KR102118277B1 - 무정전 전원 장치 - Google Patents

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KR102118277B1
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가즈히로 히나가타
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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

무정전 전원 장치의 제어 회로(14)는, 인버터 급전 모드 시에는, 컨택터(10)를 온시키고, 사이리스터 스위치(16)를 오프시켜, 인버터(7)를 제어해서 리액터(8) 및 콘덴서(9)에 무효 전류를 공급시킴과 함께 부하(54)에 구동 전류를 공급시킨다. 제어 회로는, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 시에는, 사이리스터 스위치를 온시키고, 인버터를 제어해서 콘덴서로의 무효 전류의 공급을 정지시켜, 전류 검출기(CD3)의 검출값이 역치 전류(Ith)보다도 큰 경우에 컨택터를 오프시킨다.

Description

무정전 전원 장치
본 발명은 무정전 전원 장치에 관한 것으로, 특히, 인버터에 의해 생성된 교류 전력을 부하에 공급하는 인버터 급전 모드와, 교류 전원으로부터의 교류 전력을 부하에 공급하는 바이패스 급전 모드를 갖는 무정전 전원 장치에 관한 것이다.
일본 특허 공개 평11-4544호 공보(특허문헌 1)에는, 직류 전원으로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터와, 인버터와 부하 사이에 접속된 제1 스위치와, 교류 전원과 부하 사이에 접속된 제2 스위치를 구비한 무정전 전원 장치가 개시되어 있다. 인버터 급전 모드에서는, 제1 스위치가 온되고, 인버터로부터 제1 스위치를 통해 부하에 교류 전력이 공급된다. 바이패스 급전 모드에서는, 제2 스위치가 온되고, 교류 전원으로부터 제2 스위치를 통해 부하에 교류 전력이 공급된다. 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로 이행하는 이행 기간에는, 제1 스위치에 더해 제2 스위치가 온된 후에 제1 스위치가 오프된다.
일본 특허 공개 평11-4544호 공보
그러나, 특허문헌 1에서는, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로 이행하는 경우에 있어서, 제2 스위치가 고장나서 온되지 않는 경우에는, 제1 스위치를 오프시켰을 때에 부하로의 교류 전력의 공급이 정지되어, 부하의 운전이 정지 해 버린다는 문제가 있다.
이 대책으로서, 제2 스위치에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기를 설치해, 제2 스위치에 전류가 흐른 것을 확인한 후에 제1 스위치를 오프시키는 방법을 고려할 수 있다. 그러나, 이 방법으로는, 부하 전류가 작은 경우, 제2 스위치에 전류가 흐르고 있는지 여부를 정확하고 신속하게 판별할 수 없어, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로 신속히 이행할 수 없다는 문제가 있다.
그러므로, 본 발명의 주된 목적은, 부하 전류가 작은 경우에도, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로 신속히 이행하는 것이 가능한 무정전 전원 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 무정전 전원 장치는, 직류 전원 또는 제1 교류 전원으로부터 공급되는 전력을 사용하여, 교류 전력을 부하에 공급하는 무정전 전원 장치이며, 직류 전원으로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터와, 한쪽 단자가 인버터의 출력 단자에 접속된 리액터와, 리액터의 다른 쪽 단자에 접속된 콘덴서와, 리액터의 다른 쪽 단자와 부하 사이에 접속되는 제1 스위치와, 제1 교류 전원과 부하 사이에 접속되는 제2 스위치와, 제2 스위치에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기와, 전류 검출기의 검출값에 기초하여 인버터, 제1 스위치 및 제2 스위치를 제어하는 제어 회로를 구비한 것이다. 인버터에 의해 생성된 교류 전력을 부하에 공급하는 인버터 급전 모드 시에 있어서 제어 회로는, 제1 스위치를 온시키고, 제2 스위치를 오프시켜, 인버터를 제어해서 리액터 및 콘덴서에 무효 전류를 공급시킴과 함께 부하에 구동 전류를 공급시킨다. 제1 교류 전원으로부터의 교류 전력을 제2 스위치를 통해 부하에 공급하는 바이패스 급전 모드 시에 있어서 제어 회로는, 제1 스위치를 오프시키고, 제2 스위치를 온시켜, 인버터를 제어해서 리액터 및 콘덴서에 무효 전류를 공급시킨다. 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로 이행하는 이행 기간에 있어서 제어 회로는, 제2 스위치를 온시키고, 인버터를 제어해서 콘덴서에 공급하는 무효 전류를 감소시키고, 전류 검출기의 검출값이 미리 정해진 역치를 초과한 것에 응답하여 제1 스위치를 오프시키고, 인버터를 제어해서 콘덴서에 공급하는 무효 전류를 증대시킨다.
본 발명에 관한 무정전 전원 장치에서는, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 기간에 있어서, 제2 스위치를 온시켜, 인버터로부터 콘덴서에 공급되는 무효 전류를 감소시킨다. 제2 스위치가 정상인 경우에는, 제2 교류 전원으로부터 제2 스위치 및 제1 스위치를 통해 콘덴서에 무효 전류가 흐름과 함께, 제2 교류 전원으로부터 제2 스위치를 통해 부하에 구동 전류가 흐른다. 따라서, 제2 스위치에는 콘덴서로의 무효 전류와 부하로의 구동 전류가 흐르므로, 부하 전류가 작은 경우에도, 제2 스위치에 흐르는 전류를 확보할 수 있다. 따라서, 제2 스위치에 전류가 흐르고 있는지 여부를 정확하고 신속하게 판별할 수 있고, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로 신속히 이행할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 의한 무정전 전원 장치의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 2는, 도 1에 나타낸 제어 회로(14)의 동작을 나타내는 흐름도이다.
