JP5569249B2 - Uninterruptible power system - Google Patents

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この発明は、交流電源からの交流電力を負荷に供給すると共に、交流電源の電圧低下時には、蓄電部に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して負荷へ供給する無停電電源装置に関する。   The present invention relates to an uninterruptible power supply apparatus that supplies AC power from an AC power supply to a load and converts DC power stored in a power storage unit into AC power and supplies the AC power to a load when the voltage of the AC power supply decreases.
従来の無停電電源装置は、交流電源の健全時に接続された交流電源からスイッチを介して交流電力を負荷へ供給し、交流電源の電圧が設定値を下回るような電圧変動を検出すると停電と判定し、スイッチを開放しバッテリからインバータを介して負荷へ交流電力を供給するものである(例えば、特許文献1参照。)。
上記のように従来の無停電電源装置においては、蓄電素子としてバッテリを使用するが、バッテリは高温での劣化が速く、通常2〜3年毎に交換しなければならないという問題点があるので、補償時間が数秒とバッテリを使用した装置に比べ約100分の1程度と短くてよい場合には、蓄電素子としてバッテリに比べて寿命が長いコンデンサを用いた電圧変動補償装置が用いられる。この電圧変動補償装置は、交流電源に直列に接続され、正負いずれかの極性で補償電圧を出力する複数の電圧補償回路により、交流電源の電圧低下分だけをコンデンサに蓄電した電力により補償を行う。このような補償方法により交流電源の電圧低下が小さいときに補償時間を延長するように定めた仕様(例えば、半導体製造設備の規格であるSEMI−F47)に対応させている(例えば、特許文献2参照。)。
The conventional uninterruptible power supply supplies AC power to the load via the switch from the AC power source connected when the AC power source is healthy, and if a voltage fluctuation is detected that causes the AC power source voltage to fall below the set value, it is determined as a power failure. Then, the switch is opened and AC power is supplied from the battery to the load via the inverter (see, for example, Patent Document 1).
As described above, in the conventional uninterruptible power supply, a battery is used as a power storage element, but the battery has a problem that deterioration at a high temperature is fast and usually has to be replaced every two to three years. When the compensation time may be as short as about 1/100 compared with a device using a battery for several seconds, a voltage fluctuation compensating device using a capacitor having a longer life as compared with a battery as a power storage element is used. This voltage fluctuation compensation device is connected in series to an AC power supply, and compensates with the power stored in the capacitor only for the voltage drop of the AC power supply by a plurality of voltage compensation circuits that output a compensation voltage with either positive or negative polarity. . By such a compensation method, it is made to correspond to a specification (for example, SEMI-F47, which is a standard for semiconductor manufacturing equipment) that extends the compensation time when the voltage drop of the AC power supply is small (for example, Patent Document 2). reference.).
特開2004−096831号公報JP 2004-096831 A 特開2005−130562号公報JP 2005-130562 A
従来の電圧変動補償装置は、交流電源と負荷の間に直列に接続され、交流電源の電圧低下分を補償する方式のため、補償する電圧が低下分だけと小さいので、同一蓄電エネルギーでより長い時間補償動作を継続することができるが、電圧変動補償装置の入力側に設けられた回路遮断器の切断による停電時には、交流電源と電圧変動補償装置、負荷との間の回路が遮断されてしまうので、補償動作を行うことができないという問題があった。
そこで、従来の無停電電源装置において、内蔵する蓄電素子をバッテリからコンデンサに置き換え、交流電源の電圧低下が小さいときには、交流電源の電力と蓄電素子であるコンデンサとの電力を併用し補償時間を延長することが考えられる。
しかし、例えば5kWの無停電電源装置で補償時間を5倍にするために、蓄電素子であるコンデンサから20%の1kWを供給し、交流電源から残りの80%を供給する場合を想定する。ここで、交流電源が50%低下してAC50Vになったとすると、AC−DCコンバータが扱う電流は、4kW/50V=80Aとなり、通常時の定格電流50A(5kW/100V=50A)の1.6倍となる。
このように交流電源の電圧低下の条件によっては、交流電源の交流電力を直流電力に変換するAC−DCコンバータの電流容量が定格値を上回るため、従来の無停電電源装置としてのみ使用する時より、AC−DCコンバータの電流容量を大きくしなければならず、蓄電素子として蓄電容量の異なるバッテリとコンデンサの両方を選択的に使用することは、無停電電源装置のコストアップになるという問題があった。
The conventional voltage fluctuation compensator is connected in series between the AC power supply and the load, and compensates for the voltage drop of the AC power supply, so the voltage to be compensated is small only for the drop, so it is longer with the same stored energy Although the time compensation operation can be continued, the circuit between the AC power supply, the voltage fluctuation compensator, and the load is cut off at the time of a power failure due to the disconnection of the circuit breaker provided on the input side of the voltage fluctuation compensator. Therefore, there is a problem that the compensation operation cannot be performed.
Therefore, in the conventional uninterruptible power supply, the built-in storage element is replaced with a capacitor, and when the voltage drop of the AC power supply is small, the compensation time is extended by using the power of the AC power supply and the capacitor as the storage element together. It is possible to do.
However, for example, in order to increase the compensation time by 5 times with a 5 kW uninterruptible power supply, a case is assumed in which 20% of 1 kW is supplied from a capacitor as a storage element and the remaining 80% is supplied from an AC power supply. Here, assuming that the AC power supply is reduced by 50% to AC 50 V, the current handled by the AC-DC converter is 4 kW / 50 V = 80 A, which is 1.6 of the normal rated current 50 A (5 kW / 100 V = 50 A). Doubled.
As described above, depending on the condition of the voltage drop of the AC power supply, the current capacity of the AC-DC converter that converts the AC power of the AC power supply to DC power exceeds the rated value, so that it is more than when used only as a conventional uninterruptible power supply. Therefore, it is necessary to increase the current capacity of the AC-DC converter, and selectively using both a battery and a capacitor having different storage capacities as power storage elements increases the cost of the uninterruptible power supply. It was.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、交流電源の電圧変動値に基づいて、AC−DCコンバータまたは蓄電部から供給する電力の上限値を制御することにより、蓄電部としてバッテリ以外の蓄電素子も使用することができる無停電電源装置を得るものである。   The present invention has been made in order to solve the above-described problems. By controlling the upper limit value of the power supplied from the AC-DC converter or the power storage unit based on the voltage fluctuation value of the AC power supply, the power storage is performed. Thus, an uninterruptible power supply device that can use a power storage element other than a battery as a unit is obtained.
本発明による無停電電源装置は、異なる蓄電容量を持つ複数の蓄電素子のいずれか一つが選択的に使用される蓄電部と、交流電源の電力により蓄電部の充電を行う充電手段と、交流電源の電力を直流電力に変換する第1の電力変換手段と、この第1の電力変換手段の出力を交流電力に変換する第2の電力変換手段と、交流電源の異常時に前記蓄電部のエネルギーを放電し、第2の電力変換手段に直流電力を供給する第3の電力変換手段と、交流電源の電圧変動値に基づいて、第1の電力変換手段または第3の電力変換手段の出力する直流電力の上限値を制御する制御回路と、蓄電部の充電または放電特性に基づいて蓄電素子の種別を判別する蓄電種別判定部と、該蓄電種別判定部により判定された蓄電素子の種別に応じて充電手段の充電完了電圧を設定する設定部とを備え、交流電源の電圧変動値が所定値より小さいときには、第1の電力変換手段及び第3の電力変換手段の両方から第2の電力変換手段に直流電力を供給するものである。

An uninterruptible power supply according to the present invention includes a power storage unit in which any one of a plurality of power storage elements having different power storage capacities is selectively used, charging means for charging the power storage unit with power from an AC power source, and an AC power source First power conversion means for converting the power of the power into DC power, second power conversion means for converting the output of the first power conversion means into AC power, and the energy of the power storage unit when the AC power supply is abnormal A third power conversion means for discharging and supplying DC power to the second power conversion means, and a DC output from the first power conversion means or the third power conversion means based on the voltage fluctuation value of the AC power supply A control circuit that controls the upper limit value of power, a power storage type determination unit that determines the type of the power storage element based on the charge or discharge characteristics of the power storage unit, and a type of the power storage element determined by the power storage type determination unit Charging means is fully charged And a setting unit for setting a pressure, when the voltage change value of the AC power source is smaller than a predetermined value, supply DC power from both the first power conversion unit and the third power conversion means to the second power conversion means To do.

この発明によれば、交流電源の電圧に基づき、AC−DCコンバータである第1の電力変換手段または蓄電部から供給する電力の上限値を制御することにより、蓄電部としてバッテリ以外の異なる蓄電容量を持つ蓄電素子も使用することができる。   According to this invention, different power storage capacities other than the battery as the power storage unit are controlled by controlling the upper limit value of the power supplied from the first power conversion means that is an AC-DC converter or the power storage unit based on the voltage of the AC power supply. A power storage element having the above can also be used.
本発明の実施の形態1における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における無停電電源装置の第1の電力変換部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 1st power conversion part of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における無停電電源装置の第2の電力変換部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the 2nd power conversion part of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1における無停電電源装置の充放電回路を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the charging / discharging circuit of the uninterruptible power supply in Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the uninterruptible power supply in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2における無停電電源装置の充電回路、放電回路及び設定部を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the charging circuit, discharge circuit, and setting part of the uninterruptible power supply in Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the uninterruptible power supply in Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the uninterruptible power supply in Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the uninterruptible power supply in Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the whole structure of the uninterruptible power supply in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6における無停電電源装置の交流電源の電圧が正の時の充電時の動作の説明図である。It is explanatory drawing of the operation | movement at the time of charge when the voltage of the alternating current power supply of the uninterruptible power supply in Embodiment 6 of this invention is positive. 本発明の実施の形態6における無停電電源装置の交流電源の電圧が負の時の充電時の動作の説明図である。It is explanatory drawing of the operation | movement at the time of charge when the voltage of the alternating current power supply of the uninterruptible power supply in Embodiment 6 of this invention is negative. 本発明の実施の形態6における無停電電源装置の蓄電部を充電する動作の説明図である。It is explanatory drawing of the operation | movement which charges the electrical storage part of the uninterruptible power supply in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6における無停電電源装置の蓄電部による充電時の動作の説明図である。It is explanatory drawing of the operation | movement at the time of charge by the electrical storage part of the uninterruptible power supply in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6における無停電電源装置の蓄電部による充電時の動作の説明図である。It is explanatory drawing of the operation | movement at the time of charge by the electrical storage part of the uninterruptible power supply in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6における無停電電源装置のインバータ部第1のコンデンサを充電する動作の説明図である。It is explanatory drawing of the operation | movement which charges the inverter part 1st capacitor | condenser of the uninterruptible power supply in Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態6における無停電電源装置の起動時における蓄電部による充電の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the operation | movement of the charge by the electrical storage part at the time of starting of the uninterruptible power supply in Embodiment 6 of this invention.
実施の形態1
図1は本発明の実施の形態1における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図、図2は第1の電力変換部2を示す回路図、図3は第2の電力変換部5を示す回路図、図4は充放電回路7を示す回路図である。
Embodiment 1
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an uninterruptible power supply according to Embodiment 1 of the present invention, FIG. 2 is a circuit diagram showing a first power converter 2, and FIG. 3 shows a second power converter 5. FIG. 4 is a circuit diagram showing the charge / discharge circuit 7.
図1において、無停電電源装置100は、交流電源1に接続され、交流電圧を直流電圧に変換する第1の電力変換部2と、この第1の電力変換部2により所定値(例えば200V)に充電される第1のコンデンサ3と、この第1のコンデンサ3に接続され、直流電圧を交流電圧(例えばAC100V)に変換し負荷4に電力を供給する第2の電力変換部5と、交流電源1の入力電圧が健全でないとき出力に継続して交流電圧を出力するため第2の電力変換部5に電力を供給する蓄電部6と、蓄電部6に接続され、交流電源1が健全なときに交流電源1からの電力を蓄電部6に充電を行い、交流電源1が健全でないときには蓄電部6の電力を放電する充放電回路7と、蓄電部6への充電または放電特性に基づいて蓄電部6の種別を判別する蓄電種別判定部8と、蓄電種別判定部8の判定結果により蓄電種別判定部8より出力される信号に基づいて充放電回路7の充電完了電圧を設定する設定部9と、を有している。なお、請求項で述べている「第2の電力変換手段」は第2の電力変換部5で、「充電手段」は充放電回路7である。   In FIG. 1, an uninterruptible power supply 100 is connected to an AC power source 1, a first power conversion unit 2 that converts an AC voltage into a DC voltage, and a predetermined value (for example, 200 V) by the first power conversion unit 2. A first capacitor 3 charged to the first capacitor 3, a second power converter 5 connected to the first capacitor 3, converting a DC voltage into an AC voltage (for example, AC 100 V) and supplying power to the load 4, and an AC When the input voltage of the power source 1 is not healthy, the AC power source 1 is connected to the power storage unit 6 and the power storage unit 6 for supplying power to the second power conversion unit 5 in order to output the AC voltage continuously to the output. Sometimes the power from the AC power source 1 is charged into the power storage unit 6, and when the AC power source 1 is not healthy, the charge / discharge circuit 7 discharges the power of the power storage unit 6, and the charging or discharging characteristics of the power storage unit 6 Power storage for determining the type of power storage unit 6 Another decision unit 8, and a setting unit 9 for setting a charging completion voltage of the charging and discharging circuit 7 based on the signal output from the power storage type determining unit 8 by the determination result of the power storage type determining unit 8, a. The “second power conversion means” described in the claims is the second power conversion unit 5, and the “charging means” is the charge / discharge circuit 7.
また、無停電電源装置100は、交流電源1の電圧を計測する入力電圧センサ11と、入力電圧センサ11の出力により交流電源1から供給される電力を計測する供給レベル検出部10と、供給レベル検出部10が出力する交流電源1から供給される電力に基づき、第1の電力変換部2の出力する直流電力の上限値を制御する制御回路35と、を備えている。   The uninterruptible power supply 100 also includes an input voltage sensor 11 that measures the voltage of the AC power supply 1, a supply level detection unit 10 that measures the power supplied from the AC power supply 1 by the output of the input voltage sensor 11, and a supply level And a control circuit 35 that controls the upper limit value of the DC power output from the first power conversion unit 2 based on the power supplied from the AC power source 1 output from the detection unit 10.
図2に示すように第1の電力変換部2は、ブリッジ整流回路2aと、コイル及びスイッチ素子及びダイオードからなる昇圧回路2bとを有しており、ブリッジ整流回路2aにより交流電源1の交流電力を直流電圧に整流し、この直流電圧を昇圧回路2bにより昇圧して第1のコンデンサ3を充電する。   As shown in FIG. 2, the first power converter 2 includes a bridge rectifier circuit 2a and a booster circuit 2b composed of a coil, a switch element, and a diode. Is rectified into a DC voltage, and the DC voltage is boosted by the booster circuit 2b to charge the first capacitor 3.
