(57)【要約】  電源装置は、商用交流電源（５）の健全時にオンされる半導体スイッチ（１）と、変圧器（１０）を含み、交流入力電流（Ｉ１）を検出する第１の電流検出器（ＣＴ１）と、ホール素子（２０）を含み、交流出力電流（Ｉ２）を検出する第２の電流検出器（ＣＴ２）と、商用交流電源（５）の健全時に第１および第２の電流検出器（ＣＴ１，ＣＴ２）の検出値が一致しない場合に半導体スイッチ（１）に含まれる一対のサイリスタ（１ａ，１ｂ）のうちの１つのサイリスタが失弧したと判定する故障検出器（３０）とを備える。
2019038830.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の端子が第１の交流電源から供給される交流電力を受け、第２の端子が負荷に接続される半導体スイッチと、
各々が、前記半導体スイッチに流れる電流の瞬時値を検出し、検出値を示す信号を出力する第１および第２の電流検出器とを備え、
前記半導体スイッチは、第１の極性の電流を流す第１の半導体素子と、第２の極性の電流を流す第２の半導体素子とを含み、
前記第１の電流検出器は、その被検出電流に応じた値の電気信号を出力する変圧器を含み、
前記第２の電流検出器は、その被検出電流によって発生する磁界を電気信号に変換する磁電変換素子を含み、
さらに、前記第１および第２の電流検出器の検出値が一致しない場合に、前記第１および第２の半導体素子のうちのいずれか１つの半導体素子に電流が流れないことを示す故障検出信号を出力する故障検出器を備える、電源装置。
【請求項２】
前記第１および第２の半導体素子は、それぞれ第１および第２のサイリスタを有し、
前記第１および第２のサイリスタは、前記第１および第２の端子間に互いに逆並列に接続されている、請求項１に記載の電源装置。
【請求項３】
前記第１および第２の半導体素子は、それぞれ第１および第２のトランジスタを有し、
前記第１および第２のトランジスタの第１の電極は互いに接続され、それらの第２の電極はそれぞれ前記第１および第２の端子に接続され、
前記半導体スイッチは、さらに、第１および第２のダイオードを含み、
前記第１および第２のダイオードは、それぞれ前記第１および第２のトランジスタに逆並列に接続されている、請求項１に記載の電源装置。
【請求項４】
前記磁電変換素子はホール素子を有する、請求項１に記載の電源装置。
【請求項５】
前記第１および第２の半導体素子が正常に動作している場合には、前記第１および第２の電流検出器の検出値は一致し、
前記第１および第２の半導体素子のうちのいずれか１つの半導体素子に電流が流れない場合には、偏磁現象によって前記変圧器の出力信号に直流成分が重畳し、前記第１および第２の電流検出器の検出値は一致しなくなる、請求項１に記載の電源装置。
【請求項６】
前記故障検出器は、
前記第１および第２の電流検出器の検出値の差を求める減算器と、
前記差が予め定められた範囲から外れた場合に前記故障検出信号を出力する信号発生器とを含む、請求項５に記載の電源装置。
【請求項７】
さらに、前記故障検出器から前記故障検出信号が出力されたことに応じて、前記第１および第２の半導体素子のうちのいずれか１つの半導体素子に電流が流れないことを報知する報知部を備える、請求項１に記載の電源装置。
【請求項８】
前記半導体スイッチは、前記第１の交流電源からの交流電圧が正常である第１の場合にオンされ、前記第１の交流電源からの交流電圧が正常でない第２の場合にオフされ、
前記故障検出器は、前記第１の場合において前記第１および第２の電流検出器の検出値が一致しないときに前記故障検出信号を出力し、
前記電源装置は、さらに、前記第２の場合に、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する逆変換器を備える、請求項１に記載の電源装置。
【請求項９】
前記半導体スイッチは、前記第１の交流電源からの交流電圧が正常である第１の場合にオンされ、前記第１の交流電源からの交流電圧が正常でない第２の場合にオフされ、
前記故障検出器は、前記第１の場合において前記第１および第２の電流検出器の検出値が一致しないときに前記故障検出信号を出力し、
前記電源装置は、
さらに、第２の交流電源からの交流電圧が正常である第３の場合に、前記第２の交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する順変換器と、
直流電力を交流電力に変換して前記負荷に供給する逆変換器とを備え、
前記第３の場合は、前記順変換器によって生成された直流電力が前記逆変換器に供給されるとともに電力貯蔵装置に蓄えられ、
前記第２の交流電源からの交流電圧が正常でない第４の場合は、前記電力貯蔵装置の直流電力が前記逆変換器に供給される、請求項１に記載の電源装置。
【請求項１０】
さらに、一方端子が前記逆変換器からの交流電力を受け、前記第２の場合にオンされる電磁接触器と、
