(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用電源の健全時は、商用電源より電力の供給／遮断を行う半導体スイッチを介して力率が遅れの０．９から１．０の範囲の負荷に給電を行うとともに、インバータにより商用電源から蓄電池への充電動作を行わせ、商用電源の停電時は、蓄電池よりインバータを介して前記負荷に給電を行う無停電電源装置において、
前記半導体スイッチは、商用電源の各相それぞれに備えるサイリスタの逆並列回路から構成し、
それぞれの前記サイリスタを制御するためのゲート駆動回路は、該当する商用電源の相電圧の瞬時値が該サイリスタを導通可能にする半サイクル区間と、該半サイクル区間より電気角で最大３０°手前から該半サイクル区間の始まりまでの区間と、該半サイクル区間の終わりから電気角で最大３０°までの区間とを加算した電気角の幅パルスまたはパルス列のゲート信号を出力することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
商用電源の健全時は、商用電源より電力の供給／遮断を行う半導体スイッチを介して負荷に給電を行うとともに、インバータにより商用電源から蓄電池への充電動作と、負荷から発生する高調波電流と無効電流を吸収するアクティブフィルタ動作とを行わせ、商用電源の停電時は、蓄電池よりインバータを介して負荷に給電を行う無停電電源装置において、
前記半導体スイッチは、商用電源の各相それぞれに備えるサイリスタの逆並列回路から構成し、
それぞれの前記サイリスタを制御するためのゲート駆動回路は、該当する商用電源の相電圧の瞬時値が該サイリスタを導通可能にする半サイクル区間と、該半サイクル区間より電気角で最大３０°手前から該半サイクル区間の始まりまでの区間と、該半サイクル区間の終わりから電気角で最大３０°までの区間とを加算した電気角の幅パルスまたはパルス列のゲート信号を出力することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項３】
請求項２に記載の無停電電源装置において、
前記商用電源が停電から復電したときの所定の期間の間は、
前記ゲート駆動回路は、該当する商用電源の相電圧の瞬時値とは無関係なパルス列のゲート信号を出力することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項４】
請求項２に記載の無停電電源装置において、
前記商用電源が健全時であって前記負荷が軽負荷のときには、
前記ゲート駆動回路は、該当する商用電源の相電圧の瞬時値とは無関係なパルス列のゲート信号を出力することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項５】
請求項２に記載の無停電電源装置において、
前記商用電源が健全時であって前記インバータに故障が発生したときには、
前記ゲート駆動回路は、該当する商用電源の相電圧の瞬時値とは無関係なパルス列のゲート信号を出力することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の無停電電源装置において、
前記商用電源が健全時であって前記負荷の電力が回生状態のときには、
前記ゲート駆動回路は、該当する商用電源の相電圧の瞬時値とは無関係なパルス列のゲート信号を出力することを特徴とする無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、商用電源の健全時（以下においては単に通常時と呼ぶ）は商用電源より半導体スイッチを介して負荷に給電を行い、商用電源の停電時は蓄電池よりインバータを介して負荷に給電を行う無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は、従来の無停電電源装置の構成例である。図５において、１は商用電源、２は蓄電池、３は負荷、１０は無停電電源装置であり、無停電電源装置１０は回路遮断器１１、半導体スイッチ１２、ゲート駆動回路１３、電磁接触器１４、インバータ主回路１５、変圧器１６、交流リアクトル１７、フィルタコンデンサ１８、インバータ制御回路１９によって構成されている。また、フィルタコンデンサ１８は、インバータ主回路１５のスイッチング動作に伴って発生するスイッチングノイズを除去するフィルタである。
