JPS60162428A - 交流無停電供給装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は蓄電池により給電されるインバータを商用電源
と併用した父流無停電供給装（ｋの改良に関するもので
ある。

従来技術 給電の中断が許されない負荷へ交流電力を供給する装置
には麺々あるが、最近の商用電源の質の安定と装置消費
電力の低減化等の見地から、常時は商用′電源から負荷
へ直接給電し、停電時に蓄電池により給電されるインバ
ータから負荷へ給電する装置が採用される場合が多い。

第１図は従来のこの種の交流無停′…〕供給装血の一般
的な構成例を示したものである。同図の装置は、常時は
商用電源１からスィッチ２全通して接続端３から図示し
ない負荷へ給電している。他方、商用′電源１より（ｌ
−１，整流器４へも給電され、整流器４の直流出力が蓄
電池５を充電するとともにインバータ６を駆動し、イン
バータ６より交流′電力を発生させる。インバータ６の
出力端はスイッチ２′を介して接続端３に接続されてい
るが、常時はスイッチ２′は開かれている。

以上の状態下で商用電源１が停′屯すると、スイッチ２
を開くと同時にスイッチ２′金閉じて、負荷への給電ヲ
インバータ６により行わせる。この場合、商用電源１の
機能が正常な期間にインバータ６の出力電圧を商用電源
ｌの電圧に同期させておき、またスイッチ２，２′の切
換を高速で行うことにより、負荷への給電が中断するこ
となく行われる。この際、整流器４は動作を停止するが
、インバータ６は蓄電池５よりの給′厖で動作を続ける
。

商用電源１の機能が回ゆすると、スイッチ２′を開くと
同時にスイッチ２ケ閉じて、負荷への給電を商用電源１
．１：υの直接給′亀に戻す。そして、Ｖ流器４が動作
−ｔＳ開する。以上のようにして無停電で負荷へ交流′
畦力が供給される。

このような従来の交流無停電供給装置では、蓄電池を充
電するための整流器を必要とし、この整流器は蓄電池を
温時浮動充電するための定−電圧機能及び均等充電する
ための定電流機能を必要とする外に、インバータを駆動
する電力をも供給せねばならないため高性能・大出力の
ものを必要とする。このために装置の形状寸法及び重量
が大きくなり、また製造コストの増大や消費電力の増大
を来たすという欠点があった。

ところで、一般に二つの交流電源の出力端を相互接続し
て、各出力端よりの出力相互間に位相差又は電圧差を与
えた場合、該位相差又は電圧差によって電力の電源の出
力端より他方の電源の出力端に向って電流が流れる所謂
横流が発生する。この横流のうち、位相差による横流は
位相の進んだ１１うの電源から遅れたほうの電源へ有効
な電力を供給することになる。このことは、前述の商用
電源１とインバータ６の交流出力端を相互接続した・場
合にも当て（はまる。

第２図は、上記の原理を用いて前述の整流器の省略を図
った交流無停電供給装置の従来例の概略を示したもので
ある。この装置では、常時は商用電源１からスイッチ２
を辿して接続端３がら負荷へ給電し、他方、インバータ
６は蓄′亀池５の電力により駆動されて、ハ１用ル１諒
１の′電圧と同期する電圧を出力するようにしである。

インバータ６の出力端は、限流用リアクトル７全介して
商用電源１と接続され、才だスイッチ２′を介して接続
端３と接続されている。そこで、インバータ６の出力電
圧の位相全曲用屯ひ？、１の１４圧の位相よｐも適宜遅
らせることＫＪ：す、商用電源１からインバータ６　Ｋ
　１ｉｉＪ述の横流が流れ該横流による電力により蓄電
池５が充電される。商用電源１が停電すると、スイッチ
２を開くと同時にスイッチ２／　Ｔ、閉じて、接続端３
より負荷への給゛屯をインバータ６　ＶＣより行わせる
。

このような従来のＡ（（停屯供給装随においては、前記
の横流が曲用藏諒１とインバータ６０両出力の位相差、
電圧差に比＊ｕ　して大きくなる。従って、商用電源１
の電圧変化に対応できるように限流用リアクトル７を設
け、更にインバータ６から負荷へ給電、するときにこの
リアクトル７を短絡するためのスイッチ２′を必要とす
る。また、商用電源１とインバータ６の両出力の同期が
外れて大幅な位相差が生じたような場合には、犬＠な横
流が生ずも必要となる。このように′酸力供給用主回路
にリアクトルやスイッチ金多く設けることは、装置の運
用効率を低下させ、形状寸法及び重量も増大する。また
、前出嵯源とインバータの両出力が安定に同期゛し１い
る場合しか蓄電池を満足に充電できない等の欠点があっ
た。