도 3은, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 동작의 구체예 1을 나타내는 타임차트이다.
도 4는, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 동작의 비교예 1을 나타내는 타임차트이다.
도 5는, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 동작의 구체예 2를 나타내는 타임차트이다.
도 6은, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 동작의 비교예 2를 나타내는 타임차트이다.
도 1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 무정전 전원 장치의 구성을 나타내는 회로 블록도이다. 도 1에 있어서, 이 무정전 전원 장치는, 입력 단자(T1), 바이패스 단자(T2), 직류 단자(T3) 및 출력 단자(T4)를 구비한다.
입력 단자(T1)는, 교류 전원(51)에 접속된다. 교류 전원(51)은, 상용 교류 전원이여도 되고, 자가용 발전기여도 된다. 교류 전원(51)은, 예를 들어 상용 주파수의 교류 전력을 무정전 전원 장치에 공급한다. 바이패스 단자(T2)는, 바이패스 교류 전원(52)에 접속된다. 바이패스 교류 전원은, 상용 교류 전원이여도 되고, 자가용 발전기여도 된다. 바이패스 단자(T2)가 입력 단자(T1)와 함께 교류 전원(51)에 접속되어 있어도 상관없다.
직류 단자(T3)는, 축전지(53)(전력 저장 장치)에 접속된다. 축전지(53)는, 직류 전력을 축적한다. 축전지(53)는, 교류 전원(51)으로부터 교류 전력이 정상적으로 공급되고 있는 경우에 충전되고, 교류 전원(51)으로부터 교류 전력이 정상적으로 공급되고 있지 않은 경우(예를 들어 정전 시)에 방전된다. 축전지(53) 대신 콘덴서를 접속해도 상관없다. 축전지(53)가 무정전 전원 장치에 포함되어 있어도 상관없다. 출력 단자(T4)는, 부하(54)에 접속된다. 부하(54)는, 무정전 전원 장치로부터 공급되는, 예를 들어 상용 주파수의 교류 전력에 의해 구동된다.
이 무정전 전원 장치는, 또한, 컨택터(1, 10, 12), 퓨즈(2), 리액터(3, 8), 컨버터(4), 직류 모선(5), 콘덴서(6, 9), 인버터(7), 전류 검출기(CD1 내지 CD3), 쌍방향 초퍼(11), 제어 회로(13, 14), 조작부(15) 및 사이리스터 스위치(16)를 구비한다.
컨택터(1), 퓨즈(2) 및 리액터(3)는, 입력 단자(T1)와 컨버터(4)의 입력 단자 사이에 직렬 접속된다. 컨택터(1)는, 무정전 전원 장치의 사용 시에 온되고, 예를 들어 무정전 전원 장치의 메인터넌스 시에 오프된다. 퓨즈(2)는, 과전류가 흘렀을 경우에 블로우되어, 무정전 전원 장치를 보호한다. 리액터(3)는, 교류 전원(51)으로부터의 상용 주파수의 교류 전력을 컨버터(4)로 통과시키고, 컨버터(4)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호의 통과를 금지한다.
컨버터(4)는, 교류 전원(51)으로부터 컨택터(1), 퓨즈(2) 및 리액터(3)를 통해 공급되는 교류 전력을 받는다. 컨버터(4)는, 제어 회로(13)에 의해 제어되어, 교류 전원(51)으로부터 교류 전력이 정상적으로 공급되고 있는 경우에, 교류 전원(51)으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환해서 출력 단자에 출력한다. 교류 전원(51)으로부터 교류 전력이 정상적으로 공급되고 있지 않은 경우(즉 정전 시)에는, 컨버터(4)의 운전은 정지된다.
직류 모선(5)은, 컨버터(4)의 출력 단자와 인버터(7)의 입력 단자 사이에 접속되어, 직류 전력을 전달시킨다. 콘덴서(6)는, 직류 모선(5)에 접속되어, 직류 모선(5)의 직류 전압(VDC)을 안정화시킨다. 콘덴서(6)는, 직류 모선(5)과, 예를 들어 중성점(또는 기준 전압의 라인) 사이에 접속된다. 인버터(7)는, 제어 회로(14)에 의해 제어되고, 직류 모선(5)으로부터 받은 직류 전력을 교류 전력으로 변환해서 출력 단자에 출력한다. 전류 검출기(CD1)는, 인버터(7)의 출력 전류(I1)를 검출하고, 검출값을 나타내는 신호를 제어 회로(14)에 출력한다.
리액터(8)는, 인버터(7)의 출력 단자와 컨택터(10)의 한쪽 단자 사이에 접속된다. 콘덴서(9)는, 컨택터(10)의 한쪽 단자와, 예를 들어 중성점(또는 기준 전압의 라인) 사이에 접속된다. 컨택터(10)의 다른 쪽 단자는, 출력 단자(T4)에 접속된다.
리액터(8) 및 콘덴서(9)는, 저역 통과 필터를 구성하고, 인버터(7)에 의해 생성된, 예를 들어 상용 주파수의 교류 전력을 통과시켜, 인버터(7)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호의 통과를 금지한다. 바꿔 말하면, 리액터(8) 및 콘덴서(9)는, 인버터(7)로부터 출력되는 구형파형 교류 전압을 정현파 형상의 교류 전압으로 변환한다.
