特許 6736986 電源切換装置

(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】6736986

(24)【登録日】2020年7月20日

(45)【発行日】2020年8月5日

(54)【発明の名称】電源切換装置

(51)【国際特許分類】

   G05F 1/00 20060101AFI20200728BHJP

【ＦＩ】

   G05F1/00 F

【請求項の数】2

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-111041(P2016-111041)

(22)【出願日】2016年6月2日

(65)【公開番号】特開2017-215917(P2017-215917A)

(43)【公開日】2017年12月7日

【審査請求日】2019年5月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005234

【氏名又は名称】富士電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100075166

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 巖

(74)【代理人】

【識別番号】100133167

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 浩

(72)【発明者】

【氏名】田村 浩明

【審査官】 山崎 雄司

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−２１８３９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−０８８８４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２０６８５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０５Ｆ １／００

Ｈ０２Ｊ ３／００−５／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１と第２の交流電源のそれぞれから共通の負荷へ給電する２つの給電回路に、それぞれ２個のサイリスタ素子を逆極性に並列接続して構成した給電スイッチを設け、これらの給電スイッチのオン、オフを切り換えることにより負荷へ給電する電源を切り換える電源切換装置において、
前記２つの給電スイッチに切換指令が与えられたとき、オンしている側の給電スイッチの属する電源の相電圧を検出する手段と、この電圧検出手段により検出した相電圧の極性を判別する手段と、この極性判別手段により判別された相電圧の極性が正極性のときは、オフしている側の給電スイッチの正極性のサイリスタにゲートオン許可信号を与え、前記相電圧の極性が負極性のときは、オフしている側の給電スイッチの負極性のサイリスタにゲートオン許可信号を与える手段と、を有する切換制御回路を備え、
前記電源の相電圧の極性を判別する手段は、前記電源の線間電圧を微分した電圧の９０°または２７０°位相を検出する手段と、前記検出された９０°または２７０°位相から前記電源の相電圧の位相を推定する位相推定手段と、前記推定された相電圧の位相から相電圧が正極性または負極性を判別する極性判別手段とで構成することを特徴とする電源切換装置。

【請求項2】

請求項１に記載の電源切換装置において、
前記電源の線間電圧を微分した電圧の９０°または２７０°位相を検出する手段は、前記電源の線間電圧を微分した電圧の変化量を求め、この変化量の負から正または正から負への変化をとらえて、９０°位相または２７０°位相を示す信号を発生する手段を備えることを特徴とする電源切換装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、２系統の交流電源から選択的に負荷へ給電を行うための電源切換装置に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、選択的に負荷に給電可能にした冗長化された２系統の交流電源を備える電源装置においては、給電中の電源系統に停電や電圧低下等の異常が発生すると、給電系統が電圧の正常な待機側の電源に切り換えられる。電源の切換は電源切換装置によって行われるが、電源系統を切り換える切換スイッチの同時オン状態が発生すると、２つの電源間に短絡が生じ、横流が流れる。

【0003】

一方、給電系統の切換えに遅れが生じると、負荷に対して停電もしくは電圧変動が生じる問題もある。

【0004】

このような電圧変動や、横流の発生を抑制するための電源切換装置として、従来から特許文献１や２に示される装置が知られている。しかし、このような従来の電源切換装置は、インバータを備える電源の電圧と、もう一方の商用交流電源の電圧とを同期させて切り換えを行う同期切換手段や、交流電源相互間に流れる横流分を検出する手段などを備えるので、構成が複雑になる問題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平０９−０１９０６５号公報

【特許文献2】特公平０７−００４０５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

この発明は、前記の従来装置における問題を解決するため、同期切り換え手段や、交流電源相互間に流れる横流分を検出する手段などを設けることなく、電源切り換え時に横流の発生を防止することのできる、構成の簡単な電源切換装置を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

前記の課題を解決するため、この発明は、第１と第２の交流電源のそれぞれから共通の負荷へ給電する２つの給電回路に、それぞれ２個のサイリスタ素子を逆極性に並列接続して構成した給電スイッチを設け、これらの給電スイッチのオン、オフを切り換えることにより負荷へ給電する電源を切り換える電源切換装置において、
前記２つの給電スイッチに切換指令が与えられたとき、オンしている側の給電スイッチの属する電源の相電圧を検出する手段と、この電圧検出手段により検出した相電圧の極性を判別する手段と、この極性判別手段により判別された相電圧の極性が正極性のときは、オフしている側の給電スイッチの正極性のサイリスタにゲートオン許可信号を与え、前記相電圧の極性が負極性のときは、オフしている側の給電スイッチの負極性のサイリスタにゲートオン許可信号を与える手段と、を有する切換制御回路を備えることを特徴とするものである。
さらに、この発明においては、前記電源の相電圧の極性を判別する手段は、前記電源の線間電圧を微分した電圧の９０°または２７０°位相を検出する手段と、前記検出された９０°または２７０°位相から前記電源の相電圧の位相を推定する位相推定手段と、前期推定された相電圧の位相から相電圧が正極性か負極性かを判別する極性判別手段とで構成することができる。 また、前記電源の線間電圧を微分した電圧の９０°または２７０°位相を検出する手段は、前記電源の線間電圧を微分した電圧の変化量を求め、この変化量の負から正または正から負への変化をとらえて、９０°位相または２７０°位相を示す信号を発生する手段とする。

【0008】

また、第１と第２の交流電源のそれぞれから共通の負荷へ給電する２つの給電回路に、それぞれ２個のサイリスタ素子を逆極性に並列接続して構成した給電スイッチを設け、これらの給電スイッチのオン、オフを切り換えることにより負荷へ給電する電源を切り換える電源切換装置において、
前記各給電スイッチに対応して、前記給電スイッチの少なくとも負荷側の全相電圧を検出する電圧検出手段と、この電圧検出手段の出力を全波整流して直流電圧に変換する電圧変換手段と、この電圧変換手段の出力電圧が基準値より低下したことを判定する電圧判定手段と、前記２つの給電スイッチに切換指令が与えられたとき、オンしている側の給電スイッチの前記電圧判定手段の判定出力に基づいてオフしている側の給電スイッチのサイリスタにゲートオン許可信号を与える手段とを有する切換制御回路を備えることを特徴とするものである。
そして、この発明においては、前記電圧判定手段の判定出力を、前記負荷の有する誘導成分に対応する負荷電流の遅れ位相角に対応する時間だけ遅らせる時限要素を設けることができる。

