(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流の正極と負極との間に配置されて三相分のハーフブリッジ型変換回路を構成する複数のスイッチング素子と複数の整流素子を有しスイッチング信号に応答して三相交流電源からの三相交流入力をチョッピングして出力する入力側電力変換器と、
この入力側電力変換器の直流出力側の正極と負極とに並列接続された第１のコンデンサと、
この第１のコンデンサに並列接続された蓄電池と、
前記直流の正極と負極との間に配置されて二相分のハーフブリッジ型変換回路を構成する複数のスイッチング素子と複数の整流素子を有しスイッチング信号に応答して前記入力側電力変換器の出力を三相交流出力に変換する出力側電力変換器と、
前記三相交流入力の相電圧と相電流と入力側電力変換器の出力とに基づいてスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号を前記入力側電力変換器に与えて前記入力側電力変換器の出力を制御するとともに、前記三相交流入力の相電圧と前記三相交流出力の線間電圧とに基づいてスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号を前記出力側電力変換器に与えて前記出力側電力変換器の出力を制御するスイッチング制御手段とを備え、
前記入力側電力変換器の第二相と前記出力側電力変換器の第二相とを互いに接続してなり、
前記スイッチング制御手段は、
前記三相交流電源の正常時には、前記入力側電力変換器に対して、前記三相交流入力に同期した電圧を出力させる制御を実行するとともに、前記出力側電力変換器に対して、前記三相交流入力の第二相を基準にして前記三相交流入力に同期した三相交流を出力させる制御を実行し、
前記三相交流電源の停電時には、前記入力側電力変換器のうち第一相ハーフブリッジ型変換回路と第三相ハーフブリッジ型変換回路に対して変換動作を停止させ、前記入力側電力変換器の第二相ハーフブリッジ型変換回路と前記出力側電力変換器を変換動作させて一定電圧で一定周波数の三相交流を出力させる制御を実行してなる無停電電源装置。
【請求項２】
直流の正極と負極との間に配置されて三相分のハーフブリッジ型変換回路を構成する複数のスイッチング素子と複数の整流素子を有しスイッチング信号に応答して三相交流電源からの三相交流入力をチョッピングして出力する入力側電力変換器と、
この入力側電力変換器の直流出力側の正極と負極とに並列接続された第１のコンデンサと、
この第１のコンデンサに並列接続された蓄電池と、
前記直流の正極と負極との間に配置されて二相分のハーフブリッジ型変換回路を構成する複数のスイッチング素子と複数の整流素子を有しスイッチング信号に応答して前記入力側電力変換器の出力を三相交流出力に変換する出力側電力変換器と、
前記三相交流入力の相電圧と相電流および入力側電力変換器の出力に基づいてスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号を前記入力側電力変換器に与えて前記入力側電力変換器の出力を制御するとともに、前記三相交流入力の相電圧と前記三相交流出力の線間電圧に基づいてスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号を前記出力側電力変換器に与えて前記出力側電力変換器の出力を制御するスイッチング制御手段とを備え、
前記入力側電力変換器の第二相と前記出力側電力変換器の第二相とを互いに接続してなり、
前記スイッチング制御手段は、前記三相交流電源の正常時には、前記入力側電力変換器の第二相ハーフブリッジ型変換回路と前記出力側電力変換器に対して、一定電圧で、前記三相交流入力に同期した三相交流を出力させる制御を実行するとともに、前記入力側電力変換器のうち第一相ハーフブリッジ型変換回路と第三相ハーフブリッジ型変換回路に対しては、前記三相交流出力の第二相を基準にして前記三相交流入力に同期した電圧を発生させる制御を実行し、
前記三相交流電源の停電時には、前記入力側電力変換器のうち第一相ハーフブリッジ型変換回路と第三相ハーフブリッジ型変換回路に対して変換動作を停止させ、前記入力側電力変換器の第二相ハーフブリッジ型変換回路と前記出力側電力変換器を変換動作させて、一定電圧で一定周波数の三相交流を出力させる制御を実行してなる無停電電源装置。
【請求項３】
前記スイッチング制御手段は、前記三相交流電源の正常時には、前記入力側電力変換器の出力電圧が一定で、かつ各相の交流入力電流が正弦波で、入力力率が１となる制御を実行してなることを特徴とする請求項１または２の何れかに記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記三相交流入力の第一相と前記三相交流出力の第一相との間に挿入されて回路を開閉する第一の交流スイッチと、
前記三相交流入力の第三相と前記三相交流出力の第三相との間に挿入されて回路を開閉する第二の交流スイッチとを備え、
