JP5158491B2 - Control method of uninterruptible power supply - Google Patents
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Description
本発明は、いわゆる常時商用給電方式無停電電源装置の制御方法に関し、詳しくは、前記無停電電源装置における蓄電素子の充電制御方法の改良に関するものである。 The present invention relates to a control method for a so-called continuous commercial power supply type uninterruptible power supply, and more particularly to an improvement in a charge control method for a storage element in the uninterruptible power supply.
図6は、常時商用給電方式無停電電源装置の回路構成を示している。
図6において、1は商用電源としての3相交流電源、2はスイッチ、3は負荷(図示せず)が接続される出力端子、4はコンデンサ、5はリアクトル、6〜11は半導体スイッチ、12〜17は環流ダイオード、18はコンデンサ、19はバッテリ等の蓄電素子、20は半導体電力変換器、30はリアクトル5のU相電流、U,V,Wは3相交流の各相を示している。
FIG. 6 shows a circuit configuration of a constant commercial power supply type uninterruptible power supply.
In FIG. 6, 1 is a three-phase AC power source as a commercial power source, 2 is a switch, 3 is an output terminal to which a load (not shown) is connected, 4 is a capacitor, 5 is a reactor, 6 to 11 are semiconductor switches, 12 -17 is a free-wheeling diode, 18 is a capacitor, 19 is a storage element such as a battery, 20 is a semiconductor power converter, 30 is a U-phase current of the
3相交流電源1の健全時(通常運転時)はスイッチ2をオンすることにより、3相交流電源1の交流電力をそのまま出力端子3から負荷に供給する。同時に、電力変換器20の半導体スイッチ6〜11を高周波数でオンオフすることにより、3相交流電源1の交流電力を直流電力に変換して蓄電素子19を充電する。
また、3相交流電源1に停電等の異常が発生して商用給電が不可能になった場合には、スイッチ2をオフすると共に、電力変換器20をインバータとして動作させ、蓄電素子19の直流電力を交流電力に変換して出力端子3から負荷に供給している。
When the three-phase
Further, when an abnormality such as a power failure occurs in the three-phase
図7は、図6における3相交流電源1のU相電圧101、U相の半導体スイッチ6,7のゲート信号102,103、及びリアクトル5のU相電流波形104を示している。
3相交流電源1のU相電圧101が正の時に、半導体スイッチ7のゲート信号103をオンすると、リアクトル5のU相に3相交流電源1から半導体スイッチ7に向かう方向に電流が流れ、リアクトル5にエネルギーが蓄えられる。この時の電流の通流経路は、図8にその一部を示すとおりであり、具体的には、3相交流電源1→リアクトル5のU相→半導体スイッチ7→環流ダイオード15,17→リアクトル5のV,W相→3相交流電源1となる。
FIG. 7 shows the
When the
半導体スイッチ7のゲート信号103をオフすると、リアクトル5のU相に蓄えられたエネルギーは、上アームの環流ダイオード12を通ってコンデンサ18に供給され、蓄電素子19が充電される。この時の電流の通流経路は、図9にその一部を示すとおりであり、具体的には、リアクトル5のU相→環流ダイオード12→コンデンサ18及び蓄電素子19→環流ダイオード15,17→リアクトル5のV,W相→3相交流電源1→リアクトル5のU相となる。
なお、上記の充電モードを、便宜的に高周波充電モードというものとする。
When the
The charging mode is referred to as a high frequency charging mode for convenience.