컨택터(10)는, 제어 회로(14)에 의해 제어되고, 인버터(7)로부터의 교류 전력을 부하(54)에 공급하는 인버터 급전 모드 시에는 온되고, 바이패스 교류 전원(52)으로부터의 교류 전력을 사이리스터 스위치(16)를 통해 부하(54)에 공급하는 바이패스 급전 모드 시에는 오프된다. 컨택터(10)는, 제1 스위치를 구성한다. 전류 검출기(CD2)는, 부하(54)에 흐르는 전류(즉 부하 전류)(I2)를 검출하고, 검출값을 나타내는 신호를 제어 회로(14)에 출력한다.
쌍방향 초퍼(11) 및 컨택터(12)는, 직류 모선(5)과 직류 단자(T3) 사이에 직렬 접속된다. 컨택터(12)는, 무정전 전원 장치의 사용 시에는 온되고, 예를 들어 축전지(53)의 메인터넌스 시에 오프된다. 쌍방향 초퍼(11)는, 제어 회로(13)에 의해 제어되어, 교류 전원(51)으로부터 교류 전력이 정상적으로 공급되고 있는 경우는, 직류 모선(5)으로부터 받은 직류 전력을 축전지(53)에 축적하고, 교류 전원(51)으로부터 교류 전력이 정상적으로 공급되고 있지 않은 경우(즉 정전 시)에는, 축전지(53)의 직류 전력을 직류 모선(5)에 공급한다. 쌍방향 초퍼(11)는, 직류 모선(5)의 직류 전압(VDC)을 강압해서 축전지(53)에 축적하고, 축전지(53)의 단자간 전압을 승압해서 직류 모선(5)에 부여한다.
제어 회로(13)는, 교류 전원(51)으로부터 공급되는 교류 전압(VAC)에 기초하여, 컨버터(4) 및 쌍방향 초퍼(11)를 제어한다. 제어 회로(13)는, 예를 들어 퓨즈(2)와 리액터(3) 사이의 노드의 전압을 교류 전압(VAC)으로서 검출한다.
제어 회로(13)는, 교류 전압(VAC)이 정상인 경우(즉, 교류 전원(51)으로부터 교류 전력이 정상적으로 공급되고 있는 경우)는, 컨버터(4)를 제어해서 교류 전력을 직류 전력으로 변환시킴과 함께, 직류 모선(5)으로부터 축전지(53)에 전류가 흐르게 쌍방향 초퍼(11)를 제어해, 축전지(53)를 충전시킨다.
제어 회로(13)는, 교류 전압(VAC)이 정상이 아닌 경우(즉, 교류 전원(51)으로부터 교류 전력이 정상적으로 공급되고 있지 않은 경우)에는, 컨버터(4)의 운전을 정지시킴과 함께, 축전지(53)로부터 직류 모선(5)에 직류 전류가 흐르게 쌍방향 초퍼(11)를 제어하고, 축전지(53)를 방전시킨다.
사이리스터 스위치(16)는, 바이패스 단자(T2)와 컨택터(10)의 다른 쪽 단자 사이에 접속되고, 제어 회로(14)에 의해 제어된다. 사이리스터 스위치(16)는, 2개의 사이리스터를 포함한다. 하나의 사이리스터의 애노드 및 캐소드는 각각 바이패스 단자(T2) 및 컨택터(10)의 다른 쪽 단자에 접속되고, 또 하나의 사이리스터의 애노드 및 캐소드는 각각 컨택터(10)의 다른 쪽 단자 및 바이패스 단자(T2)에 접속된다.
사이리스터 스위치(16)는, 바이패스 급전 모드 시에 온되고, 인버터 급전 모드 시에 오프된다. 또한, 사이리스터 스위치(16)는, 인버터(7)가 고장난 경우에 순시에 온된다. 사이리스터 스위치(16)가 온되면, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16)를 통해 부하(54)에 교류 전력이 공급된다. 사이리스터 스위치(16)는, 제2 스위치를 구성한다. 전류 검출기(CD3)는, 사이리스터 스위치(16)에 흐르는 전류(I3)를 검출하고, 검출값을 나타내는 신호를 제어 회로(14)에 출력한다.
조작부(15)는, 무정전 전원 장치의 사용자에 의해 조작되는 복수의 버튼 등을 포함한다. 사용자는, 조작부(15)를 조작해서, 무정전 전원 장치를 기동시키거나, 정지시키거나, 인버터 급전 모드를 실행시키거나, 바이패스 급전 모드를 실행시킨다. 조작부(15)는, 사용자의 조작 결과를 나타내는 신호를 제어 회로(14)에 출력한다.
제어 회로(14)는, 조작부(15)의 출력 신호, 전류 검출기(CD1 내지 CD3)의 출력 신호 등에 기초하여, 인버터(7), 컨택터(10) 및 사이리스터 스위치(16)를 제어한다. 제어 회로(14)는, 인버터 급전 모드 및 바이패스 교류 전원(52) 중 조작부(15)를 사용해서 선택된 급전 모드를 실행한다.