前記第一の交流スイッチと前記第二の交流スイッチは、前記入力側電力変換器または前記出力側電力変換器の故障時あるいは前記三相交流出力に過電流が流れたときに回路を閉じそれ以外のときには回路を開いてなることを特徴とする請求項１、２または３の何れかに記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記各ハーフブリッジ型変換回路の複数のスイッチング素子は互いに直列に接続され、各スイッチング素子には整流素子が逆並列接続されており、前記入力側電力変換器の各相のスイッチング素子の直列接続点と前記三相交流入力の各相との間に入力用交流リアクトルがそれぞれ直列に挿入され、前記出力側電力変換器の第一相と第三相のスイッチング素子の直列接続点と負荷との間に出力用交流リアクトルがそれぞれ直列に挿入され、前記各出力用交流リアクトルの負荷側と前記出力側電力変換器の第二相にそれぞれ第２のコンデンサと第３のコンデンサが並列接続されてなることを特徴とする請求項１、２、３または４の何れかに記載の無停電電源装置。
【請求項６】
前記各ハーフブリッジ型変換回路の複数のスイッチング素子は互いに直列に接続され、各スイッチング素子には整流素子が逆並列接続されており、
前記入力側電力変換器の各相のスイッチング素子の直列接続点と前記三相交流入力の各相との間に入力用交流リアクトルがそれぞれ直列に挿入され、
前記出力側電力変換器の第一相と第三相のスイッチング素子の直列接続点と負荷との間に出力用交流リアクトルがそれぞれ直列に挿入され、
前記各入力用交流リアクトルの三相交流入力側と前記蓄電池の正極または負極にそれぞれコンデンサが並列に接続され、
各出力用交流リアクトルの負荷側と前記蓄電池の正極または負極に並列にそれぞれ第２のコンデンサと第３のコンデンサとが接続されてなることを特徴とする請求項１、２、３または４の何れかに記載の無停電電源装置。
【請求項７】
前記入力用交流リアクトルのうち第一相と第三相の入力用交流リアクトルの三相交流入力側と前記三相交流入力の第一相と第三相の間にそれぞれ補助入力用交流リアクトルが挿入されてなることを特徴とする請求項６記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無停電電源装置に係り、特に、三相交流電源に接続された入力側電力変換器と、この入力側電力変換器に並列接続されたコンデンサおよび蓄電池と、蓄電池の出力を交流出力に変換して負荷に供給する出力側電力変換器とを備え、三相交流電源の停電時にも負荷に電力を供給するに好適な無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、三相交流電源からの三相交流入力をチョッピングする入力側電力変換器と、この入力側電力変換器の出力側に並列接続されたコンデンサと、このコンデンサに並列接続された蓄電池と、蓄電池の出力を三相交流出力に変換する出力側電力変換器とを備えた無停電電源装置として、例えば、特開平９−２２４３７６号公報に記載されているものが知られている。この装置においては、入力側電力変換器を三相分のハーフブリッジ型変換回路で構成するとともに、出力側電力変換器を二相分のハーフブリッジ型変換回路で構成し、三相交流入力のＶ相と直流の中性点および三相交流出力のＶ相を共通にした構成が採用されている。
【０００３】
上記無停電電源装置においては、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、三つのモードにしたがって入力側電力変換器と出力側電力変換器を運転するようになっている。
【０００４】
具体的には、三相交流電源が正常時で、電源周波数が±１％以下のときには、三相交流入力（Ｕ１、Ｖ、Ｗ１）と三相交流出力（Ｕ２、Ｖ、Ｗ２）とが互いに同期するように、入力側電力変換器と出力側電力変換器を運転する。この場合、図４（ａ）に示すように、入力側電力変換器のＵ相のハーフブリッジ型変換回路（一対のスイッチング素子と、各スイッチング素子に逆並列接続されたダイオードからなる回路）で三相入力電圧のＵＶ線間電圧相当の電圧（ベクトルＶＵ１）を出力し、入力側電力変換器のＶ相のハーフブリッジ型変換回路で三相交流入力のＷＶ線間電圧相当の電圧（ベクトルＶＷ１）を出力し、出力側電力変換器のＵ相のハーフブリッジ型変換回路で交流入力電圧ＵＶに同期した交流出力電圧のＵＶ線間電圧相当の電圧（ベクトルＶＵ２）を出力し、出力側電力変換器のＷ相のハーフブリッジ型変換回路で交流入力電圧ＷＶに同期した交流出力電圧のＷＶ線間電圧相当の電圧（ベクトルＶＷ２）を出力する運転が行なわれる。
【０００５】