第2の電力変換部5は、図3に示すように、ダイオードを逆並列に接続した複数個のMOSFET等の自己消弧型半導体スイッチング素子5a、5b、5c、5dからなる単相フルブリッジインバータと、コイル及びコンデンサからなるフィルタ回路5eを有している。なお、フルブリッジインバータはハーフブリッジインバータでもよい。自己消弧型半導体スイッチング素子5a、5b、5c、5dはMOSFET以外にも、IGBT、GCT、GTO、トランジスタ等でも、また自己消弧機能がないサイリスタ等でも強制転流動作が可能であればよい。   As shown in FIG. 3, the second power conversion unit 5 is a single-phase full-bridge inverter composed of self-extinguishing semiconductor switching elements 5a, 5b, 5c, and 5d such as a plurality of MOSFETs in which diodes are connected in antiparallel. And a filter circuit 5e composed of a coil and a capacitor. The full bridge inverter may be a half bridge inverter. The self-extinguishing type semiconductor switching elements 5a, 5b, 5c, and 5d need not be MOSFETs but also IGBTs, GCTs, GTOs, transistors, etc., or thyristors that do not have a self-extinguishing function, as long as they can perform forced commutation operation. .
蓄電部6は、第1の充電完了電圧である例えば充電完了電圧DC40Vの鉛バッテリ、すなわち第1の蓄電素子と、第2の充電完了電圧である例えば充電完了電圧DC150Vのコンデンサ(例えば静電容量は100mF)、すなわち、第1の蓄電素子とは異なる蓄電容量を持つ第2の蓄電素子と、が選択的に使用される。一般に、瞬時電圧低下は1秒以下であるので、瞬時電圧低下を目的とする場合は、蓄電部6としてコンデンサを使うことは有効である。   The power storage unit 6 includes, for example, a lead battery having a first charge completion voltage of, for example, a charge completion voltage DC40V, that is, a first power storage element and a capacitor having a second charge completion voltage of, for example, a charge completion voltage DC150V (for example, an electrostatic capacity). Is 100 mF), that is, a second power storage element having a storage capacity different from that of the first power storage element is selectively used. Generally, since the instantaneous voltage drop is 1 second or less, it is effective to use a capacitor as the power storage unit 6 for the purpose of instantaneous voltage drop.
充放電回路7は、図4に示すように、蓄電部6の正極側に接続されたリアクトル7aと、このリアクトル7aの出力側に蓄電部6に対し並列に接続され、ダイオードを逆並列に接続したMOSFET等の自己消弧型半導体スイッチング素子7bと、自己消弧型半導体スイッチング素子7bをスイッチングして蓄電部6の電圧を昇圧制御する放電制御部7cとを有している。また、充放電回路7は、リアクトル7aの出力と第1のコンデンサ3の正極側に接続され、ダイオードを逆並列に接続したMOSFET等の自己消弧型半導体スイッチング素子7dと、自己消弧型半導体スイッチング素子7dをスイッチングしてリアクトル7aを介して蓄電部6を充電制御する充電制御部7eとを有している。なお、放電制御部7c及び充電制御部7eは、例えば、PWMコントローラICを用いてもよいし、PWMコントローラ内蔵のマイコンを用いてもよい。   As shown in FIG. 4, the charge / discharge circuit 7 is connected to the reactor 7a connected to the positive electrode side of the power storage unit 6 and to the output side of the reactor 7a in parallel to the power storage unit 6, and the diode is connected in reverse parallel. A self-extinguishing semiconductor switching element 7b such as a MOSFET, and a discharge control unit 7c that controls the boosting of the voltage of the power storage unit 6 by switching the self-extinguishing semiconductor switching element 7b. Further, the charge / discharge circuit 7 is connected to the output of the reactor 7a and the positive side of the first capacitor 3, and includes a self-extinguishing semiconductor switching element 7d such as a MOSFET in which a diode is connected in antiparallel, and a self-extinguishing semiconductor. And a charging control unit 7e that switches the switching element 7d and controls charging of the power storage unit 6 through the reactor 7a. The discharge controller 7c and the charge controller 7e may use, for example, a PWM controller IC or a microcomputer with a built-in PWM controller.
また、充電制御部7eには、蓄電種別判定部8からの指令に基づき設定部9により鉛バッテリに対応する第1の充電完了電圧V1(例えばDC40V)またはコンデンサに対応する第2の充電完了電圧V2(例えばDC150V)が設定される。そして、放電制御部7cには、蓄電種別判定部8からの指令に基づき設定部9により鉛バッテリに対応する放電終止電圧V3(例えばDC30V)またはコンデンサに対応する放電終止電圧V4(例えばDC75V)が設定される。放電終止電圧とは、蓄電部6からの放電を中止する蓄電部6の両端電圧である。蓄電部6からの放電により、蓄電部6の両端電圧は徐々に低下していき、放電終止電圧に至ると、放電を中止する。   In addition, the charge control unit 7e receives a first charge completion voltage V1 (for example, DC 40V) corresponding to the lead battery by the setting unit 9 based on a command from the power storage type determination unit 8, or a second charge completion voltage corresponding to the capacitor. V2 (for example, DC150V) is set. The discharge control unit 7c receives a discharge end voltage V3 (for example, DC 30V) corresponding to the lead battery or a discharge end voltage V4 (for example, DC 75V) corresponding to the capacitor by the setting unit 9 based on a command from the power storage type determination unit 8. Is set. The end-of-discharge voltage is a voltage across the power storage unit 6 that stops discharging from the power storage unit 6. Due to the discharge from the power storage unit 6, the voltage across the power storage unit 6 gradually decreases. When the discharge end voltage is reached, the discharge is stopped.
蓄電種別判定部8は、蓄電部6へ流れる電流を計測する電流センサ8aと、蓄電部6の両端電圧を計測する電圧センサ8bと、蓄電部6を充電する所定の充電時間(例えば1秒間)を計測する図示しない計時手段とを備え、電流センサ8aによる充電電流及び計時手段による充電時間を積算演算して得られた積算値と、電圧センサ8bにより計測された蓄電部6の両端電圧の電圧上昇値とから、蓄電部6が鉛バッテリかコンデンサかの判定を行い、設定部9に判定結果を出力する。   The power storage type determination unit 8 includes a current sensor 8a that measures the current flowing to the power storage unit 6, a voltage sensor 8b that measures the voltage across the power storage unit 6, and a predetermined charging time for charging the power storage unit 6 (for example, 1 second). A time measuring means (not shown) for measuring the charging current, the integrated value obtained by integrating the charging current by the current sensor 8a and the charging time by the time measuring means, and the voltage of the voltage across the power storage unit 6 measured by the voltage sensor 8b. From the increased value, it is determined whether the power storage unit 6 is a lead battery or a capacitor, and the determination result is output to the setting unit 9.
設定部9は、蓄電種別判定部8の判定結果に応じて、蓄電部6が鉛バッテリである場合は、充電制御部7eに対し充電完了電圧をV1(例えばDC40V)、放電制御部7cに対し放電終止電圧をV3(例えばDC30V)に設定する。また、蓄電部6がコンデンサである場合は、充電制御部7eに対し充電完了電圧をV2(例えばDC150V)、放電制御部7cに対し放電終止電圧をV4(例えばDC75V)に設定する。   When the power storage unit 6 is a lead battery, the setting unit 9 sets the charge completion voltage to V1 (for example, DC40V) for the charge control unit 7e and the discharge control unit 7c according to the determination result of the power storage type determination unit 8. The discharge end voltage is set to V3 (for example, DC30V). Further, when the power storage unit 6 is a capacitor, the charging completion voltage is set to V2 (for example, DC 150V) for the charging control unit 7e, and the discharge end voltage is set to V4 (for example, DC 75V) for the discharging control unit 7c.
供給レベル検出部10は、第1の電力変換器2に供給される電流を計測する入力電流センサ10aと、入力電圧センサ11および入力電流センサ10aからの両検出信号より交流電源1から供給される電力の供給レベルを演算する供給レベル演算部10bとから構成される。   The supply level detection unit 10 is supplied from the AC power source 1 from an input current sensor 10a that measures the current supplied to the first power converter 2, and both detection signals from the input voltage sensor 11 and the input current sensor 10a. It is comprised from the supply level calculating part 10b which calculates the supply level of electric power.
コンデンサは一般的に高い電圧まで充電するほうが保有するエネルギー密度が大きくなる傾向があり、鉛バッテリの時よりは高い電圧まで充電することで、無停電電源装置としての小型化が可能となる。   Capacitors generally tend to have a higher energy density when charged to a higher voltage, and can be miniaturized as an uninterruptible power supply by charging to a higher voltage than when a lead battery is used.
次に動作について説明する。
交流電源1が負荷4の許容できる電圧範囲内にある健全時(無停電電源装置の定格電圧がAC100Vの場合、例えば交流電源1の電圧がAC90VからAC110Vの時)には、第1の電力変換部2は入力に印加された交流電源1の交流電圧をブリッジ整流回路2aにより直流電圧に変換し、この直流電圧を昇圧回路2bにより昇圧して第1のコンデンサ3を所定電圧(例えばDC200V)に充電する。
Next, the operation will be described.
When the AC power supply 1 is in a healthy state within the allowable voltage range of the load 4 (when the rated voltage of the uninterruptible power supply is AC100V, for example, when the voltage of the AC power supply 1 is AC90V to AC110V), the first power conversion The unit 2 converts the AC voltage of the AC power source 1 applied to the input into a DC voltage by the bridge rectifier circuit 2a, boosts the DC voltage by the booster circuit 2b, and sets the first capacitor 3 to a predetermined voltage (for example, DC 200V). Charge.
第2の電力変換部5は、第1のコンデンサ3の直流電圧を所定の交流電圧(例えばAC100V)に変換し、負荷4に電力を供給する。   The second power converter 5 converts the DC voltage of the first capacitor 3 into a predetermined AC voltage (for example, AC 100 V) and supplies power to the load 4.
また、充放電回路7は、蓄電部6に一定の電流(例えば1A)で充電する定電流充電機能を有しており、充放電回路7により蓄電部6が一定の電流で充電されるとき、蓄電種別判定部8の計時手段は、充電開始から所定の充電時間後(例えば1秒後)から所定の充電時間(例えば1秒間)を計測する。また、電流センサ8aにより蓄電部6への充電電流を、電圧センサ8bにより蓄電部6の両端電圧の上昇値を計測する。そして、蓄電種別判定部8は、充電電流と計測された充電時間の積算値と、蓄電部6の両端電圧の電圧上昇値(変化値)とに基づいて、蓄電部6の蓄電素子が第1の蓄電素子(鉛バッテリ)か第2の蓄電素子(コンデンサ)かを判定する。   The charging / discharging circuit 7 has a constant current charging function for charging the power storage unit 6 with a constant current (for example, 1 A). When the power storage unit 6 is charged with a constant current by the charging / discharging circuit 7, The time measuring means of the power storage type determination unit 8 measures a predetermined charging time (for example, 1 second) after a predetermined charging time (for example, after 1 second) from the start of charging. Further, the charging current to the power storage unit 6 is measured by the current sensor 8a, and the rise value of the voltage across the power storage unit 6 is measured by the voltage sensor 8b. Then, the power storage type determination unit 8 determines whether the power storage element of the power storage unit 6 is the first based on the integrated value of the charging current and the measured charging time and the voltage increase value (change value) of the voltage across the power storage unit 6. It is determined whether it is the second power storage element (lead battery) or the second power storage element (capacitor).
例えばコンデンサが100mFであれば、1Aで1秒間充電した場合、コンデンサ両端電圧は10V電圧が上昇する。しかし、例えば鉛バッテリを30Vから40Vに10V充電するのに一般的に1時間以上かかることから、鉛バッテリでは1秒間での電圧上昇は極めて小さい。   For example, if the capacitor is 100 mF, the voltage across the capacitor increases by 10 V when charged with 1 A for 1 second. However, for example, since it generally takes one hour or more to charge a lead battery from 30V to 40V at 10V, the voltage increase in one second is extremely small in the lead battery.
以上より、例えば1Aで1秒間充電したときの蓄電部6の電圧上昇値が5V以上であれば、蓄電部6の種別はコンデンサであると判定でき、5V未満であれば鉛バッテリと判定できる。   From the above, for example, if the voltage increase value of the power storage unit 6 when charged at 1 A for 1 second is 5 V or more, it can be determined that the type of the power storage unit 6 is a capacitor, and if it is less than 5 V, it can be determined as a lead battery.
蓄電部6の両端電圧上昇値の計測開始点を、充電開始時点ではなく、所定充電時間後(例えば1秒後)とすることで、鉛バッテリの場合に充電電流通電開始時に鉛バッテリの内部抵抗に起因する蓄電部6における両端電圧の急激な電圧上昇の影響を回避することができる。   By setting the measurement start point of the voltage increase value at both ends of the power storage unit 6 not at the start of charging but after a predetermined charging time (for example, after 1 second), in the case of a lead battery, the internal resistance of the lead battery at the start of charging current application It is possible to avoid the influence of the rapid voltage increase of the both-ends voltage in the power storage unit 6 due to.
蓄電種別判定部8により蓄電部6が鉛バッテリと判定された場合には、設定部9により、充電制御部7eに対し充電完了電圧を第1の充電完了電圧V1(例えば40V)に設定し、放電制御部7cに対し放電終止電圧を第1の放電終止電圧V3(例えば30V)に設定する。   When the power storage type determination unit 8 determines that the power storage unit 6 is a lead battery, the setting unit 9 sets the charge completion voltage to the first charge completion voltage V1 (for example, 40V) for the charge control unit 7e. For the discharge controller 7c, the discharge end voltage is set to a first discharge end voltage V3 (for example, 30V).
蓄電種別判定部8により蓄電部6がコンデンサと判定された場合には、設定部9により、充電制御部7eに対し充電完了電圧を第2の充電完了電圧V2(例えば150V)に設定し、放電制御部7cに対し放電終止電圧を第2の放電終止電圧V4(例えば75V)に設定する。   When the power storage type determination unit 8 determines that the power storage unit 6 is a capacitor, the setting unit 9 sets the charge completion voltage to the second charge completion voltage V2 (for example, 150 V) for the charge control unit 7e, and discharges. The discharge end voltage is set to the second discharge end voltage V4 (for example, 75V) for the control unit 7c.
充放電回路7は蓄電部6が充電完了電圧まで充電されると、所定電流(例えば1A)での充電(定電流充電)を中止し、以後充電電圧を充電完了電圧に維持する定電圧充電に移行する。   When the power storage unit 6 is charged to the charging completion voltage, the charging / discharging circuit 7 stops charging (constant current charging) at a predetermined current (for example, 1 A), and thereafter performs constant voltage charging to maintain the charging voltage at the charging completion voltage. Transition.
