JPH0678546A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 停電時もしくは不完全停電時に直流出力側か
ら交流入力側への電力の逆流に起因する過電圧の発生の
防止を図った電力変換装置を提供すること。 【構成】 電源２の停電を停電検出回路２３にて検出
し、その出力で停電スイッチ２４を動作させて、電圧制
御回路７への指令入力を電圧検出回路６の出力に切替え
ることにより偏差入力を零にして、電圧制御回路７の出
力、すなわち電流制御回路１３の電流指令値を零にす
る。その結果、ＰＷＭ制御回路１５の入力、すなわち変
調率指令値が零になり、電力変換装置の直流側から交流
側への電力の逆流がなくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、単相または３相交流電
源にスイッチング素子を接続して、スイッチング素子を
ＰＷＭ制御することにより、電力を順変換及び、逆変換
する電力変換装置において、電源が停電した場合、直流
側から交流側への電力の逆流を防止して、交流側に接続
されたフィルタ回路等を構成するコンデンサが電力の逆
流により充電されて過電圧になることを防止した電力変
換装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電源の停電時に、直流側の電力の回生す
なわち逆流を防止する発明として、特開昭６１ー２２７
６８８号公報に記載されたサイリスタ電源装置の発明が
ある。この発明では、電源の停電時に直流側と交流入力
側とを接続するダイオードと自己消弧スイッチング素子
との並列回路をオフ状態にすることにより回生電流を遮
断するように構成されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】単相または３相交流電
源にスイッチング素子を接続して、このスイッチング素
子をＰＷＭ制御することにより、電力を順変換及び、逆
変換する電力変換装置の直流出力側に電圧を発生する負
荷がある場合に、電源が停電すると電力変換装置の交流
入力側に接続されたフィルタ回路等に含まれるコンデン
サが直流出力側に接続された負荷が発生する電力により
充電される。この結果電力変換装置の交流入力側に過電
圧が発生し、この電力変換装置に接続される交流電源に
接続された機器が破損し、また機器が変圧器などの磁気
回路機器の場合には偏磁されるために、電源が回復した
際に、過電流が流れて破損することもある。

【０００４】これに対して上述したように従来のこの種
の電力変換装置として電源の停電時にサイリスタ変換器
と平滑コンデンサ間に設けられた自己消弧スイッチング
回路（ダイオードと自己消弧スイッチング素子とで構成
される。）で回生電力を遮断するようにしたものが提案
されている。

【０００５】しかしながら、この従来装置では停電時に
直流出力側から交流入力側に電力が逆流するのを防止す
るのに自己消弧スイッチング回路を設ける必要がある。

【０００６】また停電した交流電源に誘導電動機が接続
されていると、これが停電後、一時的に発電機として動
作し、停電した時点から一時的に低振幅の電源電圧が電
力変換装置側に供給される、いわゆる不完全停電状態が
発生することがある。

【０００７】一方、上述した従来の電力変換装置では停
電時に直流出力側と交流入力側との間をスイッチング回
路で遮断する以外に方法がないので、このような不完全
停電状態の場合には対応できず、交流入力側に過電圧が
一時的に発生するのを余儀なくされていた。

【０００８】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
ものであり、従来装置のように停電時に直流出力側から
交流入力側に電力が逆流するのを防止するためのスイッ
チング回路を設けることなく、不完全停電時にもに対応
できる電力変換装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の電力変換装置
は、交流電源に接続され、コンデンサを含むフィルタ回
路を有し、該フィルタ回路を介して入力される電力を交
換するスイッチング素子を含んで構成される、電力を順
変換及び逆変換する電力変換装置において、前記スイッ
チング素子を与えられた変調率指令値に基づいてＰＷＭ
制御するＰＷＭ制御手段と、前記電力変換装置の出力電
圧を検出する電圧検出手段と、前記電力変換装置の出力
電圧の指令値を出力する出力電圧指令手段と、該出力電
圧指令手段の指令値と前記電圧検出手段の検出出力との
偏差に応じた電流指令値を出力する電圧制御手段と、前
記交流電源の停電状態を検出する停電検出手段と、前記
停電検出手段の検出出力に基づいて前記スイッチング素
子の入力側から交流電源側に流入する電流の大きさとが
零となるような変調率指令値が前記ＰＷＭ制御手段に与
えられるように前記電圧制御手段の入力電圧のレベルを
調整する電圧調整手段とを有することを特徴とする。