また、半導体スイッチ6のゲート信号102をオンすると、上述した図9のモード終了後のコンデンサ18及び蓄電素子19から3相交流電源1に向かう方向に電流が流れ、蓄電素子19が放電される。この時の電流の通流経路は、図10にその一部を示すとおりであり、具体的には、コンデンサ18及び蓄電素子19→半導体スイッチ6→リアクトル5のU相→3相交流電源1→リアクトル5のV相またはW相→オン状態にある半導体スイッチ9または11→コンデンサ18及び蓄電素子19となる。
When the
従来では、半導体スイッチ6のゲート信号102及び半導体スイッチ7のゲート信号103の各パルス幅を調整することで、蓄電素子19を充電する方向に多くの電流が流れるように、半導体スイッチ6,7を数kHzの高周波数でオンオフ制御しており、この動作は、他のV相、W相についても基本的に同様である。
このため、蓄電素子19の充放電電流が3相交流電源1、コンデンサ4、リアクトル5、半導体スイッチ6〜11、環流ダイオード12〜17、コンデンサ18、蓄電素子19に高周波数で流れることになる。
Conventionally, by adjusting the pulse widths of the
For this reason, the charging / discharging current of the
なお、図6に示したような常時商用給電方式無停電電源装置は、非特許文献1,特許文献1等に記載されている。
Note that a continuous commercial power supply uninterruptible power supply as shown in FIG. 6 is described in Non-Patent
さて、バッテリ等の蓄電素子19は、通常運転時の大部分の時間は満充電状態であるため、充電電流もほとんど必要としない。
それにもかかわらず、前述したように従来では半導体スイッチ6〜11を常に高周波数でスイッチングしているので、3相交流電源1からコンデンサ4、リアクトル5、半導体スイッチ6〜11、環流ダイオード12〜17、コンデンサ18、蓄電素子19に電流が常時流れている。
Now, since the
Nevertheless, as described above, the
このため、スイッチング損失や各回路素子における損失が大きくなり、装置効率を低下させると共に、その損失を処理するためにファン等により冷却する場合、ファンの駆動電力が更に必要になるという問題があった。
また、ファンを駆動することは、効率を低下させるだけでなく、騒音が増大したり、ファンのメンテナンスが必要になる等の不都合を生じていた。更に、装置が屋内に設置される場合は、屋内の冷却にもエアコン等が必要となり、その消費電力やメンテナンスのためにランニングコストが一層高くなるという問題があった。
For this reason, there is a problem that switching loss and loss in each circuit element become large, lowering the efficiency of the apparatus, and when cooling with a fan or the like to process the loss, further driving power of the fan is required. .
Driving the fan not only reduces the efficiency, but also causes inconveniences such as increased noise and maintenance of the fan. Further, when the apparatus is installed indoors, an air conditioner or the like is required for indoor cooling, and there is a problem that running cost is further increased due to power consumption and maintenance.
そこで、本発明の解決課題は、常時商用給電方式無停電電源装置の損失を減少させて、冷却等に要する設備の消費電力やランニングコストを低減した無停電電源装置の制御方法を提供することにある。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to provide a control method for an uninterruptible power supply apparatus that reduces the loss of the always commercial power supply type uninterruptible power supply apparatus and reduces the power consumption and running cost of facilities required for cooling and the like. is there.
上記課題を解決するため、請求項1に係る発明は、交流電源の健全時には前記交流電源から負荷に電力を供給すると共にリアクトル及び電力変換器を介して蓄電素子を充電し、前記交流電源の異常時には前記蓄電素子の直流電力を前記電力変換器により交流電力に変換して前記リアクトルを介し前記負荷に供給する常時商用給電方式の無停電電源装置において、
前記電力変換器の上下アームの半導体スイッチを高周波スイッチングする高周波充電モードにより前記蓄電素子が満充電になった後は、前記電力変換器の下アームまたは上アームの半導体スイッチを低周波数でスイッチングし、当該半導体スイッチのオフ時に、当該半導体スイッチとは逆アームに設けられてオフ状態にある半導体スイッチに逆並列接続された環流ダイオードを介して流れる充電電流により前記蓄電素子を充電する低周波充電モードに移行するものである。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
After the power storage element is fully charged by the high frequency charging mode for switching the semiconductor switch of the upper and lower arms of the power converter at a high frequency , the semiconductor switch of the lower arm or the upper arm of the power converter is switched at a low frequency, When the semiconductor switch is turned off, the semiconductor switch enters a low frequency charging mode in which the storage element is charged by a charging current that flows through a free-wheeling diode that is provided in an arm opposite to the semiconductor switch and is connected in reverse parallel to the semiconductor switch in the off state. It is to be migrated.
請求項2に係る発明は、請求項1に記載した無停電電源装置の制御方法において、
前記低周波充電モードでは、前記交流電源の周波数で下アームまたは上アームの半導体スイッチをスイッチングするものである。
The invention according to
In the low-frequency charging mode, the lower arm or the upper arm semiconductor switch is switched at the frequency of the AC power supply.
請求項3に係る発明は、請求項1に記載した無停電電源装置の制御方法において、
前記低周波充電モードでは、前記交流電源の相電圧のピーク値付近で半導体スイッチをスイッチングするものである。
The invention according to
In the low frequency charging mode, the semiconductor switch is switched near the peak value of the phase voltage of the AC power supply.