停電時および瞬時電圧低下時の動作について説明する。
交流電源1の電圧が異常となった場合(例えば電圧がAC90V未満に低下)に、制御回路35は、入力電圧センサ11の出力する交流電源1の電圧変動に基づき、交流電源1から供給する電力の上限値を変更し、上限値を超えないように第1の電力変換部2を制御する。このとき、制御回路35は、供給レベル検出部10の出力する電力の供給レベルを参照し、上限値を超えないように第1の電力変換器部2を制御するものである。
The operation at the time of power failure and instantaneous voltage drop will be described.
When the voltage of the AC power supply 1 becomes abnormal (for example, the voltage drops to less than 90 V AC), the control circuit 35 supplies power supplied from the AC power supply 1 based on the voltage fluctuation of the AC power supply 1 output from the input voltage sensor 11. The first power conversion unit 2 is controlled so as not to exceed the upper limit value. At this time, the control circuit 35 refers to the supply level of power output from the supply level detection unit 10 and controls the first power converter unit 2 so as not to exceed the upper limit value.
例えば、無停電電源装置100の定格出力電力を4kWとすると、制御回路35は、交流電源電圧がAC80VからAC90Vの範囲の時、交流電源1から負荷4に供給する電力の上限値を定格電力の80%の3.2kWとし、AC70VからAC80Vの範囲の時、交流電源1から負荷4に供給する電力の上限値を定格電力の60%の2.4kWとし、AC70V未満の時は、交流電源1から負荷4に供給する電力の上限値を0kWとし、不足分は、蓄電部6の保有するエネルギーが充放電回路7を介して放電し負荷4へ供給される。ここでは簡単のため、電力変換部自身の電力損失は無視している。交流電源1の電圧が健全状態(例えば90V以上)に戻ると蓄電部6からの電力供給を停止し、交流電源1の電圧が健全状態に戻る前に、蓄電部6の両端電圧が放電終止電圧を下回ると、蓄電部6からの電力供給を停止する。以上の蓄電部6の放電開始から放電停止までの放電動作を、以後、1回の放電動作と言う。   For example, when the rated output power of the uninterruptible power supply 100 is 4 kW, the control circuit 35 sets the upper limit value of the power supplied from the AC power supply 1 to the load 4 when the AC power supply voltage is in the range of AC80V to AC90V. The upper limit value of power supplied from the AC power source 1 to the load 4 is 2.4 kW, which is 60% of the rated power, and the AC power source 1 is less than 70V AC. Is set to 0 kW, and the energy stored in the power storage unit 6 is discharged via the charge / discharge circuit 7 and supplied to the load 4 for the shortage. Here, for simplicity, the power loss of the power converter itself is ignored. When the voltage of the AC power source 1 returns to a healthy state (for example, 90 V or more), the power supply from the power storage unit 6 is stopped, and before the voltage of the AC power source 1 returns to the healthy state, the voltage across the power storage unit 6 If it is less than, the power supply from the electrical storage unit 6 is stopped. The above discharge operation from the start of discharge of the power storage unit 6 to the stop of discharge is hereinafter referred to as one discharge operation.
負荷4に4kWの定格負荷が接続されている場合、交流電源電圧がAC80Vに低下の時には、交流電源1から3.2kW、蓄電部6から残りの0.8kWをコンデンサ3に供給する。交流電源電圧がAC70Vに低下の時には、交流電源1から2.4kW、蓄電部6から残りの1.6kWをコンデンサ3に供給する。交流電源電圧がAC70V未満に低下の時は、蓄電部6から4kWをコンデンサ3に供給する。
蓄電部6のコンデンサ容量を100mF、充電完了電圧を150V、放電終止電圧を75Vとすると、蓄電部6から供給可能なエネルギーは
0.5×100mF×(150V×150V−75V×75V)=844W秒
となり、約800W秒が供給可能である。4kWの負荷に蓄電部6だけからエネルギーを供給すると、補償できる時間は
800W秒/4kW=0.2秒
となる。一方、交流電源電圧が70Vの時は、蓄電部6から供給する電力は1.6kWなので、補償できる時間は
800W秒/1.6kW=0.5秒
交流電源電圧が80Vの時は、蓄電部6から供給する電力は0.8kWなので、補償できる時間は
800W秒/0.8kW=1秒
と延長することができる。
When a 4 kW rated load is connected to the load 4, when the AC power supply voltage is reduced to AC 80 V, the AC power supply 1 supplies 3.2 kW and the power storage unit 6 supplies the remaining 0.8 kW to the capacitor 3. When the AC power supply voltage is reduced to AC 70 V, 2.4 kW from the AC power supply 1 and the remaining 1.6 kW from the power storage unit 6 are supplied to the capacitor 3. When the AC power supply voltage drops below AC 70 V, 4 kW is supplied from the power storage unit 6 to the capacitor 3.
When the capacitor capacity of the power storage unit 6 is 100 mF, the charging completion voltage is 150 V, and the discharge end voltage is 75 V, the energy that can be supplied from the power storage unit 6 is 0.5 × 100 mF × (150 V × 150 V−75 V × 75 V) = 844 W seconds. Thus, about 800 W seconds can be supplied. When energy is supplied from the power storage unit 6 only to a 4 kW load, the compensation time is 800 W seconds / 4 kW = 0.2 seconds. On the other hand, when the AC power supply voltage is 70V, the power supplied from the power storage unit 6 is 1.6 kW, so the compensation time is 800 W seconds / 1.6 kW = 0.5 seconds. When the AC power supply voltage is 80 V, the power storage unit Since the power supplied from 6 is 0.8 kW, the compensation time can be extended to 800 Wsec / 0.8 kW = 1 second.
SEMI−F47では、交流電源電圧50Vで0.2秒、交流電源電圧70Vで0.5秒、交流電源電圧80Vで1秒の補償時間を持たせることを規定しているが、それを満足する。
また、通常交流電源電圧がAC100Vの時に交流電源1から供給される電力は4kWであるので、第1の電力変換部2の入力電流は4kW/100Vより40Aであるが、
交流電源電圧がAC80Vの時は、交流電源1から供給される電力は3.2kWであるので、第1の電力変換部2の入力電流は、3.2kW/80Vより40A、交流電源電圧がAC70Vの時は、交流電源1から供給される電力は1.6kWであるので、第1の電力変換部2の入力電流は、1.6kW/70Vより23Aであり、いずれも通常動作時の電流を上回っていないので、第1の電力変換部2を特に電力容量の大きなものに格上げする必要がない。
SEMI-F47 stipulates that the compensation time is 0.2 seconds at an AC power supply voltage of 50V, 0.5 seconds at an AC power supply voltage of 70V, and 1 second at an AC power supply voltage of 80V. .
Moreover, since the power supplied from the AC power supply 1 is 4 kW when the AC power supply voltage is normally AC100V, the input current of the first power conversion unit 2 is 40 A from 4 kW / 100V.
When the AC power supply voltage is AC80V, the power supplied from the AC power supply 1 is 3.2 kW. Therefore, the input current of the first power converter 2 is 40 A from 3.2 kW / 80V, and the AC power supply voltage is AC70V. In this case, since the power supplied from the AC power source 1 is 1.6 kW, the input current of the first power converter 2 is 23 A from 1.6 kW / 70 V, and the current during normal operation is Since it does not exceed, it is not necessary to upgrade the first power conversion unit 2 to one having a particularly large power capacity.
ここでは、供給レベル検出部10により、交流電源1から供給される電力を計測したが、蓄電部6から負荷4に供給される電力を計測してもよい。この場合は、交流電源電圧がAC80VからAC90Vの時は、蓄電部6から負荷4に供給する電力の上限値を定格電力の20%の0.8kWとし、AC70VからAC80Vの時は、蓄電部6から負荷4に供給する電力の上限値を定格電力の40%の1.6kWとし、AC70V未満の時は、蓄電部6から負荷4に供給する電力の上限値を4kWとし、不足分は交流電源1から供給するようにしてもよい。この場合、蓄電種別判定部8には、蓄電部6へ流れる電流を計測する電流センサ8aと蓄電部6の両端電圧を計測する電圧センサ8bの出力が入力されているので、蓄電種別判定部8にて蓄電部6から負荷4に供給される電力を演算させればよい。   Here, the power supplied from the AC power supply 1 is measured by the supply level detection unit 10, but the power supplied from the power storage unit 6 to the load 4 may be measured. In this case, when the AC power supply voltage is from AC 80 V to AC 90 V, the upper limit value of the power supplied from the power storage unit 6 to the load 4 is 0.8 kW, which is 20% of the rated power, and when the AC power supply voltage is from AC 70 V to AC 80 V, the power storage unit 6 The upper limit value of the power supplied to the load 4 is 1.6 kW, which is 40% of the rated power, and when it is less than 70V AC, the upper limit value of the power supplied from the power storage unit 6 to the load 4 is 4 kW. 1 may be supplied. In this case, since the output of the current sensor 8a that measures the current flowing to the power storage unit 6 and the output of the voltage sensor 8b that measures the voltage across the power storage unit 6 are input to the power storage type determination unit 8, the power storage type determination unit 8 What is necessary is just to calculate the electric power supplied to the load 4 from the electrical storage part 6.
本実施の形態によれば、交流電源1の電圧変動に基づき、AC−DCコンバータである第1の電力変換部2または蓄電部6から供給する電力の上限値を制御することにより、蓄電部としてバッテリ以外の異なる蓄電容量を持つ蓄電素子も使用可能とし、無停電電源装置を交流電源の電圧低下分を補償する電圧変動補償装置としても使用することができる。   According to the present embodiment, the power storage unit is controlled by controlling the upper limit value of the power supplied from the first power conversion unit 2 or the power storage unit 6 that is an AC-DC converter based on the voltage fluctuation of the AC power supply 1. It is possible to use power storage elements having different power storage capacities other than the battery, and the uninterruptible power supply can be used as a voltage fluctuation compensator that compensates for the voltage drop of the AC power supply.
また、第1の電力変換部2の電力容量を格上げすることなく、交流電源1の電圧の低下分の小さい時に、補償時間を延ばすことができる。   Further, the compensation time can be extended when the decrease in the voltage of the AC power supply 1 is small without increasing the power capacity of the first power converter 2.
また、蓄電種別判定部8により蓄電部6が鉛バッテリかコンデンサかを判別し、設定部9により充電完了電圧を設定するので、鉛バッテリとコンデンサとを使用用途に応じて選択的に使用することができる。
これにより、鉛バッテリの場合は例えば0〜40℃という使用温度範囲の制約や、例えば期待寿命が3〜5年であるという経年劣化の問題はあるが、交流電源1が停電しても5分程度は負荷4への電力供給を継続するバックアップ運転が可能である。一方、コンデンサの場合は交流電源1停電時のバックアップ運転は1秒程度以下であるが、使用温度範囲を広く期待寿命を長くすることができるという、両者の利点を使い分けることが可能となる。
Further, since the power storage type determination unit 8 determines whether the power storage unit 6 is a lead battery or a capacitor, and the setting unit 9 sets the charging completion voltage, the lead battery and the capacitor are selectively used according to the intended use. Can do.
Thereby, in the case of a lead battery, for example, there is a limitation of the use temperature range of, for example, 0 to 40 ° C., and there is a problem of deterioration over time such as an expected life of 3 to 5 years. To the extent, backup operation is possible in which power supply to the load 4 is continued. On the other hand, in the case of a capacitor, the backup operation at the time of a power failure of the AC power source is about 1 second or less, but it is possible to use both advantages of widening the use temperature range and extending the expected life.
なお、本実施の形態では、蓄電種別判定部8は所定の充電時間(例えば1秒間)の蓄電部6への充電電流及び蓄電部6の両端電圧の上昇値を計測し、充電電流と充電時間の積算値と両端電圧の電圧上昇値により、蓄電部6の種別を判定したが、定電流充電動作のように一定の電流で充電されるときには、充電電流が想定可能なので充電電流は計測しなくてよく、計時手段により計測される充電時間と該充電時間における蓄電部6の両端電圧の上昇値とに基づいて蓄電素子の種別を判定することができる。   In the present embodiment, the power storage type determination unit 8 measures a charging current to the power storage unit 6 and a rise value of the voltage across the power storage unit 6 during a predetermined charging time (for example, 1 second), and the charging current and the charging time are measured. The type of power storage unit 6 is determined based on the integrated value and the voltage rise value of the both-ends voltage. However, when charging with a constant current as in the constant current charging operation, the charging current can be assumed, so the charging current is not measured. The type of power storage element can be determined based on the charging time measured by the time measuring means and the increase value of the voltage across the power storage unit 6 during the charging time.
また、充電時ではなく蓄電部6の放電時に所定の放電時間(例えば1秒間)を計時手段により計測すると共に蓄電部6からの放電電流及び蓄電部6の両端電圧の下降値を計測し、放電電流及び放電時間の積算値と、蓄電部6の両端電圧の電圧下降値とに基づいて蓄電部6の種別を判定してもよい。   In addition, a predetermined discharge time (for example, 1 second) is measured by the timekeeping means when the power storage unit 6 is discharged, not during charging, and the discharge current from the power storage unit 6 and the decrease value of the voltage across the power storage unit 6 are measured. The type of power storage unit 6 may be determined based on the integrated value of current and discharge time and the voltage drop value of the voltage across power storage unit 6.
また、蓄電種別判定部8が蓄電部6をコンデンサと判定した場合、蓄電部6の両端電圧は例えば150Vと高い電圧になり、蓄電部6を交換する場合に、作業者が感電することが想定される。よって、蓄電部6を交換するため、例えば、本体カバーが開けられたことを検知して充放電回路7の充放電動作を禁止設定する禁止手段を設け、蓄電種別判定部8が蓄電部6をコンデンサ、すなわち第2の蓄電素子と判定している場合において禁止手段により充放電回路7の充放電動作を禁止したとき、禁止手段からの指令に基づき充放電回路7により蓄電部6の両端電圧を所定電圧以下(例えば60V以下)まで放電させるようにしてもよい。これにより作業者が蓄電部6を交換する際には蓄電部6が所定電圧(例えば60V)以下に放電され、蓄電部6の電圧が低下させられるので、作業者の感電を防止することができる。   In addition, when the power storage type determination unit 8 determines that the power storage unit 6 is a capacitor, the voltage across the power storage unit 6 is as high as 150 V, for example, and when the power storage unit 6 is replaced, an operator may receive an electric shock. Is done. Therefore, in order to replace the power storage unit 6, for example, a prohibition unit that detects that the main body cover is opened and prohibits the charge / discharge operation of the charge / discharge circuit 7 is provided, and the power storage type determination unit 8 sets the power storage unit 6. When the charging / discharging operation of the charging / discharging circuit 7 is prohibited by the prohibiting means when it is determined as a capacitor, that is, the second power storage element, the voltage across the power storage unit 6 is set by the charging / discharging circuit 7 based on a command from the prohibiting means. You may make it discharge to below a predetermined voltage (for example, 60V or less). Accordingly, when the worker replaces the power storage unit 6, the power storage unit 6 is discharged to a predetermined voltage (for example, 60 V) or less, and the voltage of the power storage unit 6 is lowered, so that the operator can be prevented from receiving an electric shock. .