【０００３】
図５に示した無停電電源装置１０は、次のように動作する。
まず、通常時には、回路遮断器１１を閉路させ、ゲート駆動回路１３により半導体スイッチ１２を導通させて、商用電源１から回路遮断器１１，半導体スイッチ１２を介して負荷３に給電するとともに、電磁接触器１４を閉路させて、インバータ制御回路１９によりインバータ主回路１５は蓄電池２への充電動作を行っている。
【０００４】
次に、商用電源１の停電時には、図示しない停電検出回路がこれを検知して、ゲート駆動回路１３により半導体スイッチ１２を高速に遮断し、インバータ制御回路１９により蓄電池２から電磁接触器１４，インバータ主回路１５，変圧器１６，交流リアクトル１７，フィルタコンデンサ１８を介して負荷３に給電する。
また、商用電源１の系統に短絡事故が発生したときには、商用電源１の停電時と同様に、半導体スイッチ１２は高速に遮断して、インバータ主回路１５から商用電源１へ短絡電流が流れるのを阻止する。
【０００５】
半導体スイッチ１２は、商用電源１の１相当たり主サイリスタ１２ａ，１２ｂの逆並列回路部と、補助サイリスタ１２ｃ，転流コンデンサ１２ｄ，転流リアクトル１２ｅからなる転流回路部とから構成されている。
半導体スイッチ１２を高速の遮断は、ゲート駆動回路１３により主サイリスタ１２ａ，１２ｂのゲート信号をオフし、補助サイリスタ１２ｃを点弧させて、あらかじめ転流コンデンサ１２ｄに充電されたエネルギで転流コンデンサ１２ｄ，転流リアクトル１２ｅからなる共振電流を発生させ、この共振電流で主サイリスタ１２ａ，１２ｂを消弧させることにより行われる。
【０００６】
図６は、従来の無停電電源装置の別の構成例である。図６において、図５と同一機能を有するものには同一符号を付してその説明は省略する。
図６に示した無停電電源装置２０は、次のように動作する。
通常時には、回路遮断器１１を閉路させ、ゲート駆動回路１３により半導体スイッチ１２を導通させて、商用電源１から回路遮断器１１，半導体スイッチ１２を介して負荷３に給電するとともに、電磁接触器１４を閉路させて、インバータ制御回路２１によりインバータ主回路１５は蓄電池２への充電動作と、負荷３から発生する高調波電流と無効電流を吸収するアクティブフィルタ動作とを行っている。また、商用電源１の停電時または商用電源１の系統に短絡事故が発生したときには、図５に示した無停電電源装置１０と同様の動作を行っている。
【０００７】
ここで、前記アクティブフィルタ動作として、負荷３に流れる電流を電流検出器２２によって検出し、この検出値に基づいて調整されたインバータ制御回路２１の出力のゲート信号によって、交流リアクトル１７を介したインバータ主回路１５の出力交流電圧が制御される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の無停電装置においては、半導体スイッチは商用電源の１相当たり前記逆並列回路部と転流回路部とをそれぞれ１組ずつ備えており、該半導体スイッチの回路構成が複雑であり、装置が高価格、大形化するという問題があった。
この発明の目的は、上記問題点を解決する無停電電源装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
第１の発明は、商用電源の健全時は、商用電源より電力の供給／遮断を行う半導体スイッチを介して力率が遅れの０．９から１．０の範囲の負荷に給電を行うとともに、インバータにより商用電源から蓄電池への充電動作を行わせ、商用電源の停電時は、蓄電池よりインバータを介して前記負荷に給電を行う無停電電源装置において、
前記半導体スイッチは、商用電源の各相それぞれに備えるサイリスタの逆並列回路から構成し、それぞれの前記サイリスタを制御するためのゲート駆動回路は、該当する商用電源の相電圧の瞬時値が該サイリスタを導通可能にする半サイクル区間と、該半サイクル区間より電気角で最大３０°手前から該半サイクル区間の始まりまでの区間と、該半サイクル区間の終わりから電気角で最大３０°までの区間とを加算した電気角の幅パルスまたはパルス列のゲート信号を出力する。
