JPH1014247A

JPH1014247A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH1014247A
Application number: JP8167396A
Authority: JP
Inventors: Kazumasa Matsuoka; 岡一正松
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-01-16

Abstract

(57)【要約】【課題】インバータの起動時におけるインバータトラ
ンスの偏磁によるインラッシュを抑制し、インバータの
高速起動を可能にする電力変換装置を提供すること。【解決手段】交流入力の停電が検出された場合、切換
回路７１ａ，７１ｂ，７１ｃは直ちに微分器７３ａ，７
３ｂ，７３ｃからの信号を選択する。起動時鉄心磁束基
準信号生成回路７２ａ，７２ｂ，７２ｃは、起動時にお
けるインバータトランス２の鉄心の磁束について基準と
なる信号φref-U ，φref-V ，φref-W を出力し、これ
らの信号を微分器７３ａ，７３ｂ，７３ｃが微分する。
トランスの鉄心の磁束φと電圧Ｖとの間の関係式より、
信号φref-U ，φref-V ，φref-Wを微分した微分器７
３ａ，７３ｂ，７３ｃからの信号は、起動時におけるイ
ンバータトランスの鉄心の磁束を、起動時鉄心磁束基準
信号ともいうべき信号φref-U ，φref-V ，φref-W に
一致させるための電圧基準信号となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として、インバ
ータからの交流電力をインバータトランスを介して出力
する無停電電源装置（ＳＰＳ）として用いられる電力変
換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０は、常時は商用電力を負荷に直接
供給し、停電時にはインバータからの電力を負荷に供給
する無停電電源装置として用いられている電力変換装置
の構成図である。この図において、インバータ１の出力
側はインバータトランス２の一方の巻線に接続されてい
る。インバータトランス２の他の巻線は本無停電電源装
置の出力側となり、切換回路３に接続されている。切換
回路３は、接触器４及び半導体スイッチ５から構成され
ており、負荷６への電力供給を、本無停電電源装置と商
用電源７との間の切り換えにより行っている。切換回路
３は、接触器４及び半導体スイッチ５により構成されて
いるが、いずれか一方だけでもよい。接触器４の接点
は、常時は、商用電源７から負荷６へ給電が行われる状
態になっているが、交流入力停電等の異常時には、停電
検出回路２０の検出により、本無停電電源装置から負荷
６に給電ができるように切り換えが行われる。インバー
タ１の入力側には直流電源８が接続されている。この直
流電源８は、直流電圧源を構成できるものであれば、蓄
電池やコンバータあるいは他のものであってもよい。

【０００３】インバータトランス２の他の巻線は、ま
た、電圧検出器９に接続されており、その検出信号がイ
ンバータ制御回路１１内の出力電圧制御回路２２に出力
電圧フィードバック信号Vfb として送られるようになっ
ている。インバータ制御回路１１は、この出力電圧制御
回路２２及び前記停電検出回路２０の他に、基準発生回
路２１、ＰＬＬ回路２３、ゲート制御回路２４を有して
いる。基準発生回路２１の出力は、出力電圧基準Vrefと
して出力電圧制御回路２２に入力されており、出力電圧
制御回路２２の出力は出力電圧指令Ecとしてゲート制御
回路２４に入力されている。ゲート制御回路２４の出力
はゲート信号G としてインバータ１に出力されている。

【０００４】図１０において、基準発生回路２１は無停
電電源装置が本来出力すべき電圧相当の出力電圧基準信
号Vrefを出力する。出力電圧制御回路２２は電圧検出器
９によって検出された出力電圧のフィードバック信号Vf
b が出力電圧基準Vrefと等しくなるように制御を行い、
出力電圧指令Ecを出力する。ゲート制御回路２４は、イ
ンバータ１の出力が出力電圧指令Ecに一致するようにゲ
ート信号G を出力する。インバータ１はゲート信号G に
応じた出力を行い、インバータトランス２の巻線構成、
巻線比等で変換された出力が無停電電源装置の出力とな
る。