また、第1の蓄電素子は鉛バッテリとして説明したが、これに限らず、例えばニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム蓄電池等を第1の蓄電素子として使用しても良い。   The first power storage element has been described as a lead battery. However, the present invention is not limited to this, and for example, a nickel / cadmium storage battery, a nickel / hydrogen storage battery, a lithium storage battery, or the like may be used as the first power storage element.
また、交流電源1の電圧変動値に基づき、第1の電力変換部2または蓄電部6から供給する電力の上限値を制御することとしたが、電力に代えて電流の上限値を制御してもよい。   In addition, the upper limit value of the power supplied from the first power conversion unit 2 or the power storage unit 6 is controlled based on the voltage fluctuation value of the AC power supply 1, but the upper limit value of the current is controlled instead of the power. Also good.
実施の形態2.
図5は本発明の実施の形態2における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図、図6は充電回路12、放電回路13及び設定部9を示す回路図である。図5に示すように本実施の形態は、実施の形態1における充放電回路7を充電回路12、すなわち充電手段と、放電回路13とに分けたものである。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 5 is a block diagram showing the overall configuration of the uninterruptible power supply according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 6 is a circuit diagram showing the charging circuit 12, the discharging circuit 13, and the setting unit 9. As shown in FIG. 5, in this embodiment, the charging / discharging circuit 7 in the first embodiment is divided into a charging circuit 12, that is, a charging unit and a discharging circuit 13.
充電回路12は、図6に示すように、交流電源1に接続された整流器12aと、整流器12aの出力に設けられ、直流電圧を平滑化するコンデンサ12bと、コンデンサ12bの直流電圧を降圧して蓄電部6を充電する降圧充電回路を構成するスイッチング素子12c及びリアクトル12d及びダイオード12eと、充電電流及び充電電圧を制御するためスイッチング素子12cのオン/オフのデューティを制御する充電制御部12fを有する。   As shown in FIG. 6, the charging circuit 12 includes a rectifier 12a connected to the AC power source 1, a capacitor 12b provided at the output of the rectifier 12a, and a DC voltage of the capacitor 12b that steps down the DC voltage. A switching element 12c, a reactor 12d, and a diode 12e that constitute a step-down charging circuit that charges the power storage unit 6, and a charging control unit 12f that controls the on / off duty of the switching element 12c to control the charging current and the charging voltage are included. .
また、放電回路13は、同じく図6に示すように、蓄電部6の電力を昇圧放電させて第1のコンデンサ3を充電するための昇圧回路を構成するリアクトル13a及びダイオード13b及びスイッチング素子13cと、放電電流を制御するためスイッチング素子13cのオン/オフのデューティを制御する放電制御部13dを有する。
その他の構成及び動作は実施の形態1と同様なので、説明を省略する。
Similarly, as shown in FIG. 6, the discharge circuit 13 includes a reactor 13 a, a diode 13 b, and a switching element 13 c that constitute a boost circuit for boosting and discharging the power of the power storage unit 6 to charge the first capacitor 3. In order to control the discharge current, a discharge controller 13d for controlling the on / off duty of the switching element 13c is provided.
Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
本実施の形態によれば、交流電源1の電圧変動値に基づき、AC−DCコンバータである第1の電力変換部2または蓄電部6から供給する電力の上限値を制御することにより、蓄電部としてバッテリ以外の蓄電素子も使用可能とし、無停電電源装置を交流電源の電圧低下分を補償する電圧変動補償装置としても使用することができる。   According to the present embodiment, the power storage unit is controlled by controlling the upper limit value of the power supplied from the first power conversion unit 2 or the power storage unit 6 that is an AC-DC converter based on the voltage fluctuation value of the AC power supply 1. As described above, a storage element other than a battery can be used, and the uninterruptible power supply can also be used as a voltage fluctuation compensator for compensating for the voltage drop of the AC power supply.
また、蓄電種別判定部8により蓄電部6が鉛バッテリかコンデンサかを判別し充電完了電圧を設定するので、鉛バッテリとコンデンサとを使用用途に応じて選択的に使用することができる。   In addition, since the power storage type determination unit 8 determines whether the power storage unit 6 is a lead battery or a capacitor and sets the charge completion voltage, the lead battery and the capacitor can be selectively used according to the intended use.
また、充電回路12と放電回路13を別々に設けたので、充電回路用のリアクトル12dと放電回路用のリアクトル13aをそれぞれ最適に設定可能となり、充電効率及び放電効率を高めることができる。   Further, since the charging circuit 12 and the discharging circuit 13 are separately provided, the charging circuit reactor 12d and the discharging circuit reactor 13a can be set optimally, and the charging efficiency and the discharging efficiency can be increased.
実施の形態3.
図7は本発明の実施の形態3における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 7 is a block diagram showing the overall configuration of the uninterruptible power supply according to Embodiment 3 of the present invention.
図7において、無停電電源装置102は、交流電源1に接続され、スイッチ部17を介した交流電源1の交流電圧が直流電圧に変換されて第2のコンデンサ15を所定値(例えば200V)に充電する第3の電力変換部14と、交流電源1が健全時には第2のコンデンサ15の電力により蓄電部6を充電すると共に交流電源1が健全でない時には蓄電部6の電力を放電して第2のコンデンサ15を充電する充放電回路7と、交流電源1と負荷4の間に直列接続され、交流電源1が健全時及び所定の異常時(交流電源1と蓄電部6の両方から電力を得る、例えばAC70VからAC90Vの間)には交流電源1の電圧を調整し、交流電源1がその他の異常時(例えばAC70V未満の時)にはスイッチ部17がオフした後第3の電力変換部14と協働して負荷4に交流電力を供給する第4の電力変換部16と、交流電源1の電圧を計測する入力電圧センサ11と、交流電源1から供給される電力を計測する供給レベル検出部10とを有している。なお、本実施の形態では、第3の電力変換部14と第4の電力変換部16とが協働することで交流電圧を出力し、請求項の「第2の電力変換手段」を構成し、第3の電力変換部14は、交流電源1の電力を直流電力に変換する第1の電力変換手段も兼ねている。   In FIG. 7, the uninterruptible power supply 102 is connected to the AC power supply 1, and the AC voltage of the AC power supply 1 through the switch unit 17 is converted into a DC voltage, and the second capacitor 15 is set to a predetermined value (for example, 200 V). When the AC power source 1 is healthy and the third power conversion unit 14 to be charged, the power storage unit 6 is charged by the power of the second capacitor 15, and when the AC power source 1 is not healthy, the power of the power storage unit 6 is discharged and second. The charging / discharging circuit 7 for charging the capacitor 15 is connected in series between the AC power source 1 and the load 4, and the AC power source 1 obtains power from both a healthy state and a predetermined abnormality (from both the AC power source 1 and the power storage unit 6. (For example, between AC70V and AC90V), the voltage of the AC power supply 1 is adjusted, and when the AC power supply 1 is in other abnormality (for example, less than AC70V), the third power conversion unit 14 is turned off after the switch unit 17 is turned off. A fourth power conversion unit 16 that cooperates to supply AC power to the load 4, an input voltage sensor 11 that measures the voltage of the AC power source 1, and a supply level detection unit that measures the power supplied from the AC power source 1. 10. In the present embodiment, the third power conversion unit 14 and the fourth power conversion unit 16 cooperate to output an alternating voltage, and constitute the “second power conversion unit” in the claims. The third power conversion unit 14 also serves as first power conversion means for converting the power of the AC power supply 1 into DC power.
第3の電力変換部14及び第4の電力変換部16は、図3に示すダイオードを逆並列に接続した複数個のMOSFET等の自己消弧型半導体スイッチング素子5a、5b、5c、5dからなる単相フルブリッジ及びコイル、コンデンサからなるフィルタ回路5eと同様な構成をしている。なお、第3の電力変換部14は、複数の単相フルブリッジを直列に接続して構成してもよい。   The third power conversion unit 14 and the fourth power conversion unit 16 include self-extinguishing semiconductor switching elements 5a, 5b, 5c, and 5d such as a plurality of MOSFETs in which the diodes shown in FIG. 3 are connected in antiparallel. The configuration is the same as that of the filter circuit 5e including a single-phase full bridge, a coil, and a capacitor. The third power conversion unit 14 may be configured by connecting a plurality of single-phase full bridges in series.
自己消弧型半導体スイッチング素子5a、5b、5c、5dはMOSFET以外にも、IGBT、GCT、GTO、トランジスタ等でも、また自己消弧機能がないサイリスタ等でも強制転流動作が可能であればよい。その他の構成及び動作は実施の形態1と同様なので、説明を省略する。   The self-extinguishing type semiconductor switching elements 5a, 5b, 5c, and 5d need not be MOSFETs but also IGBTs, GCTs, GTOs, transistors, etc., or thyristors that do not have a self-extinguishing function, as long as they can perform forced commutation operation. . Since other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, description thereof is omitted.
また、第3の電力変換部14は、交流電源1と第2のコンデンサ15との間において双方向で電力変換を行うものである。また、第4の電力変換部16も、第2のコンデンサ15との間で図示しない絶縁トランスを介して双方向に電力変換を行う。   The third power conversion unit 14 performs bidirectional power conversion between the AC power supply 1 and the second capacitor 15. The fourth power conversion unit 16 also performs bidirectional power conversion with the second capacitor 15 via an insulating transformer (not shown).
本実施の形態によれば、交流電源1の電圧変動値に基づき、交流電源1から供給する電力が上限値を超えないように充放電回路7を制御することにより、蓄電部としてバッテリ以外の異なる蓄電容量を持つ蓄電素子も使用可能とし、無停電電源装置を交流電源の電圧低下分を補償する電圧変動補償装置としても使用することができる。   According to the present embodiment, by controlling the charge / discharge circuit 7 based on the voltage fluctuation value of the AC power supply 1 so that the power supplied from the AC power supply 1 does not exceed the upper limit value, the power storage unit is different from the battery other than the battery. A storage element having a storage capacity can also be used, and the uninterruptible power supply can be used as a voltage fluctuation compensator that compensates for the voltage drop of the AC power supply.
また、蓄電種別判定部8により蓄電部6が鉛バッテリかコンデンサかを判別し充電完了電圧を設定するので、鉛バッテリとコンデンサとを使用用途に応じて選択的に使用することができる。   In addition, since the power storage type determination unit 8 determines whether the power storage unit 6 is a lead battery or a capacitor and sets the charge completion voltage, the lead battery and the capacitor can be selectively used according to the intended use.
また、交流電源1の健全時には、第4の電力変換部16が交流電源1の電圧を調整して負荷4に出力するので、実施の形態1及び2に比べ、交流電源1が健全時の無停電電源装置の消費電力(電力損失)を少なくすることができる。   In addition, when the AC power source 1 is healthy, the fourth power conversion unit 16 adjusts the voltage of the AC power source 1 and outputs the adjusted voltage to the load 4. Therefore, compared to the first and second embodiments, the AC power source 1 is not in a healthy state. The power consumption (power loss) of the power failure power supply can be reduced.
実施の形態4.
図8は本発明の実施の形態4における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 8 is a block diagram showing the overall configuration of the uninterruptible power supply according to Embodiment 4 of the present invention.
図8に示すように本実施の形態は、実施の形態3における充放電回路7を充電回路12と放電回路13に分けたものである。その他の構成及び動作は実施の形態3と同様なので、説明を省略する。   As shown in FIG. 8, in this embodiment, the charge / discharge circuit 7 in the third embodiment is divided into a charge circuit 12 and a discharge circuit 13. Since other configurations and operations are the same as those in the third embodiment, description thereof is omitted.
本実施の形態によれば、交流電源1の電圧変動値に基づき、交流電源1から供給する電力が上限値を超えないように放電回路13を制御することにより、蓄電部としてバッテリ以外の蓄電素子も使用可能とし、無停電電源装置を交流電源の電圧低下分を補償する電圧変動補償装置としても使用することができる。   According to the present embodiment, by controlling discharge circuit 13 based on the voltage fluctuation value of AC power supply 1 so that the power supplied from AC power supply 1 does not exceed the upper limit value, a power storage element other than a battery as a power storage unit Can also be used, and the uninterruptible power supply can also be used as a voltage fluctuation compensator that compensates for the voltage drop of the AC power supply.
また、蓄電種別判定部8により蓄電部6が鉛バッテリかコンデンサかを判別し充電完了電圧を変更するので、鉛バッテリとコンデンサとを使用用途に応じて選択的に使用することができる。   Further, since the power storage type determination unit 8 determines whether the power storage unit 6 is a lead battery or a capacitor and changes the charging completion voltage, the lead battery and the capacitor can be selectively used according to the intended use.
また、充電回路12と放電回路13を別々に設けたので、充電回路用のリアクトル12dと放電回路用のリアクトル13aをそれぞれ最適に設定可能となり、充電効率及び放電効率を高めることができる。 Further, since the charging circuit 12 and the discharging circuit 13 are separately provided, the charging circuit reactor 12d and the discharging circuit reactor 13a can be set optimally, and the charging efficiency and the discharging efficiency can be increased.
また、交流電源1の健全時には、第4の電力変換部16が交流電源1の電圧を調整して負荷4に出力するので、実施の形態1及び2に比べ、交流電源1が健全時の無停電電源装置の消費電力(電力損失)を少なくすることができる。   In addition, when the AC power source 1 is healthy, the fourth power conversion unit 16 adjusts the voltage of the AC power source 1 and outputs the adjusted voltage to the load 4. Therefore, compared to the first and second embodiments, the AC power source 1 is not in a healthy state. The power consumption (power loss) of the power failure power supply can be reduced.
実施の形態5.
図9は本発明の実施の形態5における無停電電源装置の全体構成を示すブロック図である。
従来の蓄電素子としてコンデンサを用いた無停電電源装置では、補償時間が数秒とバッテリを使用した装置に比べ約100分の1程度と短くなるため、停電や瞬時電圧低下に対し、補償できるかどうかわからないという問題点があったが、本実施の形態では、蓄電素子としてコンデンサの適用が可能かを判断することを可能にするものである。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 9 is a block diagram showing the overall configuration of the uninterruptible power supply according to Embodiment 5 of the present invention.
In an uninterruptible power supply using a capacitor as a conventional power storage element, the compensation time is a few seconds, which is about 1 / 100th of that of a device using a battery. Although there is a problem of not knowing, in the present embodiment, it is possible to determine whether a capacitor can be applied as a power storage element.