前記半導体スイッチの他方端子と前記電磁接触器の他方端子との間に接続された第１の交流ラインと、
前記電磁接触器の他方端子と前記負荷との間に接続される第２の交流ラインとを備え、
前記第１および第２の電流検出器は、それぞれ前記第１および第２の交流ラインに流れる電流を検出する、請求項９に記載の電源装置。
【請求項１１】
さらに、前記第１の場合には前記半導体スイッチをオンさせるとともに前記電磁接触器をオフさせ、前記第２の場合には前記半導体スイッチをオフさせるとともに前記電磁接触器をオンさせる制御装置を備える、請求項１０に記載の電源装置。
【請求項１２】
前記制御装置は、さらに、前記第１の場合において前記故障検出器から前記故障検出信号が出力された場合、前記逆変換器が正常であるときは前記半導体スイッチをオフさせるとともに前記電磁接触器をオンさせ、前記逆変換器が故障しているときは前記半導体スイッチのオン状態および前記電磁接触器のオフ状態を維持する、請求項１１に記載の電源装置。
【請求項１３】
さらに、前記第２の場合に、前記第２の電流検出器の検出値に基づいて前記逆変換器を制御する制御装置を備える、請求項１０に記載の電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は電源装置に関し、特に、一対の半導体素子を含む半導体スイッチを備えた電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
たとえば特開平１０−１２６９８０号公報（特許文献１）には、商用交流電源と負荷の間に逆並列に接続された一対のサイリスタを含み、商用交流電源の健全時にオンされる半導体スイッチと、商用交流電源の停電時に交流電力を負荷に供給するインバータと、それぞれ半導体スイッチの一方端子および他方端子の電圧を検出する２つの変圧器と、２つの変圧器の２次電圧の偏差が所定範囲から外れた場合に、一対のサイリスタのうちのいずれか１つのサイリスタが失弧したことを示す故障検出信号を出力する故障検出器とを備えた無停電電源装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１２６９８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、サイリスタの失弧を検出するために２つの変圧器を備えるので、装置が大型化するという問題があった。【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、小型の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】
【０００６】
この発明に係る電源装置は、第１の端子が第１の交流電源から供給される交流電力を受け、第２の端子が負荷に接続される半導体スイッチと、各々が、半導体スイッチに流れる電流の瞬時値を検出し、検出値を示す信号を出力する第１および第２の電流検出器とを備えたものである。半導体スイッチは、第１の極性の電流を流す第１の半導体素子と、第２の極性の電流を流す第２の半導体素子とを含む。第１の電流検出器は、その被検出電流に応じた値の電気信号を出力する変圧器を含む。第２の電流検出器は、その被検出電流によって発生する磁界を電気信号に変換する磁電変換素子を含む。この電源装置は、さらに、第１および第２の電流検出器の検出値が一致しない場合に、第１および第２の半導体素子のうちのいずれか１つの半導体素子に電流が流れないことを示す故障検出信号を出力する故障検出器を備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る電源装置では、変圧器を含む第１の電流検出器によって半導体スイッチの電流を検出するとともに、磁電変換素子を含む第２の電流検出器によって半導体スイッチの電流を検出し、第１および第２の電流検出器の検出値が一致しない場合に故障検出信号を出力する。したがって、２つの変圧器を用いて故障検出信号を生成していた従来に比べ、装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示した電流検出器ＣＴ１の原理的構成を示す図である。
【図３】図１に示した電流検出器ＣＴ２の原理的構成を示す図である。
【図４】本願発明の原理を説明するためのタイムチャートである。
【図５】図１に示した制御装置に含まれる故障検出器の構成を示す回路図である。
【図６】この発明の実施の形態２による電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図７】実施の形態２の変更例を示す回路ブロック図である。
