JPH05260685A - 無停電電源装置 - Google Patents

無停電電源装置

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JPH05260685A
JPH05260685A JP4053679A JP5367992A JPH05260685A JP H05260685 A JPH05260685 A JP H05260685A JP 4053679 A JP4053679 A JP 4053679A JP 5367992 A JP5367992 A JP 5367992A JP H05260685 A JPH05260685 A JP H05260685A
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JP
Japan
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power supply
voltage
inverter
component
switch
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Application number
JP4053679A
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English (en)
Inventor
Takeshi Shioda
剛 塩田
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
Original Assignee
Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Publication date
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/40Arrangements for reducing harmonics

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  • Stand-By Power Supply Arrangements (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 無停電源装置に具えられたインバータが、交
流電源の正常時は負荷の高調波電流抑制と、インバータ
の直流部の充電及び電圧抑制と、負荷入力端子の電圧一
定制御とを行い、停電時には無停電電源装置として作用
させてインバータの効率利用を図る。 【構成】 交流電源(1) に直列に第1の開閉器(2) 、第
1の開閉器(2) の出力端に並列に第2の開閉器(3) 、負
荷(5) に直列にインバータ(7) をそれぞれ設け、電源電
流(IS ) 、電源電圧 (VS ) 及び負荷入力端電圧 (V
L ) をそれぞれ検出し、電源電流の高調波分に比例した
高調波電圧と、電源電流基本波分と同相及び直角分によ
り有効分電圧と無効分電圧の基本波電圧をインバータが
発生して、交流電圧正常時の上記目的の制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電子計算機等の負荷設
備に無停電で交流電力を供給するための無停電電源装置
に関し、特に交流電源給電時はインバータを充電しなが
ら負荷設備への交流電圧を一定に保つと共に、負荷設備
高調波電流の交流電源側への抑制装置として動作させる
無停電電源装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の無停電電源装置として
は、図7に示す方式(特公昭49-41733号公報参照)が公
知である。同図において、1は交流電源、2は第1開閉
器、9はリアクタンス回路、8は充電可能な蓄電池、7
はインバータ、5は負荷設備、6はリップル除去用フィ
ルタである。
【0003】交流電源1が正常時は第1開閉器2がオン
であり、リアクタンス回路9を介して負荷設備5に交流
電力が送られる。一方、インバータ7は蓄電池8の直流
電力を受電し、交流電源1と同一周波数で、ほぼ同一電
圧の交流電圧をリップル除去用フィルタ6を介して出力
する。この時インバータ7の出力電圧と交流電源1の電
圧との間に位相差を持たせることにより、交流電源1よ
りインバータ7へ電力が流入し、インバータ7は充電器
として動作して蓄電池8を充電する。また、負荷設備5
が発生する高調波電流に対してはインバータは基本波と
なるために、リアクタンス回路9より高調波電流に対し
て低インピーダンスとなり、高調波電流がインバータ7
に流入し、交流電源1側に流入しない。交流電源1が停
