JPH04248316A - 電力変換装置の過電流保護装置 - 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］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、出力端子に側にフィル
タコンデンサ等のコンデンサを備えた電力変換装置の過
電流保護装置に係り、特に電力変換装置の出力電流の力
率が変化しても確実な保護ができる電力変換装置の過電
流保護装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】本発明に関連する従来技術としては、類
似した公知技術はないが、電力変換装置の一例を無停電
電源装置で説明すると、電気書院，１９８９２月第１版
発行「無停電電源装置（ＵＳＰ）導入実践ガイド」のＰ
１３９〜Ｐ１４８に負荷電流波形や過電流保護について
述べられている。この文献に述べられている内容で、（
１）　負荷電流波形はＰ１４０の第５．１図や第５．２
図に示されるように正弦波形より外れた波高値の高い波
形である。 （２）　負荷電流波形の（波高値／実効値）は１．８〜
２．０程度である。

【０００３】（３）　負荷電流波形に高調波電流が含ま
れるために、出力側に高調波除去のフィルタコンデンサ
が追加される場合があるなどの無停電電源装置特有の負
荷条件が示されている。

【０００４】図３は前記文献などで公知の無停電電源装
置の構成例で、１０は無停電電源装置、１１は入力交流
電源、１２は整流器、１３はＤＣフィルタコンデンサ、
１４はインバ―タ、１５は出力変圧器、１６はＡＣフィ
ルタコンデンサ、１７は負荷、１８は電流検出器、１９
は保護回路である。この構成において、無停電電源装置
１０は入力交流電源１１の交流電圧を整流器１２で直流
電圧に変換し、この直流電圧をＤＣフィルタコンデンサ
１３で平滑化し、インバ―タ１４で安定化した交流電圧
に逆変換し、出力変圧器１５とＡＣフィルタコンデンサ
１６を介して安定化した交流電圧を負荷１７に供給する
。また電流検出器１８は無停電電源装置１０の出力電流
を検出し、この出力電流のレベルが所定値以上になると
保護回路１９で警報や保護動作を行なう。

【０００５】図３の無停電電源装置１０の構成において
、その出力電流の位相（負荷１７の入力力率）によって
、インバ―タ１４から出力変圧器１５に流れる電流の値
は大きく変化する。

【０００６】この例を図４を参照して次に説明する。図
４において、Ｖ１　は無停電電源装置１０の出力電圧、
Ｉ１１とＩ１２はその出力電流、Ｉｃ　はＡＣフィルタ
コンデンサ１６を流れるフィルタ電流、Ｉ２１やＩ２２
は出力変圧器１５を流れるインバ―タ出力電流である。

【０００７】負荷１７の入力力率が悪い場合は、前記出
力電圧Ｖ１　に対して大きく位相が遅れた出力電流Ｉ１
１が流れる。出力変圧器１５を流れるインバ―タ出力電
流Ｉ２１はＡＣフィルタコンデンサ１６に流れるフィル
タ電流Ｉｃ　とベクトル的に合成された電流となるため
、図４の如く出力電圧Ｖ１　より遅れたインバ―タ出力
電流Ｉ２１となる。

【０００８】他方負荷１７の入力力率が良い場合には、
同様に出力電流Ｉ１２と、フィルタ電流Ｉｃ　がベクト
ル的に合成された電流となりこの時のインバ―タ出力電
流Ｉ２２は図４に図示するように出力電圧Ｖ１　より位
相が進んだ電流となる。

【０００９】図３及び図４の説明から明らかなように、
無停電電源装置１０の出力電流Ｉ１１やＩ１２は負荷１
７の入力力率により、図４の如く同じであっても、前述
のように位相が変化する結果、インバ―タ出力電流Ｉ２
１とＩ２２は絶対値も位相も大きく異った電流となるこ
とが明らかである。

【００１０】即ち、電力変換装置の出力端子側に図３の
如くフィルタコンデンサ（ＡＣフィルタコンデンサ）を
有する無停電電源装置１０等では、電流検出器１８でそ
の出力電流Ｉ１１やＩ１２を検出して、保護回路１９で
保護するのみではその装置の内部に流れている電流の大
きさに合った保護を行なっていることにはならないこと
が明らかである。

【００１１】

【発明が解決しょうとする課題】図３や図４及び従来技
術の文献を引用して説明したように、従来技術による電
力変換装置には次の問題があった。

【００１２】即ち、電力変換装置が無停電電源装置の如
く出力端子側にフィルタコンデンサを有するような場合
、その出力電流の位相（負荷の入力力率）が異なると前
記出力電流の絶対値が同じ場合であっても、電力変換装
置の内部を流れる電流（インバ―タ出力電流）の位相と
大きさ（電流の絶対値）が大きく異ってしまう。