発明の目的 本発明の目的は、上記の欠点を除くために、商用電源の
正声時にはインバータ回路を蓄電池光電用の望流チョッ
パとして動作させ、商用′電源の停′醒時には該インバ
ータ回路全通常のインバータとして動作させるようにイ
ンバータ回路の動作全切換制御して、充電専用の整流器
や限流用リアクトルあるいは余分のスイッチ等を不要と
し、電力供給用主回路の構成全可及的に簡単にして、ｌ
ＪＳ形軽％でしかも蓄電池の自動光電を容易に安定に行
い得るようにした交流＠停電供給装置を提供することに
ある。

発明の構成 本発明の交流無停電供給装置は、上記の目的を達成する
ために次のようＶＣ構成されている。

商用電源電力の入力端と負荷への接続端との間に接続さ
れて曲用′電源の正′小時には自動的ＶＣ閉路し停電時
には自動的に開路するスイッチと、直ｆ＋ｔｔ供給端に
蓄電池が接ししされ正弦ｖｊｔ父流小流出力船端が前記
負？Ｗｊへの賜絖端に接続された半導体開閉素子制側）
・ブリッジ形インパーク回路と、１ｉｉＪ記負荷への接
続剥１１１１１１’ｌの′ｍ圧に制御されて０１１記イ
ンパ一ク回路をインバータの動作モードで駆動する信号
全出力するインバータ制御信号発生回路と、商用′電源
電圧とｖ１ｊ記蓄′区池の電圧又は光電電流とに制御さ
れて前記インバータ回路全整流チョッパの動作モードで
駆動する信号を出力するチョッパ制御信号発生回路と、
商用電源電圧によυ制御され商用電源の正常時Ｋｉ前記
チョッパ制御信号発生回路の出力信号によシ前記インバ
ータ回路の半導体開閉素子を制御し商用電源の停′亀時
には前記インバータ制御信号発生回路の出力信号により
前記インバータ回路の半導体開閉素子全制御するように
インバータ回路の駆動信号を切換える信号切換回路とを
具備する。

実施例 次に、本発明の実施例を図面により詳細に説明する。第
６図において、第２図の装置と同一部分Ｖ（は同符号を
付してその説明を省略する。１ａは商用電力の入力端、
２は商用電源１の停電・機能回復に応じて自動的に開閉
するスイッチ、８は半導体ｊＦＪ閉素子を用いたブリッ
ジ形のインバータ回路である。このインバータ回路は、
交流供給端側に商用電源１と同一周波数の電流を通すフ
ィルタを備えて正弦波交＃Ｌを出力する形式のもので、
その直流供給端が蓄電池５に、交流供給端が負荷への接
続端３にそれぞれ接続されている。９はインバータ回路
８を通常の直流交流変換イン／（−夕として動作させる
信号全発生するインバータ制御信号発生回路で、この回
路の制御入力端はインバータ回路８の交流供給端側に接
続されている。１０はインバータ回ｘｓｉ交流直流整流
チョッパとして動作させるイム３奮発生ずるチョッパ制
御信号発生回路で、との回路の一方の制御入力一端は商
用電源ＩＫ１他力の制御入力端は蓄電池５にそれぞれ接
続されている。１１は商用電源１の電圧により制御され
、商用電源１が正常状態に、９るときはチョッパ制御信
号発生回路の出カイｈ号全インバータ回路８に加え、商
用電源１が停電したときはインバータル１」両信号発生
回路９の出力信号をインバータ回路８に加える動作をす
る信号切換回路である。

第４図はインパーク回路８の具体的な回路例金示したも
ので、スイッチングトランジスクＱ＋〜Ｑ４　とフリー
ホイール・ダイオードＤ　Ｉ”　Ｄ　４とがそれぞれ図
示のようＶこ逆並列に接続され、トランジスタＱ１のエ
ミッタがトランジスタＱ２のコレクタに接続されてブリ
ッジの第１アームが形成され、またトランジスタＱ３の
エミッタがトランジス乏Ｑ４のコレクタに接続されてブ
リッジの第２アームが形成されている。第１アームの中
間点Ａと第２アームの中間点Ｂとの間には、商用電源と
同一周波数の正弦波交流を得るフィルタの作用をするり
アクドルＬとコンデンサＣの直列接続回路が接続されて
いる。ｄは蓄電池５の正極に、ｅは負極にそれぞれ接続
される直流供給端となる端子で、端子ｄはトランジスタ
Ｑ＋　、Ｑ３の各コレクタＶＣ接続され、また端子ｅは
トランジスタＱ２．Ｑ４の各エミッタに接続されている
。ａはコイテンサＣの一端に、ｂは他端にそれぞれ接続
されて交ｖｆＴｈ供給端となる端子である。トランジス
タＱ１〜Ｑ４の各ベースは前述の信号切換回路１１に接
続される。

