特許 6957621 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】6957621

(24)【登録日】2021年10月8日

(45)【発行日】2021年11月2日

(54)【発明の名称】無停電電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20211021BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20211021BHJP

【ＦＩ】

   H02J9/06 120

   H02M7/48 N

【請求項の数】3

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2019-529660(P2019-529660)

(86)(22)【出願日】2018年7月23日

(86)【国際出願番号】JP2018027469

(87)【国際公開番号】WO2020021591

(87)【国際公開日】20200130

【審査請求日】2019年5月31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】茂田 宏樹

【審査官】 坂東 博司

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２０１５／１９８４４７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１７−１１２７６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１８／１６３３９７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１８／０８７８７６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１７／１８７５５３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／００１３７２８（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ９／０６

Ｈ０２Ｍ ７／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

交流電源と負荷との間に接続される無停電電源装置であって、
前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に順変換するコンバータと、
前記コンバータが出力する直流電力または電力貯蔵装置が出力する直流電力を交流電力に逆変換するインバータと、
前記インバータと前記負荷との間に接続された第１のスイッチと、
前記交流電源と前記負荷との間に接続された第２のスイッチと、
前記コンバータ、前記インバータ、前記第１のスイッチおよび前記第２のスイッチを制御する制御装置とを備え、
前記無停電電源装置は、前記第１のスイッチをオンさせるとともに前記第２のスイッチをオフさせ、前記インバータが出力する交流電力を前記負荷に供給する第１の給電モードと、前記第１のスイッチをオフさせるとともに前記第２のスイッチをオンさせ、前記交流電源からの交流電力を前記負荷に供給する第２の給電モードとを有し、
前記制御装置は、前記第２の給電モードが実行されている場合において前記交流電源の電圧低下を検出したときには、前記第１の給電モードに切り替えるように構成され、
前記制御装置は、前記交流電源の電圧低下を検出したときから所定期間、前記電力貯蔵装置が出力する直流電力を交流電力に変換するように前記コンバータに逆変換を実行させるとともに、前記コンバータから出力される交流電圧の瞬時値が前記インバータから出力される交流電圧の瞬時値よりも高くなるように、前記コンバータにおける逆変換を制御するように構成され、
前記第２のスイッチは、逆並列に接続された１対のサイリスタを有するサイリスタスイッチであり、
前記制御装置は、前記交流電源の電圧低下を検出すると、前記第１のスイッチをオンさせるとともに前記サイリスタスイッチのゲート信号を遮断し、かつ、前記所定期間、前記コンバータにおける逆変換を制御する、無停電電源装置。

【請求項2】

前記所定期間は、前記交流電源から供給される交流電圧の１／２周期以下に相当する長さに設定される、請求項１に記載の無停電電源装置。

【請求項3】

前記所定期間は、前記交流電源から供給される交流電圧の１／４周期以上かつ１／２周期以下に相当する長さに設定される、請求項２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する。

【背景技術】

【0002】

無停電電源装置においては、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータで生成された直流電力または電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、交流電源および負荷の間に、コンバータおよびインバータの直列回路と並列に接続されたバイパス回路とを備えた構成が広く採用されている。

【0003】

上記無停電電源装置においては、交流電源から正常に交流電力が供給されている通常時には、コンバータおよびインバータを使用する。交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時には、インバータで給電を継続する。このような給電方式は、常時インバータ給電方式とも呼ばれている。常時インバータ給電方式は、交流電源が正常なときも停電のときも直流リンクを介してインバータから負荷へ給電するため、入力電源の品質にかかわらず出力の電源品質を確保しやすく、よって、負荷への給電安定性に優れている。その一方で、常時インバータ給電方式は、通常時にエネルギーがコンバータおよびインバータを通過するために電力損失が発生し、運転効率の向上が課題となっている。

【0004】

近年では、効率化の対策として、エコモードを備えた無停電電源装置が提案されている（たとえば米国特許第７３７２１７７号明細書（特許文献１）参照）。これによれば、無停電電源装置は、通常時は交流電源からバイパス回路である半導体スイッチを経由して負荷に交流電力を供給するバイパス給電を実行する。半導体スイッチには、一対のサイリスタを逆並列に接続して構成されたサイリスタスイッチが用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】米国特許第７３７２１７７号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

上記エコモードを備えた無停電電源装置においては、バイパス給電の実行中に交流電源から供給される交流電圧が低下する電圧低下、または停電が発生した場合に、負荷設備の破損や運転停止を防ぐために、バイパス給電からインバータ給電に無瞬断で切り替えることが求められる。これには、サイリスタスイッチを高速に遮断するとともに、インバータ給電を開始する必要がある。

【0007】

しかしながら、サイリスタスイッチを構成するサイリスタは、ゲート信号が遮断されると、サイリスタを流れる電流がゼロに至ったときにオフされる。言い換えると、ゲート信号が遮断された後も電流がゼロに至るまではサイリスタスイッチはオン状態となっている。そのため、交流電源の電圧低下が検出されたときにサイリスタスイッチのゲート信号を遮断しても、ゲート信号を遮断するタイミングによっては、サイリスタスイッチが直ちにオフされずに、無停電電源装置の交流出力端子と交流入力端子とがサイリスタスイッチを介して電気的に接続されている状態が続く場合が起こり得る。

【0008】

この場合、交流電源から交流入力端子に供給される交流電圧に比べて、インバータから交流出力端子に出力される交流電圧の方が高くなることから、インバータから出力された交流電流の一部がサイリスタスイッチを経由して交流入力端子に流れ込む可能性がある。その結果、負荷に供給される電流が減少してしまうため、負荷において電力不足を招くことが懸念される。

【0009】

この発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時における負荷電流の減少を抑制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】

【0010】

この発明のある局面によれば、交流電源と負荷との間に接続される無停電電源装置であって、コンバータ、インバータ、第１のスイッチ、第２のスイッチ、および制御装置を備える。コンバータは、交流電源から供給される交流電力を直流電力に順変換する。インバータは、コンバータが出力する直流電力または電力貯蔵装置が出力する直流電力を交流電力に逆変換する。第１のスイッチは、インバータと負荷との間に接続される。第２のスイッチは、交流電源と負荷との間に接続される。制御装置は、コンバータ、インバータ、第１のスイッチおよび第２のスイッチを制御する。無停電電源装置は、第１の給電モードと、第２の給電モードとを有する。第１の給電モードは、第１のスイッチをオンさせるとともに第２のスイッチをオフさせ、インバータが出力する交流電力を負荷に供給するように構成される。第２の給電モードは、第１のスイッチをオフさせるとともに第２のスイッチをオンさせ、交流電源からの交流電力を負荷に供給するように構成される。制御装置は、第２の給電モードが実行されている場合において交流電源の電圧低下を検出したときには、第１の給電モードに切り替えるように構成される。制御装置は、交流電源の電圧低下を検出したときから所定期間、電力貯蔵装置が出力する直流電力を交流電力に変換するようにコンバータに逆変換を実行させるとともに、コンバータから出力される交流電圧の瞬時値がインバータから出力される交流電圧の瞬時値以上となるように、コンバータにおける逆変換を制御する。

【発明の効果】

【0011】

この発明によれば、エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時における負荷電流の減少を抑制することが可能な無停電電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】この発明の実施の形態に従う無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

