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KR102046274B1 - 무정전 전원 장치 - Google Patents

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KR102046274B1
KR102046274B1 KR1020187017499A KR20187017499A KR102046274B1 KR 102046274 B1 KR102046274 B1 KR 102046274B1 KR 1020187017499 A KR1020187017499 A KR 1020187017499A KR 20187017499 A KR20187017499 A KR 20187017499A KR 102046274 B1 KR102046274 B1 KR 102046274B1
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히로시 마스나가
아키히로 야마니시
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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

무정전 전원 장치의 제어 회로(7)는 제1 전압 검출기(4a)이 이상으로 된 경우에는, 제2 전압 검출기(4b)의 출력 신호(VI2D)에 동기하여 인버터(3)을 제어하고, 인버터(3)로부터 출력되는 2상 교류 전압(VO1, VO2)의 위상을 상용 교류 전원(51)으로부터 공급되는 2상 교류 전압(VI1, VI2)의 위상에 일치시킨 후에, 반도체 스위치 쌍(S9, S10) 및 바이패스 스위치 쌍(S7, S8)을 온시킨다. 따라서, 제1 전압 검출기(4a)가 이상으로 된 경우에도, 부하(53)에 대하여 2상 교류 전압을 순간 단절 없이 공급할 수 있다.

Description

무정전 전원 장치
본 발명은 무정전 전원 장치에 관한 것으로, 특히, 2상 3선식 무정전 전원 장치에 관한 것이다.
2상 3선식은, 2상 교류 전압과 중성점 전압을 수요자에 공급하는 급전 방식이다. 일본에서는, 2상 교류 전압의 위상은 서로 180도 어긋나 있어, 단상 3선식이라고 부르고 있다. 100V의 전기 기기에는, 2상 교류 전압 중 어느 한 상의 교류 전압과 중성점 전압이 공급된다. 200V의 전기 기기에는, 2상 교류 전압이 공급된다. 북미에서는, 3상 교류 전압 중 2상 교류 전압이 수요자에 공급되고, 2상 교류 전압의 위상은 서로 120도 어긋나 있다.
일본 특허 공개 평6-253549호 공보(특허문헌 1)에는, 단상 3선식 무정전 전원 장치가 개시되어 있다. 이 무정전 전원 장치는 상용 교류 전원으로부터 공급되는 2상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 컨버터에 의해 생성된 직류 전압 또는 전력 저장 장치의 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터를 구비한다.
일본 특허 공개 평6-253549호 공보
이러한 무정전 전원 장치에서는, 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 순시값을 검출하는 전압 검출기가 설치되고, 그 전압 검출기의 출력 신호에 동기하여 컨버터 및 인버터가 제어된다. 전압 검출기에 이상이 발생한 경우에는, 컨버터의 운전이 정지됨과 함께 인버터의 운전이 계속되어, 전력 저장 장치의 직류 전압이 2상 교류 전압으로 변환되어 부하에 공급된다. 전력 저장 장치의 단자간 전압이 저하되어 방전 종지 전압에 도달한 경우에는, 인버터로부터 부하로의 2상 교류 전압의 공급이 정지된 후, 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압이 바이패스 스위치 쌍을 통하여 부하에 직접 공급된다.
따라서, 종래의 무정전 전원 장치에서는, 전압 검출기가 고장난 경우에는, 부하에 대한 2상 교류 전압의 공급이 순간 단절된다는 문제가 있었다.
그러므로, 본 발명의 주된 목적은, 전압 검출기에 이상이 발생한 경우에도, 부하에 대하여 2상 교류 전압을 순간 단절 없이 공급하는 것이 가능한 무정전 전원 장치를 공급하는 것이다.
본 발명에 따른 무정전 전원 장치는 2상 3선식 무정전 전원 장치이며, 상용 교류 전원으로부터 공급되는 2상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 컨버터에 의해 생성된 직류 전압 또는 전력 저장 장치로부터 공급되는 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터와, 한쪽 단자 쌍이 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압을 받고, 다른 쪽 단자 쌍이 부하에 접속된 바이패스 스위치 쌍과, 바이패스 스위치 쌍에 병렬 접속된 반도체 스위치 쌍과, 각각 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 순시값을 검출하고, 검출값을 나타내는 신호를 출력하는 제1 및 제2 전압 검출기와, 제1 전압 검출기가 정상인지 여부를 판정하고, 판정 결과를 나타내는 신호를 출력하는 이상 검출기와, 제1 및 제2 전압 검출기의 출력 신호와 이상 검출기의 출력 신호에 기초하여 무정전 전원 장치를 제어하는 제어 회로를 구비한 것이다. 제어 회로는, 제1 전압 검출기가 정상인 경우에는, 바이패스 스위치 쌍 및 반도체 스위치 쌍을 오프시킴과 함께, 제1 전압 검출기의 출력 신호에 동기하여 컨버터 및 인버터를 제어한다. 제어 회로는, 제1 전압 검출기가 이상으로 된 경우에는, 컨버터의 운전을 정지시킴과 함께 제2 전압 검출기의 출력 신호에 동기하여 인버터를 제어하고, 전력 저장 장치의 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환시킴과 함께 그 2상 교류 전압의 위상을 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 위상에 일치시키고, 전력 저장 장치의 단자간 전압이 저하되어 미리 정해진 전압에 도달한 것에 따라서 바이패스 스위치 쌍 및 반도체 스위치 쌍을 온시키고, 미리 정해진 시간이 경과한 후에 반도체 스위치 쌍을 오프시킨다.
본 발명에 따른 다른 무정전 전원 장치는 2상 3선식 무정전 전원 장치이며, 상용 교류 전원으로부터 공급되는 2상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와, 컨버터에 의해 생성된 직류 전압 또는 전력 저장 장치로부터 공급되는 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터와, 한쪽 단자 쌍이 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압을 받고, 다른쪽 단자 쌍이 부하에 접속된 바이패스 스위치 쌍과, 바이패스 스위치 쌍에 병렬 접속된 반도체 스위치 쌍과, 각각이, 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압 중 한쪽 상의 교류 전압의 순시값을 검출하고, 검출값을 나타내는 신호를 출력하는 제1 및 제2 전압 검출기와, 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압 중 다른 쪽 상의 교류 전압의 순시값을 검출하고, 검출값을 나타내는 신호를 출력하는 제3 전압 검출기와, 제1 전압 검출기가 정상인지 여부를 판정하고, 판정 결과를 나타내는 신호를 출력하는 이상 검출기와, 제1 내지 제3 전압 검출기의 출력 신호와 이상 검출기의 출력 신호에 기초하여 무정전 전원 장치를 제어하는 제어 회로를 구비한 것이다. 제어 회로는, 제1 전압 검출기가 정상인 경우에는, 바이패스 스위치 쌍 및 반도체 스위치 쌍을 오프시킴과 함께, 제1 전압 검출기의 출력 신호에 동기하여 컨버터 및 인버터를 제어한다. 제어 회로는, 제1 전압 검출기가 이상으로 된 경우에는, 컨버터의 운전을 정지시킴과 함께 제2 전압 검출기의 출력 신호에 동기하여 인버터를 제어하고, 전력 저장 장치의 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환시킴과 함께 그 2상 교류 전압의 위상을 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 위상에 일치시키고, 전력 저장 장치의 단자간 전압이 저하되어 미리 정해진 전압에 도달한 것에 따라서 바이패스 스위치 쌍 및 반도체 스위치 쌍을 온시키고, 미리 정해진 시간이 경과한 후에 반도체 스위치 쌍을 오프시킨다.
본 발명에 따른 무정전 전원 장치에서는, 제1 전압 검출기가 이상으로 된 경우에는, 제2 전압 검출기의 출력 신호에 동기하여 인버터를 제어하고, 전력 저장 장치의 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환시킴과 함께 그 2상 교류 전압의 위상을 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 위상에 일치시키고, 전력 저장 장치의 단자간 전압이 소정 전압으로 저하된 것에 따라서 바이패스 스위치 쌍 및 반도체 스위치 쌍을 온시킨다. 따라서, 제1 전압 검출기가 이상으로 된 경우에도, 부하에 대하여 2상 교류 전압을 순간 단절 없이 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태 1에 따른 무정전 전원 장치의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시한 컨버터 및 인버터의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 3은 도 1에 도시한 입력 전압 검출 회로의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 4는 도 1에 도시한 이상 검출기의 구성을 도시하는 블록도이다.
