特許 6243554 無停電電源装置

(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】6243554

(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】無停電電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20171127BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20171127BHJP

【ＦＩ】

   H02J9/06 120

   H02M7/48 N

【請求項の数】19

【全頁数】21

(21)【出願番号】特願2016-565740(P2016-565740)

(86)(22)【出願日】2014年12月25日

(86)【国際出願番号】JP2014084228

(87)【国際公開番号】WO2016103379

(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２０１０−１２４５５７（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

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１および第２の電力変換装置を備え、
前記第１の電力変換装置は、
第１の交流電源からの交流電力を直流電力に変換する第１のコンバータと、
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の電力変換装置の出力電圧が交流電圧になるように前記第１のコンバータおよび前記第１のインバータを制御する第１の制御装置とを含み、
前記第１の交流電源から交流電力が供給される場合は、前記第１のコンバータで生成された直流電力が電力蓄積装置に蓄えられるとともに前記第１のインバータに供給され、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場合は、前記電力蓄積装置の直流電力が前記第１のインバータに供給され、
前記第２の電力変換装置は、
第２の交流電源からの交流電力を直流電力に変換する第２のコンバータと、
前記第２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２のインバータと、
前記第２のインバータに与えられる直流電圧が予め定められた第１の電圧よりも高い第１の場合は、前記第２の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、前記第２のインバータに与えられる直流電圧が前記予め定められた第１の電圧よりも低い第２の場合は、前記第２の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２のコンバータおよび前記第２のインバータのうちの少なくとも前記第２のインバータを制御する第２の制御装置とを含み、
前記第１および第２のインバータのうちのいずれか一方のインバータから前記負荷に交流電力が供給され、当該一方のインバータが故障した場合は他方のインバータから前記負荷に交流電力が供給される、無停電電源装置。

【請求項2】

前記予め定められた第１の電圧は、前記第２の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装置。

【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装置。

【請求項4】

前記第２の制御装置は、
前記第１の場合は、前記第２のインバータに与えられる直流電圧の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２のインバータを制御し、
前記第２の場合は、前記第２のインバータに与えられる直流電圧の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２のインバータを制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項5】

前記第２の制御装置は、前記第２の場合における前記第２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２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装置。

【請求項6】

前記第２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２の制御装置は前記第２のインバータを制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項7】

前記第２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２の制御装置は前記第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、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項8】

前記第２の電力変換装置は、さらに、前記第２のコンバータによって生成された直流電力を蓄える電気二重層コンデンサを含み、
前記第２の交流電源から交流電力が供給される場合は、前記第２のコンバータで生成された直流電力が前記電気二重層コンデンサ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、前記第２の交流電源からの交流電力の供給が停止された場合は、前記電気二重層コンデンサ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装置。

【請求項9】

前記第２の制御装置は、前記第２の電力変換装置の出力電圧の位相が前記第１の電力変換装置の出力電圧の位相に一致するように前記第２のインバータを制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項10】

前記第１のインバータから前記負荷に交流電力が供給され、前記第１のインバータが故障した場合は前記第２のインバータから前記負荷に交流電力が供給される、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項11】

前記第２の電力変換装置は、さらに、前記第２の交流電源から供給される交流電力と前記第２のインバータで生成された交流電力とを受け、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第２の交流電源から供給される交流電力を前記負荷に与える切換回路を含む、請求項１０に記載の無停電電源装置。

【請求項12】

前記第２のインバータから前記負荷に交流電力が供給され、前記第２のインバータが故障した場合は前記第１のインバータから前記負荷に交流電力が供給される、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項13】

前記第２の交流電源から交流電力が供給されている場合は前記第２のインバータから前記負荷に交流電力が供給され、前記第２の交流電源からの交流電力の供給が停止された場合は前記第１のインバータから前記負荷に交流電力が供給される、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項14】

前記第１のインバータから前記負荷に交流電力を供給し、前記第１のインバータが故障した場合は前記第２のインバータから前記負荷に交流電力を供給する第１のモードと、前記第２のインバータから前記負荷に交流電力を供給し、前記第２のインバータが故障した場合または前記第２の交流電源からの交流電力の供給が停止された場合は前記第１のインバータから前記負荷に交流電力を供給する第２のモードとのうちの選択された方のモードが実行される、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項15】

前記第１の制御装置は、前記第１の電力変換装置の出力電圧が正弦波状で定格電圧になるように、前記第１のコンバータおよび前記第１のインバータを制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項16】

前記第１の制御装置は、前記第１のインバータに与えられる直流電圧が予め定められた第２の電圧よりも高い場合は、前記第１の電力変換装置の出力電圧が正弦波状で定格電圧になり、前記第１のインバータに与えられる直流電圧が前記第２の電圧よりも低い場合は、前記第１の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のインバータを制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項17】

前記予め定められた第２の電圧は、前記第１の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１６に記載の無停電電源装置。

【請求項18】

前記第１の制御装置は、前記第１のインバータに与えられる直流電圧が予め定められた第２の電圧よりも高い場合は、前記第１の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となり、前記第１のインバータに与えられる直流電圧が前記第２の電圧よりも低い場合は、前記第１の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のインバータを制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項19】

