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発明の名称 無停電電源装置
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8−331862
公開日 平成8年(1996)12月13日
出願番号 特願平7−131970
出願日 平成7年(1995)5月30日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】松本 英俊 (外1名)
発明者 小布施 俊
要約 目的
複数の負荷のいずれかで過大電流が流れる事故が発生した場合、無停電電源装置を停止させることなく、事故が生じた負荷を速やかに検出する。

構成
インバータ回路3から出力される負荷電流が過大電流になっているか否かを過大電流検出回路14で検出する。過大電流を検出している間、出力電圧低下回路15によりインバータ回路3の出力電圧を低下させる。これにより、負荷電流を負荷側の過電流検出装置の動作電流以上で、インバータ回路3の過負荷耐量以下になるようにする。
特許請求の範囲
【請求項1】 負荷電流が予め定めた動作電流以上になると電流の入力を遮断するように動作する過電流検出装置を備えた複数の交流負荷に対して設けられ、交流電源で停電が発生しているときに蓄電池を電源としてインバータ回路を動作させて前記複数の交流負荷に交流電力を供給する無停電電源装置であって、前記インバータ回路から前記交流負荷に供給する負荷電流が予め定めた過大電流以上になっているか否かを検出する過大電流検出回路と、前記過大電流検出回路が前記過大電流を検出している間、負荷電流が前記動作電流以上で前記インバータ回路の過負荷耐量以下になるように前記インバータ回路の出力電圧を低下させる出力電圧低下回路とを具備することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項2】前記インバータ回路はパルス幅変調制御回路により制御されるように構成されており、前記過大電流検出回路は、前記負荷電流を整流する整流回路と、前記整流回路の出力と前記過大電流に対応した基準値とを比較する比較回路と、前記比較回路から信号が出力されると予め定めた所定の期間過大電流検出信号を出力する過大電流検出信号出力回路とを具備しており、前記出力電圧低下回路は、前記過大電流検出信号が出力されている期間前記パルス幅変調制御回路に入力される制御信号の電圧を低下させる分圧回路により構成されていることを特徴とする請求項1に記載の無停電電源装置。
【請求項3】前記分圧回路は、前記パルス幅変調制御回路の制御信号入力部に直列に接続された第1の電流制限手段と、前記制御信号入力部と前記第1の電流制限手段との電気的接続点とアースとの間に電気的に接続された半導体スイッチ回路及び第2の電流制限手段からなる直列回路とからなり、前記半導体スイッチ回路は前記過大電流検出信号が出力されている期間導通するように構成されている請求項2に記載の無停電電源装置。
【請求項4】 負荷電流が予め定めた動作電流以上になると電流の入力を遮断するように動作する過電流検出装置を備えた複数の交流負荷に対して設けられ、交流電源の出力を整流する整流回路と、前記整流回路の出力により充電される蓄電池と、インバータ回路と、常時は前記交流電源の出力を整流した直流電力を前記インバータ回路により交流電力に変換させて前記複数の交流負荷に供給し、前記交流電源で停電が発生すると前記蓄電池を電源として前記インバータ回路を動作させて前記複数の交流負荷に交流電力を供給するように前記インバータ回路を制御するインバータ回路制御装置とを具備する無停電電源装置であって、前記インバータ回路制御装置は、前記インバータ回路の出力電圧を予め定めた所定の電圧に維持するように前記インバータ回路を制御するパルス幅変調制御回路を含む定電圧制御回路と、前記インバータ回路から前記交流負荷に供給する負荷電流が予め定めた過大電流以上になっているか否かを検出する過大電流検出回路と、前記過大電流検出回路が前記過大電流を検出している間、負荷電流が前記動作電流以上で前記インバータ回路の許容電流以下になるように前記インバータ回路の出力電圧を低下させる出力電圧低下回路とを具備し、前記出力電圧低下回路が前記パルス幅変調制御回路に入力される制御信号の電圧を調整して前記インバータ回路の出力電圧を低下させるように構成されてい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】
