KR100698231B1 - 무정전 전원장치 - Google Patents

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KR100698231B1
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Abstract

순변환장치와 순역변환장치를 병렬운전하는 시간을 필요최소한으로 억제하여, 신뢰성의 저하를 최소로 한 무정전 전원장치를 제공한다.
순변환장치(2)는 교류전원(1)으로부터의 출력을 직류로 변환한다. 역변환장치(3)는 직류를 교류로 변환한다. 순역변환장치(4)는 순·역변환동작을 한다. 순변환장치(2)의 출력과 순역변환장치(4)로부터의 교류전력은 전환기(5)를 통해 부하 (6)에 공급된다. 축전지(7)의 충전전류를 검출하는 전류검출기(10)의 검출신호에 따라 움직여서 개폐기(S1, S2)의 개폐를 제어한다. 제어장치(8)는, 축전지(7)의 나머지 용량이 많을 때에는, 순변환장치(2)와 순역변환장치(4)를 병렬운전하고, 축전지(7)의 나머지 용량이 적을 때에는, 순변환장치(2) 또는 순역변환장치(4) 중 어느 한쪽에서 축전지를 충전한다. 병렬운전 시의 충전전류를 되도록 크게 함으로써, 병렬운전하는 시간을 필요최소한으로 억제한다.

Description

무정전 전원장치{POWER FAILURE-FREE POWER SUPPLY APPARATUS}
도 1은, 본 발명의 제1실시예에 있어서의 무정전 전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 제1실시예에 있어서의 무정전 전원장치에 적용되는 제한장치의 일실시예를 나타내는 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 제2실시예에 있어서의 무정전 전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 4는, 본 발명의 제3실시예에 있어서의 무정전 전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는, 종래예에 있어서의 무정전 전원장치의 구성을 나타내는 도면이다.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)
1 : 교류전원 2 : 순변환장치
3 : 역변환장치 4 : 순역변환장치
5 : 전환기 6 : 부하
7 : 축전지 8 : 제어장치
9 : 제어장치 10 : 전류검출기
11 : 전류검출기 81 : 전압검출수단
82 : 전압제어수단 83 : 구동신호발생수단
84 : 수하(垂下)제어수단 85 : 제한치 설정수단
S1 : 제1의 개폐기 S2 : 제2의 개폐기
SA1, 2, SB1, 2, SC1, 2 : 선택스위치
본 발명은, 무정전 전원장치에 관한 것이고, 상세하게는 신뢰성 향상을 도모한 무정전 전원장치에 관한 것이다.
일상의 사회생활에 있어서 컴퓨터와의 관계가 더욱 더 증가하고 있다. 컴퓨터가 중요한 시스템으로 사용될수록, 순간적인 운전정지도 허용되지 않는 경우가 많아진다. 또 예고 없는 정전이 있으면 소프트웨어에 손상이 발생하는 경우도 있다. 이런 점에서 컴퓨터에는 상용전원의 정전의 영향을 없애기 위하여, 일반적으로 무정전 전원장치를 설치하여, 무정전에서 급전하는 방법이 취해진다. 무정전 전원장치에는, 그 사명으로부터 신뢰성이 높은 것이 요구된다.
도 5는, 종래의 무정전 전원장치의 일례의 구성을 블록도로 나타내고 있다. 도 5에 나타내는 구성을 보유하는 무정전 전원장치는, 일본 특허 공개 평9-285135의 도 1에 표시되어 있다. 도 5에 있어서, 1은 교류전원을 표시하며, 교류전원(1)으로서는 일반적으로는 상용전원이 사용된다. 2는 순변환장치, 3은 역변환장치, 4는 순역변환장치, 6은 부하, 7은 축전지를 각각 나타내고 있다. 순변환장치(2)는 교류전원(1)에 접속되며, 역변환장치(3)는 선택스위치(SB1, SC1)를 통해 부하(6)에 접속되어 있다. 순역변환장치(4)는 선택스위치(AS1)를 통해 교류전원(1)에 접속되고, 또 선택스위치(SA2, SB2, SC1)를 통해 부하(6)에 접속되어 있다. 또, 교류전원(1)은 선택스위치(SC2)를 통해 부하(6)에 접속되어 있다. 각 변환장치(2, 3, 4)의 직류측은 축전지(7)에 접속되어 있다.
이 종래의 무정전 전원장치는, 기본적으로는, 평상시 운전모드, 정전시 운전모드, 역변환장치 고장시 운전모드 및 순변환장치 고장시 운전모드에 따라서 운전된다.
평상시 운전모드란, 순변환장치(2), 역변환장치(3)가 가동상태에 있는 운전모드이다. 이때 선택스위치(SB1, SC1, SA2)가 각각 닫혀지며, 선택스위치(SA1, SB2, SC2)는 각각 열려져 있다. 순변환장치(2)는 교류전원(1)의 교류전력을 직류전력으로 변환하여 역변환장치(3)에 급전함과 아울러 축전지(7)를 충전한다. 역변환장치(3)는 교류전력을 부하(6)에 급전하고 있다. 순역변환장치(4)는 역변환장치(3)의 고장에 대비하여 역변환모드를 대기운전하고 있다.
정전시 운전모드란, 교류전원(1)이 정전되어 있고, 축전지(7)로부터의 방전전력으로 부하에 급전하는 운전모드이다. 교류전원(1)이 정전되면, 순변환장치(2)는 운전을 정지하고, 역변환장치(3)는 축전지(7)의 방전에 의한 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하(6)에 급전한다. 이때 순역변환장치(4)는, 축전지(7)의 방전에 의한 직류전력을 교류전력으로 변환할 수 있는 상태의 대기운전을 하고 있다.