【図８】この発明の実施の形態３による瞬低補償装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図９】この発明の実施の形態４による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による電源装置の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この電源装置は、交流ラインＬ１，Ｌ２、半導体スイッチ１、操作部２、制御装置３、および報知部４を備える。
【００１０】
半導体スイッチ１の一方端子は交流ラインＬ１を介して商用交流電源５に接続され、その他方端子は交流ラインＬ２を介して負荷６に接続される。半導体スイッチ１は、制御装置３によって制御され、商用交流電源５から供給される交流電圧ＶＩが正常である場合（商用交流電源５の健全時）にはオンされ、商用交流電源５から供給される交流電圧ＶＩが正常でない場合（商用交流電源５の停電時）にはオフされる。
【００１１】
半導体スイッチ１は、互いに逆並列に接続された一対のサイリスタ１ａ，１ｂを含む。サイリスタ１ａ（第１の半導体素子）のアノードは半導体スイッチ１の一方端子に接続され、そのカソードは半導体スイッチ１の他方端子に接続される。サイリスタ１ｂ（第２の半導体素子）のアノードおよびカソードは、それぞれサイリスタ１ａのカソードおよびアノードに接続される。
【００１２】
商用交流電源５からの交流電圧ＶＩが正極性である場合にサイリスタ１ａのゲートにトリガ電流を流すと、サイリスタ１ａが点弧（オン）する。その後に交流電圧ＶＩが０Ｖになると、サイリスタ１ａが消弧（オフ）する。交流電圧ＶＩが負極性である場合にサイリスタ１ｂのゲートにトリガ電流を流すと、サイリスタ１ｂが点弧（オン）する。その後に交流電圧ＶＩが０Ｖになると、サイリスタ１ｂが消弧（オフ）する。
【００１３】
交流電圧ＶＩに同期してサイリスタ１ａ，１ｂのゲートにトリガ電流を交互に流し、サイリスタ１ａ，１ｂを交互に点弧させると、半導体スイッチ１をオンさせることができる。サイリスタ１ａ，１ｂのゲートへのトリガ電流の供給を停止すると、サイリスタ１ａ，１ｂが消弧し、半導体スイッチ１がオフする。
【００１４】
商用交流電源５からの交流電圧ＶＩの瞬時値は、制御装置３によって検出される。交流電圧ＶＩの検出値は、商用交流電源５の停電の発生の有無を判別したり、サイリスタ１ａ，１ｂを制御するために使用される。電流検出器ＣＴ１は、交流ラインＬ１に流れる交流入力電流Ｉ１の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号Ｉ１ｆを制御装置３に与える。電流検出器ＣＴ２は、交流ラインＬ２に流れる交流出力電流Ｉ２の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号Ｉ２ｆを制御装置３に与える。
【００１５】
操作部２は、電源装置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２を操作することにより、半導体スイッチ１をオンおよびオフさせることが可能となっている。
【００１６】
制御装置３は、操作部２からの信号、交流電圧ＶＩ、交流入力電流Ｉ１、交流出力電流Ｉ２などに基づいて電源装置全体を制御する。すなわち、制御装置３は、操作部２から半導体スイッチ１をオフさせることを指令するオフ指令信号が与えられた場合には、半導体スイッチ１をオフさせる。
【００１７】
また制御装置３は、操作部２から半導体スイッチ１をオンさせることを指令するオン指令信号が与えられた場合には、交流電圧ＶＩの検出値に基づいて商用交流電源５の停電が発生したか否かを検出し、交流入力電圧ＶＩに同期して半導体スイッチ１を制御する。
【００１８】
商用交流電源５から交流電力が供給されている健全時には、制御装置３は、オン指令信号に応答して半導体スイッチ１をオンさせる。商用交流電源５からの交流電力の供給が停止された停電時には、制御装置３は、半導体スイッチ１をオフさせる。
【００１９】
また制御装置３は、商用交流電源５の健全時において、交流入力電流Ｉ１が上限値を超えた場合は、負荷６に過電流が流れたと判別して半導体スイッチ１をオフさせる。また制御装置３は、商用交流電源５の健全時において、交流入力電流Ｉ１が下限値よりも低下した場合は、半導体スイッチ１に含まれる一対のサイリスタ１ａ，１ｂが両方とも失弧したと判別し、半導体スイッチ１の制御を停止する。
【００２０】
さらに制御装置３は、商用交流電源５の健全時において、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆ（すなわち検出値）に基づいて、サイリスタ１ａ，１ｂが正常に動作しているか否かを判別する。制御装置３は、信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆが一致している場合には、サイリスタ１ａ，１ｂが正常に動作していると判別し、故障検出信号ＤＴを非活性化レベルの「Ｌ」レベルにする。制御装置３は、信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆが一致していない場合には、一対のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタ１ａ（または１ｂ）が失弧していると判別し、故障検出信号ＤＴを活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。
