JP3134301B2 - AC power supply - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は無停電電源装置(以後、UPSと略す)や燃料
電池発電システムなどのような交流電源装置に関するも
のである。The present invention relates to an AC power supply such as an uninterruptible power supply (hereinafter abbreviated as UPS) and a fuel cell power generation system.
従来の代表的なUPSの構成を第12図に示す。図におい
て充電器(3)は商用電源(5)の電力を直流に変換
し、バッテリー(2)を充電しつつ電圧形インバータ
(1)に直流電力を供給する。インバータ(1)はその
直流電力を低次高調波の少ない交流電圧に変換した後、
リアクトルLsとコンデンサCpよりなるフィルタを通して
正弦波の交流電力とし、トランスT2により負荷にあった
電圧に変圧して、負荷(4)に供給する。通常コンピュ
ータなどのUPSの負荷はノイズを防止するために電源側
から絶縁した後、専用の接地をとる場合が多く、トラン
スT2は電圧を合わせるだけでなく、絶縁の機能も必要で
ある。FIG. 12 shows a typical configuration of a conventional UPS. In the figure, a charger (3) converts electric power of a commercial power supply (5) into DC, and supplies DC power to a voltage source inverter (1) while charging a battery (2). The inverter (1) converts the DC power into an AC voltage with less low-order harmonics,
The power is converted into a sine wave AC power through a filter including the reactor Ls and the capacitor Cp, transformed into a voltage suitable for the load by the transformer T2, and supplied to the load (4). Usually, the load of the UPS such as a computer is insulated from the power supply side in order to prevent noise, and then, in many cases, a dedicated ground is taken. The transformer T2 needs not only the voltage adjustment but also the insulation function.
電圧側のトランスT1は省略することも多いが、インバ
ータの直流側の電圧が、インバータとバッテリーの経済
性から決まっている場合が多いので、充電器(3)の出
力直流電圧が適切になるようにトランスT1で変圧すると
同時に絶縁する場合が多い。このように従来の設計のUP
Sでは2つの変圧器を必要とするため、その重量と寸法
が大きく、UPSの小形・軽量化を困難としていた。Although the transformer T1 on the voltage side is often omitted, the voltage on the DC side of the inverter is often determined from the economics of the inverter and the battery, so that the output DC voltage of the charger (3) is appropriate. In many cases, transformer T1 transforms the voltage and simultaneously insulates it. In this way, the conventional design improves
Since the S requires two transformers, its weight and size are large, making it difficult to reduce the size and weight of the UPS.
この問題を解決するために、考え出された新しい方式
が第13図に示す高周波中間リンク方式である。第13図
は、IEEE PESC'88 Record,pp685−663,1988に示された
従来の直流−交流電力変換装置のブロック図をもとに、
第12図と同様の機能を持つUPSを構成したものである。
図においてインバータ(1)は例えばf1=10kHzの単相
矩形波を発生する電圧形インバータで、その出力はトラ
ンスT2で絶縁された後、サイクロコンバータ(6)に与
えられる。サイクロコンバータ(6)は周波数f1の電力
を例えばf3=60Hzの電力に変換し、リアクトルLsとコン
デンサCpよりなるフィルタを通して正弦波に変換し、負
荷に供給する。この方式ではトランスT2を10kHzの周波
数で設計できるため、非常に小形・軽量化できる。しか
し、充電器の部分は第2図と同様に商用電源周波数f2の
トランスT1が必要である。In order to solve this problem, a new scheme devised is a high-frequency intermediate link scheme shown in FIG. FIG. 13 is based on a block diagram of a conventional DC-AC power converter shown in IEEE PESC'88 Record, pp. 685-663, 1988,
This is a configuration of a UPS having the same functions as in FIG.
In the figure, an inverter (1) is a voltage-type inverter for generating a single-phase rectangular wave of f1 = 10 kHz, for example, and its output is provided to a cycloconverter (6) after being insulated by a transformer T2. The cycloconverter (6) converts the electric power of the frequency f1 into electric power of, for example, f3 = 60 Hz, converts the electric power into a sine wave through a filter including the reactor Ls and the capacitor Cp, and supplies the sine wave to the load. In this method, the transformer T2 can be designed at a frequency of 10 kHz, so that the size and weight of the transformer can be extremely reduced. However, the charger part requires a transformer T1 having a commercial power supply frequency f2 as in FIG.
これを改善すべくさらに発展させたシステムが第14図
に示すものである。これは第13図のDC/AC変換部が可逆
運転できることに注目し、充電器にも同じ高周波中間リ
ンク方式を適用したものである。しかしこの方法はトラ
ンスを小形化できるが商用入力から出力の間に2台のサ
イクロコンバータと2台のインバータを通るため、効率
が下がり、また変換器の価格が高価となる。従って、第
14図の方法は原理上は可能であっても、経済性と効率の
点から実用価値が少なかった。A further developed system to improve this is shown in FIG. This focuses on the fact that the DC / AC converter in FIG. 13 can operate reversibly, and applies the same high-frequency intermediate link method to the charger. However, this method can reduce the size of the transformer, but requires two cycloconverters and two inverters between the commercial input and the output, which lowers the efficiency and increases the price of the converter. Therefore,
Although the method shown in Fig. 14 was possible in principle, it was of little practical value in terms of economy and efficiency.
