(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
上記交流電圧源および上記バイパス電源が三相電源であり、上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記交流電圧源とバイパス電源との電圧差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力する切換判定回路、および上記切換指令と上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操作する切換制御回路を備え、上記切換判定回路は、三相各相毎に上記交流電圧源とバイパス電源との瞬時電圧差を演算する減算器、これら各減算器の出力の絶対値を加算する加算器、およびこの加算器の出力が所定の値内になったとき上記切換許可信号を出力する比較器を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
上記交流電圧源および上記バイパス電源が三相電源であり、上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記交流電圧源の電圧とバイパス電源の電圧との振幅差および位相差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力する切換判定回路、および上記切換指令と上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操作する切換制御回路を備え、上記切換判定回路は、上記交流電圧源の三相電圧をｄ軸とｑ軸の二相に変換する第１の３／２変換回路、上記バイパス電源の三相電圧をｄ軸とｑ軸の二相に変換する第２の３／２変換回路、上記両３／２変換回路の出力のｄ軸成分同士の瞬時値差を演算する第１の減算器、上記両３／２変換回路の出力のｑ軸成分同士の瞬時値差を演算する第２の減算器、上記両減算器の出力の２乗和の平方根を演算する振幅検出回路、およびこの振幅検出回路の出力が所定の値内になったとき上記切換許可信号を出力する比較器を有することを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
負荷に接続する電源を、交流電圧源からバイパス電源に切り換える切換指令が出力された場合、上記交流電圧源の電圧とバイパス電源の電圧との振幅差となる上記第１の減算器の出力を、上記交流電圧源の電圧指令に加算する加算器を備えたことを特徴とする請求項２記載の電力変換装置。
【請求項４】
交流電圧源が故障でその出力が停止した場合、上記停止直前の電圧出力を記憶する記憶回路を備え、切換判定回路は、上記記憶回路に記憶された電圧とバイパス電源の電圧との振幅差および位相差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の電力変換装置。
【請求項５】
所定の電圧および周波数の範囲内で、交流電圧源の電圧指令をバイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期させる同期制御回路を備え、負荷に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に切り換える切換指令が出力された場合、上記同期が成立しているときは上記切換に係る第１および第２の開閉手段の開閉操作中上記交流電圧源の出力を維持し、上記同期が成立していない非同期時は上記切換に係る上記第２の開閉手段の閉動作と同時に上記交流電圧源の出力を停止するようにしたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記交流電圧源とバイパス電源との電圧差を検出し、この電圧差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力する切換判定回路、上記切換指令と上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操作する切換制御回路、および所定の電圧および周波数の範囲内で、上記交流電圧源の電圧指令を上記バイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期させる同期制御回路を備え、負荷に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に切り換える切換指令が出力された場合、上記同期が成立しているときは上記切換に係る第１および第２の開閉手段の開閉操作中上記交流電圧源の出力を維持し、上記同期が成立していない非同期時は上記切換に係る上記第２の開閉手段の閉動作と同時に上記交流電圧源の出力を停止するようにしたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項７】
電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記交流電圧源とバイパス電源との電圧差を検出し、この電圧差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力する切換判定回路、上記切換指令と上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操作する切換制御回路、所定の電圧および周波数の範囲内で、上記交流電圧源の電圧指令を上記バイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期させる同期制御回路、および負荷に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に切り換えるときと上記バイパス電源から交流電圧源に切り換えるときとで上記所定の電圧および周波数の範囲の設定を切り換える範囲切換回路を備えたことを特徴とする電力変換装置。
【請求項８】