【図2】図１に示した無停電電源装置の要部を示す回路図である。

【図3】エコモードにおける電力の流れを説明するための図である。

【図4】インバータ給電モードにおける電力の流れを説明するための図である。

【図5】エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時における電力の流れを説明するための図である。

【図6】エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時における無停電電源装置の動作を説明するための波形図である。

【図7】エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時における電力の流れを説明するための図である。

【図8】エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時における無停電電源装置の動作を説明するための波形図である。

【図9】制御装置による無停電電源装置の制御構成を説明するためのブロック図である。

【図10】制御装置による無停電電源装置の制御処理を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下では図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は原則的に繰返さないものとする。

【0014】

図１は、この発明の実施の形態に従う無停電電源装置１の構成を示す回路ブロック図である。無停電電源装置１は、商用交流電源２１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２２に供給するものである。図１では、図面および説明の簡単化のため、三相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のうちの一相（例えばＵ相）に対応する部分の回路のみが示されている。

【0015】

無停電電源装置１は、インバータ給電モードと、バイパス給電モードとを有する。インバータ給電モードは、インバータ１０から負荷２２に交流電力が供給される運転モードである。バイパス給電モードは、商用交流電源２１から半導体スイッチ１５を介して負荷２２に交流電力が供給される運転モードである。

【0016】

インバータ給電モードでは、商用交流電源２１から供給される交流電力をコンバータ６によって直流電力に変換し、その直流電力をインバータ１０によって交流電力に変換して負荷２２に供給する。そのため、インバータ給電モードは、負荷２２への給電安定性に優れている。

【0017】

これに対して、バイパス給電モードでは、商用交流電源２１から供給される交流電力を、半導体スイッチ１５（第２のスイッチ）を介して、言い換えればコンバータ６およびインバータ１０を通さずに負荷２２に供給する。そのため、コンバータ６およびインバータ１０における電力損失の発生が抑制され、結果的に無停電電源装置１の運転効率を向上させることができる。以下の説明では、バイパス給電モードを、無停電電源装置１の高効率運転を重視した運転モードである「エコモード」とも称する。インバータ給電モードは「第１の給電モード」に対応し、バイパス給電モード（エコモード）は「第２の給電モード」に対応する。

【0018】

図１において、無停電電源装置１は、交流入力端子Ｔ１、交流出力端子Ｔ２およびバッテリ端子Ｔ３を備える。交流入力端子Ｔ１は、商用交流電源２１から商用周波数の交流電力を受ける。

【0019】

交流出力端子Ｔ２は、負荷２２に接続される。負荷２２は、交流電力によって駆動される。バッテリ端子Ｔ３は、バッテリ（電力貯蔵装置）２３に接続される。バッテリ２３は、直流電力を蓄える。バッテリ２３の代わりにコンデンサが接続されていても構わない。

【0020】

無停電電源装置１は、さらに、電磁接触器２，８，１４、電流検出器３，１１、コンデンサ４，９，１３、リアクトル５，１２、コンバータ６、双方向チョッパ７、インバータ１０、半導体スイッチ１５、操作部１７、および制御装置１８を備える。

【0021】

電磁接触器２およびリアクトル５は、交流入力端子Ｔ１とコンバータ６の入力ノードとの間に直列接続される。コンデンサ４は、電磁接触器２とリアクトル５の間のノードＮ１に接続される。電磁接触器２は、無停電電源装置１の使用時にオンされ、たとえば無停電電源装置１のメンテナンス時にオフされる。

【0022】

ノードＮ１に現れる交流入力電圧Ｖｉｎの瞬時値は、制御装置１８によって検出される。交流入力電圧Ｖｉｎの瞬時値に基づいて、瞬時電圧低下および停電の発生の有無などが判別される。電流検出器３は、ノードＮ１に流れる交流入力電流Ｉｉｎを検出し、その検出値を示す信号Ｉｉｎを制御装置１８に与える。

【0023】

コンデンサ４およびリアクトル５は、低域通過フィルタを構成し、商用交流電源２１からコンバータ６に商用周波数の交流電力を通過させ、コンバータ６で発生するスイッチング周波数の信号が商用交流電源２１に通過することを防止する。

【0024】

コンバータ６は、制御装置１８によって制御され、商用交流電源２１から交流電力が供給されている通常時は、三相交流電力を直流電力に変換（順変換）して直流ラインＬ１に出力する。商用交流電源２１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６の運転は停止される。コンバータ６の出力電圧は、所望の値に制御可能になっている。

【0025】

コンデンサ９は、直流ラインＬ１に接続され、直流ラインＬ１の電圧を平滑化させる。直流ラインＬ１に現れる直流電圧ＶＤＣの瞬時値は、制御装置１８によって検出される。直流ラインＬ１は双方向チョッパ７の高電圧側ノードに接続され、双方向チョッパ７の低電圧側ノードは電磁接触器８を介してバッテリ端子Ｔ３に接続される。

【0026】

電磁接触器８は、無停電電源装置１の使用時はオンされ、たとえば無停電電源装置１およびバッテリ２３のメンテナンス時にオフされる。バッテリ端子Ｔ３に現れるバッテリ２３の端子間電圧ＶＢの瞬時値は、制御装置１８によって検出される。

【0027】

双方向チョッパ７は、制御装置１８によって制御され、商用交流電源２１から交流電力が供給されている通常時は、コンバータ６によって生成された直流電力をバッテリ２３に蓄え、瞬時電圧低下または停電が発生したときには、バッテリ２３の直流電力を直流ラインＬ１を介してインバータ１０に供給する。

【0028】

双方向チョッパ７は、直流電力をバッテリ２３に蓄える場合は、直流ラインＬ１の直流電圧ＶＤＣを降圧してバッテリ２３に与える。また、双方向チョッパ７は、バッテリ２３の直流電力をインバータ１０に供給する場合は、バッテリ２３の端子間電圧ＶＢを昇圧して直流ラインＬ１に出力する。直流ラインＬ１は、インバータ１０の入力ノードに接続されている。

【0029】

インバータ１０は、制御装置１８によって制御され、コンバータ６または双方向チョッパ７から直流ラインＬ１を介して供給される直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換（逆変換）して出力する。すなわち、インバータ１０は、通常時はコンバータ６から直流ラインＬ１を介して供給される直流電力を三相交流電力に変換し、瞬時電圧低下または停電時はバッテリ２３から双方向チョッパ７を介して供給される直流電力を三相交流電力に変換する。インバータ１０の出力電圧は、所望の値に制御可能になっている。

【0030】

インバータ１０の出力ノード１０ａはリアクトル１２の一方端子に接続され、リアクトル１２の他方端子は電磁接触器１４を介して交流出力端子Ｔ２に接続される。コンデンサ１３は、電磁接触器１４と交流出力端子Ｔ２との間のノードＮ２に接続される。

【0031】

電流検出器１１は、インバータ１０の出力電流（以下、「インバータ出力電流」とも称する）Ｉｉｎｖの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号Ｉｉｎｖを制御装置１８に与える。ノードＮ２に現れる交流出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値は、制御装置１８によって検出される。

【0032】

リアクトル１２およびコンデンサ１３は、低域通過フィルタを構成し、インバータ１０で生成された商用周波数の交流電力を交流出力端子Ｔ２に通過させ、インバータ１０で発生するスイッチング周波数の信号が交流出力端子Ｔ２に通過することを防止する。

