JPWO2020105126A1 - 無停電電源装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1は、この発明の実施の形態1による無停電電源装置U1の全体構成を示すブロック図である。図1において、無停電電源装置U1は、三相4線式であって、スイッチ1、交流入力フィルタ2、コンバータ3、インバータ4、交流出力フィルタ5、直流電圧変換器(図中「DC/DC」と示す)6、制御装置10、直流ラインL1〜L3、中性点ラインL4、コンデンサC1,C2、電圧検出器31,34,35,36、電流検出器32,37、および停電検出器33を備える。
実施の形態1においてバランス制御回路66(図6)は、Ep>Enの場合には、所定時間T1だけ所定周波数fcでIGBT素子Q1,Q2をオンおよびオフさせてコンデンサC1を放電させるとともにコンデンサC2を充電する第1の動作と、所定時間T2だけIGBT素子Q2,Q3をオンさせてコンデンサ11Rを放電させる第2の動作とを交互に実行した。
図28は、この発明の実施の形態3による無停電電源装置に含まれる制御部53Bの構成を示すブロック図であって、図6と対比される図である。図28を参照して、この制御部53Bが制御部53と異なる点は、保護回路210が追加され、バランス制御回路66がバランス制御回路66Bで置換されている点である。
図29は、この発明の実施の形態4による無停電電源装置の要部を示す回路図であって、図3と対比される図である。図29を参照して、実施の形態4が実施の形態1と異なる点は、アーム3R,3S,3T,4U,4V,4Wの各々が3レベル回路215で構成されている点である。3レベル回路215は、IGBT素子Q11〜Q14およびダイオードD11〜D14を含む。
Claims (8)
- 第1〜第3の直流ラインと、
前記第1および第2の直流ライン間に接続された第1のコンデンサと、
前記第2および第3の直流ライン間に接続された第2のコンデンサと、
三相4線式の交流電源の中性点端子、前記第2の直流ライン、および三相4線式の負荷の中性点端子に接続される中性点ラインと、
前記交流電源の各相に対応して設けられ、一方端子が前記交流電源から供給される対応する相の交流電圧を受け、前記交流電源の健全時にはオンされ、前記交流電源の停電時にはオフされるスイッチと、
前記スイッチの他方端子と前記中性点ラインとの間に接続された第3のコンデンサ、および一方端子が前記スイッチの他方端子に接続されたリアクトルを含む交流入力フィルタと、
前記リアクトルの他方端子と前記第1〜第3の直流ラインとの間に接続され、交流電圧と第1〜第3の直流電圧とを相互に変換可能に構成された第1のマルチレベル回路を含み、前記交流電源の健全時に、前記交流電源からの交流電力を直流電力に変換して前記第1〜第3の直流ラインに供給するコンバータと、
直流電力供給源と前記第1〜第3の直流ラインとの間に接続され、前記直流電力供給源から供給される第4の直流電圧と前記第1〜第3の直流電圧とを相互に変換可能に構成された第2のマルチレベル回路を含み、前記交流電源の停電時に、前記直流電力供給源からの直流電力を前記第1〜第3の直流ラインに供給する直流電圧変換器と、
前記第1〜第3の直流ラインと前記負荷との間に設けられ、前記第1〜第3の直流電圧と交流電圧とを相互に変換可能に構成された第3のマルチレベル回路を含み、前記コンバータおよび前記直流電圧変換器から供給される直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給するインバータと、
それぞれ前記第1および第2のコンデンサの端子間電圧を検出する第1および第2の電圧検出器と、
前記第1および第2の電圧検出器の検出結果に基づき、前記第1および第2のコンデンサの端子間電圧の和である第1の電圧と前記第1および第2のコンデンサの端子間電圧の差である第2の電圧とを求める演算器と、
前記交流電源の健全時には、前記第1の電圧が第1の参照電圧になり、かつ前記第2の電圧がなくなるように前記コンバータを制御し、前記交流電源の停電時には、前記第2の電圧の絶対値が第1のしきい値電圧よりも小さい第1の場合は前記コンバータを停止させ、前記第2の電圧の絶対値が前記第1のしきい値電圧よりも大きい第2の場合は前記コンバータを制御して前記第2の電圧を低減させる第1の制御部と、
前記交流電源の停電時に、前記第1の電圧が前記第1の参照電圧になり、かつ前記第2の電圧がなくなるように前記直流電圧変換器を制御する第2の制御部とを備え、
前記第1のマルチレベル回路は、
前記第1の直流ラインと前記リアクトルの他方端子との間に接続された第1のスイッチング素子と、
前記リアクトルの他方端子と前記第1の直流ラインとの間に順方向に接続された第1の整流素子と、
前記リアクトルの他方端子と前記第2の直流ラインとの間に接続された交流スイッチと、
前記リアクトルの他方端子と前記第3の直流ラインとの間に接続された第2のスイッチング素子と、
前記第3の直流ラインと前記リアクトルの他方端子との間に順方向に接続された第2の整流素子とを有し、
前記第2の場合において前記第1の制御部は、
前記第1のコンデンサの端子間電圧が前記第2のコンデンサの端子間電圧よりも大きいときには、前記第1のスイッチング素子をオンおよびオフさせることにより、前記第1のコンデンサを放電させるとともに前記第2のコンデンサを充電し、
前記第2のコンデンサの端子間電圧が前記第1のコンデンサの端子間電圧よりも大きいときには、前記第2のスイッチング素子をオンおよびオフさせることにより、前記第2のコンデンサを放電させるとともに前記第1のコンデンサを充電する、無停電電源装置。 - 前記第2の場合において前記第1の制御部は、
