JPH02285941A - 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、商用バックアップ付常時インバータ給電形無
停電電源装置のＡＣ／ＤＣ変換器、高力率コンバータを
用い、交流入力健全時における入力高調波電流を抑制す
るようにした無停電電源装置において、交流入力停電時
における電力変換効率を向上させ得る無停電電源装置に
関する。

（従来の技術） ＡＣ／ＤＣ変換器、高力率コンバータを用いた商用バッ
クアップ付の常時インバータ給電形無停電電源装置は、
例えば雑誌゛′オーム″（オーム社発行１９８９年２月
号）に見られるようによく知られている。

第３図はこの種の従来の無停電電源装置を構成する主回
路Ａ′及び制御回路Ｂ′を示すものである。

図の主回路Ａ′において、交流入力端子はＡＣフィルタ
３及びＡＣリアクトル４を介してパルス幅変調制御され
るＡＣ／ＤＣ変換器としてのＰＷＭ整流器６の交流出力
側に接続され、このＰＷＭ整流器６の直流出力はコンデ
ンサ７、蓄電池８及びＤＣ／ＡＣ変換器としてのインバ
ータ９の直流入力側に加えられている。また、インバー
タ９の交流出力は、ＡＣフィルタ１１、トランス４０及
びスイッチ１３を介して電源装置の交流出力端子に加え
られ、更に、ＡＣフィルタ３とＡＣリアクトル４との接
続点はスイッチ１２を介して電源装置の交流出力端子に
接続されている。

一方、制御回路Ｂ′は、ＰＷＭ整流器６の交流入力電流
を正弦波にしつつ、コンデンサ７の直流電圧を一定値に
制御するためのＡＣ／ＤＣ変換器制御部と、前記直流電
圧からインバータ９及びＡＣフィルタ１１により作り出
した正弦波交流電圧を一定値に制御するためのＤＣ／Ａ
Ｃ変換器制御部とから構成されている。

ここで、ＡＣ／ＤＣ変換器制御部では、コンデンサ７の
直流電圧を一定値に制御するための自動電圧調節器（’
ＡＶＲ）１ｇの出力と、同期口＄３１及び正弦波発振器
３２により作られた交流入力電圧に同期した正弦波との
積を乗算器１９により求め、この積を電流指令値として
変流器５により検出した実際値との偏差を加算器２０に
て求め、この偏差を零にするべく調節器２１によって調
節動作を行う、そして、変調器２３、分配器２４及び駆
動回路２５は調節器２１の出力として得られた制御信号
と三角波発振器３５から得られる搬送波とからＰＷＭ！
１流器６の各スイッチング素子用のオン・オフ信号を作
り出している。なお１図において、１４は交流入力電圧
検出用の計器用変圧器である。

一方、ＤＣ／ＡＣ変換器制御部では、インバータ９の交
流出力電圧を計器用変圧器１５により検出して整流器２
６で整流し、この整流平均値を一定値に制御するための
自動電圧調節器２８の出力と、同期回路３１及び正弦波
発振器３２により作られた交流入力電圧に同期した正弦
波との積を乗算器３０によって求め、この制御量に応じ
てインバータ９を制御している。すなわち１乗算器３０
の後段の変調器３６、分配器３７及び駆動回路３８によ
り１乗算器３０から出力された制御信号と三角波発振器
３５からの搬送波に基づき、インバータ９の各スイッチ
ング素子用のオン・オフ信号を作り出している。

このように構成された無停電電源装置において。

交流入力の健全時にはスイッチ１３をオン、スイッチ１
２をオフとした状態で、ＰＷＭ整流器６は交流入力電流
を正弦波としてコンデンサ７の電圧が一定値になるよう
に順変換動作し、蓄電池８を充電しつつインバータ９に
直流電力を供給している。

また、インバータ９は前記直流電力を交流に変換し、更
にＡＣフィルタ１１によって歪の小さな正弦波交流電圧
に波形整形し、トランス４０およびスイッチ１３を介し
て交流出力を負荷（図示せず）に供給している。

