JPH02100116A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は無停電電源装置にかかり、詳しくは乎常時に直
流／交流変換器から負荷に給電し、面記変換器の異常時
等に商用電源から負荷に給電すると共に、交流入力の停
電時に蓄電池の直流電力を交流電力に変換して負荷に給
電するようにした、いわ９ゆる商用バックアップ付き常
時インバータ粕電形の無停電電源装置に関する。

（従来の技術） 従来、交流／直流変換器において交流入力の高調波電流
を抑制し、かつ力率を改善する方法とＩ。

ては、ＰＷＭ（／（ルス幅変調制御）コンバータを用い
た方式が良く知られている（昭和６１年電気学会全国大
会報告　項目ＮＯ，４８９ｒ小形三相Ｐ　Ｗ　Ｍコンバ
ータの特性」参照）。この方式を、前述した商用バック
アップ付き常時インバータ給電形の無停電電源装置に適
用した場合の回路構成を第３図に示す。

同図において、系統からの交流入力は交流リアクトル１
及び交流変流器３を介してＰＷＭコンバータ４の交流側
に加えられ、ＰＷＭコンバータ４の直流出力側はコンデ
ンサ５の一端、蓄電池６の正極及びインバータ８の直流
入力側に接続されている。このインバータ８の交流出力
側は交流スイッチ９の端子ａに、また、交流スイッチ９
の端子すはバイパス給電線１８を介して前記交流入力に
それぞれ接続されていると共に、交流スイッチ９の端子
Ｃから図示されていない負荷に交流出力が供給されるよ
うになっている。

次に、ＰＷＭコンバータ４の制御回路２０’の構成を説
明すると、前記コンデンサ５の一端は、このコンデンサ
５の電圧（すなわちＰＷＭコンバータ４の出力電圧）を
一定に保つための電圧調節器１０の入力側に接続され、
また、蓄電池６に直列接続された直流変流器７の出力側
は、蓄電池６の充電電流を所定値に制限するための電流
調節器１１の入力側に接続されている。これらの電圧調
節器１０及び電流調節器１１の出力は合成されて乗算器
１２の一方の入力端子に加えられ、その他方の入力端子
には、交流入力がトランス２を介して加えられている。

乗算器１２の出力は加算器１３に入力されており。

この加算器１３には前記交流変流器３の出力も入力され
ていて面入力が図示の符号で加算されるようになってい
る。加算器１３の出力はＰＩ（比例積分）調節器１４に
入力され、その出力は変調器１６の一方の入力端子に入
力されている。この変調器１６はＰＷＭ信号を生成する
ためのもので、その他方の入力端子にはキャリア発生器
１５からの三角波状のキャリアが入力されており、かか
るキャリアとＰＩ調節器１４の出力とを比較することで
ＰＷＭ信号が得られるようになっている。

そして、変調器１６からのＰＷＭ信号はパルス分配器１
７に入力され、その出力はＰＷＭコンバータ４の各スイ
ッチング素子を駆動する駆動回路（図示せず）に加えら
れている。

次に、この動作を説明する。いま、交流スイッチ９の出
力端子Ｃが端子ａに接続されており、交流入力をＰＷＭ
コンバータ４により交流／直流変換した後、インバータ
８により直流／交流変換して出力端子Ｃから負荷に給電
しているものとし。

このとき、交流入力は健全なものであるとする。

まず、コンデンサ５の直流電圧を入力とする電圧調節器
１０の出力とトランス２の出力とが乗算器１２により乗
算され、その出力がＰＷＭコンバータ４の入力電流指令
値となって加算器１３に入力される。加算器１３では、
前記電流指令値と交流変流器３により検出した交流電流
の実際値との差を求め０、後段のＰＩ調節器１４によっ
てこの差が零となるような制御が行なわれる。

ＰＩ調節器１４の出力は変調器１６に入力され、キャリ
ア発生器１５からのキャリアと比較されてＰＷＭコンバ
ータ４を構成するスイッチング素子のオン・オフ比が瞬
時、瞬時で調節されたＰＷＭ信号となる。このＰＷＭ信
号は更にパルス分配器１７により所定の信号に変換され
、ＰＷＭコンバータ４に伝送される。