請求項4に係る発明は、請求項1に記載した無停電電源装置の制御方法において、
前記低周波充電モードでは、前記交流電源の周波数のn(nは整数)倍の周波数で上アームの何れかの半導体スイッチと下アームの何れかの半導体スイッチとを交互にスイッチングするものである。
The invention according to claim 4 is the control method of the uninterruptible power supply device according to
In the low-frequency charging mode, any one of the semiconductor switches of the upper arm and any of the semiconductor switches of the lower arm are alternately switched at a frequency n (n is an integer) times the frequency of the AC power supply.
請求項5に係る発明は、請求項1に記載した無停電電源装置の制御方法において、
前記低周波充電モードでは、上アームのすべての半導体スイッチと下アームのすべての半導体スイッチとを交互にスイッチングするものである。
The invention according to
In the low-frequency charging mode, all the semiconductor switches of the upper arm and all the semiconductor switches of the lower arm are switched alternately.
請求項6に係る発明は、請求項1〜5の何れか1項に記載した無停電電源装置の制御方法において、
前記蓄電素子の充電電流が一定値以下である状態が一定時間経過したときに、前記高周波充電モードから前記低周波充電モードに移行するものである。
The invention according to
When the state where the charging current of the power storage element is equal to or lower than a predetermined value has elapsed for a predetermined time, the high frequency charging mode is shifted to the low frequency charging mode.
請求項7に係る発明は、請求項1〜5の何れか1項に記載した無停電電源装置の制御方法において、
前記蓄電素子の電圧が所定値以上になったときに、前記高周波充電モードから前記低周波充電モードに移行するものである。
The invention according to
When the voltage of the power storage element becomes equal to or higher than a predetermined value, the high frequency charging mode is shifted to the low frequency charging mode.
請求項8に係る発明は、請求項1〜7の何れか1項に記載した無停電電源装置の制御方法において、
前記蓄電素子の電圧が一定値以下になった場合(例えば、停電によるバックアップ運転を一定期間行ってその後に復電した時や、何らかの原因で蓄電素子の電圧が一定値以下になった場合等)に、前記低周波充電モードから前記高周波充電モードに移行するものである。
The invention according to
When the voltage of the power storage element becomes lower than a certain value (for example, when a backup operation due to a power failure is performed for a certain period and then power is restored, or when the voltage of the power storage element becomes lower than a certain value for some reason) Furthermore, the low frequency charging mode is shifted to the high frequency charging mode.
請求項9に係る発明は、請求項1〜8の何れか1項に記載した無停電電源装置の制御方法において、
前記低周波充電モードにおける半導体スイッチのオンパルス幅を、前記蓄電素子の電圧に応じて選択可能にしたものである。
The invention according to
The on-pulse width of the semiconductor switch in the low-frequency charging mode can be selected according to the voltage of the storage element.
請求項10に係る発明は、請求項9に記載した無停電電源装置の制御方法において、
前記低周波充電モードにおける半導体スイッチのオンパルス幅が所定値を超える場合には、前記オンパルス幅に含まれる複数のパルスからなるパルス列により半導体スイッチをオンさせるものである。
The invention according to
When the on-pulse width of the semiconductor switch in the low-frequency charging mode exceeds a predetermined value, the semiconductor switch is turned on by a pulse train composed of a plurality of pulses included in the on-pulse width.
請求項11に係る発明は、前記蓄電素子の電圧が第1の所定値以上になった場合に、請求項4または請求項5または請求項10の何れかによる低周波充電モードのスイッチング動作に移行し、その後、前記蓄電素子の電圧が前記第1の所定値よりも高い第2の所定値以上になった場合に、請求項2による低周波充電モードのスイッチング動作に移行するものである。
According to an eleventh aspect of the present invention, when the voltage of the power storage element becomes equal to or higher than a first predetermined value, the operation shifts to the low-frequency charging mode switching operation according to any one of the fourth, fifth, and tenth aspects. Then, when the voltage of the power storage element becomes equal to or higher than a second predetermined value higher than the first predetermined value, the operation shifts to the switching operation in the low frequency charging mode according to
本発明によれば、蓄電素子の満充電状態では高周波充電モードから低周波充電モードに移行させることにより、スイッチング損失等を低減し、ファンやエアコン等の冷却装置の負担を少なくして設備費用やランニングコストを減少させることができる。
また、低周波充電モードにおけるスイッチングに伴うリプル電流のほとんどはコンデンサに流れるので、蓄電素子の寿命を低下させる心配もない。
According to the present invention, when the storage element is fully charged, the switching loss is reduced by shifting from the high-frequency charging mode to the low-frequency charging mode, and the burden on the cooling device such as a fan or an air conditioner is reduced. Running costs can be reduced.