제어 회로(14)는, 조작부(15)를 사용해서 인버터 급전 모드가 선택된 경우(즉 인버터 급전 모드 시)에는, 컨택터(10)를 온시키고, 사이리스터 스위치(16)를 오프시켜, 인버터(7)를 제어해서 리액터(8) 및 콘덴서(9)에 무효 전류를 공급시킴과 함께 부하(54)에 구동 전류를 공급시킨다.
제어 회로(14)는, 조작부(15)를 사용해서 바이패스 급전 모드가 선택된 경우(즉 바이패스 급전 모드 시)에는, 컨택터(10)를 오프시키고, 사이리스터 스위치(16)를 온시켜, 인버터(7)를 제어해서 리액터(8) 및 콘덴서(9)에 무효 전류를 공급시킨다. 이 경우, 인버터(7)는, 부하(54)에 구동 전류를 공급하지 않는다.
제어 회로(14)는, 인버터 급전 모드의 실행 중에 조작부(15)를 사용해서 바이패스 급전 모드가 선택된 경우(즉 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 시)에는, 사이리스터 스위치(16)를 온시키고, 인버터(7)를 제어해서 콘덴서(9)로의 무효 전류의 공급을 정지시킨다. 또한 제어 회로(14)는, 전류 검출기(CD3)의 검출값이 미리 정해진 역치를 초과한 것에 응답하여 컨택터(10)를 오프시켜, 인버터(7)를 제어해서 콘덴서(9)로의 무효 전류의 공급을 재개시킨다.
도 2는, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 시에 있어서의 제어 회로(14)의 동작을 나타내는 흐름도이다. 인버터 급전 모드에서는, 사이리스터 스위치(16)가 오프되어, 컨택터(10)가 온되고, 인버터(7)는, 리액터(8)에 무효 전류(-jI8)를 흘리고, 콘덴서(9)에 무효 전류(jI9)를 흘리고, 부하(54)에 구동 전류(IL)를 공급하고 있는 것으로 한다. 따라서, 인버터(7)의 출력 전류(I1)는, I1=IL-jI8+jI9이다.
스텝 S1에 있어서 제어 회로(14)는, 조작부(15)로부터의 신호에 기초하여 바이패스 급전 모드가 선택되었는지 여부를 판별하고, 바이패스 급전 모드가 선택될 때까지 대기한다. 스텝 S1에 있어서 바이패스 급전 모드가 선택된 경우, 스텝 S2에 있어서 제어 회로(14)는, 사이리스터 스위치(16)에 대하여 온 지령 신호 φ16을 출력한다.
사이리스터 스위치(16)가 정상인 경우는, 온 지령 신호 φ16에 응답해서 사이리스터 스위치(16)가 온된다. 이 경우는, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16)를 통해 부하(54)에 부하 전류(IL)가 공급되어, 인버터(7)의 출력 전류(I1)는 -jI8+jI9로 감소된다. 이때, 부하 전류(IL)가 전류 검출기(CD3)에 의해 검출되는데, 부하 전류(IL)가 작은 경우에는, 부하 전류(IL)가 사이리스터 스위치(16)에 흘렀는지 여부를 제어 회로(14)가 정확하고 신속하게 판별할 수 없을 우려가 있다.
사이리스터 스위치(16)가 고장나 있는 경우는, 온 지령 신호 φ16에 응답해서 사이리스터 스위치(16)는 온되지 않는다. 이 경우는, 인버터(7)의 출력 전류(I1)는, I1=IL-jI8+jI9인 채로 변화하지 않고, 부하 전류(IL)는 전류 검출기(CD3)에 의해 검출되지 않는다.
스텝 S3에 있어서 제어 회로(14)는, 인버터(7)를 제어하고, 콘덴서(9)에 흘리는 무효 전류(jI9)를 0A로 감소시켜, 인버터(7)의 출력 전류(I1)를 IL-jI8로 감소시킨다. 사이리스터 스위치(16)가 정상적으로 온되어 있는 경우에는, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16)를 통해 부하(54)에 부하 전류(IL)가 공급됨과 함께, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16) 및 컨택터(10)를 통해 콘덴서(9)에 무효 전류(jI9)가 공급된다.
이에 의해, 사이리스터 스위치(16)에 흐르는 전류(I3)가 IL+jI9로 증대되고, 인버터(7)의 출력 전류(I1)는 -jI8로 감소된다. 따라서, 부하 전류(IL)가 작은 경우여도 사이리스터 스위치(16)에 흐르는 전류량을 확보할 수 있으므로, 부하 전류(IL) 및 무효 전류(jI9)가 사이리스터 스위치(16)에 흐른 것인지 여부를 제어 회로(14)는 정확하고 신속하게 판별하는 것이 가능하게 된다.
사이리스터 스위치(16)가 고장나서 오프되어 있는 경우에는, 온 지령 신호 φ16에 응답해서 사이리스터 스위치(16)는 온되지 않는다. 이 경우는, 인버터(7)의 출력 전류(I1)는 IL-jI8로 감소되고, 부하 전류(IL)는 전류 검출기(CD3)에 의해 검출되지 않는다.
스텝 S4에 있어서 제어 회로(14)는, 전류 검출기(CD3)의 검출 결과에 기초하여, 사이리스터 스위치(16)에 흐르는 전류(I3)가 역치 전류(Ith)보다도 큰지 여부를 판별한다. 이 역치 전류(Ith)는, 사이리스터 스위치(16)가 실제로 온되고, 인버터(7)의 출력 전류(I1)로부터 무효 전류(jI9)를 감소시킨 경우에 사이리스터 스위치(16)에 흐르는 전류 I3=IL+jI9보다도 작은 값으로 설정되어 있다. 따라서, 사이리스터 스위치(16)가 정상인 경우(즉 실제로 온된 경우)는 I3>Ith가 되고, 사이리스터 스위치(16)가 고장나 있는 경우(즉 온되지 않은 경우)는 I3=0<Ith가 된다.
