(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源を直流電力に変換する整流器（１）と、この整流器（１）の出力直流電力を交流電力に変換するインバータ（２）と、交流電源が停電した時に前記インバータ（２）に直流電力を供給する蓄電池（３）と、常時運転時に基準となる第１電圧指令値と整流器出力電圧とを比較する差動増幅器（７）と、常時は前記差動増幅器（７）の比較結果に応じて整流器出力電圧を一定に制御するＰＷＭ波形生成回路（８）とを有する無停電電源装置であって、
前記整流器（１）の出力電流を検出して出力電流信号を送出する変流器（ＣＴ２）と、
整流器出力電圧（Ｖｒｄｃ）の下限値以下の降圧を制限するリミッタ回路（４）と、
常時運転時の基準となる前記第１電圧指令値（Ｖｒｅｆ１）と、蓄電池放電時の基準となる第２電圧指令値（Ｖｒｅｆ２）が加えられ、前記出力電流信号および前記下限値を加算した放電試験電圧指令値とを切り換える切換回路（６）とを備え、
前記蓄電池（３）の劣化状態判定時に前記切換回路（６）により第１電圧指令値（Ｖｒｅｆ１）から切り換えられた前記放電試験電圧指令値と、整流器出力電圧（Ｖｒｄｃ）／蓄電池放電電圧（Ｖｂｄｃ）とを前記差動増幅器（７）において比較し、前記ＰＷＭ波形生成回路（８）は整流器出力電圧（Ｖｒｄｃ）を常に蓄電池放電電圧（Ｖｂｄｃ）以下となるように制御して前記整流器（１）を待機状態に維持すると共に蓄電池放電電圧（Ｖｂｄｃ）に追従させることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
交流電源を直流電力に変換する整流器（１）と、この整流器（１）の出力直流電力を交流電力に変換するインバータ（２）と、交流電源が停電した時に前記インバータ（２）に直流電力を供給する蓄電池（３）と、常時運転時に基準となる第1電圧指令値と整流器出力電圧とを比較する差動増幅器（７）と、常時は差動増幅器の比較結果に応じて整流器出力電圧を一定に制御するＰＷＭ波形生成回路（８）を有する無停電電源装置であって、
整流器出力電圧（Ｖｒｄｃ）の下限値以下の降圧を制限するリミッタ回路（４）と、
常時運転時の基準となる前記第１電圧指令値（Ｖｒｅｆ１）と、蓄電池放電時の基準となる蓄電池電圧を分圧した分圧値に前記下限値を加算した放電試験電圧指令値とを切り換える切換回路（６）とを備え、
前記蓄電池（３）の劣化状態判定時に前記切換回路（６）により第１電圧指令値（Ｖｒｅｆ１）から切り換えられた前記放電試験電圧指令値と、蓄電池放電電圧（Ｖｂｄｃ）とを前記差動増幅器（７）において比較し、前記ＰＷＭ波形生成回路（８）は整流器出力電圧（Ｖｒｄｃ）を常に蓄電池放電電圧（Ｖｂｄｃ）以下となるように制御して前記整流器（１）を待機状態に維持すると共に蓄電池放電電圧（Ｖｂｄｃ）に追従させることを特徴とする無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、交流電源を直流電力に変換する整流器と、整流器の出力直流電力を交流電力に変換するインバータと、交流電源が停電した時にインバータに直流電力を供給する蓄電池等から構成され、第１電圧指令値と整流器出力電圧とを比較することにより整流器出力電圧を制御する無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５はスイッチング変換部にＰＷＭ制御方式を使用した一般的な無停電電源装置の構成である。図において１は交流電源を直流に変換する整流器で、直流を交流に逆変換するインバータ２に電力を供給すると共に、蓄電池３を充電する。Ｔ１は無停電電源装置の入力電流波形を正弦波化する基準信号を供給する変圧器、ＣＴ１は入力電流を検出する変流器である。
常時、整流器１は交流入力電源の変動、負荷の変動に対して直流出力電圧を一定に制御している。整流器出力電圧の制御は、整流器出力電圧Ｖｒｄｃと、任意の電圧値に設定する第１電圧指令値Ｖｒｅｆ１を差動増幅器７に入力し、差動増幅器７で検出される誤差信号をＰＷＭ波形生成回路８に入力する。
ＰＷＭ波形生成回路８は、差動増幅器７の信号と、変圧器Ｔ１から供給される入力電圧波形信号と変流器ＣＴ１から得られる入力電流信号とにより、無停電電源装置の入力電流波形を正弦波化すると共に、入力力率も１に近似するように制御する駆動信号を整流器１のスイッチング素子（図示せず）に送出する。
【０００３】
無停電電源装置において蓄電池３は、使用する環境により劣化状態が異なり、定期的な点検を必要とする。蓄電池３の劣化状態を点検する方法として、通常の運転状態で無停電電源装置の交流電源を遮断、または整流器入力の開閉器Ａをオフとし、インバータ２を蓄電池運転とし、蓄電池３を一定時間放電することで蓄電池３の劣化状態を判定していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の無停電電源装置における上記のような方法では、整流器１が停止しているために蓄電池３および蓄電池３の放電回路に異常があった場合はインバータ２は整流器１および蓄電池３のいずれからも電力が供給されず停止してしまう。すなわち、インバータ２が停止すると、負荷への給電も停止するという問題がある。
