JPH0538148A - 順変換装置、順変換装置の制御装置及び無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 如何なる負荷条件においても安定に電圧型コ
ンバータを起動することができる順変換装置、順変換装
置の制御装置及び無停電電源装置を提供すること。 【構成】 ＰＷＭコンバータ１３の出力電圧と出力電圧
指令との偏差が加算器１７により求められ、ソフトスタ
ート回路１９を介して乗算器２０に出力される。乗算器
２０では交流入力信号と同期した正弦波信号を発生する
正弦波発生器１６の出力信号と、ソフトスタート回路１
９の出力信号との積ＩxをＰＷＭコンバータの入力電流
指令値とする。ソフトスタート回路１９はコンバータ１
３起動時の入力電流指令値を、起動前の入力電流値Ｉf
に比例した値から徐々に上昇させ、定常値に到達させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電圧型コンバータを用
いた順変換装置に係り、特にその起動時のソフトスター
トに関する。

【０００２】

【従来の技術】電流制御を行なう電力変換装置の起動時
におけるソフトスタートを採用したものとしては、特開
昭６２−２０３５６０に見られるように、電流の基準で
ある基準電圧（本発明の実施例では電流指令値と呼ぶ）
を、零から所定の基準電圧まで徐々に立ち上げるように
構成された電力変換装置がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述したソフトスター
トの従来技術を、入力電流の電流制御を行なう電圧型コ
ンバータを用いた順変換装置に適用した場合に電圧型コ
ンバータ起動時のソフトスタートの手法は、電流指令値
を零から徐々に上昇させることになる。

【０００４】一方、電圧型コンバータの主回路は、トラ
ンジスタなどのスイッチ素子とダイオードとの組み合わ
せからなる逆並列素子によりフルブリッジ構成にしてい
る。従って電圧型コンバータの動作停止状態において
は、スイッチ素子がオフ状態にあるので、電圧型コンバ
ータはダイオードのみによる全波整流回路を構成してい
る。ここで電圧型コンバータの出力側に常時、負荷が接
続されている場合を考えると、交流電力が入力された時
点で電圧型コンバータは、ダイオードによる全波整流動
作を開始する。このとき、負荷に電力が供給されるため
電圧型コンバータの入力電流はこの時点では零ではな
い。この時点で電圧型コンバータを、上述した従来技術
のソフトスタートの手法を用いて起動すると、一担流れ
ている入力電流を零にまで絞ってから再度、入力電流を
徐々に上昇させることになる。

【０００５】電力変換装置におけるソフトスタート方式
の本来の目的は、電力変換装置の起動時に徐々に動作状
態を変化させることにより、制御の安定化を図り、かつ
各構成部品への突入電流を抑制することにある。ところ
が、上述したような負荷を担った状態下で電圧型コンバ
ータを起動する場合に、従来のソフトスタート方式の技
術をそのまま適用すると、電圧型コンバータを起動した
瞬間に、急激に電流変化を起こそうとして制御が不安定
状態になるという問題があった。

【０００６】本発明は、いかなる負荷条件においても、
安定に電圧型コンバータを起動することができる順変換
装置、順変換装置の制御装置及び無停電電源装置を提供
することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の順変換
装置は、入力電流を検出する電流検出手段と、入力電流
指令を出力する電流指令生成手段と、電流検出手段の検
出出力と入力電流指令とを一致するように電圧型コンバ
ータを制御する制御手段と、制御手段により制御され交
流入力を直流出力に変換する電圧制御型コンバータを有
する順変換装置において、コンバータ起動時の入力電流
指令を、起動前の入力電流値に比例した値から徐々に上
昇させて定常値に到達させるソフトスタート回路を設け
たことを特徴とする。

【０００８】請求項２に記載の順変換装置は、ソフトス
タート回路が、コンバータの入力電流を整流する整流手
段と、整流手段の出力信号を積分する積分手段と、積分
手段の出力信号の出力をコンバータの運転または停止指
令に応じて許可または禁止し、かつ積分手段の出力信号
を出力中に積分手段の出力信号がコンバータの出力電圧
指令とコンバータの実際の出力電圧との誤差電圧より大
きくなった際に誤差電圧を出力する出力手段とを有する
ことを特徴とする。

