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発明の名称 直流電源装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−236235
公開日 平成7年(1995)9月5日
出願番号 特願平5−151044
出願日 平成5年(1993)5月28日
代理人
発明者 笠間 一郎 / 矢野 信彦 / 石川 登美夫 / 渡辺 康二 / 小柳 寛隆 / 太田 広
要約 目的
経済的で出力電圧特性の優れた直流電源装置を提供する。

構成
常用電源、整流装置、蓄電池および出力電圧調整装置から基本的に構成され、常用電源の電圧低下もしくは停電時に、蓄電池により負荷装置へ連続して電力を供給する直流電源装置において、充放電用の大容量コンデンサと、このコンデンサと直列に接続されたコンデンサ放電用ダイオードと、このダイオードと並列に接続されたコンデンサ充電電流制限用抵抗とから構成される瞬時電圧補償装置を、直流電源装置の出力側に負荷装置と並列に接続した直流電源装置。
特許請求の範囲
【請求項1】 常用電源、整流装置、蓄電池および出力電圧調整装置から基本的に構成され、常用電源の電圧低下もしくは停電時に、蓄電池により負荷装置へ連続して電力を供給する直流電源装置において、充放電用の大容量コンデンサと、このコンデンサと直列に接続されたコンデンサ放電用ダイオードと、このダイオードと並列に接続されたコンデンサ充電電流制限用抵抗とから構成される瞬時電圧補償装置を、上記直流電源装置の出力側に負荷装置と並列に接続したことを特徴とする直流電源装置。
【請求項2】 コンデンサから設定値以上の放電電流が流れたとき、この値を検出して出力電圧調整装置に出力電圧上昇の動作を行うようにしてなることを特徴とする請求項1に記載の直流電源装置。
【請求項3】 コンデンサ充電電流制限用抵抗として非線形抵抗素子を用いたことを特徴とする請求項1または2に記載の直流電源装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は常用電源の電圧低下もしくは停電時に蓄電池により負荷装置へ連続して電力を供給する直流電源装置の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術とその課題】従来のこの種直流電源装置の基本回路図を図6に示す。図において1は商用交流からなる常用電源、2は交流を直流に変換するためのサイリスタ等からなる整流装置、3は蓄電池、4はシリコンドロッパー型の出力電圧調整装置、5は負荷装置である。
【0003】かかる従来装置において、通常は交流入力電源より整流装置を介して負荷に直流電力を供給するとともに、蓄電池は浮動充電されている状態となっている。交流入力電源の電圧低下もしくは停電時には蓄電池が放電運転されて負荷には連続して電力を供給する。この時、直流電源の負荷である遮断器等の投入・遮断があると負荷側で瞬時の大電流が流れ、出力電圧の瞬時低下(5%から20%程度,0.1秒程度)現象が発生する。
【0004】この瞬時電圧低下が直流電源の他の負荷に悪影響を与えないようにするためには、蓄電池の容量を、放電率等の係数,定格出力電流,使用時間等によって求められる容量よりも大きくすること(1.2倍から1.7倍程度)が必要であった。また、常用電源停電の瞬時には、浮動電圧で充電されていた蓄電池が急に放電運転されるため、装置の出力電圧が定常値より5%から15%程度低下する。
【0005】負荷の遮断器等の投入・遮断時に発生する直流電圧の瞬時低下(5〜20%程度低下,0.1秒程度)現象の場合、通常のシリコンドロッパ型の出力電圧調整装置は制御時間遅れのため対応できず、蓄電池の容量を大きくするか、トランジスタ型の高速応答型の出力電圧調整装置を使用する必要があり、高価となる欠点を有していた。
【0006】常用電源停電の瞬時の電圧低下対策も上記と同様であり、装置が高価となる欠点を有していた。これはシリコンドロッパ型の出力電圧調整器は、段階的な電圧制御であるため、出力電圧の過渡的上昇や低下では作動しないよう制御応答時間が0.2〜0.5秒程度と遅いためである。蓄電池の放電電流の過渡変動に対する電圧変動率は、アルカリ蓄電池の方が鉛蓄電池よりも少ないがアルカリ蓄電池は高価であり、鉛蓄電池を使用する場合、過渡変動に対して特に注意が必要である。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明はこのような直流電源装置において、充放電用の大容量コンデンサと、このコンデンサと直列に接続されたコンデンサ放電用ダイオードと、このダイオードと並列に接続されたコンデンサ充電電流制限用抵抗とから構成される瞬時電圧補償装置を、直流電源装置の出力側に負荷装置と並列に接続したこと、さらに、コンデンサから設定値以上の放電電流が流れたとき、これを検出して出力電圧調整装置に出力電圧上昇の動作を行うようにすることにより、負荷に瞬時大電流が流れた場合や常用電源の電圧低下あるいは停電による蓄電池放電運転への切換え瞬時には、応答性の早いコンデンサから放電用のダイオードを通じて放電されるので、蓄電池による瞬時大電流の分担は軽減され、結果的には出力電圧の過度的落込みを減少させ、経済的で出力特性の優れた直流電源装置を提供しようとするものである。
【0008】
【作用】充放電用大容量コンデンサが、負荷に並列に接続された瞬時電圧補償装置に内蔵されているので、負荷に瞬時大電流が流れた場合や、負荷電圧の低下が生じ出力電圧調整装置はまだ動作していない時点で、応答性の早いこのコンデンサから放電して電流を分担することになる。また、通常運転時にもコンデンサの充放電により出力電圧特性が滑らかとなる等により、安価な鉛蓄電池が使用可能となり、応答特性の悪いシリコンドロッパ型の出力電圧調整装置を使用しても、出力電圧特性の優れた直流電源装置とすることができる。
【0009】
【実施例】図1は本発明直流電源装置の一実施例を示す基本回路図であり、1は商用交流からなる常用電源、2は交流を直流に変換するためのサイリスタ等からなる整流装置、3は蓄電池、4はシリコンドロッパー型の出力電圧調整装置、5は負荷装置である。
【0010】以上は従来装置と変わるところがないが、本発明装置では、出力側に負荷装置と並列に瞬時電圧補償装置6を接続したことに特徴があり、この瞬時電圧補償装置6は、充放電用の大容量コンデンサ7と、このコンデンサと直列に接続されたコンデンサ放電用ダイオード8と、このダイオードと並列に接続されたコンデンサ充電電流制限用抵抗9とから構成されている。10はコンデンサ放電電流検出器である。
【0011】つぎに、本発明装置の動作を説明する。通常は交流入力電源より整流装置を介して負荷に直流電力を供給するとともに、蓄電池は浮動充電されている状態となっており、コンデンサ7は抵抗9を介して充電された状態である。交流入力電源の電圧低下もしくは停電時には蓄電池が放電運転されて負荷には連続して電力を供給する。この時、直流電源の負荷である遮断器等の投入・遮断があると負荷側で瞬時の大電流が流れ、直流電圧の瞬時低下が発生しようとするが、負荷と並列に瞬時電圧補償装置6が接続されており、その中のコンデンサの電荷が瞬時の大電流に素早く応答してダイオード8を通じて放電されるので、蓄電池による瞬時大電流の分担は軽減され、出力電圧の過渡的落込みが軽減される。
【0012】また、常用電源停電の瞬時には、浮動電圧で充電されていた蓄電池が急に放電運転されるため、シリコンドロッパ型の出力電圧調整装置が作動するまで(0.2〜0.5秒程度)の間は、装置の出力電圧が定常値より低下しようとするが、遮断器等の投入・遮断の場合と同様に、コンデンサの電荷が放電されるので、出力電圧の過渡的落込みは軽減される。
【0013】さらに、装置の通常運転時の出力電圧特性もコンデンサの充放電により、滑らかとなり、出力電圧調整装置の段階的制御と組み合わされ、安定性が向上する。
【0014】コンデンサ放電電流検出器を設け、コンデンサからの設定値以上の放電電流が流れたとき、これを検出して出力電圧調整装置を制御するようにすれば、なお一層出力特性が向上する。
【0015】コンデンサ容量1.32F、定常負荷電圧102.5Vの本発明直流電源装置を用い、定常負荷として20A供給している状態で、60A,60msおよび100A,60msの瞬時負荷を追加した場合のコンデンサ分担電流や負荷電圧降下等の試験結果を表1に示す。
【0016】
【表1】