【0033】

電磁接触器１４は、制御装置１８によって制御され、インバータ給電モード時にはオンされ、エコモード時にはオフされる。電磁接触器１４は、インバータ１０の出力電力を負荷２２に供給するための「第１のスイッチ」の一実施例に対応する。

【0034】

半導体スイッチ１５は、逆並列に接続された一対のサイリスタを有するサイリスタスイッチであり、交流入力端子Ｔ１と交流出力端子Ｔ２との間に接続される。半導体スイッチ１５は、制御装置１８によって制御され、インバータ給電モード時にはオフされ、エコモード時にはオンされる。

【0035】

具体的には、サイリスタスイッチを構成する一対のサイリスタは、制御装置１８から入力（オン）されるゲート信号に応答してオンする。そして、オンされたサイリスタはゲート信号が遮断（オフ）された状態において電流がゼロになるのに応じてオフする。一対のサイリスタは、ゲート信号が印加されている間、電流の極性に従って、電流の正弦波波形における半サイクル期間ごとに交互にオン状態となる。半導体スイッチ１５は「第２のスイッチ」の一実施例に対応する。例えば、半導体スイッチ１５は、インバータ給電モード時にインバータ１０が故障した場合は瞬時にオンし、商用交流電源２１からの三相交流電力を負荷２２に供給する。

【0036】

操作部１７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１７を操作することにより、無停電電源装置１の電源をオンおよびオフしたり、エコモードおよびインバータ給電モード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。

【0037】

制御装置１８は、操作部１７からの信号、交流入力電圧Ｖｉｎ，交流入力電流Ｉｉｎ、直流電圧ＶＤＣ、バッテリ２３の端子間電圧ＶＢ、インバータ出力電流Ｉｉｎｖ、および交流出力電圧Ｖｏｕｔなどに基づいて無停電電源装置１全体を制御する。制御装置１８による無停電電源装置１の制御については後述する。

【0038】

制御装置１８は、例えばマイクロコンピュータなどで構成することが可能である。一例として、制御装置１８は、図示しないメモリおよびＣＰＵ（Central Processing Unit）を内蔵し、メモリに予め格納されたプログラムをＣＰＵが実行することによるソフトウェア処理によって、後述する制御動作を実行することができる。あるいは、当該制御動作の一部または全部について、ソフトウェア処理に代えて、内蔵された専用の電子回路などを用いたハードウェア処理によって実現することも可能である。

【0039】

図２は、図１に示した無停電電源装置１の要部を示す回路図である。図１では三相交流電圧のうちの一相に関連する部分のみを示したが、図２では三相に関連する部分を示している。また、電磁接触器２，１４、半導体スイッチ１５、操作部１７、および制御装置１８の図示は省略されている。

【0040】

図２において、無停電電源装置１は、交流入力端子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃ、交流出力端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ，Ｔ２ｃ、電流検出器３，１１，コンデンサ４ａ，４ｂ，４ｃ，１３ａ，１３ｂ，１３ｃ、リアクトル５ａ，５ｂ，５ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃ、コンバータ６、直流ラインＬ１，Ｌ２、およびインバータ１０を備える。

【0041】

交流入力端子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃは、商用交流電源２１（図１）からの三相交流電圧（Ｕ相交流電圧、Ｖ相交流電圧、およびＷ相交流電圧）をそれぞれ受ける。交流出力端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ，Ｔ２ｃには、商用交流電源２１からの三相交流電圧に同期した三相交流電圧が出力される。負荷２２は、交流出力端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ，Ｔ２ｃからの三相交流電圧によって駆動される。

【0042】

リアクトル５ａ，５ｂ，５ｃの一方端子はそれぞれ交流入力端子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃに接続され、それらの他方端子はコンバータ６の入力ノード６ａ，６ｂ，６ｃにそれぞれ接続される。コンデンサ４ａ，４ｂ，４ｃの一方電極はそれぞれリアクトル５ａ〜５ｃの一方端子に接続され、それらの他方電極はともに中性点ＮＰに接続される。

【0043】

コンデンサ４ａ〜４ｃおよびリアクトル５ａ〜５ｃは、低域通過フィルタを構成し、交流入力端子Ｔ１ａ，Ｔ１ｂ，Ｔ１ｃからコンバータ６に商用周波数の三相交流電力を通過させ、コンバータ６で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。リアクトル５ａの一方端子に現れる交流入力電圧Ｖｉｎの瞬時値は制御装置１８（図１）によって検出される。電流検出器３は、ノードＮ１（すなわち交流入力端子Ｔ１ａ）に流れる交流入力電流Ｉｉｎを検出し、その検出値を示す信号Ｉｉｎを制御装置１８に与える。

【0044】

コンバータ６は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）Ｑ１〜Ｑ６およびダイオードＤ１〜Ｄ６を含む。ＩＧＢＴは「スイッチング素子」を構成する。ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ３のコレクタはともに直流ラインＬ１に接続され、それらのエミッタはそれぞれ入力ノード６ａ，６ｂ，６ｃに接続される。ＩＧＢＴＱ４〜Ｑ６のコレクタはそれぞれ入力ノード６ａ，６ｂ，６ｃに接続され、それらのエミッタはともに直流ラインＬ２に接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ６は、それぞれＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６に逆並列に接続される。

【0045】

ＩＧＢＴＱ１，Ｑ４はそれぞれゲート信号Ａｕ，Ｂｕによって制御され、ＩＧＢＴＱ２，Ｑ５はそれぞれゲート信号Ａｖ，Ｂｖによって制御され、ＩＧＢＴＱ３，Ｑ６はそれぞれゲート信号Ａｗ，Ｂｗによって制御される。ゲート信号Ｂｕ，Ｂｖ，Ｂｗは、それぞれゲート信号Ａｕ，Ａｖ，Ａｗの反転信号である。

【0046】

ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ３は、それぞれゲート信号Ａｕ，Ａｖ，Ａｗが「Ｈ（論理ハイ）」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ａｕ，Ａｖ，Ａｗが「Ｌ（論理ロー）」レベルにされた場合にオフする。ＩＧＢＴＱ４〜Ｑ６は、それぞれゲート信号Ｂｕ，Ｂｖ，Ｂｗが「Ｈ」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ｂｕ，Ｂｖ，Ｂｗが「Ｌ」レベルにされた場合にオフする。

【0047】

ゲート信号Ａｕ，Ｂｕ，Ａｖ，Ｂｖ，Ａｗ，Ｂｗの各々は、パルス信号列であり、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。ゲート信号Ａｕ，Ｂｕの位相とゲート信号Ａｖ，Ｂｖの位相とゲート信号Ａｗ，Ｂｗの位相とは１２０度ずつずれている。ゲート信号Ａｕ，Ｂｕ，Ａｖ，Ｂｖ，Ａｗ，Ｂｗは、制御装置１８によって生成される。

【0048】

例えば、交流入力端子Ｔ１ａの電圧レベルが交流入力端子Ｔ１ｂの電圧レベルよりも高い場合は、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ５がオンされ、交流入力端子Ｔ１ａからリアクトル５ａ、ＩＧＢＴＱ１、直流ラインＬ１、コンデンサ９、直流ラインＬ２、ＩＧＢＴＱ５、およびリアクトル５ｂを介して交流入力端子Ｔ１ｂに電流が流れ、コンデンサ９が正電圧に充電される。

