JP2673921B2 - Uninterruptible power system - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明はアクティブフィルタの機
能を持った無停電電源装置(以下、UPSと呼ぶ)およ
び整流装置の構成に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a configuration of an uninterruptible power supply (hereinafter referred to as UPS) and a rectifier having an active filter function.
【0002】[0002]
【従来の技術】商用交流電源に接続して使われる電気機
器、例えば、コンピュータや家電のエアコン,テレビ等
は力率が低く、また、流れる電流は歪んでいて高調波成
分を多量に含む。これは電子機器の受電部に非線形特性
をもつ整流回路が置かれているためである。この歪波電
流が商用交流電力系統に流れると、正弦波電圧を歪ませ
てしまい、系統に接続されている進相コンデンサ,リレ
ー等に誤動作,故障をもたらす。これらの高調波電流公
害を減らすために負荷で生じる高調波電流を規制しよう
という動きがある。商用電力系統側に高調波電流が流れ
るのを抑制する手段としては現在2通りの方法がある。
1つは、高調波電流を発生する負荷と並列にアクティブ
フィルタを設けて、このフィルタに負荷で発生した高調
波電流をバイパスさせる方法である。バイパス効果が十
分であれば負荷で発生した高調波電流は全てアクティブ
フィルタに流れることになり、電力系統側に流れる高調
波電流はゼロとなる。他の方法は、電子機器の受電部に
ある整流回路に高調波電流を生じさせないような高調波
電流抑制機能、つまり基本波電流のみを流させる機能を
もたせることである。新規に電子装置を導入する場合に
は後者の方法が融通性があってよいが、既設の電子装置
には前者のアクティブフィルタを付加する方法をとらざ
るをえない。アクティブフィルタとしての単一の機能を
もった装置はすでに導入されている。一方、アクティブ
フィルタ装置に近い構成をもつ装置に交流電圧出力のU
PSや直流電圧出力の整流装置がある。しかしこれらの
装置はアクティブフィルタの機能を活かしていないのが
現状である。2. Description of the Related Art Electric equipment used by being connected to a commercial AC power source, such as a computer, an air conditioner for home electric appliances, and a television, has a low power factor, and the flowing current is distorted and contains a large amount of harmonic components. This is because a rectifier circuit having a non-linear characteristic is placed in the power receiving section of the electronic device. When this distorted wave current flows into the commercial AC power system, it distorts the sine wave voltage, causing malfunctions and failures in the phase advancing capacitors, relays, etc. connected to the system. There is a movement to regulate the harmonic current generated in the load in order to reduce the pollution of these harmonic currents. There are currently two methods for suppressing the flow of harmonic currents on the commercial power system side.
One is a method in which an active filter is provided in parallel with a load generating a harmonic current and the harmonic current generated in the load is bypassed to this filter. If the bypass effect is sufficient, all harmonic currents generated in the load will flow to the active filter, and the harmonic currents flowing to the power system side will be zero. Another method is to provide a rectifier circuit in a power receiving unit of an electronic device with a harmonic current suppressing function that does not generate a harmonic current, that is, a function that allows only a fundamental current to flow. The latter method may be flexible when a new electronic device is introduced, but the former active filter must be added to the existing electronic device. A device with a single function as an active filter has already been introduced. On the other hand, a U having an AC voltage output is connected to a device having a structure close to that of an active filter device.
There are rectifiers for PS and DC voltage output. However, these devices do not currently utilize the function of the active filter.
【0003】図7にアクティブフィルタの1例を示す。
図において、1は商用の交流電源(単相電源を例に示す
が三相電源でも同じである)、2は商用負荷、3は電流
トランス、CONTは制御装置を示す。LINは入力リア
クタ、S1 〜S4 は半導体スイッチ、Cはコンデンサを
示す。電流トランスCT3は商用負荷2で流れる電流i
L をセンシングして信号SGX を得る。破線のアクティ
ブフィルタの構成は半導体スイッチ素子、例えばトラン
ジスタ(Q1 〜Q4 )とダイオード(D1 〜D4 )を逆
並列に接続したスイッチ(S1 〜S4 )をもって構成し
たブリッジ回路と入力リアクタLIN,直流のコンデンサ
Cからなる。4は電流トランスCTでアクティブフィル
タの入力電流iF をセンシングして信号SG1 を得る。
CONTはスイッチS1 〜S4 をオン・オフ制御する信
号を発生する制御装置である。商用負荷2は、一般に基
本波力率が低く、また高調波電流成分も含むので電流は
正弦波形がくずれて歪波形となる。FIG. 7 shows an example of an active filter.
In the figure, 1 is a commercial AC power supply (a single-phase power supply is shown as an example, but the same is true for a three-phase power supply), 2 is a commercial load, 3 is a current transformer, and CONT is a control device. L IN is an input reactor, S 1 to S 4 are semiconductor switches, and C is a capacitor. The current transformer CT3 is a current i flowing through the commercial load 2.
The signal SG X is obtained by sensing L. The structure of the active filter indicated by the broken line is a semiconductor switch element, for example, a bridge circuit composed of switches (S 1 to S 4 ) in which transistors (Q 1 to Q 4 ) and diodes (D 1 to D 4 ) are connected in anti-parallel and input. It consists of a reactor L IN and a DC capacitor C. A current transformer CT senses the input current i F of the active filter to obtain a signal SG 1 .
CONT is a control device that generates a signal for controlling ON / OFF of the switches S 1 to S 4 . Since the commercial load 2 generally has a low fundamental wave power factor and also includes a harmonic current component, the current has a distorted waveform because the sine waveform is broken.
【0004】図8は各電流の波形を示すもので、(a)
はiL 、(b)はiR 、(c)はiS を示す。商用負荷
2(一般の整流器負荷の例を示す)に流れる電流iL は
パルス状をなしている高調波電流成分を多量に含み、総
合力率も低い。この電流iL は交流電源1の電圧と同相
の基本波電流iL1と高調波電流成分iR とに分離でき
る。iFはアクティブフィルタの入力電流波形である。
iS は交流電源1の出力電流である。交流電源1からは
商用負荷の電流のうち基本波電流分iL1のみを流し、す
なわち、iS =iL1とし、残りの高調波電流分iR をア
クティブフィルタに流す。すなわち、iF =−iR とな
るように制御する。これがアクティブフィルタの機能で
ある。FIG. 8 shows the waveform of each current. (A)
Represents i L , (b) represents i R , and (c) represents i S. The current i L flowing through the commercial load 2 (an example of a general rectifier load) includes a large amount of pulsed harmonic current components, and the total power factor is low. This current i L can be separated into a fundamental wave current i L1 in phase with the voltage of the AC power supply 1 and a harmonic current component i R. i F is the input current waveform of the active filter.
i S is the output current of the AC power supply 1. Only the fundamental wave current i L1 of the commercial load current is made to flow from the AC power supply 1, that is, i S = i L1 , and the remaining harmonic current i R is made to flow to the active filter. That is, control is performed so that i F = −i R. This is the function of the active filter.
【0005】図9は交流の無停電電源装置(UPS)の
従来例である。なお、例を単相回路にとっているが、三
相回路も同様に使われている。UPSは入力変換部A
D、バッテリーB(ここでは、エネルギー変換器として
鉛−酸バッテリーを例にとって説明する)、交流の出力
変換部(以下、インバータという)DAからなる。AD
C,DACはそれぞれ入力変換部および出力変換部の制
御装置である。入力変換部ADは交流直流変換を行うい
わゆる整流装置で、図7のアクティブフィルタの構成と
同じである。新たに加わっているのはPTINでこれは交
流電源の電圧をセンシングするトランスである。出力変
換部DAは直流交流変換を行ういわゆるインバータであ
る。トランジスタとダイオードとを逆並列に接続したス
イッチS5 〜S8 で構成したブリッジ回路、リアクタL
ACとコンデンサCACからなる交流フィルタ、出力トラン
スTからなる。PTOUT は出力電圧をセンシングするト
ランスである。FIG. 9 shows a conventional example of an AC uninterruptible power supply (UPS). Although the example is for a single-phase circuit, a three-phase circuit is also used. UPS is the input converter A
D, a battery B (here, a lead-acid battery will be described as an example of the energy converter), and an AC output conversion unit (hereinafter referred to as an inverter) DA. AD
C and DAC are control devices for the input conversion unit and the output conversion unit, respectively. The input converter AD is a so-called rectifier that performs AC / DC conversion, and has the same configuration as the active filter in FIG. 7. Newly added is PT IN , which is a transformer that senses the voltage of the AC power supply. The output converter DA is a so-called inverter that performs DC / AC conversion. A bridge circuit composed of switches S 5 to S 8 in which a transistor and a diode are connected in antiparallel, and a reactor L
An AC filter composed of AC and a capacitor C AC , and an output transformer T. PT OUT is a transformer that senses the output voltage.