【０００５】図１１はインバータ１の構成例である。直
流電源８の正の極Ｐは直流コンデンサ４１の一端子側に
接続されている。さらに、正の極ＰはＩＧＢＴ等のスイ
ッチング素子４２ａ，４２ｃ，４２ｅ，のコレクタにそ
れぞれ接続されている。また、これらはそれぞれＵ相，
Ｖ相，Ｗ相としてインバータ出力となっている。スイッ
チング素子４２ｂ，４２ｄ，４２ｆのエミッタは直流コ
ンデンサのもう一つの端子に接続され、さらに直流電源
８の負の極Ｎに接続されている。ゲート駆動回路４３に
はゲート信号G が入力されている。各スイッチング素子
４２には個別または一括にスイッチング時にサージ電圧
を抑制するためのスナバ回路が設けられているが、ここ
では説明を簡単にするため省略している。ゲート信号G
に対し、ゲート駆動回路４３は上下直列に接続されたス
イッチング素子、例えば、４２ａ，４２ｂなどが同時に
オンすることを防止するためのデッドタイムを生成した
り、各スナバ回路の充放電の期間を確保したりする。イ
ンバータ１はパルス幅変調（ＰＷＭ）により出力電圧を
制御する。図１２は、インバータ制御回路１１内の基準
発生回路２１の構成を示すブロック図である。電圧基準
信号生成回路５１ａ，５１ｂ，５１ｃからの各基準信号
は、乗算器５３ａ，５３ｂ，５３ｃにおいて、ソフトス
タート信号生成回路５２からのソフトスタート信号と乗
算される。ソフトスタート信号は、インバータ１の起動
時に出力電圧をゼロから徐々に立ち上げるための信号で
ある。つまり、ソフトスタート信号は、起動期間中はラ
ンプ関数等の暫時増加関数となっているが、起動完了後
は「１」などの一定値となる。このようなソフトスター
トといわれる手法により、無停電電源装置の起動時にお
ける出力電圧を徐々に増加させる制御が可能になる。な
お、図１２の構成は、交流電力がＵ相，Ｖ相，Ｗ相の３
相の場合の例であるが、２相または４相以上の場合につ
いても、略同様の構成とすればよい。また、図１２の例
は、電圧基準信号生成回路５１ａ，５１ｂ，５１ｃから
の各基準信号が正弦波信号である場合を示しているが、
この基準信号は、例えば、可変電圧可変周波数電源に用
いられるような時間と共に変化する信号であってもよ
い。

【０００６】図１３は、インバータ制御回路１１内の出
力電圧制御回路２２の構成を示すブロック図である。出
力電圧制御回路２２内のＰＩ制御回路５４ａ，５４ｂ，
５４ｃは、それぞれ出力電圧基準Vref-U，Vref-V，Vref
-Wと出力電圧フィードバック信号Vfb-U ，Vfb-V ，Vfb-
W との偏差を出力してＰＩ制御演算を行い、出力電圧フ
ィードバック信号が出力電圧基準に追従するように各出
力電圧指令Ec-U，Ec-V，Ec-Wを出力する。なお、この構
成例では、電圧制御をＰＩ制御により行う例を示した
が、ＰＩＤ制御その他の一般的制御手法や現代制御理論
による手法等を用いることとしてもよい。また、出力電
圧制御回路２２の後段または前段、あるいは出力電圧制
御回路２２と並列に、出力電流についての電流制御を行
う回路を付加することもできるが、ここでは説明を簡単
にするため省略している。

【０００７】図１４は、インバータ制御回路１１内のゲ
ート制御回路２４の構成を示すブロック図である。出力
電圧指令Ec-U，Ec-V，Ec-Wは、キャリア発生回路５５か
らの信号との差分をとられ、コンパレータ５６ａ，５６
ｂ，５６ｃに入力される。コンパレータ５６ａ，５６
ｂ，５６ｃの出力はゲート信号出力回路５７ａ，５７
ｂ，５７ｃに入力され、これからゲート信号G-U ，G-V
，G-W が出力される。なお、この構成例では、ゲート
パルスを発生させる手法として、いわゆる三角波比較方
式を用いた例を示したが、他の手法であってもよい。

【０００８】図１５は、従来のソフトスタート方式によ
り起動させた場合におけるインバータ１の出力電圧波形
及びインバータトランス２の鉄心の磁束波形を示したも
のである。この図に示すように、数サイクルのうちにイ
ンバータ１の出力電圧は定格レベルまで徐々に増加し、
インバータトランス２の鉄心の磁束波形もこれに追従す
るように徐々に増加している。このように、数サイクル
から数十サイクルの時間内でゆっくり起動する場合は、
ソフトスタートを行うことができ格別の問題は生じな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来装置では
高速（１サイクル以下）で起動を行った場合に、インバ
ータトランスの鉄心に残留磁束による偏磁と呼ばれる現
象が発生する。図１６は、この偏磁と呼ばれる現象を示
した波形図であり、約半サイクルでインバータを起動し
た場合のものである。この図に示すように、インバータ
トランスの鉄心の磁束波形（太線部）は定常状態におけ
る磁束波形（鎖線部）と大きくずれている。このとき、
インバータトランスの鉄心の磁束は飽和領域にかかる場
合があり、インバータから過度の励磁電流（以下、イン
ラッシュという）が流れてしまうことになる。このよう
な場合、電力変換装置の設計にもよるが、一般には、イ
ンバータを構成しているスイッチング素子に許容電流以
上の過大な電流が流れ、素子が破壊されるかまたは装置
の保護停止動作が行われることになる。

【００１０】通常の電力変換装置では、基本周期以下の
短い時間での高速起動は不可能であるが、基本周期の整
数倍の時間で起動を行えば、偏磁現象を抑制しインラッ
シュの発生を防止することができる。ところが、無停電
電源装置の場合は、商用電源の停電が発生したときに、
負荷電力の瞬断及び負荷電圧の低下を避けるために、商
用電源に代わる電力供給の切換が迅速に行われなければ
ならないという要請がある。このような要請は、上記の
基本周期の整数倍での起動によっては満たすことができ
ない。なお、無停電電源装置では、上記のようなインバ
ータ起動の高速化の技術の他に、停電検出の高速化の技
術が必要とされるが、停電検出の高速化の技術について
は、既に特願平８−９６４９号が提示されている。