스텝 S4에 있어서 I3>Ith인 경우(즉 사이리스터 스위치(16)이 온된 경우)에는, 스텝 S5에 있어서 제어 회로(14)는, 인버터(7)를 제어하고, 콘덴서(9)에 흘리는 무효 전류(jI9)를 소정값(jIR)으로 증대시킨다. 스텝 S6에 있어서 제어 회로(14)는, 컨택터(10)를 오프시킨다. 이에 의해, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16)를 통해 부하(54)에 부하 전류(IL)가 공급되어, 부하(54)가 구동된다.
스텝 S7에 있어서 제어 회로(14)는, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행이 완료된 것을 무정전 전원 장치의 사용자에게 통지하기 위한 신호를 출력하고, 처리를 종료한다. 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행이 완료된 것을, 예를 들어 소리, 빛, 화상 등을 사용해서 무정전 전원 장치의 사용자에게 통지하는 장치를 마련해도 된다.
스텝 S4에 있어서 I3>Ith가 아닌 경우(즉 사이리스터 스위치(16)가 온되지 않는 경우)에는, 스텝 S8에 있어서 제어 회로(14)는, 인버터(7)를 제어하고, 콘덴서(9)에 흘리는 무효 전류(jI9)를 소정값(jIR)으로 증대시킨다. 이에 의해 인버터 급전 모드가 속행되어, 부하(54)의 운전이 계속된다. 스텝 S9에 있어서 제어 회로(14)는, 사이리스터 스위치(16)에 고장이 발생한 것을 무정전 전원 장치의 사용자에게 통지하기 위한 신호를 출력하고, 처리를 종료한다. 사이리스터 스위치(16)에 고장이 발생한 것을, 예를 들어 소리, 빛, 화상 등을 사용해서 무정전 전원 장치의 사용자에게 통지하는 장치를 마련해도 된다.
[구체예 1]
도 3의 (a) 내지 (l)은, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 동작의 구체예 1을 나타내는 타임차트이다. 특히, 도 3의 (a)는 사이리스터 스위치(16)를 온시키기 위한 온 지령 신호(CON)를 나타내고, 도 3의 (b)는 사이리스터 스위치(16)가 온되어 있는지 여부를 판정하는 기간을 규정하는 온 판정 신호(DON)를 나타내며, 도 3의 (c)는 컨택터(10)를 오프시키기 위한 오프 지령 신호(COFF)를 나타내고 있다.
도 3의 (d), (e)는, 사이리스터 스위치(16)에 흐르는 전류(I3) 중 유효 전류(I3cosθ) 및 무효 전류(I3sinθ)를 각각 나타내고 있다. 도 3의 (f), (g)는, 인버터(7)의 출력 전류(I1) 중 유효 전류(I1cosθ) 및 무효 전류(I1sinθ)를 각각 나타내고 있다. 도 3의 (h), (i)는, 부하(54)에 흐르는 전류(I2) 중 유효 전류(I2cosθ) 및 무효 전류(I2sinθ)를 각각 나타내고 있다.
도 3의 (j)는, 사이리스터 스위치(16)에 흐르는 전류 벡터 I3v=I3cosθ+jI3sinθ를 나타내고 있다. 도 3의 (k)는, 인버터(7)의 출력 전류 벡터 I1v=I1cosθ+jI1sinθ를 나타내고 있다. 도 3의 (l)은, 부하(54)에 흐르는 전류 벡터 I2v=I2cosθ+jI2sinθ를 나타내고 있다.
도 3의 (a) 내지 (l)에서는, 부하(54)에 유효 전류 I2cosθ=IL만이 흐르는 경우가 나타나 있다. 인버터 급전 모드에서는, 사이리스터 스위치(16)가 오프되고, 컨택터(10)는 온되고, 인버터(7)는 리액터(8), 콘덴서(9) 및 부하(54)에 각각 무효 전류(-jI8), 무효 전류(jI9) 및 유효 전류(IL)를 공급한다.
인버터 급전 모드에서는, 온 지령 신호(CON), 온 판정 신호(DON) 및 오프 지령 신호(COFF)는 모두 비활성화 레벨인 「L」 레벨로 되고(도 3의 (a) 내지 (c) 참조), 사이리스터 스위치(16)에 흐르는 전류(I3)는 0A이다(도 3의 (d), (e), (j) 참조). 인버터(7)는, 유효 전류(I1cosθ=IL) 및 무효 전류(I1sinθ=-jI8+jI9)를 출력한다(도 3의 (f), (g), (k)). 부하(54)에는, 유효 전류(I2cosθ=IL)만이 흐르고, 무효 전류(I2sinθ=0)는 흐르지 않는다(도 3의 (h), (i), (l) 참조).
인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 기간에는, 먼저, 온 지령 신호(CON)가 활성화 레벨인 「H」 레벨이 됨과 함께, 인버터(7)에서 콘덴서(9)로의 무효 전류(jI9)의 공급이 정지된다(도 3의 (a), (g) 참조).
