JP2010172148A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 コンバータと、蓄電池回路と、インバータとからなる無停電電源ユニットを並列運転しつつ負荷に給電するのに好適な無停電電源装置を提供する。
【解決手段】 無停電電源装置には第１無停電電源ユニット１２，第２無停電電源ユニット１３・・第ｋ無停電電源ユニット１４と、これらの無停電電源ユニットを構成するコンバータそれぞれの動作状態を一括して制御する共通駆動制御部１７と備え、この共通駆動制御部１７を設定器４１，平均値演算器４２，加算演算器４３，電圧調節器４４，基準正弦波発生器４５，乗算演算器４６，加算演算器４７，電流調節器４８，ＰＷＭ制御器４９，平均値演算器５０で形成して、交流電源１からの入力電流波形を正弦波状の波形になるように制御するとともに、交流電源１から見た基本波力率をほぼ１になるように制御することで、無停電電源ユニットの並列運転数が異なった構成でも、これらの無停電電源装置の各構成要素の標準化と、無停電電源装置全体としてのコストダウンとを図る。
【選択図】 図１

Description

この発明は、交流電源の電圧を直流電圧に変換して出力するコンバータと、このコンバータの出力端に接続される蓄電池回路と、前記直流電圧を所望の周波数・振幅の交流電圧に変換して出力するインバータとからなる無停電電源ユニットを複数組並列運転しつつ負荷に給電する無停電電源装置に関する。

図４は、この種の無停電電源装置の従来例を示すブロック構成図である。

この図において、１は商用電源などの交流電源、２〜４は複数（ｋ）組の無停電電源ユニットとしての第１無停電電源ユニット，第２無停電電源ユニット・・第ｋ無停電電源ユニット、５は並列運転している前記無停電電源ユニットそれぞれから給電される負荷である。また、６は交流電源１から前記無停電電源ユニットそれぞれへの電流を検出する電流検出器である。さらに、７は前記無停電電源ユニットを構成するコンバータそれぞれの動作状態を一括して制御する共通駆動制御部である。

図５は、図４に示し互いにその構成が同じである第１無停電電源ユニット２，第２無停電電源ユニット３・・第ｋ無停電電源ユニット４のうち、第１無停電電源ユニット２の回路構成図である。

図５において、２１は入力リアクトルおよびスイッチング素子としてのＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）とダイオードの逆並列回路をブリッジ接続した構成の電力変換回路からなるコンバータ、２２はコンバータ２１の出力端に接続され、交流電源１の電圧が喪失したときに備える蓄電池回路、２３はスイッチング素子としてのＩＧＢＴとダイオードの逆並列回路をブリッジ接続した構成の電力変換回路からなるインバータである。また、２４はインバータ２３が出力する交流電圧をＰＷＭ（パルス幅変調）制御により所望の周波数・振幅に制御するインバータ制御回路である。さらに、２５は交流電源１からコンバータ２１への入力電流を検出する電流検出器、２６は電流検出器２５で検出されたコンバータ２１への入力電流が、何らかの要因により、過大になったことを検知したときに論理１信号を出力する過電流保護回路である。

この電流検出器２５と過電流保護回路２６とは、第１無停電電源ユニット２，第２無停電電源ユニット３・・第ｋ無停電電源ユニット４のうち、何れかの無停電電源ユニットにも、単独でその入力電流が過電流状態に陥る恐れがあることに考慮し、さらに、この過電流状態に起因した当該無停電電源ユニット内部の損傷を防止するために、各無停電電源ユニット毎に備えるようにしている。

また、２７は後述の共通駆動制御部７からのＰＷＭ信号に対して、過電流保護回路２６から論理１信号が出力しているときに、前記ＰＷＭ信号に基づいてコンバータ２１を構成するＩＧＢＴへのゲート信号を生成するゲート駆動回路２８への該ＰＷＭ信号の伝達を阻止するアンド素子である。さらに、２９は蓄電池回路２２の端子電圧、すなわち、コンバータ２１の出力電圧を検出する電圧検出器、３０は電圧検出器２９により得られた電圧検出値を前記共通駆動制御部７へ送出する際の信号送出抵抗としての抵抗素子である。

