JP5237308B2 - 無停電電源装置 - Google Patents
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Description
入力側のフィルタと、変換器と、出力側のフィルタと、直流−直流コンバータと、蓄電池と、バイパスコンデンサと、循環コンデンサと、補償制御装置とを有する無停電電源装置であって、
入力側及び出力側のフィルタは、それぞれリアクトルとコンデンサとを有し、コンデンサは一方の端子がリアクトルに接続され他方の端子が共通に接続されたものであり、
変換器は、コンバータとインバータと直流母線とを有し、
コンバータは、入力側のフィルタを介して交流電源に接続され交流を直流に変換するものであり、
インバータは、直流母線を介してコンバータに接続され直流を交流に変換して出力側のフィルタを介して負荷に供給するものであり、
蓄電池は、直流−直流コンバータを介して直流母線に接続され変換器との間で電力のやりとりを行うものであり、
入力側及び出力側のコンデンサの共通に接続された他方の端子同士が接続線により接続されるとともにバイパスコンデンサを介して接地され、蓄電池は循環コンデンサを介して接地されたものであり、
補償制御装置は、バイパスコンデンサに流れる電流を減少させる方向の電圧を補償コモンモード電圧として循環コンデンサに発生させるものである。
入力側のフィルタと、変換器と、出力側のフィルタと、直流−直流コンバータと、蓄電池と、バイパスコンデンサと、循環コンデンサと、補償制御装置とを有する無停電電源装置であって、
入力側及び出力側のフィルタは、それぞれリアクトルとコンデンサとを有し、コンデンサは一方の端子がリアクトルに接続され他方の端子が共通に接続されたものであり、
変換器は、コンバータとインバータと直流母線とを有し、
コンバータは、入力側のフィルタを介して交流電源に接続され交流を直流に変換するものであり、
インバータは、直流母線を介してコンバータに接続され直流を交流に変換して出力側のフィルタを介して負荷に供給するものであり、
蓄電池は、直流−直流コンバータを介して直流母線に接続され変換器との間で電力のやりとりを行うものであり、
入力側及び出力側のコンデンサの共通に接続された他方の端子同士が接続線により接続されるとともにバイパスコンデンサを介して接地され、蓄電池は循環コンデンサを介して接地されたものであり、
補償制御装置は、バイパスコンデンサに流れる電流を減少させる方向の電圧を補償コモンモード電圧として循環コンデンサに発生させるものであるので、
変換器から交流電源や負荷に流れる漏洩電流を抑制できる。
図1〜図4は、この発明を実施するための実施の形態1を示すものであり、図1は無停電電源装置の回路図、図2は図1の無停電電源装置の動作原理を説明するための説明図、図3は図1の直流−直流コンバータ及び循環コンデンサの変形例を示す回路図、図4は図1の直流−直流コンバータ及び循環コンデンサの別の変形例を示す回路図である。図1において、商用周波数の三相交流の交流電源1にフィルタ2を介して変換器3が接続され、交流電源1から受電した交流電圧を直流電圧に変換する。変換器3はコンバータ4と平滑コンデンサ5と直流母線6とインバータ7とを有する。コンバータ4は、図示しないが周知の半導体開閉素子とこの半導体開閉素子に並列に接続されたダイオードとを有する6組の開閉手段が3相フルブリッジ接続された3相フルブリッジ回路を有し、上記開閉手段が図示しない制御手段によって開閉制御される。
(1)コンデンサ2bの共通接続点とコンデンサ8bの共通接続点とを互いに接続するとともにバイパスコンデンサ21を設けて接地していること。
(2)直流−直流コンバータ11に接続された蓄電池12の負極側を循環コンデンサ22を設けて接地していること。
(3)制御回路28を設けていること。
図2は、循環コンデンサ22に印加する電圧指令を示す概念図である。なお、以後の説明ではバイパスコンデンサ21のコモンモード電圧をVcom、循環コンデンサ22のコモンモード電圧をVcan、コンバータ4とインバータ7の間の直流母線6のコモンモード電圧をVcで示す。これらの電圧は、アースとの間の電圧である。