【発明の効果】

【0009】

この発明によれば、２つの交流電源から共通の負荷へ給電する２つの給電回路にそれぞれ設けた、サイリスタ素子で構成した給電スイッチのオン、オフを切り換えて電源の切り換えを行うとき、オンしている側の給電スイッチに加わる電源の相電圧を検出し、この検出した相電圧の極性を判別し、電圧の極性が正極性の場合は、オフしている側の給電スイッチの正極性のサイリスタのゲートオンを許可し、電圧の極性が負極性の場合は、オフしている側の給電スイッチの負極性のサイリスタのゲートオンを許可するようにしているので、２つの給電スイッチの切換時に、２つの給電スイッチのサイリスタが同時にオンされることがなく、オンしている側のスイッチのサイリスタがオフした後にオフしている側の給電スイッチのサイリスタがオンに切り換えられる。このため、同期切換手段や、交流電源相互間に流れる横流分を検出する手段などを設けることなく、給電回路の切換時に横流が発生するのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】この発明の第１の実施例を示す回路構成図である。

【図2】この発明の第１の実施例の動作波形図である。

【図3】この発明の第２の実施例を示す回路構成図である。

【図4】この発明の第３の実施例を示す回路構成図である。

【図5】この発明の第３の実施例の動作波形図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

この発明の実施の形態を図に示す実施例について説明する。

【実施例1】

【0012】

図１は、この発明の電源切換装置の第１の実施例を示す構成図であり、三相交流回路の各相は同じ構成を有するので、ここでは、Ｕ相の回路構成だけを示し、他の相の回路構成は、ブロックで示す。

【0013】

図１において、１および２は、第１および第２の３相交流電源である。この２つの交流電源のそれぞれから、３相の給電路１１および２１を切り換えて共通の負荷５に給電する。給電路１１および２１には、それぞれ、電圧検出器１２、２２、および負荷５への給電路を選択的に切り換えるための給電スイッチ３、４が設けられている。給電スイッチ３および４の各相のスイッチ３Ｕ〜３Ｗおよび４Ｕ〜４Ｗは、それぞれ逆極性にした２つのサイリスタ３Ｐ、３Ｎ、および４Ｐ、４Ｎを並列接続して構成される。なお、ここでは、各相の給電スイッチにおいて電流の通流方向が電源から負荷側へ向けられたサイリスタ３Ｐ，４Ｐの極性を正極性、電流の通流方向が負荷から電源側へ向けられたサイリスタ３Ｎ、４Ｎの極性を負極性と定義する。

【0014】

給電スイッチ３および４には、各相ごとに、切換制御回路３０および４０が付属する。切換制御回路３０および４０は、外部からの切換指令により一方の給電スイッチがオンしているときは他方の給電スイッチがオフされ、２つの給電スイッチ３、４が同時にオンされることがないように、給電スイッチ３、４のオン、オフの切り換えを制御する。

【0015】

切換制御回路３０は、給電スイッチ３に対する切換信号Ｓ３がオン（「１」）のとき、給電スイッチ３のサイリスタ３Ｐ，３Ｎへのゲート信号Ｇ３Ｐ、Ｇ３Ｎをオン（「１」）にし、給電スイッチ４のサイリスタ４Ｐ、４Ｎへのゲート信号Ｇ４Ｐ、Ｇ４Ｎをオフ（「０」）にする。そして、切換制御回路４０は、給電スイッチ４に対する切換信号Ｓ４がオン（「１」）のとき、給電スイッチ４のサイリスタ４Ｐ、４Ｎへのゲート信号Ｇ４Ｐ、Ｇ４Ｎをオン（「１」）にし、給電スイッチ３のサイリスタ３Ｐ、３Ｎへのゲート信号Ｇ３Ｐ、Ｇ３Ｎをオフ（「０」）にする。

【0016】

切換制御回路３０および４０は、同じ構成を有するので、図１には、切換制御回路４０の構成だけ詳細を示し、切換制御回路３０は、ブロックで示し、詳細な構成の図示を省略する。

【0017】

切換制御回路４０は、電圧検出器１２で検出した３相交流電源１のＵ−Ｖ相の線間電圧Ｅ１_ＵＶの微分値を求める微分演算手段４１を備える。この微分演算手段４１は、検出した線間電圧Ｅ１_ＵＶを所定のクロック信号に同期してサンプリングして取り込み、前回取り込んだ電圧値と今回取り込んだ電圧値との変化分を求めることにより微分演算を行う。

【0018】

微分演算手段４１の出力は、給電路１１の線間電圧Ｅ１_ＵＶの９０°および２７０°位相を検出するため、９０°位相検出手段４２ａおよび２７０°位相検出手段４２ｂに入力される。９０°位相検出手段４２ａは、微分演算手段４１から出力される線間電圧Ｅ１_ＵＶの微分値Ｅ１_ＵＶ´の極性の変化を監視し、微分値、すなわち変化量が正から負へ変化するタイミングをとらえて線間電圧Ｅ１_ＵＶの９０°位相検出信号Ｓ９０を発生する。２７０°位相検出手段４２ｂは、微分演算手段４１から出力される線間電圧Ｅ１_ＵＶの微分値Ｅ１_ＵＶ´の極性の変化を監視し、微分値すなわち変化量が負から正に変化するタイミングをとらえて線間電圧Ｅ１_ＵＶの２７０°位相検出信号Ｓ２７０を発生する。