この欠点を解決すべくさらに新しく考案されたのがUn
ited States PatentのPatent Number 4719550“UNINTER
RUPTIBLE POWER SUPPLY WITH ENERGY CONVERSION AND E
NHANCEMENT"Fig3に記された直流電圧を介さずに入出力
を結合する方式である。この方式は、商用電源からのエ
ネルギー,バッテリーからのエネルギー,負荷からのエ
ネルギーの3者を全て共通の周波数f1の電力でやり取り
するようにスター状の構成にすることにより、必要な変
換器の数を少なくしたものである。構成としては、商用
電源からの電力をAC/AC変換器(12)により周波数f1の
高周波に変換し、高周波トランス(11)に供給する。前
記高周波トランス(11)とバッテリー(2)の間には、
第2の可逆形変換器(9)があり、バッテリー(2)の
電力をDC/AC変換して、前記高周波トランス(11)に供
給する。AC/AC変換器(15)は前記高周波トランス(1
1)の電力を周波数f3の電力に変換して負荷(4)に供
給する。Undeveloped to solve this shortcoming is Un
ited States Patent Patent Number 4719550 “UNINTER
RUPTIBLE POWER SUPPLY WITH ENERGY CONVERSION AND E
NHANCEMENT "This is a method of coupling input and output without using DC voltage as shown in Fig. 3. This method uses energy from commercial power supply, energy from battery, and energy from load all at the same frequency f1. The number of converters required is reduced by forming a star configuration so that power is exchanged at a frequency of f1 by the AC / AC converter (12). And supplies it to a high-frequency transformer (11). Between the high-frequency transformer (11) and the battery (2),
There is a second reversible converter (9), which converts the power of the battery (2) into DC / AC and supplies it to the high-frequency transformer (11). The AC / AC converter (15) is connected to the high-frequency transformer (1
The power of 1) is converted to power of frequency f3 and supplied to the load (4).
従来の交流電源装置は以上のように構成されており、
入出力の商用周波絶縁トランスの排除を実現したもので
ある。しかし、この構成では商用周波絶縁トランスの機
能である絶縁機能は充分に満足しているが、もう一つの
機能である変圧機能に対しては、電力変換器が入出力の
電源側に直接つながる構成となるので、この電力変換器
の設計仕様を変えること無く変圧することができなかっ
た。The conventional AC power supply is configured as described above,
This eliminates the input and output commercial frequency isolation transformers. However, in this configuration, the insulation function, which is the function of the commercial frequency isolation transformer, is sufficiently satisfied, but for the other function, the transformer function, the power converter is directly connected to the input / output power supply side. Therefore, the voltage cannot be changed without changing the design specifications of the power converter.
この発明は上記のような問題点を解決するためになさ
れたもので、入出力電圧の仕様変更に容易に対応できる
とともに、この装置1台で多種多様の電圧及び周波数を
出力でき、さまざまな負荷に同時に電力を供給できる。The present invention has been made to solve the above-described problems, and can easily cope with a change in the specification of input / output voltage, and can output various voltages and frequencies with one device, and can load various loads. At the same time.
この発明に係わる交流電源装置は高周波絶縁トランス
を使って多数の電力変換器を結合させ、その電力変換器
を直列や並列に接続できるように個々に電流コントロー
ラをもたせるとともに、直列もしくは並列に接続した電
力変換器の電圧コントローラを1つにまとめたものであ
る。In the AC power supply according to the present invention, a large number of power converters are connected using a high-frequency insulating transformer, and the power converters are individually provided with current controllers so that the power converters can be connected in series or in parallel, and are connected in series or in parallel. It is a voltage controller of a power converter integrated into one.
この発明における交流電源装置は、例えば100V,200V,
50Hz,60Hz,400Hzなど、多種多様な電力を1台の装置か
ら出力できるとともに、同じ電力変換器n台を使ってn
倍の電圧や電力を供給する交流電源装置となる。The AC power supply device according to the present invention is, for example, 100V, 200V,
A wide variety of electric power such as 50Hz, 60Hz, and 400Hz can be output from one device, and n can be output using the same n power converters.
This is an AC power supply that supplies twice the voltage and power.
以下、この発明の実施例を図面とともに説明する。第
1図〜第5図はこの発明の第1の実施例を示し、第1図
はその構成図である。(2)はバッテリー、(16)はコ
ンデンサ、(17)はインバータ、(18)はインバータ
(17)の出力につながった母線、(19)はACフィルタ、
(20)はサイクロコンバータ、(21)は高周波絶縁トラ
ンス、(22)はサイクロコンバータ(20)の出力につな
がった母線、(23)は高周波絶縁トランス(21)の2次
側巻線につながった母線、(24)はサイクロコンバー
タ、(25)はサイクロコンバータ(24)の出力側につな
がったACフィルタ、(101)は直流電圧制御を行う直流
電圧コントローラ、(102)はこの装置の入力電流を制
御する電流制御回路、(103)は出力電圧制御回路、(1
04)はこの装置の出力電流を制御する電流制御回路であ
る。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 to 5 show a first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a block diagram of the first embodiment. (2) battery, (16) capacitor, (17) inverter, (18) bus connected to the output of inverter (17), (19) AC filter,
(20) is a cycloconverter, (21) is a high-frequency isolation transformer, (22) is a bus connected to the output of the cycloconverter (20), and (23) is connected to the secondary winding of the high-frequency isolation transformer (21). The bus, (24) is a cycloconverter, (25) is an AC filter connected to the output side of the cycloconverter (24), (101) is a DC voltage controller that performs DC voltage control, and (102) is the input current of this device. Current control circuit to control, (103) output voltage control circuit, (1)
04) is a current control circuit for controlling the output current of this device.