図9に示すように無停電電源装置104は、蓄電部6からの放電電流及び電圧に基づいて蓄電部6からの1回の放電動作における放電エネルギー(電力量)を計測し、過去所定回数(例えば50回)の放電動作の放電エネルギー(電力量)を記録する第1の記録部18を有する。   As shown in FIG. 9, the uninterruptible power supply 104 measures the discharge energy (power amount) in one discharge operation from the power storage unit 6 based on the discharge current and voltage from the power storage unit 6, and the past predetermined number of times ( For example, the first recording unit 18 that records the discharge energy (electric energy) of the discharge operation 50 times) is provided.
第1の記録部18は、蓄電部6からの放電電流を計測する電流センサ8aの計測信号と蓄電部6の両端電圧を計測する電圧センサ8bの計測信号が入力された計測部18aと、計測部18aが計測した蓄電部6からの1回の放電動作における放電エネルギー値(電力量)を過去の大きいものから所定回数(例えば50回)分記録する記憶部18bと、記憶部18bに記憶された記録データに基づいて、放電エネルギー値の小さい方から所定の割合(例えば80%であれば、50個の80%なので放電エネルギー値の小さい方から40個)の放電エルギーを充足させることができる1回の放電動作における放電エネルギーの最小値、すなわち、最小放電エネルギー値を求めると共に必要となるコンデンサ容量を算出する演算部18cとを有している。   The first recording unit 18 includes a measurement unit 18a to which a measurement signal from the current sensor 8a that measures the discharge current from the power storage unit 6 and a measurement signal from the voltage sensor 8b that measures the voltage across the power storage unit 6 are input. The storage unit 18b records the discharge energy value (power amount) in one discharge operation from the power storage unit 6 measured by the unit 18a for a predetermined number of times (for example, 50 times) from the past, and is stored in the storage unit 18b. Based on the recorded data, it is possible to satisfy the discharge energy of a predetermined ratio from the smaller discharge energy value (for example, 80% is 50%, 40 from the smaller discharge energy value is 80%). It has the calculating part 18c which calculates | requires the required capacitor capacity while calculating | requiring the minimum value of the discharge energy in one discharge operation, ie, the minimum discharge energy value.
演算部18cにより求められた最小放電エネルギー値が例えば500W秒であれば、コンデンサの適当な静電容量として、以下の計算により、コンデンサを150Vから75Vまで放電させたとすれば、必要なコンデンサの静電容量は、
500W秒×2/(150V×150V−75V×75V)=59.26mFと算出される。よって、59.26mFより大きな容量の例えば100mFを選定する。
If the minimum discharge energy value obtained by the calculation unit 18c is, for example, 500 W seconds, if the capacitor is discharged from 150 V to 75 V by the following calculation as an appropriate capacitance of the capacitor, the required static capacitance of the capacitor is as follows. The capacity is
500 W sec × 2 / (150 V × 150 V−75 V × 75 V) = 59.26 mF is calculated. Therefore, for example, 100 mF having a capacity larger than 59.26 mF is selected.
100mFのコンデンサを150Vから75Vまで放電させたときの放電エネルギーは、0.5×100mF×(150V×150V−75V×75V)=844W秒であり前記500W秒を満足する。   The discharge energy when a 100 mF capacitor is discharged from 150 V to 75 V is 0.5 × 100 mF × (150 V × 150 V−75 V × 75 V) = 844 W seconds, which satisfies the 500 W seconds.
無停電電源装置104は、導入時には蓄電部6として鉛バッテリを使用し、鉛バッテリが劣化するまでの例えば3年間、放電エネルギーを第1の記録部18により記録し、記録した記録データから最小放電エネルギー値を求め、さらに必要なコンデンサ容量を算出し通信手段や表示手段により使用者に提供を行う。   The uninterruptible power supply 104 uses a lead battery as the power storage unit 6 at the time of introduction, records the discharge energy by the first recording unit 18 for, for example, three years until the lead battery deteriorates, and performs the minimum discharge from the recorded data. The energy value is obtained, and the necessary capacitor capacity is calculated and provided to the user through communication means and display means.
本実施の形態によれば、交流電源1の電圧変動値に基づき、AC−DCコンバータである第1の電力変換部2または蓄電部6から供給する電力の上限値を制御することにより、蓄電部としてバッテリ以外の蓄電素子も使用可能とし、無停電電源装置を交流電源の電圧低下分を補償する電圧変動補償装置としても使用することができる。   According to the present embodiment, the power storage unit is controlled by controlling the upper limit value of the power supplied from the first power conversion unit 2 or the power storage unit 6 that is an AC-DC converter based on the voltage fluctuation value of the AC power supply 1. As described above, a storage element other than a battery can be used, and the uninterruptible power supply can also be used as a voltage fluctuation compensator for compensating for the voltage drop of the AC power supply.
また、蓄電種別判定部8により蓄電部6が鉛バッテリかコンデンサかを判別し充電完了電圧を変更するので、鉛バッテリとコンデンサとを使用用途に応じて選択的に使用することができる。   Further, since the power storage type determination unit 8 determines whether the power storage unit 6 is a lead battery or a capacitor and changes the charging completion voltage, the lead battery and the capacitor can be selectively used according to the intended use.
また、当初は鉛バッテリ搭載の無停電電源装置として使用し、鉛バッテリ劣化後に第1の記録部18に記録された過去の1回あたりの放電エネルギーから最小放電エネルギー値を求め必要とするコンデンサ容量を算出することにより、蓄電部としてコンデンサが使用可能かを容易に判断することができる。
また、蓄電部6を設置環境に適した静電容量のコンデンサに変更することが可能となるので、以降は長い年月(例えば10年間)蓄電部6を交換することなく無停電電源装置を使用することができる。
In addition, a capacitor capacity that is initially used as an uninterruptible power supply equipped with a lead battery and requires a minimum discharge energy value obtained from the discharge energy per one time recorded in the first recording unit 18 after the lead battery is deteriorated. It is possible to easily determine whether or not a capacitor can be used as the power storage unit.
Moreover, since it becomes possible to change the electrical storage part 6 to the capacitor | condenser of the electrostatic capacitance suitable for an installation environment, after that, an uninterruptible power supply apparatus is used without replacing the electrical storage part 6 for a long time (for example, 10 years). can do.
なお、本実施の形態では、過去の所定回数(例えば50回)の放電動作の放電エネルギー(電力量)を記録したが、例えば、定格出力電力1000Wの無停電電源装置の場合、1回の放電動作時間(バックアップ時間)1秒までの0〜1000W秒までの間を適当な電力量範囲(例えば0〜10W秒、10〜20W秒、・・・450〜500W秒、・・・900〜1000W秒、それ以上)で区分けされ、放電エネルギー値に応じた複数個のカウンタを設け、1回の放電動作を行う毎に1回の放電動作における蓄電部6からの放電エネルギー(電力量)に該当するカウンタをカウントアップするようにする第2の記録部を第1の記録部18に代えて設けてもよく、カウンタの計数値、すなわち放電回数により必要となる放電エネルギー(電力量)を把握することが可能である。そして、第2の記録部に記憶した放電エネルギー値に応じた放電回数に基づいて所定の割合を満足する最小放電エネルギー値を第1の記録部18と同様に求めることができる。   In the present embodiment, the discharge energy (power amount) of the past predetermined number of times (for example, 50 times) is recorded. For example, in the case of an uninterruptible power supply with a rated output power of 1000 W, one discharge is performed. Operating time (backup time) 0 to 1000 W seconds up to 1 second, suitable power range (eg 0 to 10 W seconds, 10 to 20 W seconds, ... 450 to 500 W seconds, ... 900 to 1000 W seconds) More than one), and a plurality of counters corresponding to the discharge energy value are provided, and each time one discharge operation is performed, it corresponds to the discharge energy (power amount) from the power storage unit 6 in one discharge operation. A second recording unit that counts up the counter may be provided in place of the first recording unit 18, and the discharge energy (power amount) required by the count value of the counter, that is, the number of discharges. It is possible to grasp. Then, the minimum discharge energy value satisfying a predetermined ratio can be obtained in the same manner as the first recording unit 18 based on the number of discharges corresponding to the discharge energy value stored in the second recording unit.
また、第1の記録部18は、蓄電部6からの放電電流及び電圧を計測し、蓄電部6からの1回の放電動作における放電エネルギー(電力量)を計測したが、無停電電源装置104の出力端子から供給される電流及び電圧から電力を計測するようにしても、同様な効果が得ることができる。   In addition, the first recording unit 18 measures the discharge current and voltage from the power storage unit 6 and measures the discharge energy (power amount) in one discharge operation from the power storage unit 6. Even if the power is measured from the current and voltage supplied from the output terminal, the same effect can be obtained.
また、本実施の形態では、実施の形態1の無停電電源装置に第1の記録部18または第2の記録部を設けた例を示したが、実施の形態2乃至4に示す無停電電源装置に設けても同様の効果を奏するものである。   Further, in the present embodiment, the example in which the first recording unit 18 or the second recording unit is provided in the uninterruptible power supply device of the first embodiment has been described. However, the uninterruptible power supply illustrated in the second to fourth embodiments. Even if it is provided in the apparatus, the same effect can be obtained.
実施の形態6.
第10図は実施の形態6における無停電電源装置の概略構成を示す図、図11および図12は交流電源1による充電時の動作の説明図、図13は無停電電源装置の蓄電部23を充電する動作の説明図、図14および図15は無停電電源装置の蓄電部23による充電時の動作の説明図、図16は無停電電源装置のインバータ部第1のコンデンサ24aを充電する動作の説明図、図17は無停電電源装置の起動時における蓄電部23による充電の動作を説明するフローチャートである。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 10 is a diagram showing a schematic configuration of the uninterruptible power supply device according to the sixth embodiment, FIGS. 11 and 12 are explanatory diagrams of operations at the time of charging with the AC power supply 1, and FIG. FIG. 14 and FIG. 15 are explanatory diagrams of the operation at the time of charging by the power storage unit 23 of the uninterruptible power supply, and FIG. 16 is an operation of charging the first capacitor 24a of the inverter unit of the uninterruptible power supply. FIG. 17 is a flowchart for explaining the charging operation by the power storage unit 23 when the uninterruptible power supply is activated.
図において、無停電電源装置105は、交流電源1の一端と負荷4の一端を接続する共通線と、同極性に直列接続され、この直列接続の接続点が交流電源1の他端に接続された1対の逆流防止用第1、第2のダイオード21、22と、この逆流防止用第1のダイオード21のカソードに接続され、直流の正極側となる正極側電圧線と、逆流防止用第2のダイオード22のアノードに接続され、直流の負極側となる負極側電圧線と、負極側が共通線に接続され、停電時に電力を供給する蓄電部23と、共通線と正極側電圧線と負極側電圧線とに接続され、直流電力を交流電力に変換するインバータ部24と、インバータ部24より交流電源1側で共通線と正極側電圧線と負極側電圧線とに接続され、インバータ部24の2つのコンデンサ24a、24bの間で電荷を移動させるバランス部25と、蓄電部23の正極側と共通線と負極側電圧線とに接続された負極側昇降圧部26と、交流電源1に並列接続され、交流電源1の交流電力を直流電力に変換するコンバータ部27と、を有している。   In the figure, the uninterruptible power supply 105 is connected in series with a common line that connects one end of the AC power supply 1 and one end of the load 4, and the connection point of this series connection is connected to the other end of the AC power supply 1. A pair of backflow preventing first and second diodes 21 and 22, a positive voltage line connected to the cathode of the backflow preventing first diode 21 and serving as a positive side of a direct current, and a backflow preventing first diode 2 is connected to the anode of the diode 22 and is connected to the negative electrode side of the DC negative electrode side, the negative electrode side is connected to the common line, the power storage unit 23 supplies power during a power failure, the common line, the positive electrode side voltage line, and the negative electrode The inverter unit 24 is connected to the side voltage line and converts DC power to AC power, and the inverter unit 24 is connected to the common line, the positive side voltage line, and the negative side voltage line on the AC power supply 1 side. Two capacitors 24a 24 b is connected in parallel to the AC power source 1, the balance unit 25 that moves the charge between 24 b, the negative side step-up / down unit 26 connected to the positive side, the common line, and the negative side voltage line of the power storage unit 23. Converter unit 27 that converts one AC power into DC power.
なお、請求項で述べている「第1の電力変換手段」はコンバータ部27、逆流防止用第1、第2のダイオード21、22で、「充電手段」は負極側昇降圧部26で、「第2の電力変換手段」はインバータ部24で、「第3の電力変換手段」は負極側昇降圧部26とコンバータ部27、逆流防止用第1、第2のダイオード21、22である。   The “first power conversion means” described in the claims is the converter section 27, the first and second diodes 21 and 22 for backflow prevention, and the “charging means” is the negative-side buck-boost section 26. The “second power conversion means” is the inverter unit 24, and the “third power conversion unit” is the negative-side buck-boost unit 26 and the converter unit 27, and the first and second diodes 21 and 22 for backflow prevention.
交流電源1とコンバータ部27との間には、交流電源1側に交流電源1と並列接続されるコンデンサ28と、コンバータ部27側にコンデンサ28とフィルタを形成するリアクトル29と、コンデンサ28とリアクトル29の間には交流電源1と蓄電部23との入力を切換える交流電源/バッテリ切換えスイッチ30のa接点が接続されている。交流電源/バッテリ切換えスイッチ30のb接点と蓄電部23の正極の間には、バッテリ運転用スイッチ31が接続されている。
また、インバータ部24の出力線には、直列接続されたリアクトル32と、リアクトル32の負荷4側には負荷4と並列にコンデンサ33とが接続されており、リアクトル32とコンデンサ33とでフィルタを形成している。
Between the AC power source 1 and the converter unit 27, a capacitor 28 connected in parallel with the AC power source 1 on the AC power source 1 side, a reactor 29 forming a capacitor 28 and a filter on the converter unit 27 side, and the capacitor 28 and the reactor 29 is connected to a contact point of an AC power source / battery switch 30 for switching the input between the AC power source 1 and the power storage unit 23. A battery operation switch 31 is connected between the contact b of the AC power source / battery switching switch 30 and the positive electrode of the power storage unit 23.
In addition, a reactor 32 connected in series is connected to the output line of the inverter unit 24, and a capacitor 33 is connected to the load 4 side of the reactor 32 in parallel with the load 4. A filter is connected between the reactor 32 and the capacitor 33. Forming.