【００２１】
報知部４は、故障検出信号ＤＴが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされた場合には、一対のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタ１ａ（または１ｂ）が失弧している旨（すなわち、いずれか一方のサイリスタ１ａ（または１ｂ）に電流が流れない旨）を電源装置の使用者に報知する。
【００２２】
次に、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆに基づいて、サイリスタ１ａ，１ｂが正常に動作しているか否かを判別する方法について詳細に説明する。図２は、電流検出器ＣＴ１の原理的構成を示す図である。図２において、電流検出器ＣＴ１は、ＡＣＣＴ（AC  Current  Transformer）であって、変圧器１０および抵抗素子１１を備える。変圧器１０は、環状の鉄心１０ａと、鉄心１０ａに巻回された１次巻線１０ｂおよび２次巻線１０ｃとを含む。１次巻線１０ｂは交流ラインＬ１の一部分を構成し、交流入力電流Ｉ１が１次巻線１０ｂに流れる。
【００２３】
１次巻線１０ｂの巻数ｎ１と２次巻線１０ｃの巻数ｎ２との比ｎ１／ｎ２は十分に小さな値に設定されており、２次巻線１０ｃには１次巻線１０ｂに流れる電流Ｉ１のｎ１／ｎ２の電流Ｉ１ａ＝Ｉ１×ｎ１／ｎ２が流れる。抵抗素子１１の抵抗値をＲとすると、抵抗素子１１の端子間には交流入力電流Ｉ１に応じた値の電圧Ｒ×Ｉ１×ｎ１／ｎ２の信号Ｉ１ｆが現れる。この電流検出器ＣＴ１では、交流入力電流Ｉ１が正弦波状の交流電流である場合には、信号Ｉ１ｆの波形は交流入力電流Ｉ１の波形と同じになる。
【００２４】
しかし、商用交流電源５の健全時において一対のサイリスタ１ａ，１ｂのうちの一方のサイリスタのみが失弧した場合には、正極性または負極性の電流のみが交流ラインＬ１，Ｌ２に流れる。この場合、電流検出器ＣＴ１では、鉄心１０ａが一方方向に磁化されてしまい、信号Ｉ１ｆの波形は交流入力電流Ｉ１の波形と異なる波形になってしまう。鉄心１０ａが一方方向に磁化される現象は、偏磁現象と呼ばれる。
【００２５】
図３は、電流検出器ＣＴ２の原理的構成を示す図である。図３において、電流検出器ＣＴ２は、ＨＣＴ（Hall  Current  Transformer）であって、ホール素子２０、定電流源２１、および差動増幅器２２を備える。
【００２６】
ホール素子２０は、ホール効果を利用して磁界の強度を電気信号に変換する磁電変換素子である。ホール素子２０は、長方形の半導体チップ２０ａと、半導体チップ２０ａの互いに対向する２つの端面に設けられた一対の電流端子２０ｂ，２０ｃと、他の２つの端面に設けられた一対の電圧端子２０ｄ，２０ｅとを含む。交流ラインＬ２の周囲に発生する磁束が半導体チップ２０ａの表面に垂直な方向（紙面に垂直な方向）に与えられるように、交流ラインＬ２の近傍にホール素子２０が配置される。
【００２７】
定電流源２１は、ホール素子２０の電流端子２０ｂ，２０ｃ間に一定の制御電流Ｉｃを流す。交流ラインＬ２に交流出力電流Ｉ２が流れると、交流ラインＬ２の周囲に、交流出力電流Ｉ２の値に応じた強度の磁界が発生する。磁束密度をＢとし、定数をＫとすると、ホール素子２０の電圧端子２０ｄ，２０ｅ間には、磁束密度Ｂに比例する電圧ＶＨ＝Ｋ×Ｉｃ×Ｂが出力される。差動増幅器２２は、ホール素子２０の出力電圧ＶＨを増幅して信号Ｉ２ｆを出力する。
【００２８】
電流検出器ＣＴ２の出力信号Ｉ２ｆの波形は交流入力電流Ｉ２の波形と同じになる。交流ラインＬ１，Ｌ２に同じ値の交流電流を流した場合、２つの電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆのレベルが一致するように、ホール素子２０の定数Ｋ、制御電流Ｉｃ、差動増幅器２２の増幅率、変圧器１０の比ｎ１／ｎ２、抵抗素子１１の抵抗値Ｒなどが設定されている。
【００２９】
したがって、商用交流電源５の健全時において半導体スイッチ１の一対のサイリスタ１ａ，１ｂが正常に動作している場合には、交流ラインＬ１，Ｌ１に交流電流が流れ、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆの波形は一致する。しかし、商用交流電源５の健全時において一対のサイリスタ１ａ，１ｂのうちの一方のサイリスタのみが失弧した場合には、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆの波形は一致しなくなる。そこで、本実施の形態１では、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆに基づいて、半導体スイッチ１のサイリスタ１ａ，１ｂが正常に動作しているか否かを判定する。