第2図はインバータ(17)の内部構成を示す簡略図で
あり、4つのスイッチング素子(トランジスタ,MOSFET,
IGBT,Bi−MOS,SITなど)、Q1〜Q4と4つのダイオードD1
〜D4で構成されている。FIG. 2 is a simplified diagram showing the internal configuration of the inverter (17), in which four switching elements (transistor, MOSFET,
IGBT, Bi-MOS, SIT, etc.), Q1-Q4 and four diodes D1
~ D4.
第3図はACフィルタ(19)とサイクロコンバータ(2
0)の内部構成を表す簡略図で、ACフィルタはリアクト
ルLFとコンデンサCF,サイクロコンバータ(20)は4つ
の双方向スイッチS1〜S4で構成されている。Fig. 3 shows an AC filter (19) and a cycloconverter (2
A simplified view showing the internal structure of 0), AC filter reactor L F and the capacitor C F, cycloconverter (20) is composed of four bidirectional switches S1 to S4.
第4図は直流電圧を制御する直流電圧制御回路(10
1)のブロック図である。(105)は直流電圧指令発生
器、(106)は直流電圧検出器、(107)は正弦波発振
器、(108)は電圧コントローラ、(109)はリミッタで
ある。Fig. 4 shows a DC voltage control circuit (10
It is a block diagram of 1). (105) is a DC voltage command generator, (106) is a DC voltage detector, (107) is a sine wave oscillator, (108) is a voltage controller, and (109) is a limiter.
第5図はこの発明の入力電流を制御する電流制御回路
(102)のブロック図である。(110)は電流検出器、
(111)は電流コントローラ、(112)はスイッチング信
号発生回路である。FIG. 5 is a block diagram of a current control circuit (102) for controlling an input current according to the present invention. (110) is a current detector,
(111) is a current controller, and (112) is a switching signal generation circuit.
第6図はこの発明の出力電圧を制御する出力電圧制御
回路(106)のブロック図である。(113)は出力電圧指
令発生器、(114)は出力電圧検出器、(115)は出力電
圧コントローラ、(116)はリミッタである。FIG. 6 is a block diagram of an output voltage control circuit (106) for controlling an output voltage according to the present invention. (113) is an output voltage command generator, (114) is an output voltage detector, (115) is an output voltage controller, and (116) is a limiter.
次に、第1の実施例である第1図の動作を第7図を参
照しながら説明する。第1図中のインバータ(17)は第
2図のような構成になるが、ここでは電圧制御は行わ
ず、この装置の基準となる周波数f1なるキャリア信号の
正のピークに同期して極性が変わるデューティ50%の矩
形波スイッチング信号を使って、それによりドライブさ
れるQ1,Q4とその反転信号でドライブされるQ2,Q3によ
り、第7図の中段に示すようなバッテリー(2)の電圧
に対応した矩形波を母線(18)に供給する。またこのイ
バータ(17)はその周波数を固定し、母線(18)の電圧
・周波数をシステム全体の基準として確立する。なお、
第7図において、(Sc)はキャリア信号、(II)は電流
指令である。Next, the operation of the first embodiment shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. The inverter (17) in FIG. 1 has a configuration as shown in FIG. 2, but does not perform voltage control here, and its polarity is synchronized with a positive peak of a carrier signal having a frequency f1 as a reference of the device. The voltage of the battery (2) as shown in the middle part of FIG. 7 is obtained by using the switching signals Q1 and Q4 driven by the square wave switching signal having the changing duty ratio of 50% and the driving signals Q2 and Q3. The corresponding square wave is supplied to the bus (18). This inverter (17) fixes its frequency and establishes the voltage and frequency of the bus (18) as a reference for the entire system. In addition,
In FIG. 7, (Sc) is a carrier signal, and (I I ) is a current command.
次に、ACフィルタ(19)とサイクロコンバータ(20)
により商用周波数f2の入力電圧をインバータ(17)と同
じ周波数f1に変換する。ここで、このACフィルタ(19)
とサイクロコンバータ(20)を1つの変換器と考えたと
きに、この変換器2台の入力端子を交流電源の出力端子
間にそれぞれ直列につなげば1つの変換器にかかる電圧
は、交流電源電圧の半分となる。従って、n台を直列に
つなげば1つの変換器にかかる電圧は1/nとなり、この
変換器を低い耐圧で設定できるとともに、入力トランス
なしで変圧できる。さらに、この変換器は出力側が絶縁
トランスで絶縁されており、その電圧はインバータ(1
7)で確立しているので、個々の変換器が独立した制御
でき、変換器のユニット化が容易である。そこで、次に
このサイクロコンバータ(20)の動作を第3図,第4
図,第5図,第7図を用いて説明する。Next, an AC filter (19) and a cycloconverter (20)
Thus, the input voltage of the commercial frequency f2 is converted into the same frequency f1 as that of the inverter (17). Where this AC filter (19)
When the converter and the cycloconverter (20) are considered as one converter, if the two input terminals of these converters are connected in series between the output terminals of the AC power supply, the voltage applied to one converter becomes the AC power supply voltage. Half of Therefore, if n units are connected in series, the voltage applied to one converter becomes 1 / n, and this converter can be set with a low withstand voltage and can be transformed without an input transformer. In addition, the output side of this converter is isolated by an isolation transformer, and its voltage is controlled by an inverter (1
Since it is established in 7), individual converters can be controlled independently and converters can be easily unitized. Then, the operation of this cycloconverter (20) is described next with reference to FIGS.
