特許 6243553 無停電電源システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6243553

(24)【登録日】2017年11月17日

(45)【発行日】2017年12月6日

(54)【発明の名称】無停電電源システム

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20171127BHJP

【ＦＩ】

   H02J9/06 120

【請求項の数】11

【全頁数】19

(21)【出願番号】特願2016-565739(P2016-565739)

(86)(22)【出願日】2014年12月25日

(86)【国際出願番号】JP2014084227

(87)【国際公開番号】WO2016103378

(87)【国際公開日】20160630

【審査請求日】2017年5月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】501137636

【氏名又は名称】東芝三菱電機産業システム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】豊田 勝

【審査官】 田中 慎太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−２１８２００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−６７４９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２１５５８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ９／００−１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の交流電源から交流電力が供給される通常時は、前記第１の交流電源からの交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を電力蓄積装置に蓄えるとともに交流電力に変換して負荷に供給し、前記第１の交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、前記電力蓄積装置の直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する常用無停電電源装置と、
第２の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を前記常用無停電電源装置の故障時に前記負荷に供給する予備用電力変換装置とを備え、
前記予備用電力変換装置は、
前記第２の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する第１のコンバータと、
前記第１のコンバータで生成された直流電力を交流電力に変換する第１のインバータと、
前記第１のコンバータによって生成される直流電圧が予め定められた電圧よりも高い第１の場合は、前記予備用電力変換装置の出力電圧が正弦波状で前記負荷の許容入力電圧範囲内の交流電圧になり、前記第１のコンバータによって生成される直流電圧が前記予め定められた電圧よりも低い第２の場合は、前記予備用電力変換装置の出力電圧が前記負荷にとって許容範囲内の波形歪を有し、かつ前記負荷の許容入力電圧範囲内の交流電圧となるように、前記第１のコンバータおよび前記第１のインバータのうちの少なくとも前記第１のインバータを制御する第１の制御装置とを含む、無停電電源システム。

【請求項2】

前記予め定められた電圧は、前記予備用電力変換装置が前記負荷の許容入力電圧範囲の下限値の交流電圧を出力するために最低限必要とされる電圧である、請求項１に記載の無停電電源システム。

【請求項3】

前記波形歪を有する交流電圧の波形は台形波状である、請求項１に記載の無停電電源システム。

【請求項4】

前記第１の制御装置は、
前記第１の場合は、前記第１のコンバータで生成された直流電圧の２分の１よりも小さな振幅の正弦波状の交流電圧を出力するように前記第１のインバータを制御し、
前記第２の場合は、前記第１のコンバータで生成された直流電圧の２分の１よりも大きな振幅の正弦波状の交流電圧を出力するように前記第１のインバータを制御する、請求項１に記載の無停電電源システム。

【請求項5】

前記第１の制御装置は、前記第２の場合における前記第１のインバータのスイッチング周波数を前記第１の場合における前記第１のインバータのスイッチング周波数よりも低下させる、請求項４に記載の無停電電源システム。

【請求項6】

前記第１のコンバータは前記第２の交流電源から供給される交流電圧を整流する整流器を含み、
前記第１の制御装置は前記第１のインバータを制御する、請求項１に記載の無停電電源システム。

【請求項7】

前記第１のコンバータは前記第２の交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換する複数のスイッチング素子を含み、
前記第１の制御装置は前記第１のコンバータおよび前記第１のインバータを制御する、請求項１に記載の無停電電源システム。

【請求項8】

前記第１の制御装置は、前記予備用電力変換装置の出力電圧の位相が前記常用無停電電源装置の出力電圧の位相に一致するように前記第１のインバータを制御する、請求項１に記載の無停電電源システム。

【請求項9】

前記常用無停電電源装置は、
前記第１の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する第２のコンバータと、
直流電力を交流電力に変換する第２のインバータと、
前記常用無停電電源装置の出力電圧が正弦波状で定格電圧の交流電圧となるように前記第２のコンバータおよび前記第２のインバータを制御する第２の制御装置とを含み、
前記通常時は前記第２のコンバータで生成された直流電力が前記電力蓄積装置に蓄えられるとともに前記第２のインバータに供給され、前記停電時は前記電力蓄積装置の直流電力が前記第２のインバータに供給される、請求項１に記載の無停電電源システム。

【請求項10】

前記常用無停電電源装置は、さらに、前記第２のインバータで生成された交流電力と前記予備用電力変換装置からの交流電力とを受け、前記第２のインバータが正常である場合は前記第２のインバータで生成された交流電力を前記負荷に与え、前記第２のインバータが故障した場合は前記予備用電力変換装置からの交流電力を前記負荷に与える第１の切換回路を含む、請求項９に記載の無停電電源システム。

【請求項11】

前記予備用電力変換装置は、さらに、前記第１のインバータで生成された交流電力と第３の交流電源から供給される交流電力とを受け、前記第１のインバータが正常である場合は前記第１のインバータで生成された交流電力を前記第１の切換回路に与え、前記第１のインバータが故障した場合は前記第３の交流電源から供給される交流電力を前記第１の切換回路に与える第２の切換回路を含む、請求項１０に記載の無停電電源システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は無停電電源システムに関し、特に、常用無停電電源装置の故障時に負荷に交流電力を供給する予備用電力変換装置を備えた無停電電源システムに関する。

【背景技術】

【0002】

たとえば特開２００５−２１８２００号公報（特許文献１）には、常用無停電電源装置と予備用無停電電源装置を備えた無停電電源システムが開示されている。商用交流電源から交流電力が供給されている通常時は、常用無停電電源装置が、商用交流電源からの交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をバッテリに蓄えるとともに交流電力に変換して負荷に供給する。商用交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、常用無停電電源装置が、バッテリの直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する。常用無停電電源装置の故障時には、予備用無停電電源装置が常用無停電電源装置の代わりに交流電力を負荷に供給する。したがって、停電時や常用無停電電源装置の故障時でも負荷の運転を継続することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００５−２１８２００号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

従来の無停電電源システムでは、常用と予備用の無停電電源装置が設けられていたので、システムが大型でコスト高になるという問題がある。そこで、バッテリを使用しない簡単な構成の電力変換装置で予備用無停電電源装置を置換することが考えられる。しかし、単に予備用無停電電源装置を簡単な構成の電力変換装置で置換しただけでは、交流電源から供給される交流電圧が低下した場合に電力変換装置の出力電圧も低下してしまい、負荷の運転が停止してしまう。