도 5는 도 3에 도시한 전압 검출기의 이상을 설명하기 위한 회로도이다.
도 6은 도 1에 도시한 출력 전압 검출 회로의 구성을 도시하는 회로도이다.
도 7은 도 1에 도시한 제어 회로의 주요부를 나타내는 회로 블록도이다.
도 8은 도 7에 나타낸 위상 변환부의 동작을 설명하기 위한 타임차트이다.
도 9는 도 1에 도시한 무정전 전원 장치의 동작을 도시하는 도면이다.
도 10은 도 1에 도시한 무정전 전원 장치의 동작을 나타내는 다른 도면이다.
도 11은 실시 형태 1의 비교예가 되는 무정전 전원 장치의 동작을 도시하는 도면이다.
도 12는 실시 형태 1의 비교예가 되는 무정전 전원 장치의 동작을 나타내는 다른 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시 형태 2에 의한 무정전 전원 장치에 포함되는 입력 전압 검출 회로의 구성을 나타내는 회로 블록도이다.
도 14는 도 13에서 설명한 무정전 전원 장치에 포함되는 제어 회로의 주요부를 나타내는 회로 블록도이다.
[실시 형태 1]
도 1은, 본 발명의 실시 형태 1에 의한 무정전 전원 장치의 구성을 나타내는 회로 블록도이다. 도 1에 있어서, 이 무정전 전원 장치는 2상 3선식이며, 입력 단자(TI1 내지 TI3), 배터리 단자(TB1, TB2) 및 출력 단자(TO1 내지 TO3)를 구비한다. 입력 단자(TI1 내지 TI3)는, 상용 교류 전원(51)으로부터 공급되는 교류 전압(VI1), 교류 전압(VI2) 및 중성점 전압(VN)을 각각 받는다. 예를 들어 일본에서는, 교류 전압(VI1)의 위상은, 교류 전압(VI2)의 위상보다도 180도 진행되어 있다. 교류 전압(VI1, VI2)의 각각 실효값은 100V이다. 중성점 전압(VN)은 0V이다.
배터리 단자(TB1, TB2)에는, 각각 배터리(52)(전력 저장 장치)의 정극 및 부극이 접속된다. 배터리(52) 대신 콘덴서가 접속되어 있어도 상관없다. 출력 단자(TO1 내지 TO3)에는, 각각 교류 전압(VO1), 교류 전압(VO2) 및 중성점 전압(VN)이 출력되어, 부하(53)가 접속된다. 교류 전압(VO1)의 위상은, 교류 전압(VO2)의 위상보다도 180도 진행되어 있다.
부하(53)는 출력 단자(TO1, TN)로부터 100V의 교류 전압을 받는 전기 기기와, 출력 단자(TO2, TN)로부터 100V의 교류 전압을 받는 다른 전기 기기와, 출력 단자(TO1, TO2)로부터 200V의 교류 전압을 받는 또다른 전기 기기를 포함한다.
이 무정전 전원 장치는 추가로, 스위치(S1 내지 S8), 반도체 스위치(S9, S10), 컨버터(1), 직류 정 모선(L1), 직류 부 모선(L2), 직류 중성점 모선(L3), 평활 콘덴서(C1, C2), 직류 전압 검출기(DT1 내지 DT3), 쌍방향 초퍼(2), 인버터(3), 입력 전압 검출 회로(4), 이상 검출기(5), 출력 전압 검출 회로(6) 및 제어 회로(7)를 구비한다.
스위치(S1, S2)의 한쪽 단자는 각각 입력 단자(TI1, TI2)에 접속되고, 그들의 다른 쪽 단자는 컨버터(1)에 접속된다. 입력 단자(TI3)는, 컨버터(1)를 통하여 직류 중성점 모선(L3)에 접속된다. 스위치(S1, S2)는, 제어 회로(7)에 의해 제어되고, 상용 교류 전원(51)으로부터 2상 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시는 온되고, 상용 교류 전원(51)으로부터의 2상 교류 전력의 공급이 정지된 정전시는 오프되고, 또, 입력 전압 검출 회로(4)에 이상이 발생한 경우에는 오프된다.
컨버터(1)는 제어 회로(7)에 의해 제어되고, 상용 교류 전원(51)으로부터 2상 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시는, 상용 교류 전원(51)으로부터의 2상 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 환언하면, 컨버터(1)는, 통상 시는, 상용 교류 전원(51)으로부터 공급되는 2상 교류 전압(VI1, VI2)에 기초하여 정전압(VD1) 및 부전압(VD2)을 생성한다. 컨버터(1)는 상용 교류 전원(51)으로부터의 2상 교류 전력의 공급이 정지된 정전 시에는, 컨버터(1)의 운전은 정지된다. 입력 전압 검출 회로(4)에 이상이 발생한 경우에는, 컨버터(1)의 운전은 정지된다.
직류 정 모선(L1)은, 컨버터(1)와 인버터(3) 사이에 접속되고, 정전압(VD1)을 전달시킨다. 직류 부 모선(L2)은, 컨버터(1)와 인버터(3) 사이에 접속되고, 부전압(VD2)을 전달시킨다. 직류 중성점 모선(L3)은, 컨버터(1)와 인버터(3) 사이에 접속되고, 중성점 전압(VN)을 전달시킨다.
평활 콘덴서(C1)는, 모선(L1, L3) 사이에 접속되어, 모선(L1, L3) 사이의 전압을 평활화시킨다. 평활 콘덴서(C2)는, 모선(L3, L2) 사이에 접속되어, 모선(L3, L2) 사이의 전압을 평활화시킨다. 직류 전압 검출기(DT1)는, 평활 콘덴서(C1)의 단자간 전압을 검출하고, 그 검출값을 나타내는 신호를 제어 회로(7)에 출력한다. 직류 전압 검출기(DT1)의 검출값은, 평활 콘덴서(C1)의 단자간 전압을 목표 콘덴서 전압(VCT)으로 하기 위하여 사용된다. 직류 전압 검출기(DT2)는, 평활 콘덴서(C2)의 단자간 전압을 검출하고, 그 검출값을 나타내는 신호를 제어 회로(7)에 출력한다. 직류 전압 검출기(DT2)의 검출값은, 평활 콘덴서(C2)의 단자간 전압을 목표 콘덴서 전압(VCT)으로 하기 위하여 사용된다.
스위치(S3, S4)의 한쪽 단자는 각각 배터리 단자(TB1, TB2)에 접속되고, 그들의 다른 쪽 단자는 쌍방향 초퍼(2)를 통하여 모선(L1 내지 L3)에 접속된다. 스위치(S3, S4)는, 무정전 전원 장치의 사용시는 온되고, 예를 들어 무정전 전원 장치 및 배터리(52)의 메인터넌스 시에 오프된다.
직류 전압 검출기(DT3)는, 배터리(52)의 단자간 전압(VB)을 검출하고, 그 검출값을 나타내는 신호를 제어 회로(7)에 출력한다. 직류 전압 검출기(DT3)의 검출값은, 배터리(52)의 충전 시에 배터리(52)의 단자간 전압(VB)을 목표 배터리 전압(VBT)으로 하기 위해, 그리고 배터리(52)의 단자간 전압(VB)이 방전 종지 전압(VBL)에 도달한 것을 검출하기 위해 사용된다.
쌍방향 초퍼(2)는 제어 회로(7)에 의해 제어되고, 상용 교류 전원(51)으로부터 2상 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시는, 컨버터(1)에 의해 생성된 직류 전력을 배터리(52)에 축적한다. 쌍방향 초퍼(2)는 상용 교류 전원(51)으로부터의 2상 교류 전력의 공급이 정지된 정전시 및 입력 전압 검출 회로(4)에 이상이 발생했을 때에는, 배터리(52)의 직류 전력을 인버터(3)에 공급한다.
환언하면, 쌍방향 초퍼(2)는, 통상 시는, 콘덴서(C1, C2)의 각각으로부터 배터리(52)에 직류 전류를 흘려서 배터리(52)의 단자간 전압(VB)을 목표 배터리 전압(VBT)으로 한다. 쌍방향 초퍼(2)는 정전 시 및 입력 전압 검출 회로(4)에 이상이 발생했을 때에는, 배터리(52)로부터 콘덴서(C1, C2) 각각에 전류를 흘리고, 콘덴서(C1, C2) 각각의 단자간 전압을 목표 콘덴서 전압(VCT)으로 한다.