一方、三相交流電源が正常であっても、周波数が規定の範囲、例えば±１％を超えたときには、交流入力（Ｕ１、Ｖ、Ｗ１）と交流出力（Ｕ２、Ｖ、Ｗ２）が互いに非同期となるように入力側電力変換器と出力側電力変換器を運転する。この運転モードにおけるベクトル図を図４（ｂ）に示す。この場合、三相交流入力の三角形Ｕ１、Ｖ、Ｗ１は三相交流電源の周波数と位相で決定される。また、交流出力の三角形Ｕ２、Ｖ、Ｗ２は、出力側電力変換器を制御するための基準発信器に同期した平衡三相交流となる。したがって、二つの三角形は、Ｖ相を共通にして異なる位相になる。この場合も、各ハーフブリッジ型変換回路は交流の線間電圧相当の電圧を出力する必要がある。すなわち、電源の周波数が規定の範囲から外れたときには、負荷に対する電源周波数を規定値に維持するために、入力電圧と出力電圧とを非同期で運転させるが、各ハーフブリッジ型変換回路からは交流の線間電圧相当の電圧が出力されることになる。
【０００６】
次に、三相交流電源が停電したときのベクトル図を図４（ｃ）に示す。この場合は、入力側電力変換器のＵ相のハーフブリッジ型変換回路とＷ相のハーフブリッジ型変換回路の動作を停止させる。一方、出力側電力変換器のＵ相のハーフブリッジ型変換回路で出力電圧のＵＶ線間電圧相当の電圧（ベクトルＶＵ２）を出力し、出力側電力変換器のＷ相のハーフブリッジ型変換回路で出力電圧のＷＶ線間電圧相当の電圧（ベクトルＶＷ２）を出力する運転を行なう。これにより、交流電源の停電時にも、蓄電池の直流出力を三相交流電圧に変換して負荷に供給することができる。ただし、この場合も、動作している各ハーフブリッジ型変換回路は、交流の線間電圧相当の電圧を出力する必要がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術においては、電源の周波数が規定の範囲から外れたときには交流入力と交流出力とが非同期となるように入力側電力変換器と出力側電力変換器を運転する方式を採用しているので、各ハーフブリッジ型変換回路は、直流から交流の線間電圧相当の交流電圧を出力する必要がある。このため、各ハーフブリッジ型変換回路は、直流電圧をＥｄ、交流入力と交流出力の線間電圧のピーク電圧をＶａｃｐとすると、スイッチング素子の電圧降下やリアクトルの抵抗分を無視した理想状態でも、
Ｖａｃｐ≦（Ｅｄ／２）
という関係で示される交流電圧以下の電圧しか出すことができない。
【０００８】
従って、一例として、交流（実効値）２００Ｖで考えると、
Ｖａｃｐ＝２８２．８Ｖとなり、この交流電圧を出力するために必要な直流電圧は、
Ｅｄ≧５６５．６Ｖ
となる。
【０００９】
入力側電力変換器や出力側電力変換器を構成するスイッチング素子として、例えば、ＩＧＢＴを用いた場合、ＩＧＢＴの定格電圧は、一般に６００Ｖ、１２００Ｖである。このため、直流電圧Ｅｄが５６５．６Ｖ以上となったのでは、サージ電圧や信頼性の点を考慮すると、実際に使用できるのは１２００Ｖ定格のスイッチング素子になる。
【００１０】
このように入力側電力変換器の出力となる直流電圧が高くなると、スイッチング素子やコンデンサなど無停電電源装置を構成する各種部品として耐圧の高いものが必要となり、部品の価格が高くなる。さらに直流電圧が高くなると、信頼性を確保するには必要な絶縁距離が大きくなる。
【００１１】
本発明の目的は、交流入力電圧を変換して得られた直流電圧を低くすることができる無停電電源装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、直流の正極と負極との間に配置されて三相分のハーフブリッジ型変換回路を構成する複数のスイッチング素子と複数の整流素子を有しスイッチング信号に応答して三相交流電源からの三相交流入力をチョッピングして出力する入力側電力変換器と、この入力側電力変換器の直流出力側の正極と負極とに並列接続された第１のコンデンサと、この第１のコンデンサに並列接続された蓄電池と、前記直流の正極と負極との間に配置されて二相分のハーフブリッジ型変換回路を構成する複数のスイッチング素子と複数の整流素子を有しスイッチング信号に応答して前記入力側電力変換器の出力を三相交流出力に変換する出力側電力変換器と、前記三相交流入力の相電圧と相電流と入力側電力変換器の出力とに基づいてスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号を前記入力側電力変換器に与えて前記入力側電力変換器の出力を制御するとともに、前記三相交流入力の相電圧と前記三相交流出力の線間電圧とに基づいてスイッチング信号を生成し、このスイッチング信号を前記出力側電力変換器に与えて前記出力側電力変換器の出力を制御するスイッチング制御手段とを備え、前記入力側電力変換器の第二相と前記出力側電力変換器の第二相とを互いに接続してなり、
前記スイッチング制御手段は、前記三相交流電源の正常時には、前記入力側電力変換器に対して、前記三相交流入力に同期した電圧を出力させる制御を実行するとともに、前記出力側電力変換器に対して、前記三相交流入力の第二相を基準にして前記三相交流入力に同期した三相交流を出力させる制御を実行し、前記三相交流電源の停電時には、前記入力側電力変換器のうち第一相ハーフブリッジ型変換回路と第三相ハーフブリッジ型変換回路に対して変換動作を停止させ、前記入力側電力変換器の第二相ハーフブリッジ型変換回路と前記出力側電力変換器を変換動作させて一定電圧で一定周波数の三相交流を出力させる制御を実行してなる無停電電源装置を構成したものである。