【0019】

９０°位相検出手段４２ａおよび２７０°位相検出手段４２ｂからの検出信号Ｓ９０およびＳ２７０は、電源1のＵ相電圧Ｅ１_Ｕの位相を推定する位相推定手段４３ａおよび４３ｂに入力される。
この位相推定手段４３ａ、４３ｂは、クロック信号Ｃｌをカウントするカウンタで構成する。位相推定手段４３ａを構成するカウンタは、９０°位相検出信号Ｓ９０によって、初期値設定器４４ａに設定された初期値６０°からカウントを開始し、１８０°相当のクロック信号Ｃｌをカウントして２４０°のカウント値に達した時点で、カウント値をリセットする。位相推定手段４３ｂを構成するカウンタは、２７０°位相検出信号Ｓ２７０によって、初期値設定器４４ｂに設定された初期値２４０°からカウントを開始し、１８０°相当のクロックをカウントして４２０°（６０°）に達した時点で、カウント値をリセットする。これによって、各々のカウント値から、検出した線間電圧の９０°、２７０°位相から相電圧の位相がどれだけ進んだかを推定する。

【0020】

相電圧は、周知のとおり線間電圧に対して３０°の位相遅れを有しているので、位相推定手段４３ａ、４３ｂのカウンタの初期値を初期値設定器４４ａ、４４ｂにより、相電圧位相の検出値９０°、２７０°よりそれぞれ３０°少ない６０°、２４０°に設定することにより、検出した線間電圧の位相から相電圧の位相に変換され、位相推定手段４３ａ、４３ｂのカウント値から直ちに相電圧の位相を推定することができる。位相推定手段４３ａ、４３ｂのカウンタのリセット値を２４０°、６０°に設定するのも同様の理由である。
したがって、位相推定手段４３ａおよび４３ｂのカウント値は、相電圧Ｅ１、ここではＵ相電圧Ｅ１_Ｕの位相の推定値を示すことになる。

【0021】

位相推定手段４３ａのＵ相電圧Ｅ１_Ｕの位相推定値θ_Ｕを示すカウント値は、比較器４５ａ、４５ｂの比較入力に入力される。比較器４５ａは、位相推定値θ_Ｕを示すカウント値を設定器Ｓ１３から負の基準入力に入力された設定値１８０°と比較し、位相推定値θ_Ｕが設定値１８０°以上のとき「１」となり、そして、設定値１８０°以下のとき「０」とする比較出力Ｓ４５ａを発生する。また、比較器４５ｂは、比較入力に入力された位相推定値θ_Ｕを、設定器Ｓ１４から正の基準入力に入力された設定値１８０°と比較し、位相推定値θ_Ｕが設定値１８０°以下のとき「１」となり、そして、設定値１８０°以上のとき「０」となる比較出力Ｓ４５ｂを発生する。
位相推定手段４３ｂのＵ相電圧Ｅ１_Ｕの位相推定値θ_Ｕを示すカウント値は、比較器４６ａ、４６ｂの比較入力に入力される。比較器４６ａは、位相推定値θ_Ｕを示すカウント値を設定器Ｓ１５から正の基準入力に入力された設定値０°と比較し、位相推定値θ_Ｕが設定値０°以上のとき「１」となり、そして、設定値０°以下のとき「０」とする比較出力Ｓ４６ａを発生する。また、比較器４６ｂは、比較入力に入力された位相推定値θ_Ｕを、設定器Ｓ１６から正の基準入力に入力された設定値０°と比較し、位相推定値θ_Ｕが設定値０°以下のとき「１」となり、そして、設定値以上のとき「０」となる比較出力Ｓ４６ｂを発生する。

【0022】

比較器４５ｂと比較器４６ａの出力Ｓ４５ｂとＳ４６ａは、オアゲート４７ａおよびアンドゲート４８ａを介してフリップフロップ回路で構成された信号保持手段４９ａに入力される。そして、比較器４５ａと比較器４６ｂの出力Ｓ４５ａとＳ４６ｂは、オアゲート４７ｂおよびアンドゲート４８ｂを介してフリップフロップ回路で構成された信号保持手段４９ｂに入力される。

【0023】

信号保持手段４９ａの出力は、給電路２１の給電スイッチ４の正極性のサイリスタ４Ｐに対するゲートオン許可信号Ｓ４Ｐとしてアンドゲート４８Ｐに入力される。また、信号保持手段４９ｂの出力は、給電路２１の給電スイッチ４の負極性のサイリスタ４Ｎに対するゲートオン許可信号Ｓ４Ｎとしてアンドゲート４８Ｎ入力される。

【0024】

切換制御回路４０の切換信号入力端Ｃ４１には、外部から給電スイッチ４への切換信号Ｓ４が入力される一方、切換信号入力端Ｃ４２には、給電スイッチ３への切換信号Ｓ３を否定した信号¬Ｓ３が入力される。切換制御回路３０の切換信号入力端Ｃ３１には、給電スイッチ３への切換信号Ｓ３が入力される一方、切換信号入力端Ｃ３２には、給電スイッチ４への切換信号Ｓ４を否定した信号¬Ｓ４が入力される。
給電スイッチ４への切換信号Ｓ４が「１」となって給電スイッチ４にオンを指令するときは、給電スイッチ３への切換信号Ｓ３は、「０」となって給電スイッチ３にオフを指令する。その反対に、給電スイッチ３への切換信号Ｓ３が「１」となって給電スイッチ３にオンを指令するときは、給電スイッチ４への切換信号Ｓ４は、「０」となって給電スイッチ４にオフを指令する。
信号保持手段４９ａ、４９ｂには、給電スイッチ４への切換信号Ｓ４が、「０」となってオフが指令されるとき、ノットゲート５１を介して「１」となるリセット信号が加わり、信号保持手段４９ａ、４９ｂがリセットされる。

【0025】

また、切換制御回路３０から切換制御回路４０に入力される切換信号Ｓ３は、ノットゲート５２を介して、アンドゲート４８ａおよび４８ｂに入力される。そして、切換制御回路４０から切換制御回路３０に入力される切換信号Ｓ４は、ノットゲート５３を介して切換制御回路４０内のアンドゲート４８ａ、４８ｂに相当する、ここには図示しない切換制御回路３０内のアンドゲートに入力される。
なお、給電路２１の電圧検出器２２により検出された線間電圧Ｅ２_ＵＶは、切換制御回路３０に入力される。