図６は、図４に示した共通駆動制御部７の回路構成図であり、この図において、４１は各無停電電源ユニットに備えるコンバータの出力電圧指令値を設定する設定器である。

また、４２は各無停電電源ユニットに備える電圧検出器と信号送出抵抗としての抵抗素子とを介して得られる第１無停電電源ユニット２，第２無停電電源ユニット３・・第ｋ無停電電源ユニット４それぞれを構成するコンバータの出力の電圧検出値の平均値に対応した値を、後述の図７に示す動作原理により、導出する平均値演算器である。

図７は平均値演算器４２などの動作を説明する回路図であり、この構成において、各無停電電源ユニットに備える信号送出抵抗として、同一抵抗値に設定された抵抗素子Ｒ１，Ｒ２・・Ｒｋ（例えば、それぞれ１０キロオームに設定）とし、各無停電電源ユニットに備える電圧検出器からの検出値をＶ１，Ｖ２・・Ｖｋとすると、終端抵抗Ｒｏ（例えば、１００キロオームに設定）の両端電圧Ｖｏは、前記Ｖ１，Ｖ２・・Ｖｋの平均値に基づく値になることは周知である。

また、図６に示す電圧調節器４４は、加算演算器４３により得られる前記出力電圧指令値と前記電圧検出値の平均値との偏差を零にするための調節演算を、例えば、比例―積分回路を用いて行っている。

以下にその動作を説明する図６に示した基準正弦波発生器４５，乗算演算器４６，加算演算器４７，電流調節器４８，ＰＷＭ制御器４９それぞれは、図５に示したコンバータ２１が三相ブリッジ構成であれば３組必要であるが、図６ではその１相分を記載している。

先ず、基準正弦波発生器４５は交流電源１の電圧検出値に基づきつつ、周知の技術を用いて、交流電源１の相電圧に位相同期した振幅一定の正弦波を発生させるものである。また、乗算演算器４６は前記正弦波に電流調節器４８の出力値、すなわち、前記出力電圧指令値と前記電圧検出値の平均値との偏差を零にする調節演算値を乗算演算し、この乗算演算値を正弦波状の電流指令値として出力するものである。

電流調節器４８では、加算演算器４７により得られる前記電流指令値と、図４に示した電流検出器６の検出値、すなわち、交流電源１から前記無停電電源ユニットそれぞれへの電流の検出値との偏差を零にするための調節演算を、例えば、比例回路を用いて高速に行うようにしている。

また、ＰＷＭ制御器４９では、電流調節器４８の出力である正弦波状の調節演算値と、例えば、三角波状のキャリア信号とのＰＷＭ演算を行い、この演算結果をＰＷＭ信号として各無停電電源ユニットに備える前記アンド素子に送信している。

すなわち、図４に示した従来の無停電電源装置では、交流電源１からの入力電流波形を正弦波状の波形になるように制御できるとともに、交流電源１から見た基本波力率をほぼ１になるように制御している。さらに、この無停電電源装置では、各無停電電源ユニットに備える前記インバータとインバータ制御回路とにより、周知の技術を用いて、各無停電電源ユニット間の横流を抑制しつつ互いに並列運転して、負荷５に給電している。

特開平８−１２６３２９号公報

図４〜６に示した従来の無停電電源装置では、上述の無停電電源ユニットの並列運転数（ｋ）が負荷５の消費電力に基づいて設定される毎に、電流検出器６の製作仕様が異なることとなり、その結果、無停電電源装置全体をユニット構成で対応することの目論みに反するという問題点があった。また、前記特許文献１に開示されている構成においても、上記問題点は解消されていない。

