JPH0919160A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 本発明の無停電電源装置は、インバータ回路
２の負荷側に接続されて負荷による逆電力の発生を検出
する逆電力検出回路５と、逆電力検出回路５で検出した
逆電力と直流電圧検出回路４で検出した直流過電圧とか
ら回生電圧を判定する回生電力判定回路６と、回生電力
判定回路６からの回生信号によってコンバータ回路１を
回生モードに切り換える回生モード切換回路７とを備え
たことを特徴としている。 【効果】 本発明により無停電電源装置の信頼性を向上
させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、コンピュータ、および
生産ライン等のバックアップ用無停電電源装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、無停電電源装置（ＵＰＳ；uninte
rupted power suply system)の負荷設備、たとえば電動
機が接続されていた場合、電動機が負特性領域になると
発電機となり回生電力が発生し、ＵＰＳに流入する。他
方ＵＰＳの順変換器は一方向コンバータ（サイリスタ素
子、トランジスタによる順ブリッジから構成される）の
ため、回生機能がなくＵＰＳのインバータ回路の直流回
路の電圧が上昇し直流過電圧となり機器保護のため、ト
リップ停止をさせるか、商用バイパス側に切換をしてい
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従って、従来ＵＰＳを
採用する場合、回生モードのある負荷設備に対しては、
回生電力が発生しない工夫（たとえば電動機の場合には
ブレーキ装置を設け回転子を拘束させる）、または回生
電力が発生した場合には商用バイパス回路に切り換える
等、運用上の制約があった。本発明は上記の不具合を解
消するために、上述の構成をする事により、負荷側で回
生電力が発生した場合には、ＵＰＳの順変換器を回生モ
ードに切り換え回生電力を電源系統に回生させる事によ
り、ＵＰＳは停止（トリップ）させる事なく運転を継続
させる事を目的としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の無停電電源装置
は、交流電力を第１のパルス幅変調信号によって順変換
し直流電力を得るコンバータ回路と、直流電力を第２の
パルス幅変調信号によって逆変換し再び交流電力を得る
インバータ回路と、コンバータ回路とインバータ回路と
を接続する直流回路の電圧を検出する直流電圧検出回路
と、インバータ回路の負荷側に接続されて負荷による逆
電力の発生を検出する逆電力検出回路と、逆電力検出回
路で検出した逆電力と直流電圧検出回路で検出した直流
過電圧とから回生電力を判定する回生電力判定回路と、
回生電力判定回路からの回生信号によってコンバータ回
路を回生モードに切り換える回生モード切換回路とを備
えたことを特徴としている。

【０００５】

【作用】本発明の無停電電源装置においては、交流電力
を第１のパルス幅変調信号によって順変換し直流電力
し、直流電力を第２のパルス幅変調信号によって逆変換
して再び交流電力とし、コンバータ回路とインバータ回
路とを接続する直流回路の電圧を直流電圧検出回路によ
って検出し、インバータ回路の負荷側に逆電力検出回路
を接続して負荷による逆電力の発生を検出し、逆電力検
出回路で検出した逆電力と直流電圧検出回路で検出した
直流過電圧とから回生電力を判定し、回生電力判定回路
からの回生信号によってコンバータ回路を回生モードに
切り換えることを特徴としている。

【０００６】

【実施例】次に本発明の無停電電源装置の一実施例を説
明する。図１において、コンバータ回路１は交流電力を
パルス幅変調信号によって順変換し直流電力を得る高力
率の整流回路である。インバータ回路２はコンバータ回
路１に接続され、直流電力をパルス幅変調信号によって
逆変換し再び交流電力を得る逆変換回路である。直流電
圧検出回路４は蓄電池３と共にコンバータ回路１とイン
バータ回路２とを接続する直流回路４ａに接続され、直
流回路４ａの電圧を検出する電圧検出回路である。逆電
力検出回路５はインバータ回路２の負荷側に接続されて
負荷による逆電力の発生を検出する検出回路である。回
生電力判定回路６は逆電力検出回路５および直流電圧検
出回路４に接続され、逆電力検出回路５で検出した逆電
力と直流電圧検出回路４で検出した直流過電圧とから回
生電力を判定する判定回路である。回生モード切換回路
７は回生電力判定回路６に接続され、回生電力判定回路
６からの回生信号によってコンバータ回路１を回生モー
ドに切り換える。