所定の電圧および周波数の範囲内で、交流電圧源の電圧指令をバイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期させる同期制御回路、および負荷に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に切り換えるときと上記バイパス電源から交流電圧源に切り換えるときとで上記所定の電圧および周波数の範囲の設定を切り換える範囲切換回路を備えたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はＵＰＳ（無停電電源装置）などのように、直流を交流に変換する直流／交流電力変換器と、バイパス電源とを切り換えて負荷に電力を供給する電力変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２２は従来の電力変換装置を示すもので、例えば、電気書院発行「無停電電源装置（ＵＰＳ）導入実践ガイド」（１９８９年２月２５日第１版第１刷発行）のＰ５６〜６１に記載の無瞬断バイパス切換方式を説明するものである。図において、１は直流電力を供給する直流電圧源、２は直流を交流に変換するインバータ、３はインバータ２の出力電圧にフィルタをかけ不必要な周波数成分を減衰させるフィルタ回路、４はフィルタ回路３の出力につながったスイッチ、６は商用電源であるバイパス電源、５はバイパス電源６の出力につながったスイッチ、７はスイッチ４およびスイッチ５を介してそれぞれインバータ２およびバイパス電源６に接続された負荷である。特に、前記スイッチ５はサイリスタ等の半導体で構成され高速動作ができるスイッチである。
【０００３】
また、２０はフィルタ回路３の出力電圧を検出する電圧センサ、２１はバイパス電源６の電圧を検出する電圧センサ、２２はスイッチ４、５の動作指令を発生する切換指令発生回路で、その出力信号である切換指令は切換が完了するまで出力し続けるよう動作する。また、２４は発振器、２５は電圧センサ２０、２１の出力であるインバータ電圧とバイパス電圧とを同期させるための位相情報と同期状態信号を出力する同期制御回路で、バイパス電源６の周波数が異常な場合は発振器２４の出力を位相情報として出力する。２３は切換指令発生回路２２と同期制御回路２５の出力を受けてスイッチ４、５のオン・オフ信号を出力する切換制御回路、２６は電圧振幅指令を発生する回路、２７は電圧振幅指令と位相情報とからインバータ２の電圧指令を生成する電圧指令発生回路、２８は電圧指令とインバータ電圧を入力しインバータ電圧を指令通りとなるよう制御する電圧制御回路、２９は電圧制御回路２８の出力を受けてインバータの駆動指令を出力する駆動回路である。
【０００４】
図２３は、負荷７に供給する電源をインバータ２からバイパス電源６に切り換えるときのスイッチ４および５の動作指令のタイミングチャートを示したものである。
【０００５】
次に動作について説明する。負荷７への電源をインバータ２からバイパス電源６に切り換える場合、切換の前後で負荷に電圧の急変を起こさないようにするため、同期制御回路２５によりインバータ２はバイパス電源６と同期（同一周波数・同一位相）運転を行う。切換指令発生回路２２から、負荷７への電源を、インバータ２からバイパス電源６に切り換える指令が出力されたとき、インバータ２の出力がバイパス電源６の電圧に同期していると、図２３に示すタイミングチャートのようにバイパス電源６のスイッチ５をオンし、スイッチ４と５を共にオンした状態（ラップ状態）を作りながらインバータ２のスイッチ４をオフさせることで負荷に電圧変動を起こすことなく電源を切り換える。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電力変換装置は以上のように構成されているので、バイパス電源６の電圧および周波数が所定の範囲（例えば、電圧は基準値±１０％以内、周波数は基準値±１％以内）にあって、同期制御回路２５によりバイパス電源６に同期する電圧をインバータ２が出力している場合は問題ないが、バイパス電源６の電圧または周波数が上記所定の範囲を越えて同期制御が実施されていない非同期の場合には、スイッチ４と５をラップさせながら切り換えたりインバータ２を停止した瞬間にバイパス電源６の高速スイッチ５をオンさせたりすると、２つの電源の電圧差により負荷機器内の変圧器やコンデンサに過大な電流が流れたり電圧が低下したりなどして負荷システムの停止を招く恐れがある。従って、非同期のときはインバータ２とバイパス電源６との間の切換ができないので、メンテナンス時等に保守電源に電圧を瞬断することなく切り換えたり、バイパス給電からインバータ給電に切り換えること等ができないという問題点があった。
【０００７】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、バイパス電源とインバータ電源とが正常な同期がとれていない非同期の状態でも負荷電圧に変動を与えることなく両電源間の切り換えを可能とする電力変換装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の電力変換装置は、電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
上記交流電圧源および上記バイパス電源が三相電源であり、上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記交流電圧源とバイパス電源との電圧差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力する切換判定回路、および上記切換指令と上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操作する切換制御回路を備え、上記切換判定回路は、三相各相毎に上記交流電圧源とバイパス電源との瞬時電圧差を演算する減算器、これら各減算器の出力の絶対値を加算する加算器、およびこの加算器の出力が所定の値内になったとき上記切換許可信号を出力する比較器を有するものである。