쌍방향 초퍼(2)는 배터리(52)의 직류 전력을 콘덴서(C1, C2) 측으로 방전했을 때 경우에, 배터리(52)의 단자간 전압(VB)이 저하되어 방전 종지 전압(VBL)에 도달했을 때는, 배터리(52)로부터 콘덴서(C1, C2) 측으로의 직류 전력의 공급을 정지한다.
인버터(3)는 제어 회로(7)에 의해 제어되고, 상용 교류 전원(51)으로부터 2상 교류 전력이 공급되고 있는 통상 시는, 컨버터(1)에 의해 생성된 직류 전력을 2상 교류 전력으로 변환한다. 인버터(3)는 정전 시 및 입력 전압 검출 회로(4)에 이상이 발생했을 때에는, 배터리(52)로부터 쌍방향 초퍼(2)를 통하여 공급되는 직류 전력을 2상 교류 전력으로 변환한다.
환언하면, 인버터(3)는, 통상 시는, 컨버터(1)로부터 모선(L1 내지 L3)을 통하여 공급되는 정전압(VD1), 부전압(VD2) 및 중성점 전압(VN)에 기초하여, 2상 교류 전압(VO1, VO2)을 생성한다. 인버터(3)는 정전 시 및 입력 전압 검출 회로(4)에 이상이 발생했을 때에는, 쌍방향 초퍼(2)로부터 모선(L1 내지 L3)을 통하여 공급되는 정전압(VD1), 부전압(VD2) 및 중성점 전압(VN)에 기초하여, 2상 교류 전압(VO1, VO2)을 생성한다.
스위치(S5, S6)의 한쪽 단자는 인버터(3)에 접속되고, 그들의 다른 쪽 단자는 각각 출력 단자(TO1, TO2)에 접속된다. 출력 단자(TO3)는, 인버터(3)를 통하여 직류 중성점 모선(L3)에 접속된다. 스위치(S5, S6)는, 제어 회로(7)에 의해 제어되고, 인버터(3)에 의해 생성되는 2상 교류 전력을 부하(53)에 공급하는 인버터 급전 모드 시에 온되고, 상용 교류 전원(51)으로부터의 2상 교류 전력을 부하(53)에 직접 공급하는 바이패스 급전 모드 시에 오프된다.
여기서, 컨버터(1) 및 인버터(3)에 대하여 보다 상세하게 설명한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 컨버터(1)는 순변환 회로(1a, 1b)를 포함하고, 인버터(3)는 역변환 회로(3a, 3b)를 포함한다. 순변환 회로(1a)는 트랜지스터(Q1, Q2), 다이오드(D1, D2), 리액터(11) 및 콘덴서(12)를 포함한다. 순변환 회로(1b)는 트랜지스터(Q3, Q4), 다이오드(D3, D4), 리액터(13) 및 콘덴서(14)를 포함한다. 역변환 회로(3a)는 트랜지스터(Q5, Q6), 다이오드(D5, D6), 리액터(15) 및 콘덴서(16)를 포함한다. 역변환 회로(3b)는 트랜지스터(Q7, Q8), 다이오드(D7, D8), 리액터(17) 및 콘덴서(18)를 포함한다. 트랜지스터(Q1 내지 Q8) 각각은, 예를 들어 IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)이다.
트랜지스터(Q1, Q3, Q5, Q7)의 콜렉터는 모두 직류 정 모선(L1)에 접속되고, 트랜지스터(Q1, Q3, Q5, Q7)의 이미터는 각각 트랜지스터(Q2, Q4, Q6, Q8)의 콜렉터에 접속되고, 트랜지스터(Q2, Q4, Q6, Q8)의 이미터는 모두 직류 부 모선(L2)에 접속된다. 트랜지스터(Q1 내지 Q8) 각각은, 제어 회로(7)에 의해 PWM(Pulse Width Modulation) 제어된다. 다이오드(D1 내지 D8)는, 각각 트랜지스터(Q1 내지 Q8)에 역병렬로 접속된다.
리액터(11, 13)의 한쪽 단자는 각각 트랜지스터(Q1, Q3)의 이미터에 접속되고, 그들의 다른 쪽 단자는 각각 스위치(S1, S2)의 다른 쪽 단자에 접속됨과 함께, 각각 콘덴서(12, 14)를 통하여 직류 중성점 모선(L3)에 접속된다. 리액터(15, 17)의 한쪽 단자는 각각 트랜지스터(Q5, Q7)의 이미터에 접속되고, 그들의 다른 쪽 단자는 각각 스위치(S5, S6)의 한쪽 단자에 접속됨과 함께, 각각 콘덴서(16, 18)를 통하여 직류 중성점 모선(L3)에 접속된다.
순변환 회로(1a)에 있어서, 상용 교류 전원(51)으로부터 입력 단자(TI1)에 공급되는 교류 전압(VI1)이 정전압인 기간에 트랜지스터(Q1)가 온되면, 입력 단자(TI1), 스위치(S1), 리액터(11), 트랜지스터(Q1), 직류 정 모선(L1), 콘덴서(C1), 직류 중성점 모선(L3) 및 입력 단자(TI3)의 경로로 전류가 흐른다. 이에 의해, 콘덴서(C1)가 충전되어, 직류 정 모선(L1)에 정의 직류 전압(VD1)이 공급된다.
상용 교류 전원(51)으로부터 입력 단자(TI1)에 공급되는 교류 전압(VI1)이 부전압인 기간에 트랜지스터(Q2)가 온되면, 입력 단자(TI3), 직류 중성점 모선(L3), 콘덴서(C2), 직류 부 모선(L2), 트랜지스터(Q2), 리액터(11), 스위치(S1) 및 입력 단자(TI1)의 경로로 전류가 흐른다. 이에 의해, 콘덴서(C2)가 충전되어, 직류 부 모선(L2)에 부의 직류 전압(VD2)이 공급된다.
리액터(11) 및 콘덴서(12)는 저역 통과 필터를 구성하고, 상용 교류 전원(51)으로부터 공급되는 상용 주파수의 교류 전압(VI1)을 트랜지스터(Q1, Q2)에 통과시켜, 트랜지스터(Q1, Q2)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호가 상용 교류 전원(51) 측으로 통과하는 것을 방지한다.
순변환 회로(1b)에 있어서, 상용 교류 전원(51)으로부터 입력 단자(TI2)에 공급되는 교류 전압(VI2)이 정전압인 기간에 트랜지스터(Q3)가 온되면, 입력 단자(TI2), 스위치(S2), 리액터(13), 트랜지스터(Q3), 직류 정 모선(L1), 콘덴서(C1), 직류 중성점 모선(L3) 및 입력 단자(TI3)의 경로로 전류가 흐른다. 이에 의해, 콘덴서(C1)가 충전되어, 직류 정 모선(L1)에 정의 직류 전압(VD1)이 공급된다.
상용 교류 전원(51)으로부터 입력 단자(TI2)에 공급되는 교류 전압(VI2)이 부전압인 기간에 트랜지스터(Q4)가 온되면, 입력 단자(TI3), 직류 중성점 모선(L3), 콘덴서(C2), 직류 부 모선(L2), 트랜지스터(Q4), 리액터(13), 스위치(S2) 및 입력 단자(TI2)의 경로로 전류가 흐른다. 이에 의해, 콘덴서(C2)가 충전되어, 직류 부 모선(L2)에 부의 직류 전압(VD2)이 공급된다.
리액터(13) 및 콘덴서(14)는 저역 통과 필터를 구성하고, 상용 교류 전원(51)으로부터 공급되는 상용 주파수의 교류 전압(VI2)을 트랜지스터(Q3, Q4)에 통과시켜, 트랜지스터(Q3, Q4)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호가 상용 교류 전원(51) 측으로 통과하는 것을 방지한다.
순변환 회로(1a)는 교류 전압(VI1)을 직류 전압(VD1, VD2)으로 변환하고, 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다. 순변환 회로(1b)는 교류 전압(VI2)을 직류 전압(VD1, VD2)으로 변환하고, 교류 전력을 직류 전력으로 변환한다.
역변환 회로(3a)에 있어서, 트랜지스터(Q5)가 온되면, 직류 정 모선(L1), 트랜지스터(Q5), 리액터(15), 스위치(S5), 출력 단자(TO1), 부하(53), 출력 단자(TO3) 및 직류 중성점 모선(L3)의 경로로 정전류가 흐른다. 반대로, 트랜지스터(Q6)가 온되면, 직류 부 모선(L2), 트랜지스터(Q6), 리액터(15), 스위치(S5), 출력 단자(TO1), 부하(53), 출력 단자(TO3) 및 직류 중성점 모선(L3)의 경로로 부전류가 흐른다.
