JPS5863037A - 無停電電源装置の制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は無停電電源装置に係り、％にバッテリー充電部
に昇圧機能を持たせることによって、商用周波電源の電
圧変動に何ら依存性がなく良質の電力を供給できる改良
された電源装置を提供しようとするものである。

無停電電源装置として浮動充電方式のものと直流スイッ
チ方式のものとがあることはよく知られている所である
。前者の浮動充電方式のタイプを示したものが第１図で
、同図で１はサイリスタを純ブリツジ接続して構成した
順変換部で、２は直ａ電力を平滑するための直流リアク
トルで、３はバッテリーで、４はリアクトルＬ！とコン
デンサＣ。

とで構成した直流フィルター回路で、５はサイリスクを
純ブリツジ接続して構成した逆変換部で、６はリアクト
ル−とコンデンサＣ雪とで構成した交流フィルター回路
で、７は開閉器である。かかる構成の動作はよく知られ
ているように、商用周波電源が健全時の場合、順変換部
１→開閉器７の経路を通してバッテリー７を浮動充電す
るのと併行して、順変換部１→直流フィルター回路４→
逆変換部５→交流フィルター回路６の経路を通して負荷
に所望の交流電力を供給する訳であるが、この浮動充電
方式のもので問題となるのは、例えば順変換部１を制御
することＫよってバッテリー６を浮動充電さらには均等
充電し、これと併行して逆変換部を通して負荷に良質の
電力を供給する構成としているので、順変換部そのもの
Ｋは非常に信頼性の高いものが要求される。即ち、現実
には電源側より入力される移行サージに対してサイリス
タ素子群が破壊しないおう、正極側−負極側の素子個々
に自己点弧回路なる保護装置を設けたり、さもＫはゲー
ト信号の失弧、誤点弧等を防止するためにゲートパルス
発生回路、自動パルス移相回路等には特殊の配慮を講じ
なければいけない等、所謂、順変換部をサイリスタで構
成しているが為に回路構成そのものが複雑化し、部品点
数の増加等と相俟って電源装置の信頼性が低下すること
でで構成すると、よ（知られているようにダイオード構
成のものに比し直流出方電圧が高くなって、逆変換部の
入力ＫＶＡが増加し逆変換部そのものの耐量が増大する
ことである、 これに対して直流スイッチ方式のタイプのものは、第２
図にその回路構成を示す如く順変換部８をダイオード整
流器とし、さらにバッテリー６を充電する為の開閉器１
〇−絶縁トランス１１−充電器１２を主要部とするバッ
テリーチャージャーと、停電時に無瞬断で所望の直流パ
ワーを供給する直流スイッチ１３とを備える点が第１図
の浮動充電方式のものとは異にする。なお９は電源側開
閉器である。かかる構成の動作はよく知られているよう
に、商用周波電源が健全時の場合、バッテリーチャージ
ャーでバッテリーを浮動充電或いは均等充電してバッテ
リー電圧を所定値に保持し、これと並行中 して順変換部８→直流フィルター回路４→逆変換部５→
交流フィルター回路６の経路を通して負荷に良質の電力
を供給し、商用周波電源が停電時の場合、直流スイッチ
１３を通して無瞬断で逆変換部５Ｖｃ所望の直流パワー
を供給し、給電の継続を図るものであるが、この直流ス
イッチ方式のものは、ｊ−変換部をダイオード整流器と
しているので第１図に示すような順変換部に起因した欠
点は解決されより理想的な無停電電源装置と云えるが、
図より明らかなようにバッテリーチャージャーなるもの
の構成が複雑で、順変換部をダイオード整流器としたメ
リットが失なわれ電源装置全体のコストが第１図の従来
装置より高騰化すると云う致命的な欠点がある。特に重
要なことは、順変換部をダイオード整流器とした場合、
例えばバッテリーを６００Ｍ系とし、浮動充電電圧を２
９０　（Ｖ）　、バッテリーの放電末期電圧を２３０Ｍ
とそれぞれ仮想すれば、一般には均等光’［電圧は３２
０Ｍ程度であるが、商用周波電源電圧の変動幅を見込ん
で均等充電電圧が略３５時３７α■となるように順変換
部８を予じめ前板って設計するのが一般的である。従っ
て逆変換部５の直流入力電圧は最大値３７０　（Ｖｌ　
、最小値２３０Ｍであるからして、逆変換部の動作電圧
範囲は略１４０（７）と云うように非常に大きくなる。