【0049】

逆に、交流入力端子Ｔ１ｂの電圧レベルが交流入力端子Ｔ１ａの電圧レベルよりも高い場合は、ＩＧＢＴＱ２，Ｑ４がオンされ、交流入力端子Ｔ１ｂからリアクトル５ｂ、ＩＧＢＴＱ２、直流ラインＬ１、コンデンサ９、直流ラインＬ２、ＩＧＢＴＱ４、およびリアクトル５ａを介して交流入力端子Ｔ１ａに電流が流れ、コンデンサ９が正電圧に充電される。他の場合も同様である。

【0050】

ゲート信号Ａｕ，Ｂｕ，Ａｖ，Ｂｖ，Ａｗ，ＢｗによってＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の各々を所定のタイミングでオンおよびオフさせるとともに、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の各々のオン時間を調整することにより、入力ノード６ａ〜６ｃに与えられた三相交流電圧を直流電圧ＶＤＣ（コンデンサ９の端子間電圧）に変換することが可能となっている。

【0051】

インバータ１０は、ＩＧＢＴＱ１１〜Ｑ１６およびダイオードＤ１１〜Ｄ１６を含む。ＩＧＢＴは「スイッチング素子」を構成する。ＩＧＢＴＱ１１〜Ｑ１３のコレクタはともに直流ラインＬ１に接続され、それらのエミッタはそれぞれ出力ノード１０ａ，１０ｂ，１０ｃに接続される。ＩＧＢＴＱ１４〜Ｑ１６のコレクタはそれぞれ出力ノード１０ａ，１０ｂ，１０ｃに接続され、それらのエミッタはともに直流ラインＬ２に接続される。ダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれＩＧＢＴＱ１１〜Ｑ１６に逆並列に接続される。

【0052】

ＩＧＢＴＱ１１，Ｑ１４はそれぞれゲート信号Ｘｕ，Ｙｕによって制御され、ＩＧＢＴＱ１２，Ｑ１５はそれぞれゲート信号Ｘｖ，Ｙｖによって制御され、ＩＧＢＴＱ１３，Ｑ１６はそれぞれゲート信号Ｘｗ，Ｙｗによって制御される。ゲート信号Ｙｕ，Ｙｖ，Ｙｗは、それぞれゲート信号Ｘｕ，Ｘｖ，Ｘｗの反転信号である。

【0053】

ＩＧＢＴＱ１１〜Ｑ１３は、それぞれゲート信号Ｘｕ，Ｘｖ，ＸｗがＨレベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ｘｕ，Ｘｖ，ＸｗがＬレベルにされた場合にオフする。ＩＧＢＴＱ１４〜Ｑ１６は、それぞれゲート信号Ｙｕ，Ｙｖ，ＹｗがＨレベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ｙｕ，Ｙｖ，ＹｗがＬレベルにされた場合にオフする。

【0054】

ゲート信号Ｘｕ，Ｙｕ，Ｘｖ，Ｙｖ，Ｘｗ，Ｙｗの各々は、パルス信号列であり、ＰＷＭ信号である。ゲート信号Ｘｕ，Ｙｕの位相とゲート信号Ｘｖ，Ｙｖの位相とゲート信号Ｘｗ，Ｙｗの位相とは１２０度ずつずれている。ゲート信号Ｘｕ，Ｙｕ，Ｘｖ，Ｙｖ，Ｘｗ，Ｙｗは、制御装置１８によって生成される。

【0055】

例えば、ＩＧＢＴＱ１１，Ｑ１５がオンすると、正側の直流ラインＬ１がＩＧＢＴＱ１１を介して出力ノード１０ａに接続されるとともに、出力ノード１０ｂがＩＧＢＴＱ１５を介して負側の直流ラインＬ２に接続され、出力ノード１０ａ，１０ｂ間に正電圧が出力される。

【0056】

また、ＩＧＢＴＱ１２，Ｑ１４がオンすると、正側の直流ラインＬ１がＩＧＢＴＱ１２を介して出力ノード１０ｂに接続されるとともに、出力ノード１０ａがＩＧＢＴＱ１４を介して負側の直流ラインＬ２に接続され、出力ノード１０ａ，１０ｂ間に負電圧が出力される。

【0057】

ゲート信号Ｘｕ，Ｙｕ，Ｘｖ，Ｙｖ，Ｘｗ，ＹｗによってＩＧＢＴＱ１１〜Ｑ１６の各々を所定のタイミングでオンおよびオフさせるとともに、ＩＧＢＴＱ１１〜Ｑ１６の各々のオン時間を調整することにより、直流ラインＬ１，Ｌ２間の直流電圧を三相交流電圧に変換することが可能となっている。

【0058】

リアクトル１２ａ〜１２ｃの一方端子はインバータ１０の出力ノード１０ａ，１０ｂ，１０ｃにそれぞれ接続され、それらの他方端子はそれぞれ交流出力端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ，Ｔ２ｃに接続される。コンデンサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃの一方電極はそれぞれリアクトル１２ａ〜１２ｃの他方端子に接続され、それらの他方電極はともに中性点ＮＰに接続される。

【0059】

リアクトル１２ａ〜１２ｃおよびコンデンサ１３ａ，１３ｂ，１３ｃは、低域通過フィルタを構成し、インバータ１０から交流出力端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ，Ｔ２ｃに商用周波数の三相交流電力を通過させ、インバータ１０で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。

【0060】

電流検出器１１は、リアクトル１２ａに流れるインバータ出力電流Ｉｉｎｖを検出し、その検出値を示す信号Ｉｉｎｖを制御装置１８に与える。リアクトル１２ａの他方端子（ノードＮ２）に現れる交流出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値は制御装置１８（図１）によって検出される。

【0061】

次に、図１に示した無停電電源装置１の動作について説明する。
図３は、エコモードにおける電力の流れを説明するための図である。エコモードでは、半導体スイッチ１５がオンされ、電磁接触器１４がオフされる。これにより、図３において黒色矢印で示されるように、商用交流電源２１から供給される三相交流電力は半導体スイッチ１５を介して負荷２２に供給される。すなわち、コンバータ６およびインバータ１０を通さずに負荷２２に電力が供給される。したがって、コンバータ６およびインバータ１０における電力損失の発生が抑制されるため、無停電電源装置１の運転効率を向上させることができる。

【0062】

なお、エコモードにおいても、必要に応じてコンバータ６および双方向チョッパ７を運転させることにより、図３において白色矢印で示されるように、バッテリ２３に直流電力を蓄えておくことができる。

【0063】

図１に戻って、制御装置１８は、使用者によって操作部１７が操作されたとき、無停電電源装置１をインバータ給電モードからエコモードに切り替える。具体的には、制御装置１８は、図３に示される電力経路が形成されるように、電磁接触器１４および半導体スイッチ１５のオンオフを制御する。制御装置１８は、半導体スイッチ１５をオンさせる一方で、電磁接触器１４をオフさせる。

【0064】

制御装置１８は、エコモード中、バッテリ２３の端子間電圧ＶＢが所望の目標電圧ＶＢｒになるように、コンバータ６および双方向チョッパ７を制御する。コンバータ６は、商用交流電源２１からの三相交流電力を直流電力に変換して直流ラインＬ１に出力する。双方向チョッパ７は、直流ラインＬ１の直流電圧ＶＤＣを降圧してバッテリ２３に与える。