【0026】

次に、このように構成されたこの発明の電源切換装置の動作を、図２に示す動作波形図を参照して説明する。

【0027】

図１の電源切換装置において、横流防止対策が何も施されていない場合は、例えば、切換元の電源１から切換先の電源２への切換過程で、電源１側のＵ相の給電スイッチ３Ｕの正極性のサイリスタ３Ｐがオンし、これを通して負荷５に点線で示す電流ＩＰ１が流れているときに、電源２側のＵ相の給電スイッチ４Ｕの負極性のサイリスタ４Ｎがオンすると、これを通して電源１から電源２へ点線で示すように電流ＩＮ２が、サイリスタ３Ｐがオフするまで、横流として流れる。
この発明は、このような横流ＩＮ２が流れるのを防止するものである。

【0028】

今ここで、図１の電源切換装置は、給電スイッチ３をオンにし、給電スイッチ４をオフにして、電源１から給電スイッチ３を通して負荷５へ給電している状態におかれている。この状態から給電スイッチ３をオフに、給電スイッチ４をオンに切り換えて、電源２から給電スイッチ４を通して負荷５へ給電する状態に切り換える場合の切換動作について説明する。このため、ここでは、電源１が切換元電源となり、電源２が切換先電源となる。

【0029】

給電スイッチ３がオンし、電源１から給電路１１を通して負荷５へ電流Ｉ１が供給されている状態においては、電圧出器１２により図２（ａ）に実線で示すような電源１のＵ−Ｖ相間の線間電圧Ｅ１_ＵＶが検出される。
この切換元電源１の線間電圧Ｅ１_ＵＶが、切換先電源２側の切換制御回路４０の微分演算手段４１に入力され、微分される。この微分演算手段４１からは、図２（ｂ）に示すような線間電圧の微分電圧Ｅ１_ＵＶ´が得られる。

【0030】

この微分電圧Ｅ１_ＵＶ´の波形から明らかなように、微分電圧Ｅ１_ＵＶ´が正となる期間は、図２（ｃ）に示すように電圧正変化量が「１」となり、微分電圧Ｅ１_ＵＶ´が負となる期間は、図２（ｄ）に示すように、電圧負変化量が「１」となる。

【0031】

９０°位相検出手段４２ａは、図２（ｄ）に示す線間電圧Ｅ１_ＵＶの電圧負変化量を監視し、これが０から１へ立ち上がるのを検知して、９０°位相検出信号Ｓ９０を発生する。このため、９０°位相検出手段４２ａから、図２（ｅ）に示すように、線間電圧Ｅ１_ＵＶが９０°位相となるｔ６時点で９０°位相検出信号Ｓ９０が発生される。

【0032】

また、２７０°位相検出手段４２ｂは、図２（ｃ）に示す線間電圧Ｅ１_ＵＶの正変化量を監視し、これが０から１へ立ち上がるのを検知して２７０°位相検出信号Ｓ２７０を発生する。したがって、２７０°位相検出信号Ｓ２７０は、図２（ｆ）に示すように、線間電圧Ｅ１_ＵＶが２７０°位相となるｔ３時点で発生される。

【0033】

クロック信号Ｃｌをカウントして電源１の相電圧Ｅ１の位相を推定する位相推定手段４３ａおよび４３ｂは、それぞれ図２（ｇ）および図２（ｈ）に示すように、９０°位相検出信号Ｓ９０および２７０°位相検出信号Ｓ２７０が入力されることによって、それぞれ初期値設定器４４ａおよび４４ｂに設定された初期値６０°および２４０°からカウントを開始する。カウントを開始した位相推定手段４３ａおよび４３ｂは、それぞれ、２７０°位相検出信号Ｓ２７０および９０°位相検出信号Ｓ９０によりカウントを開始してから、それぞれカウント値が２４０°および６０°になるまでカウントし、２４０°および６０°に達したところでカウント値をリセットして初期値（６０°および２４０°）に戻す動作をする。

【0034】

このため、位相推定手段４３ａは、ｔ３時点まで、およびｔ６〜ｔ１０時点間でカウント動作を行い、位相推定手段４３ｂは、ｔ３〜ｔ６時点間でカウント動作を行いうので、両位相推定手段のカウント値により、Ｕ相のスイッチ３Ｕが挿入されたＵ相電圧Ｅ１_Ｕの位相推定値が示される。
位相推定手段４３ａおよび４３ｂのＵ相電圧Ｅ１_Ｕの位相推定値θ_Ｕを示すカウント値は、それぞれ比較器４５ａおよび４５ｂによって設定器Ｓ１３およびＳ１４に設定された設定値１８０°と比較される。比較器４５ａは、カウント値（相電圧位相推定値）が１８０°以上であれば「１」となる信号Ｓ４５ａを発生し、比較器４５ｂは、カウント値が１８０°以下であれば「１」となる信号Ｓ４５ｂを発生する。したがって、比較器４５ａの出力から、相電圧Ｅ１_Ｕの位相が１８０°以上にあることを検知でき、そして比較器４５ｂの出力から相電圧Ｅ１_Ｕの位相が１８０°以下であることを検知できる。

【0035】

位相推定手段４３ｂの相電圧位相推定値を示すカウント値は、比較器４６ａおよび４６ｂによって設定器Ｓ１５、Ｓ１６に設定された設定値０°と比較され、カウント値が０°以上であれば比較器４６ａが「１」となる信号Ｓ４６ａを出力し、カウント値が０°以下であれば比較器４６ｂが「１」となる信号Ｓ４６ｂを出力する。したがって比較器４６ａの出力から相電圧Ｅ１_Ｕの位相が０°以上にあることを検知でき、そして比較器４６ｂの出力から相電圧Ｅ１_Ｕの位相が０°以下であることを検知できる。

【0036】

このため、比較器４５ｂと４６ａのオア出力を取り出すオアゲート４７ａからは、相電圧Ｅ１_Ｕの位相が０°（３６０°）から１８０°の間、図２（ｉ）に示すように「１」となる出力が発生される。これは、相電圧Ｅ１_Ｕの正極性を示すものであるから、オアゲート４７ａの出力から相電圧Ｅ１_Ｕの正極性を検知できる。

【0037】

比較器４５ａと４６ｂのオア出力を取り出すオアゲート４７ｂからは、相電圧Ｅ１_Ｕの位相が１８０°から３６０（０）°の間、図２（ｊ）に示すように「１」となる出力が発生される。これは、相電圧Ｅ１_Ｕの負極性を示すもので、オアゲート４７ｂの出力から相電圧Ｅ１_Ｕの負極性を検知できる。