This will be described with reference to FIGS. 5, 5 and 7.
サイクロコンバータ(20)は第3図のような構成とな
る。このスイッチング素子S1〜S4は第4図に示す直流電
圧制御回路(101)と、第5図に示す電流制御回路(10
2)で直流電圧を一定に保つように制御されている。ま
ず、直流電圧指令発生回路(105)から出力された直流
電圧指令V*dから直流電圧検出器(106)で検出した
バッテリー電圧Vdを引いてその電圧差ΔVを正弦波発振
器(107)に出力する。この正弦波発振器は単にΔV・S
INθという信号を発振するが、ここでこの位相が入力電
圧と同期するようにPLL(Phase Locked Loop)回路を正
弦波発振器(107)に組み込めば入力力率1の制御がで
きる。次に電圧コントローラ(108)で比例もしくは比
例−積分制御を行い入力電流指令I*iを作り、リミッ
タ(109)に入力する。このリミッタ(109)は直流電圧
Vdが大きく変動した場合に、スイッチング素子の電流容
量を越えるような過電流指令を出力することを抑制する
ものである。次に第5図では、まず直流電圧制御回路
(101)で出力された入力電流指令I*iを入力とし、
その値から電流検出器(110)で検出した入力電流Iiを
引き、電流コントローラ(111)で比例制御して、その
結果を改めて入力電流指令としてスイッチグ信号発生回
路(112)に出力し、スイッチング信号発生回路(112)
でサイクロコンバータ(20)の4つの双方向スイッチを
ドライブする。このスイッチング指令により、第7図に
示すようにスイッチS1〜S4はオンオフを繰り返す、ここ
で、第7図最下段に記すサイクロコンバータ(20)が出
力する電圧を期間t1〜t4に分けて説明する。The cyclo converter (20) has a configuration as shown in FIG. The switching elements S1 to S4 include a DC voltage control circuit (101) shown in FIG. 4 and a current control circuit (10
In 2), it is controlled to keep the DC voltage constant. First, the battery voltage Vd detected by the DC voltage detector (106) is subtracted from the DC voltage command V * d output from the DC voltage command generation circuit (105), and the voltage difference ΔV is output to the sine wave oscillator (107). I do. This sine wave oscillator is simply ΔVS
The signal INθ is oscillated. Here, if a PLL (Phase Locked Loop) circuit is incorporated in the sine wave oscillator (107) so that this phase is synchronized with the input voltage, the input power factor 1 can be controlled. Next, proportional or proportional-integral control is performed by the voltage controller (108) to generate an input current command I * i, which is input to the limiter (109). This limiter (109) is a DC voltage
This is to suppress output of an overcurrent command that exceeds the current capacity of the switching element when Vd greatly fluctuates. Next, in FIG. 5, first, the input current command I * i output from the DC voltage control circuit (101) is input,
The input current Ii detected by the current detector (110) is subtracted from the value, proportionally controlled by the current controller (111), and the result is again output as an input current command to the switching signal generation circuit (112), and the switching signal is output. Generation circuit (112)
Drives the four bidirectional switches of the cycloconverter (20). In response to this switching command, the switches S1 to S4 are repeatedly turned on and off as shown in FIG. 7. Here, the voltage output by the cycloconverter (20) shown at the bottom of FIG. 7 will be described by dividing it into periods t1 to t4. .
期間t1:S2,S4がON、S1,S3がOFF リアクトル Lf充電期間 期間t2:S1,S4がON、S2,S3がOFF リアクトル Lf放電期間 期間t3:S1,S3がON、S2,S4がOFF リアクトル Lf充電期間 期間t4:S2,S3がON、S1,S4がOFF リアクトル Lf放電期間 これにより、リアクトルLfの充電期間はゼロ電圧を出
力し、放電期間は振幅が直流電圧にクランプされた電圧
を出力する。Period t1: S2, S4 ON, S1, S3 OFF, reactor Lf charging period Period t2: S1, S4 ON, S2, S3 OFF reactor Lf discharging period Period t3: S1, S3 ON, S2, S4 OFF Reactor Lf charging period Period t4: S2, S3 are ON, S1, S4 are OFF Reactor Lf discharging period As a result, zero voltage is output during the charging period of reactor Lf, and the voltage whose amplitude is clamped to DC voltage is output during the discharging period. Output.
従って、この装置全体のエネルギーのやり取りは、AC
フィルタ(19)のリアクトルLfが充電期間のときは、交
流電源からリアクトルLfにエネルギーが蓄えられ負荷に
はコンデンサ(16)からエネルギーが供給される。放電
のときにはリアクトルLfのエネルギーはコンデンサ(1
6)または負荷に供給される。ここで高周波トランス(2
1)の1次及び2次電圧は、コンデンサ(16)が充分大
きければリアクトルLfの充放電にかかわらずデューティ
50%で振幅が一定の矩形波となる。Therefore, the energy exchange of this whole device is AC
When the reactor Lf of the filter (19) is in the charging period, energy is stored in the reactor Lf from the AC power supply, and energy is supplied to the load from the capacitor (16). During discharging, the energy of the reactor Lf is stored in the capacitor (1
6) or supplied to the load. Here the high-frequency transformer (2
The primary and secondary voltages in 1) are duty-free, regardless of the charging and discharging of reactor Lf, if the capacitor (16) is large enough.
A square wave with a constant amplitude at 50%.