In addition, since most of the ripple current accompanying switching in the low frequency charging mode flows to the capacitor, there is no fear of reducing the life of the storage element.
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。なお、この実施形態が適用される常時商用給電方式無停電電源装置の回路構成は、図6と同一である。
図1は、本発明の実施形態の動作を示すタイムチャートである。このタイムチャートは、蓄電素子19が満充電後のものであり、満充電になるまでは大きな充電電力を必要とするため、従来と同様の高周波充電モードにより、半導体スイッチ6〜11が高周波スイッチングを行ってリアクトル5に蓄積されたエネルギーにより蓄電素子19を充電する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that the circuit configuration of the continuous commercial power supply type uninterruptible power supply to which this embodiment is applied is the same as FIG.
FIG. 1 is a time chart showing the operation of the embodiment of the present invention. This time chart is after the
蓄電素子19が満充電になった後は充電電力は小さくても良いので、図1に示す如く、電力変換器20の1相、例えばU相の下アームの半導体スイッチ7をU相電圧の1周期に1回オンさせる。
すなわち、3相交流電源1のU相電圧101が正の時に、半導体スイッチ7のゲート信号103を1回オンすると、リアクトル5のU相に3相交流電源1から半導体スイッチ7に向かう方向に電流が流れ、リアクトル5にエネルギーが蓄えられる。この時の電流の通流経路は前述した図8の通りである。
Since the charging power may be small after the
That is, when the
半導体スイッチ7のゲート信号103をオフすると、リアクトル5のU相に蓄えられたエネルギーは、上アームの環流ダイオード12を通ってコンデンサ18に供給され、蓄電素子19が充電される。この時の電流の通流経路は前述した図9の通りである。
この間、上アームの半導体スイッチ6のゲート信号102をオフしておくことにより、コンデンサ18及び蓄電素子19から3相交流電源1の方向に電流は流れず、蓄電素子19が放電することはない。
When the
During this time, by turning off the
なお、図示されていないが、3相交流電源1のU相電圧101が負の時に、上アームの半導体スイッチ6のゲート信号102を1回だけオンし、その間、下アームの半導体スイッチ7のゲート信号103をオフするように制御しても良い。
この場合には、図8とは逆方向に流れるU相電流30によってリアクトル5にエネルギーが蓄積され、半導体スイッチ6のゲート信号102をオフした時に、リアクトル5の蓄積エネルギーが、リアクトル5のU相→3相交流電源1→リアクトル5のV,W相→環流ダイオード14,16→コンデンサ18及び蓄電素子19→環流ダイオード13→リアクトル5のU相の経路で放出されることにより、蓄電素子19が充電されることになる。
Although not shown, when the
In this case, energy is accumulated in the
ここで、上記のように上アームまたは下アームの半導体スイッチを低周波数でスイッチングすることにより蓄電素子19を充電する充電モードを、便宜的に低周波充電モードという。この低周波充電モードにおけるスイッチング周波数は、上記のように交流電源1の周波数と同一の場合だけでなく、原理的には、高周波充電モードにおけるスイッチング周波数(数kHz)よりも十分に小さければ良い。
Here, the charging mode in which the
また、上記の説明ではU相電圧101の正負に応じてU相の半導体スイッチ6または7をオンオフさせる場合について説明したが、V相電圧の正負に応じてV相の半導体スイッチ8または9をオンオフさせる場合、W相電圧の正負に応じてW相の半導体スイッチ10または11をオンオフさせる場合についても基本的に同様である。
これにより、満充電時には無停電電源装置内の回路素子を充電電流が流れる回数が大幅に減少するので、従来のように高周波充電モードのみにより充電する場合に比べてスイッチング損失や回路素子における損失を低減することができ、ファンやエアコン等の冷却装置の負担を少なくして設備費用やランニングコストを減少させることができる。
In the above description, the case where the
This significantly reduces the number of times the charging current flows through the circuit elements in the uninterruptible power supply when fully charged, so switching loss and circuit element losses are reduced compared to the conventional case of charging only in the high-frequency charging mode. It is possible to reduce the cost of the cooling device such as a fan or an air conditioner, thereby reducing the equipment cost and the running cost.