역변환장치 고장시 운전모드란, 부하(6)에 급전하고 있는 역변환장치(3)가 고장났을 때의 운전모드이다. 역변환장치(3)가 고장나면 선택스위치(SB1)를 열고 선택스위치(SB2)를 닫고, 그때까지 대기운전하고 있던 순역변환장치(4)로부터 부하(6)에 교류전력을 급전시킨다. 역변환장치(3)의 수리 또는 교환을 한 후는, 선택스위치(SB2)를 열고 선택스위치(SB1)를 닫으면 평상시 운전모드로 복귀한다.
순변환장치 고장시 운전모드란, 순변환장치(2)가 고장났을 때의 운전모드이다. 순변환장치(2)가 고장나면, 역변환장치(3)는 축전지(7)로부터의 직류전력을 변환하여 부하(6)에 급전한다. 그리고 선택스위치(SA2)를 열고 지금까지 직류전력을 교류전력으로 역변환하는 역변환장치로서 대기운전시키고 있던 순역변환장치(4)를, 교류전력을 직류전력으로 순변환하는 순변환장치로서 가동시켜서, 스위치(AS1)를 닫게 한다. 이것에 의하여, 교류전원(1)으로부터 순역변환장치(4)를 통하여 축전지(7)를 충전함과 아울러, 역변환장치(3)에 직류전력을 급전한다. 그리고, 고장난 순변환장치(3)를 수리점검 후에 재운전시켰을 때에는 선택스위치(SA1)를 개방하고, 순역변환장치(4)에 역변환동작을 시켜 선택스위치(SA2)를 투입한다. 이것으로 평상시 운전상태로 복귀한다.
복수의 고장발생시 운전모드란, 변환장치(2, 3, 4) 중에서 두 대가 고장났을 때의 운전모드이다. 선택스위치(SC1)를 열고, 선택스위치(SC2)를 닫아서 교류전원( 1)으로부터 직접 부하(6)에 교류전력을 급전한다. 고장난 변환장치를 복구시킨 후, 평상시 운전모드로 복귀한다.
대용량 축전지의 충전모드란, 교류전원(1)의 장시간의 정전의 경우에도 부하를 가동시키는데 축전지(7)의 축전용량을 크게 한 경우에, 축전지를 충전하기 위한 운전모드이다. 축전지(7)가 크면 충전에 필요한 전력량이 커지므로, 역변환장치(3)의 용량에 따라서 용량을 결정한 순변환장치(2)만을 사용하여 축전지를 충전하기에는 시간이 걸린다. 그래서, 축전지(7)를 충전할 때에는, 순역변환장치(4)를 순변환장치로 바꾸고, 순역변환장치(4)와 순변환장치(2)를 병렬운전시켜서 충전을 위한 전력량을 2배로 하여 축전지(7)를 충전한다.
삭제
그런데, 종래의 무정전 전원장치에서는, 하기의 문제가 발생한다.
① 대용량의 축전지를 사용하는 경우에, 순역변환장치로 순변환동작을 시켜서 순변환장치와 순역변환장치를 병렬운전하고, 축전지로의 충전전류를 증가시킬 수 있다. 이 병렬운전 중에는, 순역변환장치를 역변환장치의 예비로서 사용할 수 없으므로, 신뢰성이 평상시 운전 중(순역변환장치를 역변환 동작시켜 대기운전하는 상태)보다도 저하된다. 그 때문에 병렬운전 시에는, 충전전류를 되도록 크게하여 축전지를 신속하게 충전하는 것이 요망된다. 그런데, 종래는, 병렬운전 시에 충전전류를 되도록 크게 하는 것에 관해서는, 충분한 검토가 이루어지지 않았다.
삭제
본 발명은, 이와 같은 점에 감안하여 이루어진 것이고, 순변환장치와 순역변환장치를 병렬운전하는 시간을 필요최소한으로 억제하여, 신뢰성의 저하를 최소로 한 무정전 전원장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 순변환장치 및 순역변환장치를 병렬운전할 때의 충전전류를 될 수 있는 한 크게 하여 축전지를 신속하게 충전하고, 게다가 순변환장치 또는 순역변환장치를 단독으로 운전하여 축전지를 충전할 때에는, 과대한 충전전류로부터 각 변환장치를 보호할 수 있는 무정전 전원장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 무정전 전원장치는, 교류단자와 직류단자를 구비하여 교류전력을 직류전력으로 변환하는 순변환장치(2)와, 교류단자와 직류단자를 구비하여 직류전력을 교류전력으로 변환하는 역변환장치(3)와, 교류단자와 직류단자를 구비하고 또한 선택되면 교류전력을 직류전력으로 변환하는 순변환 및 직류전력을 교류전력으로 변환하는 역변환 중 어느 동작도 하는 순역변환장치(4)와, 순변환장치(2)의 직류단자, 역변환장치(3)의 직류단자 및 순역변환장치(4)의 직류단자의 공통접속점에 직류단자의 한쪽 끝이 접속된 축전지와, 공통 접속점과 축전지 사이에 배치되어서 축전지의 충전전류를 검출하는 전류검출기(10)와, 적어도 순변환장치 및 순역변환장치의 운전을 제어하는 제어장치를 구비한다. 본원 명세서에 있어서, 교류단자 및 직류단자란, 실제의 단자일 필요는 없고, 단순한 배선이라도 좋다. 본 발명에서 사용되는 제어장치는, 전류검출기의 출력에 따라서 충전전류가 상한설정치를 초과하지 않도록 하여, 축전지의 나머지 용량이 적을 때에는, 순변환장치 및 순역변환장치에 의하여 축전지를 충전하고, 축전지의 나머지 용량이 많을 때에는, 순변환장치 또는 순역변환장치에 의해서만 축전지를 충전하도록, 순변환장치 및 순역변환장치의 운전을 제어한다. 또한 축전지의 나머지 용량은, 예를 들면 축전지의 충전량의 적산치(積算値)와 방전량의 적산치를 측정하고, 그 차로부터 구하여도 좋지만, 그 외의 공지된 방법을 사용하여 나머지 용량을 구하여도 좋다. 본 발명에 있어서, 나머지 용량의 측정방법은, 임의로 한다.
