JPH03293941A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、交流電源から整流器により電力変換された直
流又は停電時に負荷電力を供給するための蓄電池からの
直流を所望の交流に逆変換するインバータ、前記蓄電池
を交流電源正常時に充電を行う目的で前記整流器を位相
制御するための移相器と、定電圧制御回路とで構成され
た無停電電源装置に関する。

（従来の技ｖｆＩ） 第４図は、従来の無停電電源装置の構成を示すブロック
図である。同図において、商用交流電源］が長時間停電
した際に自家用発電機２による給電に切換える切換器３
と、前記切換器３が商用交流電源］、の停電から自家用
発電機２の起動により切換ねるまでの期間電力を供給す
る蓄電池４、前記切換器３からの交流電力を直流電力に
変換する整流器５の出力が蓄電池４と接続されて、所望
の交流を出力するインバータ６を介して負荷７に交流電
力を供給し、商用交流電源１又は、自家用発電機２が正
常時は蓄電池４を所定の電圧で充電する目的で整流器５
の出力直流電圧を基準電圧（以降ｒｅｆ　Ｖと呼ぶ）８
に制御する定電圧制御回路（以降ＡＶＲと呼ぶ）９、こ
のＡＶＲ９の出力信号にて整流器５を移相制御する移相
器（以降ＰＨ８と呼ぶ）　１０とで構成され、蓄電池４
の充電電流を検出する電流検出器１１と基準電流（以降
ｒｅｆ■と呼ぶ）１２により定電流制御回路（以降ＡＣ
Ｒと呼ぶ）１３を構成して、前記ＡＶＲ９の入力に加え
ている。

第４図において、商用交流電源１が正常時には切換器３
を通して整流器５により直流電力に電力変換され、イン
バータ６を介して負荷７に逆変換された交流を供給して
いる。この時整流器５の出力直流電圧は蓄電池４の浮動
電圧になるようにＡＶＲ９の出力をＰＨＳ　１０を介し
て移相制御されている。そして商用交流電源１の停電時
は、図示していない停電検出回路の指令により、自家用
発電機２を起動させて、自家用発電機２の出力が確立し
たならば切換器３を切換える。この期間負荷７には蓄電
池４からの直流をインバータ６を介して逆変換された交
流を供給している。自家用発電機２の出力電力は切換器
３を通して整流器５により直流電力に電力変換され、イ
ンバータ６を介して負荷７に交流電力として供給し、か
つ停電期間中に放電された蓄電池４を充電する。この時
、蓄電池４を過充電させないことと、自家用発電機２を
過負荷にさせないために、蓄電池４の充電電流を電流検
出器１１により検出してｒｓｆ　Ｉ　１２の値となるよ
うＡＣＲ１３を動作させる。このＡＣＲ１３の出力によ
りＡＶＲ９は整流器５の出力電圧を蓄電池４の充電電流
が一定となるよう制御する。インバータ６は常に一定電
力を負荷７に供給しているので、結果として自家用発電
機２の出力電力は所定の電力で制限される。

次に第５図は、従来の無停電電源装置を示すもう一つの
ブロック図であり１図中、第４図と同一の符号を付した
ものは、それぞれ同一の要素を示している。そして、電
流検出器１１を整流器５の入力側に設け、整流器５の入
力電圧とで乗算器１４により電力として検出している。

又ｒｅｆ　Ｉのかわりに基準電力（以降ｒｅｆ　Ｐと呼
ぶ）１５と乗算器１４の出力とでＡＣＲ１３のかわりに
定電力制御回路（以降ＡＰＲと呼ぶ）１６を構成して、
前記ＡＶＲ９の入力に加えている。

第５図の動作は第４図で説明した内容と等しいので詳細
には説明しないが、自家用発電機２を過負荷にさせない
ために、整流器５の入力電力を検出して、　ｒｅｆ　Ｐ
　１５の値となるようＡＰＲ１６を動作させる。このＡ
ＰＲ１６の出力によりＡＶＲ９は整流器５の出力電圧を
制御して蓄電池４の充電型系が一定となり、結果として
自家用発電機２の出力電力は所定の電力で制限されるこ
とになる。

（発明が解決しようとする課題） 第４図又は第５図において、商用交流電源１が停電した
とき、自家用発電機２を起動させて。

自家用発電機２の出力が確立したならば切換器３を切換
える。自家用発電機２の出力電力は切換器３を通して整
流器５により直流電力に電力変換され、インバータ６を
介して負荷７に交流電力として供給し、かつ停電期間中
に放電された蓄電池４を充電している。この時無停電電
源装置としてこの負荷７が増加された場合（商用交流電
源１が停電中であるけれど、自家用家電機２が給電可能
となったことより、非常用の負荷設備が一時的に無停電
電源装置の負荷として接続される場合など）は、第６図
に示す無停電電源装置入出力タイムチャートの時刻子、
以降の過渡現象となる。

