JP6214452B2 - 無停電電源システムおよび無停電電源装置 - Google Patents
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Description
また、この発明による無停電電源装置は、交流電源の電力により蓄電部の充電を行う充電手段、
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、
前記第1の電力変換手段の直流出力を交流電力に変換する第2の電力変換手段、
前記第2の電力変換手段の出力電流を検出する出力電流検手段、
前記交流電源の異常時に前記蓄電部から蓄電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、および
前記第2の電力変換手段の正側および負側の2つのコンデンサの間で電荷を移動させる第4の電力変換手段を備え、
前記出力電流検手段の瞬時検出値が一定値以上となった場合に、前記充電電流を抑制することにより、前記2つのコンデンサの電圧低下を抑制するものである。
第1図は実施の形態1における無停電電源装置の概略構成を示す図、図2および図3は交流電源1による充電時の動作の説明図、図4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5および図6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7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である。
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。
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。
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。
交流電源1の電圧が正の場合、図2(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2(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。
図4(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4(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。
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。
図5(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。
出力電流センサ6により負荷電流瞬時値をサンプリングし、判定値を超えた場合に以下の算式により負極側昇降圧部26に対して指示し充電電流を抑制するように制御する。
充電電流指示=充電電流指示値(一定)−(負荷電流瞬時値−判定値)×比率A
比率Aは0%〜100%までの可変値であり、出力電圧センサ12の検出値や蓄電電圧センサ8bの検出値に応じて値を変更できるものとする。
負荷電流瞬時値には、1回のサンプリング値以外にも、過去数回の単純平均値や移動平均値を使用することも可能である。
(実施の形態1の効果)
負荷電流瞬時値が超えた分に応じて充電電流を抑制する機能を設けたことにより、コンデンサ24a、24bからインバータおよび負極側昇降圧部26に出力される電力の合計値をより一定に制御できるため、コンデンサ24a、24bの電圧を一定に保つことができ出力電圧波形の歪を改善できる。
出力電圧センサ12と蓄電電圧センサ8bを設けたことにより、出力電圧センサ12の検出値のピークが低い場合や蓄電電圧センサ8bの検出値が低い場合はコンデンサ24a、24bの負担が大きいと判断できるため比率Aを大きくして充電電流を小さく制御しコンデンサ24a、24bの電圧を維持することにより出力電圧波形の歪を改善できる。
図11は実施の形態2における充電電流制御を図示したものである。
出力電流センサ6により負荷電流瞬時値をサンプリングし、判定値を超えた場合に以下の算式により負極側昇降圧部26に対して指示し充電電流を抑制するように制御する。
充電電流指示=充電電流指示値(一定)− 充電電流抑制値(一定)
実施の形態1では、負荷電流瞬時値に追従させて充電電流を制御するが負荷電流が不規則かつ急峻に変化した場合に充電電流制御の応答が困難になるために、充電電流抑制値を一定として充電制御を安定させるものである。
(実施の形態2の効果)
一定値で充電電流を抑制する機能を設けることにより、負荷電流が不規則かつ急峻に変化した場合にも一定の充電電流を制御するため、充電スイッチングが間欠動作となることにより周波数が低下して可聴音発生となることを防止することが可能となる。
図12は実施の形態3における充電電流制御を図示したものである。
図8に示すように蓄電部8への充電はインバータ部コンデンサ24bから電力を供給するため入力電圧位相が正側の場合、まずコンバータ部27からインバータ部コンデンサ24aへ電力供給され、インバータ部コンデンサ24aからバランス部によりインバータ部コンデンサ24bへ電力供給されるため、複数の電力変換損失が発生し、電力損失が大きくなる。そのため、図12のように実施の形態2で説明した充電電流の抑制制御を入力電圧位相が正側の場合のみとすることで実施の形態2の効果に加え電力変換損失を低減できる。
(実施の形態3の効果)
入力電圧位相が正のときに充電電流を一定値抑制し、負のときに充電電流を負側の数倍の一定値に制御する機能を設けることで、入力電圧位相が正のときにコンデンサ24bから出力される電力が減り、コンデンサ24bの電圧が維持されるためバランス部25の電力変換が少なくでき、損失を低減できる。また、バランス部25の電力変換が少なくできるためバランス部のスイッチング素子の定格が小さいものが使用可能となり、放熱フィンなどの放熱部品の小型化が可能となる。