본 발명에 의하면, 충전전류가 상한설정치를 초과하지 않도록 하여 순변환장치 및 순역변환장치의 병렬운전을 실시하기 때문에, 충전전류를 가능한 범위에서 크게 할 수 있어서, 순변환장치 및 순역변환장치의 병렬운전에 의하여 축전지를 신속하게 충전할 수 있고, 병렬운전에서 순변환장치 또는 순역변환장치의 단독운전으로 변환할 때까지의 시간을 단축할 수 있다.
본 발명을 실시하는 경우에는, 순변환장치 및 순역변환장치에 의하여 축전지를 충전할 때의 상한설정치를, 순변환장치 및 순역변환장치 각각의 용량을 합친 합계용량을 기준으로 하여 결정하고, 순변환장치 또는 순역변환장치에 의해서만 축전지를 충전할 때의 상한설정치를, 순변환장치 및 순역변환장치 중에서 용량이 적은 쪽의 변환장치의 용량을 기준으로 하여 결정하는 것이 바람직하다. 즉 병렬운전시와 단독운전시에, 허용할 수 있는 상한설정치를 변경하는 것이 바람직하다. 상술한 바와 같이 충전전류의 상한설정치를 설정하면, 순변환장치 및 순역변환장치를 병렬운전할 때에, 가능한 범위에 있어서 큰 충전전류로 축전지를 충전할 수 있다. 그 때문에 병렬운전에 의하여 축전지를 신속하게 충전할 수 있고, 병렬운전에서 단독운전으로 이행할 때까지의 시간을 단축할 수 있다. 이와 같이 충전전류를 크게 하였다고 하여도, 병렬운전에서 단독운전으로 이행한 경우에 사용하는 상한설정치를, 순변환장치 및 순역변환장치 중에서 용량이 적은 쪽의 변환장치의 용량을 기준으로 하여 결정하고 있으므로, 단독운전에 있어서 순변환장치 또는 순역변환장치를 구성하는 반도체 스위칭 소자가 파손될 우려가 없다. 따라서 병렬운전 시의 충전전류를 크게 하였다 해도, 신뢰성이 저하되는 일은 없다.
아래에서, 본 발명의 일실시예를 도면에 의거하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제1실시예에 있어서의 무정전 전원장치의 구성을 나타내는 도면이다. 또한 도 1에 있어서는, 복수개의 배선부분도 편의상 1개의 선으로 표시되어 있다. 부호 1은 교류전원을 표시하며, 일반적으로는 상용전원이 사용된다. 순변환장치(2)가 제1의 개폐기(S1)를 통해 교류전원(1)에 접속되어 있다. 제1의 개폐기(S1)는 예를 들면 교류전원이 3상(相)이면, 세 개의 스위치로 구성된다. 순변환장치(2)는, 복수의 교류단자와 양극과 음극의 두 개의 직류단자를 보유하고 있다. 그리고, 순변환장치(2)는, 복수의 트랜지스터 등의 반도체 스위칭 소자가 브리지접속된 브리지회로를 포함하고, 교류전력을 직류전력으로 변환하는 공지된 교류-직류변환 컨버터이다. 또 역변환장치(3)도, 복수의 교류단자와 양극과 음극의 2개의 직류단자를 보유하고 있다. 역변환장치(3)는, 복수의 트랜지스터 등의 반도체 스위칭 소자가 브리지접속된 브리지회로를 포함하고, 직류전력을 교류전력으로 변환하는 공지된 직류-교류변환 인버터이다. 또한 순변환장치(2) 및 역변환장치(3)의 일례는, 상술한 일본 특허 공개 평9-285135호 공보의 도 5에 표시되어 있다.
또 순역변환장치(4)도 복수의 교류단자와 양극 및 음극의 두 개의 직류단자를 보유하고 있으며, 교류전력을 직류전력으로 변환하는 순변환과 직류전력을 교류전력으로 변환하는 역변환을 선택적으로 실시할 수 있도록 구성되어 있다. 순역변환장치(4)의 교류단자는, 제2의 개폐기(S2)를 통해 교류전원(1)에 접속되어 있다. 제2의 개폐기(S2)는 예를 들면 교류전원이 3상이라면, 세 개의 스위치로 구성된다. 제1의 개폐기(S1)는 예를 들면 교류전원이 3상이라면, 세 개의 스위치로 구성된다. 또 순역변환장치(4)의 교류단자는 전환기(5)를 통해 부하(6)에 접속된다. 이 순역변환장치(4)의 일례는, 상술한 일본 특허 공개 평9-285135호 공보의 도 2에 표시되어 있다.