【産業上の利用分野】本発明は、負荷電流が予め定めた動作電流以上になると電流の入力を遮断するように動作する過電流検出装置を備えた複数の交流負荷に対して設けられる無停電電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】無停電電源装置側には負荷電流が予め定めた動作電流以上になるとインバータ回路の動作を停止させて電流の出力を停止するいわゆるブレーカと呼ばれる過電流検出装置が設けられている。しかしながら負荷に取付けられる過電流検出装置は、無停電電源装置に用いられる過電流検出装置よりも応答が遅いため、複数の負荷のうちのいずれかで短絡事故等が発生して過大電流が流れたときには、無停電電源装置側の過電流検出装置が先に作動してしまう。そのためにどの負荷で事故が発生したのかを直ちに検出することができない。特に変電所等のように停電の復旧を迅速に行う必要がある場所で用いられている無停電電源装置でこのような事態が発生すると、停電の復旧が遅くなる問題がある。
【0003】本発明の目的は、複数の交流負荷のうちのどの交流負荷で事故が発生したかを速やかに検出することができる無停電電源装置を提供することにある。
【0004】本発明の他の目的は、無停電電源装置を停止させることなく、過大電流発生事故が発生した交流負荷を簡単に知ることを可能にする無停電電源装置を提供することにある。
【0005】本発明の更に他の目的は、過大電流が流れたときに、交流負荷側の過電流検出装置を作動させることができる無停電電源装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、負荷電流が予め定めた動作電流以上になると電流の入力を遮断するように動作するいわゆるブレーカ等と呼ばれる過電流検出装置を備えた複数の交流負荷に対して設けられ、交流電源で停電が発生しているときに蓄電池を電源としてインバータ回路を動作させて複数の交流負荷に交流電力を供給する無停電電源装置を改良の対象とする。
【0007】本発明が改良の対象とする無停電電源装置は、常時インバータ回路を動作させてインバータ回路の出力を負荷に供給するタイプの無停電電源装置と、常時はインバータ回路を停止させておき、交流電源の停電を検出するとインバータ回路を動作させてインバータ回路の出力を負荷に供給するタイプの無停電電源装置のいずれにも適用できる。
【0008】インバータ回路の制御方式はどのようなものでもよいが、一般的にはフィードバック回路を用いてインバータ回路の出力電圧を予め定めた所定の電圧(実効値)に維持する定電圧制御方式が用いられる。定電圧制御方式を用いる場合には、インバータ回路の制御を周知のパルス幅変調制御回路(PWM制御回路)を用いて行うのが一般的である。
【0009】本発明では、インバータ回路から交流負荷に供給する負荷電流が予め定めた過大電流以上になっているか否かを検出する過大電流検出回路と、過大電流検出回路が過大電流を検出している間、負荷電流が動作電流以上でインバータ回路の過負荷耐量以下になるようにインバータ回路の出力電圧を低下させる出力電圧低下回路とを用いる。
【0010】ここで過大電流検出回路は、負荷電流に過大な電流が流れていることを検出できるものであれば、どのような構成でもよい。例えば、負荷電流を整流する整流回路と、この整流回路の出力と過大電流に対応した基準値とを比較する比較回路と、比較回路から信号が出力されると予め定めた所定の期間過大電流検出信号を出力する過大電流検出信号出力回路とから過大電流検出回路を構成することもできる。ここで整流回路としては、過大電流の存在がそのまま現われる半波整流回路や全波整流回路を用いるのが好ましい。また比較回路で用いる基準値は、インバータ回路の定格電流と過負荷耐量(過負荷状態においてインバータ回路の動作を維持できる許容電流)を考慮して定められる。具体的には、定格電流より僅かに大きい値を基準値とすることができる。過大電流検出信号出力回路から出力される過大電流検出信号の出力期間即ち「所定の期間」は、比較回路から不連続的に信号が出力されている期間であっても、連続した過大電流検出信号を出力できるように定められる。