【０００９】
また、この発明の電力変換装置は、電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
上記交流電圧源および上記バイパス電源が三相電源であり、上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記交流電圧源の電圧とバイパス電源の電圧との振幅差および位相差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力する切換判定回路、および上記切換指令と上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操作する切換制御回路を備え、上記切換判定回路は、上記交流電圧源の三相電圧をｄ軸とｑ軸の二相に変換する第１の３／２変換回路、上記バイパス電源の三相電圧をｄ軸とｑ軸の二相に変換する第２の３／２変換回路、上記両３／２変換回路の出力のｄ軸成分同士の瞬時値差を演算する第１の減算器、上記両３／２変換回路の出力のｑ軸成分同士の瞬時値差を演算する第２の減算器、上記両減算器の出力の２乗和の平方根を演算する振幅検出回路、およびこの振幅検出回路の出力が所定の値内になったとき上記切換許可信号を出力する比較器を有するものである。
【００１０】
また、この発明の電力変換装置は、負荷に接続する電源を、交流電圧源からバイパス電源に切り換える切換指令が出力された場合、上記交流電圧源の電圧とバイパス電源の電圧との振幅差となる上記第１の減算器の出力を、上記交流電圧源の電圧指令に加算する加算器を備えたものである。
【００１１】
また、この発明の電力変換装置は、交流電圧源が故障でその出力が停止した場合、上記停止直前の電圧出力を記憶する記憶回路を備え、切換判定回路は、上記記憶回路に記憶された電圧とバイパス電源の電圧との振幅差および位相差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力するようにしたものである。
【００１２】
また、この発明の電力変換装置は、所定の電圧および周波数の範囲内で、交流電圧源の電圧指令をバイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期させる同期制御回路を備え、負荷に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に切り換える切換指令が出力された場合、上記同期が成立しているときは上記切換に係る第１および第２の開閉手段の開閉操作中上記交流電圧源の出力を維持し、上記同期が成立していない非同期時は上記切換に係る上記第２の開閉手段の閉動作と同時に上記交流電圧源の出力を停止するようにしたものである。
【００１３】
また、この発明の電力変換装置は、電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記交流電圧源とバイパス電源との電圧差を検出し、この電圧差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力する切換判定回路、上記切換指令と上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操作する切換制御回路、および所定の電圧および周波数の範囲内で、上記交流電圧源の電圧指令を上記バイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期させる同期制御回路を備え、負荷に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に切り換える切換指令が出力された場合、上記同期が成立しているときは上記切換に係る第１および第２の開閉手段の開閉操作中上記交流電圧源の出力を維持し、上記同期が成立していない非同期時は上記切換に係る上記第２の開閉手段の閉動作と同時に上記交流電圧源の出力を停止するようにしたものである。
【００１４】
また、この発明の電力変換装置は、電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記交流電圧源とバイパス電源との電圧差を検出し、この電圧差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力する切換判定回路、上記切換指令と上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操作する切換制御回路、所定の電圧および周波数の範囲内で、上記交流電圧源の電圧指令を上記バイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期させる同期制御回路、および負荷に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に切り換えるときと上記バイパス電源から交流電圧源に切り換えるときとで上記所定の電圧および周波数の範囲の設定を切り換える範囲切換回路を備えたものである。
【００１５】
また、この発明の電力変換装置は、所定の電圧および周波数の範囲内で、交流電圧源の電圧指令をバイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期させる同期制御回路、および負荷に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に切り換えるときと上記バイパス電源から交流電圧源に切り換えるときとで上記所定の電圧および周波数の範囲の設定を切り換える範囲切換回路を備えたものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電力変換装置を示す構成図である。図において、１は直流電圧源、２は直流電圧源１の直流を交流に変換し電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源としてのインバータ、３はフィルタ回路、４はインバータ２と負荷７との接離を行う第１の開閉手段としてのスイッチ、５は商用電源等のバイパス電源６と負荷７との接離を行う第２の開閉手段としてのスイッチである。