순변환장치(2)의 양극직류단자, 역변환장치(3)의 양극직류단자 및 순역변환장치(4)의 양극직류단자는 공통 접속되어 있다. 이들 양극직류단자의 공통접속점에는, 축전지(7)의 양극단자가 접속되어 있고, 공통접속점과 축전지(7)의 양극단자를 접속하는 접속선에는, 이 접속선을 흐르는 직류전류(충전전류, 방전전류)를 측정하는 전류검출기(10)가 배치되어 있다.
또, 본 실시예의 제어장치(8)는, 전류검출기(10)의 출력에 따라서 축전지(7)의 충전전류가 상한설정치를 초과하지 않도록 하여, 축전지(7)의 나머지 용량이 적을 때에는, 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4)에 의하여 축전지(7)를 충전하고, 축전지(7)의 나머지 용량이 많을 때에는, 순변환장치(2) 또는 순역변환장치(4)에 의해서만 축전지(7)를 충전하도록, 제1 및 제2의 전환기(S1 및 S2)의 전환과, 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4)의 운전을 제어한다. 제어장치(8)의 보다 구체적인 기능에 대하여 설명하면, 제어장치(8)는, 축전지(7)의 나머지 용량(Qr)이 제1의 기준용량(Q1)보다 적을 때에는, 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4) 각각의 용량을 합한 합계용량을 기준으로 하여 결정된 제1의 상한설정치(C1)를 충전전류가 초과하지않도록 하여, 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4) 양쪽을 이용해서 축전지(7)을 충전한다. 또한 제어장치(8)은, 축전지(7)의 나머지 용량(Qr)이 제1의 기준용량(Q1)보다 큰 제2의 기준용량(Q2)보다 클 때에는, 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4) 중에서 용량이 적은 쪽의 변환장치의 용량을 기준으로 하여 결정된 제2의 상한설정치(C2)를 충전전류가 초과하지 않도록 하여, 순변환장치(2) 또는 순역변환장치(4) 중 한쪽에 의해서만 축전지(7)를 충전한다. 순변환장치(2)가 정상이면, 보통은 순변환장치(2)에 의하여 축전지의 부동(浮動)충전이 실시된다. 만약 순변환장치(2)가 고장난 경우에는 순변환장치(2)가 수리 또는 교환될 때까지, 순역변환장치(4)를 사용하여 축전지(7)의 충전이 실시된다.
또한 실제상 제어장치(8)는, 역변환장치(3) 및 전환기(5)를 제어하는 기능도 겸비하고 있지만, 본 발명의 요지와는 관계가 없으므로, 이들의 장치와의 접속관계는 생략되어 있다.
본 발명의 요지와 관련하는 제어장치(8)의 구성의 일례는, 도 2에 표시한 대로이다. 제어장치(8)는, 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4)를 제어하기 위한 변환장치제어수단(80)을 포함하고 있다. 이 변환장치제어수단(80)은, 전압검출수단(81)과, 전압제어수단(82)과, 구동신호발생수단(83)과, 수하제어수단(84) 및 제한치설정수단(85)을 구비한 설정전압결정수단(86)과, 나머지 용량판정수단(87)과, 개폐기 전환지령발생수단(88)을 구비하고 있다. 또한 이들 수단 외에, 실제의 제어장치( 8)는, 무정전 전원장치의 보통의 무정전 급전기능 및 순변환장치(2) 및 역변환장치 (3)가 고장났을 때에 순역변환장치(4)를 이들 장치의 대체품으로써 동작시키는 기능을 실행하기 위하여 필요한 제어신호를 발생하기 위한 수단을 구비하고 있다.
전압검출수단(81)은, 축전지(7)의 전지전압을 검출한다. 전압제어수단(82)은, 전압검출수단(81)의 출력 및 설정전압결정수단(86)의 출력을 입력으로 하여, 축전지(7)의 전지전압을 내부에 설정되는 설정전압에 근접시키기 위한 제어신호(CS)를 구동신호발생수단(83)에 출력한다. 구동신호발생수단(83)은, 제어신호(CS)를 받아서 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4)를 구성하는 복수의 반도체 스위치를 구동하기 위한 구동신호를 출력한다.
나머지 용량판정수단(87)의 구체적인 동작 및 기능은 다음과 같다. 우선 전류검출기(10)로 검출된 충전전류 및 방전전류와 전압검출수단(81)에 의하여 검출된 전지전압에 의거하여 충전전력량과 방전전력량을 연산한다. 그리고 이들의 연산결과를 적산하여 적산충전전력량과 적산방전전력량을 산출하고, 적산충전전력량에서 적산방전전력량을 공제한 값을 나머지 용량으로 한다. 또한 이 연산에는, 주위의 온도변화, 축전지의 열화를 고려한다. 이와 같이 하여 산출된 나머지 용량을, 나머지 용량판정수단(87)에서는, 제1 및 제2의 기준용량 Q1 및 Q2(Q1＞Q2)와 비교한다. 제1의 기준용량(Q1)은, 축전지(7)를 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4)를 병렬운전하여 충전할 필요가 있는지의 여부를 판정하기 위한 기준이고, 제2의 기준용량 (Q2)은 순변환장치(2) 또는 순역변환장치(4)의 한 쪽만으로 축전지(7)를 충전하는지의 여부를 판정하기 위한 기준이다. 나머지 용량판정수단(87)은, 축전지(7)의 나머지 용량이, 제1의 기준용량(Q1)보다 적어져 있고, 교류전원(1)으로부터 교류전력이 공급되고 있는 상태에 있을 때에는, 제한치설정수단(85)에 상한설정치의 변경을 지령하고, 또 개폐기 전환지령발생수단(88)에 개폐기의 전환의 필요성을 지령한다. 제한치설정수단(85)은, 이 지령을 받아서 후술하는 제1의 상한설정치를 수하제어수단(84)에 출력한다. 또 개폐기 전환지령발생수단(88)은, 이 지령을 받아서 개폐기(S1 및 S2)를 닫힌 상태로 하는 전환지령을 출력한다. 축전지(7)의 나머지 용량이, 제2의 기준용량(Q2)보다 큰 것 또는 커진 것을 판정하면, 제한치설정수단(85)에 상한설정치의 변경을 지령하고, 또 개폐기 전환지령발생수단(88)에 개폐기(S2)의 전환의 필요성을 지령한다. 제한치설정수단(85)은, 이 지령을 받아서 후술하는 제2의 상한설정치를 수하제어수단(84)에 출력한다. 또 개폐기 전환지령발생수단(88)은, 이 지령을 받아서, 개폐기(S2)를 열린 상태로 하여 개폐기(S1)를 열린 상태로 유지하는 전환지령을 출력한다. 또한 개폐기 전환지령발생수단(88)은, 순변환장치(2)에 고장이 발생하면, 개폐기(S2)를 닫고 개폐기(S1)를 여는 지령을 출력한다.
