JPH05207684A - 交流無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 オートリターン動作に基づく出力切換部の切
換えにより負荷給電出力がエンジン発電機の出力からイ
ンバータの出力に戻る際の発電機とインバータの出力周
波数のずれに伴う横流の発生を防止し、この横流による
インバータや負荷の破損を防止する。 【構成】 電源装置の出力電流がインバータ３の出力限
界値以下の所定の同期限界値を超えている間に、インバ
ータ制御部１８に同期範囲の拡大を指令する同期範囲可
変部２５を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジン発電機の出力
を交流の入力電源とし、蓄電池をバックアップ電源とす
るインバータ構成の交流無停電電源装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、山間部や離島等の商用電源のない
僻地においては、エンジン発電機の交流の出力を電源と
して種々の電気設備が稼働される。この場合、とくにコ
ンピュータ設備等の停電対策を要する設備に対しては、
発電機の故障，保守等による停電から設備を保護するた
め、通常、蓄電池をバックアップ電源とするインバータ
構成の交流無停電電源装置を用いて給電が行われる。

【０００３】また、都市の工場，オフィス等において
は、コンピュータ設備等を商用電源の停電から保護する
ため、電源設備としてエンジン発電機及びこの種インバ
ータ構成の交流停電電源装置を備える。そして、商用電
源の停電が長時間に及ぶときは、エンジン発電機の出力
を電源とする前記僻地と同様の給電が行われる。

【０００４】つぎに、エンジン発電機の出力を入力電源
とする従来のこの種交流無停電電源装置につき、図３を
参照して説明する。同図において、１はエンジン発電
機、２は発電機１の交流出力を直流に変換する整流器、
３は整流器２の整流出力を電源とするインバータ、４は
出力切換部であり、発電機１，インバータ３と負荷５と
の間それぞれに瞬時切換用の交流サイリスタ構成のスイ
ッチ回路６，７を設けて形成されている。

【０００５】８は発電機１の故障，点検等の出力停止時
にインバータ３にバックアップ電源としての直流を給電
する蓄電池、９は整流器２と蓄電池８との間に設けられ
た充電器、１０は充電器９に並列に設けられた放電路用
のダイオードである。

【０００６】１１は発電機１に同期した同期信号を出力
する同期回路、１２は電源検出器であり負荷５に給電す
る出力電流を検出する。１３は電流検出器１２の電流の
検出信号を電圧に変換する電流電圧変換器である。１４
は比較器であり、入力抵抗１５を介した電流電圧変換器
１３の出力信号と基準電源１６により設定されるインバ
ータ３の出力限界値とを比較してスイッチ回路６，７の
切換指令を出力する。

【０００７】１７は同期回路１１及び比較器１４の出力
信号が供給される装置全体の制御装置であり、インバー
タ３の駆動を制御するＰＬＬ回路構成のインバータ制御
部及びスイッチ回路６，７の開閉制御部，充電器９の充
電制御部を有する。そして、例えば僻地の場合発電機１
は故障，保守等を除いて常時駆動され、その交流出力は
電灯，動力機器等に直接給電されるとともに交流無停電
電源装置に供給されて整流器２により整流される。

【０００８】また、同期回路１１により発電機１の出力
の例えばゼロクロス点が検出され、このゼロクロス点毎
の同期信号が制御装置１７に供給される。この制御装置
１７のインバータ制御部は、ほぼ図２の本願発明の１実
施例の構成に示すように形成される。

【０００９】図２において、１８はインバータ制御部、
１９は目標周波数の切換回路、２０は水晶発振器、２１
はカウンタ構成の分周器、２２はインバータ３の出力周
波数を検出する周波数検出器、２３はＰＬＬ発振出力回
路であり、切換回路１９からの目標周波数の信号と周波
数検出器２２の検出信号との誤差信号によりデジタル的
又はアナログ的に制御基準の発振周波数を可変して目標
周波数（同期周波数）に引込み、この周波数の制御信号
を形成する。２４はＰＷＭ方式のインバータ駆動回路で
あり、ＰＬＬ発振出力回路２３の制御信号の周波数に応
じたＰＷＭ駆動信号を形成してインバータ３に供給す
る。