【0065】

エコモード中、制御装置１８はさらに、ノードＮ１に現れる交流入力電圧Ｖｉｎの瞬時値を検出し、検出値に基づいて商用交流電源２１の電圧低下を検出する。具体的には、制御装置１８は、交流入力電圧Ｖｉｎの実効値と基準電圧との偏差に基づいて、商用交流電源２１の電圧低下度（単位：％）を算出する。基準電圧は例えば商用交流電源２１の定格電圧に設定されている。電圧低下度は、基準電圧に対する交流入力電圧Ｖｉｎの実効値の偏差／基準電圧で定義される。商用交流電源２１の電圧低下度が閾値に達した場合、制御装置１８は、無停電電源装置１をエコモードからインバータ給電モードに切り替える。閾値は例えば１０％に設定される。

【0066】

図４は、インバータ給電モードにおける電力の流れを説明するための図である。エコモード中に商用交流電源２１の電圧低下が検出されると、制御装置１８は、電磁接触器１４をオンさせる一方で、半導体スイッチ１５をオフさせる。

【0067】

制御装置１８は、インバータ１０を起動させるとともに、直流ラインＬ１から供給される直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換するように、インバータ１０を制御する。制御装置１８は、さらに、バッテリ２３の端子間電圧ＶＢを昇圧して直流ラインＬ１に出力するように、双方向チョッパ７を制御する。これにより、図４において黒色矢印で示されるように、バッテリ２３の直流電力は商用周波数の三相交流電力に変換され、電磁接触器１４を介して負荷２２に供給される。なお、コンバータ６の運転は停止されている。制御装置１８は、バッテリ２３の残容量が予め定められた下限値に達したときにインバータ１０の運転を停止する。これにより、無停電電源装置１はインバータ給電を終了する。

【0068】

このようにしてエコモード中に商用交流電源２１の電圧低下が検出されると、電磁接触器１４をオンさせ、かつ、半導体スイッチ１５をオフさせるとともに、インバータ１０に逆変換を実行させることにより、エコモードからインバータ給電モードへ無瞬断で切り替えることが可能となる。

【0069】

しかしながら、半導体スイッチ１５においては、サイリスタスイッチを構成するサイリスタは、ゲート信号が遮断されると、サイリスタを流れる電流がゼロに至ったときにオフされる。言い換えると、ゲート信号が遮断された後も電流がゼロに至るまではサイリスタスイッチはオン状態となっている。そのため、商用交流電源２１の電圧低下が検出されたときに半導体スイッチ１５のゲート信号を遮断しても、ゲート信号を遮断するタイミングによっては、半導体スイッチ１５が直ちにオフされずに、ノードＮ１とノードＮ２とが半導体スイッチ１５を介して電気的に接続されている状態が続く場合が起こる。このような場合が生じると、図５に示すように、半導体スイッチ１５がオフされるまでの間、ノードＮ２からノードＮ１に向けて電流が流れる可能性がある。

【0070】

図５は、エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時における電力の流れを説明するための図である。図５は、商用交流電源２１の電圧低下が検出された後、エコモードからインバータ給電モードへと切り替えるときの電力の流れを示している。

【0071】

図４で説明したように、電磁接触器１４をオンしてインバータ１０および双方向チョッパ７を起動させることにより、黒色矢印で示されるように、バッテリ２３の直流電力が商用周波数の三相交流電力に変換され、電磁接触器１４を介して負荷２２に供給される。

【0072】

インバータ１０は、ノードＮ２に出力する交流出力電圧Ｖｏｕｔを、商用交流電源２１の健全時において商用交流電源２１から供給される交流電圧に同期するように制御することができる。これにより、エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時において、交流出力端子Ｔ２に出力される電圧（交流出力電圧Ｖｏｕｔ）が瞬間的に低下することを抑制することができる。

【0073】

その一方で、半導体スイッチ１５はゲート信号が遮断されたものの、電流がゼロになっていないため、未だオン状態となっているものとする。図５では、半導体スイッチ１５を流れる電流を「Ｉｓｔｓ」と表記する。ノードＮ１からノードＮ２へと向かう方向を電流Ｉｓｔｓの正方向とし、ノードＮ２からノードＮ１への向かう方向を電流Ｉｓｔｓの負方向とする。

【0074】

商用交流電源２１の電圧低下が生じたことにより、ノードＮ１に現れる交流入力電圧Ｖｉｎは、商用交流電源２１の健全時の交流入力電圧Ｖｉｎに比べて低下している。そのため、ノードＮ２に現れる交流出力電圧Ｖｏｕｔと、ノードＮ１に現れる交流入力電圧Ｖｉｎとの間には、Ｖｏｕｔ＞Ｖｉｎの関係が生じている。

【0075】

半導体スイッチ１５がオンの状態でＶｏｕｔ＞Ｖｉｎの関係が生じることにより、図５において破線矢印で示されるように、インバータ出力電流Ｉｉｎｖの一部がノードＮ２からノードＮ１に向かって流れる場合がある。インバータ出力電流Ｉｉｎｖの一部は半導体スイッチ１５およびノードＮ１を介して交流入力端子Ｔ１に導かれることにより、負荷２２に供給される電流（以下、「負荷電流」とも称する）Ｉｏｕｔが減少してしまう。この結果、負荷２２において電力不足を招くおそれがある。

【0076】

図６は、エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時における無停電電源装置１の動作を説明するための波形図である。図６には、交流出力電圧Ｖｏｕｔ、交流入力電圧Ｖｉｎ、半導体スイッチ１５に印加されるゲート信号、半導体スイッチ１５を流れる電流Ｉｓｔｓ、インバータ出力電流Ｉｉｎｖおよび負荷電流Ｉｏｕｔの波形が示されている。

【0077】

図６を参照して、時刻ｔ０〜ｔ１までの期間は、商用交流電源２１が健全であり、エコモードが実行されているものとする。当該期間では、半導体スイッチ１５を構成する一対のサイリスタにはゲート信号が印加される。一対のサイリスタは、ゲート信号が印加されている状態において、電流Ｉｓｔｓの極性に従って、電流Ｉｓｔｓの正弦波波形における半サイクル期間ごとに交互にオン状態となる。これにより、ノードＮ２には、交流入力電圧Ｖｉｎに同期した交流出力電圧Ｖｏｕｔが現われる。電流Ｉｓｔｓは負荷電流Ｉｏｕｔとして負荷２２に供給される。

【0078】

時刻ｔ１において、商用交流電源２１の電圧低下（例えば停電）が発生したものとする。制御装置１８は、商用交流電源２１の電圧低下を検出すると、電磁接触器１４をオンするとともに、半導体スイッチ１５のゲート信号を遮断する。制御装置１８は、さらに、インバータ１０を起動させる。インバータ１０は、バッテリ２３に蓄えられた直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。インバータ１０は、電圧低下発生前に商用交流電源２１から供給されていた交流電圧に同期した交流電圧を出力する。したがって、時刻ｔ１以降においても、交流出力電圧Ｖｏｕｔを維持することができる。ただし、時刻ｔ１以降、交流入力電圧Ｖｉｎと交流出力電圧Ｖｏｕｔとの間には、Ｖｏｕｔ＞Ｖｉｎの関係が生じている。