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설정전압결정수단(86)은, 나머지 용량판정수단(87)으로부터의 판정결과를 받아서 다음과 같이 동작한다. 제한치설정수단(85)은, 단독운전 시에는 변환장치 한 대분의 변환전력이 과잉되지 않는 상한설정치를 설정하고, 병렬운전 시에는 축전지(7)에 따라서 변환장치 두 대분의 변환전력이 과잉되지 않는 범위에서 상한설정치를 설정한다. 구체적으로는 우선 축전지(7)의 나머지 용량이 제1의 기준용량(Q1)보다 적은 것이 판정되면, 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4)를 병렬운전시키기 위하여, 설정전압결정수단(86)은, 전류검출기(10)로 검출하는 충전전류가 제1의 상한설정치 (CR1)를 초과하지 않도록 하기 위한 설정전압을 변경하기 위한 설정전압변경지령(Vr)을 전압제어수단(82)에 출력한다. 제한치설정수단(85)이 설정하는 제1의 상한설정치(CR1)는, 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4) 각각의 용량을 합친 합계용량을 기준으로 하여 결정된다. 구체적으로는, 이 합계용량에 의거하여 축전지(7)에 흐르게 할 수 있는 충전전류가 축전지(7)의 성능으로 허용할 수 있는 최대충전전류보다 작은 경우에는, 합계용량에 의거하여 축전지(7)에 흐르게 할 수 있는 충전전류의 값을 제1의 상한설정치(CR1)로 한다. 반대의 경우에는, 상술한 최대충전전류를 제1의 상한설정치(CR1)로 한다. 수하제어수단(84)은, 제1의 상한설정치(CR1)와 전류검출기(10)에서 검출된 충전전류치의 차를 산출하고, 충전전류가 제1의 상한설정치(CR1)에 근접하도록 하기 위한 설정전압을 설정하는 설정전압지령(Vr)을 전압제어수단(82)에 출력한다. 이와 같이 하여 설정되는 설정전압은, 전류검출기(10)로 검출된 충전전류치의 변화에 따라서 변화한다. 수하제어수단(84)은, 충전초기에 있어서는 충전전류를 크게 하기 위하여 설정전압을 크게 하지만, 충전전류의 감소와 함께 설정전압을 서서히 저하시킨다(수하시킨다). 전압제어수단(82)에서는, 전지전압이 설정전압으로 되도록 하는 정전압제어를 실시하는 제어신호(CS)를 구동신호발생수단(83)에 출력한다.
나머지 용량판정치수단(87)이, 축전지(7)의 나머지 용량이 제2의 기준용량(Q 2)보다 많은 것 또는 많아진 것을 판정하면, 제한치설정수단(85)은 설정치를 제1의 상한설정치(CR1)에서 제2의 상한설정치(CR2)로 변경하는 지령을 수하제어수단(84)에 출력한다. 제2의 상한설정치(CR2)는, 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4) 중에서 용량이 적은 쪽의 변환장치의 용량을 기준으로 하여 결정된다. 즉 순변환장치 (2) 및 순역변환장치(4) 중에서 용량이 적은 쪽의 변환장치에서 공급할 수 있는 최대의 충전전류 이하의 소정치로 제2의 상한설정치를 설정한다. 제2의 상한설정치는, 소위 부동충전을 실시할 때의 설정치이다. 수하제어수단(84)에서는, 전류검출기(10)로 검출하는 충전전류가, 이 제2의 상한설정치를 초과하지 않도록 하기 위하여 필요한 설정전압을 지정하는 설정전압지령(Vr)을 출력한다. 또한 이때의 설정전압은, 충전전류가 제2의 상한설정치 이하이면 고정치로 하여도 좋다.
이와 같이 함으로써, 변환전력이 과잉되는 것을 방지하여, 변환장치(2 및 4)를 구성하는 반도체 스위치를 보호한다.
다음에 도 1의 실시형태의 운전에 대하여 설명한다.
