JP2007159234A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】短時間でキャパシタユニットを完全放電できる無停電電源装置を得る。
【解決手段】バックアップ電源用のキャパシタユニット５と、一端が前記キャパシタユニットに接続され、他端が変圧器とスイッチを介して電力系統に接続された双方向変換器４とを備えたものにおいて、キャパシタユニットを完全放電する際に、キャパシタユニットの電圧が設定電圧よりも低くなることをトリガとして、双方向変換器のＰ側素子とＮ側素子を同時にＯＮさせて、キャパシタユニットのＰＮを短絡することにより、キャパシタユニットを完全放電させる。
【選択図】図２

Description

この発明は、商用電源異常時に負荷に電力を供給する無停電電源装置に関するものである。

従来の無停電電源装置においては、交流電源から、直流出力端間に大容量コンデンサを接続したコンバータ、および個々のアームに逆並列ダイオードを接続した電圧型インバータを介して、負荷に交流電力を供給する無停電電源装置において、大容量コンデンサの初期充電時に、大容量コンデンサの充電電流が過大にならないように電流の位相制御を行う初期充電制御手段と、装置運転停止に伴う大容量コンデンサの完全放電時に、大容量コンデンサの放電電流が過大にならないように電流制御を行う完全放電制御手段とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。
バックアップ電源用の大容量コンデンサを完全放電する際には、次の内のどちらか一方または両方同時を選択する。その一方は、一方のスイッチをＯＮしてコンバータで電流制御し、交流電源に回生電流を流す。その他方は、他のスイッチをＯＮし、インバータを電流制御型インバータとして電流制御し、交流電源に回生電流を流す。そして、大容量コンデンサの放電がほぼ完了した後は、他のスイッチをオフし、トランスの励磁インピーダンスを用いて完全放電させる。

特開平７−２４１０８４号公報

キャパシタユニットのメンテナンスなどの際に、キャパシタユニットを完全放電させる必要があり、そのために最終的にはＰＮを短絡することになる。キャパシタ容量Ｃ[F]と短絡する直前のキャパシタ電圧Ｖ[V]の間には、次の関係が満足されている必要がある。（ＵＬ１７７８ ３１．７）
０．５×Ｃ×Ｖ＾２≦20[J] ・・・（１）
例えば、Ｃ＝５０[F]とすると、
Ｖ≦０．８９[V] までキャパシタを放電させる必要がある。
従来の無停電電源装置では、上記の方法でキャパシタユニットを放電させていたため、キャパシタ電圧が低くなると、スイッチのオフ時間が長くなる。また、他のスイッチをオフし、トランスの励磁インピーダンスを用いて完全放電させる場合も、キャパシタ電圧が低くなると放電電流が小さくなる。したがって、上記（１）式を満足する電圧まで放電させるのに時間がかかるという問題点があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、短時間でキャパシタユニットを完全放電できる無停電電源装置を得ることを目的とする。

この発明に係る無停電電源装置においては、バックアップ電源用のキャパシタユニットと、一端が前記キャパシタユニットに接続され、他端が変圧器とスイッチを介して電力系統に接続された双方向変換器とを備えたものにおいて、キャパシタユニットを完全放電する際に、キャパシタユニットの電圧が設定電圧よりも低くなることをトリガとして、双方向変換器のＰ側素子とＮ側素子を同時にＯＮさせて、キャパシタユニットのＰＮを短絡することにより、キャパシタユニットを完全放電するものである。