【０００５】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、蓄電池３の劣化状態を点検するときに、蓄電池３が寿命あるいは蓄電池回路が遮断されていてもインバータ２が停止することなく負荷への給電が継続できる無停電電源装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の無停電電源装置は、蓄電池を放電させて劣化状態を負荷の実稼働状態で判定するときに、蓄電池および放電回路が異常であってもインバータへの給電を停止することなくその運転継続を可能にするとともに、整流器の回路方式により発生する電力回生を防止する整流器出力電圧の制御機能を具備している。すなわち、放電試験開始時に蓄電池から交流電源側に電力回生しないよう、整流器出力電圧を蓄電池電圧よりもわずかに低く設定して整流器が待機状態となるようにし、かつ、蓄電池の放電電圧特性に追従するように制御している。また，蓄電池の不良あるいは放電回路の断線に起因する整流器出力電圧の低下が下限値以下にならないようにしている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
上記の課題を達成するために本発明の無停電電源装置は、交流電源を直流電力に変換する整流器１と、この整流器１の出力直流電力を交流電力に変換するインバータ２と、交流電源が停電した時に前記インバータ２に直流電力を供給する蓄電池３と、常時運転時に基準となる第１電圧指令値と整流器出力電圧とを比較する差動増幅器７と、常時は前記差動増幅器７の比較結果に応じて整流器出力電圧を一定に制御するＰＷＭ波形生成回路８とを有する無停電電源装置であって、前記整流器１の出力電流を検出して出力電流信号を送出する変流器ＣＴ２と、整流器出力電圧Ｖｒｄｃの下限値以下の降圧を制限するリミッタ回路４と、常時運転時の基準となる前記第１電圧指令値Ｖｒｅｆ１と、蓄電池放電時の基準となる第２電圧指令値Ｖｒｅｆ２が加えられ、前記出力電流信号および前記下限値を加算した放電試験電圧指令値とを切り換える切換回路６とを備え、前記蓄電池３の劣化状態判定時に前記切換回路６により第１電圧指令値Ｖｒｅｆ１から切り換えられた前記放電試験電圧指令値と、整流器出力電圧Ｖｒｄｃ／蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃとを前記差動増幅器７において比較し、前記ＰＷＭ波形生成回路８は整流器出力電圧Ｖｒｄｃを常に蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃ以下となるように制御して前記整流器１を待機状態に維持すると共に蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃに追従させることに特徴を有している。
【０００８】
また、上記の課題を達成するために本発明の無停電電源装置は、交流電源を直流電力に変換する整流器１と、この整流器１の出力直流電力を交流電力に変換するインバータ２と、交流電源が停電した時に前記インバータ２に直流電力を供給する蓄電池３と、常時運転時に基準となる第1電圧指令値と整流器出力電圧とを比較する差動増幅器７と、常時は差動増幅器の比較結果に応じて整流器出力電圧を一定に制御するＰＷＭ波形生成回路８を有する無停電電源装置であって、整流器出力電圧Ｖｒｄｃの下限値以下の降圧を制限するリミッタ回路４と、常時運転時の基準となる前記第１電圧指令値Ｖｒｅｆ１と、蓄電池放電時の基準となる蓄電池電圧を分圧した分圧値に前記下限値を加算した放電試験電圧指令値とを切り換える切換回路６とを備え、前記蓄電池３の劣化状態判定時に前記切換回路６により第１電圧指令値Ｖｒｅｆ１から切り換えられた前記放電試験電圧指令値と、蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃとを前記差動増幅器７において比較し、前記ＰＷＭ波形生成回路８は整流器出力電圧Ｖｒｄｃを常に蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃ以下となるように制御して前記整流器１を待機状態に維持すると共に蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃに追従させることに特徴を有している。
【０００９】
【実施例】