【0005】

それゆえに、この発明の主たる目的は、交流電源から供給される交流電圧が変動した場合でも負荷の運転を継続することが可能な小型で低コストの無停電電源システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明に係る無停電電源システムは、第１の交流電源から交流電力が供給される通常時は、第１の交流電源からの交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を電力蓄積装置に蓄えるとともに交流電力に変換して負荷に供給し、第１の交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、電力蓄積装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する常用無停電電源装置と、第２の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を交流電力に変換し、その交流電力を常用無停電電源装置の故障時に負荷に供給する予備用電力変換装置とを備えたものである。予備用電力変換装置は、第２の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する第１のコンバータと、第１のコンバータで生成された直流電力を交流電力に変換する第１のインバータと、第１のコンバータによって生成される直流電圧が予め定められた電圧よりも高い第１の場合は、予備用電力変換装置の出力電圧が正弦波状で負荷の許容入力電圧範囲内の交流電圧になり、第１のコンバータによって生成される直流電圧が予め定められた電圧よりも低い第２の場合は、予備用電力変換装置の出力電圧が負荷にとって許容範囲内の波形歪を有し、かつ負荷の許容入力電圧範囲内の交流電圧となるように、第１のコンバータおよび第１のインバータのうちの少なくとも第１のインバータを制御する第１の制御装置とを含む。

【発明の効果】

【0007】

この発明に係る無停電電源システムでは、電力蓄積装置を使用しない予備用電力変換装置を設けたので、システムの小型化および低コスト化を図ることができる。さらに、予備用電力変換装置は、第１のコンバータで生成される直流電圧が予め定められた電圧よりも低下した場合でも、負荷にとって許容範囲内の波形歪を交流電圧に発生させて、負荷の許容入力電圧範囲内の交流電圧を出力する。したがって、第２の交流電源から供給される交流電圧が変動した場合でも負荷の運転を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】この発明の実施の形態１による無停電電源システムの構成を示すブロック図である。

【図2】図１に示した常用無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図3】図２に示したコンバータおよびインバータの構成を示す回路図である。

【図4】図１に示した予備用電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図5】図４に示したコンバータおよびインバータの構成を示す回路図である。

【図6】図４に示した予備用電力変換装置の動作を示すタイムチャートである。

【図7】図１に示した常用無停電電源装置の効率と予備用電力変換装置の効率とを比較する図である。

【図8】この発明の実施の形態２による無停電電源システムの構成を示すブロック図である。

【図9】図８に示した予備用電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図10】この発明の実施の形態３による無停電電源システムの構成を示すブロック図である。

【図11】図１０に示した予備用電力変換装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図12】図１１に示したコンバータおよびインバータの構成を示す回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による無停電電源システムの構成を示すブロック図である。図１において、この無停電電源システムは、Ｎ台（ただし、Ｎは１以上の整数である）の常用無停電電源装置Ｕ１〜ＵＮと、予備用電力変換装置Ｂ１とを備える。

【0010】

常用無停電電源装置Ｕｎ（ただし、ｎは１以上でＮ以下の整数である）は、商用交流電源ＰＳ１から交流電力が供給されている通常時は、交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をバッテリに蓄えるとともに交流電力に変換して負荷ＬＤｎに供給する。常用無停電電源装置Ｕｎは、商用交流電源ＰＳ１からの交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリの直流電力を交流電力に変換して負荷ＬＤｎに供給する。

【0011】

予備用電力変換装置Ｂ１は、バイパス交流電源ＰＳ２から供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を交流電力に変換し、常用無停電電源装置Ｕ１〜ＵＮのうちのいずれかの常用無停電電源装置Ｕｎの故障時や保守点検時に、その常用無停電電源装置Ｕｎの代わりに交流電力を負荷ＬＤｎに供給する。したがって、停電が発生した場合や、常用無停電電源装置Ｕｎの故障時および保守点検時でも、負荷ＬＤ１〜ＬＤＮの運転を継続することができる。

【0012】

バイパス交流電源ＰＳ２は、商用交流電源ＰＳ１と同じものであってもよいし、異なるものであっても構わない。ここでは、商用交流電源ＰＳ１とバイパス交流電源ＰＳ２は同じものであるとする。商用交流電源ＰＳ１およびバイパス交流電源ＰＳ２の出力電圧は、通常時であっても変動（増減）する場合がある。波形歪の無い正弦波状で定格電圧の交流電圧によって負荷ＬＤｎを駆動させることが好ましいが、負荷ＬＤｎにとって許容される範囲内であれば波形歪を有し、かつ負荷ＬＤｎにとって許容される入力電圧範囲内の交流電圧によって負荷ＬＤｎを駆動させることも可能である。

【0013】

常用無停電電源装置Ｕｎは、商用交流電源ＰＳ１の出力電圧が変動した場合でも、バッテリの直流電力を用いて波形歪の無い正弦波状で定格電圧の交流電圧を出力する。予備用電力変換装置Ｂ１は、バイパス交流電源ＰＳ２の出力電圧が十分に高い場合は、波形歪の無い正弦波状で負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲内の交流電圧を出力する。予備用電力変換装置Ｂ１は、バイパス交流電源ＰＳ２の出力電圧が低下した場合は、負荷ＬＤｎにとって許容範囲内の波形歪を有し、かつ負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲内の交流電圧を出力する。

【0014】

したがって、バッテリを使用しない簡単な構成の予備用電力変換装置Ｂ１を設けたので、バッテリを使用する予備用無停電電源装置が設けられていた従来に比べ、装置の小型化、低コスト化を図ることができる。

【0015】

さらに、予備用電力変換装置Ｂ１は、バイパス交流電源ＰＳ２の出力電圧が低下した場合でも、負荷ＬＤｎにとって許容範囲内の波形歪を交流電圧に発生させて、負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲内の交流電圧を出力する。したがって、バイパス交流電源ＰＳ２から供給される交流電圧が変動した場合でも負荷ＬＤｎの運転を継続することができる。

【0016】

図２は、常用無停電電源装置Ｕｎの構成を示す回路ブロック図である。常用無停電電源装置Ｕｎは、商用交流電源ＰＳ１からの三相交流電力を直流電力に一旦変換し、その直流電力を三相交流電力に変換して負荷ＬＤｎに供給するものであるが、図面および説明の簡単化のため、図２では一相分の回路のみが示されている。

【0017】

図２において、この常用無停電電源装置Ｕｎは、交流入力端子Ｔ１、バイパス入力端子Ｔ２、および交流出力端子Ｔ３を備える。交流入力端子Ｔ１は、商用交流電源ＰＳ１から商用周波数の交流電力を受ける。バイパス入力端子Ｔ２は、予備用電力変換装置Ｂ１から商用周波数の交流電力を受ける。交流出力端子Ｔ３は、負荷ＬＤｎに接続される。負荷ＬＤｎは、交流電力によって駆動される。