【００３０】
図４（Ａ）〜（Ｄ）は、本願発明の原理を説明するためのタイムチャートである。特に、図４（Ａ）は交流入力電流Ｉ１および交流出力電流Ｉ２の波形を示し、図４（Ｂ）は電流検出器ＣＴ２の出力信号Ｉ２ｆの波形を示し、図４（Ｃ）は電流検出器ＣＴ１の出力信号Ｉ１ｆの波形を示し、図４（Ｄ）は信号Ｉ１ｆと信号Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆを示している。
【００３１】
商用交流電源５の健全時において半導体スイッチ１のサイリスタ１ａ，１ｂが正常に動作している期間（ｔ０〜ｔ１）では、交流電圧ＶＩが正極性である期間はサイリスタ１ａに電流が流れ、交流電圧ＶＩが負極性である期間はサイリスタ１ｂに電流が流れる。このため図４（Ａ）に示すように、交流電流Ｉ１，Ｉ２は正弦波状に変化する。
【００３２】
この期間（ｔ０〜ｔ１）では、図４（Ｂ）に示すように、電流検出器ＣＴ２の出力信号Ｉ２ｆは、交流出力電流Ｉ２と同様に正弦波状に変化する。また電流検出器ＣＴ１の鉄心１０には正方向と負方向の磁束が交互に現れるので、鉄心１０ａに偏磁現象は発生しない。このため図４（Ｃ）に示すように、電流検出器ＣＴ１の出力信号Ｉ１ｆは、交流入力電流Ｉ１と同様に正弦波状に変化する。したがって、図４（Ｄ）に示すように、信号Ｉ１ｆと信号Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆは０Ｖに維持される。
【００３３】
また商用交流電源５の健全時において半導体スイッチ１のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのサイリスタ１ａのみが失弧した期間（ｔ１以降）では、交流電圧ＶＩが正極性である期間は半導体スイッチ１に電流は流れず、交流電圧ＶＩが負極性である期間はサイリスタ１ｂに電流が流れる。このため図４（Ａ）に示すように、交流電流Ｉ１，Ｉ２の波形は、負極性の半波整流波形（正弦波状の交流電流のうちの負極性の電流のみを示す波形）となる。
【００３４】
この期間（ｔ１以降）では、図４（Ｂ）に示すように、電流検出器ＣＴ２の出力信号Ｉ２ｆの波形は、交流出力電流Ｉ２と同様に負極性の半波整流波形となる。また電流検出器ＣＴ１の鉄心１０ａには負方向の磁束のみが現れるので、鉄心１０ａに偏磁現象が発生し、鉄心１０ａの負方向の残留磁束が徐々に増大する。このため図４（Ｃ）に示すように、電流検出器ＣＴ１の出力信号Ｉ１ｆの波形は、負極性の半波整流波形に正の直流成分を加えた波形となり、その直流成分は徐々に増大する。したがって、図４（Ｄ）に示すように、信号Ｉ１ｆと信号Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆは時刻ｔ１から正方向に徐々に増大する。なお、図４（Ｃ）に示す電流検出器ＣＴ１の出力信号Ｉ１ｆの波形において、正極性の電流と負極性の電流とが平衡状態になると（ｔ２以降）、図４（Ｄ）に示すように、信号Ｉ１ｆと信号Ｉ２ｆとの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆは一定となる。
【００３５】
そこで、本実施の形態１では、信号Ｉ１ｆと信号Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆが正のしきい値電圧ＶＴＰを越えた場合に、半導体スイッチ１のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのサイリスタ１ａが失弧したと判別する。
【００３６】
逆に、サイリスタ１ａ，１ｂのうちのサイリスタ１ｂのみが失弧した場合には、交流電流Ｉ１，Ｉ２の波形は、正極性の半波整流波形（正弦波状の交流電流のうちの正極性の電流のみを示す波形）となる。電流検出器ＣＴ２の出力信号Ｉ２ｆの波形は、交流出力電流Ｉ２と同様に正極性の半波整流波形となる。電流検出器ＣＴ１の出力信号Ｉ１ｆの波形は、正極性の半波整流波形に負の直流成分を加えた波形となり、その直流成分は負の方向に徐々に増大する。したがって、信号Ｉ１ｆと信号Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆは負の方向に徐々に増大する。
【００３７】
そこで、本実施の形態１では、信号Ｉ１ｆと信号Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆが負のしきい値電圧ＶＴＮよりも低下した場合に、半導体スイッチ１のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのサイリスタ１ｂが失弧したと判別する。