図2(a)に循環コンデンサのコモンモード電圧指令が無い場合の、電圧Vcanと電圧Vcomを比較して示している。図2(a)の状態では電圧Vcanはアースに対して正弦波状に変動している。これは直流−直流コンバータ11及び蓄電池12は平滑コンデンサ5に並列に接続されているため、コンバータ4が発生する直流母線側のコモンモード電圧の影響で、平滑コンデンサ5に電圧Vcの変動が生じれば、それに同調して直流−直流コンバータ11及び蓄電池12も電圧Vcで変動する。
図2(c)に、電圧Vcomの逆位相電圧を電圧指令値とした場合の、電圧Vcanと電圧Vcomの関係を示す。電圧Vcanと電圧Vcomとが逆位相の関係となり、バイパスコンデンサ21から交流電源1側へ伝播していた漏洩電流が、循環コンデンサ22に循環し、結果として交流電源1側へ伝播していた漏洩電流の低減が実現できる。従って、循環コンデンサ22の電圧指令値として電圧Vcomと逆位相の電圧を与えれば、バイパスコンデンサ21から交流電源1側へ伝播していた漏洩電流を低減できることになる。
なお、補償電圧として、直流母線6に発生するコモンモード電圧Vcを省いて、インバータ7のコモンモード電圧Vcomの逆位相の電圧だけを循環コンデンサ22の端子間にすなわち蓄電池12とアースとの間に発生させるものであってもよい。以下の実施の形態においても同様である。
図5は、実施の形態2である無停電電源装置の回路図である。図5において、Y結線された入力側のフィルタ2のコンデンサ2bの共通接続点(中性点)とバイパスコンデンサ21との間に変流器127が設けられている。また、補償制御装置としての制御回路128は、演算器128bを有する。この実施の形態においては、コンバータ4とインバータ7との間の直流母線6の電圧Vcを、入力側のフィルタ2のコンデンサ2bに設置した変流器127で検出した電流から求めた電圧V1に基づいて次に述べるような方法により求める。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
また、交流電源が定格を超過した電圧を出力した場合、コンバータ4が過変調モードに突入し、電圧Vcとコンバータ4の制御指令値との間に相関関係が無くなった場合でも、変流器127にて検出した電流に基づいて電圧Vcを求めるものであれば、このような制御指令では対応できない場合にも、正確に検出できる。
図6は、実施の形態3である無停電電源装置の回路図である。図6において、Y結線された出力側のフィルタ8のコンデンサ8bの共通接続点とバイパスコンデンサ21との間に変流器227が設けられている。また、補償制御装置としての制御回路228は、演算器228bを有する。この実施の形態においては、コンバータ4とインバータ7との間の直流母線6の電圧Vcを、出力側のフィルタ8のコンデンサ8bに設置した変流器227で検出した電流から求めた出圧V2に基づいて求める。その他の構成については、図1に示した実施の形態1と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。
図7は、実施の形態4である無停電電源装置の回路図である。図7において、バイパスコンデンサ21とアースとの間に変流器325が設けられている。また、補償制御装置としての制御回路328は、演算器328aを有する。この実施の形態においては、制御回路328の演算器328aが、変流器325にて検出した電流J3に基づいてコンデンサ21の電圧Vcomを求める。その他の構成については、図5に示した実施の形態2と同様のものであるので、相当するものに同じ符号を付して説明を省略する。制御回路128は、変流器127で検出した電流に基づいて求めたVcと上記のようにして変流器325にて検出した電流J3に基づいて求めたVcomに基づき、同様に循環コンデンサ22に補償コモンモード電圧としての電圧−(Vcom+Vc)を発生させ、変換器からの漏洩電流を減少させる。