【００１７】
２０はフィルタ回路３の出力電圧を検出する電圧センサ、２１はバイパス電源６の電圧を検出する電圧センサ、２２は両電源２、６の切換指令を発生する切換指令発生回路、２３は切換指令発生回路２２からの切換指令と後述する切換判定回路３０からの切換許可信号とを入力してスイッチ４，５にオン・オフ信号を出力する切換制御回路、２５は両電圧センサ２０，２１からの信号を入力して動作する同期制御回路で、バイパス電源の電圧および周波数が所定の範囲（例えば、電圧は基準値±１０％以内、周波数は基準値±１％以内）にあるときは、両入力電圧信号が同期するよう電圧指令発生回路２７に信号を送出して同期制御がなされる。バイパス電源６の電圧または周波数が上記所定の範囲外の場合は、発振器２４からの信号を入力して位相情報を電圧指令発生回路２７に送出し、電圧指令発生回路２７はこの位相情報と電圧振幅指令発生回路２６の電圧振幅指令とに基づき電圧指令を出力する。この場合は、両電源２、６の電圧が同期しない非同期制御となる。
【００１８】
２８は電圧指令と電圧センサ２０からの電圧信号とを入力し、インバータ２の出力電圧が指令通りとなるよう制御する電圧制御回路、２９は電圧制御回路２８の出力を受けてインバータ２のスイッチング素子に駆動指令を出力する駆動回路である。
３０は電圧センサ２０からの電圧信号（インバータ電圧）と電圧センサ２１からの電圧信号（バイパス電圧）とを入力し切換許可信号を出力する切換判定回路である。
【００１９】
図２は、電力変換装置が単相システムであるときの切換判定回路３０ａの内部回路構成を示したもので、１００はインバータ電圧からバイパス電圧を減算する減算器、１０１は減算器１００の出力であるバイパス電圧とインバータ電圧との電圧差と予め設定されたその許容値とを比較する比較器である。
【００２０】
図３は電力変換装置が３相システムであるときの切換判定回路３０ｂの内部回路構成を示したもので、１０２，１０３，１０４は各相毎にインバータ電圧からバイパス電圧を減算する減算器、１０５は減算器１０２，１０３，１０４の各出力の絶対値を加算する加算器、１０６は加算器１０５の出力であるバイパス電圧とインバータ電圧との電圧差と予め設定されたその許容値とを比較する比較器である。
【００２１】
図４は切換制御回路３０ａ、３０ｂから出力されたスイッチ４、５の動作指令のタイミングチャートで、バイパススイッチ４のタイミングでインバータ２も瞬時に動作する。
【００２２】
次に動作について説明する。図２（または図３）の切換判定回路３０ａ（３０ｂ）で、インバータ電圧とバイパス電圧との偏差を検出し、その偏差が切換時に発生する電圧変化量として許容できる値かどうかを比較器１０１（１０６）で判断し、許容できれば切換許可信号を切換制御回路２３に出力する。従って、インバータ電圧とバイパス電圧とに偏差がなければ切換許可信号は許可状態となり、切換制御回路２３は切換指令が入力されていれば図４のタイミングチャートに示すようにインバータ２とインバータスイッチ４をオフすると同時にスイッチ５をオンさせる。インバータ２とスイッチ５とは高速に動作するので電圧差や瞬断を発生させることなく切り換えることができる。
上述した同期制御が実行されているときは、インバータ電圧とバイパス電圧とは一致しているので、切換判定回路３０ａ（３０ｂ）は常時、切換許可信号を出力しており、切換指令が出力されると直ちに切換動作がなされるが、以上で説明したように、同期制御がなされていない非同期のときも一瞬の電圧の一致を検出し切り換えることができる。
【００２３】
実施の形態２．
図５はこの発明の実施の形態２における電力変換装置の切換判定回路の内部回路構成を示す図である。なお、実施の形態１ではインバータ電圧とバイパス電圧とが一瞬でも一致したとき切換できるように構成したため、両電圧の位相が１８０度異なった状態でも切り換えてしまうことがある。このタイミングで切り換えると同極性の半波の電圧が２回続くこととなり、電圧を整流して使用する負荷機器では問題ないが、負荷にトランスがあった場合は偏磁してしまうなどの問題が発生する。図５に示す切換判定回路３０ｃはこのような問題を解決するためになされたもので、図５において、１０７，１０８は３相電圧を実部成分（ｄ軸成分）と虚部成分（ｑ軸成分）に変換する３／２変換回路、１０９はインバータ電圧のｄ軸成分からバイパス電圧のｄ軸成分を減算する減算器、１１０はインバータ電圧のｑ軸成分からバイパス電圧のｑ軸成分を減算する減算器、１１１は減算器１０９からのｄ軸成分の偏差と減算器１１０からのｑ軸成分の偏差とを入力しそれぞれの２乗和の平方根をとりその値を電圧偏差として比較器１１２に出力する振幅検出回路である。図６はこの切換判定回路３０ｃにおける電圧偏差許容範囲を図示したものである。また、３／２変換回路１０７，１０８は次式の演算を行う回路である。
【００２４】
【数１】
0003550573.tif 000002
【００２５】
インバータ電圧の振幅指令をそのｑ軸成分がゼロとなるように設定すると（従って、ｄ軸成分の振幅指令となる）これを３／２変換すれば、インバータ電圧とバイパス電圧との偏差は、図６の振幅指令のポイントを中心に振幅検出回路１１１で検出した振幅偏差の実効値を半径とした円上にある。比較器１１２の電圧偏差許容範囲もその値を半径として振幅指令のポイントを中心とした円となり、この円の内部が電圧偏差の許容範囲となる。従って位相差かつ振幅差がある一定の値以内に収まっていなければ切換許可しないように構成できる。これにより位相差が大きいときは切換しないようになる。また、実施の形態１で示した切換判定回路３０ａ（３０ｂ）からの切換許可信号と位相差が許容差以内であるという信号とのアンド出力で切り換えるようにしても同様の動作を行える。