【００１１】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、インバータの起動時におけるインバータトランス
の偏磁によるインラッシュを抑制し、インバータの高速
起動を可能にする電力変換装置を提供することを目的と
している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の手段として、請求項１記載の発明は、インバータトラ
ンスを介して交流電力を出力するインバータ、及びこの
インバータを制御するインバータ制御回路を有し、負荷
に交流電力を常時供給している商用電源に異常が発生し
た場合に、この商用電源に代わって直ちに前記負荷に交
流電力を供給するものであって、前記インバータ制御回
路は、前記商用電源の前記負荷に対する給電の停止を検
出する停電検出回路と、この停電検出回路からの停電検
出信号を入力したときに前記インバータトランスの出力
電圧についての基準信号を発生する基準発生回路と、前
記商用電源からの交流電力の電圧位相を検出するＰＬＬ
回路と、前記ＰＬＬ回路からの電圧位相検出信号を入力
し前記インバータトランスからの出力電圧フィードバッ
ク信号が前記基準発生回路からの基準信号に一致するよ
うに出力電圧指令信号を出力する出力電圧制御回路と、
前記出力電圧制御回路からの出力電圧指令信号に基き前
記インバータのスイッチング素子のゲートを制御するゲ
ート制御回路と、を備えた電力変換装置において、前記
基準発生回路は、前記インバータトランスの起動時の鉄
心の磁束が所定のレベルになるような基準信号を発生す
る起動時鉄心磁束基準信号生成回路と、この起動時鉄心
磁束基準信号生成回路からの基準信号を微分する微分回
路と、を備え、前記インバータの起動時のみ、この微分
回路の出力信号を前記出力電圧基準信号として出力する
ものであること、を特徴とする。

【００１３】請求項２記載の発明は、インバータトラン
スを介して交流電力を出力するインバータ、及びこのイ
ンバータを制御するインバータ制御回路を有し、負荷に
交流電力を常時供給している商用電源に異常が発生した
場合に、この商用電源に代わって直ちに前記負荷に交流
電力を供給するものであって、前記インバータ制御回路
は、前記商用電源の前記負荷に対する給電の停止を検出
する停電検出回路と、この停電検出回路からの停電検出
信号を入力したときに前記インバータトランスの出力電
圧についての基準信号を発生する基準発生回路と、前記
商用電源からの交流電力の電圧位相を検出するＰＬＬ回
路と、前記ＰＬＬ回路からの電圧位相検出信号を入力し
前記インバータトランスからの出力電圧フィードバック
信号が前記基準発生回路からの基準信号に一致するよう
に出力電圧指令信号を出力する出力電圧制御回路と、前
記出力電圧制御回路からの出力電圧指令信号に基き前記
インバータのスイッチング素子のゲートを制御するゲー
ト制御回路と、を備えた電力変換装置において、前記基
準発生回路は、前記インバータトランスの起動時の鉄心
の磁束が所定のレベルになるような出力電圧基準信号を
予め演算し記憶しており、前記インバータの起動時には
この記憶した出力電圧基準信号を出力するものであるこ
と、を特徴とする。

【００１４】請求項３記載の発明は、インバータトラン
スを介して交流電力を出力するインバータ、及びこのイ
ンバータを制御するインバータ制御回路を有し、負荷に
交流電力を常時供給している商用電源に異常が発生した
場合に、この商用電源に代わって直ちに前記負荷に交流
電力を供給するものであって、前記インバータ制御回路
は、前記商用電源の前記負荷に対する給電の停止を検出
する停電検出回路と、この停電検出回路からの停電検出
信号を入力したときに前記インバータトランスの出力電
圧についての基準信号を発生する基準発生回路と、前記
商用電源からの交流電力の電圧位相を検出するＰＬＬ回
路と、前記ＰＬＬ回路からの電圧位相検出信号を入力し
前記インバータトランスからの出力電圧フィードバック
信号が前記基準発生回路からの基準信号に一致するよう
に出力電圧指令信号を出力する出力電圧制御回路と、前
記出力電圧制御回路からの出力電圧指令信号に基き前記
インバータのスイッチング素子のゲートを制御するゲー
ト制御回路と、を備えた電力変換装置において、前記停
電検出回路、ＰＬＬ回路、及び基準発生回路からの信号
を入力し、停電検出時における前記インバータトランス
の磁束を演算すると共に、この演算値から起動完了時に
おける磁束の位相を推定し、この位相に達するまでに前
記インバータの起動が完了するように前記インバータト
ランスの出力電圧についての基準信号を前記出力電圧制
御回路に出力する位相推定回路を備えたこと、を特徴と
する。