図8は、実施の形態5である無停電電源装置の制御回路を示す回路図である。図8において、補償制御装置としての制御回路428は、極性反転器28a、加算器28c、キャリア信号発生器28d、比較器28eを有する。極性反転器28aには図1に示した電圧検出器25と同様の電圧検出器にて検出されたバイパスコンデンサ21の電圧Vcomが入力される。加算器28cには、極性反転器28aにて位相が反転された電圧Vcomとが入力される。コンバータ4の図示しない制御手段からコンバータ4の電圧指令の第3高調波の電圧V3fを得て、加算器28cに入力する。加算器28cにて、両信号が加算され、加算器28cの出力信号電圧Vcan*がコモンモード電圧指令として出力され、キャリア信号発生器28dのキャリア信号と比較器28eにて比較され、PWM信号電圧Vpwmが得られ、周知の方法により直流−直流コンバータ11を構成する半導体開閉素子11a〜11dの制御を行う。
6 直流母線、7 インバータ、8 フィルタ、8b コンデンサ、10 接続線、
11 直流−直流コンバータ、12 蓄電池、15 負荷、21 バイパスコンデンサ、
22 循環コンデンサ、25 電圧検出器、26 電圧検出器、28 制御回路、
111 直流−直流コンバータ、122,123 循環コンデンサ、
127,227,325 変流器、128,228,328,428 制御回路。
Claims (8)
- 入力側のフィルタと、変換器と、出力側のフィルタと、直流−直流コンバータと、蓄電池と、バイパスコンデンサと、循環コンデンサと、補償制御装置とを有する無停電電源装置であって、
上記入力側及び出力側のフィルタは、それぞれリアクトルとコンデンサとを有し、上記コンデンサは一方の端子が上記リアクトルに接続され他方の端子が共通に接続されたものであり、
上記変換器は、コンバータとインバータと直流母線とを有し、
上記コンバータは、上記入力側のフィルタを介して交流電源に接続され上記交流を直流に変換するものであり、
上記インバータは、上記直流母線を介して上記コンバータに接続され上記直流を交流に変換して上記出力側のフィルタを介して負荷に供給するものであり、
上記蓄電池は、上記直流−直流コンバータを介して上記直流母線に接続され上記変換器との間で電力のやりとりを行うものであり、
上記入力側及び出力側の上記コンデンサの上記共通に接続された他方の端子同士が接続線により接続されるとともに上記バイパスコンデンサを介して接地され、上記蓄電池は上記循環コンデンサを介して接地されたものであり、
上記補償制御装置は、上記バイパスコンデンサに流れる電流を減少させる方向の電圧を補償コモンモード電圧として上記循環コンデンサに発生させるものである
無停電電源装置。 - 上記補償制御装置は、上記補償コモンモード電圧を、上記バイパスコンデンサに発生するコモンモード電圧と上記直流母線に発生するコモンモード電圧とに基づいて求めるものであることを特徴とする請求項1に記載の無停電電源装置。
- 上記補償制御装置は、上記バイパスコンデンサに発生するコモンモード電圧を、上記バイパスコンデンサの電圧を検出することにより求めるものであることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の無停電電源装置。
- 上記補償制御装置は、上記バイパスコンデンサに発生するコモンモード電圧を、上記バイパスコンデンサに流れる電流を検出することにより得るものであることを特徴とする請求項2に記載の無停電電源装置。
- 上記補償制御装置は、上記直流母線に発生するコモンモード電圧を、上記直流母線とアースとの間の電圧を検出することにより得るものであることを特徴とする請求項2に記載の無停電電源装置。
- 上記補償制御装置は、上記直流母線に発生するコモンモード電圧を、上記入力側のフィルタの上記コンデンサの電圧と上記バイパスコンデンサに発生するコモンモード電圧と上記コンバータが発生するコモンモード電圧とに基づいて求めるものであることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。
- 上記補償制御装置は、上記直流母線に発生するコモンモード電圧を、上記出力側のフィルタの上記コンデンサの電圧と上記バイパスコンデンサに発生するコモンモード電圧と上記インバータが発生するコモンモード電圧とに基づいて求めるものであることを特徴とする請求項2に記載の電力変換装置。
- 上記補償制御装置は、上記直流母線に発生するコモンモード電圧として上記コンバータの制御指令から取得したコモンモード電圧を用いるものであることを特徴とする請求項2に記載の無停電電源装置。
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