JP2009195058A - Ac power supply device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、交流電源電圧に基づいて負荷に所望周波数及び所望電圧値を有する 交流電圧を供給することができる例えば単相交流無停電電源装置等の交流電力供給装置に関する。 The present invention relates to an AC power supply apparatus such as a single-phase AC uninterruptible power supply apparatus that can supply an AC voltage having a desired frequency and a desired voltage value to a load based on the AC power supply voltage.
従来の典型的な単相交流無停電電源装置は、図1に示すように交流電源ACと負荷Rとの間に、入力高周波コンデンサC1と入力リアクトルL1,L2と直流―交流変換器即ちコンバータCONVと蓄電池BTと直流リンクコンデンサC2と交流―直流変換器即ちインバータINVと出力リアクトルL3,L4と出力高周波コンデンサC3と商用トランスTrとを順次に有する。コンバータCONVはIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)で示された第1、第2、第3及び第4のスイッチQ11、Q12,Q13,Q14と第1、第2、第3及び第4のダイオードD11,D12,D13,D14とを備えたフルブリッジ型コンバータである。インバータINVはIGBTで示された第5、第6、第7及び第8のスイッチQ15、Q16,Q17,Q18と第5、第6、第7及び第8のダイオードD15,D16,D17,D18とを備えたフルブリッジ型インバータである。 As shown in FIG. 1, a conventional typical single-phase AC uninterruptible power supply apparatus includes an input high-frequency capacitor C1, input reactors L1 and L2, and a DC-AC converter or converter CONV between an AC power supply AC and a load R. , Storage battery BT, DC link capacitor C2, AC-DC converter, that is, inverter INV, output reactors L3 and L4, output high frequency capacitor C3, and commercial transformer Tr. The converter CONV includes first, second, third, and fourth switches Q11, Q12, Q13, and Q14 and first, second, third, and fourth diodes D11, which are represented by IGBTs (insulated gate bipolar transistors). It is a full bridge type converter provided with D12, D13, D14. The inverter INV includes fifth, sixth, seventh and eighth switches Q15, Q16, Q17 and Q18 indicated by IGBT and fifth, sixth, seventh and eighth diodes D15, D16, D17 and D18. It is a full bridge type inverter provided with.
図1の単相交流無停電電源装置は、入力電圧が歪みを有している場合であっても歪みのない一定振幅の電圧を出力することができという特長、及び入力電流の波形を正弦波に近似させ且つ力率を改善させることができという特長を有する。しかし、図1の単相交流無停電電源装置は、コンバータCONVとインバータINVとを合わせて8個のスイッチQ11〜Q18と8個のダイオードD11〜D18を備え、且つトランスTrを備えているので、大型且つ高価になるという欠点を有する。 The single-phase AC uninterruptible power supply of FIG. 1 has the feature that even if the input voltage has distortion, it can output a voltage with a constant amplitude without distortion, and the waveform of the input current is a sine wave. The power factor can be improved and the power factor can be improved. However, since the single-phase AC uninterruptible power supply apparatus of FIG. 1 includes the converter CONV and the inverter INV, and includes eight switches Q11 to Q18, eight diodes D11 to D18, and a transformer Tr. It has the disadvantage of being large and expensive.
図1の単相交流無停電電源装置の欠点を解決するためにハーフブリッジ型コンバータとハーフブリッジ型インバータとを組み合わせた図2の単相交流無停電電源装置が知られている。この図2の単相交流無停電電源装置は、交流電源ACと、昇圧用リアクトルL11と、ハーフブリッジ型コンバータを構成するトランジスタから成る第1及び第2のスイッチQa,Qbと、ハーフブリッジ型インバータを構成するトランジスタから成る第3及び第4のスイッチQc,Qdと、第1、第2、第3及び第4のダイオードDa,Db,Dc,Ddと、第1及び第2のコンデンサC11,C12と、平滑用リアクトルL12と、蓄電池BTと、負荷Rとから成る。第1のコンデンサC11は第1のダイオードDaを介して充電され、第2のコンデンサC12は第2のダイオードDbを介して充電される。リアクトルL11に対するエネルギーの蓄積は第1及び第2のスイッチQa,Qbによって制御される。リアクトルL11にエネルギーが蓄積されることによって、第1及び第2のコンデンサC11,C12は交流電源ACの電圧とリアクトルL11の電圧とを加算した電圧によって充電され、ハーフブリッジ型インバータの直流電源として機能する。 In order to solve the drawbacks of the single-phase AC uninterruptible power supply of FIG. 1, the single-phase AC uninterruptible power supply of FIG. 2 that combines a half-bridge converter and a half-bridge inverter is known. The single-phase AC uninterruptible power supply device shown in FIG. 2 includes an AC power supply AC, a boosting reactor L11, first and second switches Qa and Qb including transistors constituting a half-bridge converter, and a half-bridge inverter. The third and fourth switches Qc, Qd comprising transistors constituting the first, second, third and fourth diodes Da, Db, Dc, Dd, and the first and second capacitors C11, C12 And a smoothing reactor L12, a storage battery BT, and a load R. The first capacitor C11 is charged via the first diode Da, and the second capacitor C12 is charged via the second diode Db. The accumulation of energy in the reactor L11 is controlled by the first and second switches Qa and Qb. By storing energy in the reactor L11, the first and second capacitors C11 and C12 are charged by a voltage obtained by adding the voltage of the AC power supply AC and the voltage of the reactor L11, and function as a DC power supply for the half-bridge inverter. To do.
図2の単相交流無停電電源装置は、ハーフブリッジ型コンバータとハーフブリッジ型インバータとに基づいて構成されているので、図1の単相交流無停電電源装置に比べて、トランスが不要になり、且つスイッチ、ダイオード及びリアクトルの数が半分になり、小型化且つ低コスト化が可能であるという長所を有する反面、各スイッチQa〜Qdと各ダイオードDa〜Ddとにかかる電圧が第1及び第2のコンデンサC11,C12の電圧の2倍になるため、スイッチングによる損失が大きくなるという欠点を有する。例えば、200V(実効値)の交流電源ACを使用して負荷Rに交流電圧200V(実効値)を供給する場合、図1の方式では最低で282V(ピーク値)の電圧が各スイッチQ11〜Q18と各ダイオードD11〜D18とにかかるが、図2の方式ではその倍の564Vの電圧が各スイッチQa〜Qdと各ダイオードDa〜Ddとにかかり、スイッチング損失が大幅に上昇してしまう。また、各スイッチQa〜Qdを負荷Rが必要とする電流のすべてが流れるため、各スイッチQa〜Qdにおける導通損失が比較的大きくなる。 The single-phase AC uninterruptible power supply device of FIG. 2 is configured based on a half-bridge type converter and a half-bridge type inverter, so that a transformer is not required compared to the single-phase AC uninterruptible power supply device of FIG. In addition, the number of switches, diodes, and reactors is halved, and the size and cost can be reduced. On the other hand, the voltages applied to the switches Qa to Qd and the diodes Da to Dd are first and first. 2 is twice the voltage of the capacitors C11 and C12, so that the loss due to switching increases. For example, when an AC voltage of 200 V (effective value) is supplied to the load R using an AC power source AC of 200 V (effective value), a minimum voltage of 282 V (peak value) is applied to each of the switches Q11 to Q18 in the method of FIG. 2, the voltage of 564V, which is twice that of the diodes D11 to D18, is applied to each of the switches Qa to Qd and each of the diodes Da to Dd, resulting in a significant increase in switching loss. Further, since all of the current required by the load R flows through the switches Qa to Qd, the conduction loss in the switches Qa to Qd becomes relatively large.
図2のハーフブリッジ型コンバータ及びハーフブリッジ型インバータの変形として、負荷Rの一端(左端)を第1及び第2のコンデンサC11,C12の相互接続点に接続する代りに鎖線で示すように交流電源ACの一端に接続する方式が特開平7−337036号公報(特許文献1)に開示されている。この特許文献1の方式では、交流電源ACの電圧にインバータの電圧を加算した電圧が負荷Rに印加される。しかし、特許文献1には図2の蓄電池BTを有さない回路が開示されているのみであり、比較的長い停電に対応することができる無停電電源装置は開示されていない。また、交流電源ACの交流電源の周波数が異常の場合の対処の方法が開示されていない。
As a modification of the half-bridge type converter and the half-bridge type inverter of FIG. 2, an AC power source as shown by a chain line instead of connecting one end (left end) of the load R to the interconnection point of the first and second capacitors C11 and C12. A method of connecting to one end of the AC is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-337036 (Patent Document 1). In the method of
負荷に安定化された交流電圧を供給するための電圧調整回路として、図3に示す交流チョッパ回路を使用した電圧調整回路が知られている。この電圧調整回路では、交流電源ACの一端と負荷Rの一端との間に交流チョッパ回路が接続され、交流電源ACの他端と負荷Rの他端とが共にグランド端子に接続されている。交流チョッパ回路は第1及び第2のスイッチQ11,Q12の直列回路と、この第1及び第2のスイッチQ11,Q12の直列回路に対して並列に接続された第3及び第4のスイッチQ13,Q14の直列回路と、この第3及び第4のスイッチQ13,Q14の直列回路に対して並列に接続されたコンデンサCs並びに第5及び第6のスイッチQ15,Q16の直列回路とを有する。第1及び第2のスイッチQ11,Q12の相互接続点は入力リアクトルLiを介して交流電源ACの一端に接続されている。第3及び第4のスイッチQ13,Q14の相互接続点は交流電源ACの他端に接続されている。交流電源ACに並列に入力フイルタ用コンデンサCiが接続されている。第5及び第6のスイッチQ15,Q16の相互接続点は出力リアクトルLoを介して負荷Rの一端に接続されている。負荷Rに並列に出力フイルタ用コンデンサCoが接続されている。第1、第2、第3、第4、第5及び第6のスイッチQ11,Q12,Q13,Q14,Q15,Q16には逆方向並列に第1、第2、第3、第4、第5及び第6のダイオードD11,D12,D13,D14,D15,D16が接続されている。 A voltage adjusting circuit using an AC chopper circuit shown in FIG. 3 is known as a voltage adjusting circuit for supplying a stabilized AC voltage to a load. In this voltage adjustment circuit, an AC chopper circuit is connected between one end of the AC power supply AC and one end of the load R, and the other end of the AC power supply AC and the other end of the load R are both connected to the ground terminal. The AC chopper circuit includes a series circuit of first and second switches Q11 and Q12, and third and fourth switches Q13 and Q12 connected in parallel to the series circuit of the first and second switches Q11 and Q12. A series circuit of Q14, a capacitor Cs connected in parallel to the series circuit of the third and fourth switches Q13 and Q14, and a series circuit of fifth and sixth switches Q15 and Q16 are included. The interconnection point of the first and second switches Q11 and Q12 is connected to one end of the AC power supply AC via the input reactor Li. The interconnection point of the third and fourth switches Q13 and Q14 is connected to the other end of the AC power supply AC. An input filter capacitor Ci is connected in parallel with the AC power supply AC. The interconnection point of the fifth and sixth switches Q15 and Q16 is connected to one end of the load R via the output reactor Lo. An output filter capacitor Co is connected in parallel with the load R. The first, second, third, fourth, fifth, and sixth switches Q11, Q12, Q13, Q14, Q15, and Q16 are arranged in parallel in the reverse direction in the first, second, third, fourth, and fifth. The sixth diodes D11, D12, D13, D14, D15, and D16 are connected.