インバータ部24は、共通線と正極側電圧線との間に接続されるインバータ部第1のコンデンサ24aと、共通線と負極側電圧線との間に接続されるインバータ部第2のコンデンサ24bと、コレクタが正極側電圧線に接続されたインバータ部第1の半導体スイッチ24cと、半導体スイッチ24cと逆並列接続されるダイオード24dと、コレクタがインバータ部第1の半導体スイッチ24cのエミッタに接続され、エミッタが負極側電圧線に接続されたインバータ部第2の半導体スイッチ24eと、半導体スイッチ24eと逆並列接続されるダイオード24fとを有している。半導体スイッチ24cと、ダイオード24dと、半導体スイッチ24eと、ダイオード24fとで、第1のコンデンサ24aおよび第2のコンデンサ24bからなる直流電源から直流電力を交流電力に変換するインバータを構成する。   The inverter unit 24 includes an inverter unit first capacitor 24a connected between the common line and the positive side voltage line, and an inverter unit second capacitor 24b connected between the common line and the negative side voltage line. The first semiconductor switch 24c of the inverter unit whose collector is connected to the positive voltage line, the diode 24d connected in antiparallel with the semiconductor switch 24c, and the collector of the first semiconductor switch 24c of the inverter unit are connected to the collector. It has an inverter part second semiconductor switch 24e whose emitter is connected to the negative voltage line, and a diode 24f connected in reverse parallel to the semiconductor switch 24e. The semiconductor switch 24c, the diode 24d, the semiconductor switch 24e, and the diode 24f constitute an inverter that converts DC power into AC power from a DC power source including the first capacitor 24a and the second capacitor 24b.
バランス部25は、コレクタが正極側電圧線に接続されたバランス部第1の半導体スイッチ25aと、バランス部半導体スイッチ25aと逆並列接続されるダイオード25bと、コレクタがバランス部第1の半導体スイッチ25aのエミッタに接続され、エミッタが負極側電圧線に接続されたバランス部第2の半導体スイッチ25cと、バランス部半導体スイッチ25cと逆並列接続されるダイオード25dと、一端がバランス部半導体スイッチ25aのエミッタおよび半導体スイッチ25cのコレクタに接続され、他端が共通線に接続されるバランス部リアクトル25eとから構成される。   The balance unit 25 includes a balance unit first semiconductor switch 25a having a collector connected to the positive voltage line, a diode 25b connected in reverse parallel to the balance unit semiconductor switch 25a, and a collector having a balance unit first semiconductor switch 25a. Of the balance unit semiconductor switch 25c, the diode 25d connected in antiparallel with the balance unit semiconductor switch 25c, and one end of the emitter of the balance unit semiconductor switch 25a. And a balance part reactor 25e connected to the collector of the semiconductor switch 25c and having the other end connected to the common line.
負極側昇降圧部26は、コレクタが蓄電部23の正極側に接続された負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26aと、負極側昇降圧部半導体スイッチ26aと逆並列接続されるダイオード26bと、コレクタが負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26aのエミッタに接続され、エミッタが負極側電圧線に接続された負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ26dと、負極側昇降圧部半導体スイッチ26dと逆並列接続されるダイオード26eと、一端が負極側昇降圧部半導体スイッチ26aのエミッタおよび半導体スイッチ26dのコレクタに接続され、他端が共通線に接続される負極側昇降圧部リアクトル26cとから構成される。   The negative-side buck-boost unit 26 includes a negative-side buck-boost unit first semiconductor switch 26a whose collector is connected to the positive-electrode side of the power storage unit 23, and a diode 26b connected in reverse parallel to the negative-side buck-boost unit semiconductor switch 26a. A negative-side step-up / step-down unit second semiconductor switch 26d having a collector connected to the emitter of the negative-side step-up / step-down unit first semiconductor switch 26a, and an emitter connected to the negative-side side voltage line; A diode 26e connected in reverse parallel to 26d, a negative-side step-up / step-down unit reactor 26c having one end connected to the emitter of the negative-side step-up / step-down unit semiconductor switch 26a and the collector of the semiconductor switch 26d, and the other end connected to a common line; Consists of
コンバータ部27は、ダイオードブリッジ27aを構成するダイオード27a1、27a2、27a3、27a4と、このダイオードブリッジ27aと並列接続されるコンバータ部半導体スイッチ27bとから構成される。   The converter unit 27 includes diodes 27a1, 27a2, 27a3, and 27a4 that constitute the diode bridge 27a, and a converter unit semiconductor switch 27b that is connected in parallel with the diode bridge 27a.
また、無停電電源装置105は、インバータ部第1のコンデンサ24aの電圧およびインバータ部第2のコンデンサ24bの電圧を検出する電圧検出器34と、交流電源/バッテリ切換えスイッチ30、バッテリ運転用スイッチ31、コンバータ部半導体スイッチ27b、インバータ部第1の半導体スイッチ24c、インバータ部第2の半導体スイッチ24e、バランス部第1の半導体スイッチ25a、バランス部第2の半導体スイッチ25c、負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26a、負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ26dを制御する制御回路35と、を備えている。
その他の構成については、実施の形態1と同様なので、説明を省略する。
Further, the uninterruptible power supply 105 includes a voltage detector 34 that detects the voltage of the inverter unit first capacitor 24a and the voltage of the inverter unit second capacitor 24b, an AC power source / battery switch 30, and a battery operation switch 31. , Converter unit semiconductor switch 27b, inverter unit first semiconductor switch 24c, inverter unit second semiconductor switch 24e, balance unit first semiconductor switch 25a, balance unit second semiconductor switch 25c, negative-side step-up / step-down unit first And a control circuit 35 for controlling the second semiconductor switch 26d of the negative-side step-up / step-down unit.
Since other configurations are the same as those in the first embodiment, the description thereof is omitted.
次に動作について説明する。
無停電電源装置105は、通常運転時は交流電源1により、停電時には蓄電部23によりインバータ部第1のコンデンサ24aおよびインバータ部第2のコンデンサ24bを充電し、インバータ部第1の半導体スイッチ24c、ダイオード24d、インバータ部第2の半導体スイッチ24e、ダイオード24fからなるインバータで、第1のコンデンサ24a、第2のコンデンサ24bからなる直流電源の直流電力を交流電力に変換し、負荷4に交流電力を供給する。
Next, the operation will be described.
The uninterruptible power supply 105 charges the inverter unit first capacitor 24a and the inverter unit second capacitor 24b by the AC power source 1 during normal operation and the power storage unit 23 during a power failure, and the inverter unit first semiconductor switch 24c, This is an inverter composed of a diode 24d, an inverter part second semiconductor switch 24e, and a diode 24f. The direct current power of the direct current power source composed of the first capacitor 24a and the second capacitor 24b is converted into alternating current power, and the alternating current power is supplied to the load 4. Supply.
図11および図12により無停電電源装置における通常運転時のインバータ部コンデンサの充電動作を説明する。
交流電源1の電圧が正の場合、図11(a)に示すように、コンバータ部半導体スイッチ27bをオンして、交流電源1→交流電源/バッテリ切換えスイッチ30→リアクトル29→ダイオードブリッジ27aのダイオード27a1→コンバータ部半導体スイッチ27b→ダイオードブリッジ27aのダイオード27a4→交流電源1というルートで、リアクトル29にエネルギーを貯める。
続いて、図11(b)に示すように、コンバータ部半導体スイッチ27bをオフして、リアクトル29→逆流阻止用第1のダイオード21→インバータ部第1のコンデンサ24a→交流電源1→交流電源/バッテリ切換えスイッチ30→リアクトル29というルートで、リアクトル29に貯められたエネルギーをコンバータ部第1のコンデンサ24aに充電し、共通線に対し正極側電圧線Pを形成する。
The charging operation of the inverter capacitor during normal operation in the uninterruptible power supply will be described with reference to FIGS. 11 and 12.
When the voltage of the AC power source 1 is positive, as shown in FIG. 11A, the converter unit semiconductor switch 27b is turned on, the AC power source 1 → AC power source / battery switch 30 → reactor 29 → diode of the diode bridge 27a. Energy is stored in the reactor 29 through the route 27a1 → converter semiconductor switch 27b → diode 27a4 of the diode bridge 27a → AC power supply 1.
Subsequently, as shown in FIG. 11B, the converter unit semiconductor switch 27b is turned off, and the reactor 29 → the first diode 21 for backflow prevention → the inverter unit first capacitor 24a → the AC power source 1 → the AC power source / The energy stored in the reactor 29 is charged in the converter unit first capacitor 24a through the route of the battery changeover switch 30 to the reactor 29, and the positive voltage line P is formed with respect to the common line.
交流電源1が負の場合、図12(a)に示すように、コンバータ部半導体スイッチ27bをオンして、交流電源1→ダイオードブリッジ27aのダイオード27a2→コンバータ部半導体スイッチ27b→ダイオードブリッジ27aのダイオード27a3→リアクトル29→交流電源/バッテリ切換えスイッチ30→交流電源1というルートで、リアクトル29にエネルギーを貯める。続いて、図12(b)に示すように、コンバータ部半導体スイッチ27bをオフして、リアクトル29→交流電源/バッテリ切換えスイッチ30→交流電源1→インバータ部第2のコンデンサ24b→逆流阻止用第2のダイオード22→リアクトル29というルートで、リアクトル29に貯められたエネルギーをインバータ部第2のコンデンサ24bに充電し、共通線に対し負極側電圧線Nを形成する。   When the AC power source 1 is negative, as shown in FIG. 12A, the converter unit semiconductor switch 27b is turned on, the AC power source 1 → the diode 27a2 of the diode bridge 27a → the converter unit semiconductor switch 27b → the diode of the diode bridge 27a. Energy is stored in the reactor 29 through a route of 27a3 → reactor 29 → AC power source / battery changeover switch 30 → AC power source 1. Subsequently, as shown in FIG. 12B, the converter unit semiconductor switch 27b is turned off, and the reactor 29 → AC power source / battery changeover switch 30 → AC power source 1 → inverter unit second capacitor 24b → backflow prevention second 2, the energy stored in the reactor 29 is charged in the second capacitor 24 b of the inverter unit, and the negative voltage line N is formed with respect to the common line.
通常運転時における蓄電部の充電動作を図13により説明する。
第13図(a)に示すように、負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ26dをオンして、インバータ部第2のコンデンサ24b→負極側昇降圧部リアクトル26c→負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ26d→インバータ部第2のコンデンサ24bというルートで負極側昇降圧部リアクトル26cにエネルギーを貯める。続いて、図13(b)に示すように、負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ26dをオフして、負極側昇降圧部リアクトル26c→負極側昇降圧部第1のダイオード26b→蓄電部23→負極側昇降圧部リアクトル26cというルートで、負極側昇降圧部リアクトル26cに貯められたエネルギーを蓄電部23に充電する。
The charging operation of the power storage unit during normal operation will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 13 (a), the negative-side step-up / step-down unit second semiconductor switch 26d is turned on, and the inverter unit second capacitor 24b → the negative-side side step-up / down unit reactor 26c → the negative-side side step-up / step-down unit second The energy is stored in the negative-side step-up / step-down unit reactor 26c through the route of the semiconductor switch 26d → the inverter second capacitor 24b. Subsequently, as shown in FIG. 13B, the negative-side buck-boost unit second semiconductor switch 26d is turned off, and the negative-side buck-boost unit reactor 26c → the negative-side buck-boost unit first diode 26b → the power storage unit. The energy stored in the negative electrode side step-up / step-down unit reactor 26 c is charged in the power storage unit 23 through a route 23 → negative electrode side step-up / step-down unit reactor 26 c.
停電時の蓄電部23によるインバータ部コンデンサの充電動作を図14、15により説明する。
停電時は、交流電源/バッテリ切換えスイッチ30を接点b側に切換え、バッテリ運転用スイッチ31を短絡する。
第14図(a)に示すように、コンバータ部半導体スイッチ27bをオンして、蓄電部23→バッテリ運転用スイッチ31→交流電源/バッテリ切換えスイッチ30→リアクトル29→ダイオードブリッジ27aのダイオード27a1→コンバータ部半導体スイッチ27b→ダイオードブリッジ27aのダイオード27a4→蓄電部23というルートでリアクトル29にエネルギーを貯める。
The charging operation of the inverter unit capacitor by the power storage unit 23 during a power failure will be described with reference to FIGS.
At the time of a power failure, the AC power / battery switch 30 is switched to the contact b side and the battery operation switch 31 is short-circuited.
As shown in FIG. 14 (a), the converter unit semiconductor switch 27b is turned on, the power storage unit 23 → the battery operation switch 31 → the AC power source / battery switch 30 → the reactor 29 → the diode 27a1 of the diode bridge 27a → the converter. Energy is stored in the reactor 29 through the route of the semiconductor switch 27b → the diode 27a4 of the diode bridge 27a → the power storage unit 23.
続いて、図14(b)に示すように、コンバータ部半導体スイッチ27bをオフして、リアクトル29→逆流阻止用第1のダイオード21→インバータ部第1のコンデンサ24a→蓄電部23→バッテリ運転用スイッチ31→交流電源/バッテリ切換えスイッチ30→リアクトル29というルートで、リアクトル29に貯められたエネルギーを第1のコンデンサ24aに充電する。   Subsequently, as shown in FIG. 14B, the converter unit semiconductor switch 27b is turned off, and the reactor 29 → the first diode 21 for preventing the reverse current → the inverter unit first capacitor 24a → the power storage unit 23 → for battery operation. The energy stored in the reactor 29 is charged in the first capacitor 24a through the route of the switch 31 → the AC power source / battery switching switch 30 → the reactor 29.
また、第15図(a)に示すように、負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26aをオンして、蓄電部23→負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26a→負極側昇降圧部リアクトル26c→蓄電部23というルートで負極側昇降圧部リアクトル26cにエネルギーを貯める。続いて、図15(b)に示すように、負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ26aをオフして、負極側昇降圧部リアクトル26c→インバータ部第2のコンデンサ24b→負極側昇降圧部第2のダイオード26e→負極側昇降圧部リアクトル26cというルートで、負極側昇降圧部リアクトル26cに貯められたエネルギーをインバータ部第2のコンデンサ24bに充電する。   Also, as shown in FIG. 15 (a), the negative-side step-up / step-down unit first semiconductor switch 26a is turned on, and the power storage unit 23 → negative-side side step-up / step-down unit first semiconductor switch 26a → negative-electrode side step-up / step-down unit. Energy is stored in the negative-side step-up / step-down unit reactor 26 c through the route of the reactor 26 c → the power storage unit 23. Subsequently, as shown in FIG. 15B, the negative-side step-up / step-down unit first semiconductor switch 26a is turned off, and the negative-side-side step-up / step-down unit reactor 26c → the inverter unit second capacitor 24b → the negative-side step-up / step-down unit. The energy stored in the negative-side step-up / step-down reactor 26c is charged in the inverter-unit second capacitor 24b through the route of the second diode 26e → the negative-side step-up / step-down reactor 26c.