【0006】次に動作を説明する。スイッチS1 〜S4
からなるブリッジ回路は交流電源の電圧を整流してコン
デンサC,バッテリーBを充電するとともにインバータ
DAに給電する。単に整流するだけであればスイッチS
1 〜S4 はダイオードだけで機能が果たせる。ダイオー
ドと逆並列に接続されているトランジスタは入力の電流
の波形を制御するために設けている。その目的とすると
ころは、装置の入力電流を交流電源の電圧と同相の正弦
波形とすることによって力率を1とし、また高調波の発
生を抑えることにある。交流電源側からみるとUPSは
等価的に純抵抗と同じになり理想的な負荷になる。Next, the operation will be described. Switches S 1 to S 4
The bridge circuit composed of rectifies the voltage of the AC power source to charge the capacitor C and the battery B, and supplies power to the inverter DA. If only rectifying, switch S
1 to S 4 can function only with a diode. A transistor connected in anti-parallel with the diode is provided to control the waveform of the input current. The purpose thereof is to set the power factor to 1 and suppress the generation of harmonics by making the input current of the device have a sine waveform in phase with the voltage of the AC power supply. When viewed from the AC power supply side, UPS is equivalent to a pure resistance and becomes an ideal load.
【0007】電流波形制御の機構を次に説明する。例え
ば、交流電源1の極性が図9のときにスイッチS2 のト
ランジスタをオンさせると、交流電源1の電圧の全てが
S2のトランジスタ、S4 のダイオードのつくるループ
でリアクタLINに印加され、これに流れる電流によって
電磁エネルギーが蓄えられる。次にスイッチS2 のトラ
ンジスタをオフさせると、リアクタLINの電流はスイッ
チS1 ,S4 のダイオードを通して流れコンデンサC側
にエネルギーが放出される。このエネルギー放出時の交
流電源1とリアクタLINの電圧は図示の極性となり、両
者の和の電圧でコンデンサCが充電される。従って、コ
ンデンサCの電圧は交流電源1の電圧のピーク値以上の
レベルにまで充電される。(スイッチS1 〜S4 がダイ
オードのみで構成されている場合にはコンデンサCの電
圧は交流電源1のピーク値以上には高くならない)。リ
アクタLINに流れる電流の大きさ(従って、蓄えられる
電磁エネルギーの大きさ)は各スイッチを構成するトラ
ンジスタのオン・オフの時間比を変えることによって調
整できるので、この機構を使ってリアクタLINに流れる
電流の波形を正弦波状にする。The current waveform control mechanism will be described below. For example, when the transistor of the switch S 2 is turned on when the polarity of the AC power supply 1 is as shown in FIG. 9, all the voltage of the AC power supply 1 is applied to the reactor L IN by a loop formed by the transistor of S 2 and the diode of S 4. , Electromagnetic energy is stored by the current flowing through it. Next, when the transistor of the switch S 2 is turned off, the current of the reactor L IN flows through the diodes of the switches S 1 and S 4 and energy is released to the capacitor C side. The voltages of the AC power supply 1 and the reactor L IN at the time of this energy release have the polarities shown in the figure, and the capacitor C is charged with the sum of the two voltages. Therefore, the voltage of the capacitor C is charged to a level equal to or higher than the peak value of the voltage of the AC power supply 1. (When the switches S 1 to S 4 are composed only of diodes, the voltage of the capacitor C does not become higher than the peak value of the AC power supply 1). The magnitude of the current flowing through the reactor L IN (Hence, the magnitude of the electromagnetic stored energy) can be adjusted by changing the time ratio of the on and off states of the transistors constituting the respective switches, reactor L IN using this mechanism Make the waveform of the current flowing through the sine wave.
【0008】制御装置ADCはトランスPTINからの正
弦波電圧信号SGE を基にして正弦波の基準信号をつく
り、電流トランスCTから得た入力電流信号SGI を基
準信号に追従するように、つまり電流が正弦波形になる
ようにスイッチS1 〜S4 を制御する。なおコンデンサ
Cの電圧ECをフィードバックしてECを一定に保つよ
うに振幅を制御した基準信号をつくる。インバータDA
では、ブリッジ回路を構成するスイッチ(S5 〜S8 )
のスイッチング動作によって交流電圧を得、さらに
LAC,CACによって構成した交流フィルタで電圧波形を
正弦波に整形して変換負荷4ACに給電する。交流電源
1が停電した場合にはバッテリーBの放電電力をインバ
ータDAで変換して変換負荷4ACに給電する。したが
って変換負荷4ACは無停電で給電を受けることとな
る。変換装置DACはインバータDAのスイッチS5 〜
S8 を制御する信号を得る制御装置で、インバータの出
力電圧をトランスPTOUT を介して信号SGOUT として
取り出し、これを基に変換負荷4ACへの給電電圧が一
定になるように制御信号を発生する。The controller ADC produces a sinusoidal reference signal based on the sinusoidal voltage signal SG E from the transformer PT IN, and follows the input current signal SG I obtained from the current transformer CT to the reference signal. That is, the switches S 1 to S 4 are controlled so that the current has a sinusoidal waveform. The voltage EC of the capacitor C is fed back to generate a reference signal whose amplitude is controlled so as to keep EC constant. Inverter DA
In, switches constituting the bridge circuit (S 5 ~S 8)
An AC voltage is obtained by the switching operation of, and the voltage waveform is shaped into a sine wave by an AC filter composed of L AC and C AC , and power is supplied to the conversion load 4AC. When the AC power supply 1 fails, the discharge power of the battery B is converted by the inverter DA and the converted load 4AC is supplied with power. Therefore, the conversion load 4AC is supplied with power without interruption. The converter DAC is a switch S 5 of the inverter DA.
A control device that obtains a signal for controlling S 8 takes out the output voltage of the inverter as a signal SG OUT via a transformer PT OUT , and generates a control signal based on the output voltage so that the power supply voltage to the conversion load 4AC becomes constant. To do.