図3に示す交流チョッパ回路を使用した電圧調整回路は、交流電源電圧の振幅変動を補償した出力電圧(負荷電圧)を比較的簡単な回路で得ることができるという特長を有する。しかし、交流電源電圧の周期的変化(例えば50Hz又は60Hzの変化)に応じてグランド(接地)に対するコンデンサCsの一端及び他端の電位が変化する。このため、交流電源電圧の周波数が変動した時に、負荷Rに一定周波数の交流電圧を供給できないという欠点を有する。また、図2の無停電電源装置に比べてスイッチの数及びダイオードの数が2個多くなるという欠点を有する。
本発明が解決しようとする課題は、小型且つ低コストな例えば無停電電源装置等の交流電力供給装置が要求されていることであり、本発明の目的はこの要求に応えることができる交流電力供給装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is that a small and low-cost AC power supply device such as an uninterruptible power supply is required, and the object of the present invention is to supply AC power that can meet this requirement. Is to provide a device.
次に、本発明の実施例を示す図面の参照符号を伴って本発明を説明する。なお、特許請求の範囲及びここでの参照符号は本発明の理解を助けるためのものであり、本発明を限定するものではない。
本発明に従う交流電力供給装置は、
交流電源電圧を供給するための第1及び第2の電源端子と、
第1及び第2のコンデンサの直列回路と、
コンバータを構成するために前記第1及び第2のコンデンサの直列回路に対して並列に接続された第1及び第2のスイッチの直列回路と、
インバータを構成するために前記第1及び第2のコンデンサの直列回路に対して並列に接続された第3及び第4のスイッチの直列回路と、
前記第1の電源端子と前記第1及び第2のコンデンサの相互接続点との間に接続された第1のモード切換スイッチ手段(13、又はA及びF1)と、
前記第2の電源端子と前記第1及び第2のコンデンサの相互接続点との間に接続された第2のモード切換スイッチ手段(14、又はB及びF1)と、
前記第1の電源端子と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第3のモード切換スイッチ手段(16、又はD及びF2)と、
前記第2の電源端子と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第4のモード切換スイッチ手段(17、又はE及びF2)と、
前記第3及び第4のスイッチの相互接続点と前記第2の電源端子との間に接続された負荷と、
前記第1及び第2の電源端子間の交流電源電圧の周波数及び電圧値が正常の時に前記第1及び第4のモード切換スイッチ手段をオン制御し且つ前記第2及び第3のモード切換スイッチ手段をオフ制御し、且つ前記交流電源電圧の周波数が異常であり且つ電圧値が正常の時に前記第1及び第4のモード切換スイッチ手段をオフ制御し且つ前記第2及び第3のモード切換スイッチ手段をオン制御するモード切換制御回路と、
前記交流電源電圧を直流電圧に変換するように前記第1及び第2のスイッチを制御するコンバータ制御回路と、
所望周波数及び所望電圧値を有する交流電圧を前記負荷に印加するように前記第3及び第4のスイッチを制御するインバータ制御回路とを備えている。
なお、本願において、負荷に対する電力供給が無視できるほど短い時間(例えば、交流電源電圧VACの1/4サイクル以下)停止した場合も無停電とみなす。
また、本願において、コンバータは交流―直流変換回路又は直流―直流変換回路を意味し、インバータは直流―交流変換回路を意味している。
Next, the present invention will be described with reference numerals in the drawings showing an embodiment of the present invention. It should be noted that the claims and the reference numerals used here are for helping understanding of the present invention, and do not limit the present invention.
An AC power supply apparatus according to the present invention
First and second power supply terminals for supplying an AC power supply voltage;
A series circuit of first and second capacitors;
A series circuit of first and second switches connected in parallel to the series circuit of the first and second capacitors to form a converter;
A series circuit of third and fourth switches connected in parallel to the series circuit of the first and second capacitors to form an inverter;
First mode changeover switch means (13 or A and F1) connected between the first power supply terminal and the interconnection point of the first and second capacitors;
Second mode changeover switch means (14 or B and F1) connected between the second power supply terminal and the interconnection point of the first and second capacitors;
Third mode changeover switch means (16 or D and F2) connected between the first power supply terminal and the interconnection point of the first and second switches;
Fourth mode changeover switch means (17, or E and F2) connected between the second power supply terminal and the interconnection point of the first and second switches;
A load connected between an interconnection point of the third and fourth switches and the second power supply terminal;
When the frequency and voltage value of the AC power supply voltage between the first and second power supply terminals are normal, the first and fourth mode changeover switch means are turned on, and the second and third mode changeover switch means When the frequency of the AC power supply voltage is abnormal and the voltage value is normal, the first and fourth mode changeover switch means are turned off and the second and third mode changeover switch means A mode switching control circuit for controlling ON,
A converter control circuit for controlling the first and second switches so as to convert the AC power supply voltage into a DC voltage;
And an inverter control circuit for controlling the third and fourth switches so as to apply an AC voltage having a desired frequency and a desired voltage value to the load.
In the present application, even when the power supply to the load is short enough to be ignored (for example, ¼ cycle or less of the AC power supply voltage V AC ), it is regarded as uninterrupted.
In the present application, the converter means an AC-DC conversion circuit or a DC-DC conversion circuit, and the inverter means a DC-AC conversion circuit.
なお、請求項2に示すように、交流電力供給装置を、
交流電源電圧を供給するための第1及び第2の電源端子と、
第1及び第2のコンデンサの直列回路と、
コンバータを構成するために前記第1及び第2のコンデンサの直列回路に対して並列に接続された第1及び第2のスイッチの直列回路と、
インバータを構成するために前記第1及び第2のコンデンサの直列回路に対して並列に接続された第3及び第4のスイッチの直列回路と、
直流電圧を供給するための一端及び他端を有し、前記一端が前記第1及び第2のコンデンサの直列回路の一端に接続されている蓄電池と、
前記第1の電源端子と前記第1及び第2のコンデンサの相互接続点との間に接続された第1のモード切換スイッチ手段(13、又はA及びF1)と、
前記第2の電源端子と前記第1及び第2のコンデンサの相互接続点との間に接続された第2のモード切換スイッチ手段(14、又はB及びF1)と、
前記蓄電池の他端と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第3のモード切換スイッチ手段(15、又はC及びF2)と、
前記第2の電源端子と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第4のモード切換スイッチ手段(17、又はE及びF2)と、
前記第3及び第4のスイッチの相互接続点と前記第2の電源端子との間に接続された負荷と、
前記第1及び第2の電源端子間の交流電源電圧の周波数及び電圧値が正常の時に前記第1及び第4のモード切換スイッチ手段をオン制御し且つ前記第2及び第3のモード切換スイッチ手段をオフ制御し、且つ前記交流電源電圧の周波数及び電圧値の両方が異常の時に前記第1及び第4のモード切換スイッチ手段をオフ制御し且つ前記第2及び第3のモード切換スイッチ手段をオン制御するモード切換制御回路と、
前記第1及び第2の電源端子間の交流電源電圧の周波数及び電圧値が正常の時に前記交流電源電圧を直流電圧に変換し、前記交流電源電圧の周波数及び電圧値の両方が異常の時に前記蓄電池の直流電圧を前記第1及び第2のコンデンサの直列回路が要求している直流電圧に変換するように前記第1及び第2のスイッチを制御するコンバータ制御回路と、
所望周波数及び所望電圧値を有する交流電圧を前記負荷に印加するように前記第3及び第4のスイッチを制御するインバータ制御回路とで構成することもできる。
また、請求項3に示すように、交流電力供給装置を、
交流電源電圧を供給するための第1及び第2の電源端子と、
第1及び第2のコンデンサの直列回路と、
コンバータを構成するために前記第1及び第2のコンデンサの直列回路に対して並列に接続された第1及び第2のスイッチの直列回路と、
インバータを構成するために前記第1及び第2のコンデンサの直列回路に対して並列に接続された第3及び第4のスイッチの直列回路と、
直流電圧を供給するための一端及び他端を有し、前記一端が前記第1及び第2のコンデンサの直列回路の一端に接続されている蓄電池と、
前記第1の電源端子と前記第1及び第2のコンデンサの相互接続点との間に接続された第1のモード切換スイッチ手段(13、又はA及びF1)と、
前記第2の電源端子と前記第1及び第2のコンデンサの相互接続点との間に接続された第2のモード切換スイッチ手段(14、又はB及びF1)と、
前記蓄電池の他端と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第3のモード切換スイッチ手段(15、又はC及びF2)と、
前記第1の電源端子と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第4のモード切換スイッチ手段(16、又はD及びF2)と、
前記第2の電源端子と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第5のモード切換スイッチ手段(17、又はE及びF2)と、
前記第3及び第4のスイッチの相互接続点と前記第2の電源端子との間に接続された負荷と、
前記第1及び第2の電源端子間の交流電源電圧の周波数及び電圧値が正常の時に前記第1及び第5のモード切換スイッチ手段をオン制御し且つ前記第2、第3及び第4のモード切換スイッチ手段をオフ制御し、且つ前記交流電源電圧の周波数が異常であり且つ電圧値が正常の時に前記第1、第3及び第5のモード切換スイッチ手段をオフ制御し且つ前記第2及び第4のモード切換スイッチ手段をオン制御するモード切換制御回路と、
前記第1及び第2の電源端子間の交流電源電圧の電圧値が正常の時に前記交流電源電圧を直流電圧に変換し、前記交流電源電圧の周波数及び電圧値の一方又は両方が異常の時に前記蓄電池の直流電圧を前記第1及び第2のコンデンサの直列回路が要求している直流電圧に変換するように前記第1及び第2のスイッチを制御するコンバータ制御回路と、
所望周波数及び所望電圧値を有する交流電圧を前記負荷に印加するように前記第3及び第4のスイッチを制御するインバータ制御回路とで構成することもできる。
また、請求項4に示すように、更に、前記第1及び第2のスイッチの相互接続点に接続された第1のリアクトル(インダクタンス)と、前記第3及び第4のスイッチの相互接続点に接続された第2のリアクトル(インダクタンス)とを有していることが望ましい。
また、請求項5に示すように、更に、前記蓄電池を充電する充電手段を有していることが望ましい。
In addition, as shown in
First and second power supply terminals for supplying an AC power supply voltage;
A series circuit of first and second capacitors;
A series circuit of first and second switches connected in parallel to the series circuit of the first and second capacitors to form a converter;
A series circuit of third and fourth switches connected in parallel to the series circuit of the first and second capacitors to form an inverter;
A storage battery having one end and the other end for supplying a DC voltage, the one end being connected to one end of a series circuit of the first and second capacitors;
First mode changeover switch means (13 or A and F1) connected between the first power supply terminal and the interconnection point of the first and second capacitors;
Second mode changeover switch means (14 or B and F1) connected between the second power supply terminal and the interconnection point of the first and second capacitors;
Third mode changeover switch means (15, or C and F2) connected between the other end of the storage battery and the interconnection point of the first and second switches;
Fourth mode changeover switch means (17, or E and F2) connected between the second power supply terminal and the interconnection point of the first and second switches;
A load connected between an interconnection point of the third and fourth switches and the second power supply terminal;
When the frequency and voltage value of the AC power supply voltage between the first and second power supply terminals are normal, the first and fourth mode changeover switch means are turned on, and the second and third mode changeover switch means And the first and fourth mode changeover switch means are turned off and the second and third mode changeover switch means are turned on when both the frequency and voltage value of the AC power supply voltage are abnormal. A mode switching control circuit to control;
The AC power supply voltage is converted to a DC voltage when the frequency and voltage value of the AC power supply voltage between the first and second power supply terminals are normal, and the frequency and voltage value of the AC power supply voltage are both abnormal. A converter control circuit for controlling the first and second switches so as to convert a DC voltage of the storage battery into a DC voltage required by a series circuit of the first and second capacitors;
An inverter control circuit that controls the third and fourth switches so as to apply an AC voltage having a desired frequency and a desired voltage value to the load may be used.