この発明の目的は、上記問題点を解消できる無停電電源装置を提供することにある。

上述の問題点を解消するために、この第１の発明は、交流電源の電圧をＰＷＭ制御により所望の直流電圧に変換して出力するコンバータと、このコンバータの出力端に接続される蓄電池回路と、前記直流電圧をＰＷＭ制御により所望の周波数・振幅の交流電圧に変換して出力するインバータとからなる無停電電源ユニットを複数組並列運転しつつ負荷に給電する無停電電源装置において、
前記コンバータそれぞれには、前記交流電源からの入力電流を検出する電流検出器と、この検出した電流信号を電圧信号に変換する信号変換器と、この信号変換器の出力に一端が接続される信号送出抵抗とを備え、前記コンバータそれぞれの動作状態を一括して制御する共通駆動制御部には、前記信号送出抵抗それぞれの他端の相互接続点に接続される終端抵抗と、この終端抵抗の両端電圧に基づいて前記交流電源からの入力電流とその波形を制御する電流制御手段とを備えたことを特徴とする。

また、第２の発明は前記第１の発明の無停電電源装置において、前記共通駆動制御部の電流制御手段では、前記交流電源からの入力電流波形を正弦波状の波形に制御するとともに、該交流電源から見た基本波力率をほぼ１に制御することを特徴とする。

この発明は、前記交流電源から前記無停電電源ユニットを構成するコンバータへの入力電流を検出する電流検出器を備えることが一般的に行われていることに着目し、さらに、この電流検出器により得られた電流検出値を電圧信号に変換することにより、前記共通駆動制御部では、前記各無停電電源ユニットでの検出値の平均値に対応した値を簡単な回路構成で容易に得られることに着目してなされたものである。

この発明の実施の形態を示す無停電電源装置のブロック構成図 図１に示した無停電電源ユニットの回路構成図 図１に示した共通駆動制御部の回路構成図 従来例を示す無停電電源装置のブロック構成図 図４に示した無停電電源ユニットの回路構成図 図４に示した共通駆動制御部の回路構成図 図６の動作を説明する回路図

図１は、この発明の実施の形態を示す無停電電源装置のブロック構成図である。

この図において、１は交流電源、１２〜１４は複数（ｋ）組の無停電電源ユニットとしての第１無停電電源ユニット，第２無停電電源ユニット・・第ｋ無停電電源ユニット、５は並列運転している前記無停電電源ユニットそれぞれから給電される負荷である。また、１７は前記無停電電源ユニットを構成するコンバータそれぞれの動作状態を一括して制御する共通駆動制御部である。

すなわち、図１に示した無停電電源装置が、図４に示した従来の無停電電源装置と大きく異なる点は、電流検出器６が削除されていることである。

図２は、図１に示し互いにその構成が同じである第１無停電電源ユニット１２，第２無停電電源ユニット１３・・第ｋ無停電電源ユニット１４のうち、第１無停電電源ユニット１２の回路構成図であり、この図において、図５に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。

すなわち、この無停電電源ユニット１２にはコンバータ２１，蓄電池回路２２，インバータ２３，インバータ制御回路２４，電流検出器２５，アンド素子２７，ゲート駆動回路２８，電圧検出器２９，抵抗素子３０の他に、過電流保護回路２６ａと信号変換器３１と抵抗素子３２とを備えている。

この信号変換器３１は、演算増幅素子などから形成され、交流電源１からの入力電流を検出する電流検出器２５が検出した電流信号に対応した電圧信号に変換するものであり、抵抗素子３２は信号変換器３０の出力に一端が接続される信号送出抵抗である。

従って、過電流保護回路２６ａは、従来の過電流保護回路２６と同様に、電流検出器２５で検出されたコンバータ２１への入力電流の検出値に対応する電圧値が、何らかの要因により、過大になったことを検知したときに論理１信号を出力する機能を有する。