리액터(15) 및 콘덴서(16)는 저역 통과 필터를 구성하고, 트랜지스터(Q5, Q6)에 의해 생성된 상용 주파수의 교류 전압(VO1)을 부하(53)에 통과시켜, 트랜지스터(Q5, Q6)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호가 부하(53)측으로 통과하는 것을 방지한다. 환언하면, 리액터(15) 및 콘덴서(16)는 트랜지스터(Q5, Q6)의 각각의 온/오프에 의해 생성되는 직사각형 파형의 교류 전압을 정현파형의 교류 전압(VO1)으로 변환하여 부하(53)에 부여한다.
역변환 회로(3b)에 있어서, 트랜지스터(Q7)가 온되면, 직류 정 모선(L1), 트랜지스터(Q7), 리액터(17), 스위치(S6), 출력 단자(TO2), 부하(53), 출력 단자(TO3) 및 직류 중성점 모선(L3)의 경로로 정전류가 흐른다. 반대로, 트랜지스터(Q8)가 온되면, 직류 부 모선(L2), 트랜지스터(Q8), 리액터(17), 스위치(S6), 출력 단자(TO2), 부하(53), 출력 단자(TO3) 및 직류 중성점 모선(L3)의 경로로 부전류가 흐른다.
리액터(17) 및 콘덴서(18)는 저역 통과 필터를 구성하고, 트랜지스터(Q7, Q8)에 의해 생성된 상용 주파수의 교류 전압(VO2)을 부하(53)에 통과시켜, 트랜지스터(Q7, Q8)에서 발생하는 스위칭 주파수의 신호가 부하(53) 측으로 통과하는 것을 방지한다. 환언하면, 리액터(17) 및 콘덴서(18)는 트랜지스터(Q7, Q8) 각각의 온/오프에 의해 생성되는 직사각형 파형의 교류 전압을 정현파형의 교류 전압(VO2)으로 변환하여 부하(53)에 부여한다.
역변환 회로(3a)는 직류 전압(VD1, VD2)을 교류 전압(VO1)으로 변환하고, 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다. 역변환 회로(3b)는 직류 전압(VD1, VD2)을 교류 전압(VO2)으로 변환하고, 직류 전력을 교류 전력으로 변환한다.
도 1로 복귀되어, 스위치(S7, S8)(바이패스 스위치 쌍)의 한쪽 단자는 각각 입력 단자(TI1, TI2)에 접속되고, 그들의 다른 쪽 단자는 각각 출력 단자(TO1, TO2)에 접속된다. 반도체 스위치(S9, S10)(반도체 스위치 쌍)는 각각 스위치(S7, S8)에 병렬 접속된다. 반도체 스위치(S9, S10) 각각은, 예를 들어 서로 역병렬로 접속된 사이리스터를 포함한다. 입력 단자(TI3)는, 출력 단자(TO3)에 직접 접속되어 있다.
스위치(S7, S8)는, 제어 회로(7)에 의해 제어되고, 인버터(3)에 의해 생성되는 2상 교류 전력을 부하(53)에 공급하는 인버터 급전 모드 시에 오프되고, 상용 교류 전원(51)으로부터의 2상 교류 전력을 부하(53)에 직접 공급하는 바이패스 급전 모드 시에 온된다.
반도체 스위치(S9, S10)는, 인버터 급전 모드에서 바이패스 급전 모드로 전환할 때에, 소정 시간만 온된다. 반도체 스위치(S9, S10)의 응답 속도는 스위치(S7, S8)의 응답 속도보다도 충분히 빠르다. 반도체 스위치(S9, S10)를 소정시간만 온시키는 것은, 반도체 스위치(S9, S10)에서 발생하는 열에 의해 반도체 스위치(S9, S10)가 파손되는 것을 방지하기 위함이다.
예를 들어, 인버터 급전 모드 시에 인버터(3)가 고장난 경우에는, 반도체 스위치(S9, S10)가 순시에 온되고, 상용 교류 전원(51)으로부터의 2상 교류 전력이 반도체 스위치(S9, S10)를 통하여 부하(53)에 공급된다. 이어서, 응답 시간이 늦은 스위치(S7, S8)가 온 상태로 되고, 응답 시간이 늦은 스위치(S5, S6)가 오프 상태로 된 후, 반도체 스위치(S9, S10)가 오프된다.
입력 전압 검출 회로(4)는 입력 단자(TI1 내지 TI3)의 전압(VI1, VI2, VN)을 검출하고, 검출값을 나타내는 신호를 제어 회로(7)에 부여한다. 이상 검출기(5)는 입력 전압 검출 회로(4) 중 입력 전압(VI1)에 대응하는 부분이 정상인지 여부를 판정하고, 판정 결과를 나타내는 신호(φ5)를 제어 회로(7)에 출력한다. 출력 전압 검출 회로(6)는 출력 단자(TO1 내지 TO3)의 전압(VO1, VO2, VN)을 검출하고, 검출값을 나타내는 신호를 제어 회로(7)에 부여한다. 제어 회로(7)는 입력 전압 검출 회로(4), 이상 검출기(5), 출력 전압 검출 회로(6), 직류 전압 검출기(DT1 내지 DT3)의 출력 신호에 기초하여, 무정전 전원 장치 전체를 제어한다.
상세하게 설명하면, 입력 전압 검출 회로(4)는 도 3에 도시한 바와 같이, 입력 단자(T1 내지 T3), 출력 단자(T11 내지 T13) 및 전압 검출기(4a 내지 4c)를 포함한다. 입력 단자(T1 내지 T3)는, 각각 입력 단자(TI1 내지 TI3)에 접속되고, 각각 교류 전압(VI1), 교류 전압(VI2) 및 중성점 전압(VN)을 받는다.
전압 검출기(4a)는 입력 단자(T1)와 출력 단자(T11) 사이에 직렬 접속된 복수(도면에서는 5개)의 저항 소자(21)와, 출력 단자(T11)와 기준 전압(VSS)의 라인 사이에 직렬 접속된 복수(도면에서는 2개)의 저항 소자(22)를 포함한다. 출력 단자(T11)에는, 교류 전압(VI1)을 소정의 분압비로 분압한 교류 전압(VI1D)이 나타난다.
전압 검출기(4b, 4c) 각각은, 전압 검출기(4a)와 동일한 구성이다. 출력 단자(T12)에는, 교류 전압(VI2)을 소정의 분압비로 분압한 교류 전압(VI2D)이 나타난다. 출력 단자(T13)에는, 중성점 전압(VN)을 소정의 분압비로 분압한 전압(VND)이 나타난다. 출력 단자(T11 내지 T13)의 전압(VI1D, VI2D, VND)은, 각각 전압 검출기(4a 내지 4c)의 출력 신호로서 제어 회로(7)에 부여된다.
전압 검출기(4a)의 출력 신호(VI1D)는, 컨버터(1) 및 인버터(3)에 포함되는 트랜지스터(Q1 내지 Q8) 각각을 제어하기 위해, 즉 출력 전압(VO1, VO2)의 위상을 제어하기 위해 사용된다. 전압 검출기(4b)의 출력 신호(VI2D)는, 교류 전압(VI2)의 실효값이 허용 범위로부터 벗어난 것, 즉 상용 교류 전원(51)으로부터의 2상 교류 전력의 공급이 정지된 것(정전이 발생한 것)을 검출하기 위해 사용된다.
이상 검출기(5)는 도 4에 도시한 바와 같이, 실효값 산출기(RMS)(31, 32), 감산기(33), 절댓값 산출기(ABS)(34) 및 비교기(35)를 포함한다. 실효값 산출부(31)는 전압 검출기(4a)의 출력 신호(VI1D)의 실효값을 산출한다. 실효값 산출부(32)는 전압 검출기(4b)의 출력 신호(VI2D)의 실효값을 산출한다. 감산기(33)는 실효값 산출부(31)에 의해 산출된 신호(VI1D)의 실효값과, 실효값 산출부(32)에 의해 산출된 신호(VI2D)의 실효값의 차를 산출한다.