この発明によれば、キャパシタユニット放電時に、双方向変換器をキャパシタ放電モードで動作させ、キャパシタ電圧が所定の電圧以下になると、双方向変換器をＰ側の素子とＮ側の素子を同時にＯＮさせて、キャパシタ短絡モードで動作させるようにしたので、キャパシタユニットの完全放電時間を短縮することができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。常時は商用電源１が負荷２に半導体スイッチ３を介して電力を供給している。また、双方向変換器４は直流電圧制御状態にあり、キャパシタユニット５を充電している。
商用電源１に異常が発生すると、ＶＴ６で測定した入力電圧が異常であることを電圧異常検出回路７で検出する。電圧異常検出回路７で異常を検出すると双方向変換器４に直流電圧制御状態から交流電圧制御状態に切り換える信号を出す。それと同時にスイッチ３に遮断信号を出す。
キャパシタユニット５を放電する際は、双方向変換器４を電流制御状態に切り換え、商用電源１に回生電流を流す。キャパシタユニット５の電圧が、設定電圧１まで下がるとスイッチ９を開放し、変圧器８の励磁インピーダンスにより放電させる。このときも双方向変換器４は電流制御状態で動作する。キャパシタユニット５の電圧がさらに下がって、設定電圧２以下になると、双方向変換器４をＰ側素子とＮ側素子を同時にＯＮさせる短絡制御状態に切り換え、キャパシタユニット５のＰＮを短絡させることにより完全放電させる。

次に、双方向変換器４の短絡制御状態の動作を図２に基づいて説明する。キャパシタユニット５の電圧が設定電圧２以下になると、双方向変換器４の各変換器素子１１、１２、２１、２２、３１、３２に同時にＯＮ指令を出し、キャパシタユニット５のＰＮを短絡させることにより完全放電させる。
例として、キャパシタユニット５の容量を５０[F]、内部抵抗を２０[ｍΩ]、変圧器８の双方向変換器側の定格線間電圧を３００[V]、双方向変換器４の各変換器素子１１、１２、２１、２２、３１、３２の定格電流を１０００[A]の場合の動作について説明する。
設定電圧は、
設定電圧１＝√２×３００＝４２４[V]
設定電圧２＝１０００×２０／１０００×３＝６０[V]・・・（２）
に設定される。変圧器８の双方向変換器側の電圧がキャパシタユニット５の電圧より高いと、双方向変換器４のダイオード１３、１４、２３、２４、３３、３４を通ってキャパシタユニット５が充電されてしまう。したがって、キャパシタユニット５の電圧が変圧器８の双方向変換器側の電圧の最大値４２４Ｖ以下になった時点で、スイッチ９を開放して系統からキャパシタユニット５が充電されることが無いようにし、変圧器８の励磁インピーダンスにより放電させる。
キャパシタユニット５の電圧が高い状態で、双方向変換器４のＰ側素子とＮ側素子を同時にＯＮさせると、過電流により変換器素子が破損する。キャパシタユニット５の内部抵抗と変換器素子の定格電流から、双方向変換器４のＰ側素子とＮ側素子を同時にＯＮさせることができるキャパシタユニット５の電圧が求められる。上記（２）式で３倍されているのは、３相分同時にＯＮするためである。双方向変換器４の各変換器素子１１、１２、２１、２２、３１、３２を同時にＯＮすることにより、６０Ｖから瞬時にキャパシタユニット５を完全放電することができる。

この発明の実施の形態１における無停電電源装置を示す概略構成図である。 この発明の実施の形態１における無停電電源装置の詳細を示す構成図である。

符号の説明

１ 商用電源
２ 負荷
３ 半導体スイッチ
４ 双方向変換器
５ キャパシタユニット
６ ＶＴ
７ 電圧異常検出回路
８ 変圧器
９ スイッチ
１１、１２、２１、２２、３１、３２ 変換器素子
１３、１４、２３、２４、３３、３４ ダイオード

Claims (1)

1. バックアップ電源用のキャパシタユニットと、一端が前記キャパシタユニットに接続され、他端が変圧器とスイッチを介して電力系統に接続された双方向変換器とを備えた無停電電源装置において、
   前記キャパシタユニットを完全放電する際に、キャパシタユニットの電圧が設定電圧よりも低くなることをトリガとして、前記双方向変換器のＰ側素子とＮ側素子を同時にＯＮさせて、前記キャパシタユニットのＰＮを短絡することにより、前記キャパシタユニットを完全放電することを特徴とする無停電電源装置。

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