【００１３】
前記無停電電源装置を構成するに際して、前記スイッチング制御手段としては、三相交流電源の正常時には、入力側変換器の第二相ハーフブリッジ型変換回路と前記出力側変換器に対して、一定電圧で、三相交流入力に同期した三相交流を出力させる制御を実行するとともに、入力側変換器のうち第一相ハーフブリッジ型変換回路と第三相ハーフブリッジ型変換回路に関しては、三相交流出力の第二相を基準にして三相交流入力に同期した電圧を発生させる制御を実行する機能を有するもので構成することができる。
【００１４】
前記各無停電電源装置を構成するに際しては、以下の要素を付加することができる。
【００１５】
（１）前記スイッチング制御手段は、前記三相交流電源の正常時には、前記入力側電力変換器の出力電圧が一定で、かつ各相の交流入力電流が正弦波で、入力力率が１となる制御を実行してなる。
【００１６】
（２）前記三相交流入力の第一相と前記三相交流出力の第一相との間に挿入されて回路を開閉する第一の交流スイッチと、前記三相交流入力の第三相と前記三相交流出力の第三相との間に挿入されて回路を開閉する第二の交流スイッチとを備え、前記第一の交流スイッチと前記第二の交流スイッチは、前記入力側電力変換器または前記出力側電力変換器の故障時あるいは前記三相交流出力に過電流が流れたときに回路を閉じそれ以外のときには回路を開いてなる。
【００１７】
（３）前記各ハーフブリッジ型変換回路の複数のスイッチング素子は互いに直列に接続され、各スイッチング素子には整流素子が逆並列接続されており、前記入力側電力変換器の各相のスイッチング素子の直列接続点と前記三相交流入力の各相との間に入力用交流リアクトルがそれぞれ直列に挿入され、前記出力側電力変換器の第一相と第三相のスイッチング素子の直列接続点と負荷との間に出力用交流リアクトルがそれぞれ直列に挿入され、前記各出力用交流リアクトルの負荷側と前記出力側電力変換器の第二相にそれぞれ第２のコンデンサと第３のコンデンサが並列接続されてなる。
【００１８】
（４）前記各ハーフブリッジ型変換回路の複数のスイッチング素子は互いに直列に接続され、各スイッチング素子には整流素子が逆並列接続されており、前記入力側電力変換器の各相のスイッチング素子の直列接続点と前記三相交流入力の各相との間に入力用交流リアクトルがそれぞれ直列に挿入され、前記出力側電力変換器の第一相と第三相のスイッチング素子の直列接続点と負荷との間に出力用交流リアクトルがそれぞれ直列に挿入され、前記各入力用交流リアクトルの三相交流入力側と前記蓄電池の正極または負極にそれぞれコンデンサが並列に接続され、各出力用交流リアクトルの負荷側と前記蓄電池の正極または負極に並列にそれぞれ第２のコンデンサと第３のコンデンサとが接続されてなる。
【００１９】
（５）前記入力用交流リアクトルのうち第一相と第三相の入力用交流リアクトルの三相交流入力側と前記三相交流入力の第一相と第三相の間にそれぞれ補助入力用交流リアクトルが挿入されてなる。
【００２０】
前記した手段によれば、三相交流入力の第二相と三相交流出力の第二相とを互いに接続し、三相交流電源の正常時には、三相交流入力と三相交流出力とを互いに同期した状態で入力側変換器と出力側変換器を運転し、各ハーフブリッジ型変換回路により、直流から交流の相電圧相当の交流電圧を出力するようにしたため、直流から交流の線間電圧相当の交流電圧を出力するものよりも直流電圧を低くすることができ、スイッチング素子や整流素子およびコンデンサとして定格電圧の低いものを用いることができ、コストの低減に寄与することができる。さらに直流電圧が低くなるので、必要な絶縁距離を小さくすることができ、装置の小型化が可能になる。また、交流入力と交流出力とを常に同期させて運転しているため、変換器の故障時に、各交流スイッチを閉じることで三相交流電源を各交流スイッチを介して負荷に供給することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態を示す無停電電源装置の全体構成図である。図１において、無停電電源装置は、入力側電力変換器ＣＯＶ１、出力側電力変換器ＣＯＶ２、コンデンサ２５、蓄電池２７を主要素として構成されている。入力側電力変換器ＣＯＶ１の交流入力側はＵ相の交流リアクトル２、Ｖ相の交流リアクトル３、Ｗ相の交流リアクトル４を介して三相交流電源１に接続され、出力側電力変化器ＣＯＶ２の交流出力側はＵ相の交流リアクトル２８、Ｗ相の交流リアクトル２９を介して負荷機器３２に接続され、三相交流入力の第二相（Ｖ相）と三相交流出力の第二相（Ｖ相）は互いに接続されて共通になっている。
【００２２】