【００１０】なお、従来は図２の同期範囲可変部２５が
設けられず、この可変部２５から発振出力回路２３への
制御出力はない。また、発電機１及び負荷５の定格周波
数を例えば６０Ｈｚとすると、インバータ３の出力周波
数を安定に定格周波数に維持するため、発振出力回路２
３は発振周波数の同期範囲が６０Ｈｚ±１Ｈｚに設定さ
れる。

【００１１】そして、発電機１の出力周波数が６０Ｈｚ
±１Ｈｚに保持される定常時は、切換回路９が同期回路
１１の同期信号の出力に切換わり、この同期信号を目標
周波数の信号として発振出力回路２３が制御信号を形成
し、この制御信号に基づき、インバータ駆動回路２４が
インバータ３を駆動する。この駆動によりインバータ３
は整流器２の整流出力を目標周波数の交流出力に変換
し、この交流出力をスイッチ回路７を介して負荷５に給
電する。

【００１２】このとき、負荷５に給電される出力電流が
インバータ３の出力限界値より小さければ、電流検出器
１２の検出信号に基づく電流電圧変換器１３の出力電圧
が基準電源１６の出力限界値（しきい値）以下になり、
比較器１４の出力がインバータ出力選択の切換指令にな
る。そして、このインバータ出力選択の切換指令に基づ
き、制御装置１７の開閉制御部がスイッチ回路６，７を
オフ，オンに制御する。

【００１３】ところで、負荷５がコンピュータ設備等の
負荷変動が生じるコンピュータ負荷の場合、負荷の増加
当初は極めて大きな重負荷となって過大な電流給電を要
求するが、その後は負荷量が減少して要求する電流量も
減少する。そして、とくに前記負荷の増加当初において
は、負荷５の要求に基づく電源装置の出力電流がインバ
ータ３の出力限界値を超えることがある。

【００１４】この場合、電流電圧変換器１３の出力電圧
が基準電源のしきい値より高くなり、比較器１４の出力
が発電機出力選択の切換指令に反転してスイッチ回路
６，７がオン，オフに反転し、出力切換部４は負荷給電
出力をインバータ３の交流出力からエンジン発電機１の
出力に切換える。そして、この切換えにより負荷５に発
電機１の出力が直接給電され、インバータ３の出力容量
に伴う給電制限が回避される。

【００１５】なお、負荷量が減少して電源装置の出力電
流がインバータ３の出力限界以下に戻ると、比較器１４
の出力がインバータ出力選択の切換指令に再反転してス
イッチ回路６，７がオフ，オンに再反転し、負荷給電出
力がインバータ３の交流出力に戻る。また、スイッチ回
路６，７の切換により、負荷変動に応じて負荷給電出力
を、インバータ出力から発電機出力に切換え、さらに、
この発電機出力からインバータ出力に戻す自動的な給電
の切換は、通常、オートリターンと呼ばれる。

【００１６】つぎに、発電機１の故障，点検等によりこ
の発電機１の出力が停止し、電源装置の入力が停電する
と、同期回路１１から同期信号が出力されなくなり、切
換回路１９が自動的に分周器２１の出力の選択に切換わ
る。そして、水晶発振器２０の出力を分周した分周器２
１の定格周波数６０Ｈｚの信号が目標周波数の信号とし
て発振出力回路２３に供給され、この供給に基づいてイ
ンバータ駆動回路２４がインバータ３を駆動する。

【００１７】このとき、整流器２の出力が停止するた
め、インバータ３にダイオード１０を介した蓄電池８の
直流がバックアップ給電される。この給電に基づき、イ
ンバータ３は蓄電池８の出力を用いて負荷給電を継続す
る。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の交流無停電
電源装置の場合、コストの面から発電機１には周波数補
償装置が取付けられず、発電機１の出力周波数は図４に
示すようにその出力の増大に伴って比較的大きく低下変
動し、重負荷時にはインバータ３の出力周波数を発電機
１の出力周波数に引込めない事態が生じる。

【００１９】この場合、発電機１とインバータ３の出力
周波数のずれに基づき、オートリターン動作による横流
が発生し、インバータ３が破損したり、負荷給電の電流
変動が発生して負荷５が破損したりする問題点がある。

