JP2010172148A - Uninterruptible power supply apparatus - Google Patents
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Abstract
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。 The present invention relates to a converter for converting the voltage of an AC power source into a DC voltage and outputting it, a storage battery circuit connected to the output terminal of the converter, and converting the DC voltage into an AC voltage having a desired frequency and amplitude for output. The present invention relates to an uninterruptible power supply that feeds power to a load while operating in parallel a plurality of uninterruptible power supply units including inverters.
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。 FIG. 4 is a block diagram showing a conventional example of this type of uninterruptible power supply.
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。
In this figure, 1 is an AC power supply such as a commercial power supply, 2 to 4 are a first (1) uninterruptible power supply unit, a second uninterruptible power supply unit as a plurality (k) uninterruptible power supply units, and a kth uninterruptible power supply unit.
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。
FIG. 5 shows the first uninterruptible
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。
In FIG. 5,
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。
The
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。
In addition, when a
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。 FIG. 6 is a circuit configuration diagram of the common drive control unit 7 shown in FIG. 4, in which 41 is a setter for setting an output voltage command value of a converter provided in each uninterruptible power supply unit.
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。
FIG. 7 is a circuit diagram for explaining the operation of the
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。
Further, the
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。
A reference
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。
First, the reference
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。
In the
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。
Further, the
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。
That is, in the conventional uninterruptible power supply shown in FIG. 4, the input current waveform from the
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。
In the conventional uninterruptible power supply shown in FIGS. 4 to 6, each time the parallel operation number (k) of the uninterruptible power supply unit is set based on the power consumption of the
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。 An object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply capable of solving the above problems.
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。
In order to solve the above-mentioned problems, the first aspect of the present invention is a converter that converts the voltage of an AC power source into a desired DC voltage by PWM control, and outputs a storage battery circuit connected to the output terminal of the converter. In the uninterruptible power supply for supplying power to the load while operating in parallel a plurality of uninterruptible power supply units consisting of an inverter that converts the DC voltage into an alternating voltage of desired frequency / amplitude by PWM control and outputs it,
Each of the converters includes a current detector for detecting an input current from the AC power source, a signal converter for converting the detected current signal into a voltage signal, and a signal having one end connected to the output of the signal converter. A common drive control unit that collectively controls the operation state of each of the converters, including a termination resistor connected to an interconnection point at the other end of each of the signal transmission resistors, and both ends of the termination resistor. An input current from the AC power source and a current control means for controlling the waveform based on the voltage are provided.
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。 According to a second aspect of the present invention, in the uninterruptible power supply according to the first aspect of the invention, the current control means of the common drive control unit controls the input current waveform from the AC power source to a sinusoidal waveform, and the AC The fundamental wave power factor as viewed from the power source is controlled to be approximately unity.
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。 The present invention pays attention to the fact that a current detector for detecting an input current from the AC power supply to the converter constituting the uninterruptible power supply unit is generally provided. By converting the obtained current detection value into a voltage signal, the common drive control unit can easily obtain a value corresponding to the average value of the detection values in each uninterruptible power supply unit with a simple circuit configuration. It was made paying attention to.
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。 FIG. 1 is a block diagram of an uninterruptible power supply apparatus showing an embodiment of the present invention.
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。
In this figure, 1 is an AC power source, 12 to 14 are a plurality of (k) uninterruptible power supply units, a first uninterruptible power supply unit, a second uninterruptible power supply unit, a kth uninterruptible power supply unit, and 5 are parallel. It is a load fed from each of the uninterruptible power supply units in operation.
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。
That is, the uninterruptible power supply shown in FIG. 1 is significantly different from the conventional uninterruptible power supply shown in FIG. 4 in that the
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。
FIG. 2 shows the first uninterruptible
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。
That is, the uninterruptible
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。
The
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。
Therefore, as in the conventional
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。
FIG. 3 is a circuit configuration diagram of the common
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。
That is, the common
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。
The
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。
The
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。
Therefore, in the
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。
That is, in the uninterruptible power supply device of the present invention shown in FIG. 1, the input current waveform from the
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。 As a result, in the uninterruptible power supply device of the present invention shown in FIGS. 1 to 3, even if the number of parallel operations of the uninterruptible power supply units is different, the standardization of each component of these uninterruptible power supply devices and the uninterruptible power supply The cost of the entire apparatus can be reduced.
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。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
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。 A converter for converting the voltage of the AC power source to a desired DC voltage by PWM (pulse width modulation) control, a storage battery circuit connected to the output terminal of the converter, and the DC voltage to a desired frequency In the uninterruptible power supply that feeds the load while operating multiple sets of uninterruptible power supply units consisting of an inverter that converts to an alternating voltage of amplitude and outputs it,
Each of the converters includes a current detector for detecting an input current from the AC power source, a signal converter for converting the detected current signal into a voltage signal, and a signal having one end connected to the output of the signal converter. With a sending resistor,
The common drive control unit that collectively controls the operation state of each of the converters includes a termination resistor connected to an interconnection point at the other end of each of the signal transmission resistors, and the AC based on a voltage across the termination resistor. An uninterruptible power supply comprising an input current from a power supply and current control means for controlling the waveform thereof.
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。 In the uninterruptible power supply according to claim 1,
The current control means of the common drive control unit controls the input current waveform from the AC power source to a sinusoidal waveform, and controls the fundamental wave power factor viewed from the AC power source to approximately 1. Uninterruptible power system.
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