(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の交流電圧を直流電圧に変換し、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するための複数の電力変換器と、前記交流電源の停電時に直流電圧源として動作する蓄電装置と、を備えた無停電電源装置ユニット本体（以下、ユニット本体という）を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ユニット本体を１台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ユニット本体は、
前記電力変換器に流れる交流電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による電流検出値が第２の過電流検出レベルを超えたときに当該電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該電力変換器の動作を停止させるための過電流保護回路と、
前記過電流保護回路の動作時に当該電力変換器を解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、
全ての前記電流検出値の合計値が、前記第２の過電流検出レベルよりも小さい第１の過電流検出レベルを超えたときに、全ての前記電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記電力変換器の動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項２】
交流電源の交流電圧を直流電圧に変換し、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するための複数の電力変換器と、前記交流電源の停電時に直流電圧源として動作する蓄電装置と、を備えた無停電電源装置ユニット本体（以下、ユニット本体という）を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ユニット本体を１台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ユニット本体は、
前記電力変換器に流れる交流電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による電流検出値が第１の過電流検出レベルを超えたときに過電流検出信号を出力すると共に、前記電流検出値が前記第１の過電流検出レベルより大きい第２の過電流検出レベルを超えたときに当該電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該電力変換器の動作を停止させる過電流保護回路と、
前記過電流保護回路の動作時に当該電力変換器を解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、
何れかの前記ユニット本体から前記過電流検出信号が出力されたときに、全ての前記電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記電力変換器の動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項３】
交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源の停電時に前記インバータに直流電圧を供給するための蓄電装置と、を備えた無停電電源装置ユニット本体（以下、ユニット本体という）を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ユニット本体を１台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ユニット本体は、
前記インバータの出力電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による電流検出値が第２の過電流検出レベルを超えたときに当該インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該インバータの動作を停止させるための過電流保護回路と、
前記過電流保護回路の動作時に当該インバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、
全ての前記電流検出値の合計値が、前記第２の過電流検出レベルよりも小さい第１の過電流検出レベルを超えたときに、全ての前記インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記インバータの動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項４】
交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源の停電時に前記インバータに直流電圧を供給するための蓄電装置と、を備えた無停電電源装置ユニット本体（以下、ユニット本体という）を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ユニット本体を１台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ユニット本体は、
前記インバータの出力電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による電流検出値が第１の過電流検出レベルを超えたときに過電流検出信号を出力すると共に、前記電流検出値が前記第１の過電流検出レベルより大きい第２の過電流検出レベルを超えたときに当該インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該インバータの動作を停止させる過電流保護回路と、
前記過電流保護回路の動作時に当該インバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、