更に、図1の例ではU相電圧101が正の時に半導体スイッチ7のゲート信号103だけを1回オンさせているが、これに加えて、U相電圧101が負の時に半導体スイッチ6のゲート信号102を1回オンさせても良い。すなわち、交流電源電圧の1周期に1回だけでなく、正の半周期に1回、負の半周期に1回(合計で1周期に2回)オンさせることも可能である。
あるいは、一般に、交流電源の周波数のn(nは整数)倍の周波数で上アームの何れかの半導体スイッチと下アームの何れかの半導体スイッチとを交互にスイッチングさせても良い。
また、1周期または半周期に1回オンさせる場合のタイミングは、相電圧のピーク値付近で行っても良い。ピーク値付近は電圧が高いため、ゲート信号をオンしたときにリアクトル5に多くのエネルギーを蓄えることができ、短いオン時間で効率よく蓄電素子19を充電することができる。
Furthermore, in the example of FIG. 1, only the
Alternatively, in general, any semiconductor switch in the upper arm and any semiconductor switch in the lower arm may be alternately switched at a frequency n (n is an integer) times the frequency of the AC power supply.
Further, the timing for turning on once in one cycle or half cycle may be performed in the vicinity of the peak value of the phase voltage. Since the voltage is high near the peak value, a large amount of energy can be stored in the
なお、電力変換器20の高周波スイッチングを間欠的に行って蓄電素子19を充電することも可能であるが、その場合には、大きな充電電流が流れてリプル電流のピーク値が大きくなり、このリプル電流が蓄電素子19に流れてその寿命を低下させるおそれがある。
これに対し、本実施形態によれば、低周波充電モードにおけるリプル電流のピーク値は半導体スイッチのオンパルス幅で規定される電流以上に大きくならないと共に、そのほとんどはコンデンサ18に流れるため、蓄電素子19の寿命を低下させるおそれがない。
It is also possible to charge the
On the other hand, according to the present embodiment, the peak value of the ripple current in the low-frequency charging mode does not become larger than the current defined by the on-pulse width of the semiconductor switch, and most of the current flows through the
本実施形態では、蓄電素子19が満充電状態であることを判定して高周波充電モードから低周波充電モードに移行することが必要である。
ここで、蓄電素子19は、満充電に近付くにつれて充電電流が徐々に減少し、最終的には充電電流がごく微小な値となる特性がある。従って、蓄電素子19への充電電流が一定電流以下になったことを検出すれば蓄電素子19が満充電状態であることを判定可能である。ただし、充電電流が微小であり、その検出精度の問題もあるため、充電電流が微小になった状態が一定時間経過したことにより満充電状態を判定し、高周波充電モードから低周波充電モードに移行すれば良い。
In the present embodiment, it is necessary to determine that the
Here, the
また、蓄電素子19が満充電状態でなくなった場合には、低周波充電モードから高周波充電モードへ移行して満充電状態に復帰させる必要がある。
例えば、停電によるバックアップ運転時には、蓄電素子19が放電して電力変換器20をインバータとして運転することにより蓄電素子19が満充電状態ではなくなるので、蓄電素子19の電圧が低下する。更に、バックアップ運転時以外でも、何らかの原因によって蓄電素子19の蓄電量が低下し、その電圧が低下することがある。
Moreover, when the
For example, at the time of backup operation due to a power failure, since the
このため、蓄電素子19の電圧を常時検出しておき、その電圧が一定値以下になった場合に低周波充電モードから高周波充電モードへ移行するように制御すれば良い。
なお、低周波充電モードにおける半導体スイッチのパルス幅制御に当たっては、パルスオフ(オンパルス幅ゼロ)から所定のオンパルス幅まで数段階のパルス幅を用意しておき、蓄電素子19の電圧検出値(電圧検出値と充電電圧指令値との偏差)に応じて適切なパルス幅を選択可能にすることが望ましい。
For this reason, the voltage of the
In the pulse width control of the semiconductor switch in the low-frequency charging mode, several stages of pulse widths are prepared from pulse off (on pulse width zero) to a predetermined on pulse width, and the voltage detection value (voltage detection value) of the
次に、図2は、本発明の実施形態が適用される常時商用給電方式無停電電源装置の構成例を示している。図2において、主回路の構成は図6と同様であり、同一の構成要素には同一の番号を付してあるが、図2では単線図にて表している。 Next, FIG. 2 shows a configuration example of an always commercial power supply type uninterruptible power supply to which the embodiment of the present invention is applied. In FIG. 2, the configuration of the main circuit is the same as that in FIG. 6, and the same reference numerals are given to the same components, but in FIG.