【０００９】請求項３に記載の順変換装置は、入力電流
を検出する電流検出手段と、入力電流指令を出力する電
流指令生成手段と、電流検出手段の検出出力と入力電流
指令とを一致するように電圧型コンバータを制御する制
御手段と、制御手段により制御され交流入力を直流出力
に変換する電圧制御型コンバータを有する順変換装置に
おいて、コンバータの出力側にスイッチ手段を設けたこ
とを特徴とする。

【００１０】請求項４に記載の順変換装置の制御装置
は、コンバータ起動時の入力電流指令を、起動前の入力
電流値に比例した値から徐々に上昇させて定常値に到達
させるソフトスタート回路を有することを特徴とする。

【００１１】請求項５に記載の順変換装置の制御装置
は、ソフトスタート回路が、コンバータの入力電流を整
流する整流手段と、整流手段の出力信号を積分する積分
手段と、積分手段の出力信号の出力をコンバータの運転
または停止指令に応じて許可または禁止し、かつ積分手
段の出力信号を出力中に積分手段の出力信号がコンバー
タの出力電圧指令とコンバータの実際の出力電圧との誤
差電圧より大きくなった際に誤差電圧を出力する出力手
段とを有することを特徴とする。

【００１２】請求項６に記載の無停電電源装置は、交流
電力を直流電力に変換する順変換装置と、順変換装置の
出力側に接続され、順変換装置の直流電力出力を蓄積す
る電力蓄積装置と、順変換装置及び電力蓄積装置の出力
端にその入力端が接続され、直流電力を交流電力に変換
する逆変換装置とを有する無停電電源装置において、順
変換装置は、入力電流を検出する電流検出手段と、入力
電流指令を出力する電流指令生成手段と、電流検出手段
の検出出力と入力電流指令とを一致するように電圧型コ
ンバータを制御する制御手段と、制御手段により制御さ
れ交流入力を直流出力に変換する電圧制御型コンバータ
とを有し、コンバータ起動時の入力電流指令を、起動前
の入力電流値に比例した値から徐々に上昇させて定常値
に到達させるソフトスタート回路を有することを特徴と
する。

【００１３】請求項７に記載の無停電電源装置は、交流
電力を直流電力に変換する順変換装置と、順変換装置の
出力側に接続され、順変換装置の直流電力出力を蓄積す
る電力蓄積装置と、順変換装置及び電力蓄積装置の出力
端にその入力端が接続され、直流電力を交流電力に変換
する逆変換装置とを有する無停電電源装置において、順
変換装置は、入力電流を検出する電流検出手段と、入力
電流指令を出力する電流指令生成手段と、電流検出手段
の検出出力と入力電流指令とを一致するように電圧型コ
ンバータを制御する制御手段と、制御手段により制御さ
れ交流入力を直流出力に変換する電圧制御型コンバータ
とを有し、電圧型コンバータの出力端にスイッチ手段を
有することを特徴とする。

【００１４】

【作用】上記構成の順変換装置においては、ソフトスタ
ート回路によりコンバータ起動時の入力電流指令が、コ
ンバータ起動前の実際の入力電流値に比例した値から徐
々に上昇し定常値に到達する。

【００１５】従って、コンバータ起動直後に急激に電流
を絞ったり、逆に急激に電流を増大させることがなく、
円滑に電圧型コンバータを起動させることができる。ま
たコンバータ起動前の負荷の状態が起動する毎に異なる
ような場合にも、それに応じてソフトスタートの開始点
も変動するので常に安定した起動を行なうことができ
る。

【００１６】またソフトスタート回路を使用しない上記
構成の順変換装置においては、コンバータ起動前にコン
バータと負荷とを接続するスイッチ手段がオフ状態にあ
るので、起動時にコンバータは、常に無負荷状態にあ
り、この状態で起動されるので安定に起動することが可
能となる。