前記予め定められた第２の電圧は、前記第１の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１８に記載の無停電電源装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は無停電電源装置に関し、特に、第１および第２の交流電源から交流電力を受ける無停電電源装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、無停電電源装置は、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コンバータと、直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータで生成された交流電力と第２の交流電源から供給される交流電力とのうちのいずれか一方の交流電力を負荷に与える切換回路とを備える。第１の交流電源から交流電力が供給されている場合は、第１のコンバータで生成された直流電力がバッテリに蓄えられるとともにインバータに供給され、インバータで生成された交流電力が負荷に供給される。

【0003】

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、バッテリの直流電力がインバータに供給され、インバータで生成された交流電力が負荷に供給される。インバータが故障した場合は、第２の交流電源からの交流電力が切換回路を介して負荷に供給される。したがって、停電時やインバータが故障した場合でも負荷の運転を継続することができる。このような無停電電源装置は、たとえば特開２０１０−１２４５５７号公報（特許文献１）に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−１２４５５７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

従来の無停電電源装置では、インバータが故障した場合は第２の交流電源の出力電圧がそのまま負荷に印加されるので、第２の交流電源の出力電圧が負荷の許容入力電圧範囲よりも上昇した場合は負荷が破損する恐れがある。逆に、第２の交流電源の出力電圧が負荷の許容入力電圧範囲よりも低下した場合は負荷の運転が停止する恐れがある。

【0006】

それゆえに、この発明の主たる目的は、インバータが故障し、かつ交流電源の出力電圧が変動する場合でも負荷の運転を継続することが可能な無停電電源装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明に係る無停電電源装置は、第１および第２の電力変換装置を備えたものである。第１の電力変換装置は、第１の交流電源からの交流電力を直流電力に変換する第１のコンバータと、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の電力変換装置の出力電圧が交流電圧になるように第１のコンバータおよび第１のインバータを制御する第１の制御装置とを含む。第１の交流電源から交流電力が供給される場合は、第１のコンバータで生成された直流電力が電力蓄積装置に蓄えられるとともに第１のインバータに供給され、第１の交流電源からの交流電力の供給が停止された場合は、電力蓄積装置の直流電力が第１のインバータに供給される。第２の電力変換装置は、第２の交流電源からの交流電力を直流電力に変換する第２のコンバータと、第２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２のインバータと、第２のインバータに与えられる直流電圧が予め定められた第１の電圧よりも高い第１の場合は、第２の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２のインバータに与えられる直流電圧が予め定められた第１の電圧よりも低い第２の場合は、第２の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２のコンバータおよび第２のインバータのうちの少なくとも第２のインバータを制御する第２の制御装置とを含む。第１および第２のインバータのうちのいずれか一方のインバータから負荷に交流電力が供給され、当該一方のインバータが故障した場合は他方のインバータから負荷に交流電力が供給される。

【発明の効果】

【0008】

この発明に係る無停電電源装置では、第１のコンバータおよび第１のインバータを含む第１の電力変換装置に加え、第２のコンバータおよび第２のインバータを含み、負荷の許容入力電圧範囲内の交流電圧を出力する第２の電力変換装置が設けられ、第１および第２のインバータのうちのいずれか一方のインバータから負荷に交流電力が供給され、そのインバータが故障した場合は他方のインバータから負荷に交流電力が供給される。したがって、第１または第２のインバータが故障し、かつ交流電源の交流電圧が変動する場合でも、負荷の運転を継続することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

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

【図2】図１に示した電力変換装置３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に示した電力変換装置４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に示した電力変換装置４の動作を示すタイムチャートである。

【図7】図１に示した電力変換装置３の効率と電力変換装置４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による無停電電源装置に含まれる電力変換装置の構成を示すブロック図である。

【図9】この発明の実施の形態３による無停電電源装置に含まれる電力変換装置の構成を示すブロック図である。

【図10】この発明の実施の形態４による無停電電源装置に含まれる電力変換装置の構成を示すブロック図である。

【図11】図１０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】

【0010】

[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による無停電電源装置１の構成を示すブロック図である。図１において、この無停電電源装置１は、交流入力端子Ｔ１、バイパス入力端子Ｔ２、バッテリ端子Ｔ３、交流出力端子Ｔ４，操作部２、および電力変換装置３，４を備える。

【0011】

交流入力端子Ｔ１は、商用交流電源５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、バイパス交流電源６から商用周波数の交流電力を受ける。バッテリ端子Ｔ３は、バッテリ（電力蓄積装置）７に接続される。バッテリ７の代わりにコンデンサが接続されていても構わない。交流出力端子Ｔ４は、負荷８に接続される。負荷８は、交流電力によって駆動される。

【0012】

バイパス交流電源６は、商用交流電源５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５とバイパス交流電源６は同じものであるとする。商用交流電源５およびバイパス交流電源６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８を駆動させることが好ましいが、負荷８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８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８を駆動させることも可能である。

【0013】

操作部２は、無停電電源装置１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２を操作することにより、無停電電源装置１の電源をオン／オフしたり、電力変換装置３を常用して電力変換装置４を予備とする第１のモードと、電力変換装置４を常用して電力変換装置３を予備とする第２のモードとのうちのいずれか一方のモードを選択することが可能となっている。