【0038】

オアゲート４７ａおよび４７ｂの出力は、それぞれアンドゲート４８ａおよび４８ｂの一端に入力される。これらのアンドゲート４８ａおよび４８ｂの他端には、ノットゲート５２を介してスイッチ３の切換信号Ｓ３を否定した信号の¬Ｓ３が入力される。このため、アンドゲート４８ａからは、図２（ｉ）に示すように相電圧Ｅ１_Ｕが正極性となっているｔ５〜ｔ９時点間において、スイッチ切換信号Ｓ３が、図２（ｋ）に示すようにオフ、すなわち「０」となったとき、「１」となる出力Ｓ４８ａが得られ、これが信号保持手段４９ａよって、ゲートオン許可信号Ｓ４Ｐとして保持される。このゲートオン許可信号Ｓ４Ｐは、電源２側の給電スイッチ４の正極性のサイリスタ４Ｐにゲート信号を出力するアンドゲート４８Ｐの一端に入力される。

【0039】

また、アンドゲート４８ｂからは、図２（ｊ）に示すように相電圧Ｅ１_Ｕの負極性となっているｔ２〜ｔ５時点間、またはｔ９時点以降において、スイッチ切換信号Ｓ３が、図２（ｋ）に示すようにオフ、すなわち「０」となると、「１」となる出力Ｓ４８ｂが得られ、これが信号保持手段４９ｂよって、ゲートオン許可信号Ｓ４Ｎとして保持される。このゲートオン許可信号Ｓ４Ｎは、電源２側の給電スイッチ４の負極性のサイリスタ４Ｎにゲート信号を出力するアンドゲート４８Ｎの一端に入力される。

【0040】

このように、アンドゲート４８Ｐまたは４８Ｎの一端にゲートオン許可信号Ｓ４ＰまたはＳ４Ｎが入力されている状態で、給電スイッチ４に切り換えを指令する切換信号Ｓ４がオン（「１」）となると、アンドゲート４８Ｐまたは４８Ｎからゲート信号Ｇ４Ｐ、Ｇ４Ｎが発生され、給電スイッチ４の正極性サイリスタ４Ｐまたは負極性サイリスタ４Ｎに出力されるため、サイリスタ４Ｐまたはサイリスタ４Ｎがオンされるようになる。

【0041】

図１における給電スイッチ３がオンされて、電源１から給電路１１を通して負荷５に給電している状態で、ｔ７時点で電源切換指令が与えられ、給電スイッチ３の切換信号Ｓ３がオン（「１」）からオフ（「０」）に切り換わり、給電スイッチ４の切換信号Ｓ４がオフ（「０」）からオン（「１」）に切り換わると、電源１側のスイッチ３へのゲート信号Ｇ３Ｐ、Ｇ３Ｎがアンドゲート３８Ｐ、３８Ｎによってオフにされる。このときは、まだ電源３のＵ相電圧Ｅ１_Ｕが正極性にあるので、スイッチ３Ｕの正極性サイリスタ３Ｐはゲート信号がオフされても通流を継続する。これは、相電圧Ｅ１_Ｕの電圧が負極性となり、サイリスタ３Ｐを通流する電流Ｉ１がゼロ点を通過するまで継続される。

【0042】

この状態で、電源２側の給電スイッチ４のスイッチ４Ｕの、スイッチ３Ｕの導通している正極性のサイリスタ３Ｐと電流通流極性が同じとなる負極性のサイリスタ４Ｎが導通すると、導通を継続している正極性サイリスタ３Ｐと導通を開始するスイッチ４Ｕの負極性サイリスタ４Ｎを通して電源１から電源２へ横流ＩＰ２が流れることになる。

【0043】

しかし、この発明においては、ｔ７時点で電源切換指令が与えられても、相電圧Ｅ１_Ｕが正極性にある場合は、ゲートオン許可信号Ｓ４Ｐを、スイッチ４Ｕの正極性サイリスタ４Ｐにゲート信号を与えるアンドゲート４８Ｐだけに与え、負極性サイリスタ４Ｎにゲート信号を与えるアンドゲート４８Ｎには与えないので、この期間に負極性のサイリスタ４Ｎがオンされることはない。

【0044】

また、ゲートオン許可信号Ｓ４Ｐが与えられることにより、アンドゲート４８Ｐがオンとなり、正極性サイリスタ３Ｐのゲートにゲート信号Ｇ４Ｐが入力され、このサイリスタ４Ｐがオンされるが、サイリスタ４Ｐの通流方向が電源１側から流れる横流の通流方向に対して逆向きとなるため、このサイリスタ４Ｐによって横流は阻止されることになる。
このため、スイッチ３の正極性サイリスタ３Ｐが通流している電圧Ｅ１_Ｕの正極性が終わるｔ９時点までは、スイッチ４（４Ｕ）は横流を通流させることがないので、電源１側から電源２に横流が流れることが防止される。

【0045】

相電圧Ｅ１_Ｕの正極性が終わるｔ９時点で、電流Ｉ１がゼロとなるため、スイッチ３（３Ｕ）の正極性のサイリスタ３Ｐがオフし、スイッチ３（３Ｕ）が閉じて、電源１が遮断される。
電源1が遮断されても、電圧位相推定手段４３ａは、最後に線間電圧の９０°位相（相電圧の６０°）を検出したタイミング（ｔ６）から相電圧が２４０°となるまでの間は電圧の有無に関わらず、カウントを継続するため、カウント初期値（６０°）から、位相がさらに１２０°進んで相電圧Ｅ１_Ｕの極性が変わってサイリスタがオフするタイミング（相電圧の１８０°位相）となるｔ９時点を経過したことを推定することができる。すなわち、位相推定手段４３ａの位相推定値を示すカウント値が１８０°以上になったとき、比較器４５ａから出力される「１」となる出力信号Ｓ４５ａが、サイリスタ３Ｕがオフするタイミング（相電圧の１８０°位相）を示すことになる。