一方、交流入力の停電時には、ＰＷＭ整流器６がオフす
るが蓄電池８からインバータ９へ直流電力を供給するこ
とにより、スイッチ１３をオンにした状態で交流入力の
健全時と同様に交流出力を得ることができる。

なお、スイッチ１２は商用バックアップ回路の主たる構
成要素であり、インバータ９が故障した時や交流出力電
流が過電流となった時にオンし、スイッチ１３をオフに
した状態で交流入力端子から交流出力を直接得るための
ものである。

（発明が解決しようとする課題） 上記従来の無停電電源装置においては、ＡＣ／ＤＣ変換
器にＰＷＭ整流器６のような高力率コンバータを用いて
いるため１通常のサイリスタ整流器等を使用した装置に
比べて入力高調波電流の抑制機能を向上させることがで
きる。しかるにその反面、ＡＣ／ＤＣ変換器に使用する
素子に高周波スイッチング素子が必要とされるため、高
価格になると共に素子のスイッチング損失が増加して電
力変換効率が低くなってしまうという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するために提案されたもので
、その目的とするところは、ＡＣ／ＤＣ変換器に高力率
コンバータを用いたままで、特に交流入力停電時におけ
る電力変換効率を向上させると共に電源装置全体の価格
低減を図っ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、交流入力健全時に
交流入力電流が正弦波となるように動作しているＰＷＭ
整流器が順逆両用変換器であることに着目したもので、
交流入力停電時に、ＰＷＭ整流器の交流入力側への経路
を遮断したうえでＰＷＭ整流器をＤＣ／ＡＣ変換器とし
て逆変換動作させ、その出力を、スイッチを有する商用
バックアップ回路を介しインバータの出力と合成して並
列的に負荷に供給するものである。

（作用） 本発明によれば、交流入力健全時にＡＣ／ＤＣ変換器（
ＰＷＭ整流器）が高力率コンバータとして順変換動作し
、ＤＣ／ＡＣ変換器（インバータ）に直流電力を供給す
ると共に蓄電池を充電する。ＤＣ／ＡＣ変換器は所定の
逆変換動作により直流を交流に変換し、負荷に交流電力
を供給する。

また、交流入力停電時には、ＰＷＭ整流器をＤＣ／ＡＣ
変換器として逆変換動作させ、商用バックアップ回路を
通してインバータ出力と並列運転させる。この時、ＰＷ
Ｍ整流器の交流入力側とインバータの交流出力側には回
路構成上、同様にＡＣフィルタが接続されることとなる
。

これにより、ＰＷＭ整流器及びインバータを同一信号で
駆動すると、逆変換動作するＰＷＭ整流器から出力され
る正弦波電圧とインバータから出力される正弦波電圧と
が等しいものとなる。このため、ＰＷＭ整流器及びイン
バータは交流出力電流を５０％ずつ分担することになり
、このような負荷率によって電力変換効率の向上を図る
ことができる。

（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あり、第３図と
同一の構成要素には同一の符号を付して詳述を省略し、
以下、異なる部分を中心に説明する。

まず、無停電電源装置は主回路Ａ及び制御回路Ｂからな
っており、主回路Ａの構成は、交流入力端子とＡＣフィ
ルタ３との間にスイッチ１が設けられている点を除いて
第３図と同一である。

一方、制御回路Ｂは、ＰＷＭ整流器６の交流入力電流を
正弦波にしつつ、コンデンサ７の直流電圧を一定値に制
御するためのＡＣ／ＤＣ変換器制御部と、前記直流電圧
からインバータ９及びＡＣフィルタ１１により作り出し
た正弦波交流電圧を一定値に制御するためのＤＣ／ＡＣ
変換器、御部とから構成される。