【００２６】
実施の形態３．
図７はこの発明の実施の形態３における電力変換装置を示す構成図である。
実施の形態２では切換判定回路３０ｃでインバータ電圧とバイパス電圧との偏差が位相・振幅ともにある一定の値以下であることを検出して切り換えたが、勿論、この許容値は切換時の電圧ショックを抑えるためあまり大きくできない。この場合、インバータ電圧とバイパス電圧との電圧振幅差が大きく電圧値許容範囲内に電圧偏差が入らず切換ができないケースが考えられる。図７はこのような問題を解決するためになされたもので、図において、３０ｄは本発明における切換判定回路で、そのｄ軸偏差量を電圧指令発生回路２７ａに出力する。その他の構成は実施の形態２と同様である。
【００２７】
図８は切換判定回路３０ｄの内部構成を示したもので、１１３は減算器１０９の出力であるｄ軸偏差が入力され、負荷７が許容できる電圧差にまでその値を制限するリミッタ回路である。
【００２８】
図９は電圧指令発生回路２７ａの内部構成を示したもので、１１５は切換指令がなければゼロを出力するが切換指令が入力されたときにｄ軸偏差量を出力するセレクタ、１１７はセレクタ１１５の出力の立上りを緩和するフィルタ、１１４はインバータ２の電圧振幅指令とセレクタ１１５の出力とを加算する加算器、１１６は同期制御回路２５からの位相情報と加算器１１４からの出力とで電圧指令を作る電圧指令作成回路である。
【００２９】
次に動作について図１０のタイミングチャートを参照して説明する。切換指令が立上った時刻ｔ１では、インバータ電圧とバイパス電圧との電圧偏差（ｄ軸偏差量）が大きく比較器１１２で設定されている切換許容範囲を越えている。従って、この時点では切換許可信号は出力されていない。しかし、この時刻ｔ１からセレクタ１１５がｄ軸偏差量を出力し、フィルタ１１７の効果でこれが徐々に立上がって加算器１１４により電圧振幅指令に加算され、これに応じてインバータ電圧が徐々に上昇する。
【００３０】
時刻ｔ２でこの電圧偏差が切換許容範囲に入ると、比較器１１２は切換許可信号を出力し、これを受けて切換制御回路２３はインバータスイッチ４にオフ指令、バイパススイッチ５にオン指令をそれぞれ出力すると同時にインバータの駆動回路２９に停止指令を送出してインバータ２の出力電圧はゼロとなり、以後、バイパス電源６から負荷７に電力が供給される。
以上のように非同期制御時においても、両電源２、６の電圧差を速やかにほぼゼロにすることが可能となり、比較器１１２の電圧偏差許容値を極力小さく設定することができ、切換時のショックをより小さくすることができる。
【００３１】
実施の形態４．
図１１はこの発明の実施の形態４における電力変換装置を示す構成図である。
先の各実施の形態における切換動作は図４に示すようにインバータ２を停止するとともにバイパススイッチ５をオンさせる切換（停止無瞬断切換）をさせたが、図１１ではインバータ駆動切換回路３１を追加することにより、条件によっては図２３で示したラップ切換を可能とするように構成した。
【００３２】
次に動作を図１２のタイミングチャートを参照して説明する。
同期制御がなされている場合（図１２（ａ））、即ち、同期制御回路２５ａから出力された同期状態信号がＨ（同期）のときは、インバータスイッチ４への信号の如何にかかわらず、インバータ駆動切換回路３１は駆動回路２９ａに対してＨ（駆動）レベルの信号を送出する。従って、インバータ２を運転した状態で高速度のバイパススイッチ５をオンするので、動作遅れのあるインバータスイッチ４がオフするまでの時間が、両電源２，６が負荷７に接続されるラップ期間となり、信頼性の高い切換操作が実現される。
【００３３】
次に、同期制御がなされていない、従って、同期制御回路２５ａからの同期状態信号がＬ（非同期）の場合で、上述実施の形態の切換判定回路が切換許可信号を出力してインバータ電源からバイパス電源への切換がなされるときは、図１２（ｂ）に示すように、切換制御回路２３からインバータスイッチ４をオフさせる信号（Ｈ→Ｌ）が出力されたタイミングでインバータ駆動切換回路３１の出力がＬとなりインバータ２が停止する。これによって、電圧偏差がない無瞬断切換を行うことができる。
【００３４】
実施の形態５．
図１３はこの発明の実施の形態５における電力変換装置を示す構成図である。
上記各実施の形態での切換動作はインバータ２が正常な場合の切換動作であったが、非同期制御時にインバータ２が故障停止した場合、同期状態を検出して切り換える訳にはいかないので一定の瞬断時間を設けて瞬断切換をする必要があった。この実施の形態５はこのような問題を解決するためになされたもので、図１３において、３２はインバータ２の電圧異常検出回路、３０ｅはこの形態５の切換判定回路、３３は切換指令発生回路２２の出力信号と故障信号とのいずれかの信号が入力されると切換指令を出力するＯＲ回路である。また、図１４は切換判定回路３０ｅの内部構成を示したもので、実施の形態３で説明した切換判定回路３０ｄに記憶回路１１８を追加したものである。
【００３５】
図１５は、切換に伴う負荷電圧の波形を示したものである。図１５において、時刻ｔ１で故障が発生してインバータ２が停止すると負荷７への電力の供給がストップする。インバータ電圧とバイパス電圧とが、例えば、図１５に示すように、その位相がずれていたとすると、同図（ａ）のように、故障時刻ｔ１でバイパス電圧に切り換えると、負荷７には同極性の半波電圧が続けて印加され、トランスの偏磁等不具合現象が発生する。
【００３６】
これに対し、この実施の形態５では、図１４に示すように、時刻ｔ１での故障信号を受けて記憶回路１１８が故障直前のインバータ電圧を記憶保持しており、その保持されたインバータ電圧とバイパス電圧の振幅、位相が所定の許容値以内に入った時刻ｔ２で切換許可信号が出力されバイパス電源６への切換が実行される。
【００３７】
以上のように、この実施の形態５においては、たとえ両電源２、６の電圧の位相が大幅にずれた状態でインバータ２に故障が発生してバイパス電源６に切り換えた場合にも、負荷に偏磁等の不具合現象が生じない。