時刻Ｔ１で負荷７が増加されると、まず増加された電力
は蓄電池４からの放電によってまかなわれ。

蓄電池４の直流電圧低下とともに自家用発電機２から整
流器５を介してからの給電に移行する。そして整流器５
は、放電された蓄電池４を充電するために、インバータ
６を介して負荷７に給電している電力以上供給しなけれ
ばならない。つまり自家用発電機２は、蓄電池４を充電
する出力容量が必要である。ただし自家用発電機の出力
応答速度ｊ！遅＜、　かつＡＰＲ１６，ＡＣＲ１３，Ａ
ＶＲ９（７）応答は整流器５の電圧精度の関係であまり
早くできないことより、１ａ期間の如＜ＡＰＲ１６，Ａ
ＣＲ１３の制限値を越えてしまう０以上のことにより自
家用発電機２の出力容量は期間１．の最大値以上必要で
ある。（但し整流器５の構成により高調波電流分を考慮
したものとなる）この自家用発電機２の出力容量と出力
応答が蓄電池４と、Ａ　Ｐ　Ｒ１６゜ＡＣＲ１３，ＡＶ
Ｒ９と整合されていれば自家用発電機２の出力電力は収
束するが、不整合であるならば出力のハンチングが大き
くなり、最悪時は自家用発電機２のノッキング停止又は
破損に至ることや、無停電電源システムとしての機能が
達成できなくなる。又蓄電池４は、自家用発電機が収束
するまでの間過充電と放電を操り返す結果となり蓄電池
４にも悪影響を与える。

本発明は、上記の点に鑑みなされたものであって、商用
交流電源停電時、自家用発電機を交流入力電源として運
転する無停電電源システムにおいて、負荷増加時に発生
する入力電力の変動を最少限に制限し、過大な出力容量
の自家用発電機設備を設けることなく、安易に自家用発
電機出力と整合がとれ、負荷に安定した電力を供給し続
けるようにした無停電電源装置を提供することを目的と
する。

〔発明の構成〕

（１１題を解決するための手段） 上記目的を達成するために本発明は、交流電源から整流
器により電力変換された直流又は、停電時に負荷電力を
供給するための蓄電池からの直流を所望の交流に逆変換
するインバータ、前記蓄電池を交流電源正常時に充電を
行う目的で前記整流器を位相制御するための移相器と、
定電圧制御回路とで構成された無停電電源装置において
、前記交流電源の周波数に応じて、前記定電圧制御回路
へ補正信号を与えてフィードフォワード制御する制御手
段を設け、交流電源からの入力電力を制限するようにし
たことを特徴とするものである。

（作　用） 交流入力電源が自家用発電機から整流器により電力変換
された直流をインバータを介して負荷に交流電力を供給
している時、負荷が増加した場合、まず増加された電力
は蓄電池からの放電によってまかなわれ、蓄電池の直流
電圧低下とともに自家用発電機から整流器を介してから
の給電に移行する。そして整流器は、放電された蓄電池
を充電するよう定電圧制御する。その時、自家用発電機
の出力周波数は、出力電力の増加に共ない低下し始める
。つまり整流器の入力周波数が低下し始める。この入力
周波数の低下を検出して、定電圧制御回路へ補正信号を
与えるフィードフォワード制御ループを介して、整流器
の点弧位相を制御することしこより自家用発電機の出力
電力を急増させない直流流電圧となるよう整流器を制御
する。結果として整流器は交流電力からの入力電力を制
限することができる。

（実施例） 第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、第
４図及び第５図のものと同一の回路部分及び回路要素に
は同一符号を付し、その説明を省略する。

本発明は、第１図に示されているように、整流器５の入
力周波数を高速に検出し、直流電圧に変換するＦ／Ｖ変
換器２０を第４図、第５図の電流検出器１１．　ｒｅｆ
　Ｉ　１２．　ＡＣＲ１３，ｒｅｆ　Ｐ　１５．　ＡＣ
Ｒ１６の替りに取り付け、ＡＶＲ９の出力にフィードフ
ォワードとして割込ませる回路を付加している。

前記Ｆ／Ｖ変換器２０の入出力特性は、入力周波数が定
格時、出力の直流電圧はゼロで入力周波数が減少時は正
の極性の直流電圧を出力し、入力周波数が増加時は負の
極性の直流電圧出力するものとする。

