障通知回路１１ａ〜１１ｃ間で中継しながらＣＰＵ６に伝送する方法では、故障情報を論理信号として扱うことができ、伝達時間を短くすることができる。

また、ユニット化することにより増大した故障信号のすべてを主制御装置１５に論理信号として入力すると、ポート数が膨大になり、無停電電源装置のコストおよびサイズの増大を招くのに対し、各電源ユニットの故障信号の論理和をとった信号のみを故障通知回路１１ａ〜１１ｃを介してＣＰＵ６に伝送し、故障に関する詳細情報はＣＰＵ１４ａ〜１４ｃを介してシリアル通信でＣＰＵ６に伝達することで、ポート数を削減することができ、無停電電源装置のコストおよびサイズの増大を抑制することができる。

図２は、本発明の一実施形態に係るマグネットコンタクタの監視装置の概略構成を示すブロック図、図３は、本発明の一実施形態に係るマグネットコンタクタの監視方法を示すタイミングチャートである。
図２において、例えば、主回路ユニット８ａには、開閉器としてマグネットコンタクタ２１ａが設けられ、マグネットコンタクタ２１ａおよびＣＰＵ１４ａには、他の主回路ユニット８ｂ、８ｃまたは主制御装置１５から指令値２０が入力されるとともに、マグネットコンタクタ２１ａからは、その指令値２０に対する応答としてアンサ信号２２がＣＰＵ１４ａに入力される。

そして、ＣＰＵ１４ａは、マグネットコンタクタ２１ａに入力される指令値２０およびマグネットコンタクタ２１ａから出力されるアンサ信号２２を読み取り、指令値２０とアンサ信号２２とが一致していない場合には故障確認カウンタをカウントアップするとともに（時刻ｔ１〜ｔ２、時刻ｔ３〜ｔ４）、指令値２０とアンサ信号２２とが一致する場合には故障確認カウンタをリセットする（時刻ｔ２、ｔ４）。そして、ＣＰＵ１４ａは、故障確認カウンタによるカウント値が所定値Ｔｈを超えた場合、マグネットコンタクタ２１ａが異常であると判断し、故障情報としてＣＰＵ６に伝達することができる。

図４は、本発明の一実施形態に係るマグネットコンタクタからのアンサ信号の伝達方式を示すブロック図である。
図４において、例えば、主回路ユニット８ａには、論理和回路３１および論理積回路３２が設けられている。ここで、論理和回路３１には、自己の主回路ユニット８ａのマグネットコンタクタからのアンサ信号が一方の入力として与えられるとともに、他の主回路ユニット８ｂ、８ｃのマグネットコンタクタからのアンサ信号の論理和をとった信号が他方の入力として与えられる。また、論理積回路３２には、自己の主回路ユニット８ａのマグネットコンタクタからのアンサ信号が一方の入力として与えられるとともに、他の主回路ユニット８ｂ、８ｃのマグネットコンタクタからのアンサ信号の論理積をとった信号が他方の入力として与えられる。

そして、主回路ユニット８ａ〜８ｃ間を中継されながら、自己の主回路ユニット８ａ〜８ｃのマグネットコンタクタのアンサ信号と他の主回路ユニット８ａ〜８ｃのマグネットコンタクタのアンサ信号との論理和または論理積をとった信号が主制御装置１５に伝送される。
これにより、主制御装置１５は、主回路ユニット８ａ〜８ｃに分散するマグネットコンタクタを１つのものとして扱っているために、各マグネットコンタクタの動作のバラツキを考慮する必要があるが、アンサ信号との論理和または論理積をとった信号を用いることで、すべてのマグネットコンタクタがオン、いずれかのマグネットコンタクタがオン、すべてのマグネットコンタクタがオフ、いずれかのマグネットコンタクタがオフという状態を判断することができる。また、各アンサ信号と指令値を個別に監視することにより、各マグネットコンタクタの故障や異常を速やかに検知することができ、無停電電源装置の信頼性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る無停電電源装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るマグネットコンタクタの監視装置の概略構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態に係るマグネットコンタクタの監視方法を示すタイミングチャートである。本発明の一実施形態に係るマグネットコンタクタからのアンサ信号の伝達方式を示すブロック図である。従来の電源モジュールの概略構成を示すブロック図である。

符号の説明

６、１４ａ〜１４ｃＣＰＵ
７ＰＷＭ回路
８ａ〜８ｃ主回路ユニット
９ａ〜９ｃ電流情報
１０ａ〜１０ｃゲートパルス
１１ａ〜１１ｃ故障通知回路
１２ａ〜１２ｃ故障検出装置
１３ａ〜１３ｃゲート調整回路
１５主制御装置
１６ａ〜１６ｃユニット制御装置
２０指令値
２１マグネットコンタクタ
２２アンサ信号
３１論理和回路
３２論理積回路

Claims

同一容量の複数の電源ユニットと、当該電源ユニットに共通に設けられ、前記電源ユニットの電力変換装置を動作させるゲートパルスを１ユニット分だけ生成する主制御装置と、を含む無停電電源装置であって、
前記電源ユニットの各々は、
電力変換装置を含む主回路ユニットと、
前記ゲートパルスを、直接または他の前記電源ユニットを介して入力し、入力された前記ゲートパルスを前記主回路ユニットの電流情報に基づいて調整し、調整された前記ゲートパルスを前記主回路ユニットに出力することで、前記主回路ユニットの出力電流のアンバランスを補正するユニット制御装置と、
を備えることを特徴とする無停電電源装置。
前記ユニット制御装置は、前記電源ユニットの故障情報を集約する故障検出装置と、
前記故障検出装置にて集約された故障情報を、前記主制御装置に伝送する通信装置と、を備えることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
前記ユニット制御装置は、自己の電源ユニットの故障信号と他の電源ユニットの故障信号との論理和をとった信号を各ユニット制御装置間で中継しながら前記主制御装置に伝送する故障通知回路を備えることを特徴とする請求項１または２記載の無停電電源装置。
前記主回路ユニットが開閉器を備え、
前記開閉器及び前記ユニット制御装置には、他の前記主回路ユニットまたは前記主制御装置から指令値が入力され、前記開閉器は、前記指令値に応答するアンサ信号を前記ユニット制御装置に出力し、
前記ユニット制御装置は、前記開閉器に入力された指令値と、前記開閉器から出力されたアンサ信号との比較結果に基づいて前記開閉器の異常を判断する異常判断手段を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の無停電電源装置。
前記主回路ユニットは、自己の開閉器のアンサ信号と他の主回路ユニットの開閉器のアンサ信号との論理和をとる論理和回路と、自己の開閉器のアンサ信号と他の主回路ユニットの開閉器のアンサ信号との論理積をとる論理積回路と、を備え、
前記論理和回路によって論理和をとった信号及び前記論理積回路によって論理積をとった信号を前記主回路ユニット間で中継しながら前記主制御装置に伝送する伝送回路を備えることを特徴とする請求項４に記載の無停電電源装置。