【0014】

電力変換装置３は、商用交流電源５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７に蓄えるとともに交流電力に変換し、商用交流電源５からの交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリ７の直流電力を交流電力に変換する。電力変換装置３は、商用交流電源５の出力電圧が変動した場合でも、バッテリ７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。

【0015】

電力変換装置４は、バイパス交流電源６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する。電力変換装置４は、バイパス交流電源６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８の許容入力電圧範囲内の交流電圧を出力する。電力変換装置４は、バイパス交流電源６の出力電圧が低下した場合は、負荷８にとって許容範囲内の波形歪を有し、かつ負荷８の許容入力電圧範囲内の交流電圧を出力する。電力変換装置３の効率は、電力変換装置４の効率よりも低い。

【0016】

電力変換装置３と電力変換装置４は、通信回線Ｌ１によって互いに接続されており、通信回線Ｌ１を介して情報の授受を行なう。たとえば、電力変換装置３は、電力変換装置３が故障した場合はその旨を示す信号を電力変換装置４に送信する。電力変換装置４は、電力変換装置４が故障した場合はその旨を示す信号を電力変換装置３に送信する。換言すると、電力変換装置３は電力変換装置４が正常に動作しているか否かを監視し、電力変換装置４は電力変換装置３が正常に動作しているか否かを監視している。

【0017】

次に、この無停電電源装置１の動作について説明する。操作部２を用いて第１のモードが選択された場合、電力変換装置３が正常であるときは電力変換装置３から負荷８に交流電力が供給され、電力変換装置３が故障した場合は電力変換装置４から負荷８に交流電力が供給される。商用交流電源５からの交流電力の供給が停止された停電時は、電力変換装置３はバッテリ７の直流電力を交流電力に変換して負荷８に供給する。

【0018】

操作部２を用いて第２のモードが選択された場合、電力変換装置４が正常であるときは電力変換装置４から負荷８に交流電力が供給され、電力変換装置４が故障した場合は電力変換装置３から負荷８に交流電力が供給される。バイパス交流電源６からの交流電力の供給が停止された停電時は、電力変換装置３がバッテリ７の直流電力を交流電力に変換して負荷８に供給する。

【0019】

したがって、停電が発生した場合や、常用の電力変換装置３または４が故障した場合でも、負荷８の運転を継続することができる。交流電源５，６の出力電圧が変動する場合でも、負荷８の運転を継続することができる。さらに、電力変換装置４は、バイパス交流電源６の出力電圧が低下した場合でも、負荷８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８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６の出力電圧が低下した場合でも負荷８の運転を継続することができる。

【0020】

図２は、電力変換装置３の構成を示す回路ブロック図である。電力変換装置３は、商用交流電源５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８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。

【0021】

図２において、この電力変換装置３は、電磁接触器１１，１６，２１、ヒューズ１２，１５、交流リアクトル１３，１９、コンバータ１４、平滑用電解コンデンサ１７、インバータ１８、コンデンサ２０、および制御装置２２を備える。

【0022】

電磁接触器１１、ヒューズ１２、および交流リアクトル１３は、交流入力端子Ｔ１とコンバータ１４の入力ノードとの間に直列接続される。電磁接触器１１は、制御装置２２によって制御され、電力変換装置３の使用時はオンされ、たとえば電力変換装置３の保守および点検時にオフされる。ヒューズ１２は、過電流が流れた場合にブローされ、商用交流電源５、電力変換装置３などを保護する。電磁接触器１１とヒューズ１２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２２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、商用交流電源５から交流電力が正常に供給されているか否か（すなわち停電の発生の有無）などが判別される。

【0023】

交流リアクトル１３は、低域通過フィルタを構成し、商用交流電源５からコンバータ１４に商用周波数の交流電力を通過させ、コンバータ１４で発生するスイッチング周波数の信号が商用交流電源５に通過することを防止する。

【0024】

コンバータ１４は、順変換器であって制御装置２２によって制御され、商用交流電源５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１４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５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１４の運転は停止される。

【0025】

電源ノードＮ２は、ヒューズ１５および電磁接触器１６を介してバッテリ端子Ｔ３に接続される。ヒューズ１５は、過電流が流れた場合にブローされ、電力変換装置３、バッテリ７などを保護する。電磁接触器１６は、制御装置２２によって制御され、電力変換装置３の使用時はオンされ、たとえば電力変換装置３およびバッテリ７の保守および点検時にオフされる。平滑用電解コンデンサ１７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２２によって検出される。

【0026】

インバータ１８は、逆変換器であって制御装置２２によって制御され、コンバータ１４で生成された直流電力またはバッテリ７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１８ａに出力する。すなわちインバータ１８は、通常時はコンバータ１４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７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１８の出力電圧は所望の値に制御可能になっている。

【0027】

インバータ１８の出力ノード１８ａは交流リアクトル１９を介して電磁接触器２１の一方端子に接続され、電磁接触器２１の他方端子は交流出力端子Ｔ４に接続される。コンデンサ２０は、電磁接触器２１の一方端子に接続される。交流リアクトル１９およびコンデンサ２０は、低域通過フィルタを構成し、インバータ１８で生成された商用周波数の交流電力を交流出力端子Ｔ４に通過させ、インバータ１８で発生するスイッチング周波数の信号が交流出力端子Ｔ４に通過することを防止する。