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】最近のUPSや整流装
置は入力電流波形を正弦波化する電流制御の機能を備え
ているが、この機能を十分に活用しているとはいえな
い。また、交流電源が停電している期間のUPSや整流
装置はそれぞれのバッテリーBと出力側が稼働している
のみで入力変換部は休業状態にある。本発明の目的は、
UPSや整流装置の備える入力電流制御の機能をアクテ
ィブフィルタとして活用し、他の商用負荷で発生する高
調波電流を商用交流電源側に流れないようにバイパスさ
せる。また、入力変換部を交流電源の停電時にも活用
し、UPSや整流装置の給電能力を増す。すなわち、本
来の負荷である変換負荷に給電すると同時にUPSや整
流装置の入力変換部をインバータとして活用して商用負
荷へも給電することにある。Although the recent UPS and rectifiers have a current control function for converting the input current waveform into a sine wave, it cannot be said that this function is fully utilized. Further, in the UPS and the rectifying device during the period in which the AC power source is out of power, only the respective batteries B and the output side are operating, and the input conversion unit is in a closed state. The purpose of the present invention is
The input current control function of the UPS or the rectifier is used as an active filter, and the harmonic current generated in another commercial load is bypassed so as not to flow to the commercial AC power supply side. In addition, the input conversion unit is utilized even during a power failure of the AC power supply to increase the power supply capacity of the UPS and rectifier. That is, the conversion load, which is the original load, is supplied with power, and at the same time, the input conversion unit of the UPS or the rectifier is used as an inverter to supply power to the commercial load.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、「商用負荷と並列接続されて、共通のス
イッチを介して交流電源から給電を受ける電源装置であ
って、この電源装置は、交流電力を直流電力に変換する
こともまた直流電力を交流電力に変換することも可能な
双方向コンバータと、この双方向コンバータの直流出力
に接続されたバッテリーと、同じくその入力側を双方向
コンバータの直流出力とバッテリーに接続されて稼働す
るインバータを備えており、前記双方向コンバータの交
流入力側は前記交流電源および商用負荷と接続し、前記
インバータは自ら変換した交流電力を交流の変換負荷に
給電し、前記スイッチは前記交流電源が給電可能時には
閉じ、また停電中は開いた状態で使用し、前記双方向コ
ンバータの電力変換機能を制御する制御装置は2つの制
御信号を生成し、その第1の制御信号は交流電源が給電
している期間に生成するものであり、前記双方向コンバ
ータの自らの交流入力電流と直流出力電圧および前記商
用負荷に流れる電流をそれぞれセンシングして前記制御
装置に信号入力し、前記直流出力電圧を予め定めた電圧
レベルに制御するとともに、前記直流出力電圧を得るた
めの分の前記交流入力電流の波形を正弦波に整形し、か
つ前記商用負荷に流れる電流のうち高調波電流分のみを
前記双方向コンバータに流入させるための制御信号であ
り、その第2の制御信号は、前記交流電源が停電してい
る期間に生成するものであり、前記双方向コンバータの
交流側に自ら出力した交流電圧をセンシングしてバッテ
リーの直流電力を所望の定周波定電圧の交流電圧に変換
する制御信号であり、前記インバータの制御装置は、前
記インバータの交流出力電圧をセンシングして変換負荷
の所望の定周波定電圧の交流電圧にする制御信号を出力
することを特徴とする無停電電源装置」であり、また、
「商用負荷と並列接続されて、共通のスイッチを介して
交流電源から給電を受ける電源装置であって、この電源
装置は、交流電力を直流電力に変換することもまた直流
電力を交流電力に変換することも可能な双方向コンバー
タと、この双方向コンバータの直流出力に接続されたバ
ッテリーと、同じく入力側を双方向コンバータの直流出
力とバッテリーに接続されて稼働するDC−DCコンバ
ータを備えており、前記双方向コンバータの交流入力側
は前記交流電源および商用負荷と接続し、前記DC−D
Cコンバータは自ら変換した直流電力を直流の変換負荷
に給電し、前記スイッチは前記交流電源が給電可能時に
は閉じ、また停電中は開いた状態で使用し、前記双方向
コンバータの電力変換機能を制御する制御装置は2つの
制御信号を生成し、その第1の制御信号は交流電源が給
電している期間に生成するものであり、前記双方向コン
バータの自らの交流入力電流と直流出力電圧および前記
商用負荷に流れる電流をそれぞれセンシングして前記制
御装置に信号入力し、前記直流出力電圧を予め定めた電
圧レベルに制御するとともに、前記直流出力電圧を得る
ための分の前記交流入力電流の波形を正弦波に整形し、
かつ前記商用負荷に流れる電流のうち高調波電流分のみ
を前記双方向コンバータに流入させるための制御信号を
出力するものであり、その第2の制御信号は、前記交流
電源が停電している期間に生成するものであり、前記双
方向コンバータの交流側に自ら出力した交流電圧をセン
シングしてバッテリーの直流電力を所望の定周波定電圧
の交流電圧に変換する制御信号であり、前記DC−DC
コンバータの制御装置は前記DC−DCコンバータの直
流出力電圧をセンシングして変換負荷の所望する直流定
電圧にする制御信号を出力することを特徴とする無停電
電源装置」を発明の要旨とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a power supply device which is connected in parallel with a commercial load and receives power from an AC power supply via a common switch. The device consists of a bidirectional converter capable of converting AC power into DC power and DC power into AC power, a battery connected to the DC output of this bidirectional converter, and also its input side. The bidirectional converter is equipped with an inverter that operates by being connected to the DC output and a battery, the AC input side of the bidirectional converter is connected to the AC power supply and a commercial load, and the inverter converts the AC power converted by itself to AC power. Power is supplied to the conversion load, and the switch is used when the AC power supply is capable of supplying power, and is open during a power failure. The control device for controlling the function generates two control signals, the first control signal of which is generated during the period when the AC power is being supplied, and its own AC input current and DC output of the bidirectional converter. The voltage and the current flowing in the commercial load are respectively sensed and signal-input to the control device to control the DC output voltage to a predetermined voltage level, and the AC input current corresponding to the DC output voltage. Is a control signal for shaping the waveform of sine wave into a sine wave and allowing only a harmonic current component of the current flowing in the commercial load to flow into the bidirectional converter. The second control signal is a control signal for the AC power supply. It is generated during a power outage, and senses the AC voltage output by itself on the AC side of the bidirectional converter to convert the DC power of the battery to the desired constant frequency constant voltage. The control device for the inverter outputs a control signal for sensing the AC output voltage of the inverter and converting the AC output voltage to a desired constant frequency constant voltage of the conversion load. And an uninterruptible power supply "
“A power supply device that is connected in parallel with a commercial load and that receives power from an AC power supply through a common switch. This power supply device converts AC power to DC power and also converts DC power to AC power. It is also equipped with a bidirectional converter that can also be operated, a battery connected to the DC output of this bidirectional converter, and a DC-DC converter that operates by connecting the input side to the DC output of the bidirectional converter and the battery. The AC input side of the bidirectional converter is connected to the AC power source and a commercial load, and the DC-D
The C converter supplies the DC power converted by itself to the DC conversion load, and the switch is used in a state where it is closed when the AC power supply can supply power and is open during a power failure to control the power conversion function of the bidirectional converter. The control device generates two control signals, the first control signal of which is generated while the AC power source is supplying power, and includes the AC input current and DC output voltage of the bidirectional converter, and A signal is input to the control device by sensing each of the currents flowing in the commercial load, the DC output voltage is controlled to a predetermined voltage level, and the waveform of the AC input current corresponding to the DC output voltage is obtained. Shaped into a sine wave,
Further, it outputs a control signal for causing only the harmonic current component of the current flowing in the commercial load to flow into the bidirectional converter, and the second control signal is a period during which the AC power supply is out of power. The DC-DC is a control signal that is generated by the DC-DC converter and senses the AC voltage output to the AC side of the bidirectional converter to convert the DC power of the battery into a desired constant-frequency constant-voltage AC voltage.
The gist of the invention is "the converter control device senses the DC output voltage of the DC-DC converter and outputs a control signal to make the DC constant voltage desired by the conversion load."