【0018】

この常用無停電電源装置Ｕｎは、さらに、遮断器１，１３、電磁接触器２，５，１１，１５、交流リアクトル３，９、コンバータ４、バッテリ６、平滑用電解コンデンサ７、インバータ８、コンデンサ１０、電流検出器１２、半導体スイッチ１４、操作部１６、および制御装置１７を備える。

【0019】

遮断器１、電磁接触器２、および交流リアクトル３は、交流入力端子Ｔ１とコンバータ４の入力ノードとの間に直列接続される。遮断器１および電磁接触器２は、常用無停電電源装置Ｕｎの使用時はオンされ、たとえば常用無停電電源装置Ｕｎの保守および点検時にオフされる。電磁接触器２と交流リアクトル３の間のノードＮ１に現れる交流入力電圧ＶＩ１の瞬時値は、制御装置１７によって検出される。交流入力電圧ＶＩ１の検出値に基づいて、停電の発生の有無などが判別される。

【0020】

交流リアクトル３は、低域通過フィルタを構成し、商用交流電源ＰＳ１からコンバータ４に商用周波数の交流電力を通過させ、コンバータ４で発生するスイッチング周波数の信号が商用交流電源ＰＳ１に通過することを防止する。

【0021】

コンバータ４は、順変換器であって制御装置１７によって制御され、商用交流電源ＰＳ１から交流電力が供給されている通常時は、交流電力を直流電力に変換して電源ノードＮ２に出力する。コンバータ４の出力電圧は、所望の値に制御可能になっている。商用交流電源ＰＳ１からの交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ４の運転は停止される。平滑用電解コンデンサ７は、電源ノードＮ２に接続され、電源ノードＮ２の電圧を平滑化させる。電源ノードＮ２に現れる直流電圧ＶＤＣ１の瞬時値は、制御装置１７によって検出される。

【0022】

電源ノードＮ２は、電磁接触器５を介してバッテリ６に接続される。電磁接触器５は、常用無停電電源装置Ｕｎの使用時はオンされ、たとえば常用無停電電源装置Ｕｎおよびバッテリ６の保守および点検時にオフされる。バッテリ（電力蓄積装置）６は、コンバータ４で生成された直流電力を蓄える。バッテリ６の代わりにコンデンサが接続されていても構わない。

【0023】

インバータ８は、逆変換器であって制御装置１７によって制御され、コンバータ４で生成された直流電力またはバッテリ６の直流電力を商用周波数の交流電力に変換して出力ノード８ａに出力する。すなわちインバータ８は、通常時はコンバータ４から電源ノードＮ２を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、停電時はバッテリ６から供給される直流電力を交流電力に変換する。インバータ８の出力電圧は所望の値に制御可能になっている。

【0024】

インバータ８の出力ノード８ａは交流リアクトル９を介して電磁接触器１１の一方端子に接続され、電磁接触器１１の他方端子（ノードＮ３）は交流出力端子Ｔ３に接続される。コンデンサ１０は、電磁接触器１１の一方端子に接続される。交流リアクトル９およびコンデンサ１０は、低域通過フィルタを構成し、インバータ８で生成された商用周波数の交流電力を交流出力端子Ｔ３に通過させ、インバータ８で発生するスイッチング周波数の信号が交流出力端子Ｔ３に通過することを防止する。

【0025】

電磁接触器１１は、制御装置１７によって制御され、インバータ８によって生成された交流電力を負荷ＬＤｎに供給するインバータ給電モード時にはオンされ、予備用電力変換装置Ｂ１からの交流電力を負荷ＬＤｎに供給するバイパス給電モード時にはオフされる。

【0026】

ノードＮ３に現れる交流出力電圧ＶＯ１の瞬時値は、制御装置１７によって検出される。電流検出器１２は、ノードＮ３と交流出力端子Ｔ３の間に流れる負荷電流ＩＯ１を検出し、その検出値を示す信号を制御装置１７に与える。

【0027】

遮断器１３および半導体スイッチ１４は、バイパス入力端子Ｔ２とノードＮ３の間に直列接続される。遮断器１３は、常用無停電電源装置Ｕｎの使用時はオンされ、たとえば常用無停電電源装置Ｕｎの保守および点検時にオフされる。半導体スイッチ１４は、サイリスタを含み、制御装置１７によって制御される。半導体スイッチ１４は、通常はオフし、インバータ８が故障した場合に瞬時にオンし、予備用電力変換装置Ｂ１からの交流電力を負荷ＬＤｎに供給する。半導体スイッチ１４は、オンしてから所定時間経過後にオフする。

【0028】

電磁接触器１５は、半導体スイッチ１４に並列接続され、制御装置１７によって制御される。電磁接触器１５は、インバータ８によって生成された交流電力を負荷ＬＤｎに供給するインバータ給電モード時にはオフされ、予備用電力変換装置Ｂ１からの交流電力を負荷ＬＤｎに供給するバイパス給電モード時にはオンされる。また電磁接触器１５は、インバータ８が故障した場合にオンし、予備用電力変換装置Ｂ１からの交流電力を負荷ＬＤｎに供給する。つまり、インバータ８が故障した場合は、半導体スイッチ１４が瞬時に所定時間だけオンするとともに電磁接触器１５がオンする。これは、半導体スイッチ１４が過熱されて破損するのを防止するためである。

【0029】

操作部１６は、無停電電源システムの使用者によって操作される複数のボタン、種々の情報を表示する画像表示部などを含む。使用者が操作部１６を操作することにより、無停電電源装置Ｕｎの電源をオン／オフしたり、バイパス給電モードおよびインバータ給電モードのうちのいずれかのモードを選択したり、種々のパラメータを制御装置１７に記憶させることが可能となっている。

【0030】

制御装置１７は、操作部１６からの信号に基づいて動作し、交流入力電圧ＶＩ１、直流電圧ＶＤＣ１、交流出力電圧ＶＯ１、および負荷電流ＩＯ１の瞬時値を検出し、それらの検出値に基づいて無停電電源装置Ｕｎ全体を制御する。すなわち、制御装置１７は、交流入力電圧ＶＩ１の検出値に基づいて停電が発生したか否かを検出し、交流入力電圧ＶＩ１の位相に同期してコンバータ４およびインバータ８を制御する。

【0031】

さらに制御装置１７は、直流電圧ＶＤＣ１が所望の目標直流電圧ＶＤＣＴ１になるようにコンバータ４を制御する。さらに制御装置１７は、出力電圧ＶＯ１が波形歪の無い正弦波状に変化し、かつ定格電圧になるようにインバータ８を制御する。さらに制御装置１７は、出力電圧ＶＯ１の位相が入力電圧ＶＩ１の位相に一致するようにインバータ８を制御する。