【0028】

電磁接触器２１は、制御装置２２によって制御され、電力変換装置３の使用時はオンされ、たとえばインバータ１８の故障時や電力変換装置３の保守および点検時にオフされる。交流出力端子Ｔ４に現れる交流出力電圧ＶＯの瞬時値は、制御装置２２によって検出される。

【0029】

制御装置２２は、操作部２からの信号および電力変換装置４の制御装置３８（図４参照）から通信回線Ｌ１を介して与えられる信号に基づいて動作し、交流入力電圧ＶＩ１、直流電圧ＶＤＣ１、および交流出力電圧ＶＯの瞬時値を検出し、それらの検出値に基づいて電力変換装置３全体を制御する。すなわち、制御装置２２は、交流入力電圧ＶＩ１の検出値に基づいて商用交流電源５からの交流電力の供給が停止されたか否かを検出する。制御装置２２は、第１のモード時（または第２のモード時に電力変換装置４が故障した場合）において商用交流電源５から交流電力が供給されている場合は、交流入力電圧ＶＩ１の位相に同期してコンバータ１４およびインバータ１８を制御する。

【0030】

制御装置２２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１４を制御する。制御装置２２は、出力電圧ＶＯ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１８を制御する。制御装置２２は、出力電圧ＶＯ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１８を制御する。

【0031】

制御装置２２は、第１のモード時（または第２のモード時に電力変換装置４が故障した場合）において商用交流電源５からの交流電力の供給が停止された場合は、コンバータ１４の運転を停止させるとともにインバータ１８の運転を継続させる。直流電圧ＶＤＣ１がバッテリ７の放電終止電圧よりも低下した場合は、インバータ１８の運転を停止させる。

【0032】

さらに、制御装置２２は、第１のモード時にインバータ１８が故障した場合は、その旨を示す信号を通信回線Ｌ１を介して電力変換装置４の制御装置３８に送信する。制御装置２２は、第２のモード時に制御装置３８から通信回線Ｌ１を介してインバータ３４（図４参照）が故障した旨の信号が送信された場合は、インバータ１８を瞬時に駆動させる。

【0033】

図３は、コンバータ１４およびインバータ１８の構成を示す回路図である。図３において、コンバータ１４は入力ノード１４ａ〜１４ｃ、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１８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１８ａ〜１８ｃを含む。

【0034】

コンバータ１４の入力ノード４ａ〜４ｃは、商用交流電源５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１７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。

【0035】

インバータ１８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１８ａ〜１８ｃ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１８ａ〜１８ｃ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。

【0036】

スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６，Ｓ１１〜Ｓ１６の各々は、制御装置２２によって制御され、商用交流電源５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。

【0037】

商用交流電源５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ＶＯを所望の電圧に調整することが可能となっている。

【0038】

制御装置２２は、コンバータ１４およびインバータ１８を運転させる場合は、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１４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ＶＯ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１８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ＶＯの振幅は、ＶＤＣＴ１／２よりも小さな値にされる。さらに制御装置２２は、出力電圧ＶＯ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１８のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６の各々をオン／オフさせる。

【0039】

ここで、電力変換装置３の動作について説明する。まず、操作部２を用いて第１のモードが選択され、電力変換装置３が負荷８に交流電力を出力する場合について説明する。商用交流電源５から交流電力が供給されている通常時では、電磁接触器１１，１６，２１がオンされている。商用交流電源５から供給される交流電力は、コンバータ１４によって直流電力に変換される。コンバータ１４によって生成された直流電力は、バッテリ７に蓄えられるとともに、インバータ１８によって交流電力に変換されて負荷８に供給される。

【0040】

電力変換装置３の出力電圧ＶＯ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５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７によって一定電圧に維持され、出力電圧ＶＯは正弦波状で定格電圧の交流電圧に維持される。

【0041】

商用交流電源５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１４の運転が停止され、バッテリ７の直流電力がインバータ１８に供給される。インバータ１８は、バッテリ７から供給される直流電力を交流電力に変換して負荷８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７に直流電力が蓄えられている期間は、負荷８の運転を継続することができる。

【0042】

通常時においてインバータ１８が故障した場合は、インバータ１８のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６はオフ状態に固定されるとともに、インバータ１８が故障した旨の信号が電力変換装置４に送信されて電力変換装置４から負荷８に交流電力が供給される。なお、電力変換装置４の出力電圧の位相は、電力変換装置３の出力電圧ＶＯの位相に同期されているので、電力変換装置４から負荷８に交流電力が供給されるときに過電流が流れることはない。

【0043】

操作部２を用いて第２のモードが選択された場合は、電力変換装置４から負荷８に交流電力が供給される。電力変換装置４が正常である場合は、コンバータ１４が運転されて直流電圧ＶＤＣ１が目標電圧ＶＤＣＴに維持されるとともに、インバータ１８の運転は停止され、インバータ１８のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６はオフ状態に固定される。

【0044】

このとき制御装置２２は、交流電圧ＶＩ１に同期してスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６を制御するための制御信号を内部で生成しており、電力変換装置４が故障した場合は即座にスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６を制御できる状態で待機している。このため、電力変換装置４が故障した旨が電力変換装置４の制御装置３８から通知されると、電力変換装置３から負荷８に交流電力が瞬時に供給される。

