JPH0488847A - 交流無停電電源装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、サイリスタを用いて構成される交流スイッチ
回路により商用交流電源とインバータ交流電源の出力を
切り替えて無停電で負荷に交流電力を供給する交流無停
電電源装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、交流無停電電源装置においては、同期した２系統
の電力源を併用して常時は所定の一方の電力源から負荷
に給電し、該電力源が故障した場合は瞬時に他方の電力
源に交流スイッチを切換えて負荷への給電を瞬断するこ
となく続行している。

上記の交流スイッチにはサイリスタが多く用いられるが
、サイリスタは動作特性上、ゲート信号（制御信号）を
オフにしてもサイリスタを流れる電流が保持電流以下に
ならないとサイリスタ自体がオフしないために、下記の
ような問題があった。

（１）給電切換の際に両方の電力源側のサイリスタが一
定期間オンになる可能性があり、この場合側電力源間で
過大な電流が横流となって流れて装置を破壊する。

（２）前項の事故を防止するためには、切換時に一定期
間だけ両電力源側のサイリスタをオフにしなければなら
ず、無瞬断の給電ができない。

（３）前証両項の問題を防止するためには、サイリスタ
を適時強制的にオフにする複雑な転流回路を必要とする
。

出願人は、先に特開昭６４−８８３７号（特願昭６２−
１６３６４９号）において、サイリスタを用いた交流ス
イッチ回路を用いる場合の上記問題点を解決することが
できる交流無停電電源装置を提案した。第３図はこの種
の交流無停電電源装置の概略構成を示す回路図である。

同図において、１は商用交流電源、２は公知のインバー
タ交流電源、３は負荷、４は第１の交流スイッチ、５は
第２の交流スイッチ、６は商用電源電圧検出回路、７は
インバータ電圧検出回路、８は変流器、９は電流検出回
路、１０はスイッチ制御回路である。

この例で、第１及び第２の交流スイッチ４及び５により
交流スイッチ回路が構成され、商用電源電圧検出回路６
及びインバータ電圧検出回路７によって電源電圧検出器
が構成され、変流器８及び電流検出回路９によって負荷
電流を検出する負荷電流検出器が構成されている。スイ
ッチ制御回路１０は、電源電圧検出器（６，７）及び負
荷電流検出器（８，９）からの出力を入力として無停電
で負荷へ交流電力を供給するように交流スイッチ回路（
４，５）のサイリスタＡ−Ｄに制御信号（ゲート信号）
を供給する。そしてこのスイッチ制御回路１０は、電源
電圧と負荷電流の位相差を判定し、電源電圧と負荷電流
とに位相差があるときには負荷電流に同期した制御信号
を出力し、電源電圧と負荷電流とに位相差が無いか又は
出力電流が流れていないときには電源電圧に同期した制
御信号を発生するように構成されている。

第４図は負荷がリアクトル等の遅れ負荷の場合における
従来の装置の動作を示すタイミングチャートである。リ
アクトル等の遅れ負荷の場合には、電源電圧ＶＩ及びｖ
２の位相と負荷電流ｉの位相には差が発生する。このよ
うな場合、スイッチ制御回路１０は、負荷電流ｉに同期
した制御信号を第１及び第２の交流スイッチ４及び５の
サイリスタＡ−Ｄに供給する。具体的には、負荷電流ｉ
をゼロクロスコンパレートして電流位相信号■を発生す
る。ここでゼロクロスコンパレートとは、入力波形が一
方の極性にある期間には成るレベルの信号を出力し、入
力波形がゼロ又は他方の極性にある期間には他のレベル
の信号を出力して、入力波形に同期した信号を作る波形
変換方法である。

電流位相信号Ｉは、通常の負荷（抵抗負荷、単なる誘導
負荷又は容量負荷）の場合には、デユーティ比（Ｔｌ　
／　（ＴＩ　＋Ｔ２　）　）は実質的に５０％になる。

スイッチ制御回路１０は、電流位相信号■に基いて負荷
電流に同期した制御信号を出力する。商用電源電圧Ｖ１
が負荷に印加されている場合には、第１の交流スイッチ
４のサイリスタＡのゲートに電流位相信号■と同相のゲ
ート信号Ｓａが与えられ、サイリスタＢのゲートにはゲ
ート信号Ｓａとは逆相のゲート信号ｓｂが与えられる。