【0011】また前述の出力電圧低下回路は、過大電流検出回路が過大電流を検出している間、負荷電流が負荷における過電流検出装置の動作電流以上でインバータ回路の過負荷耐量以下になるようにインバータ回路の出力電圧を低下させることができるものであれば、いかなる構成であってもよい。例えば、過大電流検出信号が出力されている期間パルス幅変調制御回路に入力される制御信号の電圧を低下させる分圧回路により出力電圧低下回路を構成してもよい。このように制御信号の電圧を低下させることにより、インバータ回路の出力電圧を低下させると、簡単且つ迅速にインバータ回路の出力電圧を所望の範囲まで低減することができる。
【0012】またこのような分圧回路は、例えば、パルス幅変調制御回路の制御信号入力部に直列に接続された第1の電流制限手段と、制御信号入力部と第1の電流制限手段との電気的接続点と過大電流検出信号出力回路の負極端子またはアースとの間に電気的に接続された半導体スイッチ回路及び第2の電流制限手段からなる直列回路とから構成することができる。なおこの場合、半導体スイッチ回路は過大電流検出信号が出力されている期間導通するように構成すればよい。このようにすると、過大電流検出信号が出力されている期間半導体スイッチ回路が導通してパルス幅変調制御回路には第1の電流制限手段と第2の電流制限手段とにより分圧された制御信号が入力される。制御信号の電圧が低下すると、パルス幅変調制御回路はパルス幅変調の基準となる基準電圧が低下してインバータ回路の出力電圧は低下する。典型的な、パルス幅変調制御回路では、例えば、所定の周期で発生する三角波等の基準振動波と直流レベルの基準電圧とを比較し、基準振動波の電圧が基準電圧に達するまでの期間、インバータ回路から出力を出すようにインバータ回路を制御する。制御信号は、基準振動波または基準電圧を制御するものであり、制御信号の電圧が大きくなると基準振動波のピーク電圧または基準電圧は高くなり、制御信号の電圧が小さくなると基準振動波のピーク電圧または基準電圧は低下する。したがって制御信号を分圧して制御信号の電圧を低下させれば、基準振動波のピーク電圧または基準電圧が低下してインバータ回路の出力電圧が低下することになる。
【0013】
【作用】複数の交流負荷のうち1つの交流負荷で短絡等の事故が発生して過大電流が流れると、過大電流検出回路が過大電流を検出する。過大電流検出回路が過大電流を検出すると、出力電圧低下回路は負荷電流が負荷における過電流検出装置の動作電流以上でインバータ回路の過負荷耐量以下になるようにインバータ回路の出力電圧を低下させる。したがって過大電流が発生した場合でも、インバータ回路は安全な範囲で動作を継続し、事故が発生した交流負荷に過電流検出装置の動作電流以上の電流を流し続ける。この状態がしばらく続くと、事故が発生した交流負荷の過電流検出装置が動作してこの交流負荷への電流の供給が遮断される。過電流検出装置の動作により、事故が発生した交流負荷がインバータ回路から切り離されると、過大電流検出回路は過大電流を検出しなくなり、出力電圧低下回路は動作を停止して、インバータ回路の出力電圧を元に戻す。このように本発明によれば、交流負荷で事故が発生すると、交流負荷側の過電流検出装置が必ず動作するため、事故が発生した交流負荷を迅速に特定することができて、その後の対処を迅速に行える。
【0014】
【実施例】以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。図1において、1は商用交流電源Sの出力を整流する整流回路であり、2はこの整流回路の出力により浮動充電される蓄電池であり、3は常時は整流回路1の直流電力を交流電力に変換し、交流電源Sの停電時には蓄電池2の直流電力を交流電力に変換するインバータ回路である。このインバータ回路3の出力は複数の交流負荷21〜25に対して供給され、各交流負荷は負荷電流が予め定めた動作電流以上になると電流の入力を遮断する動作をする過電流検出装置(21a〜25a)を備えている。
【0015】4は基準電圧発生回路であり、5はインバータ出力帰還電圧検出回路であり、6はこれらの回路4,5の出力電圧を比較する比較器である。7は比較器6の出力を増幅する誤差増幅器、8は通常は誤差増幅器7の出力により直接制御されてパルス幅変調信号を出力して、インバータ回路3を構成する半導体素子をスイッチング制御するパルス幅変調制御回路である。上記のブロック4〜8により、定電圧制御回路9が構成されている。