このように逆変換部の動作電圧範囲が太ぎくなると、逆
変換部の位相制御範囲も広くなって交流出力’ＫＥＫは
より多くの高調波成分が含まれるようになり、この高調
波を除去する交流フィルター回路６罠は特殊の方法を講
じなければならないと云うようＫ。

交流フィルター回路そのものが大型化し決して好ましい
ものではないいさらに重要なことは、順変換部の均等充
電’ｋＥ値が高くなると、逆変換部を構成するサイリス
ク群の動作責務が非常に厳しくなって、高耐圧のサイリ
スタ素子を適用しなければならず電源装置の高騰化を一
層助長することである。

本発明はこの点に銖みて発明されたものであって、以下
第３図に示す実施例に基づき詳述する、同実施例で第１
図および第２図と同一のものは同一符号を付しており、
１４はチョッパー回路で、この回路は図示するように第
１のスイッチング索子１５−第１のダイオード１６で構
成され、スイッチフグ素子１５の０Ｎ−ＯＦＦ周期を制
御することによってバッテリー電圧を所定値に保持する
ものである、１７は昇圧回路で、この回路は図示するよ
うに直流リアクトル１８−第２のスイッチング素子１９
−第２のダイオード九で構成され、第２のスイッチング
素子１９をチョッパー回路のスイッチング素子１５と共
同して動作させることＫよって、バッテリー電圧を昇圧
させるものである。２１はチョッパー回路１４および昇
圧回路１７の各スイッチング素子をペースドラ−イブす
る為の制御部で、これらチョッパー回路−昇王回路一制
御部で本願の要部たるバッテリーチャージャーが構成さ
れる。２２は本願の他方の要部たる直流スイッチ回路で
、この回路は図示するように主サイリスタ２３−補助サ
イリスタ２４−転流リアクドル２５−転流コンデンサ２
６−転流ダイオード２７−充電電流抑制用抵抗円−第３
のダイオード汐とで構成され、商用電源の停電時に無瞬
断で所望の直流パワーを逆変換部５に供給するものであ
る。なお第３のダイオード汐は、順変換部８の動作時に
転流ダイオード２７を通してノ（ツテリー３側九電流が
流れるのを阻止する為のもので、犯は直流スイッチ回路
２２の各サイリスタ２３．２４をゲートドライブする為
の制御部である。なお図示実施例では、バッテリーチャ
ージャーのスイッチング素子としてパワートランジスタ
を適用′した場合を例示したが、パワートランジスタの
代わりにサイリスタを適用しても動作上は全（支障がな
（、又、直流スイッチ回路ｎの主サイリスタとして自己
消弧型のゲートターンオフサイリスタを適用してもよく
、かかる場合、図示するような強制消弧回路が全く不要
となり回路構成を簡素化する利点がある。