電源がインバータ交流電源２に切り替えられると、第１
の交流スイッチ４への制御信号の供給は停止されて、第
２の交流スイッチ５への制御信号の供給が開始される。

第２の交流スイッチのサイリスタＣのゲートには、電流
位相信号工と同相のゲート信号Ｓｃが与えられ、サイリ
スタＤのゲートにはゲート信号Ｓｃとは逆相のゲート信
号Ｓｄが与えられる。

ここで時刻ｔ１において商用交流電源の電圧低下を検出
して電源の切換指令が出され、商用交流電源１側からイ
ンバータ交流電源２側に給電切換動作が行われると仮定
する。商用交流電源１側のサイリスタＢのゲート信号ｓ
ｂは時刻ｔ２でオフとなるが、サイリスタＢを流れる負
荷電流ｉが保持電流以下になる時刻ｔ２までの期間Ｔ３
の間中サイリスタＢはオフしない。そして時刻ｔ１にお
いて、ゲート・信号Ｓｄが発生するために、第２の交流
スイッチ５のサイリスタＤが導通してインバータ交流電
源２から負荷３への電力の供給が可能になる。時刻ｔ２
で、サイリスタＢを流れる負荷電流ｉが保持電流以下に
なると、サイリスタＢが遮断し、以後第２の交流スイッ
チ５のサイリスタＣ及びＤが負荷電流に同期した制御信
号（Ｓ　ｃ。

Ｓｄ）によって交互に導通して、インバータ交流電源２
から負荷３への電力供給の切換がスムーズに行われる。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら従来の装置において、負荷３として、第５
図に示すようなコンデンサが挿入された整流装置等の整
流負荷が接続されると出力電圧が歪む問題がある。なお
第５図にいおいて、Ｄ１〜Ｄ５は全波整流回路を構成す
るダイオード、Ｃはコンデンサ、Ｒは負荷抵抗である。

第６図は、整流負荷が接続された場合のタイミングチャ
ートである。第５図に示すような整流負荷が接続された
ときの負荷電流ｉは、電源電圧の最大値付近に対応する
所定期間のみ電流が流れる不連続な電流となる。そのた
め、電流位相信号ｒは図示のようにＴｌ　くＴ２となり
、デユーティ比は５０％より小さくなる。従来の装置で
は、負荷電流のゼロクロス点を制御信号の立ち上がり又
は立ち下がりの基準点として負荷電流に同期した制御信
号を出力するため、各サイリスタＡ−Ｄのゲートに供給
されるゲート信号Ｓ　ａ　−Ｓ　ｄのデユーティ比も電
流位相信号Ｉのデユーティ比と同様になる。このような
ゲート信号５ａ−８ｄにより第１及び第２の交流スイッ
チ４及び５のサイリスタが制御される装置の出力電圧Ｅ
即ち負荷３の負荷電圧は、サイリスタのゲート信号と負
荷電流ｉとが共にオフの期間Ｔ４の間は出力されず、出
力電圧Ｅの波形は図示のように非常に歪んだ波形になる
。このように従来の装置では、整流負荷の場合でも負荷
への給電及び給電切換は行えるものの、装置の出力電圧
Ｅの歪率が大きくなるという問題が生じる。この歪率が
増大すると、負荷側に接続したトランス、リレー等のコ
イルを有する電子部品の発熱量が増大するという問題が
ある。

本発明の目的は、負荷への給電電源の切換に当り、電源
間に横流を生ずることがなく給電が無瞬断で続行され、
しかも整流負荷の場合にも出力電圧の波形が歪むことの
ない交流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］ 本発明が改良の対象とする交流無停電電源装置は、図面
に示した実施例に見られるように、商用交流電源１及び
インバータ交流電源２と、スイッチング素子としてサイ
リスタ（Ａ−Ｄ）を備えてなり商用交流電源１とインバ
ータ交流電源２の出力を切り替えて負荷３へ交流電力を
供給する交流スイッチ回路（４，５）と、商用交流電源
１の出力電圧■１とインバータ交流電源２の出力電圧Ｖ
２とを検出する出力電圧検出器（６，７）と、負荷電流
ｉを検出する負荷電流検出器（８，９）と、出力電圧検
出器及び負荷電流検出器からの出力を入力として無停電
で前記負荷へ交流電力を供給するように交流スイッチ回
路のサイリスタに制御信号（Ｓａ−８ｄ）を供給するス
イッチ制御回路（１００，１０）とを具備している。そ
してスイッチ制御回路１００は、出力電圧Ｖ１又はＶ２
と負荷電流ｉの位相差を判定する位相差検出回路１０２
と、位相差検出回路１０２が位相差を検出すると負荷電
流ｉに同期した制御信号を出力し位相差検出回路１０２
が位相差を検出しないか又は負荷電流ｉが流れていない
ときに出力電圧Ｖ１又はＶ２に同期した制御信号を発生
する制御信号発生回路１０１とを具備している。

