JP4606999B2 - 電力供給装置 - Google Patents

Description

この発明は、負荷へ電力を供給する電力供給装置に係り、特に、負荷へ電力を供給する
のに、インバータによる供給と商用電源による供給とを切り換えて供給する電力供給装置に関するものである。

従来、負荷への電力供給方式として、インバータをリアクトルとコンデンサで構成されるフィルタ回路を介して、交流遮断器を経由して負荷へ接続し、負荷への電力供給を可能とする、所謂、インバータ給電と、商用電源を交流遮断器と半導体スイッチを介して負荷へ接続し、負荷への電力供給を可能とする、所謂、商用給電とがある。

そして、負荷への電力供給をインバータ給電と商用給電とを切り換えて行う無停電電源装置において、インバータを商用電源と同期運転させておき、商用給電からインバータ給電に切り換える際、インバータが出力すべき電流を算出し、この電流に対して所定のバンド幅以内にインバータの電流を制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２０７６８０号公報（段落００１３、第１図）

この特許文献１に開示された技術によれば、インバータ電流は、インバータが出力すべき電流に対して、所定のバンド幅を超えることがないから、商用電源とインバータ間に過大な電流が流れることはなく、従って、これによる出力電圧の変動を少なくできる利点がある。しかし、商用電源からインバータに切り換える時に、商用電源に接続される半導体スイッチの電流が電源転流により零になるためには、最長で商用電源の半サイクルの期間が必要であって、この期間は商用電源とインバータが並列接続状態になり、両者の電位差（位相差）とリアクトルで決まる±Δｉの電流が相互間に流れることになる。この電流は負荷に対して電圧変動となって現れ、時には負荷の健全な運転を妨げることになる。このため、商用電源からインバータへの切り換え時には、商用電源とインバータ間に流れる電流を出来る限り小さく制限し、負荷に対する電圧変動を最小にする必要がある。

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、インバータにより電力を供給するインバータ給電と、商用電源により電力を供給する商用給電との二つの給電モードを切り換えて負荷に電力供給する電力供給装置において、商用給電からインバータ給電への切り換え時に、商用電源とインバータ間の電流を小さく制限できる電力供給装置を得ることを目的とする。

この発明に係る電力供給装置は、商用電源と半導体スイッチの直列回路からなる第１の回路と、インバータと上記インバータの出力から高調波分を除去するフィルタ回路の直列回路からなる第２の回路と、を並列接続すると共に、上記インバータを上記商用電源と同期させておき、負荷への給電を上記インバータと上記商用電源とを切り換えて行う電力供給装置において、上記負荷への電流を検出する第１の電流検出器と、上記インバータの電流から上記フィルタ回路を構成するコンデンサへの電流を引いた電流を検出する第２の電流検出器と、上記第２の電流検出器の出力から上記第１の電流検出器の出力を引いた値を求める第１の演算部と、電圧指令部の指令値から上記第１の演算部の出力に比例ゲインを乗じた値を引いた値を求める第２の演算部と、上記第２の演算部の出力に基づき、上記第１の電流検出器の出力と上記第２の電流検出器の出力が等しくなるように上記インバータを制御する電圧制御部と、を備えたものである。

また、この発明の別の発明に係る電力供給装置は、
商用電源と半導体スイッチの直列回路からなる第１の回路と、インバータと上記インバータの出力から高調波分を除去するフィルタ回路の直列回路からなる第２の回路と、を並列接続すると共に、上記インバータを上記商用電源と同期させておき、負荷への給電を上記インバータと上記商用電源とを切り換えて行う電力供給装置において、上記半導体スイッチの出力電流を検出する電流検出器と、上記電流検出器の出力に比例ゲインを乗じた値を電圧指令部の指令値に加算した値を求める演算部と、上記演算部の出力に基づき、上記電流検出器の出力が零になるように上記インバータを制御する電圧制御部と、を備えたものである。

この発明によれば、インバータにより電力を供給するインバータ給電と、商用電源により電力を供給する商用給電との二つの給電モードを切り換えて負荷に電力供給する電力供給装置において、商用給電からインバータ給電への切り換え時に、インバータの電流からコンデンサへの電流を引いた電流が、負荷の電流に等しくなるようにインバータを動作させるので、負荷への電圧変動を最小にでき、信頼性の高い電力供給装置を得ることができる効果がある。