【0032】

図３は、コンバータ４およびインバータ８の構成を示す回路図である。図３において、コンバータ４は入力ノード４ａ〜４ｃ、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６、およびダイオードＤ１〜Ｄ６を含み、インバータ８はスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６、ダイオードＤ１１〜Ｄ１６、および出力ノード８ａ〜８ｃを含む。

【0033】

コンバータ４の入力ノード４ａ〜４ｃは、商用交流電源ＰＳ１からの三相交流電圧をそれぞれ受ける。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３の一方電極は直流正母線ＬＰ１に接続され、それらの他方電極はそれぞれ入力ノード４ａ〜４ｃに接続される。スイッチング素子Ｓ４〜Ｓ６の一方電極はそれぞれ入力ノード４ａ〜４ｃに接続され、それらの他方電極は直流負母線ＬＮ１に接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ６は、それぞれスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６に逆並列に接続される。平滑用電解コンデンサ７は、直流正母線ＬＰ１と直流負母線ＬＮ１の間に接続され、母線ＬＰ１，ＬＮ１間の直流電圧ＶＤＣ１を平滑化させる。

【0034】

インバータ８のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１３の一方電極は直流正母線ＬＰ１に接続され、それらの他方電極はそれぞれ出力ノード８ａ〜８ｃに接続される。スイッチング素子Ｓ１４〜Ｓ１６の一方電極はそれぞれ出力ノード８ａ〜８ｃに接続され、それらの他方電極は直流負母線ＬＮ１に接続される。ダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６に逆並列に接続される。

【0035】

スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６，Ｓ１１〜Ｓ１６の各々は、制御装置１７によって制御され、商用交流電源ＰＳ１からの三相交流電圧ＶＩに同期して所定のタイミングでオン／オフされる。スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３は三相交流電圧ＶＩ１に同期してオン／オフされ、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ３がオン／オフされたときにそれぞれスイッチング素子Ｓ４〜Ｓ６がオフ／オンされる。スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１３は三相交流電圧ＶＩ１に同期してオン／オフされ、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１３がオン／オフされたときにそれぞれスイッチング素子Ｓ１４〜Ｓ１６がオフ／オンされる。

【0036】

商用交流電源ＰＳ１からの三相交流電圧ＶＩ１とスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６をオン／オフさせるタイミングとの位相差を調整することにより、直流電圧ＶＤＣ１を所望の電圧に調整することが可能となっている。また、スイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の各々をオンさせる時間を調整することにより出力電圧ＶＯ１を所望の電圧に調整することが可能となっている。

【0037】

制御装置１７は、直流電圧ＶＤＣ１が所定の目標電圧ＶＤＣＴ１になるようにコンバータ４のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６の各々をオン／オフさせるとともに、出力電圧ＶＯ１が波形歪の無い正弦波状で定格電圧の交流電圧になるようにインバータ８のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の各々をオン／オフさせる。出力電圧ＶＯ１の振幅は、ＶＤＣＴ１／２よりも小さな値にされる。さらに制御装置１７は、出力電圧ＶＯ１の位相が入力電圧ＶＩ１の位相に一致するようにインバータ８のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の各々をオン／オフさせる。

【0038】

ここで、常用無停電電源装置Ｕｎの動作について説明する。商用交流電源ＰＳ１から交流電力が供給されている通常時では、遮断器１，１３および電磁接触器２，５，１１がオンされ、半導体スイッチ１４および電磁接触器１５がオフされている。商用交流電源ＰＳ１から供給される交流電力は、コンバータ４によって直流電力に変換される。コンバータ４によって生成された直流電力は、バッテリ６に蓄えられるとともに、インバータ８によって交流電力に変換されて負荷ＬＤｎに供給される。

【0039】

常用無停電電源装置Ｕｎの出力電圧ＶＯ１は、波形歪の無い正弦波状で定格電圧の交流電圧に維持される。商用交流電源ＰＳ１の出力電圧が一時的に低下した場合でも、電源ノードＮ２の電圧ＶＤＣ１はバッテリ６によって一定電圧に維持され、出力電圧ＶＯ１は正弦波状で定格電圧の交流電圧に維持される。

【0040】

商用交流電源ＰＳ１からの交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ４の運転が停止され、バッテリ６の直流電力がインバータ８に供給される。インバータ８は、バッテリ６から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷ＬＤｎに供給する。したがって、停電が発生した場合でも、バッテリ６に直流電力が蓄えられている期間は、負荷ＬＤｎの運転を継続することができる。

【0041】

通常時においてインバータ８が故障した場合は、半導体スイッチ１４が瞬時にオンし、予備用電力変換装置Ｂ１から半導体スイッチ１４を介して負荷ＬＤｎに交流電力が供給される。次いで電磁接触器１５がオンするとともに電磁接触器１１がオフし、半導体スイッチ１４がオフする。これにより、予備用電力変換装置Ｂ１から電磁接触器１５を介して負荷ＬＤｎに交流電力が供給される。なお、予備用電力変換装置Ｂ１の出力電圧の位相は、常用無停電電源装置Ｕ１〜ＵＮの出力電圧ＶＯ１の位相に同期されているので、半導体スイッチ１４がオンした時に過電流が流れることはない。

【0042】

図４は、予備用電力変換装置Ｂ１の構成を示す回路ブロック図である。予備用電力変換装置Ｂ１は、バイパス交流電源ＰＳ２からの三相交流電力を直流電力に一旦変換し、その直流電力を三相交流電力に変換して常用無停電電源装置Ｕ１〜ＵＮの各々に供給するものであるが、図面および説明の簡単化のため、図４では一相分の回路のみが示されている。

【0043】

図４において、この予備用電力変換装置Ｂ１は、交流入力端子Ｔ５および交流出力端子Ｔ６を備える。交流入力端子Ｔ５は、バイパス交流電源ＰＳ２から商用周波数の交流電力を受ける。交流出力端子Ｔ６は、常用無停電電源装置Ｕ１〜ＵＮのバイパス入力端子Ｔ２に接続される。

【0044】

この予備用電力変換装置Ｂ１は、さらに、遮断器２１、電磁接触器２２，３０、交流リアクトル２３，２８、コンバータ２４、平滑用電解コンデンサ２６、インバータ２７、コンデンサ２９、電流検出器３１、操作部３２、および制御装置３３を備える。