本発明は、このような交流無停電電源装置において、ス
イッチ制御回路１００に負荷電流ｉが不連続状態にある
か否かを検出する電流状態検出回路１０４を更に設けた
。そして制御信号発生回路１０１を位相差検出回路１０
２が位相差を検出している場合でも、電流状態検出回路
１０４が負荷電流ｉの不連続状態を検出しているときに
は出力電圧ｖ１又はｖ２に同期した制御信号を出力する
ように構成した。

請求項２の発明では、電流状態検出回路１０４を、負荷
電流ｉをゼロクロスコンパレートして得られる信号のデ
ユーティ比が実質的に５０％でないときには負荷電流ｉ
が不連続状態にあると判別するように構成する。

［作用コ 整流負荷が接続された場合の負荷電流ｉは、位相差検出
回路１０２で見ると遅れ負荷を接続した場合と同様に、
電源１又は２の出力電圧■１又は■２と位相が異なって
いるものと判断される。しかしながら整流負荷を接続し
たときの負荷電流１のピークは、電源１又は２の出力電
圧Ｖ１又はＶ２のピークとほぼ一致した位相で発生し、
ピークの前後に発生するゼロ期間を１７２にした部分を
含めて半サイクルとして見ると、この半サイクルの位相
は出力電圧ｖ１又は■２の位相と実質的に同じである。

したがって整流負荷が接続された場合には、電圧と電流
に位相差が無いものとして交流スイッチ回路を制御すれ
ば、電源装置の出力電圧Ｅの歪を無くすことができる。

本発明においては、整流負荷が接続された場合には、負
荷電流ｉが不連続状態になることに着目し、負荷電流ｉ
が不連続状態にあるか否かを検出する電流状態検出回路
（１０４）を設けて、負荷状態を検出する。そして負荷
電流ｉが不連続状態にあることを検出すると、電源電圧
に同期した制御信号により交流スイッチ回路（４，５）
のサイリスタ（Ａ−Ｄ）を制御すれば、給電切換時に電
力源間に過大な横流が生ずることなく、無瞬断で給電の
切換が行なわれるのみならず、整流負荷の場合でも出力
電圧の波形が歪むことない。

請求項２の発明のように、電流状態検出回路（１０４）
を、負荷電流ｉをゼロクロスコンパレートして得られる
信号のデユーティ比が実質的に５０％でないときには負
荷電流ｉが不連続状態にあると判別するように構成する
と、簡単に負荷電流ｉの不連続状態又は負荷が整流負荷
であることを検出できる利点がある。

［実施例コ 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。装置
の基本構成は、第３図に示した交流無停電電源装置と同
じであり、異なる点はスイッチ制御回路１００の具体的
な構成である。そこで第１図には、本発明の装置の実施
例のスイッチ制御回路１００の構成を示しである。同図
において、１０１は制御信号発生回路であり、１０２は
位相差検出回路、１０３は電源切換判定回路、１０４は
電流状態検出回路を構成するデユーティ比検出回路であ
る。

電源切換判定回路１０３は、第２図の商用電源電圧検出
回路６で検出した商用電源電圧ｖ１又はインバータ電圧
検出回路７で検出したインバータ電源電圧■２から電源
の異常を判定して、電源の切換を判別するとともに、電
源電圧に比例した電圧■を出力する。この電源電圧に比
例した電圧Ｖは、位相差検出回路１０２に入力される。

位相差検出回路１０２には第３図の電流検出回路９から
出力された負荷電流ｉに比例した電流ｉｏが入力される
。位相差検出回路１０２は、例えば電圧Ｖ及び電流ｌＯ
のゼロクロス点（極性が変化する点）を検出し、ゼロク
ロス点の不一致から電圧Ｖと電流ｉｏの位相差を検出す
る。

第１及び第２のゼロクロスコンパレータ１１１及び１１
２は、電源電圧に比例した電圧■と負荷電流ｉに比例し
た電流１０とを、ゼロクロス点を変化点にして電圧■及
び電流ｉｏをそれぞれ矩形波状の電圧位相信号と電流位
相信号とに変換する。

