JPH05207683A - 無停電電源装置 - Google Patents

無停電電源装置

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JPH05207683A
JPH05207683A JP4011564A JP1156492A JPH05207683A JP H05207683 A JPH05207683 A JP H05207683A JP 4011564 A JP4011564 A JP 4011564A JP 1156492 A JP1156492 A JP 1156492A JP H05207683 A JPH05207683 A JP H05207683A
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JP
Japan
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power supply
input
control converter
voltage
power
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JP4011564A
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English (en)
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Akio Hirata
昭生 平田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発は、入力交流電源から供給される交流を
直流に変換する変換器としてPWM制御コンバータを使
用した無停電電源装置において、電池の据付面積の縮小
を図り、信頼性の向上及び高効率化することを目的とす
る。 【構成】 入力交流電源から供給される交流を直流に変
換するPWM制御コンバータと、該PWM制御コンバー
タの直流を平滑化するコンデンサと、平滑化した直流を
交流に変換して負荷に交流電力を供給するインバータ
と、入力交流電源の瞬時電圧低下時或いは停電時に前記
インバータに直流を供給する電池を具備した無停電電源
装置において、前記電池を2つのグループに分割しその
直列接続点を接地することを特徴とする無停電電源装
置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、入力交流電源の停電時
に蓄電池等の電池より電力を供給する無停電電源装置に
係り、特に入力交流電源から供給される交流を直流に変
換する変換器としてPWM制御コンバータを使用した無
停電電源装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来よりコンピュータシステム等の重要
負荷の電源として、商用交流電源の停電時でも蓄電池か
らの直流電力を入力として無停電の交流電力を供給する
無停電電源装置が広く用いられている。
【0003】このような無停電電源装置としては、例え
ば「富士時報,VOL.63,NO.6,1990,P
339“新系列IGBT式UPS”」等がある。この従
来の技術を図3を引用して以下に説明する。
【0004】図3において、11は商用交流電源等の入
力交流電源、12は入力変圧器、13はPWM制御コン
バータ、14はインバータ、15は負荷、16は出力変
圧器、17はコンデンサ、18は蓄電池等の電池であ
る。この図で入力交流電源11側より入力変圧器12を
介してPWM制御コンバータ13に交流電力を入力し、
これをPWM制御コンバータ13で昇圧して直流電圧に
変換し、コンデンサ17でこの直流電圧を平滑し、再び
インバータ14で交流電圧に変換して、出力変圧器16
を介して負荷15に交流電力を供給する。
【0005】入力交流電源11が瞬時電圧低下や停電等
の異常時には、入力交流電源11より連続した電力供給
ができなくなるから、電池18より直流電力を供給し
て、インバータ14及び出力変圧器16を介して負荷1
5には交流電力を供給する。これにより入力交流電源1
1の異常時にも負荷15には無停電で電力を供給し続け
ることができる。
【0006】一方ここで説明した無停電電源装置のPW
Mコンバータ13は、図4にその主要構成例を示す。こ
の図で131 は高周波スイッチングデバイス、132
ダイオードである。このPWM制御コンバータは、前述
文献等によって周知の如く、高周波スイッチングデバイ
ス131 とダイオード132 を逆並列接続してアームを
構成したコンバータブリッジ回路にて、高周波PWM制
御を行う。これによって入力電流は高調波電流の少ない
正弦波近似の電流となる。又、入力電源力率も1.0近
傍で制御でき、入力変圧器12や入力交流電源11の電
源容量を低減することかできる。これらの特長からPW
M制御コンバータ13は無停電電源装置に広く採用され
る傾向にある。又、PWM制御コンバータ13はその特
性より出力側直流電圧は入力交流電圧のピーク値より高
くなければ前述特長を実現する制御を行うことが出来な
いことも公知である。
【0007】このため入力交流電圧がAC200V系な
ら直流電圧はDC350V程度、AC400V系なら直
流電圧はDC700V程度に電池18の電圧も選定しな
ければならない。AC200V系で使用する場合は、P
WM制御コンバータ13の出力直流電圧は一般的に使用
される値であり、余り問題はないが、AC400V系で
使用しようとすると直流電圧が700V程度となるため
次の問題が生ずる。
【0008】(1) PWM制御コンバータ13で、高周波
PWM制御するため、無停電電源装置の主回路の対大地
電位も高周波で変動する。このため、無停電電源装置が
入力交流電源11側からの外来サージなどの影響で誤動
作し易く、一般に高信頼性が要求されている無停電電源
装置の信頼性を低下させる。
【0009】(2) 電気的絶縁の面からは、DC700V
程度の電圧は低圧領域であるが、蓄電池自身はDC70
0V回路で使用するのは限界に近い電圧であり、蓄電池
の絶縁耐力的には好ましくない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、これらの無
停電電源装置は前述したように、一般にコンピュータの
電源等最近の高度情報通信システムに採用されるが、主
として都心のインテリジェントビルなどに設置されるた
めに、電源装置全体の据付面積の縮小が主要課題であ
り、また連続運転されるため運転効率及び運転の信頼性
を上げることも重要な課題となっている。しかし、前述
のような従来技術では、これらの課題を次の点で十分に
解決できなかった。
【0011】(1) PWM制御コンバータ13の入力交流
電圧がAC400V系(例えば380〜460Vなど)
の場合には、直流電圧はDC700V程度に設計しない
とPWMコンバータ13に所望の動作を行わせることが
できず、この結果として電池18を含めて主回路用品の
選定が難しくなり、外来サージなどに対する運転信頼性
も低下していた。
【0012】(2) PWM制御コンバータ13は、サイリ
スタ整流器等のように直流電圧を入力交流電圧ピーク値
より低く制御出来ないため、図3に示すように入力変圧
器12を設けて、入力交流電圧を低く入力して前記(1)
項の問題を解決する手段もあるが、この方法だと次の問
題がある。 (A) 入力変圧器12を設けると、この結果として無停電
電源装置の外形や重量が非常に大きくなる。
【0013】(B) PWM制御コンバータ13の入力交流