【００１０】また本発明の電力変換装置は、前記停電検
出手段の検出出力に基づいて停電時に前記電圧制御手段
の入力電圧のレベルを零に調整することを特徴とする。

【００１１】更に本発明の電力変換装置は、交流電源に
接続され、コンデンサを含むフィルタ回路を有し、該フ
ィルタ回路を介して入力される電力を交換するスイッチ
ング素子を含んで構成される、電力を順変換および逆変
換する電力変換装置において、前記スイッチング素子を
与えられた変調率指令値に基づいてＰＷＭ制御するＰＷ
Ｍ制御手段と、前記電力変換装置の入力電流を検出する
電流検出手段と、前記電力変換装置の出力電流の指令値
を出力する電圧制御手段と、該電圧制御手段の電流指令
値と前記電流検出手段の検出出力との偏差に応じた電流
指令値を出力する電流制御手段と、該電流制御手段から
出力される電流指令値に応じた変調率指令値を生成する
変調率指令値生成手段と、前記交流電源の停電状態を検
出する停電検出手段と、前記停電検出手段の検出出力に
基づいて前記スイッチング素子の入力側から交流電源側
に流入する電流の大きさが零となるような変調率指令値
が前記ＰＷＭ制御手段に与えられるように前記変調率指
令値生成手段の出力を調整する変調率指令値調整手段と
を有することを特徴とする。

【００１２】本発明の電力変換装置は、前記停電検出手
段の検出出力に基づいて停電時に前記変調率指令値生成
手段の出力を零に調整することを特徴とする。

【００１３】

【作用】上記構成の電力変換装置においては、交流電源
が停電もしくは不完全停電になった状態が停電検出手段
により検出されると、停電検出手段の検出出力に基づい
て、電力変換装置におけるスイッチング素子の入力側か
ら交流電源側に流入する電流の大きさが零になるような
変調率指令値がＰＷＭ制御手段に与えられるように電力
変換装置の電流指令値を出力する電圧制御手段の入力電
圧のレベルが電圧調整手段により調整される。

【００１４】また上記構成の電力変換装置においては、
交流電源が停電もしくは不完全停電になった状態が停電
検出手段により検出されると、停電検出手段の検出出力
に基づいて、電力変換装置におけるスイッチング素子の
入力側から交流電源側に流入する電流の大きさが零にな
るような変調率指令値がＰＷＭ制御手段に与えられるよ
うに電力変換装置の電流指令値に応じた変調率指令値を
生成する変調率指令値生成手段の出力が変調率指令値調
整手段により調整される。

【００１５】したがって従来装置のようにスイッチング
回路を用いることなく、停電もしくは不完全停電状態に
おいて電力変換装置の交流入力側に接続されたフィルタ
回路などのコンデンサが電力の逆流により充電されて過
電圧となるのを防止することができる。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１７】図１には、本発明が適用される単相電源用
の電力変換装置の構成が示されている。同図において、
電力変換装置１の入力端子であるＵ、Ｖ端子は単相交流
電源２に接続され、電力変換装置１の出力端子Ｐ、Ｎは
負荷３に接続されている。

【００１８】電力変換装置１は、フィルタ回路２２と、
スイッチング素子５の入力側の電流を検出する電流検出
器４と、電力変換装置１の出力電圧を検出する電圧検出
回路６と、記憶用スイッチ８と、記憶回路９と、電力変
換機１の出力電圧の指令値を出力する指令回路１０と、
指令回路１０に電力変換装置１の出力電圧を設定するた
めの設定信号を出力する設定器１１と、電流検出回路１
２と、電圧制御回路７と、電圧制御回路７から出力され
る電流指令値と電流検出回路１２から出力される検出出
力との偏差を算出する加算器２０と、電流制御回路１３
と、電流制御回路１３の出力信号に基づいて変調率指令
値を生成する正弦波化回路１４と、正弦波化回路１４か
ら出力される変調率指令値に基づいてドライブ回路１６
を介してスイッチング素子５にＰＷＭ制御信号を出力す
るＰＷＭ制御回路１５と、ドライブ回路１６と、単相電
源２の停電状態を検出する停電検出回路２３と、停電検
出回路２３の検出出力により切替制御される、電圧制御
回路７への入力信号を選択的に取り込む停電スイッチ２
４とを有している。

【００１９】この停電スイッチ２４は通常は接点Ａ側に
切り替えられており、停電時に接点Ｂ側に切り替えら
れ、その時に電圧制御回路７の入力は零になる。

【００２０】なおスイッチング素子５としては、トラン
ジスタ、ＩＧＢＴ、ＧＴＯ等が使用される。

【００２１】また停電検出回路２３は、電力変換装置１
のＵ、Ｖ端子と正弦波化回路１４の出力端に接続され、
停電の検出は単相電源２と正弦波化回路１４の変調波の
位相差で検出する。