【0017】図2は瞬時負荷60Aの場合の蓄電池およびコンデンサ電流の推移を示した図であり、図3は瞬時負荷100Aの場合の蓄電池およびコンデンサ電流の推移を示した図である。
【0018】また、図4は瞬時負荷60Aの場合の負荷電圧の推移を比較した図であり、図5は瞬時負荷100Aの場合の負荷電圧の推移を比較した図である。図4および図5においていずれも、実線Aはコンデンサがある場合、鎖線Bはコンデンサがない場合をそれぞれ示す。
【0019】本発明装置では瞬時負荷電流60Aの場合に4.8V、80Aの場合に7.2Vの電圧補償が可能であった。また、本実施例においては総負荷電流の最大約30%をコンデンサに分担させることができた。
【0020】なお、コンデンサ容量は負荷が許容し得る電圧変動度合いや使用条件等を考慮して選定すればよい。
【0021】以上の実施例ではコンデンサ充電電流制限用抵抗として通常の抵抗を用いた例を示したが、非線形抵抗素子を用いれば、万一、コンデンサが短絡故障しても直流電源装置に与える影響が軽微におさえられる利点がある。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明装置では出力側に負荷装置と並列に、充放電用大容量コンデンサを内蔵した瞬時電圧補償装置を設けることにより、負荷に瞬時大電流が流れた場合や出力電圧調整装置が動作するまでの間に、応答性の早いコンデンサから放電して電流を分担するので、安価な鉛蓄電池やシリコンドロッパ型の出力電圧調整装置が使用でき、さらに、通常運転時にもコンデンサの充放電により出力電圧特性が滑らかとなる等、経済的で出力電圧特性の優れた直流電源装置が得られる。




 

 


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