以下、添付図面を参照しながらこの発明に係る電力供給装置の好適な実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る電力供給装置の回路構成図を説明するもので、同図において、商用電源１は、第１の交流遮断器２及び半導体スイッチ３を経由して負荷４へ電力を供給するように構成されており、以後この商用電源１と第１の交流遮断器２及び半導体スイッチ３からなる第１の回路５による給電状態を商用給電と言う。

また、インバータ６は、半導体スイッチで構成されており、高調波分を含んだ交流を出力するので、インバータ６の出力から高調波分を除去するために、リアクトル７とコンデンサ８からなるフィルタ回路９を介して、第２の交流遮断器１０を経由して負荷４へ電力を供給するように構成されており、以後このインバータ６とフィルタ回路９及び第２の交流遮断器１０からなり、第１の回路５と並列回路を構成する第２の回路１１による給電状態をインバータ給電と言う。

第１の電流検出器１２は負荷４の電流を検出するもので、第１の回路５と第２の回路１１の並列回路と負荷４との間に接続される。また、第２の電流検出器１３はインバータ６の電流からフィルタ回路９を構成するコンデンサ８への電流を引いた電流を検出するもので、コンデンサ８と第２の交流遮断器１０との間に接続されるものである。なお、第１の電流検出器１２の出力をｉＬ、第２の電流検出器１３の出力をｉＬＡで表すことにする。

演算部１４はインバータ６の制御信号を得るためのもので、第２の電流検出器１３の出力ｉＬＡから第１の電流検出器１２の出力ｉＬを引いた値、即ち、ｉＬＡ−ｉＬを求めるものである。また、演算部１５は、演算部１４の出力ｉＬＡ−ｉＬに、定数をＫとする比例ゲイン１６を乗じた値Ｋ（ｉＬＡ−ｉＬ）を、電圧指令部１７の指令値Ｖ ^＊ から引いた値、即ち、Ｖ ^＊ −Ｋ（ｉＬＡ−ｉＬ）を得るものである。

演算部１５の出力Ｖ⁺−Ｋ（ｉＬＡ−ｉＬ）は、電圧制御部１８に入力され、この電圧制御部１８の出力により、インバータ６が制御される。

なお、上記第１の交流遮断器２及び第２の交流遮断器１０は、これに代わる半導体スイッチを用いてもよい。

実施の形態１による電力供給装置は上記のように構成されており、次にその動作について説明する。
インバータ給電から商用給電への切り換えは、インバータ６を停止し、同時に半導体スイッチ３をオンすることで行い、商用給電からインバータ給電への切り換えは、インバータ６を予め運転し、フィルタ回路９を構成するコンデンサ８の電圧を商用電源１に同期させながら、第２の交流遮断器１０、あるいはこれに代わる半導体スイッチをオンし、同時に半導体スイッチ３のゲートをオフにすることで、商用給電からインバータ給電に切り換わる。

この半導体スイッチ３には、サージ電流耐量、経済性の点でサイリスタが使用されることが多く、商用給電からインバータ給電に切り換わる時、半導体スイッチ３の電流が電源転流により零になるためには、最長で商用電源１の半サイクル期間必要である。この期間は商用電源１とインバータ６とが並列接続状態にあり、両者の電圧差（位相差）とリアクトル７で決まる電流が相互間に流れる。

この相互間の電流を小さく制限するために、演算部１４で、第２の電流検出器１３の出力ｉＬＡから第１の電流検出器１２の出力ｉＬを引いた値ｉＬＡ−ｉＬを求める。この値に定数をＫとする比例ゲイン１６を乗じることによりＫ（ｉＬＡ−ｉＬ）とし、電圧指令部１７の指令値Ｖ ^＊ からＫ（ｉＬＡ−ｉＬ）を引いた値、換言すれば、電圧指令部１７の指令値Ｖ ^＊ に−Ｋ（ｉＬＡ−ｉＬ）を加算した値を電圧指令とすることにより、ｉＬＡ−ｉＬ＝０、即ち、第１の電流検出器１２の出力ｉＬと第２の電流検出器１３の出力ｉＬＡが等しくなるように電圧制御部１８を動作させる。