【0079】

半導体スイッチ１５においては、ゲート信号が遮断された時刻ｔ１において、電流Ｉｓｔｓの極性に従って、一対のサイリスタの一方がオン状態となっている。図６の例では、電流Ｉｓｔｓの負の半サイクル期間において一方のサイリスタがオン状態となっている。時刻ｔ１よりも後に電流Ｉｓｔｓが０になると、この一方のサイリスタがオフされるため、半導体スイッチ１５がオフ状態となる。なお、図６の波形ｋ１は、時刻ｔ１より前の電流Ｉｓｔｓと同じ周波数および振幅で電流Ｉｓｔｓが変化する様子を示している。この場合、時刻ｔ１からほぼ負の半サイクル期間が経過した時刻ｔ２において、電流Ｉｓｔｓがゼロとなり、半導体スイッチ１５がオフされることになる。

【0080】

しかしながら、実際には、時刻ｔ１以降はＶｏｕｔ＞Ｖｉｎの関係が生じているため、図５に破線矢印で示したように、インバータ出力電流Ｉｉｎｖの一部がノードＮ２から半導体スイッチ１５を介してノードＮ１に向かって流れ込む。その結果、図６の波形ｋ２のように、負方向の電流Ｉｓｔｓが増加する。そして、時刻ｔ２よりも後の時刻ｔ３において、電流Ｉｓｔｓがゼロとなると、半導体スイッチ１５がオフされる。

【0081】

このように半導体スイッチ１５のゲート信号が遮断された時点（時刻ｔ１）での電流Ｉｓｔｓの位相によって、この時点から電流Ｉｓｔｓがゼロになる時点までに時間差が生じる。そして、この時間差に相当する期間において、Ｖｏｕｔ＞Ｖｉｎの関係に起因して、インバータ出力電流Ｉｉｎｖが半導体スイッチ１５に流れ込むため、一時的に負荷電流Ｉｏｕｔが減少してしまう。負荷電流Ｉｏｕｔが一時的に減少することで、負荷２２では電力不足を招く可能性がある。

【0082】

そこで、本実施の形態に従う無停電電源装置１においては、エコモード中に商用交流電源２１の電圧低下が検出されると、コンバータ６を用いて、交流入力電圧Ｖｉｎの瞬時値を交流出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値以上にまで一時的に増加させる。すなわち、交流入力電圧Ｖｉｎと交流出力電圧Ｖｏｕｔとの間に、Ｖｉｎ≧Ｖｏｕｔの関係を一時的に作り出すこととする。なお、「一時的」とは、商用交流電源２１の電圧低下が検出された時点から半導体スイッチ１５がオフする時点までの期間において上記関係を作り出すことを意図している。半導体スイッチ１５がオフした後は、最早インバータ出力電流Ｉｉｎｖが半導体スイッチ１５に流れ込むことがないためである。

【0083】

図７は、エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時における無停電電源装置１の動作を説明するための図である。図７は、エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時における電力の流れを示す図であって、図５と対比される図である。

【0084】

エコモード中に商用交流電源２１の電圧低下が検出されると、制御装置１８は、電磁接触器１４をオンするとともに、インバータ１０および双方向チョッパ７を起動させる。これにより、黒色矢印で示されるように、バッテリ２３の直流電力は商用周波数の三相交流電力に変換され、電磁接触器１４を介して負荷２２に供給される。一方、半導体スイッチ１５はゲート信号が遮断されたものの、電流Ｉｓｔｓがゼロになっていないため、未だオン状態となっている。

【0085】

このような状態において、制御装置１８は、双方向チョッパ７から直流ラインＬ１を介して供給される直流電力を三相交流電力に変換（逆変換）するように、コンバータ６を制御する。コンバータ６の交流出力電圧が所望の値に制御可能になっている。図７において白色矢印で示されるように、バッテリ２３の直流電力はコンバータ６で三相交流電力に変換されてノードＮ１に供給される。

【0086】

ここで、制御装置１８は、ノードＮ１に現れる交流入力電圧Ｖｉｎの瞬時値が、交流出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値以上となるように、コンバータ６における逆変換を制御する。コンバータ６から出力される交流電圧によって商用交流電源２１の瞬時電圧低下または停電による交流入力電圧Ｖｉｎの低下をバックアップすることにより、交流入力電圧Ｖｉｎの低下を遅らせることができる。さらに、Ｖｉｎ≧Ｖｏｕｔの関係を作り出すことによって、半導体スイッチ１５がオン状態であっても、ノードＮ２からノードＮ１に向かって電流Ｉｓｔｓが流れることを抑制することができる。この結果、図７に黒色矢印で示すように、インバータ出力電流Ｉｉｎｖをそのまま負荷電流Ｉｏｕｔとして負荷２２に供給することができるため、負荷２２の電力不足を回避することができる。

【0087】

図８は、エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時における無停電電源装置１の動作を説明するための波形図であって、図６と対比される図である。図８には、交流出力電圧Ｖｏｕｔ、交流入力電圧Ｖｉｎ、半導体スイッチ１５に印加されるゲート信号、半導体スイッチ１５を流れる電流Ｉｓｔｓ、インバータ出力電流Ｉｉｎｖおよび負荷電流Ｉｏｕｔの波形が示されている。

【0088】

図８を参照して、時刻ｔ０〜ｔ１までの期間は、商用交流電源２１が健全であり、エコモードが実行されているものとする。半導体スイッチ１５にはゲート信号が印加される。半導体スイッチ１５がオンすることにより、商用交流電源２１および負荷２２が半導体スイッチ１５を介して電気的に接続される。これにより、ノードＮ２には、交流入力電圧Ｖｉｎに同期した交流出力電圧Ｖｏｕｔが現われる。半導体スイッチ１５を流れる電流Ｉｓｔｓは負荷電流Ｉｏｕｔとして負荷２２に供給される。

【0089】

時刻ｔ１において、商用交流電源２１の電圧低下が発生すると、制御装置１８は、電磁接触器１４をオンするとともに、半導体スイッチ１５のゲート信号を遮断する。制御装置１８はさらに、インバータ１０を起動させる。インバータ１０は、バッテリ２３に蓄えられた直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。ノードＮ２には、電圧低下発生前に商用交流電源２１から供給されていた交流電圧（交流入力電圧Ｖｉｎ）に同期した交流出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。したがって、時刻ｔ１以降においても、交流出力電圧Ｖｏｕｔを維持することができる。

【0090】

半導体スイッチ１５においては、ゲート信号が遮断された時刻ｔ１において、電流Ｉｓｔｓの極性に従って、一対のサイリスタの一方がオン状態となっている。時刻ｔ１よりも後に電流Ｉｓｔｓが０になると、この一方のサイリスタがオフされて半導体スイッチ１５全体がオフ状態となる。図８の波形ｋ１，ｋ２はそれぞれ、図６に示した波形ｋ１，ｋ２と同じものである。図６で説明したように、時刻ｔ１以降においてＶｏｕｔ＞Ｖｉｎの関係が生じると、インバータ出力電流Ｉｉｎｖの一部が半導体スイッチ１５に流れ込むため、負の電流Ｉｓｔｓが増加してしまう。