【0045】

図４は、電力変換装置４の構成を示す回路ブロック図である。電力変換装置４は、バイパス交流電源６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。

【0046】

図４において、この電力変換装置４は、交流リアクトル３１，３５、コンバータ３２、平滑用電解コンデンサ３３、インバータ３４、コンデンサ３６、電磁接触器３７、および制御装置３８を備える。

【0047】

交流リアクトル３１は、バイパス入力端子Ｔ２とコンバータ３２の入力ノードとの間に接続される。交流リアクトル３１は、低域通過フィルタを構成し、バイパス交流電源６からコンバータ３２に商用周波数の交流電力を通過させ、コンバータ３２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６に通過することを防止する。バイパス入力端子Ｔ２に現れる交流入力電圧ＶＩ２の瞬時値は、制御装置３８によって検出される。

【0048】

コンバータ３２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３２の出力電圧は、バイパス交流電源６の出力電圧に応じて変化する。平滑用電解コンデンサ３３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３８によって検出される。

【0049】

インバータ３４は、逆変換器であって制御装置３８によって制御され、コンバータ３２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３４ａに出力する。インバータ３４の出力電圧は所望の値に制御可能になっている。

【0050】

インバータ３４の出力ノード３４ａは交流リアクトル３５を介して電磁接触器３７の一方端子に接続され、電磁接触器３７の他方端子は交流出力端子Ｔ４に接続される。コンデンサ３６は、電磁接触器３７の一方端子に接続される。交流リアクトル３５およびコンデンサ３６は、低域通過フィルタを構成し、インバータ３４で生成された商用周波数の交流電力を交流出力端子Ｔ４に通過させ、インバータ３４で発生するスイッチング周波数の信号が交流出力端子Ｔ４に通過することを防止する。

【0051】

電磁接触器３７は、電力変換装置４の使用時はオンされ、たとえばインバータ３４の故障時や電力変換装置４の保守および点検時にオフされる。交流出力端子Ｔ４に現れる交流出力電圧ＶＯの瞬時値は、制御装置３８によって検出される。

【0052】

制御装置３８は、操作部２からの信号および電力変換装置３の制御装置２２から通信回線Ｌ１を介して与えられる信号に基づいて動作し、交流入力電圧ＶＩ２、直流電圧ＶＤＣ２、および交流出力電圧ＶＯの瞬時値を検出し、それらの検出値に基づいて電力変換装置４全体を制御する。

【0053】

すなわち、制御装置３８は、交流入力電圧ＶＩ２の検出値に基づいてバイパス交流電源６からの交流電力の供給が停止されたか否かを検出する。制御装置３８は、第２のモード時（または第１のモード時に電力変換装置３が故障した場合）においてバイパス交流電源６から交流電力が供給されている場合は、交流入力電圧ＶＩ２の位相に同期してインバータ３４を制御する。このとき制御装置３８は、出力電圧ＶＯ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３４を制御する。ここでは商用交流電源５とバイパス交流電源６は同じものであるとしているので、電力変換装置４の出力電圧ＶＯの位相は電力変換装置３の出力電圧ＶＯの位相に一致する。

【0054】

制御装置３８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８の許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯが出力されるようにインバータ３４を制御する。制御装置３８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８にとって許容範囲内の波形歪を有し、かつ負荷８の許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯが出力されるようにインバータ３４を制御する。下限電圧ＶＬは、電力変換装置４が負荷８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。

【0055】

さらに、制御装置３８は、第２のモード時においてバイパス交流電源６からの交流電力の供給が停止された場合は、その旨を示す信号を通信回線Ｌ１を介して電力変換装置３の制御装置２２に送信する。制御装置３８は、第２のモード時においてインバータ３４が故障した場合は、その旨を示す信号を通信回線Ｌ１を介して電力変換装置３の制御装置２２に送信する。制御装置２２は、第１のモード時に制御装置２２から通信回線Ｌ１を介してインバータ１８が故障した旨の信号が送信された場合は、インバータ３４を瞬時に駆動させる。

【0056】

図５は、コンバータ３２およびインバータ３４の構成を示す回路図である。図５において、コンバータ３２は入力ノード３２ａ〜３２ｃおよびダイオードＤ２１〜Ｄ２６を含み、インバータ３４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３４ａ〜３４ｃを含む。

【0057】

コンバータ３２の入力ノード３２ａ〜３２ｃは、バイパス交流電源６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３２ａ〜３２ｃ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３２ａ〜３２ｃに接続される。バイパス交流電源６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３３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。

【0058】

インバータ３４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３４ａ〜３４ｃ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３４ａ〜３４ｃ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。

【0059】

スイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３６の各々は、制御装置３８によって制御され、バイパス交流電源６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ＶＯを所望の電圧に調整することが可能となっている。

【0060】

制御装置３８は、インバータ３４を運転させる場合は、出力電圧ＶＯ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。制御装置３８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８の許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯ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。

【0061】

さらに制御装置３８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８にとって許容範囲内の波形歪を有し、かつ負荷８の許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯ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。

【0062】

図６（ａ）（ｂ）は、電力変換装置４の出力電圧ＶＯ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ＶＯ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ＶＯの波形を示している。