사이리스터 스위치(16)가 정상인 경우는, 온 지령 신호(CON)에 응답해서 사이리스터 스위치(16)가 실제로 온된다. 사이리스터 스위치(16)가 고장나 있는 경우는, 온 지령 신호(CON)에 응답해서 사이리스터 스위치(16)는 온되지 않는다. 도 3의 (a) 내지 (l)에서는, 사이리스터 스위치(16)가 정상인 경우가 나타나 있다.
사이리스터 스위치(16)가 온되면, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16) 및 컨택터(10)를 통해 콘덴서(9)에 무효 전류(I3sinθ=I9)가 흐른다(도 3의 (e) 참조). 또한, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16)를 통해 부하(54)에 유효 전류(I3cosθ=IL)가 흐름과 함께, 인버터(7)로부터 부하(54)에 흐르는 유효 전류(I1cosθ=IL)가 감소한다(도 3의 (d), (f), (j), (k), (l) 참조).
이어서, 온 지령 신호(CON)가 비활성화 레벨인 「L」 레벨로 떨어짐과 함께, 온 판정 신호(DON)가 활성화 레벨인 「H」 레벨로 올라가, 사이리스터 스위치(16)가 온되어 있는지 여부가 판정된다(도 3의 (a), (b) 참조). 제어 회로(14)는, 전류 검출기(CD3)에 의해 검출된 전류 I3=IL+jI9가 역치 전류(Ith)보다도 큰지 여부를 판정한다(도 3의 (b), (d), (e) 참조).
여기에서는, I3>Ith이므로, 온 판정 신호(DON)가 비활성화 레벨인 「L」 레벨로 떨어짐과 함께, 오프 지령 신호(COFF)가 활성화 레벨인 「H」 레벨로 올라가, 컨택터(10)가 오프된다(도 3의 (b), (c) 참조). 컨택터(10)가 오프되면, 인버터(7)에서 콘덴서(9)로의 무효 전류(I1sinθ=I9)의 공급이 재개되어, 바이패스 교류 전원(52)에서 콘덴서(9)로의 무효 전류(I3sinθ=I9)의 공급은 정지되고, 바이패스 급전 모드로의 이행이 완료된다(도 3의 (e), (g), (j), (k), (l) 참조).
[비교예 1]
도 4의 (a) 내지 (l)은, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 동작의 비교예 1을 나타내는 타임차트이며, 도 3의 (a) 내지 (l)과 대비되는 도면이다. 도 4의 (a) 내지 (l)을 참조하여, 이 비교예 1이 도 3의 (a) 내지 (l)의 구체예 1과 상이한 점은, 인버터(7)로부터 콘덴서(9)에 무효 전류(I9)가 계속해서 공급되는 점이다(도 4의 (g), (k) 참조). 이 때문에, 온 판정 기간에 있어서 사이리스터 스위치(16)에 흐르는 부하 전류(IL)가 작은 경우에는, 사이리스터 스위치(16)에 전류가 흐르고 있는지 여부를 정확하고 신속하게 판정할 수 없게 될 우려가 있다(도 4의 (b), (d), (e) 참조).
이에 대해 구체예 1에서는, 이행 기간에 있어서 인버터(7)에서 콘덴서(9)로의 무효 전류(I9)의 공급을 정지하고, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16)를 통해 콘덴서(9)에 무효 전류(I9)를 공급하므로, 부하 전류(IL)가 작은 경우에도, 사이리스터 스위치(16)에 전류가 흐르고 있는지 여부를 정확하고 신속하게 판정할 수 있다(도 3의 (b), (d), (e) 참조).
[구체예 2]
도 5의 (a) 내지 (l)은, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 동작의 다른 구체예 2를 나타내는 타임차트이며, 도 3의 (a) 내지 (l)과 대비되는 도면이다. 도 5의 (a) 내지 (l)을 참조하여, 이 구체예 2가 도 3의 (a) 내지 (l)의 구체예 1과 상이한 점은, 부하(54)에 유효 전류(IL) 및 무효 전류(-IA)가 흐르고, 또한 부하(54)에 흐르는 무효 전류(-IA)와 콘덴서(9)에 흐르는 무효 전류(I9)의 합(I9-IA)이 대략 0이 되는 점이다. 바꿔 말하면, 부하(54)에서 발생하는 무효 전류(IA)와 콘덴서(9)에 흐르는 무효 전류(I9)가 대략 동등하게 되어 있다.
인버터 급전 모드에서는, 사이리스터 스위치(16)가 오프되고, 컨택터(10)는 온되고, 인버터(7)는, 리액터(8) 및 콘덴서(9)에 각각 무효 전류(-I8) 및 무효 전류(I9)를 공급함과 함께, 부하(54)에 유효 전류(IL) 및 무효 전류(-IA)를 공급한다.
인버터 급전 모드에서는, 온 지령 신호(CON), 온 판정 신호(DON) 및 오프 지령 신호(COFF)는 모두 비활성화 레벨인 「L」 레벨로 되고(도 5의 (a) 내지 (c) 참조), 사이리스터 스위치(16)에 흐르는 전류(I3)는 0A이다(도 5의 (d), (e), (j) 참조). 인버터(7)는, 유효 전류(I1cosθ=IL) 및 무효 전류(I1sinθ=-I8+I9-IA)를 출력한다(도 5의 (f), (g), (k)). 부하(54)에는, 유효 전류(I2cosθ=IL) 및 무효 전류(I2sinθ=-IA)가 흐른다(도 5의 (h), (i), (l) 참조).
