(57)【要約】  【課題】  蓄電池の直列数を増やすことなく、また、充電用抵抗器、充電用スイッチなどを用いたコンデンサの初期充電回路を付加することなく、突入電流の小さいコンデンサの初期充電を実現できる電力変換装置を提供する。    【解決手段】  入力交流電源電圧変動が所定の範囲内の場合に、出力交流電圧を一定の電圧に保つ電力変換装置において、交流電源と装置入力とを電気的に切り離すための切り離し手段と、交流電源を整流してコンデンサで平滑された直流に変換した後交流に変換する交流−交流変換回路と、蓄電池と、前記蓄電池から前記コンデンサの充電および前記コンデンサから前記蓄電池への充電の両方向または片方向を行わせる直流―直流変換回路と、を備え、起動指令を受けて、前記切り離し手段が開路の状態で、前記蓄電池から前記直流−直流変換回路で前記コンデンサを交流電源のピーク値付近以上の電圧まで充電し、その後切り離し手段を閉路状態とする【選択図】  図１
2005102476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力交流電源電圧変動が所定の範囲内の場合に、出力交流電圧を一定の電圧に保つ電力変換装置において、
交流電源と装置入力とを電気的に切り離すための切り離し手段と、交流電源を整流してコンデンサで平滑された直流に変換した後交流に変換する交流−交流変換回路と、蓄電池と、前記蓄電池から前記コンデンサの充電および前記コンデンサから前記蓄電池への充電の両方向または片方向を行わせる直流―直流変換回路と、を備え、起動指令を受けて、前記切り離し手段が開路の状態で、前記蓄電池から前記直流−直流変換回路で前記コンデンサを交流電源のピーク値付近以上の電圧まで充電し、その後切り離し手段を閉路状態とすることを特徴とする電力変換装置の起動方法。
【請求項２】
入力交流電源電圧変動が所定の範囲内の場合に、出力交流電圧を一定の電圧に保つ電力変換装置において、
交流電源と装置入力とを電気的に切り離すための切り離し手段と、交流電源を整流してコンデンサで平滑された直流に変換した後交流に変換する交流−交流変換回路と、蓄電池と、前記蓄電池から前記コンデンサの充電および前記コンデンサから前記蓄電池への充電の両方向または片方向を行わせる直流―直流変換回路と、前記交流電源の電圧に応じて前記コンデンサの予備充電電圧を決定する充電電圧指令演算手段とを備え、起動指令を受けて、前記切り離し手段が開路の状態で、前記蓄電池から前記直流−直流変換回路で前記コンデンサを前記充電電圧指令演算手段により決定された予備充電電圧まで充電し、その後前記切り離し手段を閉路状態とすることを特徴とする電力変換装置の起動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置などに用いられる交流電源から負荷に安定した交流電圧を供給するための主回路構成で、特に装置の起動回路と起動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図５に、特許文献１に開示されている従来の無停電電源装置（ＵＰＳともいう）の回路ブロック図を示す。この構成は、基本的には交流電源１およびＰＷＭコンバータ６０を介して得られる直流、または蓄電池６から直流スイッチ８０を介して直接得られる直流を電力変換器７０で所定の定電圧・定周波の交流に変換し出力する装置である。
従って、ＰＷＭコンバータ６０の出力直流電圧と蓄電池６の直流電圧はほぼ同じレベルに選択するのが一般的である。尚、蓄電池６の充電回路は省略してある。
【０００３】
ＰＷＭコンバータ６０の各アームはダイオードとそれに逆並列に接続されるスイッチング素子（たとえばＩＧＢＴ）とからなり、常時は交流電源１から主スイッチ２１およびリアクトル３５とコンデンサ３３とからなる入力フィルタおよび昇圧用リアクトル３１を介して入力された交流電圧をＰＷＭコンバータ６０で整流・昇圧し、それを電解コンデンサなどの大容量のコンデンサ４で平滑して電力変換器７０に入力する。主スイッチ２１には充電用スイッチ２２および充電用抵抗器１０の直列回路が並列に接続されている。ＰＷＭコンバータ６０および電力変換器７０はそれぞれの制御装置によって制御されるが、ここでは省略されている。
【０００４】
主スイッチ２１、充電用スイッチ２２および直流スイッチ８０の開閉、並びにＰＷＭコンバータ６０の起動を制御するために、起動シーケンス制御回路４５が設けられている。この制御回路４５は、起動指令を受けて、主スイッチ２１および直流スイッチ８０が開路状態で、電力変換器７０がオフ状態の時、まず充電用スイッチ２２を投入し、その後所定の遅れ時間後にＰＷＭコンバータ６０を起動しコンデンサ４の電圧を昇圧させ、さらに所定の遅れ時間後に主スイッチ２１を閉路にする。このように制御することにより、コンデンサ４は充電抵抗を介して初期充電されることになり、過大な突入電流を流すことなく充電することができる。
【０００５】
図５の装置においては、交流電源１が正常時は、直流スイッチ８０は開路され、主スイッチ２１が閉路されており、交流電源１から主スイッチ２１および入力フィルタを介して入力された交流電圧をコンバータ６０により直流電圧に変換し、それをコンデンサ４によって平滑し、さらに、その平滑された直流を電力変換器７０によって交流に変換し、図示していない負荷に供給する。交流電源１の停電時は、コンデンサ４の充電電圧によって負荷への瞬時停電を回避しつつ、直流スイッチ８０を閉路して電力変換器７０への入力電圧を確保し、出力の無停電化を達成する。
【０００６】
このような構成においては、起動時過大な突入電流を流すことなくコンデンサ４を充電するために、交流電源１とＰＷＭコンバータ６０の交流入力フィルタとの間にある主スイッチ２１と並列に充電用スイッチ２２と充電用抵抗器１０が必要で、さらにこれらのスイッチを制御するための起動シーケンス制御回路４５が必要となり、部品点数が多くなり、装置の低価格化と小型化の障害となる。また、蓄電池６の直流電圧は、ＰＷＭコンバータ６０の電圧とほぼ同じ電圧を選択するため、出力容量の小さな装置では、蓄電池の直列接続数が増えて、装置の低コスト化、小型化には不利となる。
【０００７】
この課題を解決する方法として、特許文献２に示されているように、平滑用コンデンサと蓄電池との間に昇降圧形のチョッパを設ける方式がある。この方式は、交流電源が健全時は昇降圧形チョッパを降圧形チョッパとして動作させて蓄電池を充電し、停電時は昇降圧チョッパを昇圧チョッパとして動作させ、蓄電池の電圧をＰＷＭコンバータ出力電圧レベルまで昇圧して使用するため、蓄電池電圧を低く選べる。この回路構成の場合も、起動時のコンデンサの初期充電は図５で説明した構成を使用している。
【特許文献１】特開平９−２０５７４０号公報（５頁−図１、６頁−図２）
【特許文献２】特開２００２−１９９６２０公報（１６頁−図１１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
以上の説明から、この発明で解決しようとする課題は、蓄電池の直列数を増やすことなく、また、充電用抵抗器、充電用スイッチなどを用いたコンデンサの初期充電回路を付加することなく、突入電流の小さいコンデンサの初期充電を実現できる電力変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の手段は、入力交流電源電圧変動が所定の範囲内の場合に、出力交流電圧を一定の電圧に保つ電力変換装置において、
交流電源と装置入力とを電気的に切り離すための切り離し手段と、交流電源を整流してコンデンサで平滑された直流に変換した後交流に変換する交流−交流変換回路と、蓄電池と、前記蓄電池から前記コンデンサの充電および前記コンデンサから前記蓄電池への充電の両方向または片方向を行わせる直流―直流変換回路と、を備え、運転指令を受けて、前記切り離し手段が開路の状態で、前記蓄電池から前記直流−直流変換回路で前記コンデンサを交流電源のピーク値付近以上の電圧まで充電し、その後切り離し手段を閉路状態とする電力変換装置の起動方法を特徴とする。
【００１０】
第2の手段は、入力交流電源電圧変動が所定の範囲内の場合に、出力交流電圧を一定の電圧に保つ電力変換装置において、
交流電源と装置入力とを電気的に切り離すための切り離し手段と、交流電源を整流してコンデンサで平滑された直流に変換した後交流に変換する交流−交流変換回路と、蓄電池と、前記蓄電池から前記コンデンサの充電および前記コンデンサから前記蓄電池への充電の両方向または片方向を行わせる直流―直流変換回路と、前記交流電源の電圧に応じて前記コンデンサの予備充電電圧を決定する充電電圧指令演算手段とを備え、起動指令を受けて、前記切り離し手段が開路の状態で、前記蓄電池から前記直流−直流変換回路で前記コンデンサを前記充電電圧指令演算手段により決定された予備充電電圧まで充電し、その後前記切り離し手段を閉路状態とする電力変換装置の起動方法を特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、装置の起動時、主スイッチを投入する前に、交流−直流変換器（コンバータ）の出力に設けられた平滑用コンデンサと蓄電池との間に設けられた直流−直流変換器を用いて蓄電池から平滑用コンデンサを充電し、その充電電圧を交流電源のピーク値付近以上とした後、主スイッチを閉路状態とするようにした。
この結果、蓄電池の直列数を少なく選択でき、さらに、充電用抵抗器、充電用スイッチなどを用いたコンデンサの初期充電回路を付加することなく、突入電流の小さいコンデンサの初期充電を実現でき、部品点数の削減により、装置の低コスト化と小型化を実現できるという効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に、本発明の第1の実施例を示す。
【００１３】
交流電源１の電圧を主スイッチ２１を介して入力して整流後、コンデンサ４で平滑された直流を作り、この直流から交流を作り出す交流−交流変換器３と、この交流−交流変換器３の出力と交流電源１の一端との間に接続された負荷２と、コンデンサ４の直流電圧から蓄電池６を充電または蓄電池６からコンデンサ４を充電する直流−直流変換器５と、交流電源電圧検出器１１からの交流電源電圧検出値と直流電圧検出器４１からの直流電圧検出値を入力し、運転指令に基づいて主スイッチ２１、交流−交流変換器３および直流−直流変換器５にオンオフ指令および駆動信号を出す制御回路４０から構成される。
【００１４】
図2に動作例を示すチャート図を示す。
運転指令が制御回路４０に入力されると、直流−直流変換器５が動作を始め、昇圧動作によりコンデンサ４を徐々に充電する。この充電電圧が交流電源電圧のピーク値を越えた所定の時点で主スイッチ２１をオンさせ、その後所定時間後に交流−交流変換器３を動作させる。このように動作させることにより、主スイッチ２１をオンさせる時点ではコンデンサ４の電圧が交流電源１のピーク値よりも高くなるため、コンデンサ４を充電するための突入電流は流れない。
【００１５】
図４に図１の交流−交流変換回路３と直流−直流変換回路５の詳細回路例を示す。
この構成は特許文献２に記載された回路構成を図１の回路と対応させて描いたものである。
交流−交流変換器３は半導体スイッチ素子Ｓ１〜Ｓ４で交流−直流変換を行い、コンデンサ４を充電し、半導体スイッチ素子Ｓ３〜Ｓ６で直流−交流変換を行う。その後、交流フィルタ３２と３４で歪みの小さな正弦波形に整形した後、負荷２に交流電圧を供給する。
直流−直流変換器５は半導体スイッチ素子Ｓ７、Ｓ８と直流リアクトル５１で構成された昇降圧形チョッパ回路である。半導体スイッチ素子Ｓ７をオンオフさせることにより蓄電池６を充電し、半導体スイッチ素子Ｓ８をオンオフさせることにより蓄電池電圧を昇圧させてコンデンサ４を充電する動作である。
詳細動作については、特許文献２に記載されているので省略する。
【００１６】
図３に、本発明の第2の実施例を示す。
図1と図３とは主回路部分は同じ構成で、同一部品は同一記号を付してその説明は省略する。運転指令が入力されると、直流電圧指令演算部９１は、交流電圧検出器１１で検出した交流電源電圧Vinに基づき予備充電完了レベルとなる直流電圧指令Vd*を出力する。この直流電圧指令Vd*は、例えば予備充電完了時のコンデンサ４の電圧Vdが、交流電源電圧のピーク値となるように算出される。ここで算出された直流電圧指令Vd*は、直流−直流変換器５およびリレー操作部９２に入力され、直流−直流変換器５は直流電圧指令Vd*に基づいて昇圧動作を行い、蓄電池６の直流電力によりコンデンサ４を充電する。また、リレー操作部９２は、直流電圧検出器４１で検出したコンデンサの電圧Vdと直流電圧指令Vd*とを比較し、コンデンサ４の電圧Vdが直流電圧指令Vd*よりも大きくなった場合、予備充電完了と判断し、主スイッチ２１に対してオン指令RyONを出力し、主スイッチ２１をオンさせる。
【００１７】
このように、交流電源の電圧値に応じて予備充電完了レベルを決定し、直流−直流変換器５でコンデンサ４を予備充電完了レベルまで充電した後、主スイッチ２１をオンすることにより、交流電源１の電圧が変動した場合でも、装置起動時におけるコンデンサ４への突入電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施例を示す構成図である。
【図２】図１の動作を説明するチャート図である。
【図３】本発明の第2の実施例を示す構成図である。
【図４】図１の詳細を示す実施例回路図である。
【図５】従来の実施例を示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
【００１９】
１・・・交流電源            ２・・・負荷          ３・・・交流−交流変換器
４・・・コンデンサ          ５・・・直流−直流変換器        ６・・・蓄電池
１０・・・充電用抵抗器      １１・・・交流電圧検出器        ２１・・・主スイッチ
２２・・・充電用スイッチ
３１、３２、３５・・・交流リアクトル        ３３、３４・・・コンデンサ
４０、４５・・・制御回路          ４１・・・直流電圧検出器
５１・・・直流リアクトル
６０・・・ＰＷＭコンバータ        ７０・・・電力変換器
８０・・・直流スイッチ
９１・・・直流電圧指令演算部      ９２・・・リレー操作部
Ｓ１〜Ｓ８・・・半導体スイッチ素子        
【図１】
2005102476.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2005102476.tif 000006
【図５】
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