【００３８】
図５は、図１に示した制御装置３に含まれる故障検出器３０の構成を示す回路図である。図５において、故障検出器３０は、減算器３１、比較器３２，３３、ＯＲゲート３４、およびＡＮＤゲート３５を含む。減算器３１は、信号Ｉ１ｆと信号Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆを求める。比較器３２は、電圧Ｖｓと正のしきい値電圧ＶＴＰとの高低を比較し、比較結果を示す信号φ３２を出力する。Ｖｓ＜ＶＴＰの場合には信号φ３２は「Ｌ」レベルとなり、Ｖｓ＞ＶＴＰの場合には信号φ３２は「Ｈ」レベルとなる。
【００３９】
比較器３３は、電圧Ｖｓと負のしきい値電圧ＶＴＮとの高低を比較し、比較結果を示す信号φ３３を出力する。Ｖｓ＞ＶＴＮの場合には信号φ３３は「Ｌ」レベルとなり、Ｖｓ＜ＶＴＮの場合には信号φ３３は「Ｈ」レベルとなる。
【００４０】
ＯＲゲート３４は、比較器３２の出力信号φ３２と比較器３３の出力信号φ３３との論理和信号φ３４を出力する。ＡＮＤゲート３５は、ＯＲゲート３４の出力信号φ３４とモード信号ＭＤとの論理積信号である故障検出信号ＤＴを出力する。モード信号ＭＤは、商用交流電源５の健全時に「Ｈ」レベルとなり、商用交流電源５の停電時に「Ｌ」レベルとなる信号である。したがって、商用交流電源５の停電時には、故障検出信号ＤＴは非活性化レベルの「Ｌ」レベルに固定される。
【００４１】
商用交流電源５の健全時において、半導体スイッチ１のサイリスタ１ａ，１ｂが正常に動作している場合には、変圧器１０（図２）の偏磁現象は発生せず、Ｉ１ｆ＝Ｉ２ｆとなる。Ｖｓ＝０であるので、比較器３２，３３の出力信号φ３２，φ３３はともに「Ｌ」レベルとなり、ＯＲゲート３４の出力信号φ３４は「Ｌ」レベルとなり、故障検出信号ＤＴは非活性化レベルの「Ｌ」レベルとなる。
【００４２】
半導体スイッチ１のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのサイリスタ１ａが失弧した場合には、変圧器１０の偏磁現象が発生し、図４（Ｂ）（Ｃ）に示したように、Ｉ１ｆ＞Ｉ２ｆとなる。Ｖｓ＞ＶＴＰとなったとき、比較器３２，３３の出力信号φ３２，φ３３はそれぞれ「Ｈ」レベルおよび「Ｌ」レベルとなり、ＯＲゲート３４の出力信号φ３４は「Ｈ」レベルとなる。モード信号ＭＤは「Ｈ」レベルであるので、故障検出信号ＤＴは活性化レベルの「Ｈ」レベルとなる。
【００４３】
半導体スイッチ１のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのサイリスタ１ｂが失弧した場合には、変圧器１０の偏磁現象が発生し、Ｉ１ｆ＜Ｉ２ｆとなる。Ｖｓ＜ＶＴＮとなったとき、比較器３２，３３の出力信号φ３２，φ３３はそれぞれ「Ｌ」レベルおよび「Ｈ」レベルとなり、ＯＲゲート３４の出力信号φ３４は「Ｈ」レベルとなる。モード信号ＭＤは「Ｈ」レベルであるので、故障検出信号ＤＴは活性化レベルの「Ｈ」レベルとなる。故障検出信号ＤＴは、報知部４（図１）に与えられる。
【００４４】
報知部４は、故障検出信号ＤＴが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされた場合には、半導体スイッチ１の一対のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタが失弧したことを、たとえば音、光、画像、文字などによって電源装置の使用者に報知する。
【００４５】
なお、しきい値電圧ＶＴＰ，ＶＴＮを十分に小さな値に設定した場合、故障検出器３０は、電流検出器ＣＴ１の出力信号Ｉ１ｆ（すなわち電流検出器ＣＴ１の検出値）と電流検出器ＣＴ２の出力信号Ｉ２ｆ（すなわち電流検出器ＣＴ２の検出値）とが一致しない場合に、半導体スイッチ１の一対のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタが失弧したと判定することとなる。
【００４６】
次に、この電源装置の動作について説明する。商用交流電源５の健全時において、電源装置の使用者によって操作部２が操作されて制御装置３にオン指令信号が与えられると、制御装置３によって商用交流電源５からの交流電圧ＶＩに同期してサイリスタ１ａ，１ｂが交互に点弧され、半導体スイッチ１がオンされる。
【００４７】
半導体スイッチ１のサイリスタ１ａ，１ｂが正常に動作している場合には、商用交流電源５から半導体スイッチ１を介して負荷６に交流電力が供給され、負荷６が運転される。
【００４８】
半導体スイッチ１のサイリスタ１ａ，１ｂのうちの少なくとも１つのサイリスタが失弧した場合には、電流検出器ＣＴ１に含まれる変圧器１０の鉄心１０ａ（図２）に偏磁現象が発生し、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓの絶対値が増大する（図４（Ａ）〜（Ｄ））。Ｖｓ＞ＶＴＰまたはＶｓ＜ＶＴＮとなると、故障検出器３０（図５）によって故障検出信号ＤＴが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。