인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 기간에는, 먼저, 온 지령 신호(CON)가 활성화 레벨인 「H」 레벨로 됨과 함께, 인버터(7)에서 콘덴서(9)로의 무효 전류(jI9)의 공급이 정지된다(도 5의 (a), (g) 참조).
사이리스터 스위치(16)가 정상인 경우는, 온 지령 신호(CON)에 응답해서 사이리스터 스위치(16)가 실제로 온된다. 사이리스터 스위치(16)가 고장나 있는 경우는, 온 지령 신호(CON)에 응답해서 사이리스터 스위치(16)는 온되지 않는다. 도 5의 (a) 내지 (l)에서는, 사이리스터 스위치(16)가 정상인 경우가 나타나 있다.
사이리스터 스위치(16)가 온되면, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16) 및 컨택터(10)를 통해 콘덴서(9)에 무효 전류(I3sinθ=I9)가 흐른다(도 5의 (e) 참조). 또한, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16)를 통해 부하(54)에 유효 전류(I3cosθ=IL)가 흐름과 함께, 인버터(7)로부터 부하(54)에 흐르는 유효 전류(I1cosθ=IL)가 감소된다(도 5의 (d), (f), (j), (k), (l) 참조).
이어서, 온 지령 신호(CON)가 비활성화 레벨인 「L」 레벨로 떨어짐과 함께, 온 판정 신호(DON)가 활성화 레벨인 「H」 레벨로 올라가, 사이리스터 스위치(16)가 온되어 있는지 여부가 판정된다(도 5의 (a), (b) 참조). 제어 회로(14)는, 전류 검출기(CD3)에 의해 검출된 전류 I3=IL+jI9가 역치 전류(Ith)보다도 큰지 여부를 판정한다(도 5의 (b), (d), (e) 참조).
여기에서는, I3>Ith이므로, 온 판정 신호(DON)가 비활성화 레벨인 「L」 레벨로 떨어짐과 함께, 오프 지령 신호(COFF)가 활성화 레벨인 「H」 레벨로 올라가, 컨택터(10)가 오프된다(도 5의 (b), (c) 참조). 컨택터(10)가 오프되면, 바이패스 교류 전원(52)에서 콘덴서(9)로의 무효 전류(I3sinθ=I9)의 공급은 정지되고, 인버터(7)에서 콘덴서(9)로의 무효 전류(I1sinθ=I9)의 공급이 재개되어, 바이패스 급전 모드로의 이행이 완료된다(도 5의 (e), (g), (j), (k), (l) 참조).
[비교예 2]
도 6의 (a) 내지 (l)은, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 동작의 비교예 2를 나타내는 타임차트이며, 도 5의 (a) 내지 (l)과 대비되는 도면이다. 도 6의 (a) 내지 (l)을 참조하여, 이 비교예 2가 도 5의 (a) 내지 (l)의 구체예 2와 상이한 점은, 이행 기간에 있어서, 인버터(7)에서 콘덴서(9)로의 무효 전류(I9)의 공급이 정지된 후, 또한 인버터(7)에서 부하(54)로의 무효 전류(-IA)의 공급이 정지되는 점이다(도 6의 (g), (k) 참조).
인버터(7)에서 콘덴서(9) 및 부하(54)로의 무효 전류(I9-IA)의 공급이 정지되면, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 콘덴서(9) 및 부하(54)에 무효 전류(I9-IA)가 공급된다. 여기서, I9-IA≒0A이므로, 사이리스터 스위치(16)에는 부하 전류(I3) 중 유효 전류(IL)만이 흐른다. 이 때문에, 온 판정 기간에 있어서 사이리스터 스위치(16)에 흐르는 부하 전류(IL)가 작은 경우에는, 사이리스터 스위치(16)에 전류가 흐르고 있는지 여부를 정확하고 신속하게 판정할 수 없게 될 우려가 있다(도 6의 (b), (d), (e) 참조).
이에 대해 구체예 2에서는, 이행 기간에 있어서 인버터(7)에서 콘덴서(9)로의 무효 전류(I9)의 공급을 정지하고, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16)를 통해 콘덴서(9)에 무효 전류(I9)를 공급하므로, I9≒IA이며, 또한 부하 전류(IL)가 작은 경우에도, 사이리스터 스위치(16)에 전류가 흐르고 있는지 여부를 정확하고 신속하게 판정할 수 있다(도 5의 (b), (d), (e) 참조).
이상과 같이, 본 실시 형태에서는, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 기간에는, 사이리스터 스위치(16)를 온시켜, 인버터(7)에서 콘덴서(9)로의 무효 전류의 공급을 정지시킨다. 사이리스터 스위치(16)가 정상인 경우에는, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16) 및 컨택터(10)를 통해 콘덴서(9)에 무효 전류가 흐름과 함께, 바이패스 교류 전원(52)으로부터 사이리스터 스위치(16)를 통해 부하(54)에 전류가 흐른다. 따라서, 사이리스터 스위치(16)에는 콘덴서(9)로의 무효 전류와 부하(54)로의 부하 전류가 흐르므로, 부하 전류가 작은 경우에도, 사이리스터 스위치(16)에 전류가 흐르고 있는지 여부를 정확하고 신속하게 판별할 수 있고, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로 신속히 이행할 수 있다.