電時は第1開閉器2がオフし、インバータ7は負荷設備
5に交流電力を送出する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】この従来例では、リア
クタンス回路9に使用されるリアクトルは商用周波数で
動作するように設計する必要があり、大きさ、重量とも
大きくなると言う欠点があった。また、インバータ7を
充電器として動作させるために交流電源1の基本波電圧
をE1、インバータ7の出力基本波電圧をE2、リアクタン
ス回路のリアクタンスをx、交流電源1とインバータ8
の電圧位相差をθとした時、式(1) で表される交流電源
1よりリアクタンス回路9を経てインバータ7に流入す
る電力Wを制御する必要があるが、式(1) からも明らか
なように sin-1の値を求めねばならず、制御が複雑とな
っている。
【数1】 W=E1・(E2/x)・sin θ (1)
【0005】更に、負荷設備5の高調波電流の交流電源
1側への流入を抑制するために、交流電源側のインピー
ダンスとインバータ7側のインピーダンスとの差を利用
しているが、インバータ7側にもリップル除去用フィル
タ6が接続されるために、高調波抑制効果は充分なもの
ではなかった。
【0006】更に、電源電圧Vs が変動した時、それを
補正する機能がなかった。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明による無停電電源
装置は、交流電源と負荷との間に直列に設けられる無停
電電源装置であって、交流電源に直列に接続された第1
の開閉器と、該第1の開閉器の出力側に並列に接続され
たリップル除去用フィルタと、前記第1の開閉器と直列
に接続されたインバータと、該インバータの直流側に接
続された蓄電池と、前記インバータを制御する制御装置
とを具え、該制御装置は電源電流と交流電源電圧とを検
出しその基本波成分と高調波成分とを検出する手段と、
該電源電流高調波成分をゲインK倍して高調波電圧指令
を出力する手段と、前記蓄電池の直流電圧指令と前記蓄
電池の直流電圧との差と前記電源電流基本波成分とを入
力し前記電源電流基本波成分と同相又は逆相の有効分電
圧指令を出力する手段と、前記高調波分電圧指令と前記
有効分電圧指令とを入力しそれらのベクトル合成値と三
角波との比較により正常時ゲートパルスを出力する手段
と、負荷電圧指令を入力し前記インバータ出力が交流電
圧となるように停電時ゲートパルスを出力する手段と、
該停電時ゲートパルスと前記正常時ゲートパルスと交流
電源電圧とを入力とし交流電源正常時は前記第1の開閉
器をオンし前記第2の開閉器をオフにし前記正常時ゲー
トパルスを前記インバータに出力し交流電源停電時は前
記第1の開閉器をオフし前記第2の開閉器をオンにし前
記停電時ゲートパルスをインバータに出力することを特
徴とする。
【0008】本発明による無停電電源装置は更に、前記
負荷電圧指令と負荷電圧との差と前記電源電流基本波分
と交流電源電圧とを入力し前記電源電流基本波分と90°
又は−90°の位相差を持つ無効分電圧指令を出力する手
段を具え、前記正常時ゲートパルスを出力する手段が、
該無効分電圧指令と前記有効分電圧指令と前記高調波分
電圧指令とを入力しそれらのベクトル合成値と三角波と
の比較により正常時ゲートパルスを出力するように構成
してもよい。
【0009】
【作用】本発明の無停電電源装置は交流電源電圧を検出
して、交流電源正常時はインバータにより負荷の高調波
電流を電源に流出しないように抑制し、インバータの直
流電圧制御を行うと共に、負荷電圧を一定に制御するも
のである。
【0010】この原理を、図3の基本波ベクトル図、図
4の動作波形図、及び図5の無停電電源装置を含む単線
結線図により説明する。
【0011】先ず、高調波抑制について説明する。図に
おいて、VS は交流電源電圧、VCは無停電電源装置の
電圧、VL は負荷電圧であり、これらは系統インピーダ
ンスと直列に接続されて負荷電流IS が流れる。交流電
源と負荷との間に接続された無停電電源装置は、負荷電
流が正弦波になるように制御すればよい。すなわち、無
停電電源装置は電源電流高調波成分ISH(添字Hは高調
波成分を表す)を
【数2】 ISH=0 (2) となるように制御すれば、
【数3】 VC =VSH−VLH (3) となり、無停電電源装置が、(2) 式で表される図4に示
すような高調波電圧を発生することによって、電源電流
高調波成分ISHを零にすることができる。
【0012】次に、インバータの直流電圧VD 制御と負
荷電圧VL 制御について説明する。図3において、電源
電流基本波成分IS と同相又は逆相の基本波電圧VA
発生することによって、直流電圧VD の上昇又は下降を