＜평상시 운전모드＞ 축전지(7)가 충분히 충전되어 있고, 순변환장치(2), 역변환장치(3)가 가동상태에 있는 운전모드이다. 개폐기(S1)가 폐쇄되고, 순변환장치(2)는 교류전원(1)의 교류전력을 직류전력으로 변환하여 역변환장치(3)에 공급함과 아울러 축전지(7)를 충전한다. 역변환장치(3)는 직류전력을 교류전력으로 변환하고, 전환기(5)가 역변환장치(3)의 출력을 선택하여 부하에 급전하고 있다. 순역변환장치(4)는 역변환장치(3)의 고장에 대비하여 역변환동작으로 대기운전하고 있다.
＜정전시 운전모드＞ 교류전원(1)이 정전되어 축전지(7)의 방전전력에 의하여 급전하는 운전모드이다. 교류전원(1)이 정전되면 순변환장치(2)는 정지되고, 역변환장치(3)는 축전지(7)의 방전에 의한 직류전력을 교류전력으로 변환하여 부하(6)에 급전한다. 순역변환장치(4)는 대기운전하고 있다.
＜역변환장치 고장시 운전모드＞ 부하(6)에 급전하고 있는 역변환장치(3)가 고장났을 때의 운전모드이다. 역변환장치(3)가 고장나면 전환기(5)에 의하여 순역변환장치(4)의 출력을 선택하고, 지금까지 대기운전하고 있던 순역변환장치(4)로부터 부하(6)에 급전시킨다. 역변환장치(3)를 수리복구시켜, 전환기(5)에 의하여 역변환장치의 출력을 선택함으로써 평상시 운전모드로 복귀한다.
＜순변환장치 고장시 운전모드＞ 교류전원(1)으로부터 수전(受電)하고 있는 순변환장치(2)가 고장났을 때의 운전모드이다. 고장나면 역변환장치(3)는 축전지(7)의 전력을 변환하여 부하(6)에 급전한다. 순역변환장치(4)는 지금까지의 역변환동작에서의 대기운전에서 순변환동작으로 전환된다. 개폐기(S1)가 개방되어서 개폐기(S2)가 폐쇄되고, 순역변환장치(4)는 순변환장치의 대체로서 가동한다. 이것에 의하여 교류전원(1)으로부터의 교류전력은 순역변환장치(4)에서 직류로 변환되고, 축전지(7)를 충전함과 아울러, 역변환장치(3)에 직류전력을 공급한다. 고장난 순변환장치(2)를 수리복구시켜, 개폐기(S2)를 개방함과 아울러 개폐기(S1)를 폐쇄하고, 순역변환장치(4)를 역변환 동작시킴으로써 평상시 운전모드로 복귀한다.
＜대용량축전지의 충전모드＞ 교류전원(1)의 정전이 장시간에 이르는 경우에, 부하(6)를 가동시키기 위해서는, 축전지(7)의 축전용량을 크게한다. 축전지( 7)가 크면 충전하는 전력량이 크므로, 역변환장치(3)의 용량에 대응하여 용량을 결정한 순변환장치(2)만을 사용하여 축전지(7)를 충전한 것으로는, 충전시간이 매우 길어진다. 그래서 축전지(7)의 방전상태가 매우 진척되어 있는 경우에는, 축전지(7)를 짧은 시간에 충전하기 위하여, 순역변환장치(4)를 순변환동작시켜, 개폐기(S2)를 폐쇄하여 순변환장치(2)와 병렬운전시킨다. 전류검출기(10)에 의하여 축전지(7)로의 충전전류를 검출하고, 축전지(7)의 충전이 진행하여 순변환장치(2)의 용량만으로 공급가능한 충전전류이하로 된 시점(또는 축전지(7)의 충전상태, 즉 나머지 용량이 제2의 기준용량(Q2) 이상으로 된 시점에서), 개폐기(S2)를 개방하고, 순역변환장치(4)를 역변환동작시켜서 평상시 운전모드로 복귀한다.
본 발명의 제1의 실시예에서는, 평상시 운전모드에서는 순변환장치(2)가 축전지(7)에 충전을 실시한다. 또, 순변환장치 고장시 운전모드에서는, 순변환장치( 2)의 고장에 대하여 순역변환장치(4)가 대체운전을 실시하고, 축전지(7)로의 충전을 실시한다. 게다가 대용량축전지의 충전모드에서는, 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4)가 병렬운전을 실시하고 축전지(7)로의 충전을 실시한다. 순변환장치(2) 또는 순역변환장치(4)가 단독으로 운전하는 경우(평상시 운전모드와 순변환장치의 고장시의 모드)와 병렬운전하는 경우(대용량 축전지의 충전모드)에서는, 변환장치가 변환가능한 순변환전력 및 충전전류가 크게 달라지는 것에 대응하고, 단독운전 시와 병렬운전 시를 판단하여 제한치설정(85)의 설정치를 변화시키는 기능을 부가하고 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 있어서의 무정전 전원장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 제2실시예는, 제2의 전류검출기(10)를 설치한 점과, 제어장치(18)가 순변환장치(2) 및 순역변환장치(4)를 각각 별개로 제어하기 위한 제1 및 제2의 변환장치제어수단(80A 및 80B)을 포함하고 있는 점과, 제1 및 제2의 변환장치제어수단(80A 및 80B)이, 제1 및 제2의 개폐기(S1 및 S2)를 별개로 제어하도록 구성되어 있는 점에서 제1의 실시예와 상이한다. 제1 및 제2의 변환장치제어수단(80A 및 80B)의 기본구성은, 도 2에 표시된 변환장치제어수단(80)의 구성과 실질적으로 동일하다. 이 경우에, 예를 들면 제2의 변환장치제어수단(80B)이, 충전동작을 하는 지의 여부를 결정하도록 하여 두면, 병렬운전과 단독운전을 자동으로 실시할 수 있다.