【0011】[0011]
【作用】本発明において、無停電電源装置の入力変換部
ADを構成するコンバータを、交流から直流へ、あるい
は直流から交流への双方向の電力変換を行い、さらに高
調波電流の制御も可能な双方向コンバータで構成するこ
とにより、商用負荷に電力を供給する交流電源が作動中
も、あるいは停電中も商用負荷に電力を供給することが
できるとともに、商用負荷で生ずる高調波電流を交流電
源側に流出するのを抑制することができる。図7と図9
の入力変換部ADについて比較してみると構成が異なる
のは電流トランス3とトランスPTINの有無だけであ
る。従って、図9に電流トランス3を付加し、制御装置
をそれなりにアレンジすればUPSの入力変換部ADを
アクティブフィルタとしても活用できる。また、図9の
回路構成について入力変換部ADと出力変換部(インバ
ータ)DAを比較してみると構成が異なるのはフィルタ
のコンデンサCACの有無だけである(トランスTの存
在は本質的ではない)。制御装置は入力変換部用のAD
Cが電流を制御の対象としているのに対してインバータ
用のDACは電圧を対象にしている。従って、入力変換
部にフィルタ用のコンデンサCINを挿入し、制御装置
に電圧制御用の機能を加えれば入力変換部ADをインバ
ータとしても使える。UPSが備えているエネルギー変
換器が十分に大きければ、例えば、バッテリーBに代え
て燃料電池のようなエネルギー源を備えていれば、交流
電源1で停電している期間に、交流電源から給電を受け
ていた負荷にもUPSから入力系統を通じて長時間の給
電が出来る。また、UPSのエネルギー源が太陽電池で
あれば、昼間の太陽電池からのエネルギーが十分に得ら
れる間にはこのエネルギーを変換して変換負荷に給電す
るとともに交流電源(商用電力系統)側へ電力をおく
り、夜間、太陽電池からのエネルギーがない間にUPS
は商用電力系統から受電した電力を再変換して変換負荷
に給電することもできる。According to the present invention, the converter forming the input converter AD of the uninterruptible power supply unit can perform bidirectional power conversion from AC to DC or from DC to AC, and can also control harmonic current. By using a bidirectional converter, power can be supplied to the commercial load even when the AC power supply that supplies the power to the commercial load is operating or during a power failure, and the harmonic current generated in the commercial load can be supplied to the AC power supply side. Can be suppressed. 7 and 9
Comparing the input conversion units AD of No. 2 with each other, the configuration is different only in the presence or absence of the current transformer 3 and the transformer PT IN . Therefore, if the current transformer 3 is added to FIG. 9 and the control device is arranged accordingly, the input conversion unit AD of the UPS can be utilized as an active filter. Further, comparing the input conversion unit AD and the output conversion unit (inverter) DA with respect to the circuit configuration of FIG. 9, the configuration is different only in the presence or absence of the filter capacitor C AC (the existence of the transformer T is not essential. Absent). The control device is an AD for the input conversion unit.
C is for controlling the current, whereas the DAC for the inverter is for controlling the voltage. Therefore, the input conversion unit AD can be used as an inverter by inserting a filter capacitor C IN into the input conversion unit and adding a voltage control function to the control device. If the energy converter provided in the UPS is sufficiently large, for example, if an energy source such as a fuel cell is provided in place of the battery B, power is supplied from the AC power source during the period of power failure by the AC power source 1. It is possible to supply power to the load that it was receiving from UPS for a long time through the input system. If the UPS energy source is a solar cell, this energy is converted and supplied to the conversion load while the energy from the solar cell is sufficiently obtained during the daytime, and the power is supplied to the AC power supply (commercial power system) side. UPS, at night, while there is no energy from solar cells
Can also reconvert the power received from the commercial power system and supply it to the conversion load.
【0012】[0012]
【実施例】次に本発明の実施例について説明する。図1
に第1の実施例であるUPS(一点鎖線で示すブロッ
ク)を示す。1は交流電源、2は商用負荷、3は電流ト
ランス、ADは入力変換部であり、双方向コンバータで
構成している。LINはリアクタ、PTINはトラン
ス、S1〜S4はスイッチ、ADCは入力変換部の制御
装置、Bはバッテリー、DAはインバータ、S5〜S8
はスイッチ、LAC,CACはフィルタ、Tはトラン
ス、4ACは変換負荷、DACはインバータDAの制御
装置、PTOUTはトランスを示す。10は交流電源用
スイッチを示す。UPSは本来の目的である変換負荷4
ACへ無停電で給電するとともに、交流電源1の給電中
は商用負荷2のアクティブフィルタとして動作させて交
流電源1に流れる高調波電流を抑制し、つまり商用負荷
2で発生した高調波電流をUPS側へバイパスさせ、ま
た、停電中は、スイッチ10を開いて交流電源を切り離
して、双方向コンバータを商用負荷2へのインバータと
して動作させて定電圧で交流電力を給電する。図1のU
PSでは入力側にフィルタ用コンデンサCINを付加し
て図9の従来例のUPSと同じ構成にしている。また、
商用負荷2に流れる電流をセンシングする電流トランス
3を設けている。エネルギー変換器としてバッテリーを
例にとって説明するがバッテリーに限らず直流電源にな
るものであればよい。例えば、エネルギー変換器である
太陽電池や燃料電池などは長時間の給電ができるので好
ましい。図2は電流制御と電圧制御を使い分ける制御装
置ADCの構成例である。(IC)部が電流制御用、
(VC)部が電圧制御用の部分である。また図3(a)
〜(e)は電流制御の基準信号をつくるまでの各部の波
形を示したものである。電子スイッチDSは交流電源1
の給電中はIC側の信号を通し、また停電中はVC側の
信号を通す。Next, an embodiment of the present invention will be described. FIG.
Shows the UPS (block shown by the alternate long and short dash line) of the first embodiment. Reference numeral 1 is an AC power source, 2 is a commercial load, 3 is a current transformer, and AD is an input converter, which is composed of a bidirectional converter. L IN is a reactor, PT IN is a transformer, S 1 to S 4 are switches, ADC is an input converter controller, B is a battery, DA is an inverter, and S 5 to S 8 are.
Is a switch, L AC and C AC are filters, T is a transformer, 4AC is a conversion load, DAC is a controller of the inverter DA, and PT OUT is a transformer. Reference numeral 10 represents an AC power supply switch. UPS is the original purpose of conversion load 4
While supplying power to AC uninterruptively, it operates as an active filter of the commercial load 2 while the AC power supply 1 is supplying power to suppress the harmonic current flowing in the AC power supply 1, that is, the harmonic current generated in the commercial load 2 is UPS. When the power is cut off, the switch 10 is opened to disconnect the AC power supply, and the bidirectional converter is operated as an inverter to the commercial load 2 to supply AC power at a constant voltage. U in FIG.
In PS, a filter capacitor C IN is added to the input side so as to have the same configuration as the conventional UPS in FIG. Also,
A current transformer 3 for sensing the current flowing through the commercial load 2 is provided. A battery will be described as an example of the energy converter, but the energy converter is not limited to the battery and may be a DC power source. For example, a solar cell, a fuel cell, or the like, which is an energy converter, is preferable because it can supply power for a long time. FIG. 2 is a configuration example of a control device ADC that selectively uses current control and voltage control. (IC) part is for current control,
The (VC) part is a part for voltage control. In addition, FIG.
(E) shows the waveform of each part until the current control reference signal is produced. Electronic switch DS is AC power supply 1
The signal on the IC side is passed during the power feeding of, and the signal on the VC side is passed during the power failure.