【００１０】
第２の発明は、商用電源の健全時は、商用電源より電力の供給／遮断を行う半導体スイッチを介して負荷に給電を行うとともに、インバータにより商用電源から蓄電池への充電動作と、負荷から発生する高調波電流と無効電流を吸収するアクティブフィルタ動作とを行わせ、商用電源の停電時は、蓄電池よりインバータを介して負荷に給電を行う無停電電源装置において、
前記半導体スイッチは、商用電源の各相それぞれに備えるサイリスタの逆並列回路から構成し、それぞれの前記サイリスタを制御するためのゲート駆動回路は、該当する商用電源の相電圧の瞬時値が該サイリスタを導通可能にする半サイクル区間と、該半サイクル区間より電気角で最大３０°手前から該半サイクル区間の始まりまでの区間と、該半サイクル区間の終わりから電気角で最大３０°までの区間とを加算した電気角の幅パルスまたはパルス列のゲート信号を出力する。
【００１１】
第３の発明は、前記第２の発明において、前記商用電源が停電から復電したときの所定の期間の間は、前記ゲート駆動回路は、該当する商用電源の相電圧の瞬時値とは無関係なパルス列のゲート信号を出力する。
第４の発明は、前記第２の発明において、前記商用電源が健全時であって前記負荷が軽負荷のときには、前記ゲート駆動回路は、該当する商用電源の相電圧の瞬時値とは無関係なパルス列のゲート信号を出力する。
【００１２】
第５の発明は、前記第２の発明において、前記商用電源が健全時であって前記インバータに故障が発生したときには、前記ゲート駆動回路は、該当する商用電源の相電圧の瞬時値とは無関係なパルス列のゲート信号を出力する。
第６の発明は、前記第１または第２の発明において、前記商用電源が健全時であって前記負荷の電力が回生状態のときには、前記ゲート駆動回路は、該当する商用電源の相電圧の瞬時値とは無関係なパルス列のゲート信号を出力する。
【００１３】
【作用】
この発明による半導体スイッチの動作原理を、図３，図４を参照しつつ、以下に説明する。
まず第１，第２の発明において、図３は商用電源の相電圧とゲート信号との位相関係を示す波形図であって、三相電源の第一相の相電圧をＶR 、第二相の相電圧をＶS 、第三相の相電圧をＶT 、第一相の順方向サイリスタをＲF 、第一相の逆方向サイリスタをＲB 、第二相の順方向サイリスタをＳF 、第二相の逆方向サイリスタをＳB 、第三相の順方向サイリスタをＴF 、第三相の逆方向サイリスタをＴB とすると、例えば第一相の相電圧ＶR に対して第一相の順方向サイリスタＲF のゲート信号は、図３（ニ）に示すような区間、すなわち商用電源の線間電圧（ＶR −ＶS ）の電気角０°より相電圧の１８０°の区間と若干の遅れ相電流の区間（最大で電気角３０°）とを合計した電気角で２４０°以内の区間にゲート信号が出力する構成である。
【００１４】
ここで、負荷等の状態によって遅れ相電流の区間は変動するため、相電圧の電気角１８０°に加算する区間が、必ずしも電気角で３０°を必要としないことは明白である。
図３の任意の時刻において、商用電源のいずれか１相は順方向、逆方向のサイリスタともにゲート信号が与えられるが、他の２相は順方向サイタスタまたは逆方向サイリスタのいずれか１つにしかゲート信号が与えられないことである。
【００１５】
商用電源の系統に、図３に示す区間Ａの時刻ｔ0 で短絡事故が発生したときの半導体スイッチの挙動について、以下に説明する。
図４は、図３に示す区間Ａでの半導体スイッチの動作状態を示し、ゲート信号により点弧しているサイリスタはＲF ，ＳB ，ＴF ，ＴB である。インバータが発生している対向電圧をそれぞれＶIR，ＶIS，ＶITとすると、ＶIR，ＶIS，ＶITは短絡事故発生寸前まで商用電源ＶR ，ＶS ，ＶT と同期しているからインバータから前記短絡事故が発生した系統（図４に示す短絡抵抗の経路）に流れる電流▲１▼と▲２▼が存在しようとするが、ＲB ，ＳF が消弧しているため前記系統に流出できない。このため、インバータ側から商用電源の短絡している系統に流れるようとする電流が阻止され、インバータが過電流で破損することは無く、この短絡事故を、例えば前記停電検出回路で検知してインバータより無瞬断で負荷に電力を供給できる。