또한, 바이패스 단자(T2)와 출력 단자(T4) 사이에 사이리스터 스위치(16)만을 접속했으므로, 바이패스 단자(T2)와 출력 단자(T4) 사이에 사이리스터 스위치(16)와 컨택터를 병렬 접속하는 경우에 비해, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로의 이행 시에 콘덴서(9)로의 무효 전류(I9)의 공급을 정지했으나, 이것에 한정되는 것은 아니고, 콘덴서(9)에 공급하는 무효 전류(I9)를, 예를 들어 수십 %만큼 감소시켜도 된다. 이 경우에도, 감소시킨 만큼의 무효 전류(I9)가 사이리스터 스위치(16)에 흐르므로, 사이리스터 스위치(16)에 전류가 흐르고 있는지 여부를 용이하고 정확하게 판정할 수 있다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이지, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아닌, 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
T1: 입력 단자
T2: 바이패스 단자
T3: 직류 단자
T4: 출력 단자
1, 10, 12: 컨택터
2: 퓨즈
3, 8: 리액터
4: 컨버터
5: 직류 모선
6, 9: 콘덴서
7: 인버터
CD1 내지 CD3: 전류 검출기
11: 쌍방향 초퍼
13, 14: 제어 회로
15: 조작부
16: 사이리스터 스위치
51: 교류 전원
52: 바이패스 교류 전원
53: 축전지
54: 부하

Claims (6)

  1. 직류 전원 또는 제1 교류 전원으로부터 공급되는 전력을 사용하여, 교류 전력을 부하에 공급하는 무정전 전원 장치이며,
    상기 직류 전원으로부터 공급되는 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는 인버터와,
    한쪽 단자가 상기 인버터의 출력 단자에 접속된 리액터와,
    상기 리액터의 다른 쪽 단자에 접속된 콘덴서와,
    상기 리액터의 다른 쪽 단자와 상기 부하 사이에 접속되는 제1 스위치와,
    상기 제1 교류 전원과 상기 부하 사이에 접속되는 제2 스위치와,
    상기 제2 스위치에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출기와,
    상기 전류 검출기의 검출값에 기초하여 상기 인버터, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치를 제어하는 제어 회로를 구비하고,
    상기 인버터에 의해 생성된 교류 전력을 상기 부하에 공급하는 인버터 급전 모드 시에 있어서 상기 제어 회로는, 상기 제1 스위치를 온시키고, 상기 제2 스위치를 오프시켜, 상기 인버터를 제어해서 상기 리액터 및 상기 콘덴서에 무효 전류를 공급시킴과 함께 상기 부하에 구동 전류를 공급시키고,
    상기 제1 교류 전원으로부터의 교류 전력을 상기 제2 스위치를 통해 상기 부하에 공급하는 바이패스 급전 모드 시에 있어서 상기 제어 회로는, 상기 제1 스위치를 오프시키고, 상기 제2 스위치를 온시켜, 상기 인버터를 제어해서 상기 리액터 및 상기 콘덴서에 무효 전류를 공급시키고,
    상기 인버터 급전 모드에서 상기 바이패스 급전 모드로 이행하는 이행 기간에 있어서 상기 제어 회로는, 상기 제2 스위치를 온시키고, 상기 인버터를 제어해서 상기 콘덴서에 공급하는 무효 전류를 감소시키고, 상기 전류 검출기의 검출값이 미리 정해진 역치를 초과한 것에 응답하여 상기 제1 스위치를 오프시키고, 상기 인버터를 제어해서 상기 콘덴서에 공급하는 무효 전류를 증대시키는, 무정전 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이행 기간에 있어서 상기 제어 회로는, 상기 제2 스위치를 온시키고, 상기 인버터를 제어해서 상기 콘덴서로의 무효 전류의 공급을 정지시키고, 상기 전류 검출기의 검출값이 미리 정해진 역치를 초과한 것에 응답하여 상기 제1 스위치를 오프시키고, 상기 인버터를 제어해서 상기 콘덴서로의 무효 전류의 공급을 재개시키는, 무정전 전원 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이행 기간에 있어서 상기 제어 회로는, 상기 전류 검출기의 검출값이 상기 미리 정해진 역치보다도 작은 경우에는, 상기 제1 스위치를 오프시키지 않고 상기 인버터에서 상기 부하로의 구동 전류의 공급을 계속시키는, 무정전 전원 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 이행 기간에 있어서 상기 제어 회로는, 상기 전류 검출기의 검출값이 상기 미리 정해진 역치보다도 작은 경우에는, 상기 제1 스위치를 오프시키지 않고, 고장이 발생한 것을 나타내는 신호를 출력하는, 무정전 전원 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 스위치는, 상기 이행 기간 및 상기 바이패스 급전 모드 시에 온되는 사이리스터 스위치를 포함하는, 무정전 전원 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 무정전 전원 장치는, 상기 직류 전원, 상기 제1 교류 전원 또는 제2 교류 전원으로부터 공급되는 전력을 사용하여, 교류 전력을 부하에 공급하고,
    상기 직류 전원은,
    상기 제2 교류 전원으로부터의 교류 전력을 직류 전력으로 변환하는 컨버터와,
    상기 컨버터에 의해 생성된 직류 전력을 축적하는 전력 저장 장치를 포함하고,
    상기 인버터는, 상기 컨버터에 의해 생성된 직류 전력 또는 상기 전력 저장 장치의 직류 전력을 교류 전력으로 변환하는, 무정전 전원 장치.
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