【００４９】
故障検出信号ＤＴが「Ｈ」レベルにされた場合には、報知部４によってサイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタが失弧した旨が電源装置の使用者に報知される。電源装置の使用者は、負荷６の運転を停止させる場合には、操作部２を操作して半導体スイッチ１をオフさせる。電源装置の使用者は、サイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタが失弧した原因を調べ、たとえば半導体スイッチ１が破損したことが判明した場合には、破損した半導体スイッチ１を新品と交換する。
【００５０】
サイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタが失弧した場合でも、負荷６の運転に支障がない場合には、電源装置の使用者はその状態を維持する。電源装置の使用者は、メンテナンス時にサイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタが失弧した原因を調べ、たとえば半導体スイッチ１が破損したことが判明した場合には、破損した半導体スイッチ１を新品と交換する。商用交流電源５の停電時には、制御装置３によって半導体スイッチ１がオフされ、負荷６の運転が停止される。
【００５１】
以上のように、この実施の形態１では、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓに基づいて、半導体スイッチ１のサイリスタ１ａ，１ｂが失弧したか否かを検出する。したがって、２つの変圧器を用いてサイリスタの失弧を検出する従来に比べ、装置の小型化を図ることができる。
【００５２】
なお、この実施の形態１では、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２はそれぞれ交流ラインＬ１，Ｌ２の電流を検出したが、これに限るものではなく、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２が半導体スイッチ１に流れる電流を検出することができるのであれば、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２がどこに設置されていても構わない。たとえば、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２がともに交流ラインＬ１の電流を検出してもよいし、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２がともに交流ラインＬ２の電流を検出してもよいし、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２がそれぞれ交流ラインＬ２，Ｌ１の電流を検出してもよい。
【００５３】
また、この実施の形態１では、サイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタが失弧した場合には、電源装置の使用者が操作部２を操作し、その状態を維持するか、半導体スイッチ１をオフさせた。しかし、故障検出信号ＤＴが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされた場合には、制御装置３によって半導体スイッチ１をオフさせてもよい。
【００５４】
[実施の形態２]
図６は、この発明の実施の形態２による電源装置の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図６を参照して、この電源装置が実施の形態１の電源装置と異なる点は、半導体スイッチ１が半導体スイッチ４１で置換され、制御装置３が制御装置４２で置換されている点である。
【００５５】
半導体スイッチ１は、ＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor)Ｑ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２を含む。ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２のコレクタは互いに接続され、それらのゲートは制御装置４２に接続されている。ＩＧＢＴＱ１（第１の半導体素子）のエミッタは、交流ラインＬ１を介して商用交流電源５に接続されている。ＩＧＢＴＱ２（第２の半導体素子）のエミッタは、交流ラインＬ２を介して負荷６に接続されている。
【００５６】