【００１７】上記構成の順変換装置の制御装置、無停電
電源装置についても同様に、いかなる負荷状態において
も電圧型コンバータを安定に起動することが可能であ
る。

【００１８】

【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。図１には本発明に係る順変換装置の一実施例の構成
が示されている。同図において、交流電源１０はリアク
トル１１を介してＰＷＭコンバータ１３の入力側に接続
されている。ＰＷＭコンバータ１３の出力端には平滑用
コンデンサ１４及び負荷１５が並列に接続されている。
更にＰＷＭコンバータ１３の入力側には入力交流電流を
検出するための変流器１２が設けられている。以上が電
圧型コンバータの主回路構成である。

【００１９】次に電圧型コンバータを制御する制御回路
（制御装置）の構成を説明する。この制御回路は、ＰＷ
Ｍコンバータ１３の出力電圧と、ＰＷＭコンバータ１３
の出力電圧の電圧指令を生成する電圧指令発生器１８の
出力電圧との偏差を増幅する加算器１７と、ソフトスタ
ート回路１９と、ＰＷＭコンバータ１３の入力電圧に同
期した正弦波信号を生成する同期正弦波発生器１６と、
乗算器２０と、乗算器２０の出力信号と変流器１２によ
り検出される入力電流検出値Ｉfとの偏差を増幅する加
算器２１と、三角波発生回路２２と、三角波発生回路２
２の出力信号と加算器２１との出力信号とを比較するコ
ンパレータ２３と、パルス分配器２４とから構成されて
いる。

【００２０】上記構成においてＰＷＭコンバータ１３の
出力電圧と電圧指令発生器１８の出力電圧との偏差が加
算器１７により求められ、ソフトスタート回路１９に入
力される。ソフトスタート回路１９にはＰＷＭコンバー
タ１３の運転もしくは停止を指示するための運転停止指
令が入力されるようになっており、ＰＷＭコンバータ１
３の起動時にソフトスタート回路１９に運転指令が入力
されるようになっている。このソフトスタート回路１９
には変流器１２により検出される入力電流検出値Iｆが
入力されるようになっており、ソフトスタート回路１９
に停止指令が入力されている時にはこの入力電流検出値
Iｆに比例した電圧が乗算器２０に対して出力されるよ
うになっている。ソフトスタート回路１９は、定常状態
では入力電圧Ｖin及び出力電圧Ｖoutは等しくなる。

【００２１】ソフトスタート回路１９の出力信号と同期
正弦波発生器１６の出力信号は乗算器２０により乗算さ
れ、電流指令値Ｉxとして出力される。乗算器２０から
出力される電流指令値Ｉxと変流器１２により検出され
る入力電流検出値Ｉfとが加算器２１により加算され、
その誤差信号がコンパレータ２３の一方の入力端に入力
される。コンパレータ２３ではこの加算器２１の出力信
号と三角波発生回路２２の出力信号とを比較し、ＰＷＭ
信号をパルス分配器２４に出力する。パルス分配器２４
は運転停止指令を受けてＰＷＭコンバータ１３の運転時
にのみＰＷＭコンバータ１３のスイッチ素子にパルスを
分配し、停止時にはパルスの出力を停止する。ここでＰ
ＷＭコンバータ１３の運転時における定常状態において
は、ソフトスタート回路１９の入力電圧Ｖinとその出力
電圧Ｖoutとは既述したように等しくなっていので、加
算器１７及び乗算器２０よりＰＷＭコンバータ１３の出
力電圧Ｅdが一定電圧になるように電流指令値Ｉxの振幅
を増減する。更に加算器２１によりＰＷＭコンバータ１
３の入力電流が、入力電流指令値Ｉfに一致するように
ＰＷＭコンバータ１３のパルス幅が制御される。このよ
うに図１に示す回路は、出力電圧を一定に保ちながら、
入力電流を入力電圧に位相同期した正弦波波形に制御す
る電圧型ＰＷＭコンバータとして動作する。