【0063】

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３８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ＶＯを出力するようにインバータ３４を制御する。出力電圧ＶＯは、負荷８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ＶＯの振幅Ａ１よりも大きいので、出力電圧ＶＯは歪の無い正弦波となる。

【0064】

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ＶＯを出力するようにインバータ３４を制御すると、出力電圧ＶＯが負荷８の許容入力電圧範囲の下限値よりも低下してしまう。

【0065】

そこで、制御装置３８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ＶＯを出力するようにインバータ３４を制御する。この場合は、直流電圧Ｖ２が交流電圧ＶＯの振幅Ａ２よりも小さいので、出力電圧ＶＯは−Ｖ２〜＋Ｖ２の範囲内に制限され、出力電圧ＶＯ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ＶＯを負荷８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。

【0066】

図７は、電力変換装置３の効率η（％）と電力変換装置４の効率η（％）とを比較する図である。図７の横軸は電力変換装置３，４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の縦軸は電力変換装置３，４の効率η（％）を示している。効率ηは、交流電源５，６から供給される交流電力ＰＩに対する負荷８に供給される交流電力ＰＯの割合ＰＯ／ＰＩ（％）である。曲線Ｃ１，Ｃ２は、それぞれ電力変換装置３，４の効率ηを示している。電力変換装置３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。

【0067】

これに対して電力変換装置４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、電力変換装置３の効率ηよりも電力変換装置４の効率ηの方が高くなった。これは、電力変換装置３ではコンバータ１４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、電力変換装置４ではコンバータ３２にスイッチング素子が含まれないからである。

【0068】

次に、図１〜図７で示した無停電電源装置の動作について説明する。初期状態では、電力変換装置３，４が正常であり、商用交流電源５およびバイパス交流電源６の各々から交流電力が供給されているものとする。まず、使用者によって操作部２が操作されて第１のモードが選択された場合について説明する。

【0069】

この場合は、電力変換装置３において商用交流電源５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７に蓄えられるとともに交流電力に変換されて負荷８に供給される。電力変換装置３の出力電圧ＶＯ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。

【0070】

商用交流電源５の出力電圧ＶＩ１が一時的に低下した場合でも、バッテリ７によって電源ノードＮ２の直流電圧ＶＤＣ１が一定に維持され、電力変換装置３の出力電圧ＶＯは一定の定格電圧に維持される。負荷８は、電力変換装置３から供給される交流電力によって駆動される。

【0071】

電力変換装置３によって負荷８を駆動させている場合に、商用交流電源５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、電力変換装置３においてコンバータ１４の運転が停止され、バッテリ７の直流電力がインバータ１８によって交流電力に変換されて負荷８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７に直流電力が蓄えられている期間は負荷８の運転を継続することができる。

【0072】

電力変換装置３によって負荷８を駆動させている場合に、インバータ１８が故障した場合は、電力変換装置４のインバータ３４が瞬時に動作し、電力変換装置４で生成された交流電力が負荷８に供給され、負荷８の運転が継続される。さらに、電磁接触器２１がオフされてインバータ１８と交流出力端子Ｔ４の間が電気的に切り離される。

【0073】

電力変換装置４では、バイパス交流電源６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負荷８に供給される。バイパス交流電源６の出力電圧ＶＩ２が十分に高い場合はＶＤＣ２＞ＶＬとなり、電力変換装置４の出力電圧ＶＯは、波形歪の無い正弦波状の交流電圧となり、負荷８の許容入力電圧範囲内の電圧に維持される。

【0074】

バイパス交流電源６の出力電圧ＶＩ２が低下してＶＤＣ２＜ＶＬとなった場合は、電力変換装置４の出力電圧ＶＯは、負荷８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８の許容入力電圧範囲内の電圧に維持される。

【0075】

次に、使用者によって操作部２が操作されて第２のモードが選択された場合について説明する。この場合は、電力変換装置４において、バイパス交流電源６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負荷８に供給される。バイパス交流電源６の出力電圧ＶＩ２が十分に高い場合はＶＤＣ２＞ＶＬとなり、波形歪の無い正弦波状で、負荷８の許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯが負荷８に供給される。バイパス交流電源６の出力電圧ＶＩ２が低下してＶＤＣ２＜ＶＬとなった場合は、負荷８にとって許容範囲内の波形歪を有し、負荷８の許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯが負荷８に供給される。

【0076】

電力変換装置４によって負荷８を駆動させている場合に、バイパス交流電源６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、電力変換装置３においてコンバータ１４の運転が停止され、バッテリ７の直流電力がインバータ１８によって交流電力に変換されて負荷８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７に直流電力が蓄えられている期間は負荷８の運転を継続することができる。電力変換装置３の出力電圧ＶＯ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。

【0077】

電力変換装置４によって負荷８を駆動させている場合に、インバータ３４が故障した場合は、電力変換装置３のインバータ１８が瞬時に動作し、電力変換装置３で生成された交流電力が負荷８に供給され、負荷８の運転が継続される。さらに、電磁接触器３７がオフされてインバータ３４と交流出力端子Ｔ４の間が電気的に切り離される。電力変換装置３の出力電圧ＶＯ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。