【０００７】即ち、図１は高力率のコンバータ回路１、
インバータ回路２、蓄電池３とで構成されているＵＰＳ
に直流電圧検出回路４、逆電力検出回路５および回生電
力判定回路６を付加する。直流電圧検出回路４はインバ
ータ回路２の入力部の直流電圧を検出し、逆電力検出回
路５はＵＰＳの負荷電力を検出し、各々回生電力判定回
路６に入力されている。回生電力判定回路６は直流電圧
検出回路４、逆電力検出回路５の入力信号を受けてＵＰ
Ｓの許容最高直流電圧の基準値と比較演算を行ってい
る。この状態で負荷側に回生電力が発生すると回生電力
がインバータ回路２を通して直流部に流入する。ここで
コンバータ回路１は順変換器モードで作用しているた
め、流入した電力の回生が出来ないため直流電圧が上昇
することになる。この直流電圧が回生電力判定回路６に
て設定された基準値を上回ると回生電力判定回路６より
信号が出力されコンバータ回路１の制御を順変換モード
より回生モードに切り換える。コンバータ回路１が回生
モードに切り換えることにより負荷側より流入された回
生電力は電源系統に流出する。次に負荷の回生電力の発
生量が減衰されると直流電圧が低下し基準値以下になる
と回生電力判定回路６よりコンバータ回路１の制御を回
生モードから順変換モードに復帰し、再度ＵＰＳより負
荷へ電力を供給する。逆電力検出回路５は逆電力を検出
した場合に回生電力判定回路６を有効とさせるためのイ
ンターロックとして使用する。

【０００８】このように構成したＵＰＳは負荷に回生モ
ードがある場合でもＵＰＳをトリップさせる事なく運転
を継続させる事が可能となり、電力の供給信頼度の向上
がはかれる。

【０００９】図２は三相ＰＷＭコンバータの基本回路図
である。

【００１０】２１はＩＧＢＴ（インシュレーテッド・ゲ
ート・バイポーラ・トランジスタ）であり、２２はダイ
オード素子、２３は交流リアクトルで、ＩＧＢＴの高速
スイッチング特性を活用しＰＷＭ制御方式を採用したコ
ンバータ方式である。ＰＷＭとは、パルス幅変調（Ｐｕ
ｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）のこと
で、交流半サイクルの間で複数のパルス状出力を作り出
して電圧の大きさを制御するとともに低次高調波を低減
する目的に多く適用されている技術である。ＰＷＭコン
バータは、交流入力側に流れる電流を力率１の正弦波形
になるようにスイッチング制御を行う。尚、Ｕ，Ｖ，Ｗ
は交流側端子、Ｐ，Ｎは直流側端子である。

【００１１】ＰＷＭコンバータの動作原理を図３乃至図
５に従って説明する。図３は蓄積モード、図４は伝達モ
ードである。入力電圧は、Ｕ相側に正電圧が印加されて
いる期間を考えると、動作モードは、下記２種類のモー
ドとなる。

【００１２】（１）スイッチＳ１がＯＮの場合 この場合、スイッチＳ２，Ｓ４の状態により動作モード
がさらに二つに分かれる。

【００１３】 スイッチＳ２がＯＮ、スイッチＳ４が
ＯＦＦの場合…期間Ａ 交流電圧がリアクトルＬに印加された入力電流Ｉ_L が増
加する。このモードでは、リアクトルＬにエネルギーが
蓄積されるので蓄積モードという。

【００１４】 スイッチＳ２がＯＦＦ、スイッチＳ４
がＯＮの場合…期間Ｂ 次にスイッチＳ２がＯＦＦ、スイッチＳ４がＯＮされる
と、リアクトルＬに流れていた電流は、ダイオードＤ１
を経て直流コンデンサＣに流れ、リアクトルＬには直流
電圧と交流電圧の差分で逆電圧が印加されて、入力電流
Ｉ_L は減少する。

【００１５】このモードでは、リアクトルＬに蓄えられ
たエネルギーがコンデンサＣに伝達されるので伝達モー
ドという。

【００１６】（２）スイッチＳ１がＯＦＦの場合 この場合、スイッチＳ１の反対のアームスイッチＳ３が
ＯＮするため、交流回路がリアクトルＬ、アームスイッ
チＳ３，ダイオードＤ４を介して短絡し、リアクトルＬ
にエネルギーが蓄積されるモードとなる。