以１のよ５に構成される本実施例の動作を述べると、商
用周波電源が健全時の場合、順変換部８→直流フィルタ
ー回路４→逆変換部５→交流フィルター回路６の経路を
通して負荷に良質の交流パワーを供給する点は、第１図
および第２図の従来装置と動作上は全く同一であるが、
バッチリーチャージャーの動作上〇□′□ものが特に第
２図の装置とは全く異にする。即ち、第１のスイッチン
グ素子１５のみをベースドライブしてその０Ｎ−ＯＦＦ
周期な制御部２１よりの指令に基づき制御すれば、順変
換部８→第１のスイッチング素子１５→直流リアクトル
１８→第２のダイオード２０→バツテリー３の経路を通
して所望の直流パワーがバッテリーに供給さ蜆所定の浮
動充電さらには均等充電が行なわれて、例えばバッテリ
ー３を３００関系とし浮動充電であれば略２９０　（Ｖ
）　、均等充電であれば略３２０（Ｖ）Ｋ充電電圧値を
保持する、かかる浮動充電時さらには均等充電時に何ら
かの原因で商用周波電源電圧が低下して行ぎ、この旨を
図示しないリレーで検知し第２の制御部間よりの指令信
号によって直流スイッチ回路２２の主サイリスタ２３を
点弧し、バッテリーの電源電圧値を以って逆変換部５を
動作させ所定の給電継続を図るような場合、本実施例に
よれば、商用周波電源電圧値の低下度合に応じて、先ず
第１の制御部２１０指令信号によってバッテリーチャー
ジャーの第１のスイッチング素子１５と第２のスイッチ
ング素子１９とをベースドライブし、これら素子を所定
期間に渡って（ト）する。このように各素子が（ト）す
ると、順変換部８→第１のスイッチング素子１５→直流
リアクトル１８→第２のスイッチング素子１９→順変換
部′８の負極側ダイオード→商用周波電源の経路を通し
て電流が流れ、この電流経路で直流リアクトル１８は各
スイッチング素子１５゜１９を通して短絡されるので、
大きなエネルギーが直流リアクトル１８にチャージされ
る。この状態を所定期間継゛続して次に各スイッチング
素子１５．１９をＯＦＦすると、直流リアクトル１８に
チャージされた大なるエネルギーが直流リアクトル１８
→ダイオード２０−→バッテリー３→ダイオード１６の
経路を通して還流し、これによってバッテリー３の電圧
が昇圧されることになる、従って□商用周波電源電圧が
低下した場合でも、バッテリーチャージャーの昇圧機能
によってバッテリーの電源電圧低下を抑制するものであ
るか、ら、商用周波電源が停電しない限りバッテリーの
電圧を略３２０Ｍと云う均等充電電圧値に保持で幹、負
荷に対して商用周波電源電圧の変動には何ら依存性のな
い所望の交流パワーを給電することができる。なお商用
周波電源が健全時に於て、順変換部８の正極側ダイオー
ド→転流リアクトル２５→転流コンデンサ２６→電流抑
制用抵抗２８→Ｎ３変換部８の負極側ダイオードの経路
を通して、転流コンデンサ２６が図示極性で商用周波′
電源電圧値と同程度の電圧値に充電されることは申す迄
もない、 次に商用周波電源が何らかの原因で瞬時停電した場合等
の異常時に対する動作を述べる、商用周波電源が停電し
た旨を図示しないリレーで検出すると、この検出信号を
以って第２の制御部６０よりの指令で直流スイッチ回路
ηの主サイリスタ２３を点弧し、バッテリー３より所望
の直流パワーを無瞬断で逆変換部５に供給して所定の給
電業務を継続する。かかる停電時に際して、バッテリー
チャージャーの各スイッチング素子１５．１９はＯＦＦ
状態にあることは申す迄もな（、又、バッテリーの放電
初期時に於て、バッテリーチャージャーの昇圧機構によ
って略３２０Ｍと云う均等充電電圧値にバッテリー電圧
が保持しであることは述上の通りである。商用電源が復
電すれば、第２の制御部間よりの指令で先ず直流スイッ
チ回路ηの補すスタ２４が点弧すると、図示極性でチャ
ージしである転流コンデンサ２６の充電電荷が、転流コ
ンデンサ２６→転流リアクトル２５→主サイリスタ２３
→補助サイリスタ２４の経路を通してデスチャージされ
、放電電流の値が主サイリスタ２３を通して流れる負荷
電流より大ミくなった時点で主サイリスタ２６は消弧さ
れ、その後、自由振動となった放電電流が転流ダイオー
ド〃を通して流れる過程で主サイリスタは逆バイアスさ
れ、順方向の阻止能力を回復すると共に補助サイリスタ
２４は、図示とは逆極性で充電された反転充電電圧によ
り逆バイアスされ消弧する。このように直流スイッチ回
路２２の各サイリスタが消弧すると、順変換部８→転流
リアクトル５→転流コンデンサ２６→電流抑制用抵抗２
８→順変換部８の負極側ダイオードの経路を通して、転
流コンデンサ２６は図示極性で自動的に再充電され異常
時に対拠されｉ：ｅなお放電によるバッテリーの電源電
圧低下は、上記したようにバッテリーチャージャーの昇
圧機能によって昇圧させるか、チョッパー回路のみの０
Ｎ−ＯＦ’Ｆ周期の調整によって所定値まで充電させる
かの選択は、復電時のバッテリー電圧の値如伺さらには
負荷容量等によって２１の制御部で自動的に決定される
、 以上のように本発明に於ては、バッテリーチャージャー
に昇圧機能を持たせ且つ極力回路構成を簡素化したので
、以下に示すように種々の効果を奏すものである。