절댓값 산출기(34)는 감산기(33)에 의해 구해진 신호(VI1D)의 실효값과 신호(VI2D)의 실효값의 차의 절댓값(A1)을 산출한다. 비교기(35)는 절댓값 산출기(34)에 의해 산출된 절댓값(A1)과 역치(VT1)를 비교하고, A1≤VT1일 경우에는 이상 검출 신호(φ5)를 비활성화 레벨인 「L」 레벨로 하고, A1>VT1일 경우에는 이상 검출 신호(φ5)를 활성화 레벨인 「H」 레벨로 한다.
전압 검출기(4a, 4b)가 정상일 경우에는, 신호(VID1, VID2)의 실효값은 동일하므로, 절댓값(A1)은 0으로 되고, A1≤VT1로 되어 이상 검출 신호(φ5)는 비활성화 레벨인 「L」 레벨로 된다. 전압 검출기(4a)에 이상이 발생한 경우에는, 신호(VID1, VID2)의 실효값에 차가 발생하고, 절댓값(A1)이 큰 값으로 되고, A1>VT1로 되어 이상 검출 신호(φ5)는 활성화 레벨인 「H」 레벨로 된다.
또한, 전압 검출기(4a와 4b)에 동시에 이상이 발생할 확률은 극히 낮다. 전압 검출기(4b)에 이상이 발생한 경우에는, 전압 검출기(4b)의 출력 신호(VI2D)의 실효값이 허용 범위를 초과하므로, 정전이 발생했다고 판정된다. 따라서, 이상 검출 신호(φ5)가 「H」 레벨로 되었을 경우에는, 전압 검출기(4a)에 이상이 발생한 것이다.
도 5의 (a) 내지 (d)는 전압 검출기(4a)에 이상이 발생한 경우를 도시하는 도면이다. 도 5의 (a)에서는, 저항 소자(21)가 단렬(斷裂)된 경우를 나타나고 있다. 이 경우에는, 신호(VI1D)는 0V로 되고, 전압 검출기(4a)가 정상인 경우에 비하여 신호(VI1D)의 실효값이 감소하고, 이상 검출 신호(φ5)는 활성화 레벨인 「H」 레벨로 된다. 도 5의 (b)에서는, 저항 소자(22)가 단렬된 경우가 나타나 있다. 이 경우에는, 교류 전압(VI1)이 그대로 신호(VI1D)로 되고, 전압 검출기(4a)가 정상인 경우에 비하여 신호(VI1D)의 실효값이 증대하고, 이상 검출 신호(φ5)는 활성화 레벨인 「H」 레벨로 된다.
도 5의(c)에서는, 저항 소자(21)의 단자간이 쇼트된 경우가 도시되고 있다. 이 경우에는, 전압 검출기(4a)가 정상인 경우에 비하여 신호(VI1D)의 실효값이 증대되고, 이상 검출 신호(φ5)는 활성화 레벨인 「H」 레벨로 된다. 도 5의 (d)에는, 저항 소자(22)의 단자간이 쇼트된 경우가 도시되어 있다. 이 경우에는, 전압 검출기(4a)가 정상인 경우에 비하여 신호(VI1D)의 실효값이 감소되고, 이상 검출 신호(φ5)는 활성화 레벨인 「H」 레벨로 된다.
출력 전압 검출 회로(6)는 도 6에 도시된 바와 같이, 입력 단자(T21 내지 T23), 출력 단자(T31 내지 T33) 및 전압 검출기(6a 내지 6c)를 포함한다. 입력 단자(T21 내지 T23)는, 각각 출력 단자(TO1 내지 TO3)에 접속되고, 각각 교류 전압(VO1), 교류 전압(VO2) 및 중성점 전압(VN)을 받는다.
전압 검출기(6a)는 입력 단자(T21)와 출력 단자(T31) 사이에 직렬 접속된 복수(도면에서는 5개)의 저항 소자(21)와, 출력 단자(T31)와 기준 전압(VSS)의 라인 사이에 직렬 접속된 복수(도면에서는 2개)의 저항 소자(22)를 포함한다. 출력 단자(T21)에는, 교류 전압(VO1)을 소정의 분압비로 분압한 교류 전압(VO1D)이 나타난다.
전압 검출기(6b, 6c) 각각은, 전압 검출기(6a)와 동일한 구성이다. 출력 단자(T32)에는, 교류 전압(VO2)을 소정의 분압비로 분압한 교류 전압(VO2D)이 나타난다. 출력 단자(T33)에는, 중성점 전압(VN)을 소정의 분압비로 분압한 전압(VND)이 나타난다. 출력 단자(T31 내지 T33)의 전압(VO1D, VO2D, VND)은, 각각 전압 검출기(6a 내지 6c)의 출력 신호로서 제어 회로(7)에 부여된다.
제어 회로(7)는 전압 검출기(4a 내지 4c)의 출력 신호(VI1D, VI2D, VND), 이상 검출기(5)의 출력 신호(φ5), 전압 검출기(6a 내지 6c)의 출력 신호(VO1D, VO2D, VND), 직류 전압 검출기(DT1 내지 DT3)의 출력 신호에 기초하여, 무정전 전원 장치 전체를 제어한다.
즉, 인버터 급전 모드 시에 있어서 이상 검출 신호(φ5)가 비활성화 레벨인 「L」 레벨일 경우, 제어 회로(7)는 전압 검출기(4a)의 출력 신호(VI1D)에 동기하여 컨버터(1)를 제어하고, 교류 전압(VI1)을 직류 전압(VD1, VD2)으로 변환시킴과 함께, 교류 전압(VI2)을 직류 전압(VD1, VD2)으로 변환시킨다. 이때 제어 회로(7)는 전압 검출기(6a)의 출력 신호(VO1D)의 위상이 전압 검출기(4a)의 출력 신호(VI1D)의 위상에 일치하도록, 인버터(3)를 제어한다.
인버터 급전 모드 시에 있어서 이상 검출 신호(φ5)가 활성화 레벨인 「H」 레벨로 되었을 경우, 제어 회로(7)는 컨버터(1)의 운전을 정지시켜, 트랜지스터(Q1 내지 Q4)를 오프 상태로 고정하고, 스위치(S1, S2)를 오프시킨다. 제어 회로(7)는 쌍방향 초퍼(2)를 제어하고, 배터리(52)의 직류 전력에 의해 콘덴서(C1, C2) 각각을 충전시킨다. 제어 회로(7)는 전압 검출기(6a)의 출력 신호(VO1D)의 위상이, 전압 검출기(4b)의 출력 신호(VI2D)의 위상을 180도 진행시킨 모니터 신호의 위상에 일치하도록, 인버터(3)을 제어한다.
제어 회로(7)는 배터리(52)의 단자간 전압(VB)이 저하되어 방전 종지 전압(VBL)에 도달한 경우에는, 쌍방향 초퍼(2)의 운전을 정지시켜, 반도체 스위치(S9, S10) 및 스위치(S7, S8)를 온시킴과 함께, 스위치(S5, S6)를 오프시킨다. 이에 의해, 상용 교류 전원(51)으로부터의 2상 교류 전력이 순간 단절 없이 부하(53)에 공급된다.
인버터 급전 모드 시에 있어서 인버터(3)가 고장난 경우, 제어 회로(7)는 반도체 스위치(S9, S10) 및 스위치(S7, S8)를 온시킴과 함께, 스위치(S5, S6)를 오프시킨다. 이에 의해, 상용 교류 전원(51)으로부터의 2상 교류 전력이 순간 단절 없이 부하(53)에 공급된다.
인버터 급전 모드 시에 있어서 상용 교류 전원(51)으로부터의 2상 교류 전력의 공급이 정지된 경우(즉 정전이 발생한 경우), 제어 회로(7)는 컨버터(1)의 운전을 정지시켜, 트랜지스터(Q1 내지 Q4)를 오프 상태로 고정하고, 스위치(S1, S2)를 오프시킨다. 제어 회로(7)는 쌍방향 초퍼(2)를 제어하여, 배터리(52)의 직류 전력에 의해 콘덴서(C1, C2) 각각을 충전시킨다.
제어 회로(7)는 정전 발생 전에 있어서의 전압 검출기(4a)의 출력 신호(VI1D)의 위상을 기억하고 있어, 기억된 신호(VI1D)의 위상에 전압 검출기(6a)의 출력 신호(VO1D)의 위상이 일치하도록, 인버터(3)를 제어한다. 제어 회로(7)는 배터리(52)의 단자간 전압(VB)이 저하되어 방전 종지 전압(VBL)에 도달한 경우에는, 쌍방향 초퍼(2) 및 인버터(3)의 운전을 정지시켜, 스위치(S5, S6)를 오프시킨다. 따라서, 정전이 발생한 경우에서도, 배터리(52)에 직류 전력이 축적되어 있는 기간은, 부하(53)의 운전을 계속할 수 있다.