【００２２】次に、本発明が適用される電力変換装置の
動作の一例を図２を参照して説明する。同図において、
時刻Ｔ１で電源電圧が無くなる、すなわち停電になる
と、正弦波化回路１４の変調波と電源電圧に位相差が生
じるので、その位相差が停電検出回路２３で検出され、
停電検出回路２３の検出出力は０ボルト乃至停電スイッ
チ２４がＯＦＦ状態になる電圧レベルまで低下する。

【００２３】停電検出回路２３の検出出力により停電ス
イッチ２４がＯＦＦ状態になると、停電スイッチ２４の
接点Ｂ、Ｃが短絡され、電圧制御回路７の入力電圧、す
なわち指令回路１０の出力と電圧検出回路６との偏差入
力は零になる。その結果、電圧制御回路７の出力電圧、
すなわち電流制御回路１３への電流指令値が零になる。
したがって、正弦波化回路１４の出力すなわち、ＰＷ
Ｍ制御回路１５の変調率指令値が零になり、ＰＷＭ変調
率が０％になるので、単相電源２から電力変換装置１に
流れる電流が零になるように制御される。その結果、負
荷３で生ずる電力が単相電源２側に流れてフィルター回
路２２等のコンデンサを充電することがなくなる。

【００２４】次に図３に電源２が３相交流電源の場合の
本発明に係る電力変換装置の一実施例の構成を示す。同
図において電源２の停電時の動作は前述した電源２が単
相電源の場合と同様であるのでその説明を省略する。

【００２５】さらに図４に本発明にかかる電力変換装置
の他の実施例の構成を示す。本実施例は停電時にＰＷＭ
制御回路１５の入力、すなわち変調率指令値を零にする
ことにより電力変換装置の直流出力側から交流入力側へ
の電力の逆流を防止したものである。本実施例において
も前記実施例において停電時において電圧制御回路７の
入力を強制的に零にするように構成した場合と同様の効
果が発揮されるのは勿論である。

【００２６】上記実施例では停電時に電圧制御回路の入
力を零にし、またはＰＷＭ制御回路の変調率指令値を零
にするように構成されているが、これに限らず例えば停
電検出回路２３により不完全停電状態が検出された場合
にはこの状態に対応して電力変換装置の直流出力側から
交流電源２側に流入する電流の大きさが零となるような
変調率指令値がＰＷＭ制御回路１５に与えられるように
電圧制御回路７の入力電圧のレベルまたは直接的にＰＷ
Ｍ制御回路１５への変調率指令値を調整するように構成
してもよい。

【００２７】つぎに図５に停電検出回路２３の具体的構
成を示す。停電検出回路２３は、電源２の電源電圧に同
期した電源同期信号Ａを矩形波Ｂに変換するコンパレー
タ３０と、変調波Ｃを矩形波Ｄに変換するコンパレータ
３１と、インバータ３２、３３と、アンドゲート３４、
３５と、オアゲート３６とを有している。

【００２８】上記構成からなる停電検出回路２３の動作
を図６を参照して説明する。

【００２９】電源２に同期した電源同期信号Ａは、コン
パレータ３０により矩形波Ｂに変換される。

【００３０】一方、正弦波化回路１４の出力、すなわち
変調波Ｃはコンパレータ３１に入力にされ、矩形波Ｄに
変換される。ここで電源２の停電が時刻Ｔ１で発生する
と、変調波Ｃは電流制御回路１３の動作により、符号が
反転する動作を行い、時刻Ｔ２で反転する。

【００３１】変調波Ｃの符号が反転すると、コンパレー
タ３１の出力は立ち下がり、インバータ３２、３３、ア
ンドゲート３４、３５、オアゲート３６からなる論理回
路で停電スイッチ２４を動作させる駆動信号Ｅが発生
し、停電スイッチ２４を動作させる。

【００３２】尚、本実施例では停電スイッチ２４はリレ
ー接点を用いて構成されているが、これに限らずアナロ
グスイッチ、無接点スイッチなどを使用することができ
る。

【００３３】次に本発明に係る電力変換装置を無停電電
源装置に適用した実施例を図７に示す。同図において本
発明に係る電力変換装置１と、バッテリーとしての負荷
３と、インバータ４１とを組み合わせて無停電電源装置
４が構成されている。