次に、この装置の負荷側の電力変換器について説明す
る。サイクロコンバータ(24)は高周波絶縁トランスよ
り母線(23)を介して電圧周波数f1の電力を入力とし、
商用周波数に変換する。次に、ACフィルタ(25)でフィ
ルタリングして負荷に電力を供給するが、ここで、入力
側と同じようにサイクロコンバータ(24)とACフィルタ
(25)を1つの変換器と考えるとやはり入力側と同じよ
うに、負荷に対して2台の変換器の出力端子をそれぞれ
直列につなげば1台が出力する交流電圧は半分ですむ。
またn台直列につなげば1/nになり、入力側の変換器と
同様にメリットがある。Next, the power converter on the load side of this device will be described. The cycloconverter (24) receives the power of the voltage frequency f1 from the high-frequency insulating transformer via the bus (23),
Convert to commercial frequency. Next, power is supplied to the load after being filtered by the AC filter (25). Here, if the cycloconverter (24) and the AC filter (25) are considered as one converter like the input side, the input As with the side, if the output terminals of the two converters are connected in series to the load, the AC voltage output from one converter will be half.
Also, if n units are connected in series, the ratio becomes 1 / n, which is as advantageous as the converter on the input side.
次に、このサイクロコンバータ(24)を第6図,第8
図を用いて説明する。サイクロコンバータ(24)とACフ
ィルタ(25)は第3図の入力側と出力側をひっくり返し
た構成となる。また電流制御回路(104)は入力側の電
流制御回路(102)と全く同じである。出力電圧制御回
路(103)は第6図に示す。第6図において、まず出力
電圧指令発生回路(113)から出力電圧指令V* Lを出
力する。出力電圧検出回路(114)では負荷電圧を検出
すると同時に、負荷に直列に入った変換器の数で割りそ
れを1台あたりの電圧検出値とする。次に、前記出力電
圧指令V* Lから出力電圧検出器(114)の出力を引
き、電圧コントローラ(115)で比例もしくは比例−積
分制御を行い出力電流指令、を出力し、リミッタ(11
6)で過電流指令に対し制限をする。前記出力制御回路
(103)の出力は電流制御回路(104)に入力されるが、
この電流制御回路(104)は入力側と同じであるから説
明は省略する。以上の動作により第8図に示すようなイ
ンバータ(17)の出力電圧に対して、サイクロコンバー
タ(24)は図に示すようなスイッチングパターンでスイ
ッチングする。ここで、サイクロコンバータ(24)の入
力電圧とスイッチングとの関係は以下の表の通りであ
る。Next, this cycloconverter (24) is shown in FIGS.
This will be described with reference to the drawings. The cycloconverter (24) and the AC filter (25) have a configuration in which the input side and the output side in FIG. 3 are turned upside down. The current control circuit (104) is exactly the same as the input-side current control circuit (102). The output voltage control circuit (103) is shown in FIG. In FIG. 6, first, an output voltage command V * L is output from the output voltage command generation circuit (113). The output voltage detection circuit (114) detects the load voltage and, at the same time, divides the load voltage by the number of converters in series with the load and sets the result as the voltage detection value per unit. Next, the output of the output voltage detector (114) is subtracted from the output voltage command V * L , and a proportional or proportional-integral control is performed by the voltage controller (115) to output an output current command.
6) Limit the overcurrent command. The output of the output control circuit (103) is input to the current control circuit (104),
Since the current control circuit (104) is the same as the input side, the description is omitted. By the above operation, the cycloconverter (24) performs switching with the switching pattern as shown in FIG. 8 with respect to the output voltage of the inverter (17) as shown in FIG. Here, the relationship between the input voltage of the cycloconverter (24) and the switching is as shown in the following table.
上表のような関係を使ってパルス幅制御を行えば第8
図に示すようなサイクロコンバータ(24)の出力電圧が
得られる。さらにこのサイクロコンバータ(24)の出力
をACフィルタ(25)でフィルタリングすれば商用周波数
f3を持った正弦波が得られる。 If pulse width control is performed using the relationship shown in the above table,
The output voltage of the cycloconverter (24) as shown in the figure is obtained. Furthermore, if the output of this cycloconverter (24) is filtered by an AC filter (25),
A sine wave with f3 is obtained.
次に、第9図によってこの発明の第2の実施例を説明
する。第9図は、入力側の変換器の入力端子を交流電源
の出力端子間にそれぞれ並列に接続し、出力側の変換器
の出力端子をそれぞれ並列に接続したものである。また
その構成要素は、第1の実施例を示す第1図〜第6図ま
でと全く同様である。次に上述した第2の実施例の動作
について説明する。交流電源に対し2つの変換器を並列
に接続すると入力電流が分流し変換器の容量が半分です
む。ここで、2つの変換器を1つの電流制御回路(10
2)で制御すると個々が持つスイッチング信号発生回路
の特性のばらつきにより分流がアンバランスする。従っ
て、電流制御回路(102)を変換器個々が持ち、それぞ
れ電流制御を行い電流をバランスさせる必要がある。ま
た直流電圧制御回路(101)を変換器の個々に持たせる
と、この直流電圧制御回路(101)から出力される電流
指令のばらつきにより分流がアンバランスする。従っ
て、電流指令がどの電流制御回路(102)でも同じであ
るように1つの電圧制御回路(101)で並列に接続した
変換器を制御する必要がある。なお、これらのことがら
は負荷側の変換器(24)でも同様である。Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 shows a configuration in which the input terminals of the converter on the input side are connected in parallel between the output terminals of the AC power supply, and the output terminals of the converter on the output side are connected in parallel. The components are exactly the same as those in FIGS. 1 to 6 showing the first embodiment. Next, the operation of the above-described second embodiment will be described. If two converters are connected in parallel to the AC power supply, the input current is shunted and the capacity of the converter is reduced by half. Here, two converters are connected to one current control circuit (10
When the control is performed in 2), the shunt current is unbalanced due to the variation in the characteristics of the switching signal generating circuits of the individual. Therefore, it is necessary that each of the converters has a current control circuit (102) and controls the current to balance the current. Further, when the DC voltage control circuit (101) is provided in each of the converters, the shunt is unbalanced due to the variation of the current command output from the DC voltage control circuit (101). Therefore, it is necessary to control the converters connected in parallel by one voltage control circuit (101) so that the current command is the same in any current control circuit (102). The same applies to the converter (24) on the load side.