【００１６】
また第３から第６の発明においては、図３に示した半導体スイッチの各サイリスタのゲート信号は、上述の如く、商用電源から負荷への電力を供給する方向のみでしか与えられないので、これとは別に、商用電源が停電から復電したときの所定の期間，負荷が軽負荷のとき，インバータに故障が発生したとき，負荷の電力が回生状態のときのいずれかの場合には、これを検知して商用電源の相電圧の瞬時値とは無関係なパルス列のゲート信号を出力することにより、上記のいずれかの状態では半導体スイッチを全領域で導通可能にする。
【００１７】
第３の発明では、前記第２の発明において、商用電源が停電から復電したときに、前述の半導体スイッチを全領域で導通可能にすることにより、インバータが負荷への給電動作からアクティブフィルタ動作へ切り換わる際の過渡的なインバータの電力の変動を商用電源が吸収するように半導体スイッチが動作をする。
第４の発明では、前記第２の発明において、負荷が軽負荷のときに、前述の半導体スイッチを全領域で導通可能にすることにより、交流リアクトルとフィルタコンデンサとによる共振電流の進相電流分を商用電源が吸収するように半導体スイッチが動作をする。
【００１８】
第５の発明では、前記第２の発明において、インバータに故障が発生したとき、インバータが行うアクティブフィルタ動作も停止をしてしまうので、前述の半導体スイッチを全領域で導通可能にすることにより、負荷から発生する高調波電流と無効電流とを商用電源が吸収するように半導体スイッチが動作をする。
第６の発明では、前記第１または第２の発明において、前述の半導体スイッチを全領域で導通可能にすることにより第６の発明では、負荷の電力が回生状態のとき、前述の半導体スイッチを全領域で導通可能にすることにより、負荷からの回生電流を商用電源が吸収するように半導体スイッチが動作をする。
【００１９】
【実施例】
以下に説明するこの発明の実施例において、図５，図６に示した従来例と同一機能を有するものには同一符号を付して説明を省略し、図５，図６と異なる機能を中心に説明する。
図１は、この発明の第１の実施例を示す無停電電源装置の構成図であり、商用電源１の健全時は、商用電源１より電力の供給／遮断を行う半導体スイッチ３１を介して負荷３に給電を行うとともに、インバータ主回路１５は商用電源１から蓄電池２への充電動作を行わせ、商用電源１の停電時は、図示しない停電検出回路がこれを検知して、ゲート駆動回路３２により半導体スイッチ３１のゲート信号をオフし、蓄電池２よりインバータ主回路１５を介して負荷３に給電を行う無停電電源装置３０である。
【００２０】
半導体スイッチ３１は、商用電源１の各相それぞれに備えるサイリスタの逆並列回路から構成し、それぞれの前記サイリスタを制御するためのゲート駆動回路３２は、該当する商用電源１の相電圧の瞬時値が該サイリスタを導通可能にする半サイクル区間と、該半サイクル区間より電気角で３０°手前から該半サイクル区間の始まりまでの区間と、該半サイクル区間の終わりから電気角で３０°までの区間とを加算した電気角で２４０°の期間の幅パルスまたはパルス列のゲート信号を出力するようにしている（図３参照）。これにより負荷３の力率が遅れの０．９から１．０の範囲では、前述の作用の項で述べたように、この半導体スイッチ３１は負荷３の電流を完全に流すことができる。
【００２１】
ゲート駆動回路３２の図３に示す動作は、商用電源１の各相線間電圧を検出することにより公知の技術で容易に構成でき、例えば第１相の順方向サイリスタのゲート信号の発生区間は第１相と第２相間の線間電圧と、第１相と第３相間の線間電圧とから生成することができる。また、ゲート駆動回路３２は図示しない検知回路により負荷３の電力が回生状態のときには、前述の第６の発明の作用に対応すべく、これを検知して商用電源１の相電圧の瞬時値とは無関係なパルス列のゲート信号を出力するようにしている。