入力側電力変換器ＣＯＶ１は、三相フルブリッジ回路で構成されており、三相フルブリッジ回路は三相分のハーフブリッジ型変換回路が互いに並列接続されて構成されている。Ｕ相のハーフブリッジ型変換回路は、例えば、ＩＧＢＴで構成されたスイッチング素子５、６、整流素子としてのダイオード１５、１６を有し、スイッチング素子５、６が互いに直列に接続され、この直列接続点に交流リアクトル２が接続され、スイッチング素子５のコレクタが直流出力の正極に接続され、スイッチング素子６のエミッタが直流出力の負極に接続されている。さらに、スイッチング素子５、６のコレクタとエミッタにはそれぞれダイオード１５、１６が逆並列接続されている。Ｖ相のハーフブリッジ型変換回路は、スイッチング素子７、８、ダイオード１７、１８を有し、スイッチング素子７、８が互いに直列に接続され、この直列接続点に交流リアクトル３が接続され、スイッチング素子７のコレクタが直流出力の正極に接続され、スイッチング素子８のエミッタが直流出力の負極に接続され、各スイッチング素子７、８のコレクタとエミッタにそれぞれダイオード１７、１８が逆並列接続されている。Ｗ相のハーフブリッジ型変換回路は、スイッチング素子９、１０、ダイオード１９、２０を有し、スイッチング素子９、１０が互いに直列に接続され、この直列接続点に交流リアクトル４が接続され、スイッチング素子９のコレクタが直流出力の正極に接続され、スイッチング素子１０のエミッタが直流出力の負極に接続され、各スイッチング素子９、１０のコレクタとエミッタにダイオード１９、２０がそれぞれ逆並列接続されている。そして入力側電力変換器ＣＯＶ１の直流出力側にはコンデンサ２５と蓄電池２７が並列に接続されている。
【００２３】
出力側電力変換器ＣＯＶ２は、二相分のハーフブリッジ型変換回路を備えて構成されている。Ｕ相のハーフブリッジ型変換回路は、スイッチング素子１１、１２、ダイオード２１、２２を有し、スイッチング素子１１、１２が互いに直列に接続され、この直列接続点に交流リアクトル２８が接続され、スイッチング素子１１のコレクタが直流出力の正極に接続され、スイッチング素子１２のエミッタが直流出力の負極に接続され、スイッチング素子１１、１２のコレクタとエミッタにダイオード２１、２２がそれぞれ逆並列接続されている。またＷ相のハーフブリッジ型変換回路は、スイッチング素子１３、１４、ダイオード２３、２４を有し、スイッチング素子１３、１４が互いに直列に接続され、この直列接続点が交流リアクトル２９に接続され、スイッチング素子１３のコレクタが直流出力の正極に接続され、スイッチング素子１４のエミッタが直流出力の負極に接続され、各スイッチング素子１３、１４のコレクタとエミッタにダイオード２３、２４がそれぞれ逆並列接続されている。また各交流リアクトル２８、２９の負荷側にはＶ相を共通として、コンデンサ３０、３１が接続されている。
【００２４】
スイッチング素子５〜１４は、スイッチング制御手段としてのコントローラＣＯNＴからのスイッチング信号に応答して、各ハーフブリッジ型変換回路ごとに交互にオンオフ動作するようになっている。例えば、スイッチング素子５、６は、三相交流電源１から交流リアクトル２に電流が入力された半サイクルの間、数ｋＨｚでオンオフするスイッチング動作を行なう。この場合、スイッチング素子５がオフで、スイッチング素子６がオンになったときに交流リアクトル２からの電流をスイッチング素子６に取り込み、スイッチング素子６がオフでスイッチング素子５がオンになったときには、交流リアクトル２からの電流をダイオード１５を介してコンデンサ２５に充電するようになっている。そしてこのような動作を繰り返すことで、三相交流入力をスイッチング素子５、６でチョッピングし、スイッチング素子５、６のスイッチング動作に伴うスイッチング出力をコンデンサ２５で平滑してコンデンサ２５の両端に直流電圧を発生させるようになっている。
【００２５】
一方、各スイッチング素子５〜１４のスイッチング動作を制御するコントローラＣＯＮＴは、相電圧検出器３３、３４、３５、正弦波信号発生器３６、掛算器３７、３８、３９、相電流検出器４０、４１、４２、比較器４３、４４、４５、ＰＷＭ信号発生器４６、４７、４８、出力電圧検出器４９、比較器５０、電圧指令値生成器５１、５２、線間電圧検出器５３、５４、比較器５５、５６、ＰＷＭ信号発生器５７、５８を備えて構成されている。
【００２６】
相電圧検出器３３は、Ｕ相の交流入力における相電圧を検出し、検出電圧を正弦波信号発生器３６に出力するようになっている。相電圧検出器３４は、Ｖ相における交流入力の相電圧を検出し、検出電圧を正弦波信号発生器３６に出力するようになっている。相電圧検出器３５は、Ｗ相における交流入力の相電圧を検出し、検出電圧を正弦波信号発生器３６に出力するようになっている。正弦波信号発生器３６は、相電圧検出器３３の検出電圧に応答して、Ｕ相に同期した正弦波信号を生成し、この正弦波信号を掛算器３７と電圧指令値生成器３１に出力するようになっている。さらに正弦波信号発生器３６は、相電圧検出器３４の出力に応答して、Ｖ相に同期した正弦波信号を生成し、この正弦波信号を掛算器３８と電圧指令値生成器５１、５２に出力するようになっている。また正弦波信号発生器３６は、相電圧検出器３５の出力に応答して、Ｗ相に同期した正弦波信号を生成し、この正弦波信号を掛算器３９と電圧指令値生成器５２に出力するようになっている。各正弦波信号のレベルは、例えば、１として生成されるようになっている。
【００２７】