【００１５】請求項４記載の発明は、インバータトラン
スを介して交流電力を出力するインバータ、及びこのイ
ンバータを制御するインバータ制御回路を有し、負荷に
交流電力を常時供給している商用電源に異常が発生した
場合に、この商用電源に代わって直ちに前記負荷に交流
電力を供給するものであって、前記インバータ制御回路
は、前記商用電源の前記負荷に対する給電の停止を検出
する停電検出回路と、この停電検出回路からの停電検出
信号を入力したときに前記インバータトランスの出力電
圧についての基準信号を発生する基準発生回路と、前記
商用電源からの交流電力の電圧位相を検出するＰＬＬ回
路と、前記ＰＬＬ回路からの電圧位相検出信号を入力し
前記インバータトランスからの出力電圧フィードバック
信号が前記基準発生回路からの基準信号に一致するよう
に出力電圧指令信号を出力する出力電圧制御回路と、前
記出力電圧制御回路からの出力電圧指令信号に基き前記
インバータのスイッチング素子のゲートを制御するゲー
ト制御回路と、を備えた電力変換装置において、前記停
電検出回路、ＰＬＬ回路、及び基準発生回路からの信号
を入力し、停電検出時における前記インバータトランス
の電圧を演算すると共に、この演算値から起動完了時に
おける電圧の位相を推定し、この位相に達するまでに前
記インバータの起動が完了するように前記インバータト
ランスの出力電圧についての基準信号を前記出力電圧制
御回路に出力する位相推定回路を備えたこと、を特徴と
する。

【００１６】請求項５記載の発明は、インバータトラン
スを介して交流電力を出力するインバータ、及びこのイ
ンバータを制御するインバータ制御回路を有し、負荷に
交流電力を常時供給している商用電源に異常が発生した
場合に、この商用電源に代わって直ちに前記負荷に交流
電力を供給するものであって、前記インバータ制御回路
は、前記商用電源の前記負荷に対する給電の停止を検出
する停電検出回路と、この停電検出回路からの停電検出
信号を入力したときに前記インバータトランスの出力電
圧についての基準信号を発生する基準発生回路と、前記
商用電源からの交流電力の電圧位相を検出するＰＬＬ回
路と、前記ＰＬＬ回路からの電圧位相検出信号を入力し
前記インバータトランスからの出力電圧フィードバック
信号が前記基準発生回路からの基準信号に一致するよう
に出力電圧指令信号を出力する出力電圧制御回路と、前
記出力電圧制御回路からの出力電圧指令信号に基き前記
インバータのスイッチング素子のゲートを制御するゲー
ト制御回路と、を備えた電力変換装置において、前記停
電検出回路、ＰＬＬ回路、及び基準発生回路からの信号
を入力し、停電検出時における前記インバータトランス
の２軸座標系での磁束ベクトルを演算すると共に、この
演算値から起動完了時における２軸座標系での磁束ベク
トルの位相を推定し、この位相に達するまでに前記イン
バータの起動が完了するように前記インバータトランス
の出力電圧についての基準信号を前記出力電圧制御回路
に出力する磁束ベクトル推定回路を備えたこと、を特徴
とする。

【００１７】請求項６記載の発明は、インバータトラン
スを介して交流電力を出力するインバータ、及びこのイ
ンバータを制御するインバータ制御回路を有し、負荷に
交流電力を常時供給している商用電源に異常が発生した
場合に、この商用電源に代わって直ちに前記負荷に交流
電力を供給するものであって、前記インバータ制御回路
は、前記商用電源の前記負荷に対する給電の停止を検出
する停電検出回路と、この停電検出回路からの停電検出
信号を入力したときに前記インバータトランスの出力電
圧についての基準信号を発生する基準発生回路と、前記
商用電源からの交流電力の電圧位相を検出するＰＬＬ回
路と、前記ＰＬＬ回路からの電圧位相検出信号を入力し
前記インバータトランスからの出力電圧フィードバック
信号が前記基準発生回路からの基準信号に一致するよう
に出力電圧指令信号を出力する出力電圧制御回路と、前
記出力電圧制御回路からの出力電圧指令信号に基き前記
インバータのスイッチング素子のゲートを制御するゲー
ト制御回路と、を備えた電力変換装置において、前記停
電検出回路、ＰＬＬ回路、及び基準発生回路からの信号
を入力し、停電検出時における前記インバータトランス
の２軸座標系での電圧ベクトルを演算すると共に、この
演算値から起動完了時における２軸座標系での電圧ベク
トルの位相を推定し、この位相に達するまでに前記イン
バータの起動が完了するように前記インバータトランス
の出力電圧についての基準信号を前記出力電圧制御回路
に出力する電圧ベクトル推定回路を備えたこと、を特徴
とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図に基
き説明する。但し、第１及び第２の実施形態において
は、本電力変換装置の全体の構成図は図１０と同様なの
でその図示を省略する。図１は、第１の実施形態の要部
である基準発生回路２１Ａの構成を示すブロック図であ
る。この図において、基準発生回路２１Ａは、電圧基準
信号生成回路５１ａ，５１ｂ，５１ｃの他に起動時鉄心
磁束基準信号生成回路７２ａ，７２ｂ，７２ｃ及び微分
器７３ａ，７３ｂ，７３ｃを有している。そして、電圧
基準信号生成回路５１ａ，５１ｂ，５１ｃ及び微分器７
３ａ，７３ｂ，７３ｃの出力側は切換回路７１ａ，７１
ｂ，７１ｃに接続され、この切換回路７１ａ，７１ｂ，
７１ｃからの信号が出力電圧基準Vref-U，Vref-V，Vref
-Wとなる。