図３は、図１に示した共通駆動制御部１７の回路構成図であり、この図において、図６に示した従来例構成と同一機能を有するものには同一符号を付している。

すなわち、この共通駆動制御部１７には設定器４１，平均値演算器４２，加算演算器４３，電圧調節器４４，基準正弦波発生器４５，乗算演算器４６，加算演算器４７，電流調節器４８，ＰＷＭ制御器４９の他に、平均値演算器５０を備えている。

以下にその動作を説明する平均値演算器５０および先述の基準正弦波発生器４５，乗算演算器４６，加算演算器４７，電流調節器４８，ＰＷＭ制御器４９それぞれは、図２に示したコンバータ２１が三相ブリッジ構成であれば３組必要であるが、図３ではその１相分を記載している。

平均値演算器５０は、各無停電電源ユニットに備える電流検出器と信号変換器と信号送出抵抗とを介して得られる第１無停電電源ユニット１２，第２無停電電源ユニット１３・・第ｋ無停電電源ユニット１４それぞれを構成するコンバータの入力電流の検出値の平均値に対応した値を、先述の図７に示す動作原理により、導出している。

従って、電流調節器４８では、加算演算器４７により得られる乗算演算器４６からの正弦波状の電流指令値と、平均値演算器５０からの平均値、すなわち、交流電源１から前記無停電電源ユニットそれぞれへの入力電流の検出値の平均値との偏差を零にするための調節演算を、例えば、比例回路を用いて高速に行うようにしている。

すなわち、図１に示したこの発明の無停電電源装置においても、交流電源１からの入力電流波形を正弦波状の波形になるように制御できるとともに、交流電源１から見た基本波力率をほぼ１になるように制御することができる。

その結果、図１〜３に示したこの発明の無停電電源装置では、無停電電源ユニットの並列運転数が異なった構成でも、これらの無停電電源装置の各構成要素の標準化と、無停電電源装置全体としてのコストダウンとが図れる。

１…交流電源、２〜４…無停電電源ユニット、５…負荷、６…電流検出器、７…共通駆動制御部、１２〜１４…無停電電源ユニット、１７…共通駆動制御部、２１…コンバータ、２２…蓄電池回路、２３…インバータ、２４…インバータ制御回路、２５…電流検出器、２６，２６ａ…過電流保護回路、２７…アンド素子、２８…ゲート駆動回路、２９…電圧検出器、３０…抵抗素子、３１…信号変換器、３２…抵抗素子、４１…設定器、４２…平均値演算器、４３…加算演算器、４４…電圧調節器、４５…基準正弦波発生器、４６…乗算演算器、４７…加算演算器、４８…電流調節器、４９…ＰＷＭ制御器、５０…平均値演算器。

Claims (2)

1. 交流電源の電圧をＰＷＭ（パルス幅変調）制御により所望の直流電圧に変換して出力するコンバータと、このコンバータの出力端に接続される蓄電池回路と、前記直流電圧をＰＷＭ制御により所望の周波数・振幅の交流電圧に変換して出力するインバータとからなる無停電電源ユニットを複数組並列運転しつつ負荷に給電する無停電電源装置において、
   前記コンバータそれぞれには、前記交流電源からの入力電流を検出する電流検出器と、この検出した電流信号を電圧信号に変換する信号変換器と、この信号変換器の出力に一端が接続される信号送出抵抗とを備え、
   前記コンバータそれぞれの動作状態を一括して制御する共通駆動制御部には、前記信号送出抵抗それぞれの他端の相互接続点に接続される終端抵抗と、この終端抵抗の両端電圧に基づいて前記交流電源からの入力電流とその波形を制御する電流制御手段とを備えたことを特徴とする無停電電源装置。
2. 請求項１に記載の無停電電源装置において、
   前記共通駆動制御部の電流制御手段では、前記交流電源からの入力電流波形を正弦波状の波形に制御するとともに、該交流電源から見た基本波力率をほぼ１に制御することを特徴とする無停電電源装置。

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