【００２０】すなわち、発振出力回路２３の同期範囲の
制限に基づいてインバータ３の出力周波数範囲が６０Ｈ
ｚ±１Ｈｚに設定され、発電機１の出力周波数範囲がそ
れより大きな６０Ｈｚ±３Ｈｚになる場合、コンピュー
タ負荷が変動して負荷５が重負荷になると、出力切換部
４のスイッチ回路６，７がオン，オフに反転して負荷給
電がインバータ３から発電機１に切換わる。

【００２１】このとき、発電機１の出力周波数はその出
力に応じて低下変動し、最悪の場合５７Ｈｚまで低下す
るが、インバータ３の出力周波数は５９Ｈｚまでしか低
下せず、発電機１の出力周波数と差が生じる。

【００２２】そして、負荷量の減少によりスイッチ回路
６，７がオフ，オンに反転して負荷給電が再びインバー
タ３に戻ると、このとき、発電機１とインバータ３の出
力周波数のずれに基づき、スイッチ回路６からスイッチ
回路７を介してインバータ３に横流が流れ、この横流に
よりインバータ３が破損する。また、横流の発生に伴う
負荷給電の電流変動により、負荷５が破損する事態も発
生する。

【００２３】本発明は、オートリターン動作に基づく出
力切換部の切換えにより負荷給電出力がエンジン発電機
の出力からインバータの出力に戻る際の横流に伴うイン
バータや負荷の破損を防止することを目的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明の交流無停電電源装置においては、電源装
置の出力電流がインバータの出力限界値以下の所定の同
期限界値を超えている間にインバータ制御部に同期範囲
の拡大を指令する同期範囲可変部を備える。

【００２５】

【作用】前記のように構成された本発明の交流無停電電
源装置の場合、エンジン発電機の出力が給電される定常
給電中に負荷変動が生じて電源装置の出力電流が増大す
ると、従来装置と同様のオートリターン動作により、こ
の出力電流がインバータの出力限界値を超えている間の
み、負荷給電出力がインバータの出力からエンジン発電
機の出力に切換わる。

【００２６】また、電源装置の出力電流が前記出力限界
値以下の同期限界値を超えている間は、同期範囲可変部
の拡大指令により、インバータ制御部の制御基準の発振
周波数の同期範囲が拡がり、エンジン発電機の出力周波
数がその出力の増大に伴って大きく低下しても、インバ
ータの出力周波数がエンジン発電機の出力周波数に同期
する。そのため、負荷量が減少して負荷給電出力がイン
バータの出力に戻るときに、エンジン発電機とインバー
タの出力周波数が同期してずれることがなく、出力切換
部の切換えに伴う横流が発生せず、インバータ及び負荷
の破損が防止される。

【００２７】

【実施例】１実施例について、図１及び図２を参照して
説明する。図１において、図３と同一符号は同一もしく
は相当するものを示し、図３と異なる点は同期範囲可変
部２５を付加した点である。この可変部２５は比較器２
６，入力抵抗２７及び同期限界値設定用の基準電源２８
により形成され、図２に示すように比較器２６の出力信
号をインバータ制御部１８のＰＬＬ発振出力回路２３に
供給する。

【００２８】また、基準電源２８により設定される同期
限界値は、基準電源１６により設定されるインバータ３
の出力限界値と同じ又はそれ以下の適当な値に調整され
る。

【００２９】そして、発電機１の出力が電源装置に給電
される定常給電中に、負荷変動が生じて負荷５が重負荷
に変動し、その後定常状態に戻る場合、比較器１４の出
力指令により出力切換部４は従来装置と同様に動作して
オートリターンを実行し、電源装置の出力電流がインバ
ータ３の出力限界値を超えている間のみ、スイッチ回路
６，７をオン，オフに反転して発電機１の出力をそのま
ま負荷５に給電する。