【0016】10はインバータ3の負荷電流を検出するための変流器、11は変流器の出力電流を整流する整流回路、12は整流回路11の出力と過大負荷電流に対応した基準値とを比較する比較回路である。13は比較回路12から検出信号が出力されると予め定めた所定の期間、過大電流検出信号を出力する過大電流検出信号出力回路であり、例えば、トリガー可能な単安定マルチバイブレータ等で構成される。上記のブロック11〜13によりインバータ回路3の負荷電流が所定の過大電流以上になっているか否かを検出する過大電流検出回路14が構成されている。15は過大電流検出信号が出力されている期間、誤差増幅器7からパルス幅変調回路8に入力される制御信号の電圧を調整して(具体的には分圧して)、インバータ回路3の出力電圧を低下させる出力電圧低下回路である。出力電圧低下回路15は、過大電流検出信号が出力されていないときには、誤差増幅器7の出力をそのままパルス幅変調制御回路8に通過させる。
【0017】本実施例では、定電圧制御回路9、過大電流検出回路14、及び出力電圧低下回路15によりインバータ回路制御装置を構成している。21〜25はインバータ回路3の出力端に並列接続された複数の負荷であり、21a〜25aは各負荷側に設けられたヒューズ等からなる過電流検出装置である。
【0018】次に、本実施例の動作を説明する。先ず、定電圧制御回路9の動作について述べると、基準電圧発生回路4はインバータ出力の基準となる基準正弦波電圧を出力する。この基準電圧と、インバータ出力帰還電圧検出回路5から出力されるインバータ出力帰還電圧とが比較器6に入力される。比較器6からは、インバータ出力帰還電圧が大きくなると電圧が小さくなるような逆極性の誤差信号が出力される。この誤差信号は誤差増幅器7に入力されて、増幅器7よりパルス幅変調制御回路8を制御する制御信号が出力される。パルス幅変調制御回路8は、入力される制御信号により三角波等の基準振動波のピーク電圧を制御して、基準振動波と定レベルの基準電圧との大小関係に応じて、基準振動波の電圧が基準電圧に達するまでの期間だけインバータ回路3から出力を出すようにインバータ回路3をスイッチング制御する。以上の動作により、インバータ回路3の出力電圧を定電圧に保持する定電圧制御が行われる。
【0019】なお定電圧制御回路9をパルス幅変調制御回路8における基準電圧を変化させて、インバータの出力を定電圧制御するようにしてもよい。その場合には、インバータ出力帰還電圧検出回路5を内部に整流回路を含んでインバータ出力を直流電圧に変換する構成とする。そして基準電圧発生回路4は、一定の基準電圧を発生するように構成する。また比較器12は、インバータ出力帰還電圧検出回路5の出力と基準電圧発生回路4の出力とを比較してその差を誤差増幅器7に出力する。誤差増幅器7は比較した結果を増幅してパルス幅変調制御回路8に制御信号として出力する。この場合には、この制御信号によりパルス幅変調制御回路8において基準振動波と比較される基準電圧を制御信号の変化に応じて制御することにより、インバータ回路3の出力電圧を定電圧に保持する定電圧制御を行う。
【0020】次に、本発明の主要部である過大電流検出回路14と出力電圧低下回路15の動作について図2を参照して説明する。インバータ回路3から供給される負荷電流の大きさに対応する変流器10からの出力電流は整流回路11に入力されて全波整流される。この整流出力は比較回路12に入力されて、過大電流に対応した基準値と比較される[図2(A)参照]。整流出力がこの基準値Vref 以上になると、比較回路12からパルス信号が出力され[図2(B)参照]、このパルス信号に応じて過大電流検出信号出力回路13から予め定めた所定の期間、連続的に過大電流検出信号が出力される[図2(C)参照]。過大電流検出信号出力回路13は、比較回路12から出力されるパルス信号によってトリガーされる単安定マルチバイブレータによって構成される。したがって過大電流検出信号出力回路13は、比較回路12からパルス信号が出力されている間、単安定マルチバイブレータがトリガされ続けて連続した過大電流検出信号が出力される。この過大電流検出信号が出力されている間、出力電圧低下回路15はパルス幅変調制御回路8に入力される制御信号の電圧を低下させる動作を行う。これにより、パルス幅変調制御回路8から出力されるインバータ回路制御信号のパルス幅を小さくして、インバータ回路3の出力電圧を所要の範囲まで低下させる。この所要の範囲とは、インバータ回路3の出力負荷電流が個々の負荷における過電流検出装置の動作電流以上で、インバータ回路3の過負荷耐量以下になるような大きさの出力電圧である。以上のようにして、負荷電流が過大になった場合、インバータ回路3の出力電圧を低下させることにより、過大電流が発生した場合でもインバータ回路3は安全な範囲で動作を継続し、事故を生じた負荷に過電流検出装置の動作電流以上の電流を流し続ける。