【００２２】
図２は、この発明の第２の実施例を示す無停電電源装置の構成図であり、商用電源１の健全時は、商用電源１より電力の供給／遮断を行う半導体スイッチ３１を介して負荷３に給電を行うとともに、インバータ主回路１５は、商用電源１から蓄電池２への充電動作と、負荷３から発生する高調波電流と無効電流を吸収するアクティブフィルタ動作とを電流検出器２２とインバータ制御回路２１とを介して行い、商用電源１の停電時は、図示しない停電検出回路がこれを検知して、ゲート駆動回路４１により半導体スイッチ３１のゲート信号をオフし、蓄電池２よりインバータ主回路１５を介して負荷３に給電を行う無停電電源装置４０である。
【００２３】
半導体スイッチ３１は、商用電源１の各相それぞれに備えるサイリスタの逆並列回路から構成し、それぞれの前記サイリスタを制御するためのゲート駆動回路４１は、該当する商用電源１の相電圧の瞬時値が該サイリスタを導通可能にする半サイクル区間と、該半サイクル区間より電気角で３０°手前から該半サイクル区間の始まりまでの区間と、該半サイクル区間の終わりから電気角で３０°までの区間とを加算した電気角で２４０°の期間の幅パルスまたはパルス列のゲート信号を出力するようにしている（図３参照）。
【００２４】
また、ゲート駆動回路４１は、図３に示した動作の他に図示しない検知回路により、前述の第３の発明の作用に対応して商用電源１が停電から復電したときの例えば５秒程度の期間、前述の第４の発明の作用に対応して負荷３が定格の２０％以下程度の軽負荷のとき、前述の第５の発明の作用に対応してインバータ主回路１５に故障が発生したとき、前述の第６の発明の作用に対応して負荷３の電力が回生状態のときのいずれかの場合には、これを検知して商用電源１の相電圧の瞬時値とは無関係なパルス列のゲート信号を出力するようにしている。
【００２５】
【発明の効果】
この発明によれば、商用電源の相電圧の瞬時値がサイリスタを導通可能にする半サイクル区間と、該半サイクル区間より電気角で３０°手前から該半サイクル区間の始まりまでの区間と、該半サイクル区間の終わりから電気角で３０°までの区間とを加算した電気角で２４０°の期間の幅パルスまたはパルス列のゲート信号を出力することにより、半導体スイッチは商用電源の１相当たりサイリスタの逆並列回路１組ずつ備えればよく、前述の転流回路部が不要となるなど半導体スイッチやゲート駆動回路の回路構成が簡単となり、装置を低価格、小形化することができ、各種産業機械やＯＡ機器の無停電電源として好適である。
【００２６】
さらに、この発明によれば、商用電源が停電から復電したときの所定の期間，負荷が軽負荷のとき，インバータに故障が発生したとき，負荷の電力が回生状態のときのいずれかの場合には、これを検知して商用電源の相電圧の瞬時値とは無関係なパルス列のゲート信号を出力することにより、上述の状態でも問題なく動作する、信頼性の高い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】
【図１】この発明の第１の実施例を示す無停電電源装置の構成図
【図２】この発明の第２の実施例を示す無停電電源装置の構成図
【図３】図１，図２の動作説明図
【図４】図１，図２の動作説明図
【図５】従来例を示す無停電電源装置の構成図
【図６】別の従来例を示す無停電電源装置の構成図
【符号の説明】
１…商用電源、２…蓄電池、３…負荷、１０，２０，３０，４０…無停電電源装置、１１…回路遮断器、１２，３１…半導体スイッチ、１３，３２，４１…ゲート駆動回路、１４…電磁接触器、１５…インバータ主回路、１６…変圧器、１７…交流リアクトル、１８…フィルタコンデンサ、１９，２１…インバータ制御回路。
【図１】
0003564475.tif 000002
【図２】
0003564475.tif 000003
【図３】
0003564475.tif 000004
【図４】
0003564475.tif 000005
【図５】
0003564475.tif 000006
【図６】
0003564475.tif 000007