また、上述にように充電されたインバータ部第1のコンデンサ24aとインバータ部第2のコンデンサ24bの電力を使用して、インバータ部で直流電力から交流電力に変換し、負荷4に交流電力を供給するが、負荷4の不平衡などにより、インバータ部第1のコンデンサ24aの電圧とインバータ部第2のコンデンサ24bの電圧とが不平衡になることがある。例えば、インバータ部第2のコンデンサ24bの電圧が高くなった場合には、図16(a)に示すように、バランス部第2の半導体スイッチ25cをオンして、インバータ部第2のコンデンサ24b→バランス部リアクトル25e→バランス部第2の半導体スイッチ25c→インバータ部第2のコンデンサ24bというルートでバランス部リアクトル25eにエネルギーを貯める。続いて、図16(b)に示すように、バランス部第2の半導体スイッチ25cをオフして、バランス部リアクトル25e→バランス部第1のダイオード25b→インバータ部第1のコンデンサ24a→バランス部リアクトル25eというルートで、バランス部リアクトル25eに貯められたエネルギーをインバータ部第1のコンデンサ24aに充電し、両コンデンサ24a、24bの電圧をバランスさせる。   Further, using the power of the first capacitor 24a and the second capacitor 24b of the inverter unit charged as described above, the inverter unit converts DC power into AC power and supplies the load 4 with AC power. However, the voltage of the inverter unit first capacitor 24a and the voltage of the inverter unit second capacitor 24b may become unbalanced due to an unbalance of the load 4 or the like. For example, when the voltage of the inverter section second capacitor 24b becomes high, as shown in FIG. 16A, the balance section second semiconductor switch 25c is turned on, and the inverter section second capacitor 24b → Energy is stored in the balance unit reactor 25e through the route of the balance unit reactor 25e → the balance unit second semiconductor switch 25c → the inverter unit second capacitor 24b. Subsequently, as shown in FIG. 16B, the balance unit second semiconductor switch 25c is turned off, and the balance unit reactor 25e → the balance unit first diode 25b → the inverter unit first capacitor 24a → the balance unit reactor. The energy stored in the balance unit reactor 25e is charged in the inverter unit first capacitor 24a through the route 25e, and the voltages of the capacitors 24a and 24b are balanced.
第10図、第15図および第17図により、起動時の動作を説明する。
インバータ部第1のコンデンサ24aとインバータ部第2のコンデンサ24bが無電荷状態である起動時、制御回路35は交流電源/バッテリ切換えスイッチ30を接点b側に切換えるとともに、バッテリ運転用スイッチ31を開放する。
制御回路35は、ステップS1で、第15図に示すように蓄電部23を使用して負極側昇降圧部半導体スイッチ26aをオン・オフ制御して、インバータ部第2のコンデンサ24bを充電する。起動時の蓄電部23を使用してインバータ部第2のコンデンサ24bを充電する動作は下記となる。
The operation at startup will be described with reference to FIGS. 10, 15 and 17. FIG.
When the inverter unit first capacitor 24a and the inverter unit second capacitor 24b are in an uncharged state, the control circuit 35 switches the AC power source / battery switch 30 to the contact b side and opens the battery operation switch 31. To do.
In step S1, the control circuit 35 uses the power storage unit 23 to turn on and off the negative-side step-up / step-down semiconductor switch 26a as shown in FIG. 15 to charge the inverter unit second capacitor 24b. The operation of charging the second capacitor 24b of the inverter unit using the power storage unit 23 at the time of startup is as follows.
図15(a)に示すように、負極側昇降圧部半導体スイッチ26aがオンしている間に、蓄電部23→負極側昇降圧部半導体スイッチ26a→負極側昇降圧部リアクトル26c→蓄電部23というルートで、負極側昇降圧部リアクトル26cにエネルギーを貯める。続いて、図15(b)に示すように、負極側昇降圧部半導体スイッチ26aをオフして、負極側昇降圧部リアクトル26c→インバータ部第2のコンデンサ24b→負極側昇降圧部ダイオード26e→負極側昇降圧部リアクトル26cというルートで、負極側昇降圧部リアクトル26cに貯められたエネルギーをインバータ部第2のコンデンサ24bに充電する。   As shown in FIG. 15 (a), while the negative electrode side step-up / step-down unit semiconductor switch 26a is ON, the power storage unit 23 → the negative electrode side step-up / down unit semiconductor switch 26a → the negative electrode side step-up / down unit reactor 26c → the power storage unit 23. In this route, energy is stored in the negative-side step-up / step-down reactor 26c. Subsequently, as shown in FIG. 15B, the negative-side step-up / step-down unit semiconductor switch 26a is turned off, and the negative-side step-up / step-down unit reactor 26c → the inverter second capacitor 24b → the negative-side step-up / step-down unit diode 26e → The energy stored in the negative electrode side step-up / step-down reactor 26c is charged to the inverter second capacitor 24b through the route of the negative electrode side step-up / step-down reactor 26c.
続いて、図17に示すように、ステップS2で、インバータ部第2のコンデンサ24bの電圧が所定値(例えば、100V運転時は141V、120V運転時は180V)以上になったか判定し、所定値未満の場合はステップS1に戻り、蓄電部23を使用してインバータ部第2のコンデンサを充電する処理を実行する。蓄電部23と負極側昇降圧部半導体スイッチ26aと負極側昇降圧部リアクトル26cとインバータ部第2のコンデンサ24bと負極側昇降圧部ダイオード26eとは反転チョッパ回路を構成しており、負極側昇降圧部半導体スイッチ26aをオン・オフ制御することにより、インバータ部第2のコンデンサ24bを任意の電圧まで昇圧を行う。   Subsequently, as shown in FIG. 17, in step S2, it is determined whether the voltage of the inverter section second capacitor 24b is equal to or higher than a predetermined value (for example, 141V during 100V operation and 180V during 120V operation). If it is less, the process returns to step S1, and the process of charging the second capacitor of the inverter unit using the power storage unit 23 is executed. The power storage unit 23, the negative-side step-up / step-down unit semiconductor switch 26 a, the negative-side side step-up / down unit reactor 26 c, the inverter unit second capacitor 24 b, and the negative-electrode side step-up / down unit diode 26 e constitute an inverting chopper circuit, By controlling on / off of the pressure unit semiconductor switch 26a, the inverter unit second capacitor 24b is boosted to an arbitrary voltage.
ステップS2で、インバータ部第2のコンデンサ24bの電圧が所定値以上の場合は、続いて、ステップS3で、図16に示すようにバランス部第2の半導体スイッチ25cをオン・オフ制御して、インバータ部第2のコンデンサ24bからインバータ部第1のコンデンサ24aを第2のインバータ部コンデンサ24bと同電圧になるように充電する。インバータ部第2のコンデンサ24bからインバータ部第1のコンデンサ24aを充電する動作は下記となる。   In step S2, if the voltage of the inverter section second capacitor 24b is equal to or higher than a predetermined value, then in step S3, the balance section second semiconductor switch 25c is controlled to be turned on / off as shown in FIG. The inverter unit first capacitor 24b is charged with the same voltage as the second inverter unit capacitor 24b from the inverter unit second capacitor 24b. The operation of charging the inverter unit first capacitor 24a from the inverter unit second capacitor 24b is as follows.
図16(a)に示すように、バランス部第2の半導体スイッチ25cがオンしている間に、インバータ部第2のコンデンサ24b→バランス部リアクトル25e→バランス部第2の半導体スイッチ25c→インバータ部第2のコンデンサ24bというルートで、バランス部リアクトル25eにエネルギーを貯める。続いて、図16(b)に示すように、バランス部第2の半導体スイッチ25cをオフしている間に、バランス部リアクトル25e→バランス部ダイオード25b→インバータ部第1のコンデンサ24a→バランス部リアクトル25eというルートで、バランス部リアクトル25eに貯められたエネルギーをインバータ部第1のコンデンサ24aに充電する。バランス部第2の半導体スイッチ25cをオン・オフ制御することにより、インバータ部第1のコンデンサ24aを任意の電圧まで昇圧を行う。   As shown in FIG. 16A, while the balance unit second semiconductor switch 25c is on, the inverter unit second capacitor 24b → balance unit reactor 25e → balance unit second semiconductor switch 25c → inverter unit. Energy is stored in the balance unit reactor 25e through the route of the second capacitor 24b. Subsequently, as illustrated in FIG. 16B, while the balance unit second semiconductor switch 25c is turned off, the balance unit reactor 25e → the balance unit diode 25b → the inverter unit first capacitor 24a → the balance unit reactor. The energy stored in the balance unit reactor 25e is charged to the inverter unit first capacitor 24a through the route 25e. The inverter unit first capacitor 24a is boosted to an arbitrary voltage by controlling on / off the second semiconductor switch 25c of the balance unit.
ステップS4で、制御回路35はインバータ部第1のコンデンサ24aの電圧およびインバータ部第2のコンデンサ24bの電圧が平衡になったか判定する。インバータ部第1のコンデンサ24aの電圧およびインバータ部第2のコンデンサ24bの電圧が平衡でない場合は、ステップS3に戻り、第16図に示すようにバランス部第2の半導体スイッチ25cをオン・オフ制御して、インバータ部第2のコンデンサ24bからインバータ部第1のコンデンサ24aを充電する処理を実行する。   In step S4, the control circuit 35 determines whether the voltage of the inverter unit first capacitor 24a and the voltage of the inverter unit second capacitor 24b are balanced. If the voltage of the inverter unit first capacitor 24a and the voltage of the inverter unit second capacitor 24b are not balanced, the process returns to step S3, and the balance unit second semiconductor switch 25c is turned on / off as shown in FIG. And the process which charges the inverter part 1st capacitor | condenser 24a from the inverter part 2nd capacitor | condenser 24b is performed.
ステップS5で、制御回路35はインバータ部第1のコンデンサ24aの電圧およびインバータ部第2のコンデンサ24bの電圧が所定値以上(例えば、100V運転時は141V、120V運転時は180V)になったか判定し、インバータ部第1のコンデンサ24aの電圧およびインバータ部第2のコンデンサ24bの電圧が所定値未満の場合は、ステップS1〜ステップS4の処理を実行し、インバータ部第2のコンデンサ24bおよびインバータ部第1のコンデンサ24aを充電する。   In step S5, the control circuit 35 determines whether the voltage of the inverter first capacitor 24a and the voltage of the inverter second capacitor 24b are equal to or higher than a predetermined value (for example, 141V for 100V operation and 180V for 120V operation). When the voltage of the inverter unit first capacitor 24a and the voltage of the inverter unit second capacitor 24b are less than a predetermined value, the processing of step S1 to step S4 is executed, and the inverter unit second capacitor 24b and the inverter unit The first capacitor 24a is charged.
ステップS5で、インバータ部第1のコンデンサ24aの電圧およびインバータ部第2のコンデンサ24bの電圧が所定値以上の場合、制御回路35はステップS6で交流電源/バッテリ切換えスイッチ30を接点aに切換え、交流電源1と接続し、交流電源1による運転を行う。この時、バッテリ運転用スイッチ31は、起動時に開放した状態のままである。   In step S5, when the voltage of the inverter unit first capacitor 24a and the voltage of the inverter unit second capacitor 24b are equal to or higher than a predetermined value, the control circuit 35 switches the AC power source / battery switch 30 to the contact a in step S6. Connect to AC power source 1 and operate with AC power source 1. At this time, the battery operation switch 31 remains open at the time of activation.
図11から図16を用い、交流電源1の電圧低下が小さい時の補償時間延長動作について説明する。
交流電源1の電圧がAC80V〜AC90Vの時、交流電源の電圧が正の場合、図11(a)に示すように、コンバータ部半導体スイッチ27bがオンして、交流電源1→交流電源/バッテリ切換えスイッチ30→リアクトル29→ダイオードブリッジ27aのダイオード27a1→コンバータ部半導体スイッチ27b→ダイオードブリッジ27aのダイオード27a4→交流電源1というルートで、リアクトル29にエネルギーを貯める。
The compensation time extending operation when the voltage drop of the AC power supply 1 is small will be described with reference to FIGS.
When the voltage of the AC power supply 1 is AC80V to AC90V and the voltage of the AC power supply is positive, as shown in FIG. 11A, the converter unit semiconductor switch 27b is turned on and the AC power supply 1 is switched to AC power supply / battery. Energy is stored in the reactor 29 through a route of switch 30 → reactor 29 → diode 27a1 of the diode bridge 27a → converter semiconductor switch 27b → diode 27a4 of the diode bridge 27a → AC power supply 1.
続いて、図11(b)に示すように、コンバータ部半導体スイッチ27bをオフして、リアクトル6→逆流阻止用第1のダイオード21→インバータ部第1のコンデンサ24a→交流電源1→交流電源/バッテリ切換えスイッチ30→リアクトル29というルートで、リアクトル29に貯められたエネルギーをコンバータ部第1のコンデンサ24aに充電する。この時、供給レベル演算部10bは、電流センサ10aからの電流信号と電圧センサ11からの電圧信号とから交流電源1から供給される電力を計測する。制御回路35は、供給レベル演算部10bが計測した電力を監視しながら、電圧センサ11が計測する交流電源1の電圧変動値に基づき、例えば定格を4kWとすると、定格4kWの80%の電力である3.2kWを上限値として電力変換を行うようにコンバータ部半導体スイッチ27bを制御する。   Subsequently, as shown in FIG. 11B, the converter unit semiconductor switch 27b is turned off, and the reactor 6 → the first diode 21 for preventing reverse current → the inverter unit first capacitor 24a → the AC power source 1 → the AC power source / The energy stored in the reactor 29 is charged in the converter first capacitor 24a through the route of the battery changeover switch 30 → the reactor 29. At this time, the supply level calculation unit 10 b measures the power supplied from the AC power supply 1 from the current signal from the current sensor 10 a and the voltage signal from the voltage sensor 11. The control circuit 35 monitors the power measured by the supply level calculation unit 10b, and based on the voltage fluctuation value of the AC power source 1 measured by the voltage sensor 11, for example, if the rating is 4 kW, the power is 80% of the rating 4 kW. The converter unit semiconductor switch 27b is controlled to perform power conversion with an upper limit of 3.2 kW.
交流電源1が負の場合、図12(a)に示すように、コンバータ部半導体スイッチ27bをオンして、交流電源1→ダイオードブリッジ27aのダイオード27a2→コンバータ部半導体スイッチ27b→ダイオードブリッジ27aのダイオード27a3→リアクトル29→交流電源/バッテリ切換えスイッチ30→交流電源1というルートで、リアクトル29にエネルギーを貯める。続いて、図12(b)に示すように、コンバータ部半導体スイッチ27bをオフして、リアクトル29→交流電源/バッテリ切換えスイッチ30→交流電源1→インバータ部第2のコンデンサ24b→逆流阻止用第2のダイオード22→リアクトル29というルートで、リアクトル29に貯められたエネルギーをインバータ部第2のコンデンサ24bに充電する。   When the AC power source 1 is negative, as shown in FIG. 12A, the converter unit semiconductor switch 27b is turned on, the AC power source 1 → the diode 27a2 of the diode bridge 27a → the converter unit semiconductor switch 27b → the diode of the diode bridge 27a. Energy is stored in the reactor 29 through a route of 27a3 → reactor 29 → AC power source / battery changeover switch 30 → AC power source 1. Subsequently, as shown in FIG. 12B, the converter unit semiconductor switch 27b is turned off, and the reactor 29 → AC power source / battery changeover switch 30 → AC power source 1 → inverter unit second capacitor 24b → backflow prevention second The energy stored in the reactor 29 is charged in the second capacitor 24b of the inverter unit by the route of the second diode 22 → the reactor 29.