도 7은, 제어 회로(7)의 주요부를 도시하는 블록도이다. 도 7에 있어서, 제어 회로(7)는 전압 검출기(6a)의 출력 신호(VO1D), 전압 검출기(4a)의 출력 신호(VI1D), 전압 검출기(4b)의 출력 신호(VI2D), 선택 신호(SE1, SE2) 및 이상 검출 신호(φ5)를 받는다.
신호(VO1D)는, 역변환 회로(3a)의 출력 전압(VO1)을 전압 검출기(6a)에 의해 분압한 것이며, 상용 주파수에서 정현파형으로 변화하는 신호이다. 신호(VI1D)는, 상용 교류 전원(51)으로부터의 교류 전압(VI1)을 전압 검출기(4a)에 의해 분압한 것이며, 상용 주파수에서 정현파형으로 변화하는 신호이다. 신호(VI2D)는, 상용 교류 전원(51)으로부터의 교류 전압(VI2)을 전압 검출기(4b)에 의해 분압한 것이며, 상용 주파수에서 정현파형으로 변화하는 신호이다.
도 8은, 신호(VI1D, VI2D)의 파형을 나타내는 타임차트이다. 도 8에 도시하는 바와 같이, 신호(VI2D)의 위상은, 신호(VI1D)의 위상보다도 180도만큼 늦어 있다. 신호(VI2D)의 위상을 180도만큼 진행시킴으로써, 신호(VI1D)와 동위상의 모니터 신호를 생성할 수 있다.
일본에서는, 신호(VI2D)의 위상은 신호(VI1D)의 위상보다도 180도만큼 늦어 있지만, 북미에서는, 예를 들어 신호(VI2D)의 위상은 신호(VI1D)의 위상보다도 120도만큼 늦어 있다. 이 경우에는, 신호(VI2D)의 위상을 120도만큼 진행시킴으로써, 신호(VI1D)와 동위상의 모니터 신호를 생성할 수 있다.
도 7로 돌아가서, 선택 신호(SE)는, 일본에서는 「H」 레벨로 되고, 북미에서는 「L」 레벨로 된다. 선택 신호(SE2)는, 신호(VI2D)의 위상 변환을 행할 것인지 여부를 설정하는 신호이다. 즉, 본 실시 형태 1의 무정전 전원 장치는 단상 2선식 무정전 전원 장치로서 사용할 수도 있다. 이 경우에는, 입력 단자(TI1와 TI2)가 서로 접속되어, 상용 교류 전원(51)으로부터 교류 전압(VI1)을 받고, 입력 단자(TI3)는 중성점 전압(VN)을 받는다. 출력 단자(TO1과 TO2)가 서로 접속되어, 교류 전압(VO1)을 출력하기 위하여 사용된다. 부하는, 출력 단자(TO1, TO2)로부터 교류 전압(VO1)을 받고, 출력 단자(TO3)로부터 중성점 전압(VN)을 받는다. 부하는, 100V의 전기 기기를 포함한다.
이 경우에는, 신호(VI1D)의 위상과 신호(VI2D)의 위상이 일치하므로, 신호(VI2D)의 위상을 변환할 필요는 없다. 선택 신호(SE2)는, 신호(VI2D)의 위상 변환을 행하는 경우에는 「H」 레벨로 되고, 신호(VI2D)의 위상 변환을 행하지 않을 경우에는 「L」 레벨로 된다.
이상 검출 신호(φ5)는, 상술한 바와 같이, 전압 검출기(4a)에 이상이 발생한 경우에 「H」 레벨로 되고, 전압 검출기(4a)에 이상이 발생하지 않은 경우에 「L」 레벨로 된다.
제어 회로(7)는 위상 변환부(41), 전환 회로(42, 43), 위상 비교부(44) 및 PWM 제어부(45)를 포함한다. 위상 변환부(41)는 무정전 전원 장치가 일본에서 사용되기 위하여 선택 신호(SE1)가 「H」 레벨로 되었을 경우에는, 전압 검출기(4b)의 출력 신호(VI2D)의 위상을 180도만큼 진행시킨 모니터 신호를 생성하고, 무정전 전원 장치가 북미에서 사용되기 위하여 선택 신호(SE1)가 「L」 레벨로 되었을 경우에는, 전압 검출기(4b)의 출력 신호(VI2D)의 위상을 120도만큼 진행시킨 모니터 신호를 생성한다.
전환 회로(42)는 신호(VI2D)와 위상 변환부(41)의 출력 신호를 받아, 신호(VI2D)의 위상 변환을 행하기 위하여 신호(SE2)가 「H」 레벨로 되었을 경우에는 위상 변환부(41)의 출력 신호를 선택하여 전환 회로(43)에 부여하고, 신호(VI2D)의 위상 변환이 불필요하기 때문에 신호(SE2)가 「L」 레벨로 되었을 경우에는 신호(VI2D)를 선택하여 전환 회로(43)에 부여한다.
전환 회로(43)는 전압 검출기(4a)가 정상이기 때문에 이상 검출 신호(φ5)가 「L」 레벨로 되어 있는 경우에는 신호(VI1D)를 위상 비교부(44)에 부여하고, 전압 검출기(4a)에 이상이 발생했기 때문에 이상 검출 신호(φ5)가 「H」 레벨로 되었을 경우에는, 전환 회로(42)로부터 부여된 신호를 위상 비교부(44)에 부여한다.
위상 비교부(44)는 신호(VO1D)의 위상과 전환 회로(43)로부터 부여된 신호(예를 들어 신호(VI1D))의 위상을 비교하고, 비교 결과를 나타내는 신호를 출력한다. 구체적으로는 위상 비교부(44)는 신호(VO1D)가 부전압으로부터 정전압으로 변화할 때에 0V로 되는 제1의 0 크로스 점과, 전환 회로(43)로부터 부여된 신호(예를 들어 신호(VI1D))가 부전압으로부터 정전압으로 변화할 때에 0V로 되는 제2의 0 크로스 점을 검출하고, 제1 및 제2의 0 크로스 점의 위상차(Δθ(도))를 검출하고, 검출값을 나타내는 신호를 출력한다.
PWM 제어부(45)는 위상 비교부(44)의 출력 신호에 기초하여, 제1 및 제2의 0 크로스 점의 위상차(Δθ)가 0도로 되도록, 인버터(3)의 트랜지스터(Q5 내지 Q8) 각각을 온/오프시키는 타이밍을 조정한다.
도 9의 (a), (b) 및 도 10의 (a), (b)는 무정전 전원 장치의 동작을 모식적으로 도시하는 도면이다. 도 9의 (a), (b) 및 도 10의 (a), (b)에서는, 도면 및 설명의 단순화를 도모하기 위해서, 1상의 교류 전압(VI1)에 관련된 부분만 도시되어 있고, 추가로, 쌍방향 초퍼(2) 등의 도시는 생략되어 있다.
도 9의 (a)에 있어서, 인버터 급전 모드 시에 있어서 전압 검출기(4a)가 정상일 경우에는, 스위치(S1, S5)가 온됨과 함께 스위치(S7) 및 반도체 스위치(S9)가 오프되어, 상용 교류 전원(51)으로부터 입력 단자(TI1), 스위치(S1), 순변환 회로(1a), 역변환 회로(3a), 스위치(S5) 및 출력 단자(TO1)를 통하여 부하(53)에 전류(IL)가 흐른다. 이때 제어 회로(7)는 전압 검출기(4a)의 출력 신호(VI1D)에 동기하여 역변환 회로(3a)를 제어하고, 역변환 회로(3a)의 출력 전압(VO1)의 위상을 상용 교류 전원(51)으로부터의 교류 전압(VI1)의 위상에 일치시킨다.
도 9의 (b)에 있어서, 전압 검출기(4a)에 이상이 발생하면, 순변환 회로(1a)의 운전이 정지됨과 함께 스위치(S1)가 오프되어, 배터리(52)로부터 역변환 회로(3a), 스위치(S5) 및 출력 단자(TO1)를 통하여 부하(53)에 전류(IL)가 흐른다. 이때 제어 회로(7)는 전압 검출기(4a) 대신 전압 검출기(4b)의 출력 신호(VI2D)에 동기하여 역변환 회로(3a)를 제어하여, 역변환 회로(3a)의 출력 전압(VO1)의 위상을 상용 교류 전원(51)으로부터의 교류 전압(VI1)의 위상에 일치시킨다.