【0013】UPSの機能のうち、まず、アクティブフ
ィルタとしての機能を説明する。交流電源1から商用負
荷2に給電している電流の波形は一般に歪んでいて正弦
波ではない。特に商用負荷2が整流装置である場合には
電流波形はパルス状になり、多くの高調波電流分を含ん
でいる。この商用負荷電流を電流トランス3でセンシン
グした信号をSGX とする。信号SGX をバンドパス・
フィルタBPFにかけ基本波成分SGO を取り出す。S
GX からSGO を除くと商用負荷2に流れる電流の内の
高調波成分の信号SGH が取り出せる。また、バッテリ
ーBを充電するために直流電圧EC を一定に制御する必
要があるので、EC をフィードバックしてこれを基準の
直流電圧EREF と誤差増幅器AE に入力し、その差に対
応した出力信号ER をうる。次に入力側の電圧をPTIN
でセンシングした電圧SGE を、正弦波の基準信号とし
て使い、SGE (例えば、1×sinωt)とER を乗
算器Mに入力し、振幅がER に比例した正弦波信号SG
F (ER ×sinωt)をうる。高周波分の信号SGH
とバッテリーBを充電し、インバータDAに給電する基
本波分の信号SGF との和SCI (=SGH +SGF )
を入力変換部ADの電流制御の基準の信号とする。電流
トランス4の電流信号SGI をフィードバックし、これ
を基準信号SCIとともに誤差増幅器AI に入力し、そ
の差に対応した出力信号SI を得、このSI と高周波の
三角波電圧信号ST とをコンパレータCOMI に入力
し、パルス幅制御信号PWMI をうる。PWMI のパタ
ーンは、SI が正のときにはSI >ST の期間にEのレ
ベルを、そうでない期間にはゼロレベルとなる。またS
I が負であるときにはSI <ST の期間に−E、他の期
間にはゼロとなる。信号PWMI を電子スイッチDSを
通してパルス分配器Dに入力する。パルス分配器Dで
は、信号PWMI を基にしてPWMI の正のパルス列と
負のパルス列とに分離し、これを直流的に絶縁できるホ
トカプラーを通してパワーアンプP1 〜P4 に与え、ト
ランジスタQ1 〜Q4 をオンオフさせる信号を出力す
る。入力変換部ADの出力電流をセンシングした信号S
GI をフィードバックしてSGI が基準信号SCI にな
るように追従制御すると、入力変換部ADから流れ出た
電流は商用負荷2に流れる高調波電流と、交流電源1か
ら自らが給電を受ける基本波電流の和になる。従って、
交流電源から流れる電流は商用負荷2に流れる基本波電
流と入力変換部ADに流れる基本波電流になり、高調波
電流分は含まない。商用負荷2が無負荷であれば、信号
SGX がゼロとなり、UPSの入力変換部ADは自ら必
要とする入力電流を正弦波状にするように制御機能が働
く。Among the functions of UPS, the function as an active filter will be described first. The waveform of the current supplied from the AC power source 1 to the commercial load 2 is generally distorted and is not a sine wave. In particular, when the commercial load 2 is a rectifier, the current waveform has a pulse shape and contains many harmonic current components. The signal obtained by sensing the commercial load current by the current transformer 3 is SG X. Bandpass signal SG X
The fundamental wave component SG O is taken out by applying the filter BPF. S
By removing SG O from G X, the signal SG H of the harmonic component in the current flowing through the commercial load 2 can be taken out. Further, since it is necessary to control the DC voltage E C to be constant in order to charge the battery B, the E C is fed back and inputted to the reference DC voltage E REF and the error amplifier A E , and the difference is dealt with. Output signal E R is obtained. Next, change the voltage on the input side to PT IN
The voltage SG E sensed in step S3 is used as a sine wave reference signal, SG E (for example, 1 × sin ωt) and E R are input to the multiplier M, and the amplitude of the sine wave signal SG E is proportional to E R.
F (E R × sin ωt) is obtained. High frequency signal SG H
And the sum of the fundamental wave signal SG F that charges the battery B and feeds to the inverter DA, SC I (= SG H + SG F )
Is a reference signal for current control of the input converter AD. Feeding back the current signal SG I of the current transformer 4, which was inputted to the error amplifier A I together with the reference signal SC I, to obtain the output signal S I corresponding to the difference, the S I and the high frequency of the triangular wave voltage signal S T enter the door to the comparator COM I, sell the pulse width control signal PWM I. The pattern of PWM I becomes the level of E during the period of S I > S T when S I is positive, and becomes the level of zero during the period of otherwise. Also S
I is zero -E, in other periods during the S I <S T when is negative. The signal PWM I is input to the pulse distributor D through the electronic switch DS. In the pulse distributor D, a positive pulse train and a negative pulse train of PWM I are separated on the basis of the signal PWM I, and these are supplied to the power amplifiers P 1 to P 4 through a photocoupler that can be galvanically isolated, and the transistor Q 1 outputs a signal to turn on and off the to Q 4. Signal S that senses the output current of input converter AD
If by feeding back the G I is SG I follow controlled to be the reference signal SC I, current flowing out of the input conversion unit AD receives the harmonic current flowing in the commercial load 2, itself is powered from the AC power supply 1 Basic It is the sum of wave currents. Therefore,
The current flowing from the AC power supply is the fundamental current flowing in the commercial load 2 and the fundamental current flowing in the input conversion unit AD, and does not include the harmonic current component. If the commercial load 2 is no load, the signal SG X becomes zero, and the input conversion unit AD of the UPS has a control function to make the input current required by itself be sinusoidal.
【0014】基本波分の信号SGF の符号を負にすれば
電流制御の信号SCI =SGH −SGF となり、入力変
換部ADの自己の入力電流が負の正弦波電流となる。こ
れは入力変換部ADから出力があることを示す。つまり
入力変換部ADは商用負荷2の高調波電流のみならず、
基本波電流分も出力することになる。バッテリーBとし
てエネルギー変換器、例えば太陽電池や燃料電池を使え
ば、入力変換部ADを今度はインバータとして使って交
流電力を出力することができる。この出力は商用負荷に
給電されるし、余力があれば商用電力系統(図1では交
流電源として表示)側に送り、系統側にある他の一般の
負荷に給電することもできる。If the sign of the signal SG F of the fundamental wave is made negative, the current control signal SC I = SG H −SG F is obtained , and the input current of the input converter AD itself becomes a negative sine wave current. This indicates that there is an output from the input conversion unit AD. That is, the input converter AD is not only the harmonic current of the commercial load 2,
The fundamental wave current component will also be output. If an energy converter such as a solar cell or a fuel cell is used as the battery B, the input conversion unit AD can be used as an inverter this time to output AC power. This output is supplied to a commercial load, and if there is a surplus power, it can be sent to a commercial power system (shown as an AC power supply in FIG. 1) side to supply power to other general loads on the system side.
【0015】交流電源1が停電している期間には入力変
換部ADを定電圧のインバータとして使う。この場合は
スイッチ10を開いて交流電源1を切り離しておく。次
にこれを説明する。半導体スイッチS1 〜S4 からなる
ブリッジ回路と、その交流端子X, Yにある交流フィル
タLIN,CINでインバータ(直流から交流に変換)を構
成していて、直流側のバッテリーBの出力を交流に変換
して入力側の商用負荷側に給電する。The input converter AD is used as a constant voltage inverter during the period when the AC power supply 1 is out of power. In this case, the switch 10 is opened to disconnect the AC power supply 1. Next, this will be described. The inverter (conversion from direct current to alternating current) is constituted by the bridge circuit composed of the semiconductor switches S 1 to S 4 and the alternating current filters L IN and C IN at the alternating current terminals X and Y, and the output of the battery B on the direct current side. Is converted into alternating current to supply power to the commercial load side on the input side.
【0016】次に入力変換部ADをインバータとして使
う際の電圧制御を説明する。図2の構成で(VC)の部
分で電圧制御用の基準信号をつくる。PTINで出力電圧
をセンシングした信号SGE をフィードバックして、こ
れと基準の正弦波電圧信号VREF を誤差増幅器AV にい
れ、これらの入力に対応した出力信号VR をうる。この
誤差対応信号VR と三角波信号ST をコンパレータCO
MV にいれ、その出力信号PWMV をうる。PWMV の
パターンは、VR の正のときにはVR >ST の期間にE
のレベルを、そうでない期間にはゼロレベルとなる。ま
たVR の負であるときにはVR <ST の期間に−E、他
の期間にはゼロとなる。信号PWMV を電子スイッチD
Sを通してパルス分配器Dに入力する。パルス分配器D
では、信号PWMV を基にしてPWMV の正のパルス列
と負のパルス列とに分離し、これを直流的に絶縁できる
ホトカプラーを通してパワーアンプP1 〜P4 に与え、
それぞれトランジスタQ1 〜Q4 をオンオフさせる信号
を出力する。Next, voltage control when the input conversion unit AD is used as an inverter will be described. In the configuration of FIG. 2, a reference signal for voltage control is created in the portion (VC). By feeding back the signal SG E which senses the output voltage in PT IN, put a sine wave voltage signal V REF of this and the reference to the error amplifier A V, sell output signal V R corresponding to these inputs. The error response signal V R and the triangular wave signal S T are compared with each other by the comparator CO
Put it in M V to get its output signal PWM V. Pattern of PWM V is, E in the period V R> S T when the positive V R
Level becomes zero level in the other period. The -E during the V R <S T when a negative V R, becomes zero in other periods. Signal PWM V to electronic switch D
Input to the pulse distributor D through S. Pulse distributor D
Then, based on the signal PWM V , it is separated into a positive pulse train and a negative pulse train of PWM V , and this is given to the power amplifiers P 1 to P 4 through a photocoupler that can be galvanically isolated.
A signal for turning on / off the transistors Q 1 to Q 4 is output.