【0091】

図８の例では、時刻ｔ１以降、制御装置１８は、交流入力電圧Ｖｉｎの瞬時値と交流出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値との間にＶｉｎ＞Ｖｏｕｔの関係が作られるように、コンバータ６における逆変換を制御する。これにより、ノードＮ１がノードＮ２に比べて電圧レベルが高くなるため、インバータ出力電流Ｉｉｎｖは、半導体スイッチ１５に流れ込むことが抑制され、結果的に交流出力端子Ｔ２から負荷電流Ｉｏｕｔとして出力される。

【0092】

なお、Ｖｉｎ＞Ｖｏｕｔとしたことで、負方向の電流Ｉｓｔｓとは逆向き（正方向）の電流が増えるため、電流Ｉｓｔｓを減少させることができる。その結果、図８の波形ｋ３で示すように、波形ｋ１に比べて電流Ｉｓｔｓがゼロになることを早めることができる。したがって、半導体スイッチ１５のゲート信号が遮断された時点（時刻ｔ１）から電流Ｉｓｔｓがゼロになる時点までの時間差を短縮することができる。これにより、商用交流電源２１の電圧低下が発生してから迅速に半導体スイッチ１５をオフすることができる。

【0093】

なお、図８に示すように、コンバータ６における逆変換は、半導体スイッチ１５のゲート信号を遮断してから半導体スイッチ１５がオフされるまでの期間、一時的に行なえば足りる。本実施の形態では、コンバータ６における逆変換を行なう時間を予め設定しておき、制御装置１８は、商用交流電源２１の電圧低下が検出されると、この所定時間だけコンバータ６を運転させるものとする。所定時間は、例えば、商用交流電源２１から供給される交流電圧の１／２周期以下の長さに設定することができる。所定時間の最大値を交流電圧の１／２周期としたのは、ゲート信号を遮断してから半導体スイッチ１５のサイリスタの電流Ｉｓｔｓが０となるまでに、長くても半サイクル期間が必要となるためである。好ましくは、所定時間は商用交流電源２１から供給される交流電圧の１／４周期以上かつ１／２周期以下の長さに設定される。

【0094】

なお、Ｖｉｎ＝Ｖｏｕｔの関係が作られるようにコンバータ６における逆変換を制御した場合には、理想的には時刻ｔ１以降においても交流入力電圧Ｖｉｎと交流出力電圧Ｖｏｕｔとを同期させることができる。したがって、図８の例では、波形ｋ１のように、時刻ｔ１からほぼ負の半サイクル期間が経過した時刻において電流Ｉｓｔｓがゼロとなり、半導体スイッチ１５がオフされることになる。

【0095】

次に、図９および図１０を用いて、制御装置１８による無停電電源装置１の制御構成について説明する。

【0096】

図９は、制御装置１８による無停電電源装置１の制御構成を説明するためのブロック図である。図９に示される各ブロックの機能は、制御装置１８によるソフトウェア処理およびハードウェア処理の少なくとも一方によって実現することができる。

【0097】

図９を参照して、制御装置１８は、電圧低下検出部３０と、コンバータ制御部３２と、チョッパ制御部３４と、インバータ制御部３６と、スイッチ制御部３８とを含む。

【0098】

電圧低下検出部３０は、ノードＮ１に現れる交流入力電圧Ｖｉｎの瞬時値を検出し、検出値に基づいて商用交流電源２１の電圧低下を検出する。電圧低下検出部３０は、交流入力電圧Ｖｉｎの実効値と基準電圧（定格電圧）との偏差に基づいて、商用交流電源２１の電圧低下度を算出する。エコモード中、電圧低下検出部３０は、電圧低下度と閾値（例えば１０％）とを比較する。商用交流電源２１の電圧低下度が閾値に達した場合、電圧低下検出部３０は、検出信号ＤＴをコンバータ制御部３２、チョッパ制御部３４、インバータ制御部３６およびスイッチ制御部３８に与える。

【0099】

コンバータ制御部３２は、操作部１７からの信号、交流入力電圧Ｖｉｎ、交流出力電圧Ｖｏｕｔおよび直流電圧ＶＤＣに基づいてコンバータ６を制御する。具体的には、コンバータ制御部３２は、インバータ給電モード中、直流電圧ＶＤＣが所定の参照電圧ＶＤＣｒになるようにコンバータ６における順変換を制御する。ただし、インバータ給電モード中に電圧低下検出部３０から検出信号ＤＴを受けた場合（例えば商用交流電源２１の停電時）には、コンバータ制御部３２はコンバータ６の運転を停止する。

【0100】

これに対して、エコモード中は、コンバータ制御部３２は、コンバータ６の運転を停止させる。ただし、必要に応じてコンバータ６を運転させることにより、バッテリ２３に直流電力を蓄えておくことができる。コンバータ制御部３２は、さらに、エコモード中に電圧低下検出部３０から検出信号ＤＴを受けた場合には、交流出力電圧Ｖｏｕｔ以上の交流入力電圧Ｖｉｎがコンバータ６からノードＮ１に出力されるように、コンバータ６における逆変換を制御する。コンバータ制御部３２は、検出信号ＤＴを受けてから所定時間だけコンバータ６における逆変換を制御し、その後コンバータ６の運転を停止する。

【0101】

チョッパ制御部３４は、操作部１７からの信号、直流電圧ＶＤＣおよびバッテリ２３の端子間電圧ＶＢに基づいて双方向チョッパ７を制御する。具体的には、インバータ給電モード中、チョッパ制御部３４は、バッテリ２３の端子間電圧ＶＢが目標電圧ＶＢｒになるように双方向チョッパ７における降圧動作を制御する。インバータ給電モード中に電圧低下検出部３０から検出信号ＤＴを受けると、チョッパ制御部３４は、直流電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒになるように双方向チョッパ７における昇圧動作を制御する。

【0102】

これに対して、エコモード中は、チョッパ制御部３４は、双方向チョッパ７の運転を停止させる。ただし、コンバータ６の運転とともに双方向チョッパ７を運転させることにより、バッテリ２３に直流電力を蓄えておくことができる。チョッパ制御部３４は、エコモード中に電圧低下検出部３０から検出信号ＤＴを受けた場合には、直流電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒになるように双方向チョッパ７における昇圧動作を制御する。

【0103】

インバータ制御部３６は、操作部１７からの信号、交流出力電圧Ｖｏｕｔおよびインバータ出力電流Ｉｉｎｖに基づいてインバータ１０を制御する。具体的には、インバータ給電モード中、インバータ制御部３６は、商用交流電源２１から供給される交流電圧と同期した交流電圧がインバータ１０から出力されるように、インバータ１０を制御する。

【0104】

これに対して、エコモード中は、インバータ制御部３６は、インバータ１０を構成する半導体スイッチング素子をオンオフするためのゲート信号を生成する。インバータ制御部３６は、商用交流電源２１から供給される交流電圧と同期した交流電圧がインバータ１０から出力されるように、ゲート信号を生成する。ただし、インバータ制御部３６は、エコモード中は生成したゲート信号をインバータ１０へ出力しない。そのため、インバータ１０は、エコモード中は運転されず、インバータ制御部３６からゲート信号が入力されるまでの待機状態となる。

【0105】

エコモード中に電圧低下検出部３０から検出信号ＤＴを受けると、インバータ制御部３６は、待機状態のインバータ１０を起動し、生成したゲート信号をインバータ１０へ出力する。これにより、インバータ１０が起動し、エコモードからインバータ給電モードに切り替えられる。