掛算器３７、３８、３９には、各相の正弦波信号が入力されているとともに、出力電圧検出器４９の検出による出力電圧（コンデンサ２５両端の電圧）Ｅｄと電圧指令値との偏差に応じた信号が比較器５０から入力されている。そして各掛算器３７、３８、３９は、各相の正弦波信号と比較器５０の出力とを掛け算し、Ｕ相の電流指令値、Ｖ相の電流指令値、Ｗ相の電流指令値を生成し、各相の電流指令値をそれぞれ比較器４３、４４、４５に出力するようになっている。比較器４３、４４、４５は、相電流検出器４０、４１、４２による検出電流ｉｕ、ｉｖ、ｉｗと各相の電流指令値とをそれぞれ比較し、各比較結果をＰＷＭ信号発生器４６、４７、４８に出力するようになっている。各ＰＷＭ信号発生器４６、４７、４８は、各比較器４３、４４、４５からの信号と三角波信号とを比較し、各比較結果に応じたパルス幅の信号（ＰＷＭ信号）をスイッチング信号としてスイッチング素子５〜１０に出力するようになっている。すなわちＰＷＭ信号発生器４６からはスイッチング素子５、６に対するスイッチング信号が出力され、ＰＷＭ信号発生器４７からは、スイッチング素子７、８に対するスイッチング信号が出力され、ＰＷＭ信号発生器４８からは、スイッチング素子９、１０に対するスイッチング信号が出力されるようになっている。
【００２８】
一方、電圧指令値生成器５１は、Ｕ相の正弦波信号とＶ相の正弦波信号に応答して、交流出力のＶ相とＵ相の線間電圧に同期した信号を作るための電圧指令値を生成し、この電圧指令値を比較器５５に出力するようになっている。電圧指令値生成器５２は、Ｖ相の正弦波信号とＷ相の正弦波信号に応答して、交流出力のＶ相とＷ相の線間電圧に同期した信号を作るための電圧指令値を生成し、この電圧指令値を比較器５６に出力するようになっている。比較器５５は、電圧指令値と、線間電圧検出器５３の検出による交流出力側のＵ相とＶ相の線間電圧とを比較し、この比較結果をＰＷＭ信号発生器５７に出力するようになっている。比較器５６は、電圧指令値と、線間電圧検出器５４の検出による交流出力側のＶ相とＷ相との線間電圧とを比較し、この比較結果をＰＷＭ信号発生器５８に出力するようになっている。ＰＷＭ信号発生器５７は、比較器５５からの信号と三角波信号とを比較し、この比較結果に応じたパルス幅の信号（ＰＷＭ信号）をスイッチング信号としてスイッチング素子１１、１２に出力するようになっている。ＰＷＭ信号発生器５８は、比較器５６からの信号と三角波信号とを比較し、この比較結果に応じたパルス幅の信号（ＰＷＭ信号）をスイッチング信号としてスイッチング素子１３、１４に出力するようになっている。
【００２９】
上記構成による無停電電源装置において、コントローラＣＯＮＴの生成によるスイッチング信号にしたがって各スイッチング素子５〜１４のスイッチング動作を制御するに際しては、まず、三相交流電源１が正常な場合は、図２（ａ）に示すように、スイッチング素子５、６、ダイオード１５、１６からなるハーフブリッジ型変換回路で入力電圧のＵ相の相電圧相当の電圧（ベクトルＮＵ１）を出力し、スイッチング素子７、８、ダイオード１７、１８からなるハーフブリッジ型変換回路で入力電圧のＶ相の相電圧相当の電圧（ベクトルＮＶ）を出力し、スイッチング素子９、１０、ダイオード１９、２０からなるハーフブリッジ型変換回路で入力電圧のＷ相の相電圧相当の電圧（ベクトルＮＷ１）を出力する制御が実行される。
【００３０】
各相のハーフブリッジ型変換回路が各相の相電圧相当の電圧を出力する制御を行なうことで、直流電圧Ｅｄが一定値に、かつ各相の交流入力電流が正弦波で、かつ入力の力率が１になるように制御される。この結果、蓄電池２７は一定電圧で充電されることになる。
【００３１】
一方、出力側電力変換器ＣＯＶ２に対しては、交流入力のＶ相を基準して交流入力に同期した三相交流を出力させる制御が実行される。
【００３２】
具体的には、スイッチング素子１１、１２、ダイオード２１、２２からなるハーフブリッジ型変換回路でベクトルＮＵ２相当の電圧を出力し、スイッチング素子１３、１４、ダイオード２３、２４からなるハーフブリッジ型変換回路でベクトルＮＷ２相当の電圧を出力する制御が実行される。
【００３３】
この結果、図２の（ａ）で示すベクトルＵ２−Ｖ、Ｖ−Ｗ２、Ｗ２−Ｕ２の線間電圧が出力の定格電圧になり、かつ入力のＵ１−Ｖと出力のＵ２−Ｖが同位相、入力のＷ１−Ｖと出力のＷ２−Ｖが同位相になるように制御が実行される。すなわち、ベクトルとして、出力電圧相当の三角形Ｕ２、Ｖ、Ｗ２を描く制御が実行されることになる。
【００３４】
次に、三相交流電源１が停電したときには、図２（ｂ）に示すベクトル図を描くような制御が実行される。具体的には、スイッチング素子５、６、ダイオード１５、１６からなるハーフブリッジ型変換回路と、スイッチング素子９、１０、ダイオード１９、２０からなるハーフブリッジ型変換回路の動作を停止させる。
【００３５】