制御することができる。更に電源電流基本波成分IS
90°位相の異なる進み成分又は遅れ成分の基本波電圧V
B を発生することによって、負荷電圧VL の上昇又は下
降を制御することができる。
【0013】従って、無停電電源装置が発生する基本波
電圧は、VA とVB とをベクトル的に加算したVC ′と
なる。
【0014】このように、交流電源正常時は無停電電源
装置が高調波電圧VC と基本波電圧VC ′とをベクトル
的に加算した電圧を発生することによって、高調波抑制
と、直流電圧制御、及び負荷電圧制御を行うことができ
る。
【0015】交流電源停電時はインバータが交流電源よ
り切り離され、インバータは一定の負荷電圧VL を発生
するように制御される。
【0016】
【実施例】図1は本発明の無停電電源装置の主回路構
成、図2は制御装置の一実施例を示す図である。これら
の図中、3は第2開閉器、21は電源電流分析回路、22は
第1加算回路、23は無効分電圧指令回路、24は第2加算
回路、25は有効分電圧指令回路、26は高調波分電圧指令
回路、27は比較回路、28は正弦波PWMパルス発生回
路、29は選択回路であり、その他図7と同一の符号は同
一部分を示す。
【0017】蓄電池8は交流電圧正常時はインバータ7
の直流側電圧を安定させるためのものであり、交流電源
停電時はインバータ7の負荷5への電力供給源である。
又、リップル除去用フィルタ6はインバータ7のスイッ
チング成分を除去するためのものである。
【0018】図2において、交流電源1が導通時は電源
電流分析回路21は電源電圧VS と電源電流IS とを入力
し、電源電流IS から電源電圧VS と同周期の基本波電
流成分ISFと高調波電流分ISHとを、それぞれ無効分電
圧指令回路23と、有効分電圧指令回路25及び高調波分指
令回路26に出力する。
【0019】第1加算回路22は負荷電圧指令VL * と負
荷電圧VL とを入力し、その差分を交流電圧偏差分ΔV
L として無効分電圧指令回路23に出力する。
【0020】無効分電圧指令回路23は交流電源電圧VS
と、基本波電流分ISF及び交流電圧偏差分ΔVL を入力
し、例えば図3に示すように基本波電流分ISFが交流電
源電圧VS よりも位相が遅れていて、交流電圧偏差分Δ
L が正の時、すなわち負荷電圧VL が指令より低い
時、交流電圧偏差分ΔVL に比例した基本波電流分ISF
より90°位相の進んだ無効分電圧指令VB を比較回路27
に出力する。
【0021】高調波分電圧指令回路26は、高調波電流分
SHを入力しゲインK倍して高調波分電圧指令VSHを出
力する。
【0022】第2加算回路24は、蓄電池8の直流電圧指
令VD * と直流電圧VD とを入力して、その差分を直流
電圧偏差分ΔVD として有効分電圧指令回路25に出力す
る。
【0023】有効分電圧指令回路25は電源電圧VS 及び
直流電圧偏差分ΔVD を入力し、例えば図3に示すよう
に直流電圧偏差分ΔVD が正の時、すなわち直流電圧V
D が指令より低い時、電源電圧VS と同相の有効分電圧
指令VA を比較回路27に出力する。
【0024】比較回路27は高調波電圧指令VSH、無効分
電圧指令VB 、及び有効分電圧指令VA を入力し、それ
らの加算値と三角波比較を行い、正常時ゲートパルスGI
を選択回路29へ出力する。高調波電圧指令VSHによりイ
ンバータ7は図4のVC 及びIS に示すように時間T0
の後は高調波電圧VC を発生し、高調波電流の抑制を行
う。
【0025】無効分電圧指令VB により負荷電圧VL
一定制御を行って、有効分電圧指令VA により蓄電池の
直流電圧VD の一定制御を行うように、インバータ7は
図3のVC ′に示すような基本波電圧を発生する。
【0026】正弦波PWMパルス発生回路28は、交流電
源1が停電時に負荷5へ交流電源1と同相の交流電圧を
発生するような停電時ゲートパルスGVを生成し、選択回
路29へ出力する。
【0027】選択回路29は正常時ゲートパルスGIと、正
弦波PWMパルス及び電源電圧VSを入力し、交流電源
1が正常時には第1開閉器2をオンし、第2開閉器3を
オフするような開閉器指令Sを第1開閉器及び第2開閉
器3に出力すると共に、正常時ゲートパルスGIをゲート
信号Gとしてインバータ7に出力する。
【0028】次に、停電時は選択回路29は第1開閉器2
をオフし、第2開閉器3をオンするような開閉器指令S
を第1開閉器2及び第2開閉器3に出力すると共に、停
電時ゲートパルスGVをゲート信号としてインバータ7に
出力する。
【0029】図6は三相系統において三相インバータを
使用した時の実施例であり、変成器4により系統と接続
される。
【0030】
【発明の効果】以上の動作説明から明らかなように、本