次に、第４図のインバータ回路の動作を第５ト）の信号
波形図を養魚して説明する。先ず、上記のインパーク回
路を、直流を交流に変換する通常のインバータとして動
作させる場合には、トランジスタＱ１〜Ｑ４のベースを
駆動する信号として、第５図に示したような波形の信号
Ｓ１〜Ｓ４を用いる。

このうちの信号Ｓ３はインパーク回路の所定の交流出力
周波数でオン・オフする信号とし、信号Ｓ４は信号８３
七オン・オフが逆の信号とする。信号Ｓ！は信号Ｓ３よ
りも高周波数でオン・オフするパルス信号とし、信号Ｓ
２は（Ｎ号Ｓ１とオン・オフが逆の信号とする。またイ
ハ号８１．Ｓ２は、インバータ回路より正弦波出力を得
やすくするために、それぞれのパルス幅が時間的に変化
するように変調されている。上記の１３号Ｓ）〜Ｓ４’
にそれぞれ図示のようにトランジスタＱ１〜Ｑ４の谷ペ
ースに個別に加えてこれらのトランジスタをオン・オフ
制御すると、第４図のＡ点とＢ点との間には第５図にＶ
ａでボしたような波形の電圧が発生する。この電圧Ｖａ
は、トランジスタＱ＋　、Ｑ４が共にオンの期間は止電
圧、トランジスタＱ２．Ｑ３が共にオンの期間は狛電圧
となり、上記以外の期間はほぼ零′駐圧となる。リアク
トルＬ及びコンデンサＣからなるフィルタは、上記の電
圧Ｖａを受けてその高調渡分をカットし、×流供船端ａ
、ｂから第５図にｖｂで示レグこようｌ正弦波′電圧が
出力される。

次に、第４図のインバータ回路を、交流を直流に変換す
る整流チョッパとして動作させる場合につき述べる。こ
の場合は交流供給端ａ＋’ｂに商用電源による正弦波電
圧ｖｂが与えられる。このとき、トランジスタＱｌｌＱ
２の各ベースには、第５図にＳ　＋’　＋　８２’で示
したような信号を個別に加え、トランジスタＱ３．Ｑ４
は無制御とする。上記の信号Ｓ＋’は電圧ｖｂの負の半
波期間において電圧ｖｂよりは筒周波数でオン・オフす
るパルス信号、信号Ｓ２’は電圧ｖｂの正の半波期間に
おいて同様にオン・オフするパルス信号である。

今、１Ｌ圧ｖｂが正の期間に信号Ｓ２’のオン信号でト
ランジスタＱ２がオンすると、端子ａ→リアクトルＬ→
トランジスタＱ２→ダイオードＤ４→端子すの径路で電
流が流れて、Ａ、Ｂ両点間の電圧Ｖ’ａはほぼ零になり
、リアクトルＬＫ電荷が蓄えられる。次に、信号８２′
のオフ信号でトランジスタＱ２がオフすると、リアクト
ルＬの蓄積電荷による′電圧と商用′電源の電圧ｖｂと
の和電圧即ち電圧ｖｂよシも昇圧された電圧による％流
が、端子ａ→リアクトルＬ→ダイオードＤｌ−＋蓄′屯
池５→ダイオードＤ４→端子すの径路で流れて蓄電池５
を充電する。信号Ｓ２’のオン・オフ信号により以上の
いわゆる昇圧チョッパの動作が繰り返されて、蓄電池５
に第５図に示したような充電電流Ｉｄが流れる。電圧ｖ
ｂが負の期間は信号Ｓ、／のオン・オフ信号でトランジ
スタＱ１がオン・オフし、トランジスタＱ１がオンのと
きは、端子ｂ→ダイオードＤ３→トランジスタＱ１→リ
アクトルＬ→端子ａの径路で６流が流れてリアクトルし
に′肛向が蓄えられ、トランジスタＱ１がオフになると
、リアクトルＬの蓄軸竜荷による′屯Ｊ上と曲用′電源
の′電圧ｖｂとの和電圧による′電流が、端子ｂ→ダイ
オードＤ３→蓄亀池５→ダイオードＤ２→リアクトルＬ
→端子ａの径路で流れて、蓄電池５に充電′電流Ｉｄが
流れる。光幅電流Ｉｄの大きさは、トランジスタＱ＋又
はＱ２のオン期間とオン期間の比、即ち信号Ｓ、／又は
８２′のオン信号期間Ｔ１とオフ信号期間Ｔ２との比を
変えることによシ制御でき、蓄電池５を一定電圧に浮動
充電したり、一定電流で均等充電することができる。本
例では、７光電電流Ｉｄは第５図に示したような間欠電
流となっているが、必要によって蓄電池５と直列に平滑
用のりアクドルを設けることにより直流電流にすること
ができる。