一方、スイッチング素子７、８、ダイオード１７、１８からなるハーフブリッジ型変換回路で出力電圧のＶ相の相電圧相当の電圧（ベクトルＮＶ）を出力し、スイッチング素子１１、１２、ダイオード２１、２２からなるハーフブリッジ型変換回路で出力電圧のＵ相の相電圧相当の電圧（ベクトルＮＵ２）を出力し、スイッチング素子１３、１４、ダイオード２３、２４からなるハーフブリッジ型変化回路で出力電圧のＷ相の相電圧相当の電圧（ベクトルＮＷ２）を出力する制御が実行される。
【００３６】
すなわち、三相交流電源１の停電時には、入力側電力変換器ＣＯＶ１のうちＵ相（第一相）のハーフブリッジ型変換回路とＷ相（第三相）のハーフブリッジ型変換回路に対して変換動作を停止させ、入力側電力変換器ＣＯＶ１のＷ相（第二相）のハーフブリッジ型変換回路と出力側電力変換器ＣＯＶ２の各ハーフブリッジ型変換回路に対しては、一定電圧で一定周波数の三相出力を出力する制御が実行されることになる。
【００３７】
以上のことから、本実施形態における各相のハーフブリッジ型変換回路は、直流から交流の相電圧相当の交流電圧を出力すればよいことになる。
【００３８】
ここで、直流電圧をＥｄ、交流入出力の相電圧のピーク電圧をＶｌｐとすると、これらの関係は、
Ｖｌｐ≦（Ｅｄ／２）
とすることができる。
【００３９】
したがって、直流電圧Ｅｄ、交流入出力の線間電圧のピーク電圧Ｖａｃｐとの関係は、
Ｖａｃｐ＝１．７３２×Ｖｌｐ≦０．８６６×Ｅｄ
とすることができる。ここで、交流２００Ｖ（実効値）で考えると、
Ｖａｃｐ＝２８２．８Ｖ
となる。
【００４０】
この交流電圧を出力するために必要な直流電圧は、
Ｅｄ≧３２６．６Ｖ
となる。
【００４１】
したがって、本実施形態によれば、各ハーフブリッジ型変換回路から線間電圧相当の電圧を出力するものよりも出力電圧（直流電圧）を低くすることができ、スイッチング素子５〜１４として、６００Ｖ定格のものを使用することができる。
【００４２】
さらに直流電圧を低く設定できるので、コストが安く定格電圧の低いスイッチング素子や直流コンデンサを使用することができるとともに、絶縁距離を小さくでき、装置の小型化が可能になる。
【００４３】
また本実施形態においては、各相に交流リアクトル２、３、４、２８、２９が挿入されているため、高周波電流を低減することができる。さらに交流リアクトル２８、２９の出力側にはコンデンサ３０、３１が接続されているため、出力側においても高周波電流を低減することができる。
【００４４】
次に、三相交流電源１の正常時における他の運転方法について説明する。三相交流電源１の正常時の運転方法としては、図２（ｃ）に示すようなベクトル図が描けるように各スイッチング素子５〜１４に対する制御を実行することができる。
【００４５】
具体的には、スイッチング素子１１、１２、ダイオード２１、２２からなるハーフブリッジ型変換回路で出力電圧のＵ相の相電圧相当の電圧（ベクトルＮ'Ｕ２）を出力し、スイッチング素子７、８、ダイオード１７、１８からなるハーフブリッジ型変換回路で出力電圧のＶ相の相電圧相当の電圧（ベクトルＮ'Ｖ）を出力し、スイッチング素子１３、１４、ダイオード２３、２４からなるハーフブリッジ型変換回路で出力電圧のＷ相の相電圧相当の電圧（ベクトルＮ'Ｗ２）を出力する制御を実行する。このとき、出力電圧のＵ２−ＶとＷ２−Ｖは、入力電圧のＵ１−ＶとＷ１−Ｖとがそれぞれ同期するような周波数と位相の電圧とする。
【００４６】
一方、入力電圧を制御するに際しては、Ｖ相のみは、出力のＶ相電圧を共通に使用する。
【００４７】
具体的には、スイッチング素子５、６、ダイオード１５、１６からなるハーフブリッジ型変換回路でベクトルＮ'Ｕ１相当の入力電圧を出力し、スイッチング素子９、１０、ダイオード１９、２０からなるハーフブリッジ型変換回路でベクトルＮ'Ｗ１相当の入力電圧を出力する制御を実行する。
【００４８】
このとき、入力側のＵ相とＷ相の二つのハーフブリッジ型変換回路は、直流電圧が一定値となり、かつ入力各相の交流入力電流が正弦波で、入力力率が１になるように制御される。この結果、直流電圧が一定に制御されることによって蓄電池２７は定電圧で充電されることになる。
【００４９】
本実施形態においては、三相交流電源１の正常時には、入力側電力変換器ＣＯＶ１のＶ相のハーフブリッジ型変換回路と出力側電力変換器ＣＯＶ２の各相のハーフブリッジ型変換回路に対して、一定電圧で、交流入力に同期した三相交流を出力させる制御を実行するとともに、入力側電力変換器ＣＯＶ１のＵ相のハーフブリッジ型変換回路とＷ相のハーフブリッジ型変換回路に対しては、三相交流出力のＶ相（第二相）を基準にして三相交流入力に同期した電圧を発生させる制御を実行しているため、入力側電力変換器ＣＯＶ１のＶ相のハーフブリッジ型変換器と出力側電力変換器ＣＯＶ２の各相のハーフブリッジ型変換回路に対する制御は電源正常時と電源停電時で同一となり、電源の状態によらず制御の切り替えが不要になる。
【００５０】
次に、本発明の第２実施形態を図３にしたがって説明する。
【００５１】