【００２２】ソフトスタート回路１９は、停止状態にお
いては、入力電流検出値Ｉfの大きさに比例した電圧を
出力する。運転指令が入力されると、その出力電圧Ｖou
tを停止状態の出力値から徐々に上昇させ、最終的には
ソフトスタート回路１９の入力電圧Ｖinをそのまま出力
する。このソフトスタート回路１９の機能によって、Ｐ
ＷＭコンバータ１３に起動信号を与えると、電流指令値
Ｉfは、停止時の入力電流値から徐々に上昇することに
なる。

【００２３】例えば負荷１５が軽く、停止時にＰＷＭコ
ンバータ１３のダイオードを通して流れる電流が小さい
とき、図３に示すように起動時（ｔ＝ｔ₀）以前には、
入力電流検出値Ｉfは小さく、ソフトスタート回路１９
の出力電圧Ｖoutも小さい値となっている。時刻ｔ＝ｔ₀
でソフトスタート回路１９を起動すると、その入電流検
出値IｆからＰＷＭコンバータ１３は始動するので、ソ
フトスタート動作が完了する時刻ｔ₁まで、徐々にＰＷ
Ｍコンバータ１３の入力電流は上昇し、時刻ｔ₁以後は
定常運転に移行する。

【００２４】負荷１５が重い場合における入力電流検出
値Ｉfとソフトスタート回路１９の出力電圧の波形を図
４に示す。この場合は動作停止状態のＰＷＭコンバータ
１３のダイオードを通して流れる電流が大きいので、起
動時（ｔ＝ｔ₀）以前におけるソフトスタート回路１９
の出力電圧Ｖoutの値も大きく、従って大きい電流値か
らスタートすることになる。

【００２５】以上のように本実施例によれば、ＰＷＭコ
ンバータ１３の出力側に如何なる負荷が接続されている
状態においても円滑な起動が可能となる。

【００２６】次に図１におけるソフトスタート回路１９
の具体的構成を図２に示す。同図において入力端１００
は抵抗３０を介して出力端１０４に接続されている。ま
た変流器１２の検出出力である入力電流検出値Ｉfが入
力される入力端１０２には全波整流回路３１が接続さ
れ、全波整流回路３１の出力側にはコンデンサ３２、抵
抗３３，３４、演算増幅器３５からなる積分回路４０が
接続されており、この積分回路４０の出力側には抵抗３
６、コンデンサ３８からなる時定回路が接続されてい
る。更にこの時定回路を構成するコンデンサ３８の両端
にはフォトカプラ３９が接続されている。このフォトカ
プラ３９はダイオード３７を介して出力端１０４に接続
されている。

【００２７】上記構成において全波整流回路３１により
入力電流検出値Ｉfが全波整流されこの全波整流回路３
１の出力電圧は積分回路４０に入力され、積分回路４０
によりその平均値が求められる。

【００２８】一方ＰＷＭコンバータ１３の停止状態にお
いてはフォトカプラ３９には端子１０６を介して停止指
令が入力され、このためフォトカプラ３９がオン状態に
なっているためダイオード３７もオン状態となってい
る。この結果、ソフトスタート回路１９の出力電圧Ｖou
tは積分回路４０の出力電圧がそのまま出力されること
になる。このためにＰＷＭコンバータ１３の停止状態に
おいては、入力電流検出値Ｉfの大きさに比例した電圧
が端子１０４を介して乗算器２０に出力されることにな
る。

【００２９】次に端子１０６を介して運転指令が入力さ
れると、フォトカプラ３９がオフ状態となり、この結果
時定回路を構成するコンデンサ３８が抵抗３６及びコン
デンサ３８の定数により定まる時定数で徐々に充電さ
れ、ダイオード３７のカソード側の電位が徐々に上昇
し、入力端１００における入力電圧Ｖinの電圧値より高
くなると、ダイオード３７はオフ状態となり、入力電圧
Ｖinは抵抗３０を介してそのまま出力端１０４より出力
電圧Ｖoutとして出力される。すなわち入力電圧Ｖinと
出力電圧Ｖoutが等しくなる。