何れかの前記ユニット本体から前記過電流検出信号が出力されたときに、全ての前記インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記インバータの動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項５】
交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源の停電時に前記インバータに直流電圧を供給するための蓄電装置と、を備えた無停電電源装置ユニット本体（以下、ユニット本体という）を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ユニット本体を１台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ユニット本体は、
前記コンバータの入力電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による電流検出値が第２の過電流検出レベルを超えたときに当該コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該コンバータの動作を停止させるための過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該コンバータを解列する手段と、
を備え、
前記制御装置は、
全ての前記電流検出値の合計値が、前記第２の過電流検出レベルよりも小さい第１の過電流検出レベルを超えたときに、全ての前記コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記コンバータの動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする無停電電源システム。
【請求項６】
交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源の停電時に前記インバータに直流電圧を供給するための蓄電装置と、を備えた無停電電源装置ユニット本体（以下、ユニット本体という）を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ユニット本体を１台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ユニット本体は、
前記コンバータの入力電流を検出する電流検出器と、
前記電流検出器による電流検出値が第１の過電流検出レベルを超えたときに過電流検出信号を出力すると共に、前記電流検出値が前記第１の過電流検出レベルより大きい第２の過電流検出レベルを超えたときに当該コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該コンバータの動作を停止させる過電流保護回路と、
前記過電流保護回路の動作時に当該コンバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、
何れかの前記ユニット本体から前記過電流検出信号が出力されたときに、全ての前記コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記コンバータの動作を停止させる手段を備えたことを特徴とする無停電電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源と負荷との間に、ユニット型の無停電電源装置（ＵＰＳ）を複数台、並列に接続して構成される無停電電源システムに関し、詳しくは、定格を超える電流がＵＰＳに流れた場合の過電流保護技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＵＰＳは、交流電源の停電時にバッテリーから負荷へ電力を供給するための装置であり、交流電源に接続されて交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ（整流器）、直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータ、更には、直流中間回路に接続されて蓄電装置の充放電を制御するチョッパ等を備えている。
この種のＵＰＳでは、インバータの出力電圧やコンバータ及びチョッパの電流等を一定に制御する必要があり、その制御方法の一例として、各変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルス幅を調整する、いわゆるＰＷＭ（パルス幅変調）制御が行われている。
【０００３】
一方、ＵＰＳをユニット化し、複数台のＵＰＳユニットを交流電源と負荷との間に並列に接続して構成される無停電電源システムが知られている。この無停電電源システムによれば、ユニットの増設によって容量の増大が可能であり、また、複数台のユニットのうち１台が故障した場合には、当該ユニットを解列して残りのユニットで運転を継続することにより、システム全体の信頼性の向上が可能である。
【０００４】
図４は、複数台（例えば３台）のＵＰＳユニットからなる無停電電源システムを示しており、特許文献１や特許文献２に記載されているシステムとほぼ同様のものである。
図４において、１は交流電源、２は無停電電源システム、３は負荷である。無停電電源システム２は、互いに並列に接続された３台のＵＰＳユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃ、バイパス回路２１、及びバイパス用コンタクタ２２を備えている。
【０００５】
ＵＰＳユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃの構成は全て同一であり、２０１はコンバータ、２０２はインバータ、２０３は入力側コンタクタ、２０４，２０６，２０８，２１０はインダクタ、２０５，２０９はフィルタ用のコンデンサ、２０７は直流中間コンデンサ、２２１，２２２は電流検出器、２５０はコンバータ２０１及びインバータ２０２をＰＷＭ制御するための制御装置である。図４では、直流中間回路に接続されるチョッパやバッテリーを省略してある。