【００３０】一方、出力電流が増加して電流電圧変換器
１３の出力電圧が基準電源２８の同期限界値を超える
と、比較器２６から発振出力回路２３に同期範囲の拡大
が指令される。そして、この指令が供給された発振出力
回路２３は、例えば、誤差電圧の入力許容範囲が拡大さ
れて誤差電圧に対する発振周波数の変化範囲が６０Ｈｚ
±１Ｈｚから６０Ｈｚ±３Ｈｚに広がる。

【００３１】したがって、発電機１の出力周波数がその
出力の増大に伴って５７Ｈｚまで低下しても、同期回路
１１の同期信号に基づき、出力発振回路２３の発振周波
数が発電機１の出力周波数に同期して５７Ｈｚまで低下
し、インバータ３の出力周波数がエンジン発電機１の出
力周波数に一致する。

【００３２】そして、同期限界値が出力限界値以下に設
定されるため、電源装置の出力電流がインバータ３の出
力限界値以下に戻り、オートリターン動作によりスイッ
チ回路６，７がオフ，オンに再反転して負荷給電出力が
インバータ３の出力に戻るときに、発電機１とインバー
タ３の出力周波数はずれることがなく、従来装置のよう
な横流が発生せず、この横流に伴うインバータ３及び負
荷５の破損が防止される。なお、発電機１の出力周波数
範囲及び発振出力回路２３の同期範囲等は実施例に限定
されるものではない。

【００３３】また、インバータ制御部１８等の構成及び
比較器２６の同期範囲の拡大の指令に基づくインバータ
３の出力周波数の拡大手法等も実施例に限定されるもの
ではない。そして、僻地で用いられる交流無停電電源装
置だけでなく、発電機１の給電が商用電源の長時間の停
電中にのみ行われる都市の工場，オフィス等の交流無停
電電源装置にも適用できるのは勿論である。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、以上説明したように構成され
ているため、以下に記載する効果を奏する。エンジン発
電機１の出力が給電される定常給電中に負荷変動が生じ
て電源装置の出力電流が増大すると、従来装置と同様の
オートリターン動作により、この出力電流がインバータ
３の出力限界値を超えている間のみ、負荷給電出力がイ
ンバータ３の出力から発電機１の出力に切換わるととも
に、電源装置の出力電流が前記出力限界値以下の同期限
界値を超えている間に、同期範囲可変部２５の拡大指令
により、インバータ制御部１８の制御基準の発振周波数
の同期範囲が拡がり、発電機１の出力周波数がその出力
の増大に伴って低下しても、インバータ３の出力周波数
が発電機１の出力周波数に同期する。

【００３５】したがって、負荷量が減少して負荷給電が
インバータ３の出力に戻るときに、発電機１とインバー
タ３の出力周波数が同期してずれることがなく、出力切
換部４の切換えに伴う横流が発生せず、インバータ３及
び負荷５の破損を防止することができ、信頼性の高い交
流無停電電源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の交流無停電電源装置の１実施例のブロ
ック結線図である。

【図２】図１の一部の詳細なブロック結線図である。

【図３】従来装置のブロック結線図である。

【図４】エンジン発電機の出力と周波数との関係図であ
る。

【符号の説明】

１ エンジン発電機 ２ 整流器 ３ インバータ ４ 出力切換部 ８ 蓄電池 １８ インバータ制御部 ２５ 同期範囲可変部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 今井 英樹 大阪市東淀川区淡路２丁目14番３号 株式 会社三社電機製作所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン発電機の交流出力を整流する整
   流器と、 前記整流器の整流出力が供給されるインバータと、 前記交流出力の停電時に前記インバータに給電するバッ
   クアップ用の蓄電池と、 負荷に供給する出力電流が前記インバータの出力限界値
   を超えている間のみ負荷給電出力を前記インバータの出
   力から前記交流出力に切換える出力切換部と、 前記交流出力に同期した同期信号により制御基準の発振
   周波数が設定された同期範囲で前記交流出力の周波数に
   制御され，前記インバータの出力周波数を前記発振周波
   数に制御するインバータ制御部とを備えた交流無停電電
   源装置において、 前記出力電流が前記出力限界値以下の所定の同期限界値
   を超えている間に前記インバータ制御部に前記同期範囲
   の拡大を指令する同期範囲可変部を備えたことを特徴と
   する交流無停電電源装置。