【0078】

商用交流電源５の出力電圧ＶＩ１が一時的に低下した場合でも、バッテリ７によって電源ノードＮ２の直流電圧ＶＤＣ１が一定に維持され、電力変換装置３の出力電圧ＶＯは一定の定格電圧に維持される。負荷８は、電力変換装置３から供給される交流電力によって駆動される。

【0079】

電力変換装置３によって負荷８を駆動させている場合に、商用交流電源５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、電力変換装置３においてコンバータ１４の運転が停止され、バッテリ７の直流電力がインバータ１８によって交流電力に変換されて負荷８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７に直流電力が蓄えられている期間は負荷８の運転を継続することができる。

【0080】

以上のように、この実施の形態１では、商用交流電源５の出力電圧を正弦波状で定格電圧に変換する電力変換装置３と、バイパス交流電源６の出力電圧を負荷８の許容入力電圧範囲内の電圧に変換する電力変換装置４とが設けられ、電力変換装置３，４のうちのいずれか一方の電力変換装置から負荷８に交流電力が供給され、その電力変換装置が故障した場合は他方の電力変換装置から負荷８に交流電力が供給される。したがって、交流電源５，６の出力電圧が変動し、かつ電力変換装置３，４のうちのいずれか一方の電力変換装置が故障した場合でも、負荷８の運転を継続することができる。

【0081】

さらに、電力変換装置４は、コンバータ３２で生成される直流電圧ＶＤＣ２が下限電圧ＶＬよりも低下した場合でも、負荷８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８の許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯを出力する。したがって、バイパス交流電源６の出力電圧が低下した場合でも負荷８の運転を継続することができる。

【0082】

さらに、電力変換装置３を常用し、電力変換装置３が故障した場合に電力変換装置４を使用する第１のモードと、電力変換装置４を常用し、電力変換装置４が故障した場合に電力変換装置３を使用する第２のモードとのうちにの選択された方のモードが実行される。したがって、負荷８の仕様に応じて負荷８に供給する交流電力の質を変えることができる。

【0083】

さらに、コンバータ３２として６つのダイオードＤ２１〜Ｄ２６を含む整流器を使用したので、コンバータ３２における電力損失を小さく抑制することができる。

【0084】

なお、直流電圧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３４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電力変換装置４の出力電圧ＶＯ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３４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、電力変換装置４の効率ηをさらに上げることができる。

【0085】

本実施の形態１では、電力変換装置３は、常に波形歪の無い正弦波状で定格電圧の交流電圧ＶＯを出力したが、これに限るものではなく、電源ノードＮ２の直流電圧ＶＤＣ１が下限電圧ＶＬよりも低下した場合は、電力変換装置４と同様に、負荷８にとって許容範囲内の波形歪を有し、かつ負荷８の許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯを出力しても構わない。この場合は、停電時における負荷８の運転時間を長くすることができる。

【0086】

さらに、電力変換装置３は、電源ノードＮ２の直流電圧ＶＤＣ１が下限電圧ＶＬよりも高い場合でも、電力変換装置４と同様に、正弦波状で、かつ負荷８の許容入力電圧範囲内の交流電圧ＶＯを出力しても構わない。この場合は、直流電圧ＶＤＣ１を低下させることにより、スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ６，Ｓ１１〜Ｓ１６における導通損失およびスイッチング損失を低減することができる。

【0087】

本実施の形態１では、商用交流電源５の出力電圧の位相とバイパス交流電源６の出力電圧の位相とは同じである場合について説明したが、本願発明は商用交流電源５の出力電圧の位相とバイパス交流電源６の出力電圧の位相とが異なる場合にも適用可能である。ただし、その場合は、電力変換装置４の制御装置３８が商用交流電源５の出力電圧の位相に同期してインバータ３４のスイッチング素子Ｓ３１〜Ｓ３６を制御するか、あるいは電力変換装置３の制御装置２２がバイパス交流電源６の出力電圧の位相に同期してインバータ１８のスイッチング素子Ｓ１１〜Ｓ１６を制御する必要がある。これにより、交流電源５，６の出力電圧の位相が一致しない場合でも、電力変換装置３，４の出力電圧の位相を一致させることができ、電力変換装置３，４のうちの一方の電力変換装置のインバータが故障して他方の電力変換装置のインバータを動作させる場合でも過電流が流れることはない。

【0088】

[実施の形態２]
図８は、この発明の実施の形態２による無停電電源装置に含まれる電力変換装置４０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８を参照して、この電力変換装置４０が図４の電力変換装置４と異なる点は、電源ノードＮ１２に電気二重層コンデンサ４１が接続されている点である。

【0089】

この電力変換装置４０では、バイパス交流電源６から交流電力が供給されている通常時は、バイパス交流電源６からの交流電力がコンバータ３２によって直流電力に変換され、その直流電力が電気二重層コンデンサ４１に蓄えられるとともに、インバータ３４に供給される。バイパス交流電源６からの交流電力の供給が一時的に停止された瞬停時は、電気二重層コンデンサ４１の直流電力がインバータ３４に供給される。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。

【0090】

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、電力変換装置４０で生成された交流電力によって負荷８が駆動されている場合に、バイパス交流電源６からの交流電力の供給が一時的に停止された場合でも、電気二重層コンデンサ４１に直流電力が蓄えられている間は負荷８の運転を継続することができる。