ダイオードＤ１のアノードおよびカソードは、それぞれＩＧＢＴＱ１のエミッタおよびコレクタに接続されている。ダイオードＤ２のアノードおよびカソードは、それぞれＩＧＢＴＱ２のエミッタおよびコレクタに接続されている。すなわち、ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれＩＧＢＴＱ１，Ｑ２に逆並列に接続されている。
【００５７】
制御装置４２が制御装置３（図１）と異なる点は、交流電圧ＶＩに同期してサイリスタ１ａ，１ｂを点弧させる代わりに、交流電圧ＶＩに同期してＩＧＢＴＱ１，Ｑ２の各々をオンおよびオフさせる点である。
【００５８】
すなわち、制御装置４２は、交流電圧ＶＩが正電圧である場合は、ＩＧＢＴＱ２のゲートを「Ｈ」レベルにしてＩＧＢＴＱ２をオンさせる。この場合は、商用交流電源５からダイオードＤ１およびＩＧＢＴＱ２を介して負荷６に正電流が流れる。また、制御装置４２は、交流電圧ＶＩが負電圧である場合は、ＩＧＢＴＱ１のゲートを「Ｈ」レベルにしてＩＧＢＴＱ１をオンさせる。この場合は、商用交流電源５からＩＧＢＴＱ１およびダイオードＤ２を介して負荷６に負電流が流れる。
【００５９】
また制御装置４２は、故障検出器３０（図５）を含み、商用交流電源５の健全時において、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆ（すなわち検出値）に基づいて、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２が正常に動作しているか否かを判別する。
【００６０】
制御装置４２は、信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆが一致している場合には、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２が正常に動作していると判別し、故障検出信号ＤＴを非活性化レベルの「Ｌ」レベルにする。制御装置４２は、信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆが一致していない場合には、一対のＩＧＢＴＱ１，Ｑ２のうちのいずれか一方のＩＧＢＴＱ１（またはＱ２）に電流が流れないと判別し、故障検出信号ＤＴを活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。
【００６１】
報知部４は、故障検出信号ＤＴが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされた場合には、一対のＩＧＢＴＱ１，Ｑ２のうちのいずれか一方のＩＧＢＴＱ１（またはＱ２）がオンしない旨（すなわち、いずれか一方のＩＧＢＴＱ１（またはＱ２）に電流が流れない旨）を電源装置の使用者に報知する。
【００６２】
電源装置の使用者は、負荷６の運転を停止させる場合には、操作部２を操作して半導体スイッチ４１をオフさせる。電源装置の使用者は、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２のうちのいずれか一方のＩＧＢＴがオンしない原因を調べ、たとえば半導体スイッチ４１が破損したことが判明した場合には、破損した半導体スイッチ４１を新品と交換する。
【００６３】
ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２のうちのいずれか一方のＩＧＢＴがオンしない場合でも、負荷６の運転に支障がない場合には、電源装置の使用者はその状態を維持する。電源装置の使用者は、メンテナンス時にＩＧＢＴＱ１，Ｑ２のうちのいずれか一方のＩＧＢＴがオンしない原因を調べ、たとえば半導体スイッチ４１が破損したことが判明した場合には、破損した半導体スイッチ４１を新品と交換する。商用交流電源５の停電時には、制御装置４２によって半導体スイッチ４１がオフされ、負荷６の運転が停止される。
【００６４】
他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。この実施の形態２でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。
【００６５】
図７は、実施の形態２の変更例を示す回路ブロック図であって、図６と対比される図である。図７を参照して、この電源装置が図６の電源装置と異なる点は、半導体スイッチ４１が半導体スイッチ４５と置換されている点である。
【００６６】
半導体スイッチ１は、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２およびダイオードＤ１，Ｄ２を含む。ＩＧＢＴＱ１，Ｑ２のエミッタは互いに接続され、それらのゲートは制御装置４２に接続されている。ＩＧＢＴＱ２のコレクタは、交流ラインＬ１を介して商用交流電源５に接続されている。ＩＧＢＴＱ１のