(57)【要約】【課題】商用周波数を超える高周波交流電力を負荷へ供給しようとした場合、無停電電源装置と負荷とを接続しているケーブル等での高周波電流による電圧降下が無視できなくなり、負荷端において出力電圧が低下する。【解決手段】インバータ１の出力電圧基準３４を発生する電圧基準発生手段２１と、前記インバータ１の出力電圧基準３４と負荷電圧６４との偏差に基づき、インバータ１の出力電圧補正量を決定する出力電圧補正手段６１と、前記インバータ１の出力電圧補正量により補正されたインバータの出力電圧基準６３とインバータ出力電圧３１とを基に、インバータ出力電圧を制御する出力電圧制御手段２３とを具備し、無停電電源装置が商用周波数を超える高周波電力を供給した場合でも負荷端での電力低下を制御し、負荷へ安定した高品質な電力供給する。【選択図】  図１
2005045856.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力を供給する直流電力供給手段と、前記直流電力供給手段から供給される直流電力を商用周波数を超えた高周波数交流電力に変換するインバータを備えた無停電電源装置において、
インバータの出力電圧基準を発生する電圧基準発生手段と、
前記インバータの出力電圧基準と負荷電圧との偏差に基づき、インバータの出力電圧補正量を決定する出力電圧補正手段と、
前記インバータの出力電圧補正量により補正されたインバータの出力電圧基準とインバータ出力電圧とを基に、インバータ出力電圧を制御する出力電圧制御手段と、
を具備したことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
直流電力を供給する直流電力供給手段と、前記直流電力供給手段から供給される直流電力を商用周波数を超えた高周波数交流電力に変換するインバータを備えた無停電電源装置において、
インバータの出力電圧基準を発生する電圧基準発生手段と、
負荷端での電圧降下に応じたインバータの出力電圧補正量を設定する出力電圧補正量設定手段と、
前記インバータの出力電圧補正量により補正されたインバータの出力電圧基準とインバータ出力電圧とを基に、インバータ出力電圧を制御する出力電圧制御手段と、
を具備したことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項３】
直流電力を供給する直流電力供給手段と、前記直流電力供給手段から供給される直流電力を商用周波数を超えた高周波数交流電力に変換するインバータを備えた無停電電源装置において、
インバータの出力電圧基準を発生する電圧基準発生手段と、
インバータと負荷が接続されているときには負荷電圧を出力電圧帰還信号とし、インバータと負荷が切り離されているときにはインバータ出力電圧を出力帰還信号とするスイッチと、
前記インバータの出力電圧基準と前記出力帰還信号とを基に、インバータ出力電圧を制御する出力電圧制御手段と、
を具備した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、インバータの出力電圧制御に関するものであり、特に商用周波数を超える高周波電力を供給する無停電電源装置のインバータにおいて、負荷端での出力電圧低下を制御し安定かつ高品質な電力を負荷へ供給するインバータの出力電圧制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無停電電源装置の構成の一例について図９を参照して説明する。同図において、インバータ１の出力はインバータトランス２の巻線に接続されている。インバータトランス２のもう一方の巻線は無停電電源装置の出力となりケーブル９を介して負荷６と接続されている。直流電源５より供給される直流電力を入力とするインバータ１が所望の交流電圧を出力することによってインバータ１から負荷６へ電力を供給する。直流電源５は直流電圧源が構成できるものであれば、コンバータ及び蓄電池等でも構わない。
インバータトランス２には電圧検出器７ｂが接続されている。電圧検出器７ｂの出力はインバータ制御回路１０に入力され、インバータ制御回路１０内の出力電圧制御回路２３に出力電圧フィードバック３１として接続される。周波数基準発生回路２２の出力は出力電圧制御回路２３に出力電圧周波数基準指令３３として接続される。振幅基準発生回路２１は無停電電源装置が本来出力すべき電圧相当の出力電圧振幅基準３４を出力する。
出力電圧制御回路２３は電圧検出器７ｂによって検出された出力電圧フィードバック３１が出力電圧振幅基準３４と等しくなるように制御を行い、出力電圧指令３５を出力する。ゲート制御回路２４はインバータ１の出力３７が出力電圧指令３５に一致する様にゲート信号３６を出力する。インバータ１はゲート信号３６に応じた出力を行い、インバータトランス２の巻線構成、巻線比等で変換された出力が無停電電源装置の出力となる。
【０００３】
図１０はインバータ１の一構成例である。直流電源９の正の極Ｐは直流コンデンサ４１の一端子に接続されている。更に、正の極Ｐはスイッチング素子４２ａ、４２ｃ、４２ｅのコレクタに各々接続されている。また、これらは各々Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相としてインバータ出力３７となっている。スイッチング素子４２ｂ、４２ｄ、４２ｆのエミッタは直流コンデンサ５１のもう一つの端子に接続され、更に直流電源９の負の極Ｎに接続されている。
ゲート駆動回路４３にはゲート信号３６が入力されている。各スイッチング素子４２には個別または一括にスイッチング時のサージ電圧制御用のスナバ回路が設けられているがここでは説明を簡単にするため省略している。ゲート信号３６に対し、ゲート駆動回路４３は上下直列に接続されたスイッチング素子、例えば４２ａ、４２ｂ等が同時にオンすることを防止する（デッドタイム）を生成したり、各スナバ回路の充放電の期間を確保したりする。インバータ１はパルス幅変調（ＰＷＭ）により出力電圧を制御する。
図１１は、インバータ制御回路１０内の振幅基準発生回路２１の一構成例である。電圧基準５１ａ〜５１ｃの出力は各々乗算器５３ａ〜５３ｃに接続されている。乗算器５３ａ〜５３ｃの出力は振幅基準発生回路２１の電圧振幅基準３４として出力される。図１１は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相の３相で構成した場合の一例で、一定の正弦波電圧を出力する例を示す。電圧基準が時間とともに変化する（例えばＶＶＶＦ可変電圧可変周波数電源）場合でもかまわない。ソフトスタート信号５２は、インバータの起動時に出力をゼロから徐々に立ち上げる信号で、起動期間中、ランプ関数等の暫時増加関数であり、起動完了後は１等の一定値となる。本回路により、無停電電源装置は起動時出力電圧を徐々に増加させることができる。一般的にソフトスタートといわれる手法である。
【０００４】
図１２はインバータ制御回路１０内の出力電圧制御回路２３の一構成例である。出力電圧振幅基準３４は出力電圧フィードバック３１との差分を各々とられ、ＰＩ制御回路５４ａ〜５４ｃに各々入力される。なお、本例では電圧制御としてＰＩ制御を用いた例としているが、ＰＩＤ制御やＩ−Ｐ制御その他の一般的な制御手法や現代制御理論等を用いた制御回路でもかまわない。
図１２において、ＰＩ制御回路は出力電圧フィードバック３１が出力電圧基準３４に追求するように制御を行う。特に、高速化や安定化を図る意味で出力電圧の後段または前段あるいは並列に、出力電流等の電流制御を付加することがあってもかまわない。ここでは、説明を簡単にするため省略してある。
図１３はインバータ制御回路１０内のゲート制御回路２４の一構成例である。出力電圧指令３５はキャリア発生回路５５との差分を各々とられ、コンパレータ５６ａ〜５６ｃに入力される。コンパレータ５６ａ〜５６ｃの出力はゲート制御回路５７ａ〜５７ｃに入力される。ゲート制御回路５７ａ〜５７ｃの出力はゲート信号３６となる。本構成例は、一般的に言われる三角波比較方法を示した一例であるが、ゲートパルスの発生手法は特に限定するものではない。
【０００５】
このように出力電流をフォードバックして制御することは、例えば、下記特許文献１にも記載されています。
【０００６】
【特許文献１】
特開平７−１５４９７５号公報
【発明が解決しようとする課題】
前記のような構成からなる無停電電源装置において負荷給電を行う場合、インバータの出力電圧が重要となる。従来の無停電電源装置では商用周波数を超える高周波交流電力を負荷へ供給しようとした場合、無停電電源装置と負荷とを接続しているケーブル等での高周波電流による電圧降下が無視できなくなり、負荷端において出力電圧が低下し、安定かつ高品質な高周波電力を負荷へ給電することが不可能となる問題があった。
従って、本発明は、前記の点に鑑みなされたものであって、無停電電源装置が高周波電力を負荷へ供給した場合に、負荷端での出力電圧低下に対応してインバータの出力電圧を補正し、安定かつ高品質な高周波電力を負荷へ供給するインバータの出力電圧制御することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成するために、直流電力を供給する直流電力供給手段と、前記直流電力供給手段から供給される直流電力を商用周波数を超えた高周波数交流電力に変換するインバータを備えた無停電電源装置において、インバータの出力電圧基準を発生する電圧基準発生手段と、前記インバータの出力電圧基準と負荷電圧との偏差に基づき、インバータの出力電圧補正量を決定する出力電圧補正手段と、前記インバータの出力電圧補正量により補正されたインバータの出力電圧基準とインバータ出力電圧とを基に、インバータ出力電圧を制御する出力電圧制御手段とを具備し、無停電電源装置が商用周波数を超える高周波電力を供給した場合でも負荷端での電力低下を制御し、負荷へ安定した高品質な電力供給することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態の構成図である。図１において図９と異なる点は、負荷電圧を電圧検出器７ａにより負荷電圧フィードバック６４を検出し、振幅基準発生回路２１の出力である出力電圧基準３４と共に出力電圧補正回路６１へ入力し、その出力電圧補正回路６１の出力である出力電圧補正信号６３を出力電圧制御回路２３の入力としている点である。
図２に出力電圧補正回路６１の一構成例を示す。
出力電圧補正回路６１は、負荷端に接続している電圧検出器７ａを通じて負荷電圧フィードバック６４を、振幅基準発生回路２１の出力である出力電圧基準３４と共に比較回路７１に入力する。比較回路７１は負荷電圧フィードバック６４と出力電圧基準３４との電圧誤差７４を電圧補正量判定回路７２に入力する。電圧補正量判定回路７２は、前記電圧誤差７４に基づいて図３に示すような不感帯を持つ電圧補正量特性曲線により電圧補正量７５を決定し、リミッタ回路７３に入力する。リミッタ回路７３ではインバータ出力過電圧等を防止するために、あらかじめ決定してある電圧補正量の上限７６を超えてインバータ電圧補正が行われないように電圧補正量７５と電圧補正量の上限７６とを比較し電圧補正量を電圧補償量の上限以下に調節した後、出力電圧基準３４に加え、出力電圧補正信号６３として、出力電圧制御回路２３へ入力する。尚、切替スイッチ７７は、商用周波数を超える高周波電力が供給されており出力電圧補正制御を行う場合は閉状態、通常動作の場合は開状態となる。
【０００９】
出力電圧制御回路２３では、出力電圧補正信号６３と周波数基準発生回路２２の出力である出力電圧位相基準指令３３を用いてインバータ出力電圧の制御を行う。他の動作は従来の制御方法と同様なので説明を省略する。
このようにして、負荷電圧フィードバックからインバータ出力電圧基準を操作し、インバータ出力電圧を制御することにより、インバータが高周波電力を負荷へ供給した場合でも、インバータと負荷との間のケーブルによる負荷電圧の電圧降下に応じてインバータ電圧の出力補正制御が行えるため、負荷へ安定かつ高品質な高周波電力を供給できる。
次に本発明の第２の実施の形態について図４を参照して説明する。図４は、第２の実施の形態の構成図である。図４において図１と異なる点は、電圧検出器７ａによる負荷電圧フィードバック６４の替わりに、電流検出器８ａにより負荷電流検出器８ａにより負荷電流フィードバック６５を出力電圧補正回路６１に入力している点である。
無停電電源装置の主回路１４と負荷６を接続するケーブル９等のインピーダンスが既知であれば、該インピーダンス値と負荷電流フィードバック６５との積により負荷電圧低下が推定できるため、この値を負荷電圧フィードバックとして扱うことで、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００１０】
次に本発明の第３の実施の形態について図５を参照して説明する。図５は、第３の実施の形態の構成図である。図５において図４と異なる点は、電流検出器８ａによる負荷電流フィードバック６５の替わりに、電流検出器８ｂにより直流電流フィードバック６６を出力電圧補正回路６１に入力している点である。
インバータ１のＤＣ／ＡＣ変換効率をηＩＮＶ  とすれば、直流電流ＩＤＣとインバータ電流ＩＩＮＶ  の関係は、それぞれに対応する電圧を用いて下記のように表せる。
ＶＤＣ×ＩＤＣ×ηＩＮＶ  ＝  ＶＩＮＶ×ＩＩＮＶ  ・・（１）
よって、式（１）の関係より直流電流からインバータ電流を求めることができる。そして、インバータ１の出力にインバータトランス２が接続されている場合には、インバータトランスの電圧変換比の逆数を乗じることにより負荷電流を求めることができるので、この負荷電流と無停電電源装置の主回路１４と負荷６を接続するケーブル９等のインピーダンスとの積により負荷電圧低下が推定できるため、この値を負荷電圧フィードバックとして扱うことで、第２の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
次に本願発明の第４の実施の形態について図６を参照して説明する。図６は、本発明の第４の実施の形態の構成図である。図６において図５と異なる点は、電流検出器８ｂによる直流電流フィードバック６６の替わりに、電流検出器８ｃにより入力電流フィードバック６７を出力電圧補正回路６１に入力している点である。
【００１１】
コンバータ３のＡＣ／ＤＣ変換効率をηＣＯＮＶとすれば、入力電流ＩＡＣと直流電流ＩＤＣの関係は、それぞれに対応する電圧を用いて下記のように表せる。
ＶＡＣ×ＩＡＣ×ηＣＯＮＶ  ＝  ＶＤＣ×ＩＤＣ  ・・（２）
よって、式（２）の関係により入力電流から直流電流を求めることができる。この直流電流を基に第３の実施の形態と同様に負荷電圧フィードバックを求めることにより、第３の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
次に本発明の第５の実施の形態について図７を参照して説明する。図７は本発明の第５の実施の形態の構成図である。図７において図９と異なる点は、出力電圧補正回路６２の出力である出力電圧補正量６８を押しボタン１２をオンすることにより、振幅基準発生回路２１の出力である出力電圧基準３２に加算される点である。
これにより、無停電電源装置の運転中に負荷端で出力電圧が低下している場合は、押しボタン１２を押すことで出力電圧基準３２に予め設定された出力電圧補正量６８が加算され、出力電圧制御回路２３に入力される。出力電圧制御回路２３では、周波数基準発生回路２２の出力である出力電圧位相基準指令３３と共に用いてインバータ出力電圧の制御を行う。他の動作は従来の制御方法と同様なので説明を省略する。
【００１２】
これにより、無停電電源装置と負荷を接続するケーブル等のインピーダンスを考慮してあらかじめ決定しておいたインバータ出力補正量を、手動操作によりインバータ電圧制御に反映させることができ、本操作によりインバータ出力電圧を上昇させ、負荷端での出力電圧低下を制御できる。
また、本実施の形態ではあらかじめ決定した出力電圧補正量６２で考えたが、負荷電圧等を検出し、その値に基づいて出力電圧補正量を決定しても良い。
次に本発明の第６の実施の形態について図８を参照して説明する。図８は本発明の第６の実施の形態の構成図である。図８において図９と異なる点は、無停電電源装置と負荷６を接続する接触器１１と、前記接触器１１の開閉状態に連動して出力電圧帰還を切り替え可能な電磁スイッチ１３、すなわち負荷電圧フィードバック６４に電磁スイッチ１３ａ、出力電圧フィードバック３１に電磁スイッチ１３ｂを付加した点である。
図８においては、無停電電源装置の主回路１４と負荷６とが切り放されている場合、すなわち接触器１１が開状態の場合には、電磁スイッチ１３ａが開状態、電磁スイッチ１３ｂを閉状態とし、インバータ出力電圧を出力電圧帰還として出力電圧制御回路２３に入力する。このとき無停電電源装置は無負荷運転状態となる。
【００１３】
一方、無停電電源装置の主回路１４と負荷６とが接続されている場合、すなわち接触器１１が閉状態の場合には、電磁スイッチ１３ａが閉状態、電磁スイッチ１３ｂを開状態とし、負荷電圧を出力電圧帰還として出力電圧制御回路２３に入力する。このとき無停電電源装置が負荷電圧による出力電力補正を行っている状態となる。
これにより、インバータが高周波電力を負荷へ供給した場合でも、無停電電源装置が負荷と接続されている際には負荷電圧フィードバックによるインバータ電圧の出力補正制御が自動的に選択されて行えるため、負荷へ安定かつ高品質な高周波電力を供給することができる。
【００１４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、負荷端での電圧降下に応じてインバータ電圧の出力補正を行うことで商用周波数を超える高周波電力を負荷に供給した場合に生じた負荷端での出力電圧降下を抑制するように制御でき、負荷への安定かつ高品質な高周波電力を給電することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の構成図。
【図２】出力電圧補正回路の構成図。
【図３】電圧補正量判定回路の電圧補正量特性曲線。
【図４】本発明の第２の実施の形態の構成図。
【図５】本発明の第３の実施の形態の構成図。
【図６】本発明の第４の実施の形態の構成図。
【図７】本発明の第５の実施の形態の構成図。
【図８】本発明の第６の実施の形態の構成図。
【図９】従来の無停電電源装置の構成図。
【図１０】インバータの構成図。
【図１１】基準発生回路の構成図。
【図１２】出力電圧制御回路の構成図。
【図１３】ゲート制御回路の構成図。
【符号の説明】
１・・インバータ                    ２・・インバータトランス
３・・コンバータ                    ４・・商用電源
５・・直流電源                      ６・・負荷
７・・電圧検出器                    ８・・電流検出器
９・・ケーブル                    １０・・インバータ制御回路
１１・・接触器                      １２・・押しボタン
１３・・電磁スイッチ                １４・・主回路
１５・・コンデンサ
２１・・振幅基準発生回路            ２２・・周波数基準発生回路
２３・・出力電圧制御回路            ２４・・ゲート制御回路
６１・・出力電圧補正回路            ６２・・出力電圧補正量
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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