ここで、ＡＣ／ＤＣ変換器制御部は、コンデンサ７の直
流電圧を一定値に制御するための自動電圧調節器１８の
出力と、同期回路３１及び正弦波発振器３２で作られた
交流入力電圧に同期した正弦波との積を乗算器１９で求
め、この積を電流指令値として変流器５により検出した
実際値との偏差を加算器２０で求め、この偏差を零にす
るべく調節器２１に調節動作を行わせる。そして、調節
器２１の出力は切換スイッチ２２を介して変調器２３に
加えられ、この変調器２３、分配器２４及び駆動回路２
５は調節器２１の出力として得られた制御信号と三角波
発振器３５から得られる搬送波とに基づきＰＷＭ整流器
６の各スイッチング素子用のオン・オフ信号を作り出し
ている。

また、ＤＣ／ＡＣ変換器、御部は、インバータ９の出力
電圧を計器用変圧器１５により検出して整流器２６によ
り整流し、この整流平均値を一定値に制御するための自
動電圧調節器２８の出力と、同期回路３１及び正弦波発
振器３２により作られた交流入力電圧に同期した正弦波
との積を乗算器３０で求め、この制御量に応じてインバ
ータ９を制御するものである。変調器３６、分配器３７
及び駆動回路３８は、乗算器３０の出力として得られた
制御信号と三角波発振器３５から得られる搬送波とから
インバータ９の各スイッチング素子用オン・オフ信号を
作り出している。

更に、交流入力端子に接続された計器用変圧器１４には
交流入力の停電検出回路３３が接続され、その出力側に
は切換回路３４が接続されている。これらの回路３３．
３４の動作により、交流入力健全時には前記切換スイッ
チ２２が調節器２１側に接続され、ＰＷＭ整流器６のオ
ン・オフ信号を作り出すための変＠＠２３の制御信号が
調節器２１から与えられる。

また、交流入力停電時には前記切換スイッチ２２が乗算
器３０側に切り換えられ、変調器２３の制御信号が乗算
器３０から与えられる。

このような構成において、交流入力健全時にはスイッチ
１３がオン、スイッチ１２がオフであり、かつ切換スイ
ッチ２２が調節器２１側に接続された状態となり、ＰＷ
Ｍ整流器６は交流入力電流を正弦波にしつつコンデンサ
７の電圧が一定値になるように高力率コンバータとして
順変換動作し、蓄電池８を充電しながらインバータ９に
直流電力を供給している。そしてインバータ９は、前記
直流電力を交流に変換し、更にＡＣフィルタ１１によっ
て歪の小さな正弦波交流電圧に波形整形し、トランス４
０及びスイッチ１３を介して図示されていない負荷に交
流出力を供給する。

一方、交流入力停電時には交流入力端子につながるスイ
ッチ１をオフにして切換スイッチ２２を乗算器３０の出
力側へ切り換えると、ＰＷＭＩＩ流器６はインバータ９
と同じオン・オフ信号で逆変換動作し、ＡＣリアクトル
４とＡＣフィルタ３の接続点の電圧は正弦波交流電圧と
なる。従って、この状態でスイッチ１２をオンさせると
交流出力電流はインバータ９及びＰＷＭ整流器６から５
０％ずつ供給されることになる。

すなわち、この実施例では、交流入力停電時にスイッチ
１をオフして交流入力側への経路を遮断すると共に、健
全時にＡＣ／ＤＣ変換を行うＰＷＭ整流器６をＤＣ／Ａ
Ｃ変換器として逆変換動作させ、このＰＷＭ整流器６の
出力を商用バックアップ回路を介してインバータ９の出
力に対し並列的に加え、その合成出力を負荷に供給する
ものである。

この状態では、ＰＷＭ整流器６の交流入力側にＡＣリア
クトル４とＡＣフィルタ３の構成要素であるコンデンサ
とからなるＡＣフィルタが存在することになり、この−
フィルタはインバータ９の交流出力側のＡＣフィルタ１
１と同じ構成となる。