도 4는, 본 발명의 제3의 실시예의 구성을 나타내는 블록도이고, 이 실시예에서는 한 개의 전류검출기(10)를 사용하여, 제1 및 제2의 변환장치제어수단(80'A 및 80'B)에 검출된 충전전류의 정보를 주고 있다. 그리고 이 실시예에서는, 제1 및 제2의 변환장치제어수단(80'A 및 80'B)에는 별개로 개폐기 전환지령발생수단을 설치하지 않고, 공통된 개폐기 전환지령발생수단(88')을 설치하고 있는 점에서 도 3의 제2실시예와 다르다.
제2 및 제3의 실시예의 동작은, 기본적인 점에서 제1의 실시예와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
본 발명에 의하면, 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
① 대용량축전지의 충전모드에 있어서, 순변환장치와 순역변환장치의 병렬운전상태에서 종래보다 큰 충전전류를 흐르게 할 수 있으므로, 병렬운전에서 축전지를 충전하는 기간을 종래보다 짧게 할 수 있다. 그 때문에 종래보다 빠르게, 순역변환장치를 역변환장치의 예비로서 대기운전하는 평상시 운전모드로 복귀시킬 수 있고, 신뢰성을 저하시키는 요인이었던 병렬운전하는 시간을 필요최소한으로 줄일 수 있다. 따라서 신뢰성의 저하를 최소한으로 줄일 수 있다.
② 제어장치를 제1 및 제2의 변환장치제어수단에 의하여 구성하고, 순변환장치와 순역변환장치의 제어를 분리·독립화하면, 더나은 신뢰성의 향상을 기대할 수 있다. 제어장치에 공통부분이 있으면, 그 공통부분이 고장난 경우에 각 변환장치의 제어가 정상으로 실시되지 않게 될 가능성이 있기 때문이다.
③ 순변환장치 및 순역변환장치를 병렬운전하는 경우 및 어느 한쪽을 단독으로 운전하는 경우의 어느 것에 있어서도, 각각의 변환장치를 구성하는 반도체 스위치를 보호하고 또한 과잉되지 않는 최대의 변환가능한 순변환전력을 꺼낼 수 있게 된다. 따라서 각 변환장치의 잠재능력을 남김없이 대용량 축전지의 충전에 제공할 수 있고, 경제성을 손상시키지 않고 축전지의 적용범위가 확대된다.

Claims (10)

  1. 교류단자와 직류단자를 구비하여 교류전력을 직류전력으로 변환하는 순변환장치(2)와,
    교류단자와 직류단자를 구비하여 직류전력을 교류전력으로 변환하는 역변환장치(3)와,
    교류단자와 직류단자를 구비하고 또한 선택되면 교류전력을 직류전력으로 변환하는 순변환 및 직류전력을 교류전력으로 변환하는 역변환의 어느 동작도 하는 순역변환장치(4)와,
    상기 순변환장치(2)의 상기 직류단자, 상기 역변환장치(3)의 상기 직류단자 및 상기 순역변환장치(4)의 상기 직류단자의 공통접속점에 직류단자의 일단이 접속된 축전지와,
    상기 공통 접속점과 상기 축전지 사이에 배치되어 상기 축전지의 충전전류를 검출하는 전류검출기(10)와,
    적어도 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치의 운전을 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 제어장치는, 상기 전류검출기의 출력에 따라서 충전전류가 상한설정치를 초과하지 않도록 하여, 상기 축전지의 나머지 용량이 적을 때에는, 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치에 의하여 상기 축전지를 충전하고, 상기 축전지의 나머지 용량이 많을 때에는, 상기 순변환장치 또는 상기 순역변환장치에 의해서만 상기 축전지를 충전하도록, 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치의 운전을 제어하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치에 의하여 상기 축전지를 충전할 때의 상기 상한설정치는, 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치 각각의 용량을 합친 합계용량을 기준으로 하여 결정되어 있고,
    상기 순변환장치 또는 상기 순역변환장치에 의해서만 상기 축전지를 충전할 때의 상기 상한설정치는, 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치 중에서 용량이 적은 쪽의 변환장치의 용량을 기준으로 하여 결정되어 있는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  3. 교류단자와 직류단자를 구비하여 교류전력을 직류전력으로 변환하는 순변환장치(2)와,
    교류단자와 직류단자를 구비하여 직류전력을 교류전력으로 변환하는 역변환장치(3)와,
    교류단자와 직류단자를 구비하고 또한 선택되면 교류전력을 직류전력으로 변환하는 순변환 및 직류전력을 교류전력으로 변환하는 역변환의 어느 동작도 하는 순역변환장치(4)와,
    상기 순변환장치(2)의 상기 교류단자를 교류전원(1)에 접속하는 제1의 개폐기(S1)와,
    상기 순역변환장치(4)의 상기 교류단자를 상기 교류전원에 접속하는 제2의 개폐기(S2)와,
    상기 순역변환장치(4)의 상기 교류단자 및 상기 역변환장치(3)의 상기 교류단자를 선택적으로 부하에 접속하는 전환기(5)와,
    상기 순변환장치(2)의 상기 직류단자, 상기 역변환장치(3)의 상기 직류단자 및 상기 순역변환장치(4)의 상기 직류단자의 공통 접속점에 직류단자의 일단이 접속된 축전지와,
    상기 공통접속점과 상기 축전지 사이에 배치되어 상기 축전지의 충전전류를 검출하는 전류검출기(10)와,
    적어도 상기 제1 및 제2의 개폐기의 개폐와 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치의 운전를 제어하는 제어장치를 구비하고,
    상기 제어장치는, 상기 전류검출기의 출력에 따라 충전전류가 상한설정치를 초과하지 않도록 하여, 상기 축전지의 나머지 용량이 적을 때에는, 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치에 의하여 상기 축전지를 충전하고, 상기 축전지의 나머지 용량이 많을 때에는, 상기 순변환장치 또는 상기 순역변환장치에 의해서만 상기 축전지를 충전하도록, 상기 제1 및 제2개폐기 및 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치의 운전을 제어하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치를 각각 별개로 제어하는 제1 및 제2의 변환장치제어수단을 구비하고 있는 것을 특징 으로 하는 무정전 전원장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 순변환장치(2) 및 상기 순역변환장치(4)가 병렬운전될 때 및 각각 단독으로 운전될 때에, 상기 충전전류가 상기 상한제한치를 초과하지 않도록 상기 순변환장치(2) 및 상기 순역변환장치(4)의 운전을 제어하는 수하제어수단과,
    상기 순변환장치(2) 및 상기 순역변환장치(4)가 병렬운전될 때와, 상기 순변환장치(2) 및 상기 순역변환장치(4)가 각각 단독으로 운전될 때에, 상기 상한설정치를 변경하는 제한치설정수단을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  6. 교류단자(복수) 및 직류단자를 보유하고, 복수의 반도체 스위칭 소자를 포함하여 구성되어서, 상기 교류단자로부터 입력되는 교류전원으로부터의 교류전력을 직류전력으로 변환하는 순변환장치(2)와,
    상기 순변환장치로부터 출력되는 상기 직류전력에 의하여 충전되는 축전지와,
    교류단자(복수) 및 직류단자를 보유하고, 복수의 반도체 스위칭 소자를 포함하여 구성되어서, 상기 직류단자에 상기 순변환장치로부터 출력되는 상기 직류전력 또는 상기 축전지로부터 공급되는 직류전력을 교류전력으로 변환하여 상기 교류단자로부터 출력하는 역변환장치(3)와,
    교류단자(복수) 및 직류단자를 보유하고, 상기 직류단자가 상기 순변환장치의 상기 직류단자 및 상기 역변환장치의 직류단자에 접속되고, 복수의 반도체 스위칭 소자를 포함하여 구성되어서, 상기 교류단자로부터 입력되는 교류전력을 직류전력으로 변환하여 상기 직류단자로부터 출력하며, 또한 상기 직류단자로부터 입력되는 직류전력을 교류전력으로 역변환하여 상기 교류단자로부터 출력하는 순역변환장치(4)와,
    상기 순역변환장치(4)의 상기 교류단자와 상기 교류전원을 선택적으로 접속하는 개폐기와,
    상기 역변환장치의 상기 교류단자 및 상기 순역변환장치의 상기 교류단자를 부하에 선택적으로 접속하는 전환기와,
    상기 순변환장치(2)의 상기 직류단자와, 상기 순역변환장치(4)의 상기 직류단자와 상기 역변환장치의 상기 직류단자의 공통접속점과 상기 축전지를 접속하는 접속선로를 흐르는 전류를 검출하는 전류검출기와,
    적어도 개폐기의 전환과 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치의 운전을 제어하는 기능을 보유하는 제어장치(8)를 구비하고,
    상기 제어장치(8)는,
    상기 축전지의 나머지 용량이 제1의 기준용량보다 적을 때에는, 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치의 각각의 용량을 합친 합계용량을 기준으로 하여 결정된 제1의 상한설정치를 상기 충전전류가 초과하지 않도록 하여, 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치의 양쪽을 사용하여 상기 축전지를 충전하고,
    상기 축전지의 나머지 용량이 상기 제1의 기준용량보다 큰 제2의 기준용량보다 클 때에는, 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치 중에서 용량이 적은 쪽의 변환장치의 용량을 기준으로 하여 결정된 제2의 상한설정치를 상기 충전전류가 초과하지 않도록 하여, 상기 순변환장치 또는 상기 순역변환장치에 의해서만 상기 축전지를 충전하도록,
    상기 개폐기를 전환하고 또한 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치의 운전을 제어하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치를 제어하기 위한 변환장치제어수단을 포함하고 있으며,
    상기 변환장치제어수단이,
    상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치를 구동하기 위한 구동신호를 출력하는 구동신호발생수단과,
    상기 축전지의 전지전압을 검출하는 전압검출수단과,
    상기 전지전압을 설정전압으로 하기 위한 제어신호를 상기 구동신호발생수단에 출력하는 전압제어수단과,
    상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치가 병렬운전될 때에는, 상기 충전전류가 상기 제1의 상한설정치를 초과하지 않도록 상기 설정전압을 변경하기 위한 설정전압변경지령을 상기 전압제어수단에 출력하고, 상기 순변환장치 또는 상기 순역변환장치만이 운전될 때에는, 상기 충전전류가 상기 제2의 상한설정치를 초과하지 않도록 하기 위한 상기 설정전압변경지령을 상기 전압제어수단에 출력하는 설정전압 결정수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 순변환장치 및 상기 순역변환장치를 각각 별개로 제어하기 위한 제1 및 제2의 변환장치제어수단을 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 변환장치제어수단은, 상기 제1 및 제2의 개폐기를 별개로 제어하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 변환장치제어수단에 대하여 각각 별개로 상기 전류검출기가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 무정전 전원장치.
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