図2において、VTは蓄電素子19の電圧を検出する電圧検出器、DCCTは蓄電素子19に流れる充電電流を検出する電流検出器、SWCは各検出器VT,DCCTによる検出信号に基づいて切替信号を出力するスイッチ切替回路、AVRは蓄電素子19の電圧を所定値に制御するための電圧調節器、CWはキャリア発生器、CPは電圧調節器AVRの出力信号とキャリア発生器CWからのキャリアとを比較して高周波パルスを生成するコンパレータ、PPDは3相交流電源1の相電圧のピーク位相を検出するピーク位相検出回路、PG1〜PG3は上記ピーク位相と蓄電素子19の電圧とに基づいて所定幅の低周波パルスを発生するパルス発生器、SW1はパルス発生器PG1〜PG3からの低周波パルスとコンパレータCPからの高周波パルスとを前記スイッチ切替信号により切り替える切替スイッチ、PDIVは切替スイッチSW1から出力されるパルスに基づいて電力変換器20の半導体スイッチ6〜11のオンオフ信号を生成して各スイッチに分配するパルス分配回路である。
In FIG. 2, VT is a voltage detector that detects the voltage of the
上記構成において、スイッチ切替回路SWCが、電圧検出器VTまたは電流検出器DCCTの検出信号から蓄電素子19が満充電でないことを検出した場合には、高周波充電モードで運転するために、切替スイッチSW1をコンパレータCP側に切り替え、コンパレータCPから出力される高周波パルスをパルス分配回路PDIVにより分配して電力変換器20の半導体スイッチ6〜11に対するオンオフ信号とする。
また、スイッチ切替回路SWCが、電圧検出器VTまたは電流検出器DCCTの検出信号から蓄電素子19が満充電になったことを検出した場合には、低周波充電モードで運転するために、切替スイッチSW1をパルス発生器PG1〜PG3側に切り替え、パルス発生器PG1〜PG3から出力される低周波パルスをパルス分配回路PDIVにより分配して半導体スイッチ6〜11に対するオンオフ信号とする。
In the above configuration, when the switch switching circuit SWC detects that the
Further, when the switch switching circuit SWC detects that the
図3〜図5は、低周波充電モードにおける上記パルス分配回路PDIVの動作を示すタイムチャートである。
まず、図3は、交流電源1の相電圧のピーク値付近でパルスを生成し、電力変換器20の半導体スイッチ6〜11にパルスを分配する例である。この例では、各相電圧の正負両側のピーク値付近でパルスを生成し、上アームの何れかの半導体スイッチと下アームの何れかの半導体スイッチとを交互にオン(各相電圧の1周期に6回オン)させているため、各半導体スイッチの発生損失が均等になり、均等な冷却機構が使用可能であると共に、特定の半導体スイッチに損失が偏ることがないので、寿命のアンバランスが生じにくくなる。なお、この例では交流電源の各相電圧の正負両側でのピーク値付近でパルスを生成しているが、正負の何れか一方だけでパルスを生成(各相電圧の1周期に3回オン)しても、充電機能には支障はない。また、半導体スイッチの発生損失が均等にならないことを容認できる場合には、特定の1相または2相だけでパルスを生成(各相電圧の1周期に2回または4回オン)するようにしてもよい。
3 to 5 are time charts showing the operation of the pulse distribution circuit PDIV in the low frequency charging mode.
First, FIG. 3 is an example in which a pulse is generated near the peak value of the phase voltage of the
次に、図4は、図3において上アームの何れか1個の半導体スイッチ(例えば、パルスの近傍に「オン」と記した半導体スイッチ6)にパルスを分配する時には、同じタイミングで残りの上アームの半導体スイッチ(例えば、パルスに網掛けを付した半導体スイッチ8,10)にもパルスを分配し、同様に下アームの何れか1個の半導体スイッチ(例えば、パルスの近傍に「オン」と記した半導体スイッチ11)にパルスを分配する時に、同じタイミングで残りの下アームの半導体スイッチ(例えば、パルスに網掛けを付した半導体スイッチ7,9)にもパルスを分配する例である。
この場合、結果的には、上アームの全ての半導体スイッチ6,8,10と下アームの全ての半導体スイッチ7,9,11とを交互にオンオフすることになり、図3の例と同様な充電機能が得られると共に、半導体スイッチ6〜11の発生損失も均等になる。この例によれば、パルス分配回路PDIVの動作が簡素化される利点がある。
Next, FIG. 4 shows that when the pulse is distributed to any one semiconductor switch (for example, the
In this case, as a result, all the semiconductor switches 6, 8, and 10 in the upper arm and all the semiconductor switches 7, 9, and 11 in the lower arm are alternately turned on and off, which is the same as the example of FIG. The charging function can be obtained, and the generated loss of the semiconductor switches 6 to 11 is also equalized. According to this example, there is an advantage that the operation of the pulse distribution circuit PDIV is simplified.