【００３８】
実施の形態６．
図１６はこの発明の実施の形態６における電力変換装置を示す構成図である。
以上の各形態例はインバータ電源からバイパス電源への切換動作であったが、バイパス電源からインバータ電源に切り戻すときはバイパス電源の状態が悪いほど安定したインバータ電源に切り戻す必要性が高くなる。この実施の形態６はこの切り戻しに関するもので、図１６において３４は周波数追従範囲指令発生回路で、その他の構成部品は実施の形態５と同様である。
【００３９】
図１７は周波数追従範囲指令発生回路３４の内部構成を示したもので、１１９は切り戻し時の周波数追従範囲、１２０は切換時の周波数追従範囲、１２１は切換か切り戻しかで周波数追従範囲を選択するセレクタである。
【００４０】
次に本発明の動作を説明する。インバータ電源からバイパス電源６への切換は負荷７が許容できる周波数の範囲で行われるが、商用電源や発電機等で構成された場合のバイパス電源６では周波数に大きな変動が生じることがある。バイパス給電中に負荷に悪影響を与える周波数になった場合、できるだけ早急にインバータ電源に切り戻したい。そこで、周波数追従範囲指令発生回路３４で切り戻しの時のみ周波数追従範囲を広げ、できるだけ広範囲でインバータ電源をバイパス電源に同期させラップさせながら切り戻しができるようにする。
【００４１】
以上の切り戻し時の動作を図１８のタイミングチャートを参照して更に具体的に説明する。時刻ｔ１までは、バイパス電源６は基準の中心周波数を出力しており、インバータ周波数もそれに追従して出力されている。時刻ｔ１から何らかの原因でバイパス電源６が増大を始めたとすると、当初は、インバータもそれに追従して出力周波数を上昇させていくが、本来、インバータが給電する場合に設定されている周波数範囲の上限（例えば、中心周波数＋１％）に達すると（時刻ｔ２）、それ以降は、インバータ周波数はこの上限値を維持し、バイパス電源６の周波数との間に差が生じた状態となる。
【００４２】
このバイパス電源６の周波数が中心値から大きくはずれた状態は負荷７に悪影響を及ぼすため、時刻ｔ４で切り戻し指令が出力される。この切り戻し指令を受けると周波数追従範囲指令発生回路３４のセレクタ１２１はインバータ２の周波数追従範囲を切り戻し時範囲（例えば、中心周波数±５％程度）に設定する。これにより、インバータ２は時刻ｔ４以降、その出力周波数を増大させ、時刻ｔ５でバイパス電源６の周波数に到達し、切換許可信号（図１８では図示省略）が出力され、ラップ運転を経て切り戻しが実行される。即ち、バイパス電源６からインバータ２への切換が行われ、これが時刻ｔ６で完了すると、以後、インバータ２はその本来の周波数範囲の運転に戻るべくその出力周波数を下降し、時刻ｔ７でその範囲内に到達し、負荷７には再び正常な周波数の電力が供給されることになる。
【００４３】
なお、インバータスイッチ４に高速スイッチを使用すれば上記実施の形態の切換動作と同様にして非同期のときも切り戻しができるが、上記方法を用いればバイパス周波数が大きく変動してもインバータ２が追従して同期し切り戻しができるためインバータスイッチ４を高速スイッチとする必要がなく安価に構成できる。
【００４４】
また、上記では、バイパス電源６の周波数が大幅に変動した状態での切り戻しについて説明したが、バイパス電源６の電圧が大幅に変動した場合も同様の考え方を適用した対策で切り戻しを行うことができる。
【００４５】
実施の形態７．
図１９はこの発明の実施の形態７における電力変換装置を示す構成図である。
なお、上記実施の形態６はバイパス電源６からインバータ電源に切り戻すときインバータ電源の周波数追従範囲を広げ同期制御回路２５でバイパス電源６に同期させるように構成したが、バイパス電源６の周波数の変動速度が速く同期制御回路２５がその変動に追従できない場合（一般的で安価な同期制御回路２５は目標周波数の１サイクル毎に位相差を検出する。）、同期できず、切り戻しができない。この実施の形態７は高速にバイパス電源６に同期する電力変換装置を提供するもので、図１９において、３５は指令切換回路である。また、その他の構成部品は実施の形態６と同様である。
【００４６】
図２０は指令切換回路３５の内部回路構成を示したもので、１２２は電圧指令発生回路２７ｂの出力信号とバイパス電圧（電圧センサ２１の出力信号）とを切り戻し時に出力される電圧指令切換信号（切り戻し指令）で選択するセレクタである。
図２１は切り戻し指令とインバータスイッチ４のオンオフ指令とバイパススイッチ５のオンオフ指令との関係を示すタイミングチャートである。
【００４７】
次にこの実施の形態７の動作を図２１のタイミングチャートを参照しながら説明する。まず、切り戻し指令を受けた指令切換回路３５はバイパス電圧をインバータ２の電圧指令として電圧制御回路２８に出力する。これによりインバータ電源の出力電圧はバイパス電圧と高速に一致する。切換判定回路３０ｅで切換許可状態を判定し切換制御回路２３からインバータスイッチ４にオン指令を出力しバイパススイッチ５とのラップ期間を設けバイパススイッチ５をオフさせる。これにより、同期制御回路２５の応答速度とは無関係に高速にバイパス電圧に同期できるため、バイパス電源が不安定なときも確実に切り戻しすることができる。
【００４８】
なお、上記各実施の形態では、交流電圧源として直流電圧源を入力とするインバータを適用した場合について説明したが、電圧指令に応じて交流電圧を出力可能なものなら、例えば、サイクロコンバータなど他の種類の交流電圧源を適用してもこの発明は上記したと同等の効果を奏する。
【００４９】
【発明の効果】
以上のように、この発明の電力変換装置は、電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