【0017】次に図1のインバータDAを制御する信号
を発生する制御装置DACを説明する。図4は制御装置
DACのブロック構成で、図5(a)〜(e)は各ブロ
ックの信号の関係を示している。信号VREF はインバー
タDAの出力電圧のレベルと周波数をきめる正弦波の基
準信号である。Aは誤差増幅器でVREF とインバータD
Aの出力電圧に対応した信号SGOUT とを比較して両者
の差に対応した信号VR を出力する。STは高周波の三
角波形電圧信号である。この周波数はインバータDAの
スイッチS5 〜S8 のスイッチング周波数を決める。C
OMはコンパレータで信号VR とSTを比較してVR の
絶対値がSTの絶対値を越えている期間に信号をだし、
他の期間にはゼロレベルとなるパルス幅制御(以後、P
WMという)の信号を出す。Dはパルスの分配器であ
る。P5 〜P8 は分配器Dからの信号を増幅してそれぞ
れトランジスタQ5 〜Q8 に与える制御信号をつくる。
P5 〜P8 と分配器Dとの間は光信号で伝送するホトカ
プラを使い直流的に絶縁する。PWMの正のパルスを増
幅してトランジスタQ5 ,Q8 に与えこれをオンさせ
る。またPWMの負のパルスを増幅してトランジスタQ
6 ,Q7 に与えてこれをオンさせる。信号SGOUT のレ
ベルが下がればこれを増加するような制御信号をトラン
ジスタQ5 〜Q8 にだし、またレベルが上がればこれを
減少させるような制御信号をだして、つまりフィードバ
ック制御してインバータDAの出力電圧を一定に維持す
る。Next, the control device DAC for generating a signal for controlling the inverter DA of FIG. 1 will be described. FIG. 4 is a block diagram of the control device DAC, and FIGS. 5A to 5E show the relationship of signals in each block. The signal V REF is a sine wave reference signal that determines the level and frequency of the output voltage of the inverter DA. A is an error amplifier, V REF and inverter D
The signal SG OUT corresponding to the output voltage of A is compared and the signal V R corresponding to the difference between them is output. ST is a high frequency triangular waveform voltage signal. This frequency determines the switching frequency of the switch S 5 ~S 8 of the inverter DA. C
OM issues an signal during a period in which the absolute value of V R by comparing the signal V R and ST comparator exceeds the absolute value of the ST,
In other periods, the pulse width control becomes zero level (hereinafter P
Signal). D is a pulse distributor. P 5 to P 8 produces a control signal to be supplied to each amplifying a signal from the distributor D transistor Q 5 to Q 8.
A photocoupler for transmitting an optical signal is used to electrically insulate P 5 to P 8 and the distributor D from each other. The positive pulse of PWM is amplified and given to the transistors Q 5 and Q 8 to turn it on. In addition, the negative pulse of PWM is amplified and the transistor Q
Give it to 6 and Q 7 to turn it on. When the level of the signal SG OUT decreases, a control signal for increasing the level is output to the transistors Q 5 to Q 8, and when the level of the signal SG OUT increases, a control signal for decreasing the level is output, that is, feedback control is performed. Keeps the output voltage of.
【0018】図6に本発明の無停電電源装置の第2の実
施例を示す。図1の実施例におけるインバータDAに代
わって直流の出力変換回路DD(DC−DCコンバー
タ)を組み合わせると直流電圧出力の装置いわゆる整流
装置になる。交流電力を受電して入力変換部ADでえた
直流電力をDDで再変換して変換負荷4DCに直流電力
を給電する。負荷4DCからみると電源は整流装置とい
える。スイッチS5 〜S8 で構成したブリッジ回路の交
流端子X,YにトランスTの1次巻線を接続して、その
2次巻線の出力電圧をブリッジ整流回路QREC で整流
し、さらに平滑フィルタLDC,CDCを通してリップル電
圧の少ない直流電圧を得る。これを直流の変換負荷4D
Cに給電する。なお、スイッチS5 〜S8 の変換周波数
を高周波、例えば20kHz以上に高めれば、トランス
T,平滑フィルタLDC,CDCを大幅に小形化することが
できるし、また、騒音をなくすことができる。制御装置
DDCは、出力の直流電圧を一定にするためにトランジ
スタQ5 〜Q8 のオン・オフ信号を発生させる。これま
での実施例では入力変換部も、出力変換部も共に単相回
路を使って説明してきたが、三相回路も一般に使われて
いるのと同様に扱える。また、半導体スイッチとしてバ
イポーラ・トランジスタを例にあげて説明してきたが他
のパワーMOS/FET,IGBT(Insulated Gate B
ipolar Transistor )等の素子も同様に使える。FIG. 6 shows a second embodiment of the uninterruptible power supply device of the present invention. When a DC output conversion circuit DD (DC-DC converter) is combined in place of the inverter DA in the embodiment of FIG. 1, a DC voltage output device, a so-called rectifying device, is obtained. The AC power is received, the DC power obtained by the input converter AD is reconverted by DD, and the DC power is supplied to the conversion load 4DC. From the viewpoint of the load 4DC, it can be said that the power supply is a rectifier. The primary winding of the transformer T is connected to the AC terminals X and Y of the bridge circuit composed of the switches S 5 to S 8 , and the output voltage of the secondary winding is rectified by the bridge rectifier circuit Q REC and further smoothed. A DC voltage with a small ripple voltage is obtained through the filters L DC and C DC . This is DC conversion load 4D
Power C Incidentally, if Takamere the conversion frequency of the switch S 5 to S 8 frequency, for example more than 20 kHz, the transformer T, a smoothing filter L DC, to can be greatly miniaturized C DC, also it is possible to eliminate the noise . Controller DDC generates an on-off signal of the transistor Q 5 to Q 8 to the DC voltage of the output constant. In the above-described embodiments, both the input conversion unit and the output conversion unit have been described using the single-phase circuit, but the three-phase circuit can be handled in the same manner as commonly used. Further, although the description has been given by taking the bipolar transistor as an example of the semiconductor switch, other power MOS / FET, IGBT (Insulated Gate B
Devices such as ipolar Transistor) can be used in the same way.