以下では、コンバータ２０１及びインバータ２０２を構成する半導体スイッチング素子がＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）であるものとして説明を続ける。
【０００６】
図４の従来技術では、ＵＰＳユニット２Ａ，２Ｂ，２Ｃがそれぞれ制御装置２５０を備えており、各制御装置２５０からコンバータ２０１及びインバータ２０２にＩＧＢＴのゲートパルスを出力して運転を行っている。
しかし、この場合にはＵＰＳユニットの台数分だけ制御装置２５０が必要であるため、コストが高くなり、装置全体の消費電力が大きくなるという問題がある。
【０００７】
そこで、特許文献３に示されるように、コンバータ２０１及びインバータ２０２等の電力変換器を含むＵＰＳユニット本体のみを複数台、並列に接続し、これらのユニット本体に、単一の制御装置から出力される共通のゲートパルスを分配して運転する方式も提案されている。
図５は、この従来技術の構成を示すもので、２’は無停電電源システム、２Ｄ，２Ｅ，２ＦはＵＰＳユニット本体、２２３，２２４は電流検出器、２６０は制御装置であり、その他の部分には図４と同一の番号を付してある。
【０００８】
次に、図４に示した従来技術において、ＵＰＳユニット等の出力電流が過大になったときの保護動作について説明する。図６は、図４の制御装置２５０に搭載される過電流保護回路のブロック図であり、図４のＵＰＳユニット、例えばＵＰＳユニット２Ａにおける電流検出器２２２の電流検出値に基づいて過電流保護を行う場合を想定している。
【０００９】
ここで、ＵＰＳユニットの出力電流が過電流になる要因を大別すると、以下のとおりである。
［過電流の第１の要因］
ＵＰＳユニットに接続される負荷に起因する過電流として、以下のようなものがある。
・トランスやコンデンサを接続した直後に発生する突入電流による一時的な過電流
・負荷側で短絡が発生して流れる短絡電流による恒久的な過電流
［過電流の第２の要因］
ＵＰＳユニット等の装置が故障したことにより、電流が制御不能な状態になって流れる過電流
【００１０】
図６に示す過電流保護回路では、上記の要因ごとのケースに対応できるように過電流検出レベルを２段階に分け、各レベルに応じて以下のように保護動作を実施している。
（１）第１の過電流検出レベルＩｔｈ１による保護動作
前述した第１の要因のように、負荷に起因して過電流が発生した場合の保護動作である。図６における第１の過電流検出レベルＩｔｈ１は、後述する第２の過電流検出レベルＩｔｈ２よりも小さい値に設定されており、保護動作は次の手順で実行される。
【００１１】
（1-1）通常時は、図６の制御演算部２５１及びゲートパルス生成回路２５２の動作により、インバータ２０２のＩＧＢＴに対するゲートパルスが論理回路２５５，２５８を介して出力されている。
この状態で、電流検出器２２２により検出されるインバータ２０２の出力電流が第１の過電流検出レベルＩｔｈ１を超えると、第１の過電流検出回路２５３からの過電流検出信号がオフ遅延回路２５４に入力される。オフ遅延回路２５４は、上記過電流検出信号を受けて「Ｈｉｇｈ」レベルの遮断信号を一定期間（数［μｓ］〜数１００［μｓ］）出力する。この信号は「Ｌｏｗ」レベルに反転して論理回路２５５に入力されるため、上記一定期間にわたってゲートパルスが遮断される。
これにより、インバータ２０２の全てのＩＧＢＴに対するゲートパルスの出力が一定期間停止され、ＩＧＢＴがオフする。
【００１２】
（1-2）インバータ２０２の全てのＩＧＢＴがオフするとＵＰＳユニット２Ａが電圧出力を停止するため、負荷３側に流れている過電流は減少する。
（1-3）上記一定期間が経過すると、オフ遅延回路２５４の出力信号のレベルが反転するため、論理回路２５５，２５８を介してＩＧＢＴに対するゲートパルスの出力が再開される。
（1-4）ゲートパルスの出力の再開によってインバータ２０２の出力電流が増加し、再び第１の過電流検出レベルＩｔｈ１に達した場合は、上記（1-1）〜（1-3）の動作を繰り返す。
以上の動作により、突入電流等の一時的な過電流によってインバータ２０２の出力電流が装置の定格を超えてしまい、装置を故障させるのを防止することができる。
【００１３】
なお、上述したゲートパルスの出力の停止⇔再開の繰り返しが断続的に数［ｓ］〜数１０［ｓ］継続した場合は、突入電流等の一時的な過電流ではなく負荷短絡等による恒久的な要因が発生したものと判断する。
この場合には、インバータ２０２の動作を停止させてバイパス回路２１による負荷への給電に切替えるものであり、具体的には、以下に述べるような切替動作を行う。
【００１４】
（２）バイパス回路への切替動作
（2-1）制御装置２５０がゲートパルスの出力を停止して、インバータ２０２のＩＧＢＴをオフする。
（2-2）入力側コンタクタ２０３及び出力側コンタクタ２１１をオフして、ＵＰＳユニット２Ａを解列する。
（2-3）バイパス用コンタクタ２２をオンし、負荷３を、バイパス回路２１を介して交流電源１に接続する。
【００１５】
（３）第２の過電流検出レベルＩｔｈ２による保護動作
前述した第２の要因のように、ＵＰＳユニット等の装置の故障によって過電流が発生した場合の保護動作であり、第１の過電流検出レベルＩｔｈ１よりも大きい第２の過電流検出レベルＩｔｈ２に基づいて保護動作を実行する。
第１の過電流検出レベルＩｔｈ１による保護動作では過電流を抑制できず、電流検出値が第２の過電流検出レベルＩｔｈ２を超えてしまった場合は、装置に何らかの故障が発生して電流制御が不能になっているものと判断する。
この場合には、図６における第２の過電流検出回路２５６及びラッチ回路２５７の動作により、論理回路２５８を介してインバータ２０２の全てのＩＧＢＴに対するゲートパルスの出力を停止し、バイパス回路２１による負荷３への給電に切替える。バイパス回路２１に切り替える具体的手順は、前述した通りである。
【００１６】
なお、複数台の並列運転ではなくインバータ装置を単機で運転する場合に、過電流検出レベルとして下位レベル，上位レベルの２種類を設定して過電流保護を行う従来技術は、例えば特許文献４に記載されている。
図４に示したように、ＵＰＳユニットが複数台、並列に接続されている無停電源システムでは、各ユニットに制御装置２５０が設けられているため、特許文献４に開示された従来技術のごとく、単機のインバータ装置の場合と同様に、２種類の過電流検出レベルを用いた過電流保護方式を適用することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０１１−５０２２８号公報（図１〜図３等）
【特許文献２】特開２００９−２５４１２２号公報（図１，図３等）
【特許文献３】特開２００２−１０１６７０号公報（図１等）
【特許文献４】特開平１−２９５６８０号公報（図１等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
一方、図５に示したように、１台の制御装置２６０によりＵＰＳユニット本体２Ｄ，２Ｅ，２Ｆを制御する無停電電源システムにおいて前述の過電流保護方式を適用する場合には、以下の（ａ）〜（ｄ）のような特徴あるいは問題がある。
（ａ）図５では、複数台のＵＰＳユニット本体の出力端に単一の電流検出器２２４が設置され、各ユニット本体の出力電流を一括してその合計値を検出している。
（ｂ）上記の出力電流合計値が第１の過電流検出レベルＩｔｈ１に達して過電流保護動作によりインバータ２０２のＩＧＢＴのゲートパルスをオフすると、各ユニット本体に内蔵されている出力フィルタ用のコンデンサ２０９が放電し、コンデンサ２０９の電圧が低下する。
（ｃ）コンデンサ２０９の電圧が低下した状態でゲートパルスの出力を再開し、インバータ２０２を再運転すると、インバータ２０２からコンデンサ２０９に突入電流が流れる。
（ｄ）しかし、電流検出器２２４が一括して設置されている電流検出位置では、コンデンサ２０９への突入電流を検出することができない。このため、ゲートパルスの出力再開時には過電流保護が働かず、最悪の場合にはインバータ２０２が故障するおそれがある。
【００１９】
更に、１台のＵＰＳユニット本体が故障したことにより出力電流の合計値が第２の過電流検出レベルＩｔｈ２を超えたとしても、故障したＵＰＳユニット本体を特定できないため、安全のために全てのＵＰＳユニット本体の運転を停止しなければならない。
従って、複数台のＵＰＳユニットからなる無停電電源システムの特徴である信頼性向上という利点が得られなくなる。
【００２０】
そこで、本発明の解決課題は、１台の制御装置により複数台のＵＰＳユニット本体を制御する無停電電源システムにおいて、各ユニット本体の過電流保護を万全に行いつつ信頼性の向上を可能にした無停電電源システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換し、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するための複数の電力変換器と、前記交流電源の停電時に直流電圧源として動作する蓄電装置と、を備えたＵＰＳユニット本体を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ＵＰＳユニット本体を１台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ＵＰＳユニット本体は、前記電力変換器に流れる交流電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器による電流検出値が第２の過電流検出レベルを超えたときに当該電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該電力変換器の動作を停止させるための過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該電力変換器を解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、全ての前記電流検出値の合計値が、前記第２の過電流検出レベルよりも小さい第１の過電流検出レベルを超えたときに、全ての前記電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記電力変換器の動作を停止させる手段を備えたものである。
【００２２】
請求項２に係る発明は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換し、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するための複数の電力変換器と、前記交流電源の停電時に直流電圧源として動作する蓄電装置と、を備えたＵＰＳユニット本体を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ＵＰＳユニット本体を１台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ＵＰＳユニット本体は、前記電力変換器に流れる交流電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器による電流検出値が第１の過電流検出レベルを超えたときに過電流検出信号を出力すると共に、前記電流検出値が前記第１の過電流検出レベルより大きい第２の過電流検出レベルを超えたときに当該電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該電力変換器の動作を停止させる過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該電力変換器を解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、何れかの前記ＵＰＳユニット本体から前記過電流検出信号が出力されたときに、全ての前記電力変換器の半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記電力変換器の動作を停止させる手段を備えたものである。
【００２３】
請求項３に係る発明は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源の停電時に前記インバータに直流電圧を供給するための蓄電装置と、を備えたＵＰＳユニット本体を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ＵＰＳユニット本体を１台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ＵＰＳユニット本体は、前記インバータの出力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器による電流検出値が第２の過電流検出レベルを超えたときに当該インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該インバータの動作を停止させるための過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該インバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、全ての前記電流検出値の合計値が、前記第２の過電流検出レベルよりも小さい第１の過電流検出レベルを超えたときに、全ての前記インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記インバータの動作を停止させる手段を備えたものである。
【００２４】
請求項４に係る発明は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源の停電時に前記インバータに直流電圧を供給するための蓄電装置と、を備えたＵＰＳユニット本体を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ＵＰＳユニット本体を１台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ＵＰＳユニット本体は、前記インバータの出力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器による電流検出値が第１の過電流検出レベルを超えたときに過電流検出信号を出力すると共に、前記電流検出値が前記第１の過電流検出レベルより大きい第２の過電流検出レベルを超えたときに当該インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該インバータの動作を停止させる過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該インバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、何れかの前記ユニット本体から前記過電流検出信号が出力されたときに、全ての前記インバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記インバータの動作を停止させる手段を備えたものである。
【００２５】
請求項５に係る発明は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源の停電時に前記インバータに直流電圧を供給するための蓄電装置と、を備えたＵＰＳユニット本体を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ＵＰＳユニット本体を１台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ＵＰＳユニット本体は、前記コンバータの入力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器による電流検出値が第２の過電流検出レベルを超えたときに当該コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該コンバータの動作を停止させるための過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該コンバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、全ての前記電流検出値の合計値が、前記第２の過電流検出レベルよりも小さい第１の過電流検出レベルを超えたときに、全ての前記コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記コンバータの動作を停止させる手段を備えたものである。
【００２６】
請求項６に係る発明は、交流電源の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、前記交流電源の停電時に前記インバータに直流電圧を供給するための蓄電装置と、を備えたＵＰＳユニット本体を、前記交流電源と前記負荷との間に複数台、並列に接続し、かつ、全ての前記ＵＰＳユニット本体を１台の制御装置によって制御するようにした無停電電源システムにおいて、
前記ＵＰＳユニット本体は、前記コンバータの入力電流を検出する電流検出器と、前記電流検出器による電流検出値が第１の過電流検出レベルを超えたときに過電流検出信号を出力すると共に、前記電流検出値が前記第１の過電流検出レベルより大きい第２の過電流検出レベルを超えたときに当該コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを遮断して当該コンバータの動作を停止させる過電流保護回路と、前記過電流保護回路の動作時に当該コンバータを解列する手段と、を備え、
前記制御装置は、何れかの前記ＵＰＳユニット本体から前記過電流検出信号が出力されたときに、全ての前記コンバータの半導体スイッチング素子に対する駆動パルスを一定期間遮断して全ての前記コンバータの動作を停止させる手段を備えたものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、過電流保護回路を備えた複数台のＵＰＳユニット本体とこれらを制御する１台の制御装置とを備えることにより、負荷への突入電流等の一時的な過電流が発生した場合には、全てのインバータまたはコンバータの動作を一定期間、停止して電流を抑制し、過電流保護を行うことができる。また、ＵＰＳユニット本体等の故障により電流を制御できなくなった場合には、当該ユニット本体を解列して保護すると共に、他のＵＰＳユニット本体の運転を継続してシステムの信頼性を確保することができる。