Moreover, as shown in claim 3, the AC power supply device is
First and second power supply terminals for supplying an AC power supply voltage;
A series circuit of first and second capacitors;
A series circuit of first and second switches connected in parallel to the series circuit of the first and second capacitors to form a converter;
A series circuit of third and fourth switches connected in parallel to the series circuit of the first and second capacitors to form an inverter;
A storage battery having one end and the other end for supplying a DC voltage, the one end being connected to one end of a series circuit of the first and second capacitors;
First mode changeover switch means (13 or A and F1) connected between the first power supply terminal and the interconnection point of the first and second capacitors;
Second mode changeover switch means (14 or B and F1) connected between the second power supply terminal and the interconnection point of the first and second capacitors;
Third mode changeover switch means (15 or C and F2) connected between the other end of the storage battery and the interconnection point of the first and second switches;
A fourth mode changeover switch means (16, or D and F2) connected between the first power supply terminal and the interconnection point of the first and second switches;
Fifth mode changeover switch means (17 or E and F2) connected between the second power supply terminal and the interconnection point of the first and second switches;
A load connected between an interconnection point of the third and fourth switches and the second power supply terminal;
When the frequency and voltage value of the AC power supply voltage between the first and second power supply terminals are normal, the first and fifth mode changeover switch means are controlled to be turned on, and the second, third and fourth modes are controlled. When the changeover switch means is turned off, and when the frequency of the AC power supply voltage is abnormal and the voltage value is normal, the first, third and fifth mode changeover switch means are turned off and the second and second modes A mode switching control circuit for turning on the mode switching switch means;
When the voltage value of the AC power supply voltage between the first and second power supply terminals is normal, the AC power supply voltage is converted into a DC voltage, and when one or both of the frequency and voltage value of the AC power supply voltage are abnormal, A converter control circuit for controlling the first and second switches so as to convert a DC voltage of the storage battery into a DC voltage required by a series circuit of the first and second capacitors;
An inverter control circuit that controls the third and fourth switches so as to apply an AC voltage having a desired frequency and a desired voltage value to the load may be used.
Further, as shown in
Moreover, as shown in
各請求項の発明は次の効果を有する。
(1)図1の従来の単相交流無停電電源装置よりも回路構成が簡略化され、小型化及び低コスト化が図られているにも拘わらず、第1〜第4のモード切換スイッチが設けられているので、交流電源電圧の周波数異常が生じても負荷に所望周波数の交流電圧の供給を継続することができる。
(2)交流電源電圧が正常の時には、第1及び第2のスイッチに、入力電流の歪みを補償する電流と直流電圧を一定に維持する電流とが流れるのみであり、負荷のための有効電流は流れない。従って、第1及び第2のスイッチにおける電力損失が低減される。
The invention of each claim has the following effects.
(1) Although the circuit configuration is simplified as compared with the conventional single-phase AC uninterruptible power supply device shown in FIG. 1, the first to fourth mode changeover switches are reduced in size and cost. Since it is provided, supply of an AC voltage having a desired frequency to the load can be continued even if an abnormality occurs in the frequency of the AC power supply voltage.
(2) When the AC power supply voltage is normal, only the current for compensating for distortion of the input current and the current for maintaining the DC voltage constant flow through the first and second switches, and the effective current for the load. Does not flow. Therefore, power loss in the first and second switches is reduced.
次に、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図4に示す本発明の実施例1に従う交流電力供給装置としての単相交流無停電電源装置は、交流発電機又は商用交流電源等から成る交流電源1から負荷2に交流電力を無停電で供給するためのものであって、図2の従来回路と同様に交流―直流変換機能(コンバータ機能)と直流―交流変換機能(インバータ機能)とを有する。しかし、実施例1に従う単相交流無停電電源装置は、図2の従来回路に比べて次の新規な点を有する。
1.負荷2が交流電源1の一端とインバータの出力端子3との間に接続されている。
2.交流電源電圧の振幅変動がインバータで補正される。
3.交流電源電圧の周波数又は電圧値(振幅又は実効値)又はこれらの両方が異常の時に、好ましくは電磁接触器又はメカニカルリレー又は半導体スイッチから成る第1、第2、第3、第4及び第5のモード切換スイッチ手段としての第1、第2、第3、第4及び第5のモード切換スイッチ13,14,15,16、17によって第1、第2、第3及び第4のスイッチQ1、Q2,Q3,Q4による電力変換モードの切換が行われ、負荷2に所望の周波数又は電圧値(振幅又は実効値)を有する交流電圧が供給される。
The single-phase AC uninterruptible power supply as an AC power supply apparatus according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. As in the conventional circuit of FIG. 2, it has an AC-DC conversion function (converter function) and a DC-AC conversion function (inverter function). However, the single-phase AC uninterruptible power supply according to the first embodiment has the following new points as compared with the conventional circuit of FIG.
1. A
2. The amplitude fluctuation of the AC power supply voltage is corrected by the inverter.
3. When the frequency or voltage value (amplitude or effective value) of the AC power supply voltage or both are abnormal, the first, second, third, fourth and fifth, preferably consisting of an electromagnetic contactor or a mechanical relay or a semiconductor switch The first, second, third, fourth, and fourth switches Q1, by the first, second, third, fourth, and fifth mode changeover switches 13, 14, 15, 16, and 17 as the mode changeover switch means. The power conversion mode is switched by Q2, Q3, and Q4, and an alternating voltage having a desired frequency or voltage value (amplitude or effective value) is supplied to the
次に、図4の単相交流無停電電源装置の各部を詳しく説明する。この単相交流無停電電源装置は、交流電源1と負荷2との間に交流―直流―交流変換回路を有する。この変換回路は第1及び第2のコンデンサ7,8の直列回路と、この第1及び第2のコンデンサ7,8の直列回路に対して並列に接続された第1及び第2のスイッチQ1,Q2の直列回路と、第1及び第2のコンデンサ7,8の直列回路に対して並列に接続された第3及び第4のスイッチQ3,Q4の直列回路と、第1及び第2のリアクトル6、9とで構成されている。
Next, each part of the single-phase alternating current uninterruptible power supply device of FIG. 4 will be described in detail. This single-phase AC uninterruptible power supply device has an AC-DC-AC conversion circuit between an
交流電源1は定格電圧(目標電圧)が例えば100V(実効値)、定格周波数(目標周波数)が50Hzの電源であり、第1及び第2の電源端子1a、1bに接続されている。なお、この実施例では第2の電源端子1bがグランドに接続されている。また、交流電源1の交流電源電圧VACの正方向が第1の電源端子1aから第2の電源端子1bに向う方向に決められている。また、交流電源1は交流電源電圧VACの周波数と電圧値との一方又は両方が変動すること、又は停電することがあり得るものから成る。
The
第1及び第2のコンデンサ7,8の直列回路は正側直流導体(ライン)4と負側直流導体(ライン)5との間に接続されている。第1及び第2のコンデンサ7,8の相互接続点P1は第1のモード切換スイッチ13を介して交流電源1の第1の電源端子1aに接続され且つ第2のモード切換スイッチ14を介して交流電源1の第2の電源端子1bに接続されている。第1及び第2のコンデンサ7,8はハーフブリッジ型コンバータ及びハーフブリッジ型インバータのための直流電圧分割機能を有する。
The series circuit of the first and
単相交流無停電電源装置は、交流電源1の停電又は異常をバックアップするための蓄電池12を有する。この蓄電池12の一端(負端子)は負側直流導体(ライン)5に接続されている。蓄電池12の他端(正端子)は第3のモード切換スイッチ15と第1のリアクトル6とを介して第1及び第2のスイッチQ1,Q2の相互接続点P2に接続されている。また、蓄電池12の他端(正端子)は充電手段12aに接続されている。充電手段12aは交流電源1の交流電源電圧VACを直流電圧に変換して蓄電池12を充電する。なお、充電手段12aをスイッチとし、点線12bに示すように蓄電池12を充電手段12aのスイッチを介して正側直流導体(ライン)4に選択的に接続して蓄電池12を充電することができる。蓄電池12の充電はインバータ動作を妨害しない期間に行う。
The single-phase AC uninterruptible power supply has a
第1及び第2のスイッチQ1,Q2の直列回路は、第1及び第2のコンデンサ7,8の直列回路に対して並列接続され且つ正側直流導体(ライン)4と負側直流導体(ライン)5との間に接続されている。第1及び第2のスイッチQ1,Q2によってアクティブフイルタ機能を有するハーフブリッジ型コンバータが構成されている。第1及び第2のスイッチQ1,Q2の相互接続点P2は第1のリアクトル6と第4のモード切換スイッチ16とを介して第1の電源端子1aに接続され且つ第1のリアクトル6と第5のモード切換スイッチ17を介して第2の電源端子1bに接続されている。第1のリアクトル6は昇圧型コンバータのための昇圧用インダクタンス及びフイルタとして機能する。
The series circuit of the first and second switches Q1, Q2 is connected in parallel to the series circuit of the first and
第3及び第4のスイッチQ3,Q4の直列回路は、第1及び第2のコンデンサ7,8の直列回路に対して並列接続され且つ正側直流導体(ライン)4と負側直流導体(ライン)5との間に接続されている。第3及び第4のスイッチQ3,Q4によってハーフブリッジ型インバータが構成されている。第3及び第4のスイッチQ3,Q4の相互接続点P3は出力フイルタ用の第2のリアクトル9を介して交流出力端子3に接続されている。
The series circuit of the third and fourth switches Q3, Q4 is connected in parallel to the series circuit of the first and
第1、第2、第3及び第4のスイッチQ1,Q2、Q3,Q4のそれぞれは絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(FET)からなり、第1、第2、第3及び第4のFETスイッチS1,S2,S3,S4と第1、第2、第3及び第4の寄生ダイオードD1,D2,D3,D4とを有する。第1、第2、第3及び第4のFETスイッチS1,S2,S3,S4はドレイン、ソース及びゲート(制御端子)をそれぞれ有する。第1、第2、第3及び第4の寄生ダイオードD1,D2,D3,D4は第1、第2、第3及び第4のFETスイッチS1,S2,S3,S4に対して逆方向並列に接続されている。第1及び第2の寄生ダイオードD1,D2はコンバータ動作時の整流ダイオードとして機能する。第3及び第4の寄生ダイオードD3,D4はインバータの回生電流又は循環電流を流すために寄与する。なお、第1、第2、第3及び第4の寄生ダイオードD1,D2,D3,D4を個別ダイオードに置き換えることもできる。 Each of the first, second, third and fourth switches Q1, Q2, Q3 and Q4 comprises an insulated gate field effect transistor (FET), and the first, second, third and fourth FET switches S1. , S2, S3, S4 and first, second, third and fourth parasitic diodes D1, D2, D3, D4. The first, second, third and fourth FET switches S1, S2, S3 and S4 each have a drain, a source and a gate (control terminal). The first, second, third and fourth parasitic diodes D1, D2, D3 and D4 are in reverse parallel to the first, second, third and fourth FET switches S1, S2, S3 and S4. It is connected. The first and second parasitic diodes D1 and D2 function as rectifier diodes during converter operation. The third and fourth parasitic diodes D3 and D4 contribute to flow the regenerative current or circulating current of the inverter. The first, second, third and fourth parasitic diodes D1, D2, D3 and D4 can be replaced with individual diodes.