【００１９】次に、第１の実施形態の作用につき説明す
る。電圧基準信号生成回路５１ａ，５１ｂ，５１ｃは、
起動後の運転の基準となる信号を出力している。例え
ば、一定周波数一定電圧の無停電電源装置を構成する場
合、電圧基準信号生成回路５１ａ，５１ｂ，５１ｃから
出力される信号は一定周波数一定電圧の正弦波信号とな
る。一方、起動時鉄心磁束基準信号生成回路７２ａ，７
２ｂ，７２ｃは、起動時におけるインバータトランス２
の鉄心の磁束について基準となる信号φref-U ，φref-
V ，φref-W を出力し、これらの信号を微分器７３ａ，
７３ｂ，７３ｃが微分する。一般に、トランスの鉄心の
磁束φと電圧Ｖとの間には、Ｖ＝ｄφ/ ｄｔなる関係がある。したがって、信号φref-U ，φref-V
，φref-W を微分した微分器７３ａ，７３ｂ，７３ｃ
からの信号は、起動時におけるインバータトランス２の
鉄心の磁束を、起動時鉄心磁束基準信号ともいうべき信
号φref-U ，φref-V ，φref-W に一致させるための電
圧基準信号となる。

【００２０】そして、停電検出回路２０により交流入力
の停電が検出された場合、切換回路７１ａ，７１ｂ，７
１ｃは直ちに微分器７３ａ，７３ｂ，７３ｃからの信号
を選択し、インバータ１の起動完了後は電圧基準信号生
成回路５１ａ，５１ｂ，５１ｃからの信号を選択するよ
うに切換動作をおこなう。

【００２１】このとき、起動時鉄心磁束基準信号φref-
U ，φref-V ，φref-W につき、インバータトランス２
の鉄心が偏磁を起こさないようなパターンに予め設定し
ておけば、インバータトランス２の鉄心の偏磁を防止す
ることができ、これに伴うインラッシュを起こすことな
く起動を行うことができる。例えば、一定周波数一定電
圧の無停電電源装置では、起動完了直後のインバータト
ランス２の鉄心の磁束の値が定常状態での値に一致する
ように起動時鉄心磁束基準信号φref-U ，φref-V ，φ
ref-W を決定すれば、インラッシュを起こすことなく短
時間で起動を完了することが可能である。この場合、基
本周期以下の短時間でも起動を完了することができる。
図２は、このときのインバータ１の出力電圧波形とイン
バータトランス２の鉄心の磁束波形を示す波形図であ
る。この図からも明らかなように、起動完了時点ではイ
ンバータトランス２の鉄心の磁束波形は定常状態の波形
と一致している。

【００２２】図３は、第２の実施形態の要部である基準
発生回路２１Ｂの構成を示すブロック図である。この基
準発生回路２１Ｂは、図１における基準発生回路２１Ａ
の起動時鉄心磁束基準信号生成回路７２ａ，７２ｂ，７
２ｃ及び微分器７３ａ，７３ｂ，７３ｃの代わりに起動
時電圧基準信号生成回路７４ａ，７４ｂ，７４ｃを設け
たものである。起動時電圧基準信号生成回路７４ａ，７
４ｂ，７４ｃは、微分器７３ａ，７３ｂ，７３ｃが出力
する信号と同等の信号を予め演算して記憶しており、起
動時にはこの記憶した信号が切換回路７１ａ，７１ｂ，
７１ｃを介し、基準発生回路２１Ｂからの出力電圧基準
Vref-U，Vref-V，Vref-Wとして出力される。本実施形態
では、起動時に微分操作を行う必要がないので、その分
迅速な起動が期待できる。

【００２３】図４は、第３の実施形態の構成を示すブロ
ック図である。本実施形態におけるインバータ制御回路
１１Ａは、図１０におけるインバータ制御回路１１の構
成に位相推定回路２５を付加したものである。この位相
推定回路２５は、停電検出回路２０及びＰＬＬ回路２３
からの信号を入力し、基準発生回路２１からの信号に基
づく電圧基準信号を出力電圧制御回路２２に出力するも
のである。