また、制御装置を１台のみ使用することで、システム全体のコストや消費電力の低減が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る無停電電源システムの構成図である。
【図２】本発明の第１実施例に係る過電流保護回路及び制御装置の構成図である。
【図３】本発明の第２実施例に係る過電流保護回路及び制御装置の構成図である。
【図４】無停電電源システムの従来技術を示す構成図である。
【図５】無停電電源システムの他の従来技術を示す構成図である。
【図６】従来の過電流保護回路の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図に沿って本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る無停電電源システムの構成図であり、図４，図５と同一の機能を有する部分には同一の番号を付してある。図１において、２Ｇ，２Ｈ，２ＩはＵＰＳユニット本体（以下、ユニット本体ともいう）であり、何れも同一の構成であるため、以下ではユニット本体２Ｇを例に挙げてその構成を説明する。
【００３０】
ユニット本体２Ｇは、図４，図５と同様に、交流電源１の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ２０１と、コンバータ２０１から出力される直流電圧を所定の大きさ及び周波数の交流電圧に変換して負荷３に供給するインバータ２０２とを備えている。また、図示されていないが、コンデンサ２０７を有する直流中間回路に接続されてバッテリー等の蓄電装置の充放電を制御するチョッパ等を備えている。
【００３１】
ユニット本体２Ｇが図４，図５におけるユニット本体２Ａ〜２Ｆと異なる点は、コンバータ２０１の入力電流が過電流となった時にコンバータ２０１を保護するための過電流保護回路２３１と、インバータ２０２の出力電流が過電流となった時にインバータ２０２を保護するための過電流保護回路２３２とを備え、これらの過電流保護回路２３１，２３２が１台の制御装置２７０に接続されている点である。
他のユニット本体２Ｈ，２Ｉについても、過電流保護回路２３１，２３２が制御装置２７０に接続されており、１台の制御装置２７０によって全てのユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉのコンバータ２０１及びインバータ２０２の過電流保護動作を行いつつゲートパルスの供給・停止を制御している。
【００３２】
なお、交流電源１と負荷３との間に接続されるバイパス回路２１及びバイパス用コンタクタ２２は、従来技術と同様に、全てのユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉが同時に故障した場合等に、これらの運転を停止して交流電源１から負荷３にバイパス給電するためのものである。制御装置２７０は、バイパス用コンタクタ２２を開閉制御する機能も備えている。
【００３３】
次に、第１実施例，第２実施例として、例えばインバータ２０２側の過電流保護回路２３２及び制御装置２７０の構成、作用を以下に説明する。
［第１実施例］
まず、第１実施例に相当する図２は、過電流保護回路２３２を中心としたユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉ、及び、制御装置２７０の構成を示した図である。この第１実施例は、請求項１，３に係る発明に相当する。
図２のユニット本体２Ｇにおいて、電流検出器２２２はリアクトル２０８（図１参照）に流れるインバータ２０２の出力電流を検出しており、その電流検出値に相当する電流検出器２２２の出力電圧は過電流保護回路２３２に入力される。
【００３４】
過電流保護回路２３２では、上記出力電圧が電圧−電流変換回路２３４によって電流信号Ｉｄｅｔ１に変換され、共通信号線２４０を介して制御装置２７０内の電流−電圧変換回路２７６に入力される。ここで、共通信号線２４０には、全てのユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉからの電流信号Ｉｄｅｔ１〜Ｉｄｅｔ３が重畳されており、その合計値Ｉｄｅｔが電流−電圧変換回路２７６に入力されている。
【００３５】
上記のように第１実施例では、ユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉの内部で電流検出器２２２の出力を電流信号Ｉｄｅｔ１〜Ｉｄｅｔ３に変換しているため、全てのユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉと制御装置２７０とを１本の共通信号線２４０により接続して配線数を減らすことができる。仮に、電流検出器２２２による電流検出値相当の電圧信号をそのまま制御装置に送出する場合には、図４に示したように各ユニット本体と制御装置とを１対１で接続する必要があるため、信号線の配線数がユニット本体の台数分、必要になるが、この第１実施例ではそのような不都合がない。
【００３６】
なお、図２の過電流保護回路２３２には、電圧−電流変換回路２３４以外に、電流検出器２２２の出力と第２の過電流検出レベルＩｔｈ２とが入力される第２の過電流検出回路２３３と、その出力をラッチするラッチ回路２３５と、制御装置２７０からのゲートパルスとラッチ回路２３５の出力とが入力される論理回路２３６と、が設けられている。これらの回路２３３，２３５，２３６の機能は、図６に示した各回路２５６，２５７，２５８とそれぞれ同一である。
【００３７】
図２の制御装置２７０において、電流−電圧変換回路２７６から出力される電圧信号（電流信号の合計値Ｉｄｅｔに相当する電圧信号）は第１の過電流検出回路２７３に入力される。この過電流検出回路２７３には、第１の過電流検出レベルＩｔｈ１も入力されており、電流−電圧変換回路２７６からの電圧信号が過電流検出レベルＩｔｈ１を超えたときに発生する過電流検出信号がオフ遅延回路２７４に入力されている。オフ遅延回路２７４は、上記過電流検出信号を受けて、「Ｈｉｇｈ」レベルの遮断信号を一定期間（数［μｓ］〜数１００［μｓ］）出力する。