第1及び第2のコンデンサ7,8の相互接続点P1と第1の交流リアクトル6の入力側導体28との間に入力段のフイルタコンデンサ10が接続されている。第3及び第4のスイッチQ3,Q4の相互接続点P3と第2の電源端子1bとの間に第2の交流リアクトル9を介して出力段のフイルタコンデンサ11が接続されている。
An input
負荷2の一端は出力端子3に接続され、他端は第2の電源端子1bに接続されている。負荷2に印加される電圧VABの詳細は後述する。
One end of the
第1〜第4のスイッチQ1〜Q4、及び第1〜第5のモード切換スイッチ13〜17を制御するために第1及び第2の電流検出器18,19が設けられ、更に制御回路32が設けられている。第1の電流検出器18は交流入力電流検出信号を得るために第2の電源端子1bと第5のモード切換スイッチ17との間の電源ラインに電磁結合され、第2の電流検出器19は出力電流検出信号を得るために第3及び第4のスイッチQ3、Q4の相互接続点P3と出力端子3との間の電源ラインに電磁結合されている。第1及び第2の電流検出器18,19はライン18a、29によって制御回路32に接続されている。また、第1の電源端子1aの電位を検出するためのライン20、第2の電源端子1bの電位VAを検出すためのライン21、正側直流導体4の電位を検出するためのライン22、負側直流導体5の電位を検出するためのライン23、出力端子3の電位VBを検出するためのライン30、及び負荷2の下端の電位を検出するためのライン31が制御回路32にそれぞれ接続されている。また、第1、第2、第3及び第4のFETスイッチS1,S2,S3,S4のゲートと制御回路32との間がライン24,25,26,27によってそれぞれ接続されている。なお、第1、第2、第3及び第4のFETスイッチS1,S2,S3,S4のゲート制御信号は各ゲート・ソース間に印加される。従って、実際にはゲート制御信号を印加するためにゲートのみならずソースも制御回路32に接続されているが、この接続は図示を簡略化するために省かれている。第1、第2、第3、第4及び第5のモード切換スイッチ13,14,15,16、17の制御端子はライン13a,14a,15a,16a、17aによって制御回路32に接続されている。
First and second
制御回路32は次の機能を有する。
1.交流電源電圧VACが第1及び第2の電源端子1a,1bに正常に供給されている時には、ハーフブリッジ型コンバータ動作によって交流電源電圧VACを直流電圧に変換するように第1及び第2のスイッチQ1,Q2を制御するための制御信号を形成し、これを第1及び第2のスイッチQ1,Q2のゲートに供給する。また、ハーフブリッジ型インバータ動作によって直流電圧を交流電源電圧VACに同期した交流電圧に変換するための制御信号を形成し、これを第3及び第4のスイッチQ3,Q4のゲートに供給する。また、第1及び第5のモード切換スイッチ13,17をオンに制御する信号、並びに第2、第3及び第4のモード切換スイッチ14,15,16をオフに制御する信号を形成する。また、第1及び第2の電源端子1a,1bを流れる交流入力電流が正弦波になるように第1及び第2のスイッチQ1,Q2を制御する。即ち、アクティブフイルタ動作が生じるように第1及び第2のスイッチQ1,Q2を制御する。また、交流電源電圧VACに対してハーフブリッジ型インバータの出力電圧を重畳した電圧に相当する負荷電圧VABが所望値になるように第3及び第4のスイッチQ3,Q4を制御する。以下、この制御モードを第1の制御モード又は正常制御モードと呼ぶ。図4に第1の制御モードの単相交流無停電電源装置が示されている。
2.第1及び第2の電源端子1a,1b間の交流電源電圧VACの周波数が異常、電圧値(振幅及び実効値)が正常の時には、第2及び第4のモード切換スイッチ14,16をオンに制御する信号、並びに第1、第3及び第5のモード切換スイッチ13,15,17をオフに制御する信号を形成する。また、ハーフブリッジ型コンバータ動作によって交流電源電圧VACを直流電圧に変換するように第1及び第2のスイッチQ1,Q2を制御するための制御信号を形成し、これを第1及び第2のスイッチQ1,Q2のゲートに供給する。また、ハーフブリッジ型インバータ動作によって直流電圧を交流電源電圧VACに対して非同期の交流電圧に変換するための制御信号を形成し、これを第3及び第4のスイッチQ3,Q4のゲートに供給する。この制御モードでは、交流電源電圧VACにインバータ出力電圧を重畳しないで、インバータ出力電圧が負荷電圧VABにする。以下、この制御モードを第2の制御モード、又は周波数異常制御モードと呼ぶ。図5に第2の制御モードの単相交流無停電電源装置が示されている。
3.第1及び第2の電源端子1a,1b間の交流電源電圧VACの周波数と電圧値(振幅及び実効値)との両方が異常又は停電の時には、第2及び第3のモード切換スイッチ14,15をオンに制御する信号、並びに第1、第4及び第5のモード切換スイッチ13,16,17をオフに制御する信号を形成する。また、昇圧コンバータ動作させるように第1及び第2のスイッチQ1,Q2を制御するための制御信号を形成し、これを第1及び第2のスイッチQ1,Q2のゲートに供給する。また、ハーフブリッジ型インバータ動作によって直流電圧を負荷2が要求する周波数と電圧値(振幅及び実効値)の交流電圧に変換するための制御信号を形成し、これを第3及び第4のスイッチQ3,Q4のゲートに供給する。以下、この制御モードを第3の制御モード、又は周波数及び電圧値異常制御モードと呼ぶ。図6に第3の制御モードの単相交流無停電電源装置が示されている。
The
1. AC power supply voltage V AC is first and second
2. When the frequency of the AC power supply voltage V AC between the first and second
3. When both the frequency and voltage value (amplitude and effective value) of the AC power supply voltage V AC between the first and second
図7に上記第1、第2及び3の制御モードを得るための制御回路32の詳細が示されている。この制御回路32は大別してコンバータ制御回路61と、インバータ制御回路62と、電源電圧検出回路63と、モード切換制御回路64とを有する。
FIG. 7 shows details of the
コンバータ制御回路61は、交流電源電圧VACを直流電圧に変換するように第1及び第2のスイッチQ1,Q2を制御するための信号、又は蓄電池12の直流電圧を昇圧した直流電圧に変換するように第1及び第2のスイッチQ1,Q2を制御するための信号を形成して第1及び第2のスイッチQ1,Q2のゲートに供給するためのものであって、直流電圧を検出するためにライン22、23に接続された直流電圧検出回路41と、直流電圧基準値発生器33と、直流電圧検出回路41の直流電圧検出信号と直流電圧基準値発生器33の直流電圧基準値との差を示す信号を形成する減算器34aと、比例積分回路(PI)34bとを有する。比例積分回路34bはライン22、23間の直流電圧を一定に制御するための直流電圧制御信号を出力する。なお、減算器34aと比例積分回路34bとを一体にして誤差増幅回路とすることもできる。振幅調整回路(G)36は電源電圧検出回路63から得られた電源電圧検出信号の振幅を調整して乗算器35に送る。電源電圧検出回路63はライン20,21の信号に基づいて交流電源電圧VACを示す信号を検出する。乗算器35は振幅調整回路36から得られた正弦波交流信号に比例積分回路34bから得られた直流電圧制御信号を乗算して振幅調整された正弦波交流信号を出力する。乗算器35に接続された減算器37aは乗算器35から得られた正弦波交流信号とライン18aの交流入力電流検出信号との差を示す信号を形成する。比例積分回路(PI)37bは減算器37aの出力を比例積分して正弦波交流信号と交流入力電流検出信号との差を示す信号を出力する。なお、減算器37aと比例積分回路37bとを一体にして誤差増幅回路とすることもできる。比較器38の一方の入力端子は比例積分回路37bに接続され、他方の入力端子は三角波発生回路39に接続されている。従って、比較器38は比例積分回路37bから得られた図9(A)に示す信号V1と三角波発生回路39から得られた交流電源電圧VACよりも十分に高い繰返し周波数を有する三角波電圧(又は鋸波電圧)V2とを比較し、図9(B)に示すPWM信号を出力する。比較器38に入力する信号V1は直流電圧の情報、交流入力電流の振幅及び波形情報を含んでいる。これにより、正側直流導体4と負側直流導体5との間の直流電圧VPNを一定に制御すると共に交流入力電流の波形を正弦波に近似させ且つ力率を1に近づけるための信号が比較器38から出力する。なお、図6に示す第3の制御モードの時には、電源電圧検出回路63の出力が零になり、且つライン18の入力電流検出も零になる。そこで、図7のコンバータ制御回路61に、第3の制御モードの時に比例積分回路34bの出力を比較器38の一方の入力端子に直接に入力させる手段が設けられている。この手段は図7に特別に示されていないが、例えば、第3の制御モードの時に比例積分回路34bの出力を、乗算器35、減算器37a、及び比例積分回路(PI)37bを無調整で通過させて比較器38の一方の入力端子に入力させるように構成されるか、又は比例積分回路34bと比較器38の一方の入力端子との間に第3の制御モードの時にのみオンになるスイッチを設け、第3の制御モードの時に比例積分回路(PI)37bの出力に代わって比例積分回路34bの出力をスイッチを介して比較器38の一方の入力端子に入力させるように構成される。
制御信号形成回路40は比較器38の出力に基づいて図4の第1及び第2のFETスイッチS1、S2を制御するための信号を形成し、これをライン24、25に送出する。ライン24には図9(B)の信号が送られ、ライン25には図9(B)の位相反転信号が送られる。
The converter control circuit 61 converts a signal for controlling the first and second switches Q1 and Q2 so as to convert the AC power supply voltage V AC into a DC voltage, or converts the DC voltage of the
The control
図7のインバータ制御回路62は、負荷2が要求する正弦波電圧と同一の周波数の基準正弦波を発生する基準正弦波発生器42を有している。この基準正弦波発生器42と電源電圧検出回路63とに接続された位相同期制御回路43は、交流電源電圧VACの位相と基準正弦波発生器42の基準正弦波の位相とを比較し、基準正弦波発生器42の基準正弦波の位相を交流電源電圧VACの位相に徐々に近づけるように位相シフトした基準正弦波を次段の乗算器44に送る。もし、停電で交流電源電圧VACが発生していない場合には、基準正弦波発生器42の基準正弦波が位相同期制御回路43の出力となる。位相同期制御回路43の出力段の乗算器44は、位相同期制御回路43から出力された基準正弦波に対して基準交流電圧振幅信号発生器45から発生した基準交流電圧の振幅を示す信号を乗算して所望振幅と所望位相及び所望周波数を有する目標交流出力電圧信号を形成する。交流出力電圧検出回路46はライン30、31間に得られる交流出力電圧即ち負荷電圧VABを検出し、負荷電圧VABを示す信号を交流出力電圧検出信号として減算器47aに送る。減算器47aは、乗算器44から得られた目標交流出力電圧信号と交流出力電圧検出回路46から得られた交流出力電圧検出信号との差を示す信号を出力する。比例積分回路47bは減算器47aの出力信号を比例積分して出力電圧指令信号を出力する。なお、減算器47aと比例積分回路47bとを一体化して誤差増幅回路を構成することもできる。比例積分回路47bの出力段の減算器48aは比例積分回路47bの出力からライン29の出力電流検出信号を減算する。比例積分回路48bは減算器48aの出力を比例積分して出力電流によって振幅補正された出力電圧指令信号を出力する。なお、減算器48aと比例積分回路48bとを一体化して誤差増幅器を構成することもできる。また、電流による補正が不要の場合には、減算器48aと比例積分回路48bとを省くこともできる。比例積分回路48bの出力段の比較器49は比例積分回路48bから得られた出力電圧指令信号と三角波発生器50から得られた三角波電圧(又は鋸波電圧)とを比較してPWM信号を形成する。三角波発生器50は交流電源電圧VACよりも十分高い繰返し周波数で三角波(又は鋸波電圧)を発生するものであり、コンバータ制御回路61内の三角波発生回路39と兼用することもできる。比較器49の出力段の制御信号形成回路51は、比較器49の出力に基づいて第3及び第4のFETスイッチS3、S4をオンオフ制御するための信号を形成する。即ち、制御信号形成回路51は、第3及び第4のFETスイッチS3、S4をハーフブリッジ型インバータ動作させるための制御信号を形成する。制御信号形成回路51から導出されたライン26,27には比較器49から得られたPWM制御信号に対応する信号とこの位相反転信号が送出される。
The
モード切換制御回路64は、電源電圧検出回路63の出力ライン63aに接続されており、電源電圧検出回路63から得られた電源電圧検出信号に基づいて第1、第2、第3、第4及び第5のモード切換スイッチ13,14,15,16、17を制御するための第1、第2、第3、第4及び第5のモード切換制御信号を形成してライン13a,14a,15a,16a、17aに送出する。
The mode
図8に図7のモード切換制御回路64の詳細が示されている。このモード切換制御回路64は、大別して周波数判定手段71と電源電圧値判定手段72と論理回路73とから成る。
FIG. 8 shows details of the mode