【0021】図3は、上述の制御によるインバータ回路3の出力電圧と負荷電流の変化の態様を示した波形図で、e1 が正規のインバータ出力電圧、i1 が通常の負荷電流である。i2 は過大負荷電流であり、この過大負荷電流i2 が検出されると、インバータ出力電圧はe2 のように低減される。そして、負荷電流は前記のような大きさの電流i3 となって流れる。これにより、事故が発生した負荷(21〜25)の過電流検出装置(21a〜25a)が動作して、この負荷への給電が遮断される。この過電流検出装置の動作により、事故が発生した負荷がインバータ回路3の出力から切り離されると、過大電流検出回路14は過大電流を検出しなくなり、出力電圧低下回路15は動作を停止する。これにより、インバータ回路3の出力電圧は元の定電圧状態に戻る。以上のようにして、ある負荷で事故が発生すると、その負荷側の過電流検出装置が動作するので、事故が発生した負荷を速やかに特定することができる。
【0022】次に、出力電圧低下回路15の一例の具体的な構成例を図4により説明する。なおこの出力電圧低下回路15は、制御信号によりパルス幅変調制御回路8の内部の基準振動波と比較される基準電圧を変えることによりインバータの出力を低電圧制御する場合に用いるものである。図4の7,8,13はそれぞれ図1に同符号で示した誤差増幅器、パルス幅変調制御回路及び過大電流検出信号出力回路である。ブロック15は本実施例の出力電圧低下回路を構成するもので、15aはパルス幅変調制御回路8の制御信号入力部に直列に接続された第1の電流制御手段としての抵抗である。15bはスイッチング・トランジスタ、15cは第2の電流制限手段としての抵抗で、この両者15b及び15cの直列回路を制御信号入力部とアースとの間に接続したものである。
【0023】本実施例の出力電圧低下回路15は、過大電流検出信号出力回路から連続した過大電流検出信号がトランジスタ15bのベースに入力されている期間、トランジスタ15bを導通して、抵抗15a,15cにより分圧回路を形成する。これにより、パルス幅変調制御回路8に入力される制御信号の電圧が低下される。パルス幅変調制御回路8に入力される制御信号の電圧が低下すると、基準振動波と比較される基準電圧が低下して、インバータ回路3を構成する半導体素子の導通期間が短くなり、インバータ回路3の出力電圧が低下する。その結果、負荷電流が大きくなる。
【0024】なお、図1で説明した実施例は、常時インバータ回路を動作させて、インバータ回路の出力を負荷に供給するタイプの無停電電源装置であったが、本発明はこれに限らず、常時はインバータ回路は停止させておき、交流電源が停電するとインバータ回路を動作させてインバータ回路の出力を負荷に供給するタイプの無停電電源装置にも適用できるのは勿論である。
【0025】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の無停電電源装置によれば、インバータ回路から負荷に供給する負荷電流が過大電流以上になったことを過大電流検出回路が検出している間、出力電圧低下回路を動作させて、負荷電流が負荷側の過電流検出装置の動作電流以上で、インバータ回路の過負荷耐量以下になるように、インバータ回路の出力電圧を低下させるようにしたので、複数の負荷のうちのある負荷で過大電流が流れる事故が発生した場合、インバータ回路を安全な範囲で動作させて、事故発生負荷の過電流検出装置を動作させ、事故発生負荷への給電を遮断することができる。これにより、事故発生負荷を迅速に特定して対処することができるとともに、インバータ回路の出力電圧を迅速に復旧させることができる。




 

 


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