デユーティ比検出回路１０４は、第２のゼロクロスコン
パレータ１０４から出力される電流位相信号から出力さ
れる矩形波信号のデユーティ比を検出する。本実施例に
おいては、デユーティ比が実施的に５０％以外になると
検出信号を出力する。

なお実質的に５０％とは、完全に５０％でなくてもよく
士数％の範囲の許容誤差を有する場合を含むものである
。このようにすればノイズ等の発生で、誤動作すること
を防止できる。デユーティ比が実質的に５０％以外にな
っている。

ここでモード切換回路１１３は、位相差検出回路１０２
が位相差を検出するまでは、電圧モードをゲート信号発
生回路１１４に指令し、位相差検出回路１０２が位相差
を検出すると電流モードをゲート信号発生回路１１４に
指令する。またデユーティ比検出回路１０４から検出信
号が出力されると、モード切換回路１１３は位相差検出
回路１０２の出力とは無関係に、ゲート信号発生回路１
１４に電圧モードを指令する。

ゲート信号発生回路１１４は、第１及び第２のゼロクロ
スコンパレータ１１１及び１１２からの出力を入力信号
とし、モード切換回路１１３から電圧モードが指令され
ると、第１のゼロクロスコンパレータ１１２から出力さ
れた電圧位相信号に同期したゲート信号を発生し、また
モード切換回路１１３から電流モードが指令されると、
第２のゼロクロスコンパレータ１１１から出力された電
流位相信号に同期したゲート信号を発生する。スイッチ
切換回路１１５は、電源切換判定回路１０３が異常状態
を検出すると、第１の交流スイッチ４（第３図）のサイ
リスタＡ及びＢに出力していたゲート信号を第２の交流
スイッチ５のサイリスタＣ及びＤに切り換えて出力する
。

次に本実施例において整流負荷を接続した場合の動作を
第３図のタイミングチャートを用いて説明する。整流負
荷を接続した場合には、負荷電流ｉは図示の通り、電源
電圧ｖ１又は■２のピークに対応した位置にピークが発
生し、その前後ではゼロとなる。そのため位相差検出回
路１０２は、電圧Ｖと電流ｉｏとの間に位相差があると
判断する。しかしながらこのときにはデユーティ比［Ｔ
１／　（Ｔｌ　＋７２　）］が５０％より小さいため、
デユーティ比検出回路１０４からの検出信号によって、
モード切換回路は電圧モードをゲート信号発生回路に出
力し続ける。そのためｔｌにおいて電源切換判定回路１
０３から電源切換指令が出力されて第１の交流スイッチ
４から第２の交流スイッチ５への切換えが行われると、
サイリスタＡ。

Ｂの各ゲート信号は時刻１１でオフする状態となるが、
このときサイリスタＡには電流が流れており、この電流
が保持電流以下になるまでの期間Ｔ４中サイリスタＡは
オフしない。また、時刻ｔ１で第２の交流スイッチ５の
サイリスタＣがオンすることになる。即ち、期間Ｔ４中
は商用電源１側のサイリスタＡとインバータ交流電源２
側のサイリスタＣの２つが同時にオンしていることにな
るが、互いに反対のサイリスタＢ、　　Ｄがオフしてい
るので、商用交流電源１とインバータ交流電源２の間で
不都合な横流を生ずることはない。次に、負荷電流ｉが
サイリスタの保持電流以下になる時刻ｔ２でサイリスタ
Ａがオフするので、この時点より完全にインバータ交流
電源２側から給電が行われる。本実施例によれば、交流
スイッチ４及び５のサイリスタＡ−Ｄを電源電圧の電圧
位相信号に同期したゲート信号５ａ−３ｄにより制御す
るため、出力電圧Ｅの波形は第６図の場合と異なり歪む
ことがない。

なお本実施例において抵抗負荷や遅れ負荷に給電する場
合の動作は、従来と同じである。

上記実施例は、常時は商用交流電源から負荷へ給電し、
異常時にインバータ交流電源から負荷へ給電する装置に
本発明を適用した例であるが、常時はインバータ交流電
源から負荷へ給電し、インバータが故障した場合には商
用交流電源から負荷へ電力を供給する装置に本発明を適
用できるのは勿論である。