周波数判定手段71は、電源電圧検出回路63の出力ライン63aに接続された周波数検出手段75と、基準周波数発生手段76と、比較手段77とから成る。比較手段77は周波数検出手段75から得られた交流電源電圧VACの周波数を示す信号と基準周波数発生手段76から得られた基準周波数(負荷2が要求する周波数)を示す信号とを比較し、交流電源電圧VACの周波数が基準周波数から所定範囲(例えば+1〜―1%)ずれているか否かを判定し、交流電源電圧VACの周波数が基準周波数から所定範囲よりもずれている時に周波数異常を示す第1の電圧レベルの信号(例えば低レベル即ち論理の0信号)を出力し、交流電源電圧VACの周波数が基準周波数から所定範囲よりもずれていない時(正常時)は第2の電圧レベル信号(例えば高レベル即ち論理の1信号)を出力する。なお、周波数判定手段71は、図8に示す回路に限定されるものではなく、周波数の正常及び異常を判定できるあらゆる回路に置き換えることができる。
The frequency determination unit 71 includes a
電源電圧値判定手段72は、電源電圧検出回路63の出力ライン63aに接続され実効値検出手段78と、基準実効値発生手段79と、比較手段80とから成る。比較手段80は実効値検出手段78から得られた交流電源電圧VACの実効値を示す信号と基準実効値発生手段79から得られた基準実効値(負荷2が要求する実効値)を示す信号とを比較し、交流電源電圧VACの実効値が基準実効値から所定範囲(例えば+20〜―20%)ずれているか否かを判定し、交流電源電圧VACの実効値が基準実効値から所定範囲よりもずれている時に実効値異常(電源電圧値異常)を示す第1の電圧レベルの信号(例えば低レベル即ち論理の0信号)を出力し、交流電源電圧VACの実効値が基準実効値から所定範囲よりもずれていない時は第2の電圧レベル信号(例えば高レベル即ち論理の1信号)を出力する。なお、交流電源電圧VACの実効値Vと最大振幅(ピーク値)VmとはV=Vm/21/2の関係があり、実効値Vは最大振幅(ピーク値)Vmに比例するので、交流電源電圧VACの実効値の正常及び異常を判定する代わりに交流電源電圧VACの最大振幅の正常及び異常を判定するように変形できる。従って、本願における電源電圧値は、交流電源電圧VACの実効値又は最大振幅又は平均値等の電源電圧の大きさを示す値の全てを意味する。また、電源電圧値判定手段72は、図8に示す回路に限定されるものではなく、電源電圧値の正常及び異常を判定できるあらゆる回路に置き換えることができる。
The power supply voltage value determination means 72 is connected to the
論理回路73は、周波数判定手段71と電源電圧値判定手段72との出力に基づいて第1、第2、第3、第4及び第5のモード切換スイッチ13,14,15,16、17を選択的に制御するための第1、第2、第3、第4及び第5のモード切換制御信号を形成し、これをライン13a,14a,15a,16a、17aに送出するものであり、第1のAND回路(論理積回路)81と第1のNOT回路(反転回路)82と第2のNOT回路(反転回路)84と第3のNOT回路(反転回路)86と第2のAND回路(論理積回路)87とから成る。第1のAND回路81の一方の入力端子は周波数判定手段71の比較手段77に接続され、他方の入力端子は電源電圧値判定手段72の比較手段80に接続されている。第1のAND回路81の出力端子にライン13a、17aが接続され、且つ第1のNOT回路82を介してライン14aが接続されている。ライン15aは第2のNOT回路84を介して電源電圧値判定手段72の比較手段80に接続されている。第2のAND回路87の一方の入力端子は第3のNOT回路86を介して周波数判定手段71の比較手段77に接続され、他方の入力端子は電源電圧値判定手段72の比較手段80に接続されている。第2のAND回路87の出力端子にライン16aが接続されている。
The
次に、図4の単相交流無停電電源装置の動作を説明する。
まず、交流電源1の交流電源電圧VACの周波数及び電圧値(振幅又は実効値)の両方が正常の時、即ち、第1の制御モード又は正常制御モード時の単相交流無停電電源装置の動作を説明する。交流電源電圧VACの周波数及び電圧値(振幅又は実効値)の両方が正常の時には、モード切換制御回路64の周波数判定手段71及び電源電圧値判定手段72から正常を示す高レベル信号が出力される。これにより、第1のAND回路81から高レベル信号が出力され、第1及び第5のモード切換スイッチ13、17が図4に示すようにオン状態になる。この時、第1のNOT回路82から低レベル信号がライン14aに出力されるので、第2のモード切換スイッチ14はオフ状態に制御される。また、第2のNOT回路84からライン15aに低レベル信号が出力されるので、第3のモード切換スイッチ15がオフ状態に制御される。また、第3のNOT回路86から低レベル信号が出力されるので、第2のAND回路87からも低レベル信号がライン16aに出力され、第4のモード切換スイッチ16がオフ状態に制御される。
Next, the operation of the single-phase AC uninterruptible power supply device of FIG. 4 will be described.
First, the AC power source voltage V AC frequency and voltage value of the
図4に示す正常制御モード期間であり且つ交流電源1から正方向電圧が発生している期間において、第1のFETスイッチS1がオフ制御、第2のFETスイッチS2 が オン制御されている時には、第2のコンデンサ8と交流電源1と第1のモード切換スイッチ13と第5のモード切換スイッチ17と第1のリアクトル6と第2のFETスイッチS2とからなる第1の閉回路が形成され、第2のコンデンサ8の電圧と交流電源電圧VACとの和が第1のリアクトル6に加わり、第1のリアクトル6にエネルギーが蓄積される。次に、交流電源1から正方向電圧が発生している期間において、第1のFETスイッチS1がオン制御され、第2のFETスイッチS2 がオフ制御されると、交流電源1と第5のモード切換スイッチ17と第1のリアクトル6と第1のダイオードD1又は第1のFETスイッチS1と第1のコンデンサ7と第1のモード切換スイッチ13とから成る第2の閉回路で第1のコンデンサ7が交流電源電圧VACより高い値に充電される。
When the first FET switch S1 is turned off and the second FET switch S2 is turned on in the normal control mode period shown in FIG. A first closed circuit including the
次に、交流電源1から負方向電圧が発生している期間に、第1のFETスイッチS1が オン制御、第2のFETスイッチS2がオフ制御された時には、交流電源1と第1のモード切換スイッチ13と第1のコンデンサ7と第1のFETスイッチS1 と第1のリアクトル6と第5のモード切換スイッチ17とから成る第3の閉回路が形成され、交流電源電圧VACと第1のコンデンサ7の電圧との和の電圧が第1のリアクトル6に加わり、この第1のリアクトル6にエネルギーが蓄積される。次に、交流電源1から負方向電圧が発生している期間において、第2のFET スイッチS2がオン制御、第1のFETスイッチS1がオフ制御されると、交流電源1と第1のモード切換スイッチ13と第2のコンデンサ8と第2のダイオードD2又は第2のFET スイッチS2と第1のリアクトル6と第5のモード切換スイッチ17とから成る第4の閉回路が形成され、第1のリアクトル6の蓄積エネルギーと交流電源1との両方によって第2のコンデンサ8が交流電源電圧VACよりも高い値に充電される。
交流電源電圧VACが例えば100V(実効値)であるとすれば、正側直流導体4と負側直流導体5との間の直流電圧VPNは、例えば、交流電源電圧VACのピーク値(141V)の2倍に相当する282Vに制御される。
第1及び第2のFETスイッチS1、S2が、図7のコンバータ制御回路61によってオンオフ制御されるために、直流電圧VPNは一定値になり、且つ交流入力電流の波形は正弦波に近似する。これにより、インバータの直流電源電圧としての直流電圧VPNが安定化され、且つ力率改善が達成される。なお、第1及び第2のスイッチQ1,Q2には入力電流の歪みを補償するための電流(正弦波にするための電流)と直流電圧VPNを一定値に維持するための電流が流れるのみであり、負荷2のための電流は流れない。従って、第1及び第2のスイッチQ1,Q2における電力損失は図2の従来回路の第1及び第2のスイッチQa,Qb、第1及び第2のダイオードDa、Dbにおける電力損失よりも小さい。
Next, when the first FET switch S1 is turned on and the second FET switch S2 is turned off during the period in which the negative voltage is generated from the
If the AC power supply voltage V AC is, for example, 100 V (effective value), the DC voltage V PN between the
Since the first and second FET switches S1 and S2 are ON / OFF controlled by the converter control circuit 61 of FIG. 7, the DC voltage V PN becomes a constant value, and the waveform of the AC input current approximates a sine wave. . As a result, the DC voltage V PN as the DC power supply voltage of the inverter is stabilized and power factor improvement is achieved. The first and second switches Q1 and Q2 only carry a current for compensating for distortion of the input current (current for making a sine wave) and a current for maintaining the DC voltage V PN at a constant value. And no current flows for the
図4に示す正常制御モード期間においては、図7のインバータ制御回路62の出力で第3及び第4のスイッチQ3,Q4がオンオフ制御される。この時の第3及び第4のスイッチQ3,Q4のオンオフ動作はハーフブリッジ型インバータ動作である。本実施例では、交流電源電圧VACにインバータの出力電圧が重畳(加算又は減算)されたものが負荷2に印加される。更に詳しく説明すると、第3のFETスイッチS3のオン期間には、第1のコンデンサ7と第3のFETスイッチS3(又は第3のダイオードD3)と第2のリアクトル9と負荷2と第5のモード切換スイッチ17と交流電源1と第1のモード切換スイッチ13との閉回路が形成され、また、第4のFETスイッチS4のオン期間には、第2のコンデンサ8と第1のモード切換スイッチ13と交流電源1と第5のモード切換スイッチ17と負荷2と第2のリアクトル9と第4のFETスイッチS4(又は第4のダイオードD4)との閉回路が形成される。負荷2が電位VAの第2の電源端子1bと電位VBの出力端子3との間に接続されているために、負荷2の電圧VABは第2の電源端子1bと出力端子3との間の電圧となる。ここで、第1及び第2のコンデンサ7、8の相互接続点P1と出力端子3との間の電圧(インバータ出力電圧)をVBCとすれば、負荷電圧VABと交流電源電圧VACとインバータ出力電圧VBCとの関係を次式で示すことができる。
VAB=VAC―VBC
もし、図10(A)に示すように正弦波からなる交流電源電圧VACの最大振幅がその定格電圧Vnよりも電圧ΔVだけ低い時には、図10(B)に示すように図10(A)の交流電源電圧VACに対して逆相であり且つΔVの最大振幅を有する正弦波からなるインバータ出力電圧VBCが形成され、これが交流電源電圧VACに重畳され、負荷電圧VABの最大振幅は図10(C)に示すように定格電圧Vnになる。
In the normal control mode period shown in FIG. 4, the third and fourth switches Q3 and Q4 are on / off controlled by the output of the
V AB = V AC -V BC
If the maximum amplitude of the AC power supply voltage V AC consisting of a sine wave is lower than the rated voltage Vn by a voltage ΔV as shown in FIG. 10A, as shown in FIG. 10B, FIG. An inverter output voltage V BC composed of a sine wave having a maximum amplitude of ΔV and having a reverse phase with respect to the AC power supply voltage V AC is formed, and this is superimposed on the AC power supply voltage V AC and the maximum amplitude of the load voltage V AB Becomes the rated voltage Vn as shown in FIG.