更に、図5は、蓄電素子19の電圧が低下したため半導体スイッチをオンさせるパルス幅を広げて充電電力を増加させる場合、上記パルス幅が所定値以上になった場合にはこのパルス幅を複数のパルスからなるパルス列で構成した時の波形図である。すなわち、図5の上段に示すように、パルス発生器PG1〜PG3の出力側に各々AND論理素子を設け、パルス発生器PG1〜PG3の出力である信号Aと高周波の信号Bとの論理積によって所定のパルス幅(信号Aのパルス幅)内に複数のパルスが含まれたパルス列の信号Cを得ることができ、この信号Cを切替スイッチSW1を介しパルス分配回路PDIVに入力して半導体スイッチをオンさせる。
信号Aのパルス幅が所定値以上になると、リアクトル5が磁気飽和して半導体スイッチに過電流が流れるが、図5に示す方法によれば、信号Aのパルス幅内で生成された複数のパルスからなる信号Cにより半導体スイッチをオンオフさせることで、リアクトル5の磁気飽和を防ぎ、半導体スイッチに過電流が流れるのを抑制することができる。
Furthermore, FIG. 5 shows that when the voltage of the
When the pulse width of the signal A exceeds a predetermined value, the
蓄電素子19の満充電状態の判定は、充電電流の大きさを検出するほか、蓄電素子19の電圧を検出して行っても良い。すなわち、蓄電素子19の電圧が所定値以上になったことを電圧検出器VTにより検出して満充電状態であると判定し、高周波充電モードから低周波充電モードに移行することができる。
この場合、前述した図7の高周波充電モードから図1の低周波充電モードに直接移行しても良いが、図7の高周波充電モードにより充電している間、蓄電素子19の電圧が第1の所定値以上になった時に、まずは、図3のモード,図4のモード,図5のモードの何れかに移行(あるいは、図3のモードまたは図4のモード→図5のモードに順次移行)し、その後、蓄電素子19の電圧が第2の所定値(第2の所定値>第1の所定値)以上になった時に、図1の低周波充電モードに移行するようにしても良い。
The determination of the fully charged state of the
In this case, the above-described high-frequency charging mode in FIG. 7 may be directly shifted to the low-frequency charging mode in FIG. 1, but the voltage of the
1:3相交流電源
2:スイッチ
3:出力端子
4:コンデンサ
5:リアクトル
6〜11:半導体スイッチ
12〜17:環流ダイオード
18:コンデンサ
19:蓄電素子
20:半導体電力変換器
30:リアクトル5のU相電流
VT:電圧検出器
DCCT:電流検出器
AVR:電圧調節器
CW:キャリア発生器
CP:コンパレータ
PDIV:パルス分配回路
SWC:スイッチ切替回路
SW1:切替スイッチ
PG1〜PG3:パルス発生器
PPD:ピーク位相検出回路
1: Three-phase AC power supply 2: Switch 3: Output terminal 4: Capacitor 5: Reactor 6-11: Semiconductor switch 12-17: Free-wheeling diode 18: Capacitor 19: Power storage device 20: Semiconductor power converter 30: U of
Claims (11)
前記電力変換器の上下アームの半導体スイッチを高周波スイッチングする高周波充電モードにより前記蓄電素子が満充電になった後は、前記電力変換器の下アームまたは上アームの半導体スイッチを低周波数でスイッチングし、当該半導体スイッチのオフ時に、当該半導体スイッチとは逆アームに設けられてオフ状態にある半導体スイッチに逆並列接続された環流ダイオードを介して流れる充電電流により前記蓄電素子を充電する低周波充電モードに移行することを特徴とする無停電電源装置の制御方法。
When the AC power supply is healthy, power is supplied from the AC power supply to the load and the storage element is charged via a reactor and a power converter. When the AC power supply is abnormal, the DC power of the storage element is supplied to the AC power by the power converter. In an uninterruptible power supply of a continuous commercial power supply system that converts to the load through the reactor and supplies it to the load,
After the power storage element is fully charged by the high frequency charging mode for switching the semiconductor switch of the upper and lower arms of the power converter at a high frequency , the semiconductor switch of the lower arm or the upper arm of the power converter is switched at a low frequency, When the semiconductor switch is turned off, the semiconductor switch enters a low frequency charging mode in which the storage element is charged by a charging current that flows through a free-wheeling diode that is provided in an arm opposite to the semiconductor switch and is connected in reverse parallel to the semiconductor switch in the off state. A control method for an uninterruptible power supply, characterized in that a transition is made.