以上より、1つの電圧制御回路の指令により電流制御
回路を個々に持つn台の変換器を制御すれば、そのn台
の変換器を並列に接続すると1台に流れる電流は1/nに
なり、その並列に接続する台数を調節すれば負荷の増減
に容易に対応できる。As described above, if n converters each having a current control circuit are controlled by a command of one voltage control circuit, the current flowing in one converter becomes 1 / n when the n converters are connected in parallel. By adjusting the number of units connected in parallel, it is possible to easily cope with an increase or decrease in load.
次に、第10図によって、この発明の第3の実施例を説
明する。この回路構成要素は第1図,第2図の第1の実
施例と同じで、その機能は、入力側の変換器の入力端子
を交流電源の出力端子間にそれぞれ直列もしくは並列に
接続するとともに、出力側の変換器の出力端子をそれぞ
れ直列もしくは並列に接続し、第1の実施例と第2の実
施例をスイッチの切り換えにより併用できるようにした
ものである。第10図において、 (A)入力側のSiと出力側のSoをともにオフしたとき、 (a) 2つの変換器を同相制御した場合は、1つの
変換器の2倍の電圧と電力が、入出力のA−C間に得ら
れる。Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This circuit component is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 1 and 2, and its function is to connect the input terminal of the converter on the input side between the output terminals of the AC power supply in series or in parallel, respectively. The output terminals of the converter on the output side are connected in series or in parallel, respectively, so that the first embodiment and the second embodiment can be used together by switching a switch. In FIG. 10, (A) when both the input side Si and the output side So are turned off, (a) When two converters are in-phase controlled, the voltage and power twice as large as one converter are: It is obtained between input and output AC.
(b) 2つの変換器で120゜位相をずらして制御し
た場合、 1つの変換器の電圧を線間電圧とし、2倍の
電力を持つV結線の3相電力が入出力のA,B,C間に得ら
れる。(B) When the two converters are controlled with a phase shift of 120 °, the voltage of one converter is set to the line voltage, and the three-phase power of the V connection having twice the power is used for input and output A, B, Obtained during C.
(B)入力側のSiと出力側のSoをともにオンし、2つの
変換器を逆相制御したとき、1つの変換器と同じ電圧で
2倍の電力が得られる。(B) When Si on the input side and So on the output side are both turned on and two converters are controlled in opposite phases, twice the power can be obtained at the same voltage as one converter.
以上のように、スイッチと制御を切り換えて3通りの
パターンを出力することができる。As described above, three patterns can be output by switching between the switch and the control.
次に、第11図を使って第4の実施例を説明する。 Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
第11図において、(27),(29),(31)はそれぞれパ
ルス幅変調を行うサイクロコンバータ、(28),(3
0),(32)はACフィルタ、(117)と(118)はそれぞ
れサイクロコンバータ(27)の電圧と電流を制御する出
力電圧制御回路と電流制御回路、(119)と(120)はそ
れぞれサイクロコンバータ(29)の電圧と電流を制御す
る出力電圧制御回路と電流制御回路、(121)と(122)
はそれぞれサイクロコンバータ(31)の電圧と電流を制
御する出力電圧制御回路と電流制御回路である。In FIG. 11, (27), (29), and (31) denote cycloconverters that perform pulse width modulation, and (28), (3)
(0) and (32) are AC filters, (117) and (118) are output voltage control circuits and current control circuits for controlling the voltage and current of the cycloconverter (27), respectively, and (119) and (120) are cyclotrons, respectively. Output voltage control circuit and current control circuit for controlling the voltage and current of the converter (29), (121) and (122)
Are an output voltage control circuit and a current control circuit for controlling the voltage and current of the cycloconverter (31), respectively.
次に、動作について説明する。例えば、入力側の交流
電源を単相200V,60Hzとする。まず入力側変換器のサイ
クロコンバータ(20)で高周波数f1(f1は出力側の最大
周波数よりかなり高い周波数とする。)に変換し、その
エネルギーをバッテリーと負荷に供給する。高周波トラ
ンス(26)の電圧は第1の実施例と同じようにインバー
タ(17)によって確立されており、負荷側の変換器はこ
の電圧に同期してパルス幅制御を行う。ここで、例えば
サイクロコンバータ(27)は、出力電圧制御回路(11
7)で作られた100V,60Hzの電圧指令によりその値を出力
する。また、サイクロコンバータ(29)は、出力電圧制
御回路(119)で作られた200V,400Hzの電圧指令により
その値を出力する。さらに、サイクロコンバータ(31)
とACフィルタ(32)を3相に構成すれば、出力電圧制御
回路(121)で作られた3相200V,60Hzの電圧指令により
その電圧を出力する。Next, the operation will be described. For example, the AC power supply on the input side is a single-phase 200V, 60Hz. First, the cycloconverter (20) of the input converter converts the high frequency to f1 (f1 is considerably higher than the maximum frequency on the output side), and supplies the energy to the battery and the load. The voltage of the high-frequency transformer (26) is established by the inverter (17) as in the first embodiment, and the converter on the load side performs pulse width control in synchronization with this voltage. Here, for example, the cycloconverter (27) includes an output voltage control circuit (11
The value is output by the 100V, 60Hz voltage command created in 7). The cycloconverter (29) outputs the value according to a voltage command of 200V, 400Hz generated by the output voltage control circuit (119). In addition, cyclo converter (31)
If the AC filter (32) is composed of three phases, the voltage is output by a three-phase 200V, 60Hz voltage command generated by the output voltage control circuit (121).