【0046】

比較器４５ａの相電圧Ｅ１_Ｕが負極性であることを示す「１」となった出力信号Ｓ４５ａが、オアゲート４７ｂ、およびアンドゲート４８ｂを介して信号保持手段４９ｂに入力され、切換先の切換信号Ｓ４がオン（「１」）になってから、相電圧Ｅ１_Ｕが最初に負極性となったときに信号保持手段４９ｂに保持されることなる。この結果、信号保持手段４９ｂからアンドゲート４８Ｎにゲートオン許可信号Ｓ４Ｎが与えられ、アンドゲート４８Ｎを通してスイッチ４（４Ｕ）の切換信号Ｓ４がゲート信号Ｇ４Ｎとしてスイッチ４（４Ｕ）の負極性サイリスタ４Ｎのゲートに与えられる。これにより、スイッチ４（４Ｕ）の負極性サイリスタ４Ｎが導通し、電源２から負荷５への給電が開始され、電源の切り換えを完了する。

【0047】

なお、相電圧Ｅ１_Ｕがゼロとなるｔ９時点で、給電スイッチ３のサイリスタ３Ｐがオフされることにより、切換回路４０の入力電圧Ｅ１_ＵＶがゼロになると、位相検出手段（４２ａ、４２ｂ）の出力信号が不定となるため、電圧正変化量および電圧負変化量、ならびに９０°検出信号Ｓ９０および２７０°検出信号Ｓ２７０は、図２（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）に格子状のハッチングで示すようにｔ９時点以降は不定となる。この結果、位相推定手段４３ａ、４３ｂが電圧正変化量および電圧負変化量の誤った立ち上がりでカウントを開始し、位相推定手段４３ａ、４３ｂの図２（ｅ）、（ｆ）のｔ９時点以降の格子状のハッチングで示すカウントは、誤カウントとなることがある。
しかし、このように切換回路４０の位相推定手段４３ａ、４３ｂに誤カウントが生じても、すでに、給電スイッチ３から給電スイッチ４に切り換えが実行されたのちであるので、特に問題となることはない。

【0048】

このように、この発明によれば、電源の切り換えを行うとき、切換元の電源からの相電圧の極性を判定して、この相電圧の極性が正極性の場合は、切換先の電源の給電スイッチの正極性のサイリスタにゲートオン許可信号を与え、負極性の場合は、切換先の電源の給電スイッチの負極性のサイリスタにゲートオン許可信号を与えることにより、切換元の電源と切換先の電源との間の横流の発生を防止しているので、同期切換手段や、交流電源相互間に流れる横流分を検出する手段などを設ける必要がなくなり、構成を簡単にすることができる。

【0049】

また、電源２から電源１への切り換えを行うときは、スイッチ３側の切換制御回路３０により、スイッチ４側の切換制御回路４０と同様に切換時に電源間に横流を発生させることなく切り換えを行うことができる。

【実施例2】

【0050】

図３にこの発明の第２の実施例を示す。
前記の第１の実施例は、電源の相電圧を基準にして電源の切換を制御しているので、負荷５に誘導成分が含まれない場合は、確実に横流の発生を防止することができるが、負荷に誘導成分が含まれ負荷電流に電圧に対して遅れが生じると、横流の発生を防止することができない場合がある。
この第２の実施例は、このような問題を解決するために、負荷電流に遅れが生じても横流の発生を確実に防止することができるようにしたものである。

【0051】

この図３の第２の実施例においては、負荷５の誘導成分による負荷電流の遅れ分の位相角αを予め設定し、この遅れ分の位相角αを比較器４の比較基準値に加算するようにしている。
具体的には、比較器４５ａ、４５ｂの基準値設定器Ｓ１３ａ、Ｓ１４ａには、１８０°に遅れ分の位相角αを加算して「１８０°＋α」を設定する。また、比較器４６ａ、４６ｂの基準値設定器Ｓ１５ａ、Ｓ１６ａには、０°に遅れ分の位相角αを加算して「０°＋α」を設定し、電流の遅れ位相分を補正する。
その他の構成は、図１に示す第１の実施例と同じであるので、説明を省略する。

【0052】

第２の実施例における比較器４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂの出力は、第１の実施例と同様に、オアゲート４７ａ、４７ｂおよびアンドゲート４８ａ、４８ｂを介して信号保持手段４９ａ、４９ｂにゲートオン許可信号Ｓ４Ｐ、Ｓ４Ｎとして保持される。そして、比較器４５ａ、４５ｂ、４６ａ、４６ｂは、比較する基準値が基準位相より位相角α分遅れた位相となるので、相電圧より位相角α分遅れた負荷電流Ｉの位相を基準値と比較して、負荷電流の極性を判定することと同等となる。
このため、転換元電源側のゲートオフ信号（電源切換信号）が出力された以降に、相電圧の所定の極性になってから、負荷電流の位相遅れ分経過したところでゲートオン許可信号Ｓ４Ｐ、Ｓ４Ｎが発生されることになる。

【0053】

これにより、負荷５が誘導成分を含み、負荷電流に遅れが生じても、この負荷電流の位相遅れを補正することができるので、電源の切換時に切換元のスイッチ３と切換先のスイッチ４とによって電源が短絡されることがなくなり、電源の切換時の横流の発生を防止することができる。

【実施例3】

【0054】

この発明の第３の実施例を図４に示す。
この第３の実施例は、電源１および２と負荷５との間に設けた給電スイッチ３および４の電源側の電圧Ｅ１ａ、Ｅ２ａまたは負荷側の電圧Ｅ１ｂ、Ｅ２ｂを検出して、給電スイッチの切り換え時に、切換元の電源電圧または負荷電圧が、所定値以下に低下してから、切換先の切換スイッチをオンすることにより、２つの電源間に流れる横流を抑制するようにしたものである。

【0055】

このため、給電スイッチ３よび４の電源側の電圧Ｅ１ａ、Ｅ２ａおよび負荷側の電圧Ｅ１ｂ、Ｅ２ｂを検出するために、給電スイッチ３よび４の電源側および負荷側に、それぞれ電圧検出器１２ａ、１２ｂおよび２２ａ、２２ｂを設ける。
電源１側の電圧検出器１２ａ、１２ｂの出力は、電源２側の給電スイッチ４の切り換えを制御する制御回路４０に入力され、電源２側の電圧検出器２２ａ、２２ｂの出力は、電源１側の給電スイッチ３の切り換えを制御する制御回路３０に入力される。