電圧がAC400V系より低い電圧となれば、その分だ
けPWM制御コンバータ13やインバータ14の電流が
増加し、高周波スイッチングデバイス131 やダイオー
ド132 の利用率も低下し無停電電源装置も大形化し、
入力変圧器12の挿入とともに運転効率も低下する。
【0014】(C) これらの結果、従来技術では初期の設
備投資費が増大するとともに、運転効率の低下による運
転維持費の増加や、運転信頼性の低下などが、PWMコ
ンバータを使用した無停電電源装置特有の問題があっ
た。
【0015】本発明は、前述の従来技術の欠点を除去す
るためになされたもので、電池を少なくとも2ブロック
に分割して直列接続し、その直列接続点を接地すること
によって、運転信頼性を向上させ、小型軽量、高効率、
低価格を実現することができる無停電電源装置を提供す
ることを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、図1に示すように、入力交流電源11に対
する高調波電流を低減するために設けられ前記入力交流
電源11から供給される交流を直流に変換するPWM制
御コンバータ13と、該PWM制御コンバータ13の直
流を平滑化するコンデンサ17と、平滑化した直流を交
流に変換して負荷に交流電力を供給するインバータ14
と、前記入力交流電源11の瞬時電圧低下時或いは停電
時に前記インバータ14に直流を供給する電池18を電
池181と電池182 の2ブロックに分割して、その直
列接続点を接地したことを特徴とするものである。
【0017】
【作用】前述のように構成することにょって、PWM制
御コンバータ13に入力する入力交流電源11の電圧が
AC400V系であっても、PWM制御コンバータ13
の出力電圧はDC700V程度となるが、電池181
182 の接続点を接地したために、主回路部の耐大地電
位は約半分となり、耐大地電位が低下することから無停
電電源装置の運転信頼性も向上し、また主回路用品や電
池181 、182の絶縁定格の面からの選定も容易とな
る。これらの点から入力交流電源11が400V系であ
っても入力変圧器を設けることなく無停電電源装置を構
成することができ、小型軽量化、低下価格化、及び運転
効率を向上させることもできる。
【0018】
【実施例】以下本発明の一実施例を、図3と同一機能を
有する回路要素に同一符号を付して示す図1を参照して
説明する。
【0019】図1で181 と182 は分割された電池で
ある。この図において、入力交流電源11の交流電力は
PWM制御コンバータ13で直流電力に変換され、コン
デンサ17で平滑した直流電力をインバータ14で交流
電力に変換して、出力変圧器16を介して負荷15に電
力供給する。入力交流電源11の瞬時停電や停電時の異
常時に直流電力を供給するために設けられた電池181
と182 は2つのブロックに分割された電池であって、
直流電圧の概略半分づつを分担している。この電池18
1 と182 の直列接続点を図1に示すように大地電位に
接続(接地)する。
【0020】図1の如く接地することによって、PWM
制御コンバータ13やインバータ14がPWM制御のた
め高周波でスイッチングしても、大地に対する瞬間的な
電位変動は、従来技術の約半分となり、入力交流電源1
1側からの外来サージがあっても、誤動作するレベル以
下に低減される場合が多い。従って、無停電電源装置の
運転信頼性も大幅に向上する。
【0021】前述の如く、図1の構成では、主回路の対
大地電位が低下できるから、入力交流電源11がAC4
00V系であっても入力変圧器を設けることなくPWM
制御コンバータ13に、この交流電圧を入力し、PWM
制御コンバータ13の出力する直流電圧をDC700V
程度とすることができる。この結果、PWM制御コンバ
ータ13やインバータ14の損失が減少し、図3の如く
入力変圧器12を設けて直流電圧を低下させた場合に比
較して運転効率を約2%以上高くすることができ、無停
電電源装置の中で大きな体積と重量を占める入力変圧器
が不要となるため、無停電電源装置も小型軽量化して低
価格化できる。電池181 と182 は対大地電位が従来
技術に比較して半減するから、電池の適用限界の主回路
電圧より絶縁的な余裕が生ずる。
【0022】図2は本発明の他の実施例を示す構成図
で、この図で171 と172 は分割されたコンデンサ、
191 と192 はインピーダンス素子である。図示する
ように図1のコンデンサ17を分割してコンデンサ17
1 と172 側も接地しても良く又、インピーダンス素子
191 を挿入し、電池181 または182 からコンデン
サ171 または172 に最初に充電する時の充電電流を
制限しても良い。
【0023】また図1の如く直接接地すると主回路の接
地事故時に大きな事故電流が流れるため、図2の如く接
地点にインピーダンス素子192 を挿入して、この事故
電流を制限しても良い。
【0024】その他本発明では、直流電圧を分割して接
地するが、この分割を行う時等しい電圧に分割しなくて
も良い。例えば電池18が320個の時(電池1個当り
の電圧が2.2Vとして700Vでは320個を直列接
続)電池181 は150個直列、電池182 は170個
直列の如く、概略半分の電位に分割して、接地しても本
発明の効果を得られることは明らかである。
【0025】また接地点を本発明では限定すものではな
く、電池が大地電位に対して(+)電位と(−)電位に
分割されていれば、本発明の効果が得られることが明ら
かであり、本発明の要旨を変更しない範囲内で種々設計
変更して実施出来るものである。
【0026】
【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば、次
の効果が得られる無停電電源装置を提供することができ
る。
【0027】(1) PWM制御コンバータを使用した無停
電電源装置では、PWM制御特性から入力交流電圧のピ
ーク値より高い直流電圧とする必要があり、入力交流電
圧が高い場合に主回路の大地に対する電位が高く、高周
波PWM制御のため高い大地電位が急峻に変動するため
に、外来サージ等に対して誤動作等の信頼性上問題があ
り、又主回路用品の設計上も問題があったが、本発明に
より前記大地に対する電位が概略半分となるため、信頼
性も向上し、主回路用品の選定も容易とすることができ
る。
【0028】(2) 入力交流電源11がAC400V系な
ど高い電圧であっても入力変圧器を設けることなく、装
置構成できる。このため運転効率を向上させることがで
き、装置も小形軽量、低価格化することができる。
【0029】(3) これらの点から、入力交流電源11に
対する高調波電流を低減するためにPWM制御コンバー
タ13が採用された無停電電源装置において、高信頼
化、高効率化、小型軽量化、低価格化を実現することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の無停電電源装置の一実施例を単線結線
で示すブロック図。
【図2】本発明の無停電電源装置の他の実施例を単線結
線で示すブロック図。
【図3】従来の無停電電源装置を単線結線で示すブロッ
ク図。
【図4】PWM制御コンバータの構成例を示す回路図。
【符号の説明】
11 …交流入力電源 12 …
入力変圧器 13 …PWM制御コンバータ 14 …
インバータ 15 …負荷 16 …
出力変圧器 17 …コンデンサ 171
コンデンサ 172 …コンデンサ 18 …
電池 181 …電池 182
電池 191 …インピーダンス素子 192
インピーダンス素子

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力交流電源に対する高調波電流を
    低減するために設けられ前記入力交流電源から供給され
    る交流を直流に変換するPWM制御コンバータと、該P
    WM制御コンバータの直流を平滑化するコンデンサと、
    平滑化した直流を交流に変換して負荷に交流電力を供給
    するインバータと、前記入力交流電源の瞬時電圧低下時
    或いは停電時に前記インバータに直流を供給する電池を
    具備した無停電電源装置において、前記電池を2つのグ
    ループに分割しその直列接続点を直接或いはインピーダ
    ンス素子を介して接地することを特徴とする無停電電源
    装置。
  2. 【請求項2】 入力交流電源に対する高調波電流を
    低減するために設けられ前記入力交流電源から供給され
    る交流を直流に変換するPWM制御コンバータと、該P
    WM制御コンバータの直流を平滑化するコンデンサと、
    平滑化した直流を交流に変換して負荷に交流電力を供給
    するインバータと、前記入力交流電源の瞬時電圧低下時
    或いは停電時に前記インバータに直流を供給する電池を
    具備した無停電電源装置において、前記電池及びコンデ
    ンサを2つのグループに分割しそれぞれの直列接続点を
    直接或いはインピーダンス素子を介して接地することを
    特徴とする無停電電源装置。
JP4011564A 1992-01-27 1992-01-27 無停電電源装置 Pending JPH05207683A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007053853A (ja) * 2005-08-18 2007-03-01 Fuji Electric Holdings Co Ltd 瞬低バックアップ装置
JP2011130610A (ja) * 2009-12-18 2011-06-30 Ntt Facilities Inc 電圧補償装置及び直流給電システム
KR20150135462A (ko) * 2013-04-12 2015-12-02 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 축전 장치의 이상 검출 회로 및 그것을 구비한 축전 장치

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KR20150135462A (ko) * 2013-04-12 2015-12-02 도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤 축전 장치의 이상 검출 회로 및 그것을 구비한 축전 장치

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