以上のようにこの発明によれば、個々に電流制御回路
を持った多数の電力変換器を1つの高周波トランスで結
合し、直列,並列に接続し運転できるようにしたので、
さまざま入出力仕様に容易に対応でき、またこの装置1
台で多種多様な負荷に同時に電力を供給できるなど、柔
軟性が高く、多機能な電源システムを構成することがで
きる。As described above, according to the present invention, a large number of power converters each having a current control circuit are connected by one high-frequency transformer, and can be connected and operated in series and parallel.
It can easily support various input / output specifications.
It is possible to configure a highly flexible and multifunctional power supply system, for example, such that power can be simultaneously supplied to a variety of loads on a stand.
第1図はこの発明の第1の実施例を示すブロック図、第
2図はこの発明の各実施例における直流電圧を制御する
直流電圧制御回路のブロック図、第3図はこの発明の各
実施例のACフィルタとサイクロコンバータの内部構成を
表す簡略図、第4図はこの発明の各実施例の直流電圧を
制御する出力電圧制御回路のブロック図、第5図はこの
発明の各実施例の入力電流を制御する電流制御回路のブ
ロック図、第6図はこの発明の各実施例の出力電圧を制
御する出力電圧制御回路のブロック図、第7図はこの発
明の第1の実施例の入力側の電力変換器のスイッチング
タイミング図、第8図はこの発明の第1の実施例の出力
側の電力変換器のスイッチングタイミング図、第9図は
この発明の第2の実施例を示すブロック図、第10図はこ
の発明の第3の実施例を示すブロック図、第11図はこの
発明の第4の実施例を示すブロック図、第12図は入出力
に商用周波絶縁トランスを使った従来の電力変換装置の
ブロック図、第13図は第12図の出力側の絶縁トランスを
高周波絶縁トランスに置き換えた従来の電力変換装置の
ブロック図、第14図は第12図の入出力の絶縁トランスを
ともに高周波絶縁トランスに置き換えた従来の電力変換
装置のブロック図、第15図は入力と出力とバッテリーと
の絶縁を1つの高周波絶縁トランスで行った従来の電力
変換装置のブロック図である。 (1),(7),(9),(17)……インバータ、
(2)……バッテリー、(3)……整流器、(4)……
負荷、(5)……交流電源、(6),(8),(12),
(15),(20),(24),(27),(29),(31)……
サイクロコンバータ、(10),(13),(14),(1
8),(22),(23)……母線、(11),(21),(2
6)……高周波絶縁トランス、(16)……コンデンサ、
(19),(25),(28),(30),(32)……ACフィル
タ。 (101)……直流電圧制御回路、(102),(104),(1
18),(120),(122)……電流制御回路、(103),
(117),(119),(121)……出力電圧制御回路、(1
05)……直流電圧指令発生回路、(106)……直流電圧
検出器、(107)……正弦波発振器、(108),(115)
……電圧コントローラ、(109),(116)……リミッ
タ、(110)……電流検出器、(111)……電流コントロ
ーラ、(112)……スイッチング信号発生回路、(113)
……出力電圧指令、(114)……出力電圧指令である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram of a DC voltage control circuit for controlling a DC voltage in each embodiment of the present invention, and FIG. 3 is each embodiment of the present invention. FIG. 4 is a block diagram of an output voltage control circuit for controlling the DC voltage of each embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a block diagram of an output voltage control circuit of each embodiment of the present invention. FIG. 6 is a block diagram of a current control circuit for controlling an input current, FIG. 6 is a block diagram of an output voltage control circuit for controlling an output voltage of each embodiment of the present invention, and FIG. 7 is an input of a first embodiment of the present invention. 8 is a switching timing diagram of the power converter on the output side, FIG. 8 is a switching timing diagram of the power converter on the output side according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a block diagram showing a second embodiment of the present invention. FIG. 10 shows a third embodiment of the present invention. FIG. 11 is a block diagram showing a fourth embodiment of the present invention, FIG. 12 is a block diagram of a conventional power converter using a commercial frequency insulating transformer for input and output, and FIG. Fig. 12 is a block diagram of a conventional power converter in which the output-side insulating transformer is replaced with a high-frequency insulating transformer. Fig. 14 is a conventional power converter in which both the input and output insulating transformers in Fig. 12 are replaced by high-frequency insulating transformers. FIG. 15 is a block diagram of a conventional power converter in which input, output, and battery are insulated from each other by a single high-frequency insulating transformer. (1), (7), (9), (17) ... Inverter,
(2) ... battery, (3) ... rectifier, (4) ...