【００２４】図５は、この位相推定回路２５の機能を説
明するためのブロック図である。すなわち、位相推定回
路２５は、停電検出回路２０及びＰＬＬ回路２３からの
信号により停電時の電圧位相を知り、そのときの磁束の
大きさを求める。更に、インバータ起動完了時刻ｔをあ
らかじめ決めておくことにより、停電時（インバータ起
動時）の位相から起動完了時の位相差θを求めることが
できる。これにより起動完了時の位相を推定することが
できる。そして、この位相に達するまでに起動完了でき
るようなスイッチングパターンとなるように、２軸理論
に基づくｄ軸基準信号Vref-d及びｑ軸基準信号Vref-qを
出力し、短時間でのインバータ起動を行う。

【００２５】上記の第３の実施形態では、位相推定回路
２５が磁束位相を推定していたが、電圧位相を推定する
こともできる。これが第４の実施形態である。公知の技
術であるｄ−ｑ軸等の２軸理論、及びトランスの鉄心の
磁束φと電圧ｖとの関係から、ある電圧ベクトルＶに対
してπ/ ２遅れの磁束ベクトルФを得ることができる。
図６は、この関係を示したものである。図６における各
ベクトルは、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対して位置が決めら
れ、例えば、電圧ベクトルＶ１はＵ相方向のみで表され
るので、Ｖ１＝（１，０，０）となる。第４の実施形態
における位相推定回路２５は、このようにして電圧位相
を推定し、ｄ軸基準信号Vref-d及びｑ軸基準信号Vref-q
を出力電圧制御回路２２に出力する。

【００２６】図７は、第５の実施形態の構成を示すブロ
ック図である。本実施形態におけるインバータ制御回路
１１Ｂは、図４のインバータ制御回路１１Ａの位相推定
回路２５の代わりに、磁束ベクトル推定回路２６を設け
たものである。

【００２７】図８は磁束ベクトル推定回路２６の機能を
説明するためのブロック図である。磁束ベクトル推定回
路２６は、停電検出回路２０及びＰＬＬ回路２３からの
信号により停電時の磁束ベクトル位置ａを演算し、この
演算値とあらかじめ決められた起動完了時刻ｔとから起
動完了時の磁束ベクトル位置ｂを推定する。そして、位
置ｂに近い方のベクトル（１，１，０）と、もう一つの
ベクトル（１，０，０）を作成して、位置ｂに到達する
ための磁束ベクトルを作成する。この磁束ベクトルによ
って、起動完了時刻ｔまでの各相の基準信号Vref-U，Vr
ef-V，Vref-Wを生成し、出力電圧制御回路２２に出力す
る。このように磁束ベクトルによりｔ秒後の磁束位置か
ら電圧基準を算出することにより、停電発生後に短時間
でインバータ１の起動を行うことができる。

【００２８】図９は第６の実施形態の構成を示すブロッ
ク図である。第５の実施形態では磁束ベクトルを用いて
起動完了時刻までの基準信号を生成したが、この第６の
実施形態では磁束ベクトルの代わりに電圧ベクトルを用
いるようにしている。すなわち、本実施形態におけるイ
ンバータ制御回路１１Ｃは、図７のインバータ制御回路
１１Ｂの磁束ベクトル推定回路２６の代わりに、電圧ベ
クトル推定回路２７を設けたものである。これによって
電圧ベクトルによりｔ秒後の電圧基準を算出するように
しても、第５の実施形態と同様の効果を得ることができ
る。

【００２９】なお、上記各実施形態では、無停電電源装
置として用いられる場合を例にとり説明したが、本発明
の電力変換装置の用途が無停電電源装置に限定されない
ことは言うまでもない。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、インバ
ータの起動時におけるインバータトランスの偏磁による
インラッシュを抑制し、インバータの高速起動を可能に
する電力変換装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態の要部である基準発生
回路２１Ａの構成を示すブロック図。