第４図のようなインバータ回路では、ダイオードＤ　ｌ
−Ｄ　４が交流供給端ａ　＋　ｂに加えられた交流電圧
を全波整流する作用をするが、一般にある′電圧の正弦
波交流を発生させるインバータ回路では該電圧以上の電
圧をもつ蓄電池を用いるため、交流供給端ａ＋ｂに加え
た交流電圧を単に全波整流しただけでは蓄電池を満足に
充電する出力電圧が得られない。この点、本発明では前
記のようにインバータ回路を制御して昇圧チョッパの動
作ヲハせることにより、フィルタ回路のりアクドルＬの
蓄積電荷による電圧が整流出力電圧に加算されて良好な
充電が行われる。

次に、第３図におけるインバータ制御（ｍ号発生回路９
及びチョッパ制御信号発生回路１０の内部構成例の概略
を第６図により説明する。同図において、９１は第５図
の接続端３からの電圧を受けて基準値との誤差信号を発
生する電圧検出回路、９２は茎続端３から商用電源電圧
を受けて該電圧に同期し、商用電源の停電時には自制す
る発振信号を出力する信号発振回路である。９３は上記
の誤差イｇ号及び発振信号を受けて倍周あるいはパルス
幅変調等を併用して、第５図に示した信号８１〜Ｓ４の
ごときインバータモードの駆動信号を信号切戻回路１１
へ出力する信号変換回路である。

次に、チョッパ制御（Ｍ号発生回路１０における１０１
は蓄電池５の電圧あるいは光重電流を検出して基準値と
の誤差信号全出力する検出回路、１０２は商用′Ｃα諒
の周波数よりは高周波数の三角波信号を出力する信号発
振回路である。１０３は上記の誤差信号及び三角波信号
の両レベルを比較して、誤差信号の大きさに応じパルス
幅の異なるパルス信号を出力する振幅比較回路、１０４
はこのパルス信号を商用＝ｍ電圧の正負の半波ごとに分
配出力して、第５図に示した信号ＳＩ’　＋　８２’の
ごときチョッパモードの駆動信号を信号切換回路１１へ
出力する信号分配回路である。

次に、第３図の装置の総合動作を説明する。この装置で
は、常時は商用電源１からスィッチ２全通して接続端３
から負荷へ給電される。一方、インバータ制御信号発生
回路９は商用電源′電圧に同期して、前記インバータモ
ードの駆動信号８１〜Ｓ４を発生し、チョッパ制御信号
発生回路１０は商用電源電圧と蓄電池５の電圧又は充′
目り電流とに制御されて、前記チョッパモードの駆動信
号Ｓ＋′。

Ｓ２”を発生している。他方、信号切換回路１１は画用
電源′耽圧が正常であること全検出して、チョッパ制御
信号発生回路１０の出力信号をインバータ回路８の駆動
信号として送出する。これにより、インバータ回路８は
前述のチョッパのモードで動作して、商用電源１の電力
により蓄電池５を充電する。充電の和は蓄電池５の電圧
又は充Ｘ電流をチョッパ制御信号発生回ｗＪ１０で検出
して制御される。

商用電源１が停電すると、スイッチ２が自動的にオフに
なると同時に、信号切換回路１１がインバータ回路８の
駆動信号を切換える動作をして、インバータ制御信号発
生回路９の出力信号をインバータ回路８　Ｋ加える。こ
れＫより、インバータ回路８は前述のインバータのモー
ドで動作して、蓄電池５の電力を受けて交流出力を接続
端３から負荷へ供給する。この変流出力の′紙圧は、イ
ンバータ制御信号発生回路９で検出して一定に制御され
る。