これにより、インバータ９及びＰＷＭ整流器６を乗算器
３０からの制御信号に基づく同一信号で駆動すると、蓄
電池８からＡＣフィルタ１１、トランス４０及びスイッ
チ１３を介して出力される正弦波電圧と、蓄電池８．Ｐ
ＷＭ整流器６、ＡＣリアクトル４及びスイッチ１２を介
して出力される正弦波電圧とは位相及びインピーダンス
が等しいものとなる。このため、インバータ９とＰＷＭ
整流器６とが交流出力電流を共に５０％ずつ分担するこ
とになり、換言すればインバータ９とＰＷＭ整流器６と
の負荷率は何れも５０％となる。

ここで、高周波スイッチング素子を使用した電力変換器
の変換効率について以下に考察する１通常、電力変換器
を負荷率５０％で使用した場合には負荷率１００％で使
用した場合に比べて変換効率が向上することがよく知ら
れている１例えば、ＤＣ／ＡＣ変換器として逆変換動作
する電力変換器の負荷率に対する変換効率は例えば第２
図に示すとおりであり、この例では、負荷率１００％の
時の変換効率が９０％であるのに対し、負荷率５０％の
時には変換効率が９５％となって５％向上している。こ
れを言い換えると、変換器の発生損失が１０％から５％
に減少していることになる。

このことを上記実施例に即して考えれば、交流入力停電
時に逆変換動作するＰＷＭＩＩ流器６をインバータ９と
並列運転して負荷を均等に分担させることにより、変換
効率の向上及び発生損失の低減を図ることができ、使用
する蓄電池８として容量の小さなものが使用可能になっ
て無停電電源装置の小形化及び低価格化を図ることがで
きる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、交流入力停電時にＡＣ／
ＤＣ変換器を逆変換動作させ、インバータと並列運転し
て交流出力を得るものであるから。

電力変換器の負荷率低下によって変換効率を従来よりも
高めることができ、蓄電池の容量低下によって無停電電
源装置の小形化及び低価格化を図ることができる等の効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２図は電力
変換器の負荷率に対する変換効率を示す図、第３図は従
来技術を示す構成図である。 Ａ・・・主回路 １．１２．１３・・・スイッチ ４・・・ＡＣリアクトル ６・・・ＰＷＭ整流器 ８・・・蓄電池 １４．１５・・・計器用変圧器 １９．３０・・・乗算器 ２１・・・調節器 ２３．３６・・・変調器 ２５　、３８・・・駆動回路 ３１・・・同期回路 ３３・・・停電検出回路 ３５・・・三角波発振器 Ｂ・・・制御回路 ３．１１・・・ＡＣフィルタ ５・・・変流器 ７・・・コンデンサ ９・・・インバータ １８．２８・・・自動電圧調節器 ２０・・・加算器 ２２・・・切換スイッチ ２４　、３７・・・分配器 ２６・・・整流器 ３２・・・正弦波発振器 ３４・・・切換回路 ４０・・・トランス

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 交流入力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣ変換器、前記
   直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するＤＣ／Ａ
   Ｃ変換器、前記交流入力の停電時に前記ＤＣ／ＡＣ変換
   器に直流電力を供給する蓄電池、スイッチを介して必要
   に応じ前記交流入力を負荷に供給するバックアップ回路
   を備えた主回路と、 前記ＡＣ／ＤＣ変換器及びＤＣ／ＡＣ変換器の制御部を
   有する制御回路と、 からなる商用バックアップ付常時インバータ給電形の無
   停電電源装置において、 前記交流入力健全時は前記ＡＣ／ＤＣ変換器を高力率コ
   ンバータとして順変換動作させると共に、前記交流入力
   停電時は前記ＡＣ／ＤＣ変換器の交流入力側への経路を
   遮断して前記ＡＣ／ＤＣ変換器を逆変換動作させ、この
   ＡＣ／ＤＣ変換器の出力を前記バックアップ回路を介し
   て前記ＤＣ／ＡＣ変換器の出力と共に前記負荷に供給す
   ることを特徴とした無停電電源装置。