また第１図の回路の構成は一例であり、他の回路構成に
よって本発明を実施することができるのも勿論である。

特に上記実施例では、デューティ比検出回路１０４によ
り電流状態検出回路を構成しているが、電流状態検出回
路は整流負荷が接続されて負荷電流が不連続状態になっ
たことを検出できるものであればいかなる回路構成でも
よい。

例えば負荷電流にゼロ期間が所定期間以上現れるか否か
を検出する回路を用いて電流状態検出回路を構成するこ
ともできる。

［発明の効果コ 本発明よれば、整流負荷が接続された場合には、負荷電
流が不連続状態になることに着目し、負荷電流が不連続
状態にあるか否かを検出する電流状態検出回路を設けて
負荷状態を検出し、負荷電流が不連続状態にあることを
検出すると電源電圧に同期した制御信号により交流スイ
ッチ回路のサイリスタを制御するようにしたので、整流
負荷に給電を行う場合でも出力電圧の波形が歪むことな
い。

請求項２の発明によれば、負荷電流をゼロクロスコンパ
レートして得られる信号のデユーティ比が実質的に５０
％でないときに負荷電流が不連続状態にあると判別する
ように電流状態検出回路を構成したので、簡単に負荷電
流ｉの不連続状態又は負荷が整流負荷であることを検出
できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の要部の構成を示すブロック図
、第２図は第１図の実施例で整流負荷に給電するの場合
の動作を説明するタイミングチャート、第３図は本発明
の改良の対象となる交流無停電電源装置の基本構成を示
す回路図、第４図は負荷が遅れ負荷の場合の動作を説明
するタイミングチャート、第５図は整流負荷の一例を示
す回路図、第６図は整流負荷に電力を供給する場合の従
来の装置の動作を説明するタイミングチャートである。 １・・・商用交流電源、２・・・インバータ交流、３・
・・負荷、４．５・・・交流スイッチ、Ａ−Ｄ・・・サ
イリスタ、６・・・商用電源電圧検出回路、７・・・イ
ンバータ電圧検出回路、９・・・電流検出回路、１０，
１００・・・スイッチ制御回路、１０１・・・制御信号
発生回路であり、１０２・・・位相差検出回路、１０３
・・・電源切換判定回路、１０４・・・デユーティ比検
出回路（電流状態検出回路）、１１１，１１２・・・ゼ
ロクロスコンパレータ、１１３・・・モード切換回路、
１１４・・・ゲート信号発生回路、１１５・・・スイッ
チ切換回路。　　　　　　　　　　　　　　　　ア、−
１（外１名）− 第１図 Ａ　ｌ：ｌ（、；　ｌ） 第 図 第 図 第 図 第 図 第 図 峙冒

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）商用交流電源及びインバータ交流電源と、スイッ
   チング素子としてサイリスタを備えてなり前記商用交流
   電源とインバータ交流電源の出力を切り替えて負荷へ交
   流電力を供給する交流スイッチ回路と、 前記商用交流電源の電源電圧と前記インバータ交流電源
   の電源電圧とを検出する電源電圧検出器と、 前記負荷電流を検出する負荷電流検出器と、前記電源電
   圧検出器及び前記負荷電流検出器からの出力を入力とし
   て無停電で前記負荷へ交流電力を供給するように前記交
   流スイッチ回路の前記サイリスタに制御信号を供給する
   スイッチ制御回路とを具備し、 前記スイッチ制御回路が、前記電源電圧と負荷電流の位
   相差を判定する位相差検出回路と、前記位相差検出回路
   が位相差を検出すると前記負荷電流に同期した前記制御
   信号を出力し、前記位相差検出回路が位相差を検出しな
   いか又は前記負荷電流が流れていないときに前記電源電
   圧に同期した前記制御信号を発生する制御信号発生回路
   とを具備してなる交流無停電電源装置において、 前記スイッチ制御回路には前記負荷電流が不連続状態に
   あるか否かを検出する電流状態検出回路が設けられ、 前記制御信号発生回路は前記位相差検出回路が位相差を
   検出している場合でも、前記電流状態検出回路が前記負
   荷電流の不連続状態を検出しているときには前記電源電
   圧に同期した前記制御信号を出力することを特徴とする
   交流無停電電源装置。
2. （２）前記電流状態検出回路は、前記負荷電流をゼロク
   ロスコンパレートして得られる信号のデューティ比が実
   質的に５０％でないときに前記負荷電流が不連続状態に
   あると判別するように構成されている請求項１に記載の
   交流無停電電源装置。