【図２】図１の動作を説明するための波形図。

【図３】本発明の第２の実施形態の要部である基準発生
回路２１Ｂの構成を示すブロック図。

【図４】本発明の第３の実施形態の構成を示すブロック
図。

【図５】図４における位相推定回路２５の機能を説明す
るためのブロック図

【図６】本発明の第４の実施形態についての説明図。

【図７】本発明の第５の実施形態の構成を示すブロック
図。

【図８】図７における磁束ベクトル推定回路２６の機能
を説明するためのブロック図。

【図９】本発明の第６の実施形態の構成を示すブロック
図。

【図１０】従来装置の構成を示すブロック図。

【図１１】図１１におけるインバータ１の構成図。

【図１２】図１１における基準発生回路２１の構成図。

【図１３】図１１における出力電圧制御回路２２の構成
図。

【図１４】図１１におけるゲート制御回路２４の構成
図。

【図１５】従来装置により起動した場合におけるインバ
ータ１の出力電圧及びインバータトランス２の磁束を示
す波形図。

【図１６】従来装置により起動した場合におけるインバ
ータトランス２の鉄心の偏磁状態を示す波形図。

【符号の説明】

１インバータ２インバータトランス３切換回路４接触器５半導体スイッチ６負荷７商用電源８直流電源９電圧検出器１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃインバータ制御回路２０停電検出回路２１，２１Ａ，２１Ｂ基準発生回路２２出力電圧制御回路２３ＰＬＬ回路２４ゲート制御回路２５位相推定回路２６磁束ベクトル推定回路２７電圧ベクトル推定回路４２スイッチング素子４２ａ〜４２ｆ５１ａ〜５１ｃ電圧基準信号生成回路５３ａ〜５３ｃ乗算器７１ａ，７１ｂ，７１ｃ切換回路７２ａ，７２ｂ，７２ｃ起動時鉄心磁束基準信号生成
回路７３ａ，７３ｂ，７３ｃ微分器７４ａ，７４ｂ，７４ｃ起動時電圧基準信号生成回路 Vref-U，Vref-V，Vref-W 出力電圧基準 Vfb-U ，Vfb-V ，Vfb-W 出力電圧フィードバック信号 Ec-U，Ec-V，Ec-W 出力電圧指令