ここで、第１の過電流検出レベルＩｔｈ１は、図６と同様に、過電流保護回路２３２内の第２の過電流検出レベルＩｔｈ２よりも小さい値に設定されている。
【００３８】
第１の過電流検出回路２７３から出力される過電流検出信号は、制御演算部２７１にも入力されている。この制御演算部２７１には各部の電流・電圧検出値が入力されており、所定の演算によりインバータ２０２の出力電圧を指令値に一致させる指令を生成してゲートパルス生成回路２７２に出力し、ゲートパルス生成回路２７２は、前記指令に従ってインバータ２０２のＩＧＢＴに対するゲートパルスを生成する。
上記ゲートパルスは、オフ遅延回路２７４の出力信号が入力される論理回路２７５を介してユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉの過電流保護回路２３２内の論理回路２３６に入力され、この論理回路２３６を介してインバータ２０２のＩＧＢＴに与えられるようになっている。
【００３９】
以上のように構成された第１実施例では、ユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉから出力される電流信号の合計値Ｉｄｅｔに相当する電圧信号が第１の過電流検出レベルＩｔｈ１を超えると過電流検出回路２７３が過電流検出信号を出力し、オフ遅延回路２７４からの遮断信号が論理回路２７５に入力されるため、ゲートパルスが一定期間、遮断される。これにより、全てのユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉのインバータ２０２に対するゲートパルスが一定期間、遮断されてインバータ２０２が運転を停止する。これにより、突入電流等により一時的に過電流が発生した場合に、ユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉが故障しないように保護動作が行われる。
【００４０】
また、制御装置２７０においては、第１の過電流検出回路２７３から出力される過電流検出信号が制御演算部２７１にも入力されている。このため、例えば過電流検出信号が断続的に数秒間継続したような場合には、過電流が突入電流等による一時的なものではないと判断し、ゲートパルスを生成するための指令の演算を停止することにより、全てのユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉ、すなわち全てのインバータ２０２の運転を停止する。これと同時に、図１におけるバイパス用コンタクタ２２をオンしてバイパス回路２１からの給電に切り替えることが可能である。
【００４１】
なお、過電流保護回路２３２内の第２の過電流検出レベルＩｔｈ２は第１の過電流検出レベルＩｔｈ１よりも大きいため、通常は、第１の過電流検出レベルＩｔｈ１を用いた保護動作によってインバータ２０２の出力電流が抑制されるので、第２の過電流検出レベルＩｔｈ２には達しないはずである。それにも関わらず、何れかのユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉに何らかの異常（例えば、インバータ２０２のＩＧＢＴの短絡故障等）が発生して電流が制御できなくなっている場合には、インバータ２０２の出力電流が第２の過電流検出レベルＩｔｈ２を超えることがある。
【００４２】
このような場合には、第２の過電流検出回路２３３から出力される過電流検出信号をラッチ回路２３５によりラッチし、論理回路２３６を介してインバータ２０２へのゲートパルスの出力を停止する。また、当該インバータ２０２を有するユニット本体内の入力側及び出力側のコンタクタ２０３，２１１をオフすることにより、異常なユニット本体を解列することができる。
これにより、過電流が流れているユニット本体のみを切り離して他のユニット本体による運転を継続することができ、無停電電源システムの特徴の一つである信頼性の向上が可能になる。
【００４３】
更に、制御装置２７０内の第１の過電流検出回路２７３、オフ遅延回路２７４、制御演算部２７１等に異常が発生した結果、全てのインバータ２０２の出力電流が第２の過電流検出レベルＩｔｈ２を超えるような場合には、全ての第２の過電流検出回路２３３の動作によってユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉの運転を停止し、これらを保護することができる。
【００４４】
［第２実施例］
次に、第２実施例に相当する図３は、過電流保護回路２３２’を中心としたユニット本体２Ｇ’，２Ｈ’，２Ｉ’、及び、制御装置２７０’の構成を示した図である。ここで、制御装置２７０’は、図１，図２における制御装置２７０と同様に、全てのユニット本体２Ｇ’，２Ｈ’，２Ｉ’を制御するために１台だけ設けられている。
この第２実施例は、請求項２，４に係る発明に相当する。
【００４５】
図３のユニット本体２Ｇ’において、電流検出器２２２はリアクトル２０８（図１参照）に流れるインバータ２０２の出力電流を検出し、その電流検出値に相当する電流検出器２２２の出力電圧は過電流保護回路２３２’に入力されている。上記出力電圧は第１の過電流検出回路２３８及び第２の過電流検出回路２３３に入力され、これらの過電流検出回路２３８，２３３には、第１の過電流検出レベルＩｔｈ１、第２の過電流検出レベルＩｔｈ２がそれぞれ入力されている。第１実施例と同様に、第１の過電流検出レベルＩｔｈ１は第２の過電流検出レベルＩｔｈ２より小さく設定されている。
【００４６】
第２の過電流検出回路２３３の出力はラッチ回路２３５に入力され、ラッチ回路２３５の出力は、制御装置２７０’からのゲートパルスが入力される論理回路２３６に送られている。また、論理回路２３６から出力されるゲートパルスはインバータ２０２のＩＧＢＴに与えられる。
【００４７】
一方、第１の過電流検出回路２３８の出力は、エミッタが接地されたトランジスタ２３９のベースに入力され、トランジスタ２３９のコレクタは、他のユニット本体２Ｈ’，２Ｉ’内のトランジスタ２３９のコレクタと一括して制御装置２７０’内のプルアップ抵抗２７８の一端（コンパレータ２７９ｂの非反転入力端子）に接続されている。