逆に、図11(A)に示すように交流電源電圧VACの最大振幅がその定格電圧VnよりもΔVだけ高い時には、図11(B)に示すように図11(A)の交流電源電圧VACに対して同相であり且つΔVの最大振幅を有するインバータ出力電圧VBCが形成され、これが交流電源電圧VACに重畳され、負荷電圧VABの最大振幅は図11(C)に示すように定格電圧Vnになる。即ち、交流電源電圧VACが定格電圧Vnよりも低い時には、交流電源電圧VACから逆相のインバータ出力電圧―VBCが減算され、VAB=VAC−(−VBC)=VAC+VBCの式に従って、交流電源電圧VACよりも高い所望の負荷電圧VABが得られる。また、交流電源電圧VACが定格電圧Vnよりも高い時には、交流電源電圧VACから同相のインバータ出力電圧VBCが減算され、VAB=VAC−VBCの式に従って、交流電源電圧VACよりも低い所望の負荷電圧VABが得られる。これにより、交流電源電圧VACの変動にかかわらず、負荷電圧VABを所望の一定値(例えば100V)に保つことができる。交流電源電圧VACが所望の負荷電圧VABと同一の時は、インバータ出力電圧VBCが零になるように第3及び第4のスイッチQ3,Q4を制御する。なお、交流電源電圧VACに波形歪みがある場合には、たとえ実効値又は最大振幅(ピ−ク値)において交流電源電圧VACが所望負荷電圧VABと同一であっても、正弦波の負荷電圧VABが得られるように第3及び第4のスイッチQ3,Q4が制御される。 Conversely, when the maximum amplitude of the AC power supply voltage V AC is higher than the rated voltage Vn by ΔV as shown in FIG. 11 (A), the AC power supply voltage shown in FIG. 11 (A) is shown in FIG. 11 (B). An inverter output voltage V BC that is in phase with V AC and has a maximum amplitude of ΔV is formed, which is superimposed on the AC power supply voltage V AC, and the maximum amplitude of the load voltage V AB is as shown in FIG. Becomes the rated voltage Vn. That is, when the AC power supply voltage V AC is lower than the rated voltage Vn, the inverter output voltage −V BC of the opposite phase is subtracted from the AC power supply voltage V AC , and V AB = V AC − (− V BC ) = V AC + V According to the BC equation, a desired load voltage V AB higher than the AC power supply voltage V AC is obtained. Further, when the AC power supply voltage V AC is higher than the rated voltage Vn, the inverter output voltage V BC-phase from the AC power source voltage V AC is subtraction, according to the formula V AB = V AC -V BC, AC power supply voltage V AC A lower desired load voltage V AB is obtained. Thereby, the load voltage V AB can be maintained at a desired constant value (for example, 100 V) regardless of the fluctuation of the AC power supply voltage V AC . When the AC power supply voltage V AC is the same as the desired load voltage V AB , the third and fourth switches Q3 and Q4 are controlled so that the inverter output voltage V BC becomes zero. When the AC power supply voltage V AC has a waveform distortion, even if the AC power supply voltage V AC is the same as the desired load voltage V AB at the effective value or the maximum amplitude (peak value), a sine wave The third and fourth switches Q3 and Q4 are controlled so that the load voltage V AB is obtained.
第2の制御モード即ち周波数異常制御モード時には、周波数判定手段71から周波数異常を示す低レベル信号が出力され、電源電圧値判定手段72から電源電圧値正常を示す高レベル信号が出力される。これにより、第1のAND回路81から低レベル信号が出力され、第1のNOT回路82から高レベル信号が出力される。また、第3のNOT回路86から高レベル信号が出力され、第2のAND回路87からも高レベル信号が出力される。この結果、ライン14a,16aから高レベル信号が第2及び第4のモード切換スイッチ14,16に供給され、図5に示すように第2及び第4のモード切換スイッチ14,16がオン状態になる。また、ライン13a、15a、17aは低レベルになるので、第1、第3及び第5のモード切換スイッチ13、15、17は図5に示すようにオフ状態になる。図5に示す第2の制御モード即ち周波数異常制御モード時には、交流電源電圧VACにインバータ出力電圧VBCを重畳する動作を伴わない交流―直流―交流(AC−DC−AC)変換動作によって負荷2に交流電圧が供給される。即ち、第1及び第2のスイッチQ1,Q2に基づくハーフブリッジ型コンバータ動作で交流電源電圧VACが直流電圧に変換され、第3及び第4のスイッチQ3,Q4に基づくハーフブリッジ型インバータ動作で直流電圧が交流電圧に変換され、負荷2にハーフブリッジ型インバータの出力電圧が印加される。
In the second control mode, that is, the frequency abnormality control mode, a low level signal indicating a frequency abnormality is output from the frequency determination means 71, and a high level signal indicating a power supply voltage value normal is output from the power supply voltage value determination means 72. As a result, a low level signal is output from the first AND
図5に示す第2の制御モード即ち周波数異常制御モード時の交流―直流―交流(AC−DC−AC)変換動作を更に詳しく説明する。交流電源1から正方向電圧が発生している期間において、第1のFETスイッチS1がオン制御、第2のFETスイッチS2 が オフ制御された時には、交流電源1と第2のモード切換スイッチ14と第1のコンデンサ7と第1のFETスイッチS1と第1のリアクトル6と第4のモード切換スイッチ16とからなる閉回路が形成され、第1のコンデンサ7の電圧と交流電源電圧VACとの和が第1のリアクトル6に加わり、この第1のリアクトル6にエネルギーが蓄積される。次に、交流電源1から正方向電圧が発生している期間において、第1のFETスイッチS1がオフ制御され、第2のFETスイッチS2 がオン制御されると、第1のリアクトル6と第4のモード切換スイッチ16と交流電源1と第2のモード切換スイッチ14と第2のコンデンサ8と第2のダイオードD2又は第2のFETスイッチS2とから成る閉回路で第2のコンデンサ8が交流電源電圧VACより高い値に充電される。
次に、交流電源1から負方向電圧が発生している期間において、第2のFETスイッチS2が オン制御、第1のFETスイッチS1がオフ制御された時には、第2のコンデンサ8と第2のモード切換スイッチ14と交流電源1と第4のモード切換スイッチ16と第1のリアクトル6と第2のFETスイッチS2とから成る閉回路が形成され、交流電源電圧VACと第2のコンデンサ8の電圧との和の電圧が第1のリアクトル6に加わり、この第1のリアクトル6にエネルギーが蓄積される。
次に、交流電源1から負方向電圧が発生している期間において、第2のFET スイッチS2がオフ制御、第1のFETスイッチS1がオン制御されると、交流電源1と第4のモード切換スイッチ16と第1のリアクトル6と第1のFETスイッチS1又は第1のダイオードD1と第1のコンデンサ7と第2のモード切換スイッチ14とから成る閉回路で第1のコンデンサ7が交流電源電圧VACより高い値に充電される。
The AC-DC-AC (AC-DC-AC) conversion operation in the second control mode, that is, the frequency abnormality control mode shown in FIG. When the first FET switch S1 is on-controlled and the second FET switch S2 is off-controlled while the positive voltage is generated from the
Next, when the second FET switch S2 is on-controlled and the first FET switch S1 is off-controlled while the negative voltage is generated from the
Next, when the second FET switch S2 is turned off and the first FET switch S1 is turned on during the period in which the negative voltage is generated from the
図5に示す第2の制御モード即ち周波数異常制御モード時のハーフブリッジ型インバータは次のように形成される。第3のFETスイッチS3がオンの期間には、第1のコンデンサ7と第3のFETスイッチS3と第2のリアクトル9と負荷2と第2のモード切換スイッチ14とから成る閉回路で負荷2に正方向電圧が印加される。第4のFETスイッチS4がオンの期間には、第2のコンデンサ8と第2のモード切換スイッチ14と負荷2と第2のリアクトル9と第4のFETスイッチS4とから成る閉回路で負荷2に負方向電圧が印加される。
The half-bridge type inverter in the second control mode, that is, the frequency abnormality control mode shown in FIG. 5 is formed as follows. During the period when the third FET switch S3 is ON, the
図6に示す第3の制御モード即ち周波数及び電圧値異常制御モードの時には、周波数判定手段71から周波数異常を示す低レベル信号が出力され、電源電圧値判定手段72からも電源電圧値異常を示す低レベル信号が出力される。この結果、論理回路73から導出されているライン14a,15aが高レベル、ライン13a,16a,17aが低レベルになり、図6に示すように第2及び第3のモード切換スイッチ14,15がオン、第1、第4及び第5のモード切換スイッチ13,16,17がオフになる。これにより、交流電源1は第1〜第4のスイッチQ1~Q4及び負荷2から切り離される。図6において、蓄電池12と第3のモード切換スイッチ15と第1のリアクトル6と第1のダイオードD1と第1及び第2のコンデンサ7,8とから成る閉回路が形成され、蓄電池12の直流電圧が第1及び第2のコンデンサ7,8に印加される。また、第1及び第2のコンデンサ7,8の直列回路の直流電圧VPNが所望値よりも低い時には、第2のFETスイッチS2のオンオフによる周知の昇圧コンバータ動作が生じ、第1及び第2のコンデンサ7,8の直列回路の直流電圧VPNが所望値に制御される。