発明によれば、交流電源が停電時には第1開閉器をオフ
し、第2開閉器をオンすると共に、負荷へ交流電力を供
給するようにインバータを動作させ、交流電源が正常時
には第1開閉器をオンし、第2開閉器をオフすると共
に、電源電流と電源電圧、負荷電圧及びインバータの直
流電圧を検出して、蓄電池直流電圧の一定制御と負荷電
圧の一定制御とを行いながら、負荷の高調波電流の電源
側への流入を抑制するようにインバータを動作させるの
で、従来交流電源側に設置されていたリアクタンス回路
を除去することができ、しかも負荷電圧の一定制御を行
うことができる簡便な制御回路を有する、小形で安価な
無停電電源装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の無停電電源装置の主回路構成図であ
る。
【図2】本発明の無停電電源装置の制御装置の一実施例
を示す図である。
【図3】本発明の無停電電源装置の原理を示すための基
本波ベクトル図である。
【図4】本発明の無停電電源装置の動作波形図である。
【図5】本発明の無停電電源装置を含む単線結線図であ
る。
【図6】三相系統において三相インバータを使用した時
の一実施例を示す主回路構成図である。
【図7】従来から公知のこの種の無停電電源装置の主回
路接続図を示している。
【符号の説明】
1 交流電源 2 第1開閉器 3 第2開閉器 4 変成器 5 負荷設備 6 リップル除去用フィルタ 7 インバータ 8 充電可能な蓄電池 9 リアクタンス回路 21 電源電流分析回路 22 第1加算回路 23 無効分電圧指令回路 24 第2加算回路 25 有効分電圧指令回路 26 高調波分電圧指令回路 27 比較回路 28 正弦波PWMパルス発生回路 29 選択回路

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電源と負荷との間に直列に設けられ
    る無停電電源装置であって、交流電源に直列に接続され
    た第1の開閉器と、該第1の開閉器の出力側に並列に接
    続されたリップル除去用フィルタと、前記第1の開閉器
    と直列に接続されたインバータと、該インバータの直流
    側に接続された蓄電池と、前記インバータを制御する制
    御装置とを具え、該制御装置は電源電流と交流電源電圧
    とを検出しその基本波成分と高調波成分とを検出する手
    段と、該電源電流高調波成分をゲインK倍して高調波電
    圧指令を出力する手段と、前記蓄電池の直流電圧指令と
    前記蓄電池の直流電圧との差と前記電源電流基本波成分
    とを入力し前記電源電流基本波成分と同相又は逆相の有
    効分電圧指令を出力する手段と、前記高調波分電圧指令
    と前記有効分電圧指令とを入力しそれらのベクトル合成
    値と三角波との比較により正常時ゲートパルスを出力す
    る手段と、負荷電圧指令を入力し前記インバータ出力が
    交流電圧となるように停電時ゲートパルスを出力する手
    段と、該停電時ゲートパルスと前記正常時ゲートパルス
    と交流電源電圧とを入力とし交流電源正常時は前記第1
    の開閉器をオンし前記第2の開閉器をオフにし前記正常
    時ゲートパルスを前記インバータに出力し交流電源停電
    時は前記第1の開閉器をオフし前記第2の開閉器をオン
    にし前記停電時ゲートパルスをインバータに出力するこ
    とを特徴とする無停電電源装置。
  2. 【請求項2】 前記負荷電圧指令と負荷電圧との差と前
    記電源電流基本波分と交流電源電圧とを入力し前記電源
    電流基本波分と90°又は−90°の位相差を持つ無効分電
    圧指令を出力する手段と、該無効分電圧指令と前記有効
    分電圧指令と前記高調波分電圧指令とを入力しそれらの
    ベクトル合成値と三角波との比較により正常時ゲートパ
    ルスを出力する手段とを有することを特徴とする請求項
    1記載の無停電電源装置。
JP4053679A 1992-03-12 1992-03-12 無停電電源装置 Pending JPH05260685A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100384451B1 (ko) * 1998-12-18 2003-08-25 재단법인 포항산업과학연구원 충전부와 인버터부 일체형 무정전 전원장치
CN111682578A (zh) * 2020-05-09 2020-09-18 杭州电子科技大学 一种三相谐波谐振抑制装置及抑制方法

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