なお、コンパレータ２７９ｂの反転入力端子は、直流電源ＶｃｃとＧＮＤとの間に接続された分圧抵抗２７９ｂの分圧点に接続されている。
【００４８】
制御装置２７０’において、コンパレータ２７９ｂの出力は反転回路２７７を介してオフ遅延回路２７４に入力され、その出力は論理回路２７５に入力されている。
また、制御装置２７０’には、図２と同様に制御演算部２７１及びゲートパルス生成回路２７２が設けられ、ゲートパルス生成回路２７２からのゲートパルスは論理回路２７５を介してユニット本体２Ｇ’，２Ｈ’，２Ｉ’の過電流保護回路２３２’内の論理回路２３６にそれぞれ入力されている。
【００４９】
この第２実施例において、電流検出器２２２による電流検出値相当の出力電圧は第１の過電流検出回路２３８に入力され、上記出力電圧が第１の過電流検出レベルＩｔｈ１を超えると過電流検出回路２３８から過電流検出信号が出力され、後続のトランジスタ２３９をオンさせる。
共通信号線２４０の電圧は過電流検出信号に相当するものであり、この電圧は、通常は電源電圧Ｖｃｃ相当にプルアップされているが、ユニット本体２Ｇ’，２Ｈ’，２Ｉ’の何れかのトランジスタ２３９がオンすることにより、ＧＮＤ電位に低下する。これと同時に、制御装置２７０’内のコンパレータ２７９ｂの非反転入力端子の電圧もＧＮＤ電位に低下するので、コンパレータ２７９ｂの出力は「Ｌｏｗ」レベルに変化する。
【００５０】
このため、反転回路２７７を介して、オフ遅延回路２７４には「Ｈｉｇｈ」レベルの過電流検出信号が入力されるため、オフ遅延回路２７４から、「Ｈｉｇｈ」レベルの遮断信号が一定期間（数［μｓ］〜数１００［μｓ］）、論理回路２７５に入力される。
これにより、全てのユニット本体２Ｇ’，２Ｈ’，２Ｉ’のインバータ２０２に対するゲートパルスが一定期間、遮断されてインバータ２０２が運転を停止するので、突入電流等により一時的に過電流が発生した場合に、インバータ２０２の出力電流を抑制しつつユニット本体２Ｇ’，２Ｈ’，２Ｉ’が故障しないように保護動作が行われる。
【００５１】
なお、反転回路２７７の出力は制御演算部２７１にも入力されており、過電流検出が断続的に数秒間継続した場合には、過電流が突入電流等による一時的なものではないと判断し、制御演算部２７１による演算を停止して全てのユニット本体２Ｇ’，２Ｈ’，２Ｉ’、すなわち全てのインバータ２０２の運転を停止する。これと同時に、図１のバイパス用コンタクタ２２をオンしてバイパス回路２１からの給電に切り替える。
【００５２】
更に、過電流保護回路２３２’には、第１実施例の過電流保護回路２３２と同様に、第２の過電流検出回路２３３、ラッチ回路２３５及び論理回路２３６が設けられている。
例えば、ユニット本体２Ｇ’に何らかの異常が発生して電流が制御できなくなり、インバータ２０２の出力電流が第２の過電流検出レベルＩｔｈ２を超えるような場合には、第２の過電流検出回路２３３から出力される過電流検出信号をラッチ回路２３５にてラッチし、論理回路２３６を介してインバータ２０２へのゲートパルスの出力を停止する。また、当該インバータ２０２を有するユニット本体２Ｇ’内の入力側及び出力側のコンタクタ２０３，２１１をオフすることにより、故障が発生したユニット本体２Ｇ’を解列する。
よって、他のＵＰＳユニット本体の運転を継続し、無停電電源システムの特徴の一つである信頼性の向上を図ることができる。
【００５３】
また、制御装置２７０’内のオフ遅延回路２７４、制御演算部２７１等に異常が発生した結果、全てのインバータ２０２の出力電流が第２の過電流検出レベルＩｔｈ２を超えるような場合には、全ての第２の過電流検出回路２３３の動作によってユニット本体２Ｇ’，２Ｈ’，２Ｉ’の運転を停止し、これらを保護することができる。
【００５４】
上述した第１，第２実施例は、図１のインバータ２０２の出力電流が過電流となった場合の保護動作に関するものである。しかし、これらの実施例による過電流保護動作は、請求項５，６に記載するように、図１のコンバータ２０１の入力電流が過電流となった場合にも同様に適用することができる。
【００５５】
すなわち、図２，図３のユニット本体２Ｇ，２Ｈ，２Ｉまたは２Ｇ’，２Ｈ’，２Ｉ’内の電流検出器２２２を図１におけるコンバータ２０１の入力側の電流検出器２２１に置き換えて図１の過電流保護回路２３１に接続し、過電流保護回路２３１の構成を図２の過電流保護回路２３２または図３の過電流保護回路２３２’と同一にすると共に、図２，図３のインバータ２０２をコンバータ２０１に置き換えれば良い。
つまり、本発明は、ＵＰＳユニット本体を構成する電力変換器としてのインバータ２０２またはコンバータ２０１を交流の過電流から保護するために適用することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１：交流電源系統
２Ｘ：無停電電源システム
２Ｇ，２Ｇ’，２Ｈ，２Ｈ’，２Ｉ，２Ｉ’：ＵＰＳユニット本体
２１：バイパス回路
２２：バイパス用コンタクタ
２０１：コンバータ（整流器）
２０２：インバータ
２０３：入力側コンタクタ
２０４，２０６，２０８，２１０：インダクタ
２０５，２０９：コンデンサ
２０７：直流中間コンデンサ
２１１：出力側コンタクタ
２２１，２２２：電流検出器
２３１，２３２，２３２’：過電流保護回路
２３３：第２の過電流検出回路
２３４：電圧−電流変換回路
２３５：ラッチ回路
２３６：論理回路
２３８：第１の過電流検出回路
２３９：トランジスタ
２４０：共通信号線
２７０，２７０’：制御装置
２７１：制御演算部
２７２：ゲートパルス生成回路
２７３：第１の過電流検出回路
２７４：オフ遅延回路
２７５：論理回路
２７６：電流−電圧変換回路
２７７：反転回路
２７８：プルアップ抵抗
２７９ａ：分圧回路
２７９ｂ：コンパレータ
【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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【図６】
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