Load, (5) ... AC power supply, (6), (8), (12),
(15), (20), (24), (27), (29), (31) ...
Cycloconverter, (10), (13), (14), (1
8), (22), (23) ... bus, (11), (21), (2
6) High frequency insulation transformer, (16) Capacitor,
(19), (25), (28), (30), (32) ... AC filter. (101) DC voltage control circuit (102), (104), (1
18), (120), (122) ... current control circuit, (103),
(117), (119), (121) ... output voltage control circuit, (1
05) DC voltage command generation circuit, (106) DC voltage detector, (107) Sine wave oscillator, (108), (115)
... voltage controller, (109), (116) ... limiter, (110) ... current detector, (111) ... current controller, (112) ... switching signal generation circuit, (113)
... Output voltage command, (114) output voltage command. In the drawings, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02M 5/00 - 5/48 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on front page (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H02M 5/00-5/48
Claims (4)
し、第2の周波数より高い第1の周波数に変換する第1
の複数の変換器群と、直流電源を入力とし、前記第1の
周波数に変換する可逆電力の変換可能な第2の変換器
と、前記第1の複数の変換器群および第2の変換器の少
なくとも一方から電力が供給され第3の周波数の交流電
力に変換する第3の複数の変換器群とを備え、 前記第1の変換器群を構成する各変換器の入力端子が前
記交流電源の出力端子間にそれぞれ直列に接続されると
ともに、前記第3の変換器群を構成する各変換器の出力
端子がそれぞれ直列に接続されている交流電源装置。An AC power source having a second frequency is input and converted to a first frequency higher than the second frequency.
A plurality of converter groups, a second converter capable of converting reversible power into a first frequency with a DC power supply as an input, the first plurality of converter groups and a second converter And a third plurality of converter groups that are supplied with power from at least one of the first and second converters and convert the power into AC power of a third frequency. An input terminal of each converter constituting the first converter group is the AC power supply. And an output terminal of each of the converters constituting the third converter group is connected in series, between the output terminals of the AC power supply.
し、第2の周波数より高い第1の周波数に変換する第1
の複数の変換器群と、直流電源を入力とし、前記第1の
周波数に変換する可逆電力の変換可能な第2の変換器
と、前記第1の複数の変換器群および第2の変換器の少
なくとも一方から電力が供給され第3の周波数の交流電
力に変換する第3の複数の変換器群と、第3の変換器群
を構成する各変換器から出力される電流を各々制御する
電流コントローラと、前記第3の変換器群を構成する各
変換器から出力される電圧を共通に制御する電圧コント
ローラとを備え、 前記第1の変換器群を構成する各変換器の入力端子が前
記交流電源の出力端子間にそれぞれ並列に接続されると
ともに、前記第3の変換器群を構成する各変換器の出力
端子がそれぞれ並列に接続されている交流電源装置。2. An AC power supply having an input of an AC power supply having a second frequency and converting the AC power to a first frequency higher than the second frequency.
A plurality of converter groups, a second converter capable of converting reversible power into a first frequency with a DC power supply as an input, the first plurality of converter groups and a second converter A plurality of converter groups that are supplied with power from at least one of them and convert into AC power of a third frequency, and currents that respectively control currents output from the converters that form the third converter group. A controller, and a voltage controller for commonly controlling a voltage output from each converter constituting the third converter group, wherein an input terminal of each converter constituting the first converter group is An AC power supply device connected in parallel between output terminals of an AC power supply, and having output terminals of the converters constituting the third converter group connected in parallel.
し、第2の周波数より高い第1の周波数に変換する第1
の複数の変換器群と、直流電源を入力とし、前記第1の
周波数に変換する可逆電力の変換可能な第2の変換器
と、前記第1の複数の変換器群および第2の変換器の少
なくとも一方から電力が供給され第3の周波数の交流電
力に変換する第3の複数の変換器群と、前記第1の変換
器群を構成する各変換器の入力端子が前記交流電源の出
力端子間にそれぞれ直列もしくは並列に接続されるよう
に接続を変更する手段と、前記第3の変換器群を構成す
る各変換器の出力端子がそれぞれ直列もしくは並列に接
続されるように接続を変更する手段とを備えた交流電源
装置。3. An AC power supply having a second frequency as an input and converting the AC power into a first frequency higher than the second frequency.
A plurality of converter groups, a second converter capable of converting reversible power into a first frequency with a DC power supply as an input, the first plurality of converter groups and a second converter And a third plurality of converter groups that are supplied with power from at least one of them and convert the AC power into a third frequency AC power, and an input terminal of each converter that forms the first converter group is an output terminal of the AC power supply. Means for changing the connection so that they are connected in series or in parallel between the terminals, and changing the connection so that the output terminals of the converters constituting the third converter group are connected in series or in parallel, respectively AC power supply comprising:
器の出力位相を変更することにより、前記第3の変換器
群から多相の交流を出力する請求項3記載の交流電源装
置。4. The AC power supply according to claim 3, wherein a polyphase AC is output from the third converter group by changing an output phase of the converters constituting the first and third converter groups. apparatus.
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Citations (1)
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| US4719550A (en) | 1986-09-11 | 1988-01-12 | Liebert Corporation | Uninterruptible power supply with energy conversion and enhancement |
-
1990
- 1990-09-20 JP JP02252578A patent/JP3134301B2/en not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US4719550A (en) | 1986-09-11 | 1988-01-12 | Liebert Corporation | Uninterruptible power supply with energy conversion and enhancement |
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| JPH04133664A (en) | 1992-05-07 |
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