上記交流電圧源および上記バイパス電源が三相電源であり、上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記交流電圧源とバイパス電源との電圧差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力する切換判定回路、および上記切換指令と上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操作する切換制御回路を備え、上記切換判定回路は、三相各相毎に上記交流電圧源とバイパス電源との瞬時電圧差を演算する減算器、これら各減算器の出力の絶対値を加算する加算器、およびこの加算器の出力が所定の値内になったとき上記切換許可信号を出力する比較器を有するため、同期制御がなされていない非同期のときも、一瞬の電圧の一致を検出して電源間の切換が可能となり、三相電源の場合の、両電源の電圧の一致を確実に検出して電源間の円滑な切換が可能となる。
【００５０】
また、この発明の電力変換装置は、電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
上記交流電圧源および上記バイパス電源が三相電源であり、上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記交流電圧源の電圧とバイパス電源の電圧との振幅差および位相差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力する切換判定回路、および上記切換指令と上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操作する切換制御回路を備え、上記切換判定回路は、上記交流電圧源の三相電圧をｄ軸とｑ軸の二相に変換する第１の３／２変換回路、上記バイパス電源の三相電圧をｄ軸とｑ軸の二相に変換する第２の３／２変換回路、上記両３／２変換回路の出力のｄ軸成分同士の瞬時値差を演算する第１の減算器、上記両３／２変換回路の出力のｑ軸成分同士の瞬時値差を演算する第２の減算器、上記両減算器の出力の２乗和の平方根を演算する振幅検出回路、およびこの振幅検出回路の出力が所定の値内になったとき上記切換許可信号を出力する比較器を有するため、電源の切換に伴い、同極性の電圧半波が続いて負荷へ供給されるような不具合が解消され、三相電源の場合の両電源の振幅および位相の一致を確実に検出して電源間の円滑な切換が可能となる。
【００５１】
また、この発明の電力変換装置は、負荷に接続する電源を、交流電圧源からバイパス電源に切り換える切換指令が出力された場合、上記交流電圧源の電圧とバイパス電源の電圧との振幅差となる上記第１の減算器の出力を、上記交流電圧源の電圧指令に加算する加算器を備えたので、両電源の電圧差が大きい場合にも、切換時のショックを小さくすることができる。
【００５２】
また、この発明の電力変換装置は、交流電圧源が故障でその出力が停止した場合、上記停止直前の電圧出力を記憶する記憶回路を備え、切換判定回路は、上記記憶回路に記憶された電圧とバイパス電源の電圧との振幅差および位相差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力するようにしたので、たとえ、両電源の位相が大幅にずれた状態で交流電圧源に故障が発生してバイパス電源に切り換えた場合にも、負荷に偏磁等の不具合現象が生じない。
【００５３】
また、この発明の電力変換装置は、所定の電圧および周波数の範囲内で、交流電圧源の電圧指令をバイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期させる同期制御回路を備え、負荷に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に切り換える切換指令が出力された場合、上記同期が成立しているときは上記切換に係る第１および第２の開閉手段の開閉操作中上記交流電圧源の出力を維持し、上記同期が成立していない非同期時は上記切換に係る上記第２の開閉手段の閉動作と同時に上記交流電圧源の出力を停止するようにしたので、同期時は信頼性の高いラップ切換ができ、非同期時も電圧偏差のない無瞬断切換が可能となる。
【００５４】
また、この発明の電力変換装置は、電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記交流電圧源とバイパス電源との電圧差を検出し、この電圧差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力する切換判定回路、上記切換指令と上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操作する切換制御回路、および所定の電圧および周波数の範囲内で、上記交流電圧源の電圧指令を上記バイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期させる同期制御回路を備え、負荷に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に切り換える切換指令が出力された場合、上記同期が成立しているときは上記切換に係る第１および第２の開閉手段の開閉操作中上記交流電圧源の出力を維持し、上記同期が成立していない非同期時は上記切換に係る上記第２の開閉手段の閉動作と同時に上記交流電圧源の出力を停止するようにしたので、同期制御がなされていない非同期のときも、一瞬の電圧の一致を検出して電源間の切換が可能となり、また同期時は信頼性の高いラップ切換ができ、非同期時も電圧偏差のない無瞬断切換が可能となる。
【００５５】
また、この発明の電力変換装置は、電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換装置において、