【0056】

給電スイッチ３および４の切り換えを制御する制御回路３０および４０は、同一の構成を有するので、ここでは、給電スイッチ４の制御回路４０は構成の全体を示し、給電スイッチ３の制御回路３０は、構成の一部だけを示し、図示を簡略にしている。
給電スイッチ３および４の各相のスイッチは、それぞれ２つのサイリスタ３ＰＵ（Ｖ，Ｗ）、３ＮＵ（Ｖ,Ｗ）およびサイリスタ４ＰＵ（Ｖ，Ｗ）、４ＮＵ（Ｖ,Ｗ）を逆極性に並列接続して構成する。

【0057】

給電スイッチ４を制御する制御回路４０に入力された電圧検出器１２ａ、１２ｂで検出された電源１側の交流の電源側電圧および負荷側電圧は、それぞれ全波整流器ＲＥａ、ＲＥｂにより直流電圧Ｅ１ａおよびＥ１ｂに変換される。この直流電圧Ｅ１ａおよびＥ１ｂは、それぞれ比較器ＣＰａおよびＣＰｂで、基準電圧設定器Ｓ１８ａおよびＳ１８ｂに設定された基準電圧Ｅｓと比較して、直流電圧Ｅ１ａおよびＥ１ｂが基準電圧Ｅｓより高いか低いかを判定する。基準電圧Ｅｓは、電源１および２の定格電圧の１０％以下の低い電圧に設定されている。

【0058】

比較器ＣＰａおよびＣＰｂは、直流電圧Ｅ１ａおよびＥ１ｂが、基準電圧Ｅｓより高いときは「０」となる判定出力を発生し、基準電圧Ｅｓより低いときは「１」となる判定出力を発生する。
比較器ＣＰａおよびＣＰｂの判定出力は、それぞれ時限要素ＴａおよびＴｂとオアゲート４７を介してアンドゲート４８の一端に入力される。アンドゲート４８の他端には、電源１側の給電スイッチ３の切り換えを制御する制御回路３０から入力される給電スイッチ３への切換信号Ｓ３がノットゲート５２を介して入力される。

【0059】

時限要素Ｔａ、Ｔｂは、サイリスタがオフするために電源側または負荷側の電圧が０Ｖになるタイミングに達する時間遅れｔｓを設けている。

【0060】

アンドゲート４８の出力信号は、フリップフロップ回路等で構成された信号保持手段４９により、ゲートオン許可信号ＳＩ４として保持される。信号保持手段４９のリセット端子Ｒには、制御回路４０の切換信号入力端Ｃ４１に加えられた給電スイッチ４への切換信号Ｓ４がノットゲート５１を介して入力される。このため、信号保持手段４９は、切換信号Ｓ４が「０」となって給電スイッチ４にオフを指令するとき、ノットゲート５１を介して「１」となるリセット信号が加わり、保持したゲートオン許可信号ＳＩ４を「０」にリセットする。

【0061】

信号保持手段４９から入力されるゲートオン許可信号ＳＩ４は、スイッチ４のアンドゲート４８ＰＵ、４８ＮＵ、４８ＰＶ、４８ＮＶおよび４８ＰＷ、４８ＮＷを介して、相スイッチ４Ｕ、４Ｖ、４Ｗのそれぞれの正極性サイリスタ４ＰＵ、４ＰＶ、４ＰＷおよび負極性サイリスタ４ＮＵ、４ＮＶ、４ＮＷのゲートに入力される。アンドゲート４８ＰＵ〜４８ＮＷのそれぞれの他端には、給電スイッチ４への切換信号Ｓ４が入力される。

【0062】

このため、アンドゲート４８ＰＵ〜４８ＮＷは、給電スイッチ４へオンを指令する「１」となる切換信号Ｓ４と、他端に信号保持手段４から「１」となるゲートオン許可信号ＳＩ４とが入力されたときオンとなって給電スイッチ４の各相の正サイリスタおよび負極性サイリスタのゲートにゲート信号が入力さされ、各サイリスタ（４ＰＵ〜４ＮＷ）が導通することによって給電スイッチ４がオンとなって、電源２から負荷５への給電が行われる。
給電スイッチ３の各相スイッチのサイリスタ（３ＰＵ〜３ＮＷ）も、制御回路３０よってスイッチ４のサイリスタと同様に制御される。

【0063】

図５にこのように構成された第３の実施例の電源切換装置の電源切換時の動作波形図を示す。
次に、この図を参照して第３の実施例の電源切換装置の電源切換動作を説明する。

【0064】

図４の電源切換装置は、今ここでは、給電スイッチ３をオンにし、給電スイッチ４をオフにして、電源１から給電スイッチ３を通して負荷５へ給電している状態におかれている。この状態から給電スイッチ３をオフに、給電スイッチ４をオンに切り換えて、電源２から給電スイッチ４を通して負荷５へ給電する状態に切り換える場合の切換動作について説明する。このため、ここでは、電源１が切換元電源となり、電源２が切換先電源となる。

【0065】

図５のｔ５０時点においては、制御回路３０の入力端Ｃ３１に外部から入力される給電スイッチ３に対する切換信号Ｓ３は「１」となり、制御回路４０の入力端Ｃ４１に外部から入力される給電スイッチ４に対する切換信号Ｓ４は「０」となっており、この状態は、給電切換指令が出されるｔ５１時点まで継続する。
給電スイッチ３がオンして、電源１から給電路１１を通して負荷５へ給電している状態においては、給電スイッチ３の電源側に設けた電圧出器１２ａによって給電スイッチ３の電源側の３相交流電圧が検出され、これが制御回路４０内の全波整流回路ＲＥａにより整流されて直流の電源電圧Ｅ１ａに変換される。これは、図５（ａ）に電源電圧Ｅ１ａとして示されている。

【0066】

また、同様に、給電スイッチ３の負荷側に設けた電圧検出器１２ｂによって電源１から給電スイッチ３を通して負荷５に加わる３相交流電圧が検出され、これが全波整流回路ＲＥｂにより整流されて直流の負荷電圧Ｅ１ｂに変換される。これは、図５（ｂ）に負荷電圧Ｅ１ｂとして示される。