【００３０】次に図１に示した順変換装置を無停電電源
装置に適用したときの実施例を図５に示す。同図におい
て、図１に示した順変換装置５０により交流電源１０か
ら供給される交流電圧を直流電圧に変換し、この直流電
圧をバッテリ５１及び逆変換装置５２に出力する。この
結果順変換装置５０が動作している場合には常時、バッ
テリ５１に充電が行なわれることになる。また逆変換装
置５２では順変換装置５０から供給される直流電圧を交
流電圧に変換し、負荷５３に供給する。ここで交流電源
１０が停電したときにはバッテリ５１の電力が逆変換装
置５２により交流に変換され、負荷６へ交流電力の供給
が続行され、無停電化を図っている。

【００３１】続いて交流電源１０が復電すると、順変換
装置５０が再起動され、定常の運転モードになる。

【００３２】この場合に停電時間が短くて、バッテリ５
１の電圧の低下が小さい場合、復電したときに、順変換
装置５０のコンバータを構成するダイオードを介して流
れる電流がほとんどなく、従来技術によるコンバータの
起動方法でも安定な起動を行なうことができる。

【００３３】しかし停電時間が長くなってバッテリ５１
の電圧低下が大きくなると、復電したときに順変換装置
５０のコンバータのダイオードを介して電流が流れるこ
とになる。このときに従来技術での安定起動が不可能で
あるが、本発明による順変換装置によれば安定起動が可
能である。

【００３４】更に停電時間は、一定していないので、バ
ッテリー５１の電圧低下の状態はまちまちであり、従っ
て順変換装置を構成するコンバータの起動時のコンバー
タの負荷の大きさもまちまちとなる。

【００３５】本発明による順変換装置によれば如何なる
停電の後の起動も安定に行なうことができる。

【００３６】次に無停電電源装置の他の実施例を図６に
示す。本実施例では図５における順変換装置５０の代わ
りにソフトスタート回路を用いない一般の順変換装置６
０を用い、その出力と負荷との間にスイッチ手段として
のサイリスタ６１を設けた構成としている。

【００３７】上記構成において停電時には、順変換装置
６０とサイリスタ６１がオフ状態となり、バッテリ６０
より逆変換装置６３に直流電圧が供給され、逆変換装置
６３により交流電力が負荷６４に供給される。交流電源
１０が復電した場合には、順変換装置６０のコンバータ
を起動した後に、サイリスタ６１をオン状態にする。本
実施例では停電の程度に関係なく、サイリスタ６１がオ
フ状態で順変換装置６０内のコンバータを無負荷状態で
起動することができる。従って順変換装置６０内のコン
バータの起動方法は、従来技術のままでよく、本実施例
によれば何如なる負荷が接続されていても安定な起動が
可能である。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の順変換装
置によれば、ソフトスタート回路によりコンバータ起動
時の入力電流指令が、コンバータ起動前の実際の入力電
流値に比例した値から徐々に上昇させ、定常値にまで到
達させるように構成したので、如何なる負荷状態におい
ても順変換装置を構成する電圧型コンバータを安定に起
動することが可能となる。また順変換装置の制御装置、
無停電電源装置についても同様の効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る順変換装置の一実施例の構成を示
すブロック図である。