【００１３】更に、前記文献で述べられているように、
電力変換装置の出力電流は正弦波電流より外れた波高値
の高い電流となるため、フィルタコンデンサに流れる正
弦波電流に近い電流と波高値の高い出力電流の合成した
電流が電力変換装置の内部を流れる電流（インバ―タ出
力電流）となり、この装置内部を流れる電流も正弦波よ
り外れた交流電流が流れる。このため従来技術による電
力変換装置には次の問題があった。

【００１４】（１）　電力変換装置の出力端子側にフィ
ルタコンデンサが設けられていると、装置内部に流れる
電流は、その出力端子を流れる電流に比例せず、出力端
子を流れる電流を検出して保護動作を行なうのみでは電
力変換装置の保護は不十分である。 （２）　またその出力電流の波高値が高い正弦波より外
れたような電流が流れる場合には、前述の保護では電力
変換装置の保護は更に不十分である。

【００１５】一方、電力変換装置が無停電電源装置等の
如く、社会的責務の高い装置である場合、その装置の保
護停止により社会的不安を引き起す危険性があるため過
電流要因が装置内部によるものか、負荷側要因によるも
のか判別して保護を行なうことが重要である。

【００１６】従って、本発明は前述の点に鑑みなされた
ものであって、電力変換装置の出力端子側にフィルタコ
ンデンサが設けられいても、電力変換装置の出力電流の
過電流を確実に検出することができる信頼性の高い電力
変換装置の過電流保護装置を提供することを目的とする
ものである。 ［発明の構成］

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記目的を達成
するために、その実施例を図１に示すように、出力端子
側にフィルタコンテンサ等のコンデンサ１６を備えた電
力変換装置１０の出力電流に対応した電流を検出する電
流検出器１８等の第１の電流検出手段と、前記電力変換
装置１０の出力電流の有効電流成分に対応した電流を検
出する電流検出器２０等の第２の電流検出手段と、前記
第１の電流検出手段の検出レベルが或るレベルを越え且
つ前記第２の電流検出手段の検出レベルも所定のレベル
を越えた条件で過電流保護信号を出力する保護回路２１
等の手段を具備したことを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】前述のように構成することにより、電力変換装
置の出力電流に対応した電流を検出する第１の電流検出
手段では例えば図４の出力電流Ｉ１１を検出し、電力変
換装置の出力電流の有効電流成分に対応した電流を検出
する第２の電流検出手段では図４の電流Ｉ１１の有効電
流成分（Ｉ１１ＣＯＳθ１１）に対応した電流を検出出
来る。従って出力電流Ｉ１１とＩ１２とが、その絶対値
が等しくても力率がθ１２の場合は出力電流Ｉ１２の有
効電流成分（Ｉ１２ＣＯＳθ１２）に対応した電流の方
が大きくなる。

【００１９】従って、電力変換装置の出力電流を検出す
る第１の電流検出手段の検出レベルが或るレベルに達し
、且つ第２の電流検出手段の検出レベルも所定のレベル
に達している条件で過電流保護信号を出力することがで
きる。

【００２０】

【実施例】本発明の一実施例を図１に示す。この図にお
いて、図３と同一符号を付した回路構成要素は同一の機
能を有する回路構成要素であり、２０は電流検出器、２
１は保護回路である。

【００２１】図１において、無停電電源装置１０は入力
交流電源１１の交流電力を安定化して、負荷１７に供給
するが、負荷１７の入力力率が種々変化し、またはその
入力電流波形が高調波成分を多く含んでいる場合に、第
１の電流検出手段である電流検出器１８で無停電電源装
置１０の出力電流を検出して、その装置の定格値を越え
る過電流に対しては保護回路１９で保護動作を行なう。 しかし電流検出器１８の検出する出力電流検出信号がそ
の装置の定格値に達していなくても、図４から明らかな
ように、負荷１８の入力力率が高い場合には、無停電電
源装置１０の出力電流の有効電流成分はその装置の定格
値を越える危険性がある。

【００２２】従って無停電電源装置１０の出力電流の有
効電流成分に対応した電流を第２の電流検出手段である
電流検出器２０で検出し、この有効電流検出信号のレベ
ル検出を保護回路２１で行なう。本発明をより理解し易
くするために、次の仮定を行なって詳細に説明する。