【0019】[0019]
【発明の効果】本発明は、従来の商用交流電力を受電し
て無停電の交流あるいは直流電力を出力する電源装置が
もつ機能を全て発揮させながら、本発明では新たに無停
電電源装置の入力部に設けてあるコンバータを双方向コ
ンバータとして、従来装置のコンバータ(整流装置)機
能の他に、アクティブフィルタ、およびインバータとし
ても機能させるようにしたものであり、従来であれば、
3つの装置を設置するところを無停電電源装置だけで実
現しており、経済的な面および省スペース面での効果は
次に述べるように極めて大きい。1つは高調波公害抑制
対応を経済的に進められることである。1995/10
に通産省から出された商用電力系統への高調波電流流出
抑制のガイドラインに従うため、アクティブフィルタの
追加設置を余儀なくされる。独立したアクティブフィル
タを設置するという対応処置に代わって、本発明が示す
ように、他の無停電電源装置にアクティブフィルタの機
能を付加する処置をとればその経済的な効果は抜群であ
る。すなわち、アクティブフィルタは給電の機能を有す
る、いわゆる電源装置ではなく、高調波電流公害を抑制
するためにだけ使われる装置である。このようなつけた
りの性格の強い装置であってなおかつコストが高い装置
では、導入に当たり、設備投資の優先順位が低くなりが
ちで導入が進まない。公害抑制の処置策が打てない。本
発明のように負荷側からの要求から優先設置順位の高い
無停電電源装置に、アクティブフィルタの機能を付加さ
せればコストの負担増を軽微なものとして、なおかつ公
害抑制の効果をあげられる。2つ目は無停電電源装置の
機能を100%以上に使うことである。これは停電時に
入力部の双方向コンバータをインバータとして稼働させ
ることによって得られる。さらに、本発明の変換負荷で
あるコンピュータヘ給電した電力の100%近くは熱エ
ネルギーに変換されてコンピュータ室に放散され、室温
を上昇させる。一方、コンピュータは動作環境の温度を
20℃近くに維持することが必要条件となり、従ってコ
ンピュータ室には空調設備を欠かせない。しかるに、こ
の空調設備は経済性の観点から商用電源で直接稼働させ
ているのが現状である。したがって、停電があると、空
調設備が停止するのでコンピュータ室の温度が上昇し、
コンピュータへの給電は一般のUPSから可能であるに
もかかわらず、コンピュータの稼働を停止せざるを得な
くなってしまう。すなわち従来のコンピュータシステム
ではUPSに余力を残したまま停止せざるを得ない。1
00%使いきっていない。これらのコンピュータシステ
ムに本発明の無停電電源装置を適用すると交流電源の停
電時には、入力の双方向コンバータをインバータとして
使うことにより空調設備(電源が瞬断しても再始動は容
易であり、問題はない)に給電が可能であり、コンピュ
ータへの給電が本発明のインバータから続けられている
間は、室温をコントロールすることができる。バッテリ
ーの放電が可能な限りコンピュータを稼働させられる。
双方向コンバータをインバータとして使うには制御装置
関連でわずかなコストアップがあるだけであり、空調設
備専用の電源を別途設置することよりはるかに経済的に
給電システムを構築することができる。バッテリーとし
て鉛酸バッテリーに代わって長時間給電可能なもの(例
えば、燃料電池や太陽電池)であれば本発明の効果は極
めて顕著になる。また、電話の電子交換機のように直流
の48ボルトを必要とする直流の変換負荷には本願の無
停電電源装置のDC−DCコンバータから給電し、停電
時の空調設備(商用負荷)には双方向コンバータをイン
バータとして稼働させて給電すれば交換機室の温度上昇
を抑えられ商用交流電源の停電中にも電話交換サービス
が続けられる。また、無停電電源装置、アクティブフィ
ルタおよびインバータの3つの装置をそれぞれ設備する
ことと比較して、本発明のように無停電電源装置にアク
ティブフィルタおよびインバータの機能を付加した場合
には、構成部品数が大幅に減少するために故障の発生確
率が低くなり、信頼性が高まる。さらに、装置の設置に
必要なスペースが少なくて済み、設置場所の確保も容易
になる。等の効果を有する。INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention makes full use of the functions of a conventional power supply device that receives commercial AC power and outputs uninterruptible AC or DC power, while the present invention newly introduces input to the uninterruptible power supply device. The converter provided in the section is made to function as a bidirectional converter so that it functions as an active filter and an inverter in addition to the converter (rectifier) function of the conventional device.
The installation of the three devices is realized only by the uninterruptible power supply, and the economical and space-saving effects are extremely large as described below. One is that it is possible to economically proceed with harmonic pollution control. 1995/10
In order to comply with the guidelines issued by the Ministry of International Trade and Industry regarding the suppression of harmonic current outflow to commercial power systems, an additional active filter must be installed. As a substitute for the corresponding measure of installing an independent active filter, as shown by the present invention, the measure of adding the function of an active filter to another uninterruptible power supply is taken, and its economical effect is outstanding. That is, the active filter is not a so-called power supply device having a power feeding function but a device used only for suppressing harmonic current pollution. In the case of a device with such a strong wearing property and a high cost, the priority of capital investment tends to be low upon introduction, and the introduction does not proceed. We cannot take measures to control pollution. If the function of the active filter is added to the uninterruptible power supply device having a high priority of installation from the request from the load side as in the present invention, the cost burden will be lightened and the pollution control effect can be obtained. The second is to use the function of the uninterruptible power supply to 100% or more. This is obtained by operating the bidirectional converter in the input section as an inverter during a power failure. Further, nearly 100% of the electric power supplied to the computer, which is the conversion load of the present invention, is converted into thermal energy and dissipated in the computer room, raising the room temperature. On the other hand, it is a necessary condition for the computer to maintain the temperature of the operating environment near 20 ° C. Therefore, the air conditioner is indispensable in the computer room. However, this air conditioner is currently operated directly from a commercial power source from the economical point of view. Therefore, if there is a power outage, the air conditioning equipment will stop and the temperature of the computer room will rise,
Although power can be supplied to the computer from a general UPS, the operation of the computer must be stopped. That is, in the conventional computer system, there is no choice but to stop the UPS while leaving a spare capacity. 1
00% is not used up. When the uninterruptible power supply of the present invention is applied to these computer systems, in the event of a power failure of the AC power supply, the input bidirectional converter is used as an inverter to control the air conditioning equipment (the restart is easy even if the power supply is momentarily cut off. The power can be supplied to the computer and the room temperature can be controlled while the power supply to the computer is continued from the inverter of the present invention. Run the computer as much as possible to discharge the battery.
Using the bidirectional converter as an inverter only causes a slight increase in cost in relation to the control device, and a power supply system can be constructed much more economically than installing a separate power supply for air conditioning equipment separately. The effect of the present invention is extremely remarkable as long as the battery can supply power for a long time instead of the lead acid battery (for example, a fuel cell or a solar cell). Further, a DC conversion load requiring 48 V DC, such as an electronic exchange of a telephone, is supplied with power from the DC-DC converter of the uninterruptible power supply unit of the present application, and both are connected to the air conditioning facility (commercial load) at the time of power failure. By operating the directional converter as an inverter and supplying power, the temperature rise in the exchange room can be suppressed and the telephone exchange service can be continued even during a power outage of the commercial AC power supply. Further, in comparison with installing three devices of an uninterruptible power supply, an active filter and an inverter, respectively, in the case where the functions of the active filter and the inverter are added to the uninterruptible power supply as in the present invention, the constituent parts Since the number is greatly reduced, the probability of failure occurrence is reduced and reliability is increased. Furthermore, the space required for installing the device is small, and the installation place can be easily secured. And the like.
【図1】本発明の無停電電源装置の第1の実施例を示
す。FIG. 1 shows a first embodiment of an uninterruptible power supply device of the present invention.
【図2】入力変換部の制御装置の例を示す。FIG. 2 shows an example of a control device of an input conversion unit.
【図3】図2を説明するための(a)〜(e)は各部の
波形を示す。3A to 3E for explaining FIG. 2 show waveforms of respective parts.
【図4】出力変換部の制御装置の例を示す。FIG. 4 shows an example of a control device of an output conversion unit.
【図5】図4を説明するための(a)〜(e)は各部の
波形を示す。5 (a) to 5 (e) for explaining FIG. 4 show waveforms of respective parts.
【図6】本発明の第2の実施例を示す。FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention.
【図7】従来のアクティブフィルタの構成例を示す。FIG. 7 shows a configuration example of a conventional active filter.
【図8】(a)〜(c)は図7を説明するための各部の
波形を示す。8A to 8C show waveforms at various parts for explaining FIG. 7.
【図9】従来の無停電電源装置を示す。FIG. 9 shows a conventional uninterruptible power supply.