このような動作により、ＰＷＭコンバータ４の入力電流
は交流入力電圧と同相の正弦波電流となす、交流入力の
高調波電流は抑制され、また入力側力率もほぼ１となる
。

ここで、蓄電池６の充電電流を所定値に制限するべく制
御回路２０′内の電流調節器１１が動作した場合にも、
同様の原理でＰＷＭコンバータ４の入力電流が正弦波と
なるように制御される。また、平常時にインバータ８は
ＰＷＭコンバータ４の出力直流、電圧を交流電圧に変換
して交流出力を得ているが、交流入力が停電した場合に
は、蓄電池６を直流電力源としてインバータ８に給電す
ることで、この装置全体が無停電電源として機能するこ
とになる。

（発明が解決しようとする課題） このような構成の無停電電源装置においては、インバー
タ８に故障が生じた場合や負荷電流が過電流となった場
合には、交流スイッチ９を端子す側すなわちバイパス給
電線１８側に切り換え、交流入力による直接（または図
示されていない変圧器を介して）のバイパス給電を行な
うことにより、インバータ８の容量増大を招くことなく
信頼性の向上、装置全体の小形化を図っている。

この場合、負荷電流には多くの高調波成分が含まれ、ま
た力率も低いことが多く、このために交流入力電流には
高調波成分や無効分が多く含まれることになる。この結
果、交流入力電圧波形を歪ませて他の機器の誤動作を引
き起こしたり、低力率により却って電源容量が大きくな
り、コスト高になる等の問題を生じていた。

本発明は上記問題点を解消するために提案されたもので
、その目的とするところは、バイパス給電時に負荷電流
を検出し、交流入力電流の高調波成分及び無効分を補償
するように交流／直流変換器（コンバータ）をアクティ
ブフィルタとして動作させることにより、交流入力電流
を正弦波電流として入力側力率をほぼ１に保ち、電圧波
形の歪や他の機器の誤動作を防止すると共に、電源容量
を小さくしてコストの低減を可能とした無停電電源装置
を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため、本発明は、いわゆる商用バッ
クアップ付き常時インバータ給電形の無停電電源装置に
おいて、直流／交流変換器（インバータ）による給電時
にはその直流側の交流／直流変換器を高力率の順変換器
として動作させ、交流入力によるバイパス給電時には、
負荷電流を検出してその高調波成分及び無効分を補償す
るように前記交流／直流変換器をアクティブフィルタと
して動作させることを特徴とする。

（作用） 本発明によれば、バイパス給電時に負荷電流を検出し、
その中に含まれる高調波成分及び無効分を、交流／直流
変換器の直流側に接続されたコンデンサにより吸収また
は供給するように交流／直流変換器をアクティブフィル
タとして動作させることにより、交流入力電流を入力電
圧と同相の正弦波として力率をほぼ１に保つ。

（実施例） 以下、図に沿って本発明の一実施例を説明する。

第１図はこの実施例の構成を示すもので、この実施例で
は、第３図に示した構成に加えてバイパス給電線１８を
流れる負荷電流を交流変流器１９により検出して加算器
１３に加算するものとしている。

なお、他の構成要素については変更がないため。

重複を避ける意味で同一符号を付して詳述を省略する。

この動作を説明すると、いま、交流スイッチ９が端子ａ
側に接続されている状態で交流入力が健全な状態では、
交流／直流変換器としてのＰＷＭコンバータ４の入力電
流は交流入力電圧と同相の正弦波電流となる。その動作
原理は次のとおりである。

まず、コンデンサ５の直流電圧を一定にするための電圧
調節器１０の出力と交流入力電圧検出用のトランス２の
出力とが乗算器１２により乗算され、その出力がＰＷＭ
コンバータ４の入力電流指令値となる。ここで、交流変
流器１９の電流は零であるから、加算器１３では交流変
流器３によって検出した入力電流の実際値と前記乗算器
１２からの電流指令値との差を求め、後段のＰＩ調節器
１４によりこの差が零となるように制御が行なわれる。

そして、ＰＩ調節器１４の出力は変調器１６においてキ
ャリア発生器】５からのキャリアと比較されてＰＷＭ信
号が生成され、この信号はパルス分配器１７で所定の信
号に変換されてＰＷＭコンバータ４に伝送される。