ハーフブリッジ型インバータ動作させるために第3のFETスイッチS3がオン制御されると、第1のコンデンサ7と第3のFETスイッチS3と第2のリアクトル9と負荷2と第2のモード切換スイッチ14とから成る閉回路が形成され、負荷2に正方向電圧が印加され、第4のFETスイッチS4がオン制御されると、第2のコンデンサ8と第2のモード切換スイッチ14と負荷2と第2のリアクトル9と第4のFETスイッチS4とから成る閉回路が形成され、負荷2に負方向電圧が印加される。第3及び第4のスイッチQ3,Q4から成るハーフブリッジ型インバータは交流電源1の異常に無関係に負荷2が要求する電圧値(振幅及び実効値)と周波数を有する交流電圧を出力する。これにより、無停電で負荷2に所望の交流電圧を供給することができる。
In the third control mode shown in FIG. 6, that is, in the frequency and voltage value abnormality control mode, a low level signal indicating a frequency abnormality is output from the frequency determination means 71, and the power supply voltage value determination means 72 also indicates a power supply voltage value abnormality. A low level signal is output. As a result, the
When the third FET switch S3 is turned on to operate as a half-bridge inverter, the
本実施例は次の効果を有する。
(1)図4の単相交流無停電電源装置は図1の従来の単相交流無停電電源装置よりも回路構成が簡略化され、小型化及び低コスト化が図られているにも拘わらず、第1〜第5のモード切換スイッチ13〜17が設けられているので、交流電源電圧VACの周波数異常が生じても負荷2に所望周波数の交流電圧の供給することができる。
(2)交流電源電圧VACが正常の時には、第1及び第2のスイッチQ1,Q2に入力電流の歪みを補償する電流と直流電圧を一定に維持する電流が流れるのみであり、負荷2のための有効電流は流れない。従って、第1及び第2のスイッチQ1,Q2における電力損失が低減される。
(3)第1〜第5のモード切換スイッチ13〜17のオンオフによって図4の第1の制御モード(正常制御モード)と、図5の第2の制御モード(周波数異常制御モード)と図6の第3の制御モード(周波数及び電圧値異常制御モード)を選択的に設定することができ、交流電源1のあらゆる状態に適した電力供給が可能になる。
This embodiment has the following effects.
(1) Although the circuit configuration of the single-phase AC uninterruptible power supply device of FIG. 4 is simplified compared to the conventional single-phase AC uninterruptible power supply device of FIG. 1, the circuit configuration is reduced and the cost is reduced. Since the first to fifth mode changeover switches 13 to 17 are provided, an AC voltage having a desired frequency can be supplied to the
(2) When the AC power supply voltage V AC is normal, only the current for compensating the distortion of the input current and the current for maintaining the DC voltage constant flow through the first and second switches Q1 and Q2. For this reason, no effective current flows. Therefore, the power loss in the first and second switches Q1, Q2 is reduced.
(3) The first control mode (normal control mode) shown in FIG. 4, the second control mode (frequency abnormality control mode) shown in FIG. The third control mode (frequency and voltage value abnormality control mode) can be selectively set, and power supply suitable for all states of the
図12に実施例2に従う単相交流無停電電源装置が示されている。図12の単相交流無停電電源装置は、図4の第1〜第5のモード切換スイッチ13〜17の代わりに第1及び第2の切換器91,92を設け、この他は図4と同一に構成したものである。従って、図12において図4と同一の部分に図4と同一の参照符号を付し、この説明を省略する。
FIG. 12 shows a single-phase AC uninterruptible power supply device according to the second embodiment. The single-phase AC uninterruptible power supply device of FIG. 12 is provided with first and
第1の切換器91は、第1及び第2の接点(固定接点)A,Bと第1の共通接点(可動接点)F1とを有し、制御回路32から導出されたライン13a,14aの制御信号に応答して動作する。即ち、ライン13aが高レベルの時に、第1の接点Aと第1の共通接点F1とが電気的に接続され、ライン14aが高レベルの時に、第2の接点Bと第1の共通接点F1とが電気的に接続される。第1の接点Aは第1の電源端子1aに接続され、第2の接点bは第2の電源端子1bに接続され、第1の共通接点F1は第1及び第2のコンデンサ7,8の相互接続点P1に接続されている。第1の接点Aと第1の共通接点F1との組み合わせは、図4の第1のモード切換スイッチ13と等価な機能を有する。従って、第1の接点Aと第1の共通接点F1との組み合わせを第1のモード切換スイッチ手段と呼ぶこともできる。また、第2の接点Bと第1の共通接点F1との組み合わせは、図4の第2のモード切換スイッチ14と等価な機能を有する。従って、第2の接点Bと第1の共通接点F1との組み合わせを第2のモード切換スイッチ手段と呼ぶこともできる。
The
第2の切換器92は、第3、第4及び第5の接点(固定接点)C,D,Eと第2の共通接点(可動接点)F2とを有し、制御回路32から導出されたライン15a,16a、17aの制御信号に応答して動作する。即ち、ライン15aが高レベルの時に、第3の接点Cと第2の共通接点F2とが電気的に接続され、ライン16aが高レベルの時に、第4の接点Dと第2の共通接点F2とが電気的に接続され、ライン17aが高レベルの時に、第5の接点Eと第2の共通接点F2とが電気的に接続される。第3の接点Cは蓄電池12の正側端子に接続され、第4の接点Dは第1の電源端子1aに接続され、第5の接点Eは第2の電源端子1bに接続され、第2の共通接点F2は第1リアクトル6を介して第1及び第2のスイッチQ1,Q2の相互接続点P2に接続されている。第3の接点Cと第2の共通接点F2との組み合わせは、図4の第3のモード切換スイッチ15と等価な機能を有する。従って、第3の接点Cと第2の共通接点F2との組み合わせを第3のモード切換スイッチ手段と呼ぶこともできる。また、第4の接点Dと第2の共通接点F2との組み合わせは、図4の第4のモード切換スイッチ16と等価な機能を有する。従って、第4の接点Dと第2の共通接点F2との組み合わせを第4のモード切換スイッチ手段と呼ぶこともできる。また、第5の接点Eと第2の共通接点F2との組み合わせは、図4の第5のモード切換スイッチ17と等価な機能を有する。従って、第5の接点Eと第2の共通接点F2との組み合わせを第5のモード切換スイッチ手段と呼ぶこともできる。
The
図12の第1〜第5の接点A〜Eのオンオフは、図4の第1〜第5のモード切換スイッチ13〜17のオンオフと同様に生じるので、図12の実施例2よっても図4の実施例1と同一の効果を得ることができる。 Since the first to fifth contacts A to E in FIG. 12 are turned on and off in the same manner as the first to fifth mode selector switches 13 to 17 in FIG. 4, the second embodiment shown in FIG. The same effects as those of the first embodiment can be obtained.
本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、例えば次の変形が可能なものである。
(1)第1〜第4のスイッチQ1〜Q4を、図1のIGBTから成る第1〜第4のスイッチQ11〜Q14と第1〜第4のダイオードD11〜D14との組み合わせと同様なものに置き換えることができる。また、第1〜第4のスイッチQ1〜Q4を、図2の接合型トランジスタから成る第1〜第4のスイッチQa〜Qdと第1〜第4のダイオードDa〜Ddとの組み合わせと同様なものに置き換えることができる。
(2)交流電源1と第1及び第2のスイッチQ1、Q2との間のライン、又は交流電源1と第1及び第2のコンデンサ7,8との間のラインがインダクタンスを有する場合には第1のリアクトル6を省くことができる。また、第3及び第4のスイッチQ3、Q4から成るインバータの出力ラインがインダクタンスを有する場合、又は負荷2がインダクタンスを有する場合には、第2のリアクトル9を省くことができる。
(3)図4の第1の制御モード(正常制御モード)と図5の第2の制御モード(周波数異常制御モード)とのみが要求され、図6の第3の制御モード(周波数及び電圧値異常制御モード)が要求されていない場合は、蓄電池12及び第3のモード切換スイッチ15を省くことができる。この変形例に対応する請求項1の場合において、図4及び図5の第4のモード切換スイッチ16が第3のモード切換スイッチ手段と呼ばれ、第5のモード切換スイッチ17が第4のモード切換スイッチ手段と呼ばれている。また、この変形例に第1及び第2のコンデンサ7,8の直列回路に並列に蓄電池を接続することができる。
(4)図4の第1の制御モード(正常制御モード)と図6の第3の制御モード(周波数及び電圧値異常制御モード)のみが要求され、図5の第2の制御モード(周波数異常制御モード)が要求されていない場合は、第4のモード切換スイッチ16を省くことができる。この変形例に対応する請求項2の場合において、図4及び図6の第5のモード切換スイッチ17が第4のモード切換スイッチ手段と呼ばれている。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and for example, the following modifications are possible.
(1) The first to fourth switches Q1 to Q4 are made the same as the combination of the first to fourth switches Q11 to Q14 and the first to fourth diodes D11 to D14 made of the IGBT of FIG. Can be replaced. Further, the first to fourth switches Q1 to Q4 are similar to the combination of the first to fourth switches Qa to Qd and the first to fourth diodes Da to Dd made of the junction type transistors of FIG. Can be replaced.