【００３４】このように無停電電源装置を構成すること
により、電源２が停電した場合でも負荷３を構成するバ
ッテリから電源２への電力の逆流がなくなり、正常な運
転が可能となる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば停電もしくは不完全停電
発生時に電力変換装置におけるスイッチング素子の入力
側から交流電源側に流入する電流の大きさが零になるよ
うな変調率指令値がＰＷＭ制御手段に与えられるように
構成したので、従来装置のように停電時に直流出力側か
ら交流入力側に電力が逆流するのを防止するためのスイ
ッチング回路を設けることなく、停電もしくは不完全停
電発生時に電力変換装置の直流出力側から交流電源側に
電力が逆流するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電力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に示した電力変換装置の動作状態を示す波
形図である。

【図３】本発明に係る電力変換装置の他の実施例の構成
を示すブロック図である。

【図４】本発明にかかる電力変換装置の更に他の実施例
の構成を示すブロック図である。

【図５】停電検出回路の具体的構成を示す回路図であ
る。

【図６】図５に示した停電検出回路の動作状態を示す波
形図である。

【図７】本発明に係る電力変換装置を用いて構成された
無停電電源装置の構成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ 電力変換装置 ２ 電源 ３ 負荷 ４ 電流検出器 ５ スイッチング素子 ６ 電圧検出回路 ７ 電圧制御回路 ８ 記憶スイッチ ９ 記憶回路 １０ 指令回路 １１ 設定器 １２ 電流検出回路 １３ 電流制御回路 １４ 正弦波化回路 １５ ＰＷＭ制御回路 １６ ドライブ回路 ２２ フィルタ回路 ２３ 停電検出回路 ２４ 停電スイッチ ３０ コンパレータ ３１ コンパレータ ３２ インバータ ３３ インバータ ３４ アンドゲート ３５ アンドゲート ３６ オアゲート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水谷 成久 茨城県日立市幸町三丁目２番１号 日立エ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 白濱 秀文 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内 (72)発明者 嶋田 恵三 茨城県日立市幸町三丁目１番１号 株式会 社日立製作所日立工場内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源に接続され、コンデンサを含む
   フィルタ回路を有し、該フィルタ回路を介して入力され
   る電力を交換するスイッチング素子を含んで構成され
   る、電力を順変換及び逆変換する電力変換装置におい
   て、 前記スイッチング素子を与えられた変調率指令値に基づ
   いてＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、 前記電力変換装置の出力電圧を検出する電圧検出手段
   と、 前記電力変換装置の出力電圧の指令値を出力する出力電
   圧指令手段と、 該出力電圧指令手段の指令値と前記電圧検出手段の検出
   出力との偏差に応じた電流指令値を出力する電圧制御手
   段と、 前記交流電源の停電状態を検出する停電検出手段と、 前記停電検出手段の検出出力に基づいて前記スイッチン
   グ素子の入力側から交流電源側に流入する電流の大きさ
   とが零となるような変調率指令値が前記ＰＷＭ制御手段
   に与えられるように前記電圧制御手段の入力電圧のレベ
   ルを調整する電圧調整手段とを有することを特徴とする
   電圧変換装置。
2. 【請求項２】 前記電圧調整手段は、前記停電検出手段
   の検出出力に基づいて停電時に前記電圧制御手段の入力
   電圧のレベルを零に調整することを特徴とする請求項１
   に記載の電力変換装置。
3. 【請求項３】 交流電源に接続され、コンデンサを含む
   フィルタ回路を有し、該フィルタ回路を介して入力され
   る電力を変換するスイッチング素子を含んで構成され
   る、電力を順変換および逆変換する電力変換装置におい
   て、 前記スイッチング素子を与えられた変調率指令値に基づ
   いてＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段と、 前記電力変換装置の入力電流を検出する電流検出手段
   と、 前記電力変換装置の出力電流の指令値を出力する電圧制
   御手段と、 該電圧制御手段の電流指令値と前記電流検出手段の検出
   出力との偏差に応じた電流指令値を出力する電流制御手
   段と、 該電流制御手段から出力される電流指令値に応じた変調
   率指令値を生成する変調率指令値生成手段と、 前記交流電源の停電状態を検出する停電検出手段と、 前記停電検出手段の検出出力に基づいて前記スイッチン
   グ素子の入力側から交流電源側に流入する電流の大きさ
   が零となるような変調率指令値が前記ＰＷＭ制御手段に
   与えられるように前記変調率指令値生成手段の出力を調
   整する変調率指令値調整手段とを有することを特徴とす
   る電力変換装置。
4. 【請求項４】 前記変調率指令値調整手段は、前記停電
   検出手段の検出出力に基づいて停電時に前記変調率指令
   値生成手段の出力を零に調整することを特徴とする請求
   項３に記載の電力変換装置。