도 10의 (a)에 있어서, 배터리(52)의 단자간 전압(VB)이 저하되어 방전 종지 전압(VBL)에 도달하면, 반도체 스위치(S9)가 순시에 온되고, 상용 교류 전원(51)으로부터 입력 단자(TI1), 반도체 스위치(S9) 및 출력 단자(TO1)를 통하여 부하(53)에 전류(IL)가 흐른다.
또한, 반도체 스위치(S9)의 제어 전극과 스위치(S7)의 제어 전극에는, 그들을 온시키기 위한 신호가 동시에 부여되지만, 반도체 스위치(S9)의 응답 속도가 스위치(S7)의 응답 속도보다도 빠르므로, 반도체 스위치(S9)가 순시에 온된 후에 스위치(S7)가 온된다. 반도체 스위치(S9)와 스위치(S5)가 모두 온 상태로 되어, 상용 교류 전원(51) 및 역변환 회로(3a)의 양쪽으로부터 교류 전력이 부하(53)에 공급되는 기간이 있어도 상관없다.
도 10의 (b)에 있어서, 스위치(S7)가 온 상태로 되고, 스위치(S5)가 오프 상태로 된 후에 반도체 스위치(S9)가 오프되어, 상용 교류 전원(51)으로부터 입력 단자(TI1), 스위치(S7) 및 출력 단자(TO1)를 통하여 부하(53)에 전류(IL)가 흐른다. 이와 같이 본 실시 형태 1에서는, 전압 검출기(4a)에 이상이 발생한 경우에도, 부하(53)에 대하여 2상 교류 전력이 순간 단절 없이 공급된다.
도 11의 (a), (b)는 본 실시 형태 1의 비교예를 도시하는 도면이며, 도 10의 (a), (b)와 대비되는 도면이다. 이 비교예에서는, 전압 검출기(4a)에 이상이 발생한 경우에, 전압 검출기(4a)의 출력 신호(VI1D) 대신 전압 검출기(4b)의 출력 신호(VI2D)를 사용할 수는 없다.
도 11의 (a)에 있어서, 인버터 급전 모드 시에 있어서 전압 검출기(4a)가 정상일 경우의 동작은, 실시 형태 1과 동일하고, 스위치(S1, S5)가 온됨과 함께 스위치(S7) 및 반도체 스위치(S9)가 오프되어, 상용 교류 전원(51)으로부터 입력 단자(TI1), 스위치(S1), 순변환 회로(1a), 역변환 회로(3a), 스위치(S5) 및 출력 단자(TO1)를 통하여 부하(53)에 전류(IL)가 흐른다. 이때 제어 회로(7)는 전압 검출기(4a)의 출력 신호(VI1D)에 동기하여 역변환 회로(3a)를 제어하고, 역변환 회로(3a)의 출력 전압(VO1)의 위상을 상용 교류 전원(51)으로부터의 교류 전압(VI1)의 위상에 일치시킨다.
도 11의 (b)에 있어서, 전압 검출기(4a)에 이상이 발생하면, 순변환 회로(1a)의 운전이 정지됨과 함께 스위치(S1)가 오프되어, 배터리(52)로부터 역변환 회로(3a), 스위치(S5) 및 출력 단자(TO1)를 통하여 부하(53)에 전류(IL)가 흐른다. 이때 제어 회로(7)는 이상 발생 전에 기억된 위상 정보에 기초하여 역변환 회로(3a)를 제어한다. 이로 인해, 역변환 회로(3a)의 출력 전압(VO1)의 위상을 상용 교류 전원(51)으로부터의 교류 전압(VI1)의 위상에 일치시킬 수는 없다.
도 12의 (a)에 있어서, 배터리(52)의 단자간 전압(VB)가 저하되어 방전 종지 전압(VBL)에 도달하면, 역변환 회로(3a)의 운전이 정지된다. 이때, VO1과 VI1의 위상이 일치하고 있다고는 할 수 없으므로, 반도체 스위치(S9)를 온시킬 수 없고, 부하(53)로의 전력 공급이 일순 정지된다.
도 12의 (b)에 있어서, 스위치(S7)가 온됨과 함께 스위치(S5)가 오프되어, 상용 교류 전원(51)으로부터 입력 단자(TI1), 스위치(S7) 및 출력 단자(TO1)를 통하여 부하(53)에 전류(IL)가 흐른다. 이와 같이 비교예에서는, 전압 검출기(4a)에 이상이 발생한 경우에는, 부하(53)에 대한 2상 교류 전력의 공급이 순간 단절된다.
이상과 같이, 본 실시 형태 1에서는, 전압 검출기(4a)가 이상으로 된 경우에는, 전압 검출기(4b)의 출력 신호(VI2D)에 동기하여 인버터(3)를 제어하고, 인버터(3)의 출력 전압(VO1, VO2)의 위상을 각각 교류 전압(VI1, VI2)의 위상에 일치시킨 후에, 반도체 스위치(S9, S10) 및 스위치(S7, S8)를 온시킴과 함께 스위치(S5, S6)를 오프시킨다. 따라서, 전압 검출기(4a)가 이상으로 된 경우에도, 부하(53)에 대하여 2상 교류 전압을 순간 단절 없이 공급할 수 있다.
[실시 형태 2]
실시 형태 1에서는, 전압 검출기(4a)에 이상이 발생한 경우에는, 전압 검출기(4a)의 출력 신호(VI1D) 대신 전압 검출기(4b)의 출력 신호(VI2D)를 사용하여 인버터(3)를 제어하였다. 그에 대하여 본 실시 형태 2에서는, 예비의 전압 검출기(4d)를 설치하고, 전압 검출기(4a)에 이상이 발생한 경우에, 전압 검출기(4a)의 출력 신호(VI1D) 대신 예비의 전압 검출기(4d)의 출력 신호(VI1DA)를 사용하여 인버터(3)를 제어한다.
도 13은, 본 발명의 실시 형태 2에 의한 무정전 전원 장치에 포함되는 입력 전압 검출 회로(4A)의 구성을 도시하는 회로도이며, 도 3과 대비되는 도면이다. 도 13을 참조하여, 이 입력 전압 검출 회로(4A)가 도 3의 입력 전압 검출 회로(4)와 상이한 점은, 예비의 전압 검출기(4d)와 출력 단자(T14)가 추가되어 있는 점이다.
전압 검출기(4d)는 입력 단자(T1)와 출력 단자(T14) 사이에 직렬 접속된 복수(도면에서는 5개)의 저항 소자(21)와, 출력 단자(T11)와 기준 전압(VSS)의 라인 사이에 직렬 접속된 복수(도면에서는 2개)의 저항 소자(22)를 포함한다. 출력 단자(T14)에는, 교류 전압(VI1)을 소정의 분압비로 분압한 교류 전압(VI1DA)이 나타난다. 교류 전압(VI1D)은, 출력 단자(T11)에 나타나는 교류 전압(VI1D)은 동일한 전압으로 된다. 출력 단자(T11 내지 T14)의 전압(VI1D, VI2D, VND, VI1DA)은, 각각 전압 검출기(4a 내지 4d)의 출력 신호로서 제어 회로(7A)에 부여된다.
도 14는, 제어 회로(7A)의 주요부를 도시하는 블록도이며, 도 7과 대비되는 도면이다. 도 14를 참조하여, 제어 회로(7A)가 도 7의 제어 회로(7)와 상이한 점은, 위상 변환부(41) 및 전환 회로(42)가 제거되어 있는 점이다.
전환 회로(43)는 전압 검출기(4a)의 출력 신호(VI1D)와 예비의 전압 검출기(4d)의 출력 신호(VI1DA)를 받고, 전압 검출기(4a)가 정상이기 때문에 이상 검출 신호(φ5)가 「L」 레벨로 되어 있는 경우에는 신호(VI1D)를 위상 비교부(44)에 부여하고, 전압 검출기(4a)에 이상이 발생했기 때문에 이상 검출 신호(φ5)가 「H」 레벨로 되었을 경우에는 신호(VI1DA)를 위상 비교부(44)에 부여한다. 다른 구성 및 동작은, 실시 형태 1과 동일하므로, 그 설명은 반복하지 않는다.