上記実施の形態１によれば、負荷４の電流ｉＬとインバータ６の電流からフィルタ回路９を構成するコンデンサ８への電流を引いた電流ｉＬＡにおいて、ｉＬＡ−ｉＬ＝０となるようにインバータ６を動作させるので、負荷４への電圧変動を最小にでき、信頼性の高い装置を得ることができる。

実施の形態２．
図２はこの発明の実施の形態２に係る電力供給装置の回路構成図を説明するものである。実施の形態２は、図２に示すように、商用電源１と第１の交流遮断器２及び半導体スイッチ３からなる第１の回路５に電流検出器２０を設け、この電流検出器２０の出力ｉｓに定数をＫとする比例ゲイン２１を乗じた値Ｋｉｓを、演算部１５において電圧指令部１７の指令値Ｖ ^＊ に加算するものである。この演算部１５における加算結果を電圧指令として電圧制御部１８に入力し、ｉｓ＝０になるようにインバータ６を動作させるものである。なお、その他の構成については、実施の形態１で説明したのと同様であるので、その説明を省略する。

実施の形態２による電力供給装置によれば、実施の形態１と同様の効果に加え、制御演算を簡素化でき設計時間の短縮が可能になる。

この発明に係る電力供給装置は、インバータを商用電源と同期させておき、負荷への給電を上記インバータと商用電源とを切り換えて行う電力供給装置であって、負荷への電圧変動が最小にできると共に、信頼性の高い電力供給装置を得ることができ、産業上の利用可能性は大きいものがある。

この発明の実施の形態１に係る電力供給装置の回路構成図を説明するものである。 この発明の実施の形態２に係る電力供給装置の回路構成図を説明するものである。

符号の説明

１ 商用電源
２ 第１の交流遮断器
３ 半導体スイッチ
４ 負荷
５ 第１の回路
６ インバータ
７ リアクトル
８ コンデンサ
９ フィルタ回路
１０ 第２の交流遮断器
１１ 第２の回路
１２ 第１の電流検出器
１３ 第２の電流検出器
１４、１５ 演算部
１６、２１ 比例ゲイン
１７ 電圧指令部
１８ 電圧制御部
２０ 電流検出器

Claims (2)

1. 商用電源と半導体スイッチの直列回路からなる第１の回路と、インバータと上記インバータの出力から高調波分を除去するフィルタ回路の直列回路からなる第２の回路と、を並列接続すると共に、上記インバータを上記商用電源と同期させておき、負荷への給電を上記インバータと上記商用電源とを切り換えて行う電力供給装置において、
   上記負荷への電流を検出する第１の電流検出器と、
   上記インバータの電流から上記フィルタ回路を構成するコンデンサへの電流を引いた電流を検出する第２の電流検出器と、
   上記第２の電流検出器の出力から上記第１の電流検出器の出力を引いた値を求める第１の演算部と、
   電圧指令部の指令値から上記第１の演算部の出力に比例ゲインを乗じた値を引いた値を求める第２の演算部と、
   上記第２の演算部の出力に基づき、上記第１の電流検出器の出力と上記第２の電流検出器の出力が等しくなるように上記インバータを制御する電圧制御部と、
   を備えたことを特徴とする電力供給装置。
2. 商用電源と半導体スイッチの直列回路からなる第１の回路と、インバータと上記インバータの出力から高調波分を除去するフィルタ回路の直列回路からなる第２の回路と、を並列接続すると共に、上記インバータを上記商用電源と同期させておき、負荷への給電を上記インバータと上記商用電源とを切り換えて行う電力供給装置において、
   上記半導体スイッチの出力電流を検出する電流検出器と、
   上記電流検出器の出力に比例ゲインを乗じた値を電圧指令部の指令値に加算した値を求める演算部と、
   上記演算部の出力に基づき、上記電流検出器の出力が零になるように上記インバータを制御する電圧制御部と、
   を備えたことを特徴とする電力供給装置。

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