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】インバータトランスを介して交流電力を出
力するインバータ、及びこのインバータを制御するイン
バータ制御回路を有し、負荷に交流電力を常時供給して
いる商用電源に異常が発生した場合に、この商用電源に
代わって直ちに前記負荷に交流電力を供給するものであ
って、前記インバータ制御回路は、前記商用電源の前記
負荷に対する給電の停止を検出する停電検出回路と、こ
の停電検出回路からの停電検出信号を入力したときに前
記インバータトランスの出力電圧についての基準信号を
発生する基準発生回路と、前記商用電源からの交流電力
の電圧位相を検出するＰＬＬ回路と、前記ＰＬＬ回路か
らの電圧位相検出信号を入力し前記インバータトランス
からの出力電圧フィードバック信号が前記基準発生回路
からの基準信号に一致するように出力電圧指令信号を出
力する出力電圧制御回路と、前記出力電圧制御回路から
の出力電圧指令信号に基き前記インバータのスイッチン
グ素子のゲートを制御するゲート制御回路と、を備えた
電力変換装置において、前記基準発生回路は、前記インバータトランスの起動時
の鉄心の磁束が所定のレベルになるような基準信号を発
生する起動時鉄心磁束基準信号生成回路と、この起動時
鉄心磁束基準信号生成回路からの基準信号を微分する微
分回路と、を備え、前記インバータの起動時のみ、この
微分回路の出力信号を前記出力電圧基準信号として出力
するものであること、を特徴とする電力変換装置。
【請求項２】インバータトランスを介して交流電力を出
力するインバータ、及びこのインバータを制御するイン
バータ制御回路を有し、負荷に交流電力を常時供給して
いる商用電源に異常が発生した場合に、この商用電源に
代わって直ちに前記負荷に交流電力を供給するものであ
って、前記インバータ制御回路は、前記商用電源の前記
負荷に対する給電の停止を検出する停電検出回路と、こ
の停電検出回路からの停電検出信号を入力したときに前
記インバータトランスの出力電圧についての基準信号を
発生する基準発生回路と、前記商用電源からの交流電力
の電圧位相を検出するＰＬＬ回路と、前記ＰＬＬ回路か
らの電圧位相検出信号を入力し前記インバータトランス
からの出力電圧フィードバック信号が前記基準発生回路
からの基準信号に一致するように出力電圧指令信号を出
力する出力電圧制御回路と、前記出力電圧制御回路から
の出力電圧指令信号に基き前記インバータのスイッチン
グ素子のゲートを制御するゲート制御回路と、を備えた
電力変換装置において、前記基準発生回路は、前記インバータトランスの起動時
の鉄心の磁束が所定のレベルになるような出力電圧基準
信号を予め演算し記憶しており、前記インバータの起動
時にはこの記憶した出力電圧基準信号を出力するもので
あること、を特徴とする電力変換装置。
【請求項３】インバータトランスを介して交流電力を出
力するインバータ、及びこのインバータを制御するイン
バータ制御回路を有し、負荷に交流電力を常時供給して
いる商用電源に異常が発生した場合に、この商用電源に
代わって直ちに前記負荷に交流電力を供給するものであ
って、前記インバータ制御回路は、前記商用電源の前記
負荷に対する給電の停止を検出する停電検出回路と、こ
の停電検出回路からの停電検出信号を入力したときに前
記インバータトランスの出力電圧についての基準信号を
発生する基準発生回路と、前記商用電源からの交流電力
の電圧位相を検出するＰＬＬ回路と、前記ＰＬＬ回路か
らの電圧位相検出信号を入力し前記インバータトランス
からの出力電圧フィードバック信号が前記基準発生回路
からの基準信号に一致するように出力電圧指令信号を出
力する出力電圧制御回路と、前記出力電圧制御回路から
の出力電圧指令信号に基き前記インバータのスイッチン
グ素子のゲートを制御するゲート制御回路と、を備えた
電力変換装置において、前記停電検出回路、ＰＬＬ回路、及び基準発生回路から
の信号を入力し、停電検出時における前記インバータト
ランスの磁束を演算すると共に、この演算値から起動完
了時における磁束の位相を推定し、この位相に達するま
でに前記インバータの起動が完了するように前記インバ
ータトランスの出力電圧についての基準信号を前記出力
電圧制御回路に出力する位相推定回路を備えたこと、を特徴とする電力変換装置。
【請求項４】インバータトランスを介して交流電力を出
力するインバータ、及びこのインバータを制御するイン
バータ制御回路を有し、負荷に交流電力を常時供給して
いる商用電源に異常が発生した場合に、この商用電源に
代わって直ちに前記負荷に交流電力を供給するものであ
って、前記インバータ制御回路は、前記商用電源の前記
負荷に対する給電の停止を検出する停電検出回路と、こ
の停電検出回路からの停電検出信号を入力したときに前
記インバータトランスの出力電圧についての基準信号を
発生する基準発生回路と、前記商用電源からの交流電力
の電圧位相を検出するＰＬＬ回路と、前記ＰＬＬ回路か
らの電圧位相検出信号を入力し前記インバータトランス
からの出力電圧フィードバック信号が前記基準発生回路
からの基準信号に一致するように出力電圧指令信号を出
力する出力電圧制御回路と、前記出力電圧制御回路から
の出力電圧指令信号に基き前記インバータのスイッチン
グ素子のゲートを制御するゲート制御回路と、を備えた
電力変換装置において、前記停電検出回路、ＰＬＬ回路、及び基準発生回路から
の信号を入力し、停電検出時における前記インバータト
ランスの電圧を演算すると共に、この演算値から起動完
了時における電圧の位相を推定し、この位相に達するま
でに前記インバータの起動が完了するように前記インバ
ータトランスの出力電圧についての基準信号を前記出力
電圧制御回路に出力する位相推定回路を備えたこと、を特徴とする電力変換装置。
【請求項５】インバータトランスを介して交流電力を出
力するインバータ、及びこのインバータを制御するイン
バータ制御回路を有し、負荷に交流電力を常時供給して
いる商用電源に異常が発生した場合に、この商用電源に
代わって直ちに前記負荷に交流電力を供給するものであ
って、前記インバータ制御回路は、前記商用電源の前記
負荷に対する給電の停止を検出する停電検出回路と、こ
の停電検出回路からの停電検出信号を入力したときに前
記インバータトランスの出力電圧についての基準信号を
発生する基準発生回路と、前記商用電源からの交流電力
の電圧位相を検出するＰＬＬ回路と、前記ＰＬＬ回路か
らの電圧位相検出信号を入力し前記インバータトランス
からの出力電圧フィードバック信号が前記基準発生回路
からの基準信号に一致するように出力電圧指令信号を出
力する出力電圧制御回路と、前記出力電圧制御回路から
の出力電圧指令信号に基き前記インバータのスイッチン
グ素子のゲートを制御するゲート制御回路と、を備えた
電力変換装置において、前記停電検出回路、ＰＬＬ回路、及び基準発生回路から
の信号を入力し、停電検出時における前記インバータト
ランスの２軸座標系での磁束ベクトルを演算すると共
に、この演算値から起動完了時における２軸座標系での
磁束ベクトルの位相を推定し、この位相に達するまでに
前記インバータの起動が完了するように前記インバータ
トランスの出力電圧についての基準信号を前記出力電圧
制御回路に出力する磁束ベクトル推定回路を備えたこ
と、を特徴とする電力変換装置。
【請求項６】インバータトランスを介して交流電力を出
力するインバータ、及びこのインバータを制御するイン
バータ制御回路を有し、負荷に交流電力を常時供給して
いる商用電源に異常が発生した場合に、この商用電源に
代わって直ちに前記負荷に交流電力を供給するものであ
って、前記インバータ制御回路は、前記商用電源の前記
負荷に対する給電の停止を検出する停電検出回路と、こ
の停電検出回路からの停電検出信号を入力したときに前
記インバータトランスの出力電圧についての基準信号を
発生する基準発生回路と、前記商用電源からの交流電力
の電圧位相を検出するＰＬＬ回路と、前記ＰＬＬ回路か
らの電圧位相検出信号を入力し前記インバータトランス
からの出力電圧フィードバック信号が前記基準発生回路
からの基準信号に一致するように出力電圧指令信号を出
力する出力電圧制御回路と、前記出力電圧制御回路から
の出力電圧指令信号に基き前記インバータのスイッチン
グ素子のゲートを制御するゲート制御回路と、を備えた
電力変換装置において、前記停電検出回路、ＰＬＬ回路、及び基準発生回路から
の信号を入力し、停電検出時における前記インバータト
ランスの２軸座標系での電圧ベクトルを演算すると共
に、この演算値から起動完了時における２軸座標系での
電圧ベクトルの位相を推定し、この位相に達するまでに
前記インバータの起動が完了するように前記インバータ
トランスの出力電圧についての基準信号を前記出力電圧
制御回路に出力する電圧ベクトル推定回路を備えたこ
と、を特徴とする電力変換装置。