このような動作により、ＰＷＭコンバータ４の入力電流
は交流入力電圧と同相の正弦波電流となり、交流入力の
高調波電流が抑制されると共に。

入力側力率もほぼ１になる。また、交流入力が停電した
場合には、従来と同様に蓄電池６を直流電力源としてイ
ンバータ８に給電することで、無停電電源として働く。

一方、インバータ８の故障時等に交流入力からバイパス
給電するため、交流スイッチ９を端子す側に切り換えた
場合には、負荷電流に多くの高調波成分や無効分が含ま
れるが、この実施例においては、バイパス給電線１８の
負荷電流を交流変流器１９により検出し、次に説明する
ようにＰＷＭコンバータ４をアクティブフィルタとして
動作させているので、交流入力電流は正弦波電流となり
、また入力側力率もほぼ１となる。

すなわち、仮りにバイパス給電線１８の負荷電流が第２
図（イ）のｉＩ５であってこの電流ｉしが交流変流器１
９により検出され、このときの乗算器１２からの電流指
令値が同図のｊ、の如き正弦波である場合、面電流の差
は第２図（ロ）における１１となる。なお、第２図（イ
）においてＶは入力側の電圧を示す９、ここで、前記電
流１１と逆極性の電流１１′がｐｗＭコンバータ４の交
流入力側に流れれば、加算器１３の出力は零となり１等
価的に１乗算器１２の出力である正弦波の電流指令値に
等しい電流をＰＷＭコンバータ４の交流入力側に流すこ
とができる。

従ってこの実施例では、ＰＷＭコンバータ４の交流入力
側の電流をｉｉ′のように制御することによって交流入
力電流を入力電圧と同相の正弦波電流とするものであり
、このことは、第２図（ロ）の期間ＩではＰＷＭコンバ
ータ４を介したコンデンサ５への充電１期間■ではコン
デンサ５からの放電、また１期間ｍでは期間■と同様に
コンデンサ５への充電が行なわれることを意味している
。

このようにして、バイパス給電中はＰＷＭコンバータ４
をアクティブフィルタとして動作させることにより、Ｐ
ＷＭコンバータ４が負荷電流の高調波成分と無効分を補
償する電流を流すことになり、交流入力電流は力率を１
とする正弦波電流となるものである。

（発明の効果） 以上述べたように本発明によれば、直流／交流変換器か
らの給電時には交流／直流変換器を高力率の順変換器と
して動作させると共に、バイパス給電時には交流／直流
変換器をアクティブフィルタとして動作させているため
、いかなる時でも交流入力電流は入力電圧と同相の正弦
波電流となり、入力側力率をほぼ１に保つことができる
。これにより、交流電源のインピーダンスが大きい場合
でも入力電圧波形を歪ませるおそれがなく、系統に接続
された他の機器の誤動作を引き起こす心配がない。

更に、力率が高くなることから電源容量が小さくて済み
、経済的である等の効果がある。

４、

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図（イ
）、４口）は上記実施例の作用を説明する電流の波形図
、第：３図は従来例を示す構成図である。 第２図 （イ） １・・・交流リアクトル ３．１９・・・交流変流器 ５・・・コンデンサ ７・・・直流変流器 ９・・・交流スイッチ １１・・・電流調節器 Ｉ４・・・ＰＩ調節器 １６・・・変調器 】８・・・バイパス給電線 ２・・・トランス ４・・・ＰＷＭコンバータ ６・・・蓄電池 ８・・・インバータ １０・・・電圧調節器 １２・・・乗算器　　１３・・・加算器１５・・・キャ
リア発生器 １７・・・パルス分配器 ２０・・・制御回路 十 （Ｃ））

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 交流入力を直流に変換する交流／直流変換器と、この交
   流／直流変換器の出力により充電されるコンデンサ及び
   蓄電池と、前記交流／直流変換器の出力側に接続されて
   直流を交流に変換する直流／交流変換器とを備え、この
   直流／交流変換器の出力と、バイパス給電線を介した前
   記交流入力とを必要に応じ切り換えて負荷に給電可能と
   した無停電電源装置において、 前記直流／交流変換器による給電時には前記交流／直流
   変換器を高力率の順変換器として動作させ、前記バイパ
   ス給電線を介した前記交流入力によるバイパス給電時に
   は、負荷電流を検出してその高調波成分及び無効分を補
   償するように前記交流／直流変換器をアクティブフィル
   タとして動作させることを特徴とする無停電電源装置。