本実施形態は、三相交流電源１と負荷機器３２とを結ぶラインのうちＵ相とＶ相のラインに交流スイッチ（第１の交流スイッチ）６０と交流スイッチ（第２の交流スイッチ）６１を挿入し、交流リアクトル２、４の交流入力側にそれぞれ補助入力用交流リアクトル６２、６３を挿入し、交流リアクトル２と交流リアクトル６２との接続点にコンデンサ６４を接続し、交流リアクトル４と交流リアクトル６３との接続点にコンデンサ６６を接続し、交流リアクトル３の交流入力側にコンデンサ６５を接続し、各コンデンサ６３、６５、６６の一端をそれぞれ直流の負極側に接続し、さらにコンデンサ３０、３１の一端を直流の負極側に接続したものであり、他の構成は図１のものと同様である。なお、コントローラＣＯＮＴは省略してある。
【００５２】
交流スイッチ６０、６１は、電力変換器ＣＯＶ１、ＣＯＶ２が正常状態にあるときにはオフとなり回路を開いているが、電力変換器ＣＯＶ１、ＣＯＶ２などが故障したり、三相交流出力に過電流が流れ、負荷機器３２が過負荷状態になったときにはオンとなって回路を閉じるようになっている。交流スイッチ６０、６１がオンになったときには、三相交流電源１からの電力が交流スイッチ６０、６１を介して負荷装置３２に直接供給されることになる。この場合、交流入力が交流出力と同期するように各電力変換器が運転されるため、交流スイッチ６０、６１からなるバイパス回路を用いて三相交流電源１からの電力をバイパス回路を介して負荷機器３２に供給しても、無瞬断で変換器出力からバイパス回路に切り替えることができ、負荷機器３２が停止するのを防止することが可能となり、システム全体の信頼性を高めることができる。
【００５３】
また、本実施形態によれば、交流入出力と直流の負極にコンデンサ３０、３１、６４、６５、６６を接続しているため、交流入出力から出入りする高調波電流を低減することができるとともに、スイッチング素子５〜１４のスイッチング動作に伴って、交流入出力と直流回路との間で発生する高周波の電位変動を抑制することができる。
【００５４】
さらに、本実施形態によれば、交流入力側に交流リアクトル６２、６３が挿入されているため、交流リアクトル２、４、コンデンサ６４、６６で除去した高調波電流をさらに低減することができる。
【００５５】
なお、各コンデンサ３０、３１、６４、６５、６６の一端を直流の負極に接続する代わりに、直流の正極に接続しても同様な効果を得ることができる。
【００５６】
また、三相交流電源１の系統は、安全のために一相接地する構成を採用するのが一般的である。この場合、蓄電池２７の大きさも大きく、場合によっては別室に配置されるなど配線長が長いときには、変換器ＣＯＶ１、ＣＯＶ２の直流部分とアース間には大きな浮遊容量が存在する。このような場合、交流入力と直流回路との間に高周波電圧が発生すると、この浮遊容量を通して大きな漏洩電流が流れることになる。しかし、本実施形態においては、交流の入出力と直流回路にコンデンサ３０、３１、６４、６５、６６が接続されているため、高周波電圧の電位の変動を除去し、直流回路の浮遊容量による漏洩電流を低減することができる。
【００５７】
また、本実施形態によれば、前記実施形態と同様、直流電圧を低くできるため、スイッチング素子やダイオードとして定格電圧の低いものを用いることができ、コストの低減および装置の小型に寄与することができる。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、三相交流入力の第二相と三相交流出力の第二相とを互いに接続し、三相交流電源の正常時には、三相交流入力と三相交流出力とを互いに同期した状態で入力側変換器と出力側変換器を運転し、各ハーフブリッジ型変換回路により、直流から交流の相電圧相当の交流電圧を出力するようにしたため、直流電圧を低くすることができ、スイッチング素子や整流素子およびコンデンサとして定格電圧の低いものを用いることができ、コストの低減に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す無停電電源装置の全体構成図である。
【図２】入力電圧と出力電圧との関係を説明するための電圧ベクトル図である。
【図３】本発明の第２実施形態を示す無停電電源装置の要部構成図である。
【図４】従来の無停電電源装置の入力電圧と出力電圧との関係を説明するための電圧ベクトル図である。
【符号の説明】
１  三相交流電源
２、３、４  交流リアクトル
５〜１４  スイッチング素子
１５〜２４  ダイオード
２５  コンデンサ
２７  蓄電池
２８、２９  交流リアクトル
３０、３１  コンデンサ
３２  負荷機器
３３〜３５  相電圧検出器
３６  正弦波信号発生器
３７、３８、３９  掛算器
４０〜４２  相電流検出器
４３〜４５  比較器
４６〜４８  ＰＷＭ信号発生器
４９  出力電圧検出器
５０  比較器
５１、５２  電圧指令値生成器
５３、５４  線間電圧検出器
５５、５６  比較器
５７、５８  ＰＷＭ信号発生器
６０、６１  交流スイッチ
６２、６３  交流リアクトル
６３〜６６  コンデンサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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