(2) When the line between the
(3) Only the first control mode (normal control mode) in FIG. 4 and the second control mode (frequency abnormal control mode) in FIG. 5 are required, and the third control mode (frequency and voltage value) in FIG. When the abnormal control mode) is not required, the
(4) Only the first control mode (normal control mode) in FIG. 4 and the third control mode (frequency and voltage value abnormal control mode) in FIG. 6 are required, and the second control mode (frequency abnormal in FIG. 5) is required. If the control mode is not required, the fourth
1 交流電源
2 負荷
13〜17 第1〜第5のモード切換スイッチ
Q1〜Q4 第1〜第4のスイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
第1及び第2のコンデンサの直列回路と、
コンバータを構成するために前記第1及び第2のコンデンサの直列回路に対して並列に接続された第1及び第2のスイッチの直列回路と、
インバータを構成するために前記第1及び第2のコンデンサの直列回路に対して並列に接続された第3及び第4のスイッチの直列回路と、
前記第1の電源端子と前記第1及び第2のコンデンサの相互接続点との間に接続された第1のモード切換スイッチ手段(13、又はA及びF1)と、
前記第2の電源端子と前記第1及び第2のコンデンサの相互接続点との間に接続された第2のモード切換スイッチ手段(14、又はB及びF1)と、
前記第1の電源端子と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第3のモード切換スイッチ手段(16、又はD及びF2)と、
前記第2の電源端子と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第4のモード切換スイッチ手段(17、又はE及びF2)と、
前記第3及び第4のスイッチの相互接続点と前記第2の電源端子との間に接続された負荷と、
前記第1及び第2の電源端子間の交流電源電圧の周波数及び電圧値が正常の時に前記第1及び第4のモード切換スイッチ手段をオン制御し且つ前記第2及び第3のモード切換スイッチ手段をオフ制御し、且つ前記交流電源電圧の周波数が異常であり且つ電圧値が正常の時に前記第1及び第4のモード切換スイッチ手段をオフ制御し且つ前記第2及び第3のモード切換スイッチ手段をオン制御するモード切換制御回路と、
前記交流電源電圧を直流電圧に変換するように前記第1及び第2のスイッチを制御するコンバータ制御回路と、
所望周波数及び所望電圧値を有する交流電圧を前記負荷に印加するように前記第3及び第4のスイッチを制御するインバータ制御回路と
を備えた交流電力供給装置。 First and second power supply terminals for supplying an AC power supply voltage;
A series circuit of first and second capacitors;
A series circuit of first and second switches connected in parallel to the series circuit of the first and second capacitors to form a converter;
A series circuit of third and fourth switches connected in parallel to the series circuit of the first and second capacitors to form an inverter;
First mode changeover switch means (13 or A and F1) connected between the first power supply terminal and the interconnection point of the first and second capacitors;
Second mode changeover switch means (14 or B and F1) connected between the second power supply terminal and the interconnection point of the first and second capacitors;
Third mode changeover switch means (16 or D and F2) connected between the first power supply terminal and the interconnection point of the first and second switches;
Fourth mode changeover switch means (17, or E and F2) connected between the second power supply terminal and the interconnection point of the first and second switches;
A load connected between an interconnection point of the third and fourth switches and the second power supply terminal;
When the frequency and voltage value of the AC power supply voltage between the first and second power supply terminals are normal, the first and fourth mode changeover switch means are turned on, and the second and third mode changeover switch means When the frequency of the AC power supply voltage is abnormal and the voltage value is normal, the first and fourth mode changeover switch means are turned off and the second and third mode changeover switch means A mode switching control circuit for controlling ON,
A converter control circuit for controlling the first and second switches so as to convert the AC power supply voltage into a DC voltage;
An AC power supply apparatus comprising: an inverter control circuit that controls the third and fourth switches so as to apply an AC voltage having a desired frequency and a desired voltage value to the load.
第1及び第2のコンデンサの直列回路と、
コンバータを構成するために前記第1及び第2のコンデンサの直列回路に対して並列に接続された第1及び第2のスイッチの直列回路と、
インバータを構成するために前記第1及び第2のコンデンサの直列回路に対して並列に接続された第3及び第4のスイッチの直列回路と、
直流電圧を供給するための一端及び他端を有し、前記一端が前記第1及び第2のコンデンサの直列回路の一端に接続されている蓄電池と、
前記第1の電源端子と前記第1及び第2のコンデンサの相互接続点との間に接続された第1のモード切換スイッチ手段(13、又はA及びF1)と、
前記第2の電源端子と前記第1及び第2のコンデンサの相互接続点との間に接続された第2のモード切換スイッチ手段(14、又はB及びF1)と、
前記蓄電池の他端と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第3のモード切換スイッチ手段(15、又はC及びF2)と、
前記第2の電源端子と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第4のモード切換スイッチ手段(17、又はE及びF2)と、
前記第3及び第4のスイッチの相互接続点と前記第2の電源端子との間に接続された負荷と、
前記第1及び第2の電源端子間の交流電源電圧の周波数及び電圧値が正常の時に前記第1及び第4のモード切換スイッチ手段をオン制御し且つ前記第2及び第3のモード切換スイッチ手段をオフ制御し、且つ前記交流電源電圧の周波数及び電圧値の両方が異常の時に前記第1及び第4のモード切換スイッチ手段をオフ制御し且つ前記第2及び第3のモード切換スイッチ手段をオン制御するモード切換制御回路と、
前記第1及び第2の電源端子間の交流電源電圧の周波数及び電圧値が正常の時に前記交流電源電圧を直流電圧に変換し、前記交流電源電圧の周波数及び電圧値の両方が異常の時に前記蓄電池の直流電圧を前記第1及び第2のコンデンサの直列回路が要求している直流電圧に変換するように前記第1及び第2のスイッチを制御するコンバータ制御回路と、
所望周波数及び所望電圧値を有する交流電圧を前記負荷に印加するように前記第3及び第4のスイッチを制御するインバータ制御回路と
を備えた交流電力供給装置。 First and second power supply terminals for supplying an AC power supply voltage;
A series circuit of first and second capacitors;
A series circuit of first and second switches connected in parallel to the series circuit of the first and second capacitors to form a converter;
A series circuit of third and fourth switches connected in parallel to the series circuit of the first and second capacitors to form an inverter;
A storage battery having one end and the other end for supplying a DC voltage, the one end being connected to one end of a series circuit of the first and second capacitors;
First mode changeover switch means (13 or A and F1) connected between the first power supply terminal and the interconnection point of the first and second capacitors;
Second mode changeover switch means (14 or B and F1) connected between the second power supply terminal and the interconnection point of the first and second capacitors;
Third mode changeover switch means (15, or C and F2) connected between the other end of the storage battery and the interconnection point of the first and second switches;
Fourth mode changeover switch means (17, or E and F2) connected between the second power supply terminal and the interconnection point of the first and second switches;
A load connected between an interconnection point of the third and fourth switches and the second power supply terminal;
When the frequency and voltage value of the AC power supply voltage between the first and second power supply terminals are normal, the first and fourth mode changeover switch means are turned on, and the second and third mode changeover switch means And the first and fourth mode changeover switch means are turned off and the second and third mode changeover switch means are turned on when both the frequency and voltage value of the AC power supply voltage are abnormal. A mode switching control circuit to control;
The AC power supply voltage is converted to a DC voltage when the frequency and voltage value of the AC power supply voltage between the first and second power supply terminals are normal, and the frequency and voltage value of the AC power supply voltage are both abnormal. A converter control circuit for controlling the first and second switches so as to convert a DC voltage of the storage battery into a DC voltage required by a series circuit of the first and second capacitors;
An AC power supply apparatus comprising: an inverter control circuit that controls the third and fourth switches so as to apply an AC voltage having a desired frequency and a desired voltage value to the load.
第1及び第2のコンデンサの直列回路と、
コンバータを構成するために前記第1及び第2のコンデンサの直列回路に対して並列に接続された第1及び第2のスイッチの直列回路と、
インバータを構成するために前記第1及び第2のコンデンサの直列回路に対して並列に接続された第3及び第4のスイッチの直列回路と、
直流電圧を供給するための一端及び他端を有し、前記一端が前記第1及び第2のコンデンサの直列回路の一端に接続されている蓄電池と、
前記第1の電源端子と前記第1及び第2のコンデンサの相互接続点との間に接続された第1のモード切換スイッチ手段(13、又はA及びF1)と、
前記第2の電源端子と前記第1及び第2のコンデンサの相互接続点との間に接続された第2のモード切換スイッチ手段(14、又はB及びF1)と、
前記蓄電池の他端と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第3のモード切換スイッチ手段(15、又はC及びF2)と、
前記第1の電源端子と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第4のモード切換スイッチ手段(16、又はD及びF2)と、
前記第2の電源端子と前記第1及び第2のスイッチの相互接続点との間に接続された第5のモード切換スイッチ手段(17、又はE及びF2)と、
前記第3及び第4のスイッチの相互接続点と前記第2の電源端子との間に接続された負荷と、
前記第1及び第2の電源端子間の交流電源電圧の周波数及び電圧値が正常の時に前記第1及び第5のモード切換スイッチ手段をオン制御し且つ前記第2、第3及び第4のモード切換スイッチ手段をオフ制御し、且つ前記交流電源電圧の周波数が異常であり且つ電圧値が正常の時に前記第1、第3及び第5のモード切換スイッチ手段をオフ制御し且つ前記第2及び第4のモード切換スイッチ手段をオン制御するモード切換制御回路と、
前記第1及び第2の電源端子間の交流電源電圧の電圧値が正常の時に前記交流電源電圧を直流電圧に変換し、前記交流電源電圧の周波数及び電圧値の一方又は両方が異常の時に前記蓄電池の直流電圧を前記第1及び第2のコンデンサの直列回路が要求している直流電圧に変換するように前記第1及び第2のスイッチを制御するコンバータ制御回路と、
所望周波数及び所望電圧値を有する交流電圧を前記負荷に印加するように前記第3及び第4のスイッチを制御するインバータ制御回路と
を備えた交流電力供給装置。 First and second power supply terminals for supplying an AC power supply voltage;
A series circuit of first and second capacitors;
A series circuit of first and second switches connected in parallel to the series circuit of the first and second capacitors to form a converter;
A series circuit of third and fourth switches connected in parallel to the series circuit of the first and second capacitors to form an inverter;
A storage battery having one end and the other end for supplying a DC voltage, the one end being connected to one end of a series circuit of the first and second capacitors;
First mode changeover switch means (13 or A and F1) connected between the first power supply terminal and the interconnection point of the first and second capacitors;
Second mode changeover switch means (14 or B and F1) connected between the second power supply terminal and the interconnection point of the first and second capacitors;
Third mode changeover switch means (15 or C and F2) connected between the other end of the storage battery and the interconnection point of the first and second switches;
A fourth mode changeover switch means (16, or D and F2) connected between the first power supply terminal and the interconnection point of the first and second switches;
Fifth mode changeover switch means (17 or E and F2) connected between the second power supply terminal and the interconnection point of the first and second switches;
A load connected between an interconnection point of the third and fourth switches and the second power supply terminal;
When the frequency and voltage value of the AC power supply voltage between the first and second power supply terminals are normal, the first and fifth mode changeover switch means are controlled to be turned on, and the second, third and fourth modes are controlled. When the changeover switch means is turned off, and when the frequency of the AC power supply voltage is abnormal and the voltage value is normal, the first, third and fifth mode changeover switch means are turned off and the second and second modes A mode switching control circuit for turning on the mode switching switch means;
When the voltage value of the AC power supply voltage between the first and second power supply terminals is normal, the AC power supply voltage is converted into a DC voltage, and when one or both of the frequency and voltage value of the AC power supply voltage are abnormal, A converter control circuit for controlling the first and second switches so as to convert a DC voltage of the storage battery into a DC voltage required by a series circuit of the first and second capacitors;
An AC power supply apparatus comprising: an inverter control circuit that controls the third and fourth switches so as to apply an AC voltage having a desired frequency and a desired voltage value to the load.
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