上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記交流電圧源とバイパス電源との電圧差を検出し、この電圧差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力する切換判定回路、上記切換指令と上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操作する切換制御回路、所定の電圧および周波数の範囲内で、上記交流電圧源の電圧指令を上記バイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期させる同期制御回路、および負荷に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に切り換えるときと上記バイパス電源から交流電圧源に切り換えるときとで上記所定の電圧および周波数の範囲の設定を切り換える範囲切換回路を備えたので、同期制御がなされていない非同期のときも、一瞬の電圧の一致を検出して電源間の切換が可能となり、また同期制御時は、たとえバイパス電源の電圧または周波数が大幅に変動している場合にも同期制御による交流電圧源への確実な切換が可能となる。
【００５６】
また、この発明の電力変換装置は、所定の電圧および周波数の範囲内で、交流電圧源の電圧指令をバイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期させる同期制御回路、および負荷に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に切り換えるときと上記バイパス電源から交流電圧源に切り換えるときとで上記所定の電圧および周波数の範囲の設定を切り換える範囲切換回路を備えたので、たとえ、バイパス電源の電圧または周波数が大幅に変動している場合にも同期制御による交流電圧源への確実な切換が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１における電力変換装置を示す構成図である。
【図２】図１の切換判定回路の内部回路構成図である。
【図３】図１の切換判定回路の図２とは異なる例の内部回路構成図である。
【図４】図１の電力変換装置の切換動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】この発明の実施の形態２における電力変換装置の切換判定回路を示す内部回路構成図である。
【図６】図５の切換判定回路の電圧偏差許容範囲を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態３における電力変換装置を示す構成図である。
【図８】図７の切換判定回路の内部回路構成図である。
【図９】図７の電圧指令発生回路の内部回路構成図である。
【図１０】図７の電力変換装置の切換動作を説明するタイミングチャートである。
【図１１】この発明の実施の形態４における電力変換装置を示す構成図である。
【図１２】図１１の電力変換装置の切換動作を説明するタイミングチャートである。
【図１３】この発明の実施の形態５における電力変換装置を示す構成図である。
【図１４】図１３の切換判定回路の内部回路構成図である。
【図１５】図１３の電力変換装置の切換時の負荷電圧波形を示す図である。
【図１６】この発明の実施の形態６における電力変換装置を示す構成図である。
【図１７】図１６の周波数追従範囲指令発生回路の内部回路構成図である。
【図１８】図１６の電力変換装置の切換動作を説明するタイミングチャートである。
【図１９】この発明の実施の形態７における電力変換装置を示す構成図である。
【図２０】図１９の指令切換回路の内部回路構成図である。
【図２１】図１９の切換動作を説明するタイミングチャートである。
【図２２】従来の電力変換装置を示す構成図である。
【図２３】図２２の電力変換装置の切換動作を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
２  インバータ、４  インバータスイッチ、５  バイパススイッチ、
６  バイパス電源、７  負荷、２０，２１  電圧センサ、
２２  切換指令発生回路、２３  切換制御回路、
２５，２５ａ，２５ｂ  同期制御回路、２６  電圧振幅指令発生回路、
２７，２７ａ  電圧指令発生回路、２８  電圧制御回路、２９  駆動回路、
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ  切換判定回路、
３１  インバータ駆動切換回路、３２  電圧異常検出回路、３３  ＯＲ回路、
３４  周波数追従範囲指令発生回路、３５  指令切換回路、
１００，１０２〜１０４，１０９，１１０  減算器、１０５  加算器、
１０６，１１２  比較器、１０７，１０８，３／２  変換回路、
１１１  振幅検出回路、１１５，１２１，１２２  セレクタ。
【図１】
0003550573.tif 000003
【図２】
0003550573.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
0003550573.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
0003550573.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003550573.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
0003550573.tif 000017
【図１６】
0003550573.tif 000018
【図１７】
0003550573.tif 000019
【図１８】
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【図１９】
0003550573.tif 000021
【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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