商用′電泳１の機能が回復すると、スイッチ２が自動的
にオンになって負荷への給′亀が商用電源１よシ行われ
るよう（（なると同時に、信号切換回路１１がインパー
ク回路８の駆動信号を再びチョッパ制御信号発生回路１
０の出力信号に切換える。

これにより、蓄゛喝池５の充電が（・ｆ開される。

以上のように、本装置でｔｉ蓄電池５からインバータ回
＆５８を経て接続端３に至る電力供給用主回路に、第２
図の従来装置で用いた限？Ｉｆｉ用リアクトルやスイッ
チのような充電のための余分の部品を介在させることな
く、インバータ回路８の駆動信号を切換えることによシ
蓄電池５の良好な充電が行われる。そして、商用電源１
の正常時にはインバータ制御信号発生回路９の出力信号
を商用電源周波数に同期させておき、商用電源電圧の有
無によるスイッチ２のオン・オフ及び信号切換回路１１
の切換動作を高速にすることにより、商用電源１の停電
及び様態回復の過渡期における接続端３での無電圧状態
ｆ：ｘ＜すことができ、交流電力を負荷へ無停電で供給
することができる。

なお、本発明の装置で用いるインバータ制御信号発生回
路９の出力信号は、第５図に示した波形のものに限らず
、インバータ回路８をインバータモードで動作させて該
回路から正弦波交流を良好に出力させ得るような信号で
あれは如何なる波形のものでもよい。

発明の効果 上述のように本発明の交流無停電供給装−４は、常時は
商用電源よｐ負荷へ交流電力を直送するとともに、蓄電
池を接続した正弦波交流出力のブリッジ形インバータ回
路ヲ整流チョッパの動作モードで駆動する信号により駆
動して、該インバータ回路のチョッパ動作により商用電
源より前記蓄電池を充電するようにし、商用電源の停′
亀時には前記のインバータ回路を通常のインバータの動
作モードで駆動する信号によシ駆動して該インバータ回
路からの交流出力を負荷へ供給するように前記インバー
タ回路の動作を切換制御するようにしたので、充電専用
の整ｆ７ｉｉ、器や余分のスイッチ等を用り いることなく適切な１／、奄′ｌに流により蓄′亀池の
自動充電金谷易に安疋に行い得て、負荷へ交流眠力を無
停電で供給することができる。これ（（より、比較的小
形軽量且つ安価で効率の良い交流無停電供給袋＋１を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ従来の交流無停′亀供給装
置の異なる例の概略を示すブロック図、第５図は本発明
の芙施例の概侠を示すブロック図、第４図は本発明に用
いられるインバータ回路の具体的な構成例を示す回路図
、第５図は該インバータ回路の動作説明のための信号波
形図、第６図は本発明に用いられるインバータ制御信号
発生回路ＫｇＰチョッパ制御信号発生回路の構成例の概
要を示すブロック図である。 １・・・商用電源、１ａ・・・商用電力入力端、２・・
・スイッチ、３・・・負荷への接続端、５・・・蓄電池
、８・・・インパーク回路、９・・・インバータ制御信
号発生回路、ｌＯ・・・チョッパ制御信号発生回路、１
１・・・信号切侯回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 商用′電源電力の入力端と負荷への接続端との間に接続
   されて商用電源の正常時には自動的に閉路し停電時には
   自動的に開路するスイッチと、直流供給端に蓄電池が接
   続され正弦波交流出力供給端が前記負荷への接続端に接
   続された半導体開閉素子制御・ブリッジ形インバータ回
   路と、前記負荷への接続端側の電圧に制御されて前記イ
   ンパーク回路金インバータの動作モードで駆動する信号
   を出力するインパータン１］御信号発生回路と、商用電
   源゛屯圧と前記蓄電池のｅ［Ｌ圧又は光亀也流とに制御
   されて前記インバータ回路を整流チョッパの動作モード
   で、＃Ａ動する信号を出力するチョッパ制御（ｉ号発生
   回路と、商用屯ｄ廖屯圧によりｆｔ１ｉｉ　＠ｌされ商
   用′電源の正常時には前記チョッパ制御信号りも主回路
   の出力信号によりｍｊ記インバータ回路の半導体開閉素
   子を制御し曲用電源の停電時には前記インバータ制御信
   号発生回路の出力信号により前記インバータ回路の半導
   体開閉素子を制御するようにインバータ回路の駆動信号
   を切換える信号切換回路とを具備することを特徴とする
   交流無停電供給装置。