前記第1のコンデンサの端子間電圧が前記第2のコンデンサの端子間電圧よりも大きいときには、前記第1のスイッチング素子をオンおよびオフさせる第1の動作と、前記交流スイッチをオンさせることにより前記第3のコンデンサの端子間電圧を下降させる第2の動作とを交互に実行し、
前記第2のコンデンサの端子間電圧が前記第1のコンデンサの端子間電圧よりも大きいときには、前記第2のスイッチング素子をオンおよびオフさせる第3の動作と、前記交流スイッチをオンさせることにより前記第3のコンデンサの端子間電圧を上昇させる第4の動作とを交互に実行する、請求項1に記載の無停電電源装置。 - 前記第2の場合において前記第1の制御部は、
前記第1の動作では、予め定められた第1の時間だけ予め定められた周波数で前記第1のスイッチング素子をオンおよびオフさせ、
前記第2の動作では、予め定められた第2の時間だけ前記交流スイッチをオンさせ、
前記第3の動作では、前記予め定められた第1の時間だけ前記予め定められた周波数で前記第2のスイッチング素子をオンおよびオフさせ、
前記第4の動作では、前記予め定められた第2の時間だけ前記交流スイッチをオンさせる、請求項2に記載の無停電電源装置。 - さらに、前記第3のコンデンサの端子間電圧を検出する第3の電圧検出器を備え、
前記第2の場合において前記第1の制御部は、
前記第1の動作では、予め定められた周波数で前記第1のスイッチング素子をオンおよびオフさせ、前記第3の電圧が正極性の第2のしきい値電圧を超えたことに応じて、前記第1の動作を停止して前記第2の動作を実行し、
前記第2の動作では、前記交流スイッチをオンさせ、前記第3の電圧が負極性の第3のしきい値電圧よりも低下したことに応じて、前記第2の動作を停止して前記第1の動作を実行し、
前記第3の動作では、前記予め定められた周波数で前記第2のスイッチング素子をオンおよびオフさせ、前記第3の電圧が前記第3のしきい値電圧よりも低下したことに応じて、前記第3の動作を停止して前記第4の動作を実行し、
前記第4の動作では、前記交流スイッチをオンさせ、前記第3の電圧が前記第2のしきい値電圧を超えたことに応じて、前記第4の動作を停止して前記第3の動作を実行する、請求項2に記載の無停電電源装置。 - さらに、前記リアクトルに流れる電流を検出する電流検出器を備え、
前記第2の場合において前記第1の制御部は、
前記第1〜第4の動作の実行中に前記リアクトルに流れる電流が予め定められた上限値を超えたときには前記第1のスイッチング素子、前記第2のスイッチング素子、および前記交流スイッチをオフさせて前記第1〜第4の動作を停止し、
前記リアクトルに流れる電流が予め定められた許容値よりも低下したときには前記第1〜第4の動作を再開する、請求項2に記載の無停電電源装置。 - 前記第1のマルチレベル回路は、
前記第1の直流ラインと前記リアクトルの他方端子との間に直列接続された第1および第2のトランジスタと、
前記リアクトルの他方端子と前記第3の直流ラインとの間に直列接続された第3および第4のトランジスタと、
それぞれ前記第1、第2、第3、および第4のトランジスタに逆並列に接続された第1、第2、第3、および第4のダイオードと、
アノードが前記第2の直流ラインに接続され、カソードが前記第1および第2のトランジスタの間のノードに接続された第5のトランジスタと、
アノードが前記第3および第4のトランジスタの間のノードに接続され、カソードが前記第2の直流ラインに接続された第6のトランジスタとを有し、
前記第1および第2のトランジスタは前記第1のスイッチング素子を構成し、
前記第1および第2のダイオードは前記第1の整流素子を構成し、
前記第2および第3のトランジスタと前記第2、第3、第5、および第6のダイオードとは前記交流スイッチを構成し、
前記第3および第4のトランジスタは前記第2のスイッチング素子を構成し、
前記第3および第4のダイオードは前記第2の整流素子を構成する、請求項1に記載の無停電電源装置。 - 前記第1のマルチレベル回路は、
前記第1の直流ラインと前記リアクトルの他方端子との間に接続された第1のトランジスタと、
それらの第1の電極が互いに接続され、それらの第2の電極がそれぞれ前記リアクトルの他方端子および前記第2の直流ラインに接続された第2および第3のトランジスタと、
前記リアクトルの他方端子と前記第3の直流ラインとの間に接続された第4のトランジスタと、
それぞれ前記第1、第2、第3、および第4のトランジスタに逆並列に接続された第1、第2、第3、および第4のダイオードとを有し、
前記第1および第4のトランジスタはそれぞれ前記第1および第2のスイッチング素子を構成し、
前記第1および第4のダイオードはそれぞれ前記第1および第2の整流素子を構成し、
前記第2および第3のトランジスタと前記第2および第3のダイオードとは前記交流スイッチを構成する、請求項1に記載の無停電電源装置。 - 前記直流電力供給源は、直流電力を貯蔵する電力貯蔵装置であり、
前記第2のマルチレベル回路は、前記電力貯蔵装置から供給される第4の直流電圧と前記第1〜第3の直流電圧とを相互に変換可能に構成されており、
前記直流電圧変換器は、前記交流電源の健全時には、前記コンバータによって生成された直流電力を前記電力貯蔵装置に蓄え、前記交流電源の停電時には、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記第1〜第3の直流ラインに供給し、
さらに、電力貯蔵装置の端子間電圧を検出する第3の電圧検出器と、
前記交流電源の健全時に、前記第3の電圧検出器の検出値が第2の参照電圧になるように前記直流電圧変換器を制御する第3の制御部とを備える、請求項1に記載の無停電電源装置。
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