以下本発明の具体例を図面を参照して説明する。図１は本発明の第１実施例における整流器制御回路を具備した無停電電源装置のブロック図である。
図においてコンデンサＣ１，リアクトルＬ１は入力の波形整形用フィルタ、ＣＴ１は入力電流を制御する変流器、Ｔ１は無停電電源装置の入力電流波形を正弦波形に制御する基準信号を供給する変圧器、１は交流を直流に変換する整流器、ＣＴ２は整流器出力電流を検出する変流器、コンデンサＣ２は整流器直流出力を平滑するフィルタ、２は直流を交流に変換するインバータ、３は蓄電池である。常時は整流器出力電圧Ｖｒｄｃを差動増幅器７に入力し、第１電圧指令値Ｖｒｅｆ１との差分を検出し、交流入力電源変動、出力電流変動に対して一定の値に制御する信号をＰＷＭ波形生成回路８から整流器１に供給している。
【００１０】
蓄電池３の劣化状態を判定するために蓄電池３を放電させる場合、試験操作スイッチ５により指令信号を切換回路６に入力すると、整流器出力電圧Ｖｒｄｃを制御する電圧指令値は第２電圧指令値Ｖｒｅｆ２に切り替わる。変流器ＣＴ２により検出される検出電流による出力電流信号が整流器出力電圧Ｖｒｄｃの下限値以下の降圧を制限するリミッタ回路４を介して第２電圧指令値Ｖｒｅｆ２に加算される。従って、整流器出力電圧Ｖｒｄｃが蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃよりも高ければ交流電源から電力を供給しようとして整流器１に電流が流れ、変流器ＣＴ２で検出される検出電流による出力電流信号は、電圧指令値Ｖｒｅｆ２と下限値に加算された放電試験電圧指令値として差動増幅器７に入力され、整流器出力電圧Ｖｒｄｃとの差分を０にするよう整流器出力電圧Ｖｒｄｃを蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃ以下に制御する。
【００１１】
整流器出力電圧Ｖｒｄｃが蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃ以下に制御されると、差動増幅器７には、放電試験電圧指令値と蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃが入力される。蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃが低下してくると、差動増幅器７の働きで整流器出力電圧Ｖｒｄｃを上昇させるが、先に説明したように、変流器ＣＴ２からの出力電流信号が第２電圧指令値Ｖｒｅｆ２に加算されるので、整流器出力電圧Ｖｒｄｃを蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃ以下に制御する。すなわち、整流器出力電圧Ｖｒｄｃは蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃに基づいて制御され、蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃに追従することになる。
【００１２】
リミッタ回路４は蓄電池試験放電の時、蓄電池３が寿命となっていて正常な電圧が供給されないとき、または蓄電池３との回路が遮断されていると、整流器出力からインバータ２に電力を供給し、整流器出力に設けられている変流器ＣＴ２に全電流が流れ、このときに整流器出力電圧Ｖｒｄｃを下限値以下に下げすぎないことを目的として設けられている。蓄電池３の放電は、あらかじめ決められた保持時間が経過すると、放電試験指令信号を解除し、電圧指令値は第１電圧指令値Ｖｒｅｆ１に切り替り、変流器ＣＴ２で検出される電流も解除されて整流器出力電圧Ｖｒｄｃは蓄電池放電開始前の状態に復帰する。
【００１３】
蓄電池３が不良、あるいは蓄電池３からの放電回路が断線しているようなときに蓄電池放電試験を実施すると、蓄電池３から供給される電圧は急激に低下するため、待機している整流器出力が自動的にインバータ２に電力を供給し、インバータ２の運転を継続すると共に放電試験指令信号を解除して蓄電池放電開始前の状態に復帰する。本実施例では整流器１の出力電流を検出しているが、整流器１の入力電流を使用してもよい。
【００１４】
図２は本発明の第２実施例における整流器制御回路を具備した無停電電源装置のブロック図であり、蓄電池３を放電する時に、蓄電池３の電圧を抵抗器Ｒ１，Ｒ２で分圧した信号を、差動増幅器７の電圧指令値として使用する方法である。図１と同様コンデンサＣ１，リアクトルＬ１は入力の波形整形用フィルタ、ＣＴ１は入力電流を制御する変流器、Ｔ１は無停電電源装置の入力電流波形を正弦波形に制御する基準信号を供給する変圧器、１は交流を直流に変換する整流器、コンデンサＣ２は整流器直流出力を平滑するフィルタ、２は直流を交流に変換するインバータ、３は蓄電池である。