【００１７】尚、Ｄ２，Ｄ３はダイオード、Ｐは正極、
Ｎは負極、Ｕ，Ｖは交流電圧の端子である。このよう
に、蓄積モード、伝達モードは、コンバータの線間電圧
を考えると、直流電圧が交流入力側に出力される期間が
伝達モードとなり、直流電圧が交流入力側に出力されな
い期間が蓄積モードとなる。したがって、交流入力電源
に対してコンバータ入力電圧の線間波形を高周波パルス
列で正弦波状に変化させることによって、入力電流Ｉ_L
は正弦波状に変化させることができる。実用的にはリア
クトルＬ、コンデンサＣからなる小形の交流フィルタを
付加して、高周波のリップル電流成分を除去すれば、ひ
ずみのない正弦波入力電流を得ることができる。

【００１８】図５はスイッチＳ１，Ｓ２の動作ＯＮ，Ｏ
ＦＦと入力電圧Ｖ１、コンバータ１の出力波形Ｐ１、リ
アクトルＬの電圧Ｌ１、コンバータの基準信号となるキ
ャリア波Ｃ１、入力電圧Ｖ１から作られる変調波Ｖ２、
及び期間Ａ、期間Ｂの関係を示している。

【００１９】次に図６はＰＷＭインバータの基本回路図
である。

【００２０】ＰＷＭインバータの回路方式としては、ブ
リッジ形インバータの出力をインバータ変圧器６１で絶
縁し、さらに交流フィルタ６２で正弦波化した電圧を出
力するのが、一般に適用されている回路構成である。ま
た、図７に代表的なＰＷＭ制御方式を示す。

【００２１】ＰＷＭ制御方式は、正弦波信号などの変調
波Ｖ２と三角波などの搬送波（キャリア波）Ｃ１からイ
ンバータ素子のＯＮ・ＯＦＦのタイミングを作り出す方
式である。Ｕ相を例にとると、両信号を比較して変調波
が大きいときはＵ相ＩＧＢＴを、逆のときはＸ相をＯＮ
させる。すなわち信号の大小に応じて上下アームのうち
どちらかをＯＮさせることになる。他の二相は変調波を
互いに電気的に１２０°ずらして、同さにスイッチング
のタイミングを決める。

【００２２】このようにして得られる交流出力線間電圧
は、直流電圧で定まる正負の電圧と零電圧となる。基本
周波数ｆに対して高い周波数ｆ_SWの搬送波を用いた場
合、発生高調波成分は、ｆ_SW±１、２×ｆ_SW±１などが
主となる。したがって、ｆ_SWSWを高く高周波動作させれ
ば、低次の高周波成分は理論的に発生せず、高次高調波
成分のみとなるため交流フィルタ６２を小形化できる。

【００２３】

【発明の効果】本機能を具備したＵＰＳは特に回転数制
御（サイリスタインバータ等）を行う電動機が負荷とし
て有る生産ラインのＵＰＳや電動機が含まれたコンピュ
ータ設備等、重要な設備用のＵＰＳとして安全性を向上
させるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す無停電電源装置の構成
図である。

【図２】三相ＰＷＭコンバータの回路構成図である。

【図３】図２の動作を示す説明図である。

【図４】図２の動作を示す説明図である。

【図５】図１の作用を示す説明図である。

【図６】ＰＷＭインバータの回路構成図である。

【図７】図６の作用を示す説明図である。

【符号の説明】

１ コンバータ回路 ２ インバータ回路 ３ 蓄電池 ４ 直流電圧検出回路 ５ 逆電力検出回路 ６ 回生電力判定回路 ７ 回生モード切換回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電力を第１のパルス幅変調信号によ
   って順変換し直流電力を得るコンバータ回路と、前記直
   流電力を第２のパルス幅変調信号によって逆変換し再び
   交流電力を得るインバータ回路と、前記コンバータ回路
   と前記インバータ回路とを接続する直流回路の電圧を検
   出する直流電圧検出回路と、前記インバータ回路の負荷
   側に接続されて負荷による逆電力の発生を検出する逆電
   力検出回路と、この逆電力検出回路で検出した前記逆電
   力と前記直流電圧検出回路で検出した直流過電圧とから
   回生電力を判定する回生電力判定回路と、この回生電力
   判定回路からの回生信号によって前記コンバータ回路を
   回生モードに切り換える回生モード切換回路と、を具備
   してなる無停電電源装置。