【００２３】無停電電源装置１０の定格出力電流を１０
０Ａ 無停電電源装置１０の定格出力力率を８０％負荷１７の
入力力率９５％ 負荷電流９５Ａ この仮定では、電流検出器１８で検出した出力電流検出
信号を保護回路１９に与えても出力電流検出信号は定格
出力電流１００Ａ以下であるために保護回路１９は過電
流を検出保護動作しない。しかしこの仮定の場合は、有
効電流成分は、９５Ａ×０．９５＝９０．２５Ａであり
、定格の有効電流成分１００Ａ×０．８＝８０Ａを越え
ている。従って無停電電源装置１０としては何等かの保
護動作や警報等の処置が必要である。

【００２４】本発明では例えば出力電流検出信号が８０
Ａ相当以上であることを保護回路１９で判別し保護回路
２１では電流検出器２０で検出した有効電流検出信号の
レベルが８０Ａ以上のため出力側の過負荷と判断して、
保護動作や警報または表示などの動作を行なう。以上の
ように本発明では無停電電源装置１０の出力電流が定格
出力電流以下であっても無停電電源装置１０の内部が負
荷１７の要因による過電流となっていることを早期に検
出することができ、過電流により無停電電源装置１０が
故障停止する以前に保護動作を行なうことができる。

【００２５】本発明の他の実施例を図２に示す。この図
で２２は整流器１２の入力電流を検出する電流検出器で
ある。整流器１２の入力電流は電流検出器１８で検出す
る出力電流検出信号の有効電流成分と所定の関係になる
から、電流検出器２２の検出信号を図１と同様に有効電
流検出信号として保護回路２１に入力し、保護回路１９
に入力される入力電流検出信号が所定値以上で、保護回
路２１に入力される有効電流検出信号が所定レベルであ
ることより、負荷１７の要因による過電流と判定し、同
様の保護動作を行なうことができる。

【００２６】本発明では、有効電流検出信号を電力変換
装置のどの部分で検出するかを限定するものではなく又
電力変換装置の出力電流がどのレヘル以上かを保護回路
１９で検出するかを限定するものではなく、電力変換装
置の定格出力力率で決る定格有効電流の近傍であればよ
い。

【００２７】本発明での過電流保護とは、装置の過負荷
警報や表示、或いは保護停止でもよい。その他本発明の
要旨を変更しない範囲において種々設計変更できるもの
である。

【００２８】

【発明の効果】以上説明のように、本発明によれば出力
端子側にフィルタコンデンサを有する電力変換装置にお
いて、電力変換装置の出力電流を有効分と無効分にベク
トル的に分離する複雑で高価な検出回路を設けなくても
、電力変換装置の出力電流に対応した電流を検出する第
１の電流検出手段と、電力変換装置の出力電流の有効電
流成分に対応した電流を検出する第２の電流検出手段と
、これらの検出手段の検出レベルを判別して過電流信号
を出力する手段を設けることにより、電力変換装置の出
力電流が定格値以下であっても電力変換装置内部の過負
荷を検出保護でき更に電力変換装置の出力電流が無停電
電源装置の出力電流の如く波高値の高い出力電流であっ
ても簡単で信頼性の高い電力変換装置の保護装置を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を単線結線で示すブロック図
である。

【図２】本発明の他の実施例を単線結線で示すブロック
図である。

【図３】従来装置を単線結線で示したブロック図である
。

【図４】本発明を説明するための電力変換装置各部の電
流ベクトル図である。

【符号の説明】

１０…無停電電源装置　　　　　　　　　　　　１１…
入力交流電源　　１２…整流器 １３…ＤＣフィルタコンデンサ　　　　１４…インバ―
タ　　　　１５…出力変圧器 １６…ＡＣフィルタコンデンサ　　　　１７…負荷　　
　　　　　　　　１８…電流検出器 １９…保護回路　　　　　　　　　　　　　　　　　　
２０…電流検出器　　　　２１…保護回路 ２２…電流検出器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　　　　　出力端子側にフィルタコンテ
   ンサ等のコンデンサを備えた電力変換装置の過電流保護
   装置において、前記電力変換装置の出力電流に対応した
   電流を検出する第１の電流検出手段と、前記電力変換装
   置の出力電流の有効電流成分に対応した電流を検出する
   第２の電流検出手段と、前記第１の電流検出手段の検出
   レベルが或るレベルを越え且つ前記第２の電流検出手段
   の検出レベルも所定のレベルを越えた条件で過電流保護
   信号を出力する手段を具備したことを特徴とする電力変
   換装置の過電流保護装置。