第２図は自家用発電機２の負荷急変時の過渡特性を示す
一例であり１時刻Ｔ１にて負荷が急変すると出力周波数
が急に低下し、ｔ１期間にて、自家用発電機２の周波数
制御系が周波数を上げるよう制御する。−力出力電力は
増加された負荷に対応した電力を供給するよう出力する
ので周波数はますます低下する。ｔ工期間を越えると自
家用発電機２の出力周波数が定格周波数に元す目的と、
出力電力を増加させる目的で上昇を始める。その結果と
して、ｔａ期間の終りでは出力周波数は定格周波数を越
えてしまい、出力電力も負荷の増加分以上供供給してし
まう。１ａ期間を越えると自家用発電機２の周波数制御
系が周波数を下げるように制御し、電力が増加された負
荷に見合った漱となり、やがて収束する。

第３図は、第１図に示すブロック図において、自家用発
電機２を交流入力電源としている時の無停電電源装置の
負荷７が増加された場合のタイムチャートである。

時刻Ｔ３で負荷７が増加されると、まず増加された電力
は蓄電池４からの放電によってまかなわれ、蓄電池４の
直流電圧低下とともに自家用発電機２から整流器５を介
してからの給電に移行し始める。

これにともない自家用発電機２の出力周波数が低下し始
めると、第１図のＦ／Ｖ変換器２０は、正の極性の直流
電圧を出力し、ＰＨ８１０に対して整流器５の出力直流
電圧を下げるよう位相制御を行う。

期間ｔ、までは上記動作により自家用発電機２にとって
は負荷急変にならない。速度制御系が周波数を上げるよ
う制御すると、それに見合った量が第１図のＦ／Ｖ変換
器２０から出力され除々に整流器５の直流電圧を上げ、
増加された負荷７、放電された蓄電池４を充電するため
自家用発電機２からの電力供給となる。期間ｔ４後は、
増加された負荷７と蓄電池４を充電する電力のみの増加
分を自家用発電機２より供給する。

上述の如く、無停電電源装置の整流器２をＦ／Ｖ変換器
２０の信号によりフィードフォワード制御ループを追加
することにより、交流電源（特に自家用発電機）からの
入力電力を制限することができる。

前述の実施例は、無停電電源装置の台数を１台としてい
るが２台以上の並列システムとしても本発明の効果は同
じであり、同様に蓄電池も１組に限定するものではない
。

尚、実施例はアナログ回路や、マイクロコンピュータを
使用したデジタル回路などどちらにおいても適用できる
。

また実施例の説明では負荷の増加時に自家用発電機の出
力周波数が低下することで説明したが、負荷が減少した
場合においても出力周波数が上昇することを検出して同
様な効果が得られる。さらに整流器を浮動充電電圧から
均等充電電圧に切換る際の直流電圧の変動に対しても本
発明の効果は同じである。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、商用交流電源停電
時、自家用発電機を交流入力電源とし運転する無停電電
源システムにおいて、負荷増加時に発生する入力電力の
変動を最少限に制限し。

過大な出力容量の自家用発電機設備を設けることなく、
安易に自家用発電機出力と整合がとれ、負荷に安定した
電力を供給し続け、蓄電池の過充電を防ぐ無停電電源装
置を提供でき、自家用発電機を含めた無停電電源システ
ムを経済的に構成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す無停電電源装置のブロ
ック図、第２図は自家用発電機の負荷急変時の過渡特性
図、第３図は第１図に示すブロック図において自家用発
電機２を交流入力電源としている時の無停電電源装置の
負荷７が増加された場合のタイムチャート、第４図、第
５図は従来の無停電電源装置のブロック図、第６図は第
４図。 第５図に示すブロック図において自家用発電機２を交流
入力電源としている時の無停電電源装置の負荷７が増加
された場合のタイムチャートである。 １・・・商用交流電源　　　２・・・自家用発電機３・
・・切換器　　　　　　４・・・蓄電池５・・・整流器
　　　　　　６・・・インバータ７・・・負荷　　　　
　　　８・・・基準電圧９・・・定電圧制御回路　　１
０・・・移相器２０・・・Ｆハ変換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電源から整流器により電力変換された直流又は停電
   時に負荷電力を供給するための蓄電池からの直流を所望
   の交流に逆変換するインバータ、前記蓄地電池を交流電
   源正常時に充電を行う目的で前記整流器を位相制御する
   ための移相器と、定電圧制御回路とで構成された無停電
   電源装置において、前記交流電源の周波数に応じて、前
   記定電圧制御回路へ補正信号を与えてフィードフォワー
   ド制御する制御手段を設け、前記交流電源からの入力電
   力を制限するようにした無停電電源装置。