【0106】

スイッチ制御部３８は、操作部１７からの信号に基づいて電磁接触器１４および半導体スイッチ１５のオンオフを制御する。インバータ給電モードを実行する場合、スイッチ制御部３８は、電磁接触器１４をオンし、半導体スイッチ１５をオフする。具体的には、スイッチ制御部３８は、半導体スイッチ１５を構成する一対のサイリスタに印加されているゲート信号を遮断する。ゲート信号の遮断後、サイリスタを流れる電流がゼロになると半導体スイッチ１５がオフする。これに対して、エコモードを実行する場合には、スイッチ制御部３８は、各サイリスタにゲート信号を印加することにより半導体スイッチ１５をオンし、電磁接触器１４をオフする。これにより、商用交流電源２１および負荷２２の間に図２に示した電力経路が形成される。

【0107】

エコモード中に電圧低下検出部３０から検出信号ＤＴを受けると、スイッチ制御部３８は、電磁接触器１４をオンし、半導体スイッチ１５をオフする。なお、上述したように、スイッチ制御部３８が半導体スイッチ１５の各サイリスタのゲート信号を遮断してから所定時間の間、コンバータ制御部３２がコンバータ６における逆変換を制御する。これにより、交流入力電圧Ｖｉｎが交流出力電圧Ｖｏｕｔ以上の電圧レベルに増加するため、インバータ出力電流Ｉｉｎｖが半導体スイッチ１５を介してノードＮ１に流れ込むことを抑制することができる。

【0108】

図１０は、制御装置１８による無停電電源装置１の制御処理を説明するフローチャートである。図１０に示される制御処理を制御装置１８が実行することにより、無停電電源装置１では、図９に示した制御装置１８の機能が実現される。

【0109】

図１０を参照して、制御装置１８は、ステップＳ０１により、無停電電源装置１がエコモード中であるか否かを判定する。使用者が操作部１７を操作することによりエコモードが選択されている場合、制御装置１８は無停電電源装置１がエコモード中であると判定する。無停電電源装置１がエコモード中でない場合、以降のステップＳ０２〜Ｓ０１５の処理はスキップされる。

【0110】

無停電電源装置１がエコモード中である場合（Ｓ０１のＹＥＳ判定時）、制御装置１８は、ステップＳ０２により、商用交流電源２１の電圧低下が検出されたか否かを判定する。制御装置１８は、商用交流電源２１の電圧低下度が閾値に達していない場合、商用交流電源２１の電圧低下が検出されていないと判定する。

【0111】

商用交流電源２１の電圧低下が検出されていない場合（Ｓ０２のＮＯ判定時）、制御装置１８は、エコモードの実行を継続させる。具体的には、制御装置１８は、ステップＳ０３により、半導体スイッチ１５にゲート信号を印加するとともに、ステップＳ０４により、電磁接触器１４をオフさせる。制御装置１８はさらに、ステップＳ０５により、インバータ１０の運転を停止させる。ただし、制御装置１８は、商用交流電源２１から供給される交流電圧と同期した交流電圧がインバータ１０から出力されるようにゲート信号を生成する。制御装置１８は、生成したゲート信号をインバータ１０へ出力せず、インバータ１０をゲート信号が入力されるまでの待機状態とする。

【0112】

次に、制御装置１８は、ステップＳ０６により、バッテリ２３の端子間電圧ＶＢと目標電圧ＶＢｒとを比較する。バッテリ２３の端子間電圧ＶＢが目標電圧ＶＢｒよりも低い場合（Ｓ０６のＹＥＳ判定時）、制御装置１８は、ステップＳ０７に進み、バッテリ２３の端子間電圧ＶＢが目標電圧ＶＢｒになるようにコンバータ６における順変換を制御する。制御装置１８はさらにステップＳ０８により、バッテリ２３の端子間電圧ＶＢが目標電圧ＶＢｒになるように双方向チョッパ７における降圧動作を制御する。

【0113】

これに対して、ステップＳ０２に戻って、商用交流電源２１の電圧低下が検出された場合（Ｓ０２のＹＥＳ判定時）、制御装置１８は、エコモードからインバータ給電モードに切り替える。具体的には、制御装置１８は、ステップＳ０９により、電磁接触器１４をオンさせるとともに、ステップＳ１０により、半導体スイッチ１５のゲート信号を遮断する。

【0114】

次に、制御装置１８は、ステップＳ１１により、インバータ１０を運転させる。制御装置１８は、待機状態のインバータ１０を起動し、生成したゲート信号をインバータ１０へ出力する。制御装置１８はさらに、ステップＳ１２により、直流電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒになるように双方向チョッパ７における昇圧動作を制御する。

【0115】

制御装置１８は、ステップＳ１３により、交流出力電圧Ｖｏｕｔ以上の交流入力電圧Ｖｉｎがコンバータ６からノードＮ１に出力されるように、コンバータ６における逆変換を制御する。制御装置１８は、ステップＳ１４により、商用交流電源２１の電圧低下が検出されてから所定時間が経過したか否かを判定する。電圧低下から所定時間が経過していない場合（Ｓ１４のＮＯ判定時）、制御装置１８はステップＳ１３に戻り、コンバータ６における逆変換を制御する。一方、電圧低下から所定時間が経過していれば（Ｓ１４のＹＥＳ判定時）、制御装置１８はコンバータ６の運転を停止させる。

【0116】

このように本発明の実施の形態に従う無停電電源装置によれば、エコモード中に商用交流電源２１の電圧低下が検出されると、半導体スイッチ１５のゲート信号を遮断するとともに、所定時間だけコンバータ６に逆変換を実行させて、交流入力電圧Ｖｉｎの瞬時値を交流出力電圧Ｖｏｕｔの瞬時値以上にまで増加させる。このようにすると、半導体スイッチ１５のゲート信号を遮断してから半導体スイッチ１５がオフするまでに時間差があっても、インバータ出力電流Ｉｉｎｖが半導体スイッチ１５を介して入力側に流れることを抑制することができる。したがって、エコモードからインバータ給電モードへの切り替え時において、インバータ出力電流Ｉｉｎｖをそのまま負荷２２に供給することができるため、負荷２２の電力不足を回避することができる。

【0117】

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は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】

【0118】

１ 無停電電源装置、２，８，１４ 電磁接触器、３，１１ 電流検出器、４，４ａ〜４ｃ，９，１３，１３ａ〜１３ｃ コンデンサ、５，５ａ〜５ｃ，１２，１２ａ〜１２ｃ リアクトル、６ コンバータ、６ａ〜６ｃ 入力ノード、７ 双方向チョッパ、１０ インバータ、１０ａ〜１０ｃ 出力ノード、１５ 半導体スイッチ、１７ 操作部、１８ 制御装置、２１ 商用交流電源、２２ 負荷、２３ バッテリ（電力貯蔵装置）、３０ 電圧低下検出部、３２ コンバータ制御部、３４ チョッパ制御部、３６ インバータ制御部、３８ スイッチ制御部、Ｔ１，Ｔ１ａ〜Ｔ１ｃ 交流入力端子、Ｔ２，Ｔ２ａ〜Ｔ２ｃ 交流出力端子、Ｔ３ バッテリ端子、Ｌ１，Ｌ２ 直流ライン、Ｖｉｎ 交流入力電圧、Ｖｏｕｔ 交流出力電圧。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】