1 交流電源 2 商用負荷 3 電流トランス 4 電流トランス 10 スイッチ S1 〜S4 半導体スイッチ D1 〜D4 ダイオード AD 入力変換部 B バッテリー DA 交流変換部(インバータ) ADC 制御装置 DAC 制御装置 DD 出力変換回路 PTIN トランス T 出力トランス LAC リアクタ CAC コンデンサ PTOUT 出力電圧トランス BPF バンドパス・フィルタ 4AC 変換負荷 DAC 変換装置 DS 電子スイッチ P1 〜P4 パワーアンプ SGI 入力電流信号 SGX 商用負荷に流れる電流を電流トランスでセンシ
ングしてえられる信号 SGO 基本波成分 SGH 高調波成分の信号 A,AV ,AI ,AE 誤差増幅器 M 乗算器 COMV コンパレータ COM コンパレータ D パルス分配器 EC 直流電圧 EREF 基準の直流電圧 ER 誤差増幅器よりの出力信号 SGE 入力側の電圧をトランスPTINによりセンシン
グしてえられた信号 SGF 乗算器Mからの信号 SCI 入力変換部ADの電流制御の基準信号 SGI 電流トランス4からの電流信号 SI 誤差増幅器AI よりの出力信号 ST 三角波電圧信号 PWMI パルス幅制御信号 VREF 基準信号 VR 出力信号 PWMV コンパレータからの出力信号 PWM パルス幅制御の信号 SGOUT PTOUT からの信号1 AC power supply 2 Commercial load 3 Current transformer 4 Current transformer 10 Switch S 1 to S 4 Semiconductor switch D 1 to D 4 Diode AD input converter B Battery DA AC converter (inverter) ADC controller DAC controller DD output converter circuit PT IN transformer T output transformer L AC reactor C AC capacitor PT OUT output voltage transformer BPF band pass filter 4 AC conversion load DAC conversion device DS electronic switch P 1 to P 4 power amplifier SG I input current signal SG X current flowing to commercial load signal is E by sensing a current transformer SG O fundamental component SG H harmonic component of the signal a, a V, a I, a E error amplifier M multiplier COM V comparator COM comparator D pulse distributor E C DC voltage out of the DC voltage E R the error amplifier E REF reference Current signal from the reference signal of the current control signal SC I input conversion unit AD of the voltage of the signal SG E input from the transformer PT IN signal SG F multiplier is E and sensed by M SG I current transformer 4 S I signal from the error amplifier a signal of the output signal PWM pulse width control of the output signal S T triangular wave voltage signal PWM I pulse width control signal V REF reference signal V R output signal PWM V comparator than I SG OUT PT OUT
Claims (2)
ッチを介して交流電源から給電を受ける電源装置であっ
て、この電源装置は、交流電力を直流電力に変換するこ
ともまた直流電力を交流電力に変換することも可能な双
方向コンバータと、この双方向コンバータの直流出力に
接続されたバッテリーと、同じくその入力側を双方向コ
ンバータの直流出力とバッテリーに接続されて稼働する
インバータを備えており、 前記双方向コンバータの交流入力側は前記交流電源およ
び商用負荷と接続し、 前記インバータは自ら変換した交流電力を交流の変換負
荷に給電し、 前記スイッチは前記交流電源が給電可能時には閉じ、ま
た停電中は開いた状態で使用し、 前記双方向コンバータの電力変換機能を制御する制御装
置は2つの制御信号を生成し、 その第1の制御信号は交流電源が給電している期間に生
成するものであり、前記双方向コンバータの自らの交流
入力電流と直流出力電圧および前記商用負荷に流れる電
流をそれぞれセンシングして前記制御装置に信号入力
し、前記直流出力電圧を予め定めた電圧レベルに制御す
るとともに、前記直流出力電圧を得るための分の前記交
流入力電流の波形を正弦波に整形し、かつ前記商用負荷
に流れる電流のうち高調波電流分のみを前記双方向コン
バータに流入させるための制御信号であり、 その第2の制御信号は、前記交流電源が停電している期
間に生成するものであり、 前記双方向コンバータの交流側に自ら出力した交流電圧
をセンシングしてバッテリーの直流電力を所望の定周波
定電圧の交流電圧に変換する制御信号であり、 前記インバータの制御装置は、前記インバータの交流出
力電圧をセンシングして変換負荷の所望の定周波定電圧
の交流電圧にする制御信号を出力することを特徴とする
無停電電源装置。1. A power supply device that is connected in parallel with a commercial load and receives power from an AC power supply via a common switch, the power supply device converting AC power into DC power and also converting DC power into DC power. Equipped with a bidirectional converter that can also be converted to AC power, a battery connected to the DC output of this bidirectional converter, and an inverter that also operates by connecting its input side to the DC output of the bidirectional converter and the battery. The AC input side of the bidirectional converter is connected to the AC power supply and the commercial load, the inverter supplies the AC power converted by itself to the AC conversion load, and the switch is closed when the AC power supply can supply power. , Used in an open state during a power failure, and the control device for controlling the power conversion function of the bidirectional converter generates two control signals, The first control signal is generated while the AC power is being supplied, and senses the AC input current and DC output voltage of the bidirectional converter itself and the current flowing in the commercial load, respectively, and performs the control. A signal is input to the device, the DC output voltage is controlled to a predetermined voltage level, the waveform of the AC input current for obtaining the DC output voltage is shaped into a sine wave, and flows into the commercial load. A second control signal is a control signal for causing only a harmonic current component of the current to flow into the bidirectional converter, and the second control signal is generated during a period in which the AC power supply is out of power. A control signal for sensing an AC voltage output to the AC side of the converter, and converting the DC power of the battery into an AC voltage of a desired constant frequency constant voltage, Motor control devices, uninterruptible power supply and outputs a control signal to the AC voltage of the desired constant frequency constant voltage conversion load sensing the AC output voltage of the inverter.
ッチを介して交流電源から給電を受ける電源装置であっ
て、この電源装置は、交流電力を直流電力に変換するこ
ともまた直流電力を交流電力に変換することも可能な双
方向コンバータと、この双方向コンバータの直流出力に
接続されたバッテリーと、同じく入力側を双方向コンバ
ータの直流出力とバッテリーに接続されて稼働するDC
−DCコンバータを備えており、 前記双方向コンバータの交流入力側は前記交流電源およ
び商用負荷と接続し、 前記DC−DCコンバータは自ら変換した直流電力を直
流の変換負荷に給電し、前記スイッチは前記交流電源が
給電可能時には閉じ、また停電中は開いた状態で使用
し、 前記双方向コンバータの電力変換機能を制御する制御装
置は2つの制御信号を生成し、 その第1の制御信号は交流電源が給電している期間に生
成するものであり、前記双方向コンバータの自らの交流
入力電流と直流出力電圧および前記商用負荷に流れる電
流をそれぞれセンシングして前記制御装置に信号入力
し、前記直流出力電圧を予め定めた電圧レベルに制御す
るとともに、前記直流出力電圧を得るための分の前記交
流入力電流の波形を正弦波に整形し、かつ前記商用負荷
に流れる電流のうち高調波電流分のみを前記双方向コン
バータに流入させるための制御信号を出力するものであ
り、 その第2の制御信号は、前記交流電源が停電している期
間に生成するものであり、前記双方向コンバータの交流
側に自ら出力した交流電圧をセンシングしてバッテリー
の直流電力を所望の定周波定電圧の交流電圧に変換する
制御信号であり、前記DC−DCコンバータの制御装置
は前記DC−DCコンバータの直流出力電圧をセンシン
グして変換負荷の所望する直流定電圧にする制御信号を
出力することを特徴とする無停電電源装置。2. A power supply device that is connected in parallel with a commercial load and receives power from an AC power supply through a common switch, the power supply device converting AC power into DC power and converting DC power into DC power. A bidirectional converter that can also be converted to AC power, a battery connected to the DC output of this bidirectional converter, and a DC that operates by connecting the input side to the DC output of the bidirectional converter and the battery.
A DC converter, an AC input side of the bidirectional converter is connected to the AC power source and a commercial load, the DC-DC converter supplies DC power converted by itself to a DC conversion load, and the switch is The control device for controlling the power conversion function of the bidirectional converter generates two control signals, which are used when the AC power supply is closed when power can be supplied and is opened during power failure, and the first control signal is AC. It is generated during the period in which the power source is supplying power, and senses its own AC input current and DC output voltage of the bidirectional converter and the current flowing in the commercial load, respectively, and inputs a signal to the control device, The output voltage is controlled to a predetermined voltage level, and the waveform of the AC input current for obtaining the DC output voltage is shaped into a sine wave. Of the current flowing in the commercial load, a control signal for outputting only a harmonic current component into the bidirectional converter is output, and the second control signal is a period during which the AC power source is out of power. The DC-DC is a control signal that is generated by the DC-DC converter and senses the AC voltage output to the AC side of the bidirectional converter to convert the DC power of the battery into a desired constant-frequency constant-voltage AC voltage. An uninterruptible power supply device, wherein a control device of the converter senses a DC output voltage of the DC-DC converter and outputs a control signal to make a DC constant voltage desired by the conversion load.
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1992
- 1992-08-31 JP JP4255488A patent/JP2673921B2/en not_active Expired - Fee Related
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KR101751114B1 (en) | 2015-06-24 | 2017-06-27 | 삼성전기주식회사 | Synchronous rectifier and circuit for controlling the same |
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JPH0686557A (en) | 1994-03-25 |
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