【0045】

遮断器２１、電磁接触器２２、および交流リアクトル２３は、交流入力端子Ｔ５とコンバータ２４の入力ノードとの間に直列接続される。遮断器２１および電磁接触器２２は、予備用電力変換装置Ｂ１の使用時はオンされ、たとえば予備用電力変換装置Ｂ１の保守および点検時にオフされる。電磁接触器２２と交流リアクトル２３の間のノードＮ１１に現れる交流入力電圧ＶＩ２の瞬時値は、制御装置３３によって検出される。

【0046】

交流リアクトル２３は、低域通過フィルタを構成し、バイパス交流電源ＰＳ２からコンバータ２４に商用周波数の交流電力を通過させ、コンバータ２４で発生するスイッチング周波数の信号がバイパス交流電源ＰＳ２に通過することを防止する。

【0047】

コンバータ２４は、整流器であり、交流電力を直流電力に変換して電源ノードＮ１２に出力する。コンバータ２４の出力電圧は、バイパス交流電源ＰＳ２の出力電圧に応じて変化する。平滑用電解コンデンサ２６は、電源ノードＮ１２に接続され、電源ノードＮ１２の電圧を平滑化させる。電源ノードＮ１２に現れる直流電圧ＶＤＣ２の瞬時値は、制御装置３３によって検出される。

【0048】

インバータ２７は、逆変換器であって制御装置３３によって制御され、コンバータ２４で生成された直流電力を商用周波数の交流電力に変換して出力ノード２７ａに出力する。インバータ２７の出力電圧は所望の値に制御可能になっている。

【0049】

インバータ２７の出力ノード２７ａは交流リアクトル２８を介して電磁接触器３０の一方端子に接続され、電磁接触器３０の他方端子（ノードＮ１３）は交流出力端子Ｔ６に接続される。コンデンサ２９は、電磁接触器３０の一方端子に接続される。交流リアクトル２８およびコンデンサ２９は、低域通過フィルタを構成し、インバータ２７で生成された商用周波数の交流電力を交流出力端子Ｔ６に通過させ、インバータ２７で発生するスイッチング周波数の信号が交流出力端子Ｔ６に通過することを防止する。

【0050】

電磁接触器３０は、予備用電力変換装置Ｂ１の使用時はオンされ、たとえば予備用電力変換装置Ｂ１の保守および点検時にオフされる。ノードＮ１３に現れる交流出力電圧ＶＯ２の瞬時値は、制御装置３３によって検出される。電流検出器３１は、ノードＮ１３と交流出力端子Ｔ６の間に流れる負荷電流ＩＯ２を検出し、その検出値を示す信号を制御装置３３に与える。

【0051】

操作部３２は、無停電電源システムの使用者によって操作される複数のボタン、種々の情報を表示する画像表示部などを含む。使用者が操作部３２を操作することにより、予備用電力変換装置Ｂ１の電源をオン／オフしたり、種々のパラメータを制御装置３３に記憶させることが可能となっている。

【0052】

制御装置３３は、操作部３２からの信号に基づいて動作し、交流入力電圧ＶＩ２、直流電圧ＶＤＣ２、交流出力電圧ＶＯ２、および負荷電流ＩＯ２の瞬時値を検出し、それらの検出値に基づいて予備用電力変換装置Ｂ１全体を制御する。すなわち、制御装置３３は、出力電圧ＶＯ２の位相が入力電圧ＶＩ２の位相に一致するようにインバータ２７を制御する。ここでは商用交流電源ＰＳ１とバイパス交流電源ＰＳ２は同じものであるとしているので、予備用電力変換装置Ｂ１の出力電圧ＶＯ２の位相は常用無停電電源装置Ｕ１〜ＵＮの出力電圧ＶＯ１の位相に一致する。

【0053】

さらに制御装置３３は、電源ノードＮ１２の直流電圧ＶＤＣ２が予め定められた下限電圧ＶＬよりも高い場合は、波形歪の無い正弦波状で負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯ２が出力されるようにインバータ２７を制御する。さらに制御装置３３は、電源ノードＮ１２の直流電圧ＶＤＣ２が予め定められた下限電圧ＶＬよりも低い場合は、負荷ＬＤｎにとって許容範囲内の波形歪を有し、かつ負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯ２が出力されるようにインバータ２７を制御する。下限電圧ＶＬは、予備用電力変換装置Ｂ１が負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲の下限値の交流電圧ＶＯを出力するために最低限必要とされる直流電圧である。

【0054】

図５は、コンバータ２４およびインバータ２７の構成を示す回路図である。図５において、コンバータ２４は入力ノード２４ａ〜２４ｃおよびダイオードＤ２１〜Ｄ２６を含み、インバータ２７はスイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３６、ダイオードＤ３１〜Ｄ３６、および出力ノード２７ａ〜２７ｃを含む。

【0055】

コンバータ２４の入力ノード２４ａ〜２４ｃは、バイパス交流電源ＰＳ２からの三相交流電圧をそれぞれ受ける。ダイオードＤ２１〜Ｄ２３のアノードはそれぞれ入力ノード２４ａ〜２４ｃに接続され、それらのカソードはともに直流正母線ＬＰ２に接続される。ダイオードＤ２４〜Ｄ２６のアノードは直流負母線ＬＮ２に接続され、それらのカソードはそれぞれ入力ノード２４ａ〜２４ｃに接続される。バイパス交流電源ＰＳ２からの三相交流電圧は、ダイオードＤ２１〜Ｄ２６によって全波整流されて直流電圧ＶＤＣ２に変換される。平滑用電解コンデンサ２６は、直流正母線ＬＰ２と直流負母線ＬＮ２の間に接続され、母線ＬＰ２，ＬＮ２間の直流電圧ＶＤＣ２を平滑化させる。

【0056】

インバータ２７のスイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３３の一方電極は直流正母線ＬＰ２に接続され、それらの他方電極はそれぞれ出力ノード２７ａ〜２７ｃに接続される。スイッチング素子Ｓ３４〜Ｓ３６の一方電極はそれぞれ出力ノード２７ａ〜２７ｃに接続され、それらの他方電極は直流負母線ＬＮ２に接続される。ダイオードＤ３１〜Ｄ３６は、それぞれスイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３６に逆並列に接続される。

【0057】

スイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３６の各々は、制御装置３３によって制御され、バイパス交流電源ＰＳ２からの三相交流電圧ＶＩ２に同期して所定のタイミングでオン／オフされる。スイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３３は三相交流電圧ＶＩ２に同期してオン／オフされ、スイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３３がオン／オフされたときにそれぞれスイッチング素子Ｓ３４〜Ｓ３６がオフ／オンされる。スイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３６の各々をオンさせる時間を調整することにより出力電圧ＶＯ２を所望の電圧に調整することが可能となっている。