이 실시 형태 2에서는, 전압 검출기(4a)가 이상으로 된 경우에는, 예비의 전압 검출기(4d)의 출력 신호(VI1DA)에 동기하여 인버터(3)를 제어하고, 인버터(3)의 출력 전압(VO1, VO2)의 위상을 각각 교류 전압(VI1, VI2)의 위상에 일치시킨 후에, 반도체 스위치(S9, S10) 및 스위치(S7, S8)를 온시킴과 함께 스위치(S5, S6)를 오프시킨다. 따라서, 전압 검출기(4a)가 이상으로 된 경우에도, 부하(53)에 대하여 2상 교류 전압을 순간 단절 없이 공급할 수 있다.
금회 개시된 실시 형태는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기 설명이 아니라 청구범위에 의해 나타나고, 청구범위와 균등의 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
TI1 내지 TI3, T1 내지 T3, T21 내지 T23: 입력 단자
TB1, TB2: 배터리 단자
TO1 내지 TO3, T11 내지 T14, T31 내지 T33: 출력 단자
S1 내지 S8: 스위치
S9, S10: 반도체 스위치
1: 컨버터
1a, 1b: 순변환 회로
L1: 직류 정 모선
L2: 직류 부 모선
L3: 직류 중성점 모선
C1, C2, 12, 14, 16, 18: 콘덴서
2: 쌍방향 초퍼
3: 인버터
3a, 3b: 역변환 회로
4, 4A: 입력 전압 검출 회로
4a 내지 4d, 6a 내지 6c: 전압 검출기
5: 이상 검출기
6: 출력 전압 검출 회로
DT1 내지 DT3: 직류 전압 검출기
7, 7A: 제어 회로
Q1 내지 Q8: 트랜지스터
D1 내지 D8: 다이오드
11, 13, 15, 17: 리액터
21, 22: 저항 소자
31, 32: 실효값 산출기
33: 감산기
34: 절댓값 산출기
35: 비교기
41: 위상 변환부
42, 43: 전환 회로
44: 위상 비교부
45: PWM 제어부
51: 교류 전원
52: 배터리
53: 부하

Claims (7)

  1. 2상 3선식 무정전 전원 장치이며,
    상용 교류 전원으로부터 공급되는 2상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와,
    상기 컨버터에 의해 생성된 직류 전압 또는 전력 저장 장치로부터 공급되는 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터와,
    한쪽 단자 쌍이 상기 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압을 받고, 다른쪽 단자 쌍이 상기 부하에 접속된 바이패스 스위치 쌍과,
    상기 바이패스 스위치 쌍에 병렬 접속된 반도체 스위치 쌍과,
    각각 상기 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 순시값을 검출하고, 검출값을 나타내는 신호를 출력하는 제1 및 제2 전압 검출기와,
    상기 제1 전압 검출기가 정상인지 여부를 판정하고, 판정 결과를 나타내는 신호를 출력하는 이상 검출기와,
    상기 제1 및 제2 전압 검출기의 출력 신호와 상기 이상 검출기의 출력 신호에 기초하여 상기 무정전 전원 장치를 제어하는 제어 회로를 구비하고,
    상기 제어 회로는,
    상기 제1 전압 검출기가 정상인 경우에는, 상기 바이패스 스위치 쌍 및 상기 반도체 스위치 쌍을 오프시킴과 함께, 상기 제1 전압 검출기의 출력 신호에 동기하여 상기 컨버터 및 상기 인버터를 제어하고,
    상기 제1 전압 검출기가 이상으로 된 경우에는, 상기 컨버터의 운전을 정지 시킴과 함께 상기 제2 전압 검출기의 출력 신호에 동기하여 상기 인버터를 제어하고, 상기 전력 저장 장치의 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환시킴과 함께 그 2상 교류 전압의 위상을 상기 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 위상에 일치시키고, 상기 전력 저장 장치의 단자간 전압이 저하되어 미리 정해진 전압에 도달한 것에 따라서 상기 바이패스 스위치 쌍 및 상기 반도체 스위치 쌍을 온시키고, 미리 정해진 시간이 경과한 후에 상기 반도체 스위치 쌍을 오프시키는, 무정전 전원 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전압 검출기의 출력 신호의 위상은 미리 정해진 각도만큼 서로 어긋나 있고,
    상기 제어 회로는, 상기 제1 전압 검출기가 이상으로 된 경우에는, 상기 제2 전압 검출기의 출력 신호의 위상을 상기 미리 정해진 각도만큼 어긋나게 하여 모니터 신호를 생성하고, 생성된 모니터 신호에 동기하여 상기 인버터를 제어하고, 상기 전력 저장 장치의 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환시킴과 함께 그 2상 교류 전압의 위상을 상기 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 위상에 일치시키는, 무정전 전원 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이상 검출기는, 상기 제1 전압 검출기의 출력 신호의 실효값과 상기 제2 전압 검출기의 출력 신호의 실효값의 차가 미리 정해진 역치를 초과한 경우에 상기 제1 전압 검출기가 이상으로 되었다고 판정하는, 무정전 전원 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 제2 전압 검출기의 출력 신호에 기초하여, 상기 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 공급이 정지되었는지 여부를 판별하고, 상기 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 공급이 정지되었다고 판별했을 경우에는, 상기 컨버터의 운전을 정지시킴과 함께 상기 인버터의 운전을 계속하여, 상기 전력 저장 장치의 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환시키는, 무정전 전원 장치.
  5. 2상 3선식 무정전 전원 장치이며,
    상용 교류 전원으로부터 공급되는 2상 교류 전압을 직류 전압으로 변환하는 컨버터와,
    상기 컨버터에 의해 생성된 직류 전압 또는 전력 저장 장치로부터 공급되는 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환하여 부하에 공급하는 인버터와,
    한쪽 단자 쌍이 상기 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압을 받고, 다른쪽 단자 쌍이 상기 부하에 접속된 바이패스 스위치 쌍과,
    상기 바이패스 스위치 쌍에 병렬 접속된 반도체 스위치 쌍과,
    각각이, 상기 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압 중 한쪽 상의 교류 전압의 순시값을 검출하고, 검출값을 나타내는 신호를 출력하는 제1 및 제2 전압 검출기와,
    상기 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압 중 다른 쪽 상의 교류 전압의 순시값을 검출하고, 검출값을 나타내는 신호를 출력하는 제3 전압 검출기와,
    상기 제1 전압 검출기가 정상인지 여부를 판정하고, 판정 결과를 나타내는 신호를 출력하는 이상 검출기와,
    상기 제1 내지 제3 전압 검출기의 출력 신호와 상기 이상 검출기의 출력 신호에 기초하여 상기 무정전 전원 장치를 제어하는 제어 회로를 구비하고,
    상기 제어 회로는,
    상기 제1 전압 검출기가 정상인 경우에는, 상기 바이패스 스위치 쌍 및 상기 반도체 스위치 쌍을 오프시킴과 함께, 상기 제1 전압 검출기의 출력 신호에 동기하여 상기 컨버터 및 상기 인버터를 제어하고,
    상기 제1 전압 검출기가 이상으로 된 경우에는, 상기 컨버터의 운전을 정지시킴과 함께 상기 제2 전압 검출기의 출력 신호에 동기하여 상기 인버터를 제어하고, 상기 전력 저장 장치의 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환시킴과 함께 그 2상 교류 전압의 위상을 상기 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 위상에 일치시키고, 상기 전력 저장 장치의 단자간 전압이 저하되어 미리 정해진 전압에 도달한 것에 따라서 상기 바이패스 스위치 쌍 및 상기 반도체 스위치 쌍을 온시키고, 미리 정해진 시간이 경과한 후에 상기 반도체 스위치 쌍을 오프시키는, 무정전 전원 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 이상 검출기는, 상기 제1 전압 검출기의 출력 신호의 실효값과 상기 제3 전압 검출기의 출력 신호의 실효값의 차가 미리 정해진 역치를 초과한 경우에 상기 제1 전압 검출기가 이상으로 되었다고 판정하는, 무정전 전원 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제어 회로는, 상기 제3 전압 검출기의 출력 신호에 기초하여, 상기 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 공급이 정지되었는지 여부를 판별하고, 상기 상용 교류 전원으로부터의 2상 교류 전압의 공급이 정지되었다고 판별된 경우에는, 상기 컨버터의 운전을 정지시킴과 함께 상기 인버터의 운전을 계속하여, 상기 전력 저장 장치의 직류 전압을 2상 교류 전압으로 변환시키는, 무정전 전원 장치.
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