常時は整流器出力電圧Ｖｒｄｃを差動増幅器７に入力し、第１電圧指令値Ｖｒｅｆ１との差分を検出し、交流入力電源変動、出力電流変動に対して一定の値に制御する信号をＰＷＭ波形生成回路８から整流器１に供給している。
【００１５】
蓄電池３の劣化状態を判定するために蓄電池３を放電させる場合、試験操作スイッチ５により指令信号を切換回路６に入力すると、整流器出力電圧Ｖｒｄｃを制御する電圧指令値は、蓄電池３の分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２，制御電源Ｖｃ，Ｖｓ及びリミッタ回路４の下限値によって定まる放電試験電圧指令値に切り替り、蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃと比較されて整流器出力電圧Ｖｒｄｃを蓄電池放電電圧Ｖｂｄｃに追従して制御される。
【００１６】
リミッタ回路４は蓄電池試験放電の時、蓄電池３が寿命となっていて正常な電圧が供給されない場合、または蓄電池３との回路が遮断されていると、放電試験電圧指令値が低くなりすぎるか、またはなくなってしまうために、整流器出力電圧Ｖｒｄｃを下げすぎないことを目的として下限値が設けられている。第１実施例と同様に、蓄電池３の放電は、あらかじめ決められた保持時間が経過すると、放電試験指令信号を解除し、電圧指令値は第１電圧指令値Ｖｒｅｆ１に切り替り、整流器出力電圧Ｖｒｄｃは蓄電池放電開始前の状態に復帰する。
蓄電池３が不良、あるいは蓄電池３からの放電回路が断線しているようなときに蓄電池放電試験を実施すると、蓄電池３から供給される電圧は急激に低下するため、待機している整流器出力が自動的にインバータ２に電力を供給し、インバータ２の運転を継続すると共に放電試験指令信号を解除して蓄電池放電開始前の状態に復帰する。第２実施例は分流器ＣＴ２を必要としないのでその分第１実施例よりも優れている。
【００１７】
図３は、本発明の無停電電源装置において蓄電池が正常な場合における整流器出力電圧と蓄電池放電電圧との電流分担の関係を示す図である。放電試験開始から放電試験終了までの時間（ｔ）の間、蓄電池放電電圧は蓄電池放電電流Ｉｂによって穏やかに低下し、整流器出力電圧は蓄電池放電電圧よりも常に低めに制御されているので、整流器出力電流Ｉｒは流れない。
【００１８】
図４は、本発明の無停電電源装置において蓄電池が不良あるいは蓄電池放電回路が異常である場合の整流器出力電圧と蓄電池放電電圧との電流分担を示す図である。放電試験を開始しても蓄電池放電電圧が０または極端に低いために蓄電池放電電流は０である。整流器出力電流Ｉｒは整流器出力電圧が下限値まで低下するために一時的に増加（蓄電池放電回路すなわちインバータの負荷が一定である場合）するが、放電試験指令信号を解除して短時間内で蓄電池放電開始前の状態に復帰する。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の無停電電源装置では、電力の供給を停止することのできない重要な負荷設備に使用される蓄電池が、交流入力停電のときに正常に機能するかを点検することを目的として、実負荷状態で蓄電池放電試験を実施する時、蓄電池が不良あるいは蓄電池を充放電する回路が断線していて蓄電池から電力が供給できない場合においても、待機している整流器から電力を供給することで、インバータを停止することなく負荷装置に対して安定な電力を供給できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における無停電電源装置の回路ブロック図である。
【図２】本発明の第２実施例における無停電電源装置の回路ブロック図である。
【図３】本発明の無停電電源装置において蓄電池が正常な場合における整流器出力電圧と蓄電池放電電圧との電流分担の関係を示す図である。
【図４】本発明の無停電電源装置において蓄電池が不良あるいは蓄電池放電回路が異常である場合の整流器出力電圧と蓄電池放電電圧との電流分担を示す図である。
【図５】従来例における無停電電源装置の回路ブロック図である。
【符号の説明】
１  整流器
２  インバータ
３  蓄電池
４  リミッタ回路
５  試験操作スイッチ
６  切換回路
７  差動増幅器
８  ＰＷＭ波形生成回路
Ｃ１  コンデンサ
Ｃ２  コンデンサ
ＣＴ１  変流器
ＣＴ２  変流器
Ｌ１  リアクトル
Ｒ１  抵抗
Ｒ２  抵抗
ＲＦ１  ダイオード
Ｔ１  変圧器
Ｖｂｄｃ  蓄電池放電電圧
Ｖｒｄｃ  整流器出力電圧
Ｖｃ  制御電源
Ｖｓ  制御電源
Ｖｒｅｆ１  第１電圧指令値
Ｖｒｅｆ２  第２電圧指令値
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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