【0058】

制御装置３３は、出力電圧ＶＯ２の位相が入力電圧ＶＩ２の位相に一致するようにスイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３６の各々をオン／オフさせる。さらに制御装置３３は、電源ノードＮ１２の直流電圧ＶＤＣ２が下限電圧ＶＬよりも高い場合は、波形歪の無い正弦波状で負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯ２が出力されるようにスイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３６の各々をオン／オフさせる。

【0059】

さらに制御装置３３は、電源ノードＮ１２の直流電圧ＶＤＣ２が下限電圧ＶＬよりも低い場合は、負荷ＬＤｎにとって許容範囲内の波形歪を有し、かつ負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯ２が出力されるようにスイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３６の各々をオン／オフさせる。

【0060】

図６（ａ）（ｂ）は、予備用電力変換装置Ｂ１の出力電圧ＶＯ２の波形を示すタイムチャートである。図６（ａ）は直流電圧ＶＤＣ２が下限電圧ＶＬよりも高い場合における出力電圧ＶＯ２の波形を示し、図６（ｂ）は直流電圧ＶＤＣ２が下限電圧ＶＬよりも低い場合における出力電圧ＶＯ２の波形を示している。

【0061】

図６（ａ）に示すように、ＶＤＣ２＞ＶＬである場合、直流電圧ＶＤＣ２は入力電圧ＶＩ２に応じたレベルの電圧２×Ｖ１となる。制御装置３３は、振幅がＶ１よりも小さな所定値Ａ１の正弦波状の交流電圧ＶＯ２を出力するようにインバータ２７を制御する。出力電圧ＶＯ２は、負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲内の電圧に維持される。この場合は、直流電圧Ｖ１が交流電圧ＶＯ２の振幅Ａ１よりも大きいので、出力電圧ＶＯ２は歪の無い正弦波となる。

【0062】

図６（ｂ）に示すように、ＶＤＣ２＜ＶＬである場合、直流電圧ＶＤＣ２は入力電圧ＶＩ２に応じたレベルの電圧２×Ｖ２となる。Ｖ２＜Ｖ１である。この場合に、振幅がＶ２よりも小さな所定値の正弦波状の交流電圧ＶＯ２を出力するようにインバータ２７を制御すると、出力電圧ＶＯ２が負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲の下限値よりも低下してしまう。

【0063】

そこで、制御装置３３は、振幅がＶ２よりも大きな所定値Ａ２の正弦波状の交流電圧ＶＯ２を出力するようにインバータ２７を制御する。この場合は、直流電圧Ｖ２が交流電圧ＶＯ２の振幅Ａ２よりも小さいので、出力電圧ＶＯ２は−Ｖ２〜＋Ｖ２の範囲内に制限され、出力電圧ＶＯ２の波形は正弦波状ではなく台形波状になる。振幅を同じにした場合、正弦波状の交流電圧の電圧値（実効値）よりも台形波状の交流電圧の電圧値の方が大きくなる。したがって、出力電圧ＶＯ２を負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲内の電圧に維持することが可能となる。

【0064】

図７は、常用無停電電源装置Ｕｎの効率η（％）と予備用電力変換装置Ｂ１の効率η（％）とを比較する図である。図７の横軸は装置Ｕｎ，Ｂ１の定格容量ＰＲに対する負荷容量ＰＬの割合ＰＬ／ＰＲ（％）を示し、図７の縦軸は装置Ｕｎ，Ｂ１の効率η（％）を示している。効率ηは、交流電源ＰＳ１，ＰＳ２から供給される交流電力ＰＩに対する負荷ＬＤｎに供給される交流電力ＰＯの割合ＰＯ／ＰＩ（％）である。常用無停電電源装置Ｕｎでは、ＰＬ／ＰＲを２０，４０，６０，８０，１００％に設定すると効率ηはそれぞれ９４．５，９６．４，９６．８，９６．９，９６．８％となった。

【0065】

これに対して予備用電力変換装置Ｂ１では、ＰＬ／ＰＲを２０，４０，６０，８０，１００％に設定すると効率ηはそれぞれ９４．４，９６．５，９７．０，９７．１，９７．１％となった。つまり、ＰＬ／ＰＲが４０〜１００％である通常の使用範囲では、常用無停電電源装置Ｕｎの効率ηよりも予備用電力変換装置Ｂ１の効率ηの方が高くなった。これは、常用無停電電源装置Ｕｎではコンバータ４のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６においてスイッチング損失および導通損失が発生するのに対し、予備用電力変換装置Ｂ１ではコンバータ２４にスイッチング素子が含まれないからである。したがって、従来のように予備用の無停電電源装置を設けるよりも、予備用電力変換装置Ｂ１を使用する方が効率ηが高くなる。

【0066】

次に、図１〜図７で示した無停電電源システムの動作について説明する。初期状態では、常用無停電電源装置Ｕ１〜ＵＮおよび予備用電力変換装置Ｂ１が正常であり、商用交流電源ＰＳ１およびバイパス交流電源ＰＳ２の各々から交流電力が供給されているものとする。

【0067】

この場合は、各常用無停電電源装置Ｕｎにおいて商用交流電源ＰＳ１から供給される交流電力が直流電力に変換され、その直流電力がバッテリ６に蓄えられるとともに交流電力に変換されて負荷ＬＤｎに供給される。各常用無停電電源装置Ｕｎの出力電圧ＶＯ１は、波形歪の無い正弦波状の交流電圧となり、一定の定格電圧に維持される。

【0068】

商用交流電源ＰＳ１の出力電圧ＶＩ１が一時的に低下した場合でも、バッテリ６によって電源ノードＮ２の直流電圧ＶＤＣ１が一定に維持され、各常用無停電電源装置Ｕｎの出力電圧ＶＯ１は一定の定格電圧に維持される。各負荷ＬＤｎは、対応する常用無停電電源装置Ｕｎから供給される交流電力によって駆動される。

【0069】

予備用電力変換装置Ｂ１では、バイパス交流電源ＰＳ２から供給される交流電力が直流電力に変換され、その直流電力が交流電力に変換されて各常用無停電電源装置Ｕｎのバイパス入力端子Ｔ２に供給される。バイパス交流電源ＰＳ２の出力電圧ＶＩ２が十分に高い場合はＶＤＣ２＞ＶＬとなり、予備用電力変換装置Ｂ１の出力電圧ＶＯ２は、波形歪の無い正弦波状の交流電圧となり、負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲内の電圧に維持される。

【0070】

バイパス交流電源ＰＳ２の出力電圧ＶＩ２が低下してＶＤＣ２＜ＶＬとなった場合は、予備用電力変換装置Ｂ１の出力電圧ＶＯ２は、負荷ＬＤｎにとって許容範囲内の波形歪を有する交流電圧となり、負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲内の電圧に維持される。

【0071】

ある常用無停電電源装置Ｕｎにおいてインバータ８が故障した場合は、半導体スイッチ１４が瞬時にオンし、予備用電力変換装置Ｂ１で生成された交流電力が半導体スイッチ１４を介して負荷ＬＤｎに供給される。電磁接触器１１がオフし、電磁接触器１５がオンした後、半導体スイッチ１４がオフする。これにより、予備用電力変換装置Ｂ１で生成された交流電力が電磁接触器１５を介して負荷ＬＤｎに供給され、負荷ＬＤｎの運転が継続される。

【0072】

常用無停電電源装置Ｕｎの保守および点検を行なう場合は、操作部１６を用いてインバータ給電モードからバイパス給電モードに切り換えられる。この場合も、半導体スイッチ１４がオンし、予備用電力変換装置Ｂ１で生成された交流電力が半導体スイッチ１４を介して負荷ＬＤｎに供給される。電磁接触器１１がオフし、電磁接触器１５がオンした後、半導体スイッチ１４がオフする。これにより、予備用電力変換装置Ｂ１で生成された交流電力が電磁接触器１５を介して負荷ＬＤｎに供給され、負荷ＬＤｎの運転が継続されるとともに、常用無停電電源装置Ｕｎの保守および点検が行なわれる。

【0073】

常用無停電電源装置Ｕ１〜ＵＮによって負荷ＬＤ１〜ＬＤＮを駆動させている場合に、商用交流電源ＰＳ２からの交流電力の供給が停止されたとき、すなわち停電が発生したときは、各常用無停電電源装置Ｕｎにおいてコンバータ４の運転が停止され、バッテリ６の直流電力がインバータ８によって交流電力に変換されて負荷ＬＤｎに供給される。したがって、停電が発生した場合でもバッテリ６に直流電力が蓄えられている期間は負荷ＬＤｎの運転を継続することができる。

【0074】

以上のように、この実施の形態１では、バッテリを使用しない簡単な構成の予備用電力変換装置Ｂ１を設けたので、常用無停電電源装置Ｕｎと同じ構成の予備用無停電電源装置が設けられていた従来に比べ、システムの小型化、低コスト化、高効率化を図ることができる。

【0075】

さらに、予備用電力変換装置Ｂ１は、コンバータ２４で生成される直流電圧ＶＤＣ２が予め定められた下限電圧ＶＬよりも低下した場合でも、負荷ＬＤｎにとって許容範囲内の波形歪を交流電圧ＶＯ２に発生させて、負荷ＬＤｎの許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯ２を出力する。したがって、バイパス交流電源ＰＳ２から供給される交流電圧が変動した場合でも負荷ＬＤｎの運転を継続することができる。

【0076】

なお、直流電力ＶＤＣ２が下限電圧ＶＬよりも低下した場合は、さらに、インバータ２７のスイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３６をオン／オフさせるスイッチング周波数を低下させて予備用電力変換装置Ｂ１の出力電圧ＶＯ２に波形歪を発生させても構わない。この場合は、インバータ２７のスイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３６をオン／オフさせる回数を減らすので、スイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３６におけるスイッチング損失を減らすことができ、予備用電力変換装置Ｂ１の効率ηをさらに上げることができる。

【0077】

[実施の形態２]
図８は、この発明の実施の形態２による無停電電源システムの構成を示すブロック図であって、図１と対比される図である。図８を参照して、この無停電電源システムが図１の無停電電源システムと異なる点は、予備用電力変換装置Ｂ１が予備用電力変換装置Ｂ２で置換されている点である。予備用電力変換装置Ｂ２は、商用交流電源ＰＳ１から交流電力を受ける交流入力端子Ｔ５と、バイパス交流電源ＰＳ２から交流電力を受けるバイパス入力端子Ｔ７と、常用無停電電源装置Ｕ１〜ＵＮのバイパス入力端子Ｔ２に接続された交流出力端子Ｔ６とを含む。

【0078】

図９は、予備用電力変換装置Ｂ２の構成を示す回路ブロック図であって、図４と対比される図である。図９を参照して、この予備用電力変換装置Ｂ２が図４の予備用電力変換装置Ｂ１と異なる点は、バイパス入力端子Ｔ７，遮断器３４、半導体スイッチ３５、および電磁接触器３６が追加されている点である。交流入力端子Ｔ５は商用交流電源ＰＳ１の出力電圧を受けるので、制御装置３３は、商用交流電源ＰＳ１の出力電圧に同期してインバータ２７を制御する。したがって、予備用電力変換装置Ｂ２の出力電圧ＶＯ２の位相は、商用交流電源ＰＳ１の出力電圧の位相と同じになる。

【0079】

遮断器３４および半導体スイッチ３５は、バイパス入力端子Ｔ７とノードＮ１３の間に直列接続される。遮断器３４は、予備用電力変換装置Ｂ２の使用時はオンされ、たとえば予備用電力変換装置Ｂ２の保守および点検時にオフされる。半導体スイッチ３５は、サイリスタを含み、制御装置３３によって制御される。半導体スイッチ３５は、通常はオフし、インバータ２７が故障した場合に瞬時にオンし、バイパス交流電源ＰＳ２からの交流電力を交流出力端子Ｔ６に通過させる。半導体スイッチ３５は、オンしてから所定時間経過後にオフする。

【0080】

電磁接触器３６は、半導体スイッチ３５に並列接続され、制御装置３３によって制御される。電磁接触器３６は、インバータ２７によって生成された交流電力を交流出力端子Ｔ６に与えるインバータ給電モード時にはオフされ、バイパス交流電源ＰＳ２からの交流電力を交流出力端子Ｔ６に与えるバイパス給電モード時にはオンされる。

【0081】

また電磁接触器３６は、インバータ２７が故障した場合にオンし、バイパス交流電源ＰＳ２からの交流電力を交流出力端子Ｔ６に与える。つまり、インバータ２７が故障した場合は、半導体スイッチ３５が瞬時に所定時間だけオンするとともに電磁接触器３６がオンする。これは、半導体スイッチ３５が過熱されて破損するのを防止するためである。操作部３２を操作することにより、インバータ給電モードとバイパス給電モードのうちのいずれかの給電モードを手動で選択することも可能となっている。他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

【0082】

この実施の形態２では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、予備用電力変換装置Ｂ２のインバータ２７が故障した場合でも、バイパス交流電源ＰＳ２から負荷ＬＤｎに交流電力を供給して負荷ＬＤｎの運転を継続することができる。

【0083】

なお、商用交流電源ＰＳ１の出力電圧の位相とバイパス交流電源ＰＳ２の出力電圧の位相とが異なる場合において、インバータ給電モードからバイパス給電モードに切り換えるときは、インバータ２７を制御し、出力電圧ＶＯ２の位相をバイパス交流電源ＰＳ２の出力電圧の位相に一致させた後に電磁接触器３０をオフさせるとともに電磁接触器３６をオンさせることが好ましい。

【0084】

バイパス給電モードからインバータ給電モードに切り換えるときは、インバータ２７を制御し、出力電圧ＶＯ２の位相をバイパス交流電源ＰＳ２の出力電圧の位相に一致させた後に電磁接触器３６をオフさせるとともに電磁接触器３０をオンさせ、その後に出力電圧ＶＯ２の位相を徐々に変えて商用交流電源ＰＳ１の出力電圧の位相に一致させることが好ましい。これにより、過電流が流れたり、負荷ＬＤｎの運転が不安定になることを防止することができる。

【0085】

[実施の形態３]
図１０は、この発明の実施の形態３による無停電電源システムの構成を示すブロック図であって、図８と対比される図である。図１０を参照して、この無停電電源システムが図８の無停電電電源システムと異なる点は、予備用電力変換装置Ｂ２が予備用電力変換装置Ｂ３で置換されている点である。

【0086】

図１１は、予備用電力変換装置Ｂ３の構成を示す回路ブロック図であって、図９と対比される図である。図１１を参照して、この予備用電力変換装置Ｂ３が図９の予備用電力変換装置Ｂ２と異なる点は、コンバータ２４および制御装置３３がそれぞれコンバータ３７および制御装置３８と置換されている点である。

【0087】

制御装置３８は、入力電圧ＶＩ２（商用交流電源ＰＳ１の出力電圧）に同期してコンバータ３７を制御する。コンバータ３７は、制御装置３８によって制御され、商用交流電源ＰＳ１からの交流電力を直流電力に変換して電源ノードＮ１２に出力する。コンバータ３７は、入力電圧ＶＩ２の振幅に応じたレベルの直流電圧ＶＤＣ２を出力する。

【0088】

図１２は、コンバータ３７およびインバータ２７の構成を示す回路図であって、図５と対比される図である。インバータ２７の構成は、図５で示した通りである。コンバータ３７は入力ノード３７ａ〜３７ｃ、スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６、およびダイオードＤ２１〜Ｄ２６を含む。

【0089】

コンバータ３７の入力ノード３７ａ〜３７ｃは、商用交流電源ＰＳ１からの三相交流電圧をそれぞれ受ける。スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２３の一方電極は直流正母線ＬＰ２に接続され、それらの他方電極はそれぞれ入力ノード３７ａ〜３７ｃに接続される。スイッチング素子Ｓ２４〜Ｓ２６の一方電極はそれぞれ入力ノード３７ａ〜３７ｃに接続され、それらの他方電極は直流負母線ＬＮ２に接続される。ダイオードＤ２１〜Ｄ２６は、それぞれスイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６に逆並列に接続される。平滑用電解コンデンサ２６は、直流正母線ＬＰ２と直流負母線ＬＮ２の間に接続され、母線ＬＰ２，ＬＮ２間の直流電圧ＶＤＣ２を平滑化させる。

【0090】

スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の各々は、制御装置３８によって制御され、商用交流電源ＰＳ１からの三相交流電圧ＶＩ２に同期して所定のタイミングでオン／オフされる。スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２３は三相交流電圧ＶＩ２に同期してオン／オフされ、スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２３がオン／オフされたときにそれぞれスイッチング素子Ｓ２４〜Ｓ２６がオフ／オンされる。これにより、交流電圧ＶＩ２の振幅に応じたレベルの直流電圧ＶＤＣ２が生成される。

【0091】

このコンバータ３７の出力電圧ＶＤＣ２は、図９のコンバータ２４の出力電圧ＶＤＣ２よりもダイオードＤの順方向の降下電圧の２倍分だけ高くなる。したがって、その分だけ負荷ＬＤｎを駆動させることが可能な入力電圧ＶＩ２（商用交流電源ＰＳ１の出力電圧）の下限値を低くすることができる。他の構成および動作は、実施の形態２と同じであるので、その説明は繰り返さない。

【0092】

この実施の形態３では、実施の形態２と同じ効果が得られる他、負荷ＬＤｎを駆動させることが可能な入力電圧ＶＩ２（商用交流電源ＰＳ１の出力電圧）の下限値を低くすることができる。

【0093】

なお、この実施の形態３では、入力電圧ＶＩ２の振幅のレベルに応じてコンバータ３７の出力電圧ＶＤＣ２を変化させたが、これに限るものではなく、入力電圧ＶＩ２が所定値よりも高い場合はコンバータ３７の出力電圧ＶＤＣ２を一定値に維持し、入力電圧ＶＩ２が所定値よりも低い場合はコンバータ３７の出力電圧ＶＤＣ２を可能な限り大きな値にしても構わない。交流電圧ＶＩ２の位相とスイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６をオン／オフさせるタイミングの位相との差を調整することにより、コンバータ３７の出力電圧ＶＤＣ２を所望の値に調整することが可能となっている。

【0094】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明でなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0095】

Ｕ１〜ＵＮ 常用無停電電源装置、Ｂ１〜Ｂ３ 予備用電力変換装置、ＰＳ１ 商用交流電源、ＰＳ２ バイパス交流電源、ＬＤ１〜ＬＤＮ 負荷、Ｔ１，Ｔ５ 交流入力端子、Ｔ２，Ｔ７ バイパス入力端子、Ｔ３，Ｔ６ 交流出力端子、１，１３，２１，３４ 遮断器、２，５，１１，１５，２２，３０，３６ 電磁接触器、３，９，２３，２８ 交流リアクトル、４，２４，３７ コンバータ、６ バッテリ、７，２６ 平滑用電解コンデンサ、８，２７ インバータ、１０，２９ コンデンサ、１２，３１ 電流検出器、１４，３５ 半導体スイッチ、１６，３２ 操作部、１７，３３，３８ 制御装置、Ｓ１〜Ｓ６，Ｓ１１〜Ｓ１６，Ｓ２１〜Ｓ２６，Ｓ３１〜Ｓ３６ スイッチング素子、Ｄ１〜Ｄ６，Ｄ１１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２６，Ｄ３１〜Ｄ３６ ダイオード。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】