【図２】図１におけるソフトスタート回路の具体的構成
を示す回路図である。

【図３】図１におけるソフトスタート回路の動作状態を
示す波形図である。

【図４】図１におけるソフトスタート回路の動作状態を
示す波形図である。

【図５】本発明に係る無停電電源装置の一実施例の構成
を示すブロック図である。

【図６】本発明に係る無停電電源装置の他の実施例の構
成を示すブロック図である。

【符号の説明】 １０ 交流電源 １１ リアクトル １２ 変流器 １３ ＰＷＭコンバータ １６ 同期正弦波発生器 １８ 電圧指令発生器 １９ ソフトスタート回路 ２０ 乗算器 ２２ 三角波発生回路 ２３ コンパレータ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力電流を検出する電流検出手段と、入
   力電流指令を出力する電流指令生成手段と、前記電流検
   出手段の検出出力と入力電流指令とを一致するように電
   圧型コンバータを制御する制御手段と、該制御手段によ
   り制御され交流入力を直流出力に変換する電圧制御型コ
   ンバータを有する順変換装置において、 前記コンバータ起動時の入力電流指令を、起動前の入力
   電流値に比例した値から徐々に上昇させて定常値に到達
   させるソフトスタート回路を設けたことを特徴とする順
   変換装置。
2. 【請求項２】 前記ソフトスタート回路は、前記コンバ
   ータの入力電流を整流する整流手段と、 該整流手段の出力信号を積分する積分手段と、 該積分手段の出力信号の出力を前記コンバータの運転ま
   たは停止指令に応じて許可または禁止し、かつ前記積分
   手段の出力信号を出力中に該積分手段の出力信号が前記
   コンバータの出力電圧指令と該コンバータの実際の出力
   電圧との誤差電圧より大きくなった際に該誤差電圧を出
   力する出力手段とを有することを特徴とする請求項１に
   記載の順変換装置。
3. 【請求項３】 入力電流を検出する電流検出手段と、入
   力電流指令を出力する電流指令生成手段と、前記電流検
   出手段の検出出力と入力電流指令とを一致するように電
   圧型コンバータを制御する制御手段と、該制御手段によ
   り制御され交流入力を直流出力に変換する電圧制御型コ
   ンバータを有する順変換装置において、前記コンバータ
   の出力側にスイッチ手段を設けたことを特徴とする順変
   換装置。
4. 【請求項４】 交流入力を直流出力に変換し、負荷に供
   給する電圧型コンバータを、その入力電流と入力電流指
   令とが一致するように制御する順変換装置の制御装置に
   おいて、 該制御装置は、前記コンバータ起動時の入力電流指令
   を、起動前の入力電流値に比例した値から徐々に上昇さ
   せて定常値に到達させるソフトスタート回路を有するこ
   とを特徴とする順変換装置の制御装置。
5. 【請求項５】 前記ソフトスタート回路は、前記コンバ
   ータの入力電流を整流する整流手段と、 該整流手段の出力信号を積分する積分手段と、 該積分手段の出力信号の出力を前記コンバータの運転ま
   たは停止指令に応じて許可または禁止し、かつ前記積分
   手段の出力信号を出力中に該積分手段の出力信号が前記
   コンバータの出力電圧指令と該コンバータの実際の出力
   電圧との誤差電圧より大きくなった際に該誤差電圧を出
   力する出力手段とを有することを特徴とする請求項４に
   記載の順変換装置の制御装置。
6. 【請求項６】 交流電力を直流電力に変換する順変換装
   置と、該順変換装置の出力側に接続され、該順変換装置
   の直流電力出力を蓄積する電力蓄積装置と、前記順変換
   装置及び電力蓄積装置の出力端にその入力端が接続さ
   れ、直流電力を交流電力に変換する逆変換装置とを有す
   る無停電電源装置において、 前記順変換装置は、入力電流を検出する電流検出手段
   と、入力電流指令を出力する電流指令生成手段と、前記
   電流検出手段の検出出力と入力電流指令とを一致するよ
   うに電圧型コンバータを制御する制御手段と、該制御手
   段により制御され交流入力を直流出力に変換する電圧制
   御型コンバータとを有し、 前記コンバータ起動時の入力電流指令を、起動前の入力
   電流値に比例した値から徐々に上昇させて定常値に到達
   させるソフトスタート回路を有することを特徴とする無
   停電電源装置。
7. 【請求項７】 交流電力を直流電力に変換する順変換装
   置と、該順変換装置の出力側に接続され、該順変換装置
   の直流電力出力を蓄積する電力蓄積装置と、前記順変換
   装置及び電力蓄積装置の出力端にその入力端が接続さ
   れ、直流電力を交流電力に変換する逆変換装置とを有す
   る無停電電源装置において、 前記順変換装置は、入力電流を検出する電流検出手段
   と、入力電流指令を出力する電流指令生成手段と、前記
   電流検出手段の検出出力と入力電流指令とを一致するよ
   うに電圧型コンバータを制御する制御手段と、該制御手
   段により制御され交流入力を直流出力に変換する電圧制
   御型コンバータとを有し、該電圧型コンバータの出力端
   にスイッチ手段を有することを特徴とする無停電電源装
   置。