交流電源の電圧が正の場合と同様に、制御回路35は、供給レベル演算部10bが計測した電力を監視しながら、電圧センサ11が計測する交流電源1の電圧変動値に基づいて、コンバータ部半導体スイッチ27bを、例えば定格電力の80%である3.2kWを上限値として電力変換するように制御する。負荷4の電力が例えば4kWであれば、交流電源1から供給される電力では不足するので、インバータ部第1のコンデンサ24aおよびインバータ部第2のコンデンサ24bの電圧は低下する。   As in the case where the voltage of the AC power supply is positive, the control circuit 35 monitors the power measured by the supply level calculation unit 10b and based on the voltage fluctuation value of the AC power supply 1 measured by the voltage sensor 11, the converter unit. For example, the semiconductor switch 27b is controlled to perform power conversion with an upper limit of 3.2 kW, which is 80% of the rated power. If the power of the load 4 is 4 kW, for example, the power supplied from the AC power supply 1 is insufficient, so the voltages of the inverter unit first capacitor 24a and the inverter unit second capacitor 24b are lowered.
不足電力を補う為に、制御回路35は、図15(a)に示すように、負極側昇降圧部半導体スイッチ26aがオンしている間に、蓄電部23→負極側昇降圧部半導体スイッチ26a→負極側昇降圧部リアクトル26c→蓄電部23というルートで、負極側昇降圧部リアクトル26cにエネルギーを貯める。続いて、図15(b)に示すように、負極側昇降圧部半導体スイッチ26aをオフして、負極側昇降圧部リアクトル26c→インバータ部第2のコンデンサ24b→負極側昇降圧部ダイオード26e→負極側昇降圧部リアクトル26cというルートで、負極側昇降圧部リアクトル26cに貯められたエネルギーをインバータ部第2のコンデンサ24bに充電する。   In order to compensate for the shortage of power, the control circuit 35, as shown in FIG. 15 (a), while the negative-side buck-boost semiconductor switch 26a is on, the power storage unit 23 → the negative-side buck-boost semiconductor switch 26a. → Energy is stored in the negative-side step-up / step-down reactor 26c through the route of the negative-side step-up / step-down reactor 26c → the power storage unit 23. Subsequently, as shown in FIG. 15B, the negative-side step-up / step-down unit semiconductor switch 26a is turned off, and the negative-side step-up / step-down unit reactor 26c → the inverter second capacitor 24b → the negative-side step-up / step-down unit diode 26e → The energy stored in the negative electrode side step-up / step-down reactor 26c is charged to the inverter second capacitor 24b through the route of the negative electrode side step-up / step-down reactor 26c.
ここでは例えば不足分の0,8kWが供給される。インバータ部第2のコンデンサ24bの電圧がインバータ部第1のコンデンサ24aの電圧より高くなると、制御回路35は、図16(a)に示すように、バランス部第2の半導体スイッチ25cがオンして、バランス部リアクトル25eにエネルギーを貯める。続いて、図16(b)に示すように、バランス部第2の半導体スイッチ25cをオフし、バランス部リアクトル25eに貯められたエネルギーをインバータ部第1のコンデンサ24aに充電する。ここで前記0.8kWの半分の0.4kWがインバータ部第1のコンデンサ24aに供給されるとバランスが取れる。   Here, for example, a shortage of 0.8 kW is supplied. When the voltage of the inverter section second capacitor 24b becomes higher than the voltage of the inverter section first capacitor 24a, the control circuit 35 turns on the balance section second semiconductor switch 25c as shown in FIG. The energy is stored in the balance unit reactor 25e. Subsequently, as shown in FIG. 16B, the balance unit second semiconductor switch 25c is turned off, and the energy stored in the balance unit reactor 25e is charged in the inverter unit first capacitor 24a. Here, when 0.4 kW, which is half of the 0.8 kW, is supplied to the inverter first capacitor 24a, a balance can be obtained.
本実施の形態によれば、交流電源1の電圧変動値に基づき、コンバータ部27または蓄電部23から供給する電力の上限値を制御することにより、蓄電部としてバッテリ以外の蓄電素子も使用可能とし、無停電電源装置を交流電源の電圧低下分を補償する電圧変動補償装置としても使用することができる。   According to the present embodiment, by controlling the upper limit value of the power supplied from converter unit 27 or power storage unit 23 based on the voltage fluctuation value of AC power supply 1, a power storage element other than a battery can be used as the power storage unit. The uninterruptible power supply can also be used as a voltage fluctuation compensator that compensates for the voltage drop of the AC power supply.
ところで、上記説明では、インバータ部を構成する直列接続された半導体スイッチの接続点を交流電源の一端と交流出力の一端を結合した共通線と接続し、インバータ部を構成する直列接続された半導体スイッチの両端を正極側電圧線、負極側電圧線間に接続したハーフブリッジ回路を使用した無停電電源装置の例を説明したが、フルブリッジ回路の場合にも利用できることはいうまでもない。   By the way, in the said description, the connection point of the serially connected semiconductor switch which comprises an inverter part is connected with the common line which combined the end of AC power supply, and the end of AC output, and the serially connected semiconductor switch which comprises an inverter part Although an example of an uninterruptible power supply using a half-bridge circuit in which both ends are connected between a positive-side voltage line and a negative-side voltage line has been described, it goes without saying that it can also be used in the case of a full-bridge circuit.
2 第1の電力変換部、3 第1のコンデンサ、5 第2の電力変換部、
6 蓄電部、7 充放電回路、8 蓄電種別判定部、9 設定部、35 制御回路、
100 無停電電源装置。
2 first power converter, 3 first capacitor, 5 second power converter,
6 power storage unit, 7 charge / discharge circuit, 8 power storage type determination unit, 9 setting unit, 35 control circuit,
100 Uninterruptible power supply.

Claims (6)

  1. 異なる蓄電容量を持つ複数の蓄電素子のいずれか一つが選択的に使用される蓄電部と、交流電源の電力により前記蓄電部の充電を行う充電手段と、
    前記交流電源の電力を直流電力に変換する第1の電力変換手段と、
    この第1の電力変換手段の出力を交流電力に変換する第2の電力変換手段と、
    前記交流電源の異常時に前記蓄電部のエネルギーを放電し、前記第2の電力変換手段に直流電力を供給する第3の電力変換手段と、
    前記交流電源の電圧変動値に基づいて、前記第1の電力変換手段または前記第3の電力変換手段の出力する直流電力の上限値を制御する制御回路と、
    前記蓄電部の充電または放電特性に基づいて前記蓄電素子の種別を判別する蓄電種別判定部と、該蓄電種別判定部により判定された前記蓄電素子の種別に応じて前記充電手段の充電完了電圧を設定する設定部とを備え、
    前記交流電源の電圧変動値が所定値より小さいときには、前記第1の電力変換手段及び前記第3の電力変換手段の両方から前記第2の電力変換手段に直流電力を供給することを特徴とする無停電電源装置。
    A power storage unit in which any one of a plurality of power storage elements having different power storage capacities is selectively used, and charging means for charging the power storage unit with electric power of an AC power source;
    First power conversion means for converting the power of the AC power source into DC power;
    Second power conversion means for converting the output of the first power conversion means to AC power;
    Third power conversion means for discharging energy of the power storage unit when the AC power supply is abnormal and supplying DC power to the second power conversion means;
    A control circuit for controlling an upper limit value of DC power output from the first power conversion unit or the third power conversion unit based on a voltage fluctuation value of the AC power source ;
    A power storage type determination unit that determines the type of the power storage element based on a charge or discharge characteristic of the power storage unit, and a charge completion voltage of the charging unit according to the type of the power storage element determined by the power storage type determination unit A setting unit for setting ,
    When the voltage fluctuation value of the AC power supply is smaller than a predetermined value, DC power is supplied to the second power conversion means from both the first power conversion means and the third power conversion means. Uninterruptible power system.
  2. 前記蓄電種別判定部は、前記蓄電部の両端電圧を計測する電圧センサと、前記蓄電部に流れる電流を計測する電流センサと、前記蓄電部への充電時間または前記蓄電部からの放電時間を計測する計時手段とを有し、
    前記電流センサにより計測される電流値と前記計時手段により計測される前記充電時間または前記放電時間との積算値と、前記蓄電部の両端電圧の変化値と、に基づいて前記蓄電素子の種別を判定することを特徴とする請求項に記載の無停電電源装置。
    The power storage type determination unit measures a voltage sensor that measures a voltage across the power storage unit, a current sensor that measures a current flowing through the power storage unit, and measures a charge time to the power storage unit or a discharge time from the power storage unit. And time measuring means to
    Based on the integrated value of the current value measured by the current sensor and the charging time or the discharging time measured by the time measuring means, and the change value of the voltage across the power storage unit, the type of the power storage element is determined. The uninterruptible power supply according to claim 1 , wherein the determination is made.
  3. 前記蓄電種別判定部は、前記蓄電部の両端電圧を計測する電圧センサと、前記蓄電部への充電時間を計測する計時手段とを備え、
    前記充電手段により前記蓄電部が所定値の電流で充電されるときに、前記計時手段により計測される前記充電時間と前記蓄電部の両端電圧の上昇値とに基づいて蓄電素子の種別を判定することを特徴とする請求項2に記載の無停電電源装置。
    The power storage type determination unit includes a voltage sensor that measures a voltage across the power storage unit, and a time measuring unit that measures a charging time of the power storage unit,
    When the power storage unit is charged with a predetermined current by the charging unit, the type of the power storage element is determined based on the charging time measured by the time measuring unit and the increase value of the voltage across the power storage unit. The uninterruptible power supply according to claim 2 characterized by things.
  4. 前記蓄電部は、第1の充電完了電圧を持つ第1の蓄電素子と、
    前記第1の充電完了電圧より高い電圧である第2の充電完了電圧を持つ第2の蓄電素子とが選択的に使用されることを特徴とする請求項または請求項に記載の無停電電源装置。
    The power storage unit includes a first power storage element having a first charge completion voltage;
    Uninterruptible according to claim 2 or claim 3, characterized in that a second storage element having a second charge completion voltage is the first higher than the charging completion voltage voltage is selectively used Power supply.
  5. 前記蓄電部の充放電動作を禁止する禁止手段を有し、
    前記禁止手段は、前記蓄電種別判定部が第2の蓄電素子と判定している場合において前記蓄電部の充放電動作を禁止したとき、前記蓄電部の両端電圧を所定電圧以下に放電させることを特徴とする請求項に記載の無停電電源装置。
    Having prohibition means for prohibiting charge / discharge operation of the power storage unit;
    The prohibiting means discharges the both-end voltage of the power storage unit to a predetermined voltage or lower when the charge / discharge operation of the power storage unit is prohibited when the power storage type determination unit determines the second power storage element. The uninterruptible power supply according to claim 4 characterized by things.
  6. 交流電源の一端と交流出力の一端を結合した共通線と、
    直列接続されたダイオードの接続点が前記交流電源の他端と接続され、この直列接続されたダイオードの両端に形成される直流の正極側となる正極側電圧線、直流の負極側となる負極側電圧線と、
    前記共通線と前記正極側電圧線との間に接続される第1のコンデンサと、
    前記共通線と前記負極側電圧線との間に接続される第2のコンデンサと、
    負極側が前記共通線に接続され、停電時に電力を供給する蓄電部と、
    前記交流電源1に並列接続され、前記交流電源の電圧の正の半サイクルから正の直流電圧を得て前記第1のコンデンサを充電し、負の半サイクルから負の直流電圧を得て前記第2のコンデンサを充電する第1の電力変換手段と、
    前記共通線、正極側電圧線、及び負極側電圧線に接続され、前記第1のコンデンサおよび第2のコンデンサに充電された正負の直流電圧を交流電圧に変換する第2の電力変換手段と、
    前記交流電源の異常時に前記蓄電部のエネルギーを放電し、前記第2のコンデンサに電力を供給する負極側昇降圧部と、
    前記第2の電力変換手段より前記交流電源側で前記共通線と前記正極側電圧線と前記負極側電圧線とに接続され、前記第1および第2コンデンサの間で電荷を移動させるバランス部と、
    前記交流電源の電圧変動値に基づいて、前記第1の電力変換手段が前記交流電源から供給する直流電力の上限値または前記負極側昇降圧部が前記蓄電池からの供給する直流電力の上限値を制御する制御回路と、を備え、
    前記交流電源の電圧変動値が所定値より小さいときには、第1の電力変換手段が前記第1のコンデンサおよび前記第2のコンデンサに電力を供給するとともに、
    前記負極側昇降圧部が前記蓄電部から前記第2のコンデンサに電力を供給し、かつ、
    前記バランス部が前記第2のコンデンサから前記第1のコンデンサを充電することを特徴とする無停電電源装置。
    A common line connecting one end of the AC power supply and one end of the AC output;
    The connecting point of the diode connected in series is connected to the other end of the AC power supply, and the positive voltage line that is the positive electrode side of the DC formed at both ends of the diode connected in series, the negative electrode side that is the negative electrode side of the DC Voltage lines,
    A first capacitor connected between the common line and the positive voltage line;
    A second capacitor connected between the common line and the negative voltage line;
    A power storage unit that is connected to the common line on the negative electrode side and supplies power during a power failure; and
    The AC power supply 1 is connected in parallel, obtains a positive DC voltage from the positive half cycle of the voltage of the AC power supply, charges the first capacitor, and obtains a negative DC voltage from the negative half cycle. First power conversion means for charging two capacitors;
    A second power conversion means connected to the common line, the positive voltage line, and the negative voltage line, for converting positive and negative DC voltages charged in the first capacitor and the second capacitor into an AC voltage;
    A negative-side step-up / step-down unit that discharges energy of the power storage unit and supplies power to the second capacitor when the AC power supply is abnormal;
    A balance unit which is connected to the common line, the positive voltage line and the negative voltage line on the AC power supply side from the second power conversion means, and which moves charges between the first and second capacitors; ,
    Based on the voltage fluctuation value of the AC power source, the upper limit value of the DC power supplied from the AC power source by the first power conversion means or the upper limit value of DC power supplied from the storage battery by the negative-side step-up / down unit. A control circuit for controlling,
    When the voltage fluctuation value of the AC power supply is smaller than a predetermined value, the first power conversion means supplies power to the first capacitor and the second capacitor,
    The negative-side step-up / step-down unit supplies power from the power storage unit to the second capacitor; and
    Uninterruptible power supply you characterized in that said balance portion to charge said first capacitor from the second capacitor.
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