前記低周波充電モードでは、前記交流電源の周波数で下アームまたは上アームの半導体スイッチをスイッチングすることを特徴とする無停電電源装置の制御方法。 In the control method of the uninterruptible power supply according to claim 1,
A control method for an uninterruptible power supply, characterized in that, in the low-frequency charging mode, the lower arm or the upper arm semiconductor switch is switched at the frequency of the AC power supply.
前記低周波充電モードでは、前記交流電源の相電圧のピーク値付近で半導体スイッチをスイッチングすることを特徴とする無停電電源装置の制御方法。 In the control method of the uninterruptible power supply according to claim 1,
A control method for an uninterruptible power supply, characterized in that, in the low-frequency charging mode, the semiconductor switch is switched near the peak value of the phase voltage of the AC power supply.
前記低周波充電モードでは、前記交流電源の周波数のn(nは整数)倍の周波数で上アームの何れかの半導体スイッチと下アームの何れかの半導体スイッチとを交互にスイッチングすることを特徴とする無停電電源装置の制御方法。
In the control method of the uninterruptible power supply according to claim 1,
In the low-frequency charging mode, any one of the semiconductor switches of the upper arm and any of the semiconductor switches of the lower arm are alternately switched at a frequency n (n is an integer) times the frequency of the AC power supply. To control the uninterruptible power supply.
前記低周波充電モードでは、上アームのすべての半導体スイッチと下アームのすべての半導体スイッチとを交互にスイッチングすることを特徴とする無停電電源装置の制御方法。 In the control method of the uninterruptible power supply according to claim 1,
In the low-frequency charging mode, the control method of the uninterruptible power supply apparatus, wherein all the semiconductor switches of the upper arm and all the semiconductor switches of the lower arm are switched alternately.
前記蓄電素子の充電電流が一定値以下である状態が一定時間経過したときに、前記高周波充電モードから前記低周波充電モードに移行することを特徴とする無停電電源装置の制御方法。 In the control method of the uninterruptible power supply according to any one of claims 1 to 5,
A control method for an uninterruptible power supply, wherein when a state in which a charging current of the power storage element is equal to or less than a certain value has elapsed for a certain period of time, the high frequency charging mode is shifted to the low frequency charging mode.
前記蓄電素子の電圧が所定値以上になったときに、前記高周波充電モードから前記低周波充電モードに移行することを特徴とする無停電電源装置の制御方法。 In the control method of the uninterruptible power supply according to any one of claims 1 to 5,
The control method for an uninterruptible power supply, wherein when the voltage of the power storage element becomes equal to or higher than a predetermined value, the high frequency charging mode is shifted to the low frequency charging mode.
前記蓄電素子の電圧が一定値以下になった場合に、前記低周波充電モードから前記高周波充電モードに移行することを特徴とする無停電電源装置の制御方法。 In the control method of the uninterruptible power supply according to any one of claims 1 to 7,
When the voltage of the said electrical storage element becomes below a fixed value, it transfers to the said high frequency charge mode from the said low frequency charge mode, The control method of the uninterruptible power supply characterized by the above-mentioned.
前記低周波充電モードにおける半導体スイッチのオンパルス幅を、前記蓄電素子の電圧に応じて選択可能にしたことを特徴とする無停電電源装置の制御方法。 In the control method of the uninterruptible power supply according to any one of claims 1 to 8,
A control method for an uninterruptible power supply, wherein an on-pulse width of a semiconductor switch in the low-frequency charging mode can be selected in accordance with a voltage of the power storage element.
前記低周波充電モードにおける半導体スイッチのオンパルス幅が所定値を超える場合には、前記オンパルス幅に含まれる複数のパルスからなるパルス列により半導体スイッチをオンさせることを特徴とする無停電電源装置の制御方法。 In the control method of the uninterruptible power supply according to claim 9,
A control method for an uninterruptible power supply, wherein the semiconductor switch is turned on by a pulse train comprising a plurality of pulses included in the on-pulse width when the on-pulse width of the semiconductor switch in the low-frequency charging mode exceeds a predetermined value. .
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