特徴1:交流電源の電力により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、
前記「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「第2の電力変換手段」の出力電圧を検出する「出力電圧検手段」と、
前記「第2の電力変換手段」の出力電流を検出する「出力電流検手段」と、
前記交流電源の異常時に前期蓄電部からエネルギーを放電し、前期「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「第2の電力変換手段」の正側・負側の2つのコンデンサ間で電荷を移動させる「第4の電力変換手段」とを備え、
前期「出力電流検手段」の瞬時検出値が一定値以上となった場合に、出力電流が一定値を超えた量の一定割合を前期「充電手段」による充電電流を抑制することにより
充電電流が大きい場合においても前記「第2の電力変換手段」の正側・負側の2つのコンデンサの電圧低下を抑制する無停電電源装置である。
特徴2:前記特徴1において、充電電流を抑制する一定割合が可変である特徴1の無停電電源装置である。
特徴3:前記特徴1において、前記「出力電流検手段」の瞬時検出値が一定値以上となった場合に、出力電流が一定値超えた量にかかわらず「充電手段」による充電電流を一定電流分を抑制することにより前記「第2の電力変換手段」の正側・負側の2つのコンデンサの電圧低下を抑制する無停電電源装置である。
特徴4:前記特徴1において、前記「出力電流検手段」の瞬時検出値が一定値以上となった場合に、出力電流が一定値超えた量にかかわらず「充電手段」による充電電流を入力電圧位相が正側の場合のみを一定電流分を抑制することにより前記「第2の電力変換手段」の正側・負側の2つのコンデンサの電圧低下を抑制するとともに前記「第4の電力変換手段」に発生する充電電力変換損失を低減する無停電電源装置である。
特徴5:コンバータ部と、インバータ部と、コンデンサの電圧バランス調整するバランス部と負極側昇降圧部(充電部)を備え、負荷電流の瞬時値が一定以上大きい場合は充電電流を減らし負荷電流と充電電流の瞬時値の合計を抑制するように充電電流を制御する無停電電源装置である。
特徴6:負荷電流と充電電流の瞬時値の合計を抑制する制御とすることでコンデンサから出力電流および出力電力のピークが抑制できるためコンデンサを充電するコンバータの電力ロスが低減できるとともにコンデンサ電圧の瞬時的な低下も抑制できるためインバータ出力波形の歪を低減することが可能な無停電電源装置を提供するものである。
なお、各図中、同一符合は同一または相当部分を示す。
8 蓄電部、 8a 蓄電電流センサ、 8b 蓄電電圧センサ、
11 入力電圧センサ、 12 出力電圧センサ、
21,22 逆流防止用ダイオード、 24 インバータ部、
24a,24b インバータ部コンデンサ、 24c インバータ部第1のスイッチ、
24e インバータ部第2のスイッチ、 25 バランス部(第4の電力変換手段)、
25a バランス部第1の半導体スイッチ、
25b バランス部第2の半導体スイッチ、
26 負極側昇降圧部(充電手段)、26a 負極側昇降圧部第1の半導体スイッチ、
26d 負極側昇降圧部第2の半導体スイッチ、
27 コンバータ部(第1の電力変換手段)、27b コンバータ部半導体スイッチ、
34 電圧検出器、 35 制御回路、 105 無停電電源装置。
Claims (6)
- 交流電源の電力を第1の電力変換手段で直流電力に変換し、この変換された直流電力をコンデンサを介して第2の電力変換手段が入力して交流に変換して負荷に交流電力を給電すると共に定常時に前記第1の電力変換手段の出力で蓄電部を充電し、前記第1の電力変換手段の直流出力が無くなった場合に前記蓄電部を電源として前記第2の電力変換手段から前記負荷に給電する無停電電源システムにおいて、負荷電流の瞬時値が所定値を超えるかどうかを検出し、前記瞬時値が前記所定値を超えた場合、前記蓄電部の充電電流を減らすことを特徴とする無停電電源システム。
- 交流電源の電力により蓄電部の充電を行う充電手段、
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、
前記第1の電力変換手段の直流出力を交流電力に変換する第2の電力変換手段、
前記第2の電力変換手段の出力電流を検出する出力電流検手段、
前記交流電源の異常時に前記蓄電部から蓄電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、および
前記第2の電力変換手段の正側および負側の2つのコンデンサの間で電荷を移動させる第4の電力変換手段を備え、
前記出力電流検手段の瞬時検出値が一定値以上となった場合に、前記蓄電部を充電する充電電流を抑制することにより、前記2つのコンデンサの電圧低下を抑制することを特徴とする無停電電源装置。 - 前記出力電流が一定値を超えた量の一定割合を前記充電手段による前記充電電流の抑制量と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。
- 前記一定割合が可変であることを特徴とする請求項3に記載の無停電電源装置。
- 前記瞬時検出値が一定値以上となった場合、前記充電電流を一定電流分抑制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。
- 前記瞬時検出値が一定値以上となった場合、前記充電電流を入力電圧位相が正側の場合のみ一定電流分を抑制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。
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