■　バッテリーチャージャーに昇圧機能を持たせたので
、商用周波電源電圧の低下による）（ッテリー側えの電
源切換え時に、）ゝツテリー電圧を所定値まで昇圧させ
、これによって負荷に供給する電圧は、電源電圧の変動
に何も依存性のない良質のパワーを給電することができ
る、 ■　バッテリーチャージャーはチョツノ（−回路と昇圧
回路とを要部とするものであるから、回路構成は簡素化
され信頼性を向上できるばかりでなく非常に経済的な装
置を実現できる。

■　バッテリーチャージャーによって、３００（Ｖ）系
のバッテリーであれば均等充電電圧値は略３２０Ｍと云
うように商用電源の電圧変動を見込む必要がなく、低い
直流電圧に設定でき、これにより逆変換部の直流入力電
圧の範囲が狭くなって位相制御範囲が小さくなり、フィ
ルター回路を小型にすることかできるＣ■　商用電源の
電圧変動幅を何ら見込む必要がなく均等充電電圧値を低
（設定できるので、逆変換部のスイッチング素子は耐圧
の低いものを適用でき、さらに各スイッチング素子の動
作責務を著しく緩和することかできる、

【図面の簡単な説明】

第１図は代表的な浮動充電方式を示す無停を電源装置の
具体的な回路構成図、第２図は代表的な直流スイッチ方
式を示す無停電電源装置の具体的な回路構成図、第３図
は本発明による一実施例を示す無停電電源装置の具体的
な回路構成図、５は逆変換部、８は脈変換部、１４は直
流チョッパー回路、　１５−１９はスイッチング素子、
１７は昇圧回路、１８は直流リアクトル、２２は直流ス
イッチ回路、２６は主サイリスタ、２４は補助サイリス
タ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＋１）商用周波の交流入力電力を直流電力に順変換する
   ダイオード整流器の順変換部と、この変換部よりの直流
   電力を交流電力に逆変換する逆変換部と、順変換部の直
   流出力電圧を入力し、この直流出力電圧を適宜な値に昇
   圧する機能と、適宜な電圧値Ｋ　’ｏＮ−ｏｖｖ制御す
   る機能とを有しバッテリーを浮動充電、均叫充電する充
   電器と、商用周波電源の異常時にバッテリーの直流パワ
   ーを無瞬断で逆変換部に供給する直流スイッチ回路とで
   構成した制御する第１のスイッチング素子と、直流リア
   クトルのエネルギーを還流するダイオードと、第１のス
   イッチング素子と共同して直流リアクトルに所望のエネ
   ルギーを蓄積させる第２のスイッチング素子と、蓄積し
   たエネルギーをバッテリー備え供給する直流リアクトル
   とで構成するよ５Ｋした特許請求の範囲第１項記載の無
   停電電源装置、