【0067】

この切換元電源１の給電スイッチ３の電源側の電源電圧Ｅ１ａおよび負荷側の負荷電圧Ｅ１ｂは給電スイッチ３がオンしている状態では同じになる。この電圧Ｅ１ａ、Ｅ１ｂは、それぞれ、比較器ＣＰａおよびＣＰｂに入力され、常に、基準値設定器Ｓ１８ａおよびＳ１８ｂに設定された基準値Ｅｓと比較される。電源切換が指令されるｔ５１時点までは、電圧Ｅ１ａ、Ｅ１ｂは基準値Ｅｓより高いので、比較器ＣＰａおよびＣＰｂの判定出力は、図５（ｅ）および（ｆ）に示すように「０」となる。
このため、信号保持手段４９から出力されるゲートオンし許可信号ＳＩ４は図５（ｊ）に示すように「０」となっているので、給電スイッチ４のアンドゲート４８ＰＵ〜４８ＮＷから各相のサイリスタのゲートに入力されるゲート信号Ｇ４は、図５（ｌ）に示すように「０」となり、給電スイッチ４はオフしている。

【0068】

ｔ５１時点で、負荷５への給電を電源１から電源２に切り換えるために、図５（ｃ）および（ｄ）に示すように給電スイッチ３に対する切換信号Ｓ３を「１」から「０」に、給電スイッチ４に対する切換信号Ｓ４を「０」から「１」に同時に切り換える。
これにより、直ちに、制御回路３０のゲートオン許可信号ＳＩ３を保持した信号保持手段３９がリセットされることにより、ゲートオン許可信号ＳＩ３が「０」となるので（図５（ｉ）参照）、給電スイッチ３の各相のサイリスタスイッチ３Ｕ〜３Ｗへのゲート信号Ｇ３が「０」となり（図５（ｋ）参照）、給電スイッチ３の各相のサイリスタスイッチ３Ｕ〜３Ｗが、各相電圧がゼロになる点で順次オフし、給電スイッチ３がオフする。

【0069】

給電スイッチ３の各相のサイリスタスイッチ３Ｕ〜３Ｗが順次オフすることにより、給電スイッチ３の負荷側電圧Ｅ１ｂは、図５（ｂ）に示すように、ｔ５１時点から次第に低下する。電源側電圧Ｅ１ａは、電源１の異常がなければ、図５（ａ）に示すように一定の電圧に維持される。

【0070】

ｔ５２時点で負荷側電圧Ｅ１ｂが基準値Ｅｓに達すると、比較器ＣＰｂから「１」となる判定出力が発生する（図５（ｆ）参照）。この「１」となった判定出力は、時限要素Ｔｂによって、負荷電流の遅れ位相角に相当する時限ｔｓだけ遅らされてアンドゲート４８を通して信号保持手段４９のセット入力に入力される。アンドゲート４８は、すでにノットゲート５２を介して入力される「０」となった切換信号Ｓ３によって開かれているので、信号保持手段４９は、ｔ５２時点で、セットされ「１」となるゲートオン許可信号ＳＩ４を保持する（図５（ｊ）参照）。

【0071】

この「１」となるゲートオン許可信号ＳＩ４が給電スイッチ４の各相のサイリスタスイッチのゲート回路のアンドゲート４８ＰＵ〜４８ＮＷに入力されることにより、これらのアンドゲートの他端には、すでに「１」となる給電スイッチ４の切換信号Ｓ４が入力されているので、給電スイッチ４の各相のサイリスタスイッチのゲートに「１」となるゲート信号Ｇ４が入力され、これらのサイリスタスイッチが導通し、給電スイッチ４がオンとなる。

【0072】

このように給電スイッチ４は、ｔ５１時点で切換信号Ｓ４が与えられた後、電源１から負荷５に印加される電圧Ｅ１が予め設定された基準電圧Ｅｓに達するｔ５２時点から、さらに時限要素Ｔｂに予め負荷側の電圧が０Ｖとなるまでの時限ｔｓだけ遅れたｔ５３時点で、オンとなる。この時点では、給電スイッチ３から負荷５に印加される電圧Ｅ１ｂが、基準電圧Ｅｓよりも低く、十分低い電圧となり、かつ、負荷５に流れる電流もほぼゼロまで減少しサイリスタがオフしているため、給電スイッチ４をオンしても横流が発生しない。

【0073】

負荷５への給電を、電源２から電源１へ切り換える場合は、制御回路４０と同様に、制御回路３０で切換制御が行われる。
また、給電スイッチ３および４の電源側の電圧を検出する電圧検出器１２ａおよび２２ａは、給電中の電源に事故等により停電または電圧低下が発生した際に、健全な電源へ切り換える際に使用することになる。

【符号の説明】

【0074】

１，２：交流電源
１１，２１：給電路
１２，２２：電圧検出器
３，４：給電スイッチ
５：負荷
３Ｐ，３Ｎ，４Ｐ，４Ｎ：サイリスタ
３０，４０：切換制御回路
４１：微分演算手段
４２ａ：９０°位相検出手段
４２ｂ：２７０°位相検出手段
４３ａ，４３ｂ：相電圧位相推定手段（カウンタ）
４４ａ，４４ｂ：カウント初期値設定器
４５ａ，４５ｂ，４６ａ，４６ｂ：比較器
４７ａ，４７ｂ：オアゲート
３８Ｐ，３８Ｎ，４８ａ，４８ｂ，４８Ｐ，４８Ｎ：アンドゲート
４９ａ，４９ｂ：信号保持手段（フリップフロップ回路）
５１，５２, ５３,５４：ノットゲート
Ｃ３１，Ｃ３２，Ｃ４１，Ｃ４２：切換信号入力端
Ｓ３：給電スイッチ３に対する切換信号
Ｓ４：給電スイッチ４に対する切換信号
Ｇ３Ｐ，Ｇ３Ｎ，Ｇ４Ｐ，Ｇ４Ｎ：ゲート信号
ＳＩ３Ｐ，ＳＩ３Ｎ，ＳＩ４Ｐ，ＳＩ４Ｎ：ゲートオン許可信号

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】