【0091】

なお、電気二重層コンデンサ４１に蓄えられる直流電力はバッテリ７に蓄えられる直流電力よりも小さいので、本実施の形態２は、バイパス交流電源６の瞬間的または短時間（たとえば数秒間）の停電時に負荷８の運転を継続することができるが、長時間の停電時に負荷８の運転を継続することはできない。

【0092】

[実施の形態３]
図９は、この発明の実施の形態３による無停電電源装置に含まれる電力変換装置５０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、この電力変換装置５０が図４の電力変換装置４と異なる点は、電磁接触器５１，５３および半導体スイッチ５２が追加されている点である。

【0093】

電磁接触器５１の一方端子はバイパス入力端子Ｔ２に接続され、その他方端子は交流リアクトル３１を介してコンバータ３２の入力ノードに接続される。電磁接触器５１は、制御装置３８によって制御され、電力変換装置５０の使用時はオンされ、たとえば電力変換装置５０の保守および点検時にオフされる。

【0094】

半導体スイッチ５２は、バイパス入力端子Ｔ２と交流出力端子Ｔ４の間に接続される。半導体スイッチ５２は、サイリスタを含み、制御装置３８によって制御される。半導体スイッチ５２は、通常はオフし、第２のモード時にインバータ３４が故障した場合に瞬時にオンし、バイパス交流電源６からの交流電力を交流出力端子Ｔ４に通過させる。半導体スイッチ５２は、オンしてから所定時間経過後にオフする。

【0095】

電磁接触器５３は、半導体スイッチ５２に並列接続され、制御装置３８によって制御される。電磁接触器５３は、インバータ３４によって生成された交流電力を交流出力端子Ｔ４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６からの交流電力を交流出力端子Ｔ４に与えるバイパス給電モード時にはオンされる。電磁接触器３７は、インバータ給電モード時にはオンされ、バイパス給電モード時にはオフされる。

【0096】

また電磁接触器５３は、第２のモード時においてインバータ３４が故障した場合にオンし、バイパス交流電源６からの交流電力を交流出力端子Ｔ４に与える。電磁接触器３７は、インバータ３４が故障した場合にオフする。つまり、インバータ３４が故障した場合は、半導体スイッチ５２が瞬時に所定時間だけオンするとともに電磁接触器５３がオンし、電磁接触器３７がオフする。これは、半導体スイッチ５２が過熱されて破損するのを防止するためである。操作部２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。

【0097】

この実施の形態３では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、第２のモード時において電力変換装置３のインバータ１８が故障した後に電力変換装置４のインバータ３４が交流電力を負荷８に供給している場合にさらにインバータ３４が故障した場合でも、バイパス交流電源６から負荷８に交流電力を供給して負荷８の運転を継続することができる。

【0098】

[実施の形態４]
図１０は、この発明の実施の形態４による無停電電源装置に含まれる電力変換装置５５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１０を参照して、この電力変換装置５５が図４の電力変換装置４と異なる点は、コンバータ３２および制御装置３８がそれぞれコンバータ５６および制御装置５７と置換されている点である。

【0099】

制御装置５７は、入力電圧ＶＩ２（バイパス交流電源６の出力電圧）に同期してコンバータ５６を制御する。コンバータ５６は、制御装置５７によって制御され、バイパス交流電源６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５６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。

【0100】

図１１は、コンバータ５６およびインバータ３４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３４の構成は、図５で示した通りである。コンバータ５６は入力ノード５６ａ〜５６ｃ、スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６、およびダイオードＤ２１〜Ｄ２６を含む。

【0101】

コンバータ５６の入力ノード５６ａ〜５６ｃは、バイパス交流電源６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３３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。

【0102】

スイッチング素子Ｓ２１〜Ｓ２６の各々は、制御装置５７によって制御され、バイパス交流電源６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。

【0103】

このコンバータ５６の出力電圧ＶＤＣ２は、図５のコンバータ３２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８を駆動させることが可能な入力電圧ＶＩ２（バイパス交流電源６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１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

【0104】

この実施の形態４では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、負荷８を駆動させることが可能な入力電圧ＶＩ２（バイパス交流電源６の出力電圧）の下限値を低くすることができる。

【0105】

なお、この実施の形態４では、入力電圧ＶＩ２の振幅のレベルに応じてコンバータ５６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５６の出力電圧ＶＤＣ２を一定値に維持し、入力電圧ＶＩが所定値よりも低い場合はコンバータ５６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５６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。

【0106】

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】

【0107】

１ 無停電電源装置、２ 操作部、３，４，４０，５０，５５ 電力変換装置、Ｌ１ 通信回線、５ 商用交流電源、６ バイパス交流電源、７ バッテリ、８ 負荷、Ｔ１ 交流入力端子、Ｔ２ バイパス入力端子、Ｔ３ バッテリ端子、Ｔ４ 交流出力端子、１１，１６，２１，３７，５１，５３ 電磁接触器、１２，１５ ヒューズ、１３，１９，３１，３５ 交流リアクトル、１４，３２，５６ コンバータ、１７，３３ 平滑用電解コンデンサ、１８，３４ インバータ、２０，３６ コンデンサ、２２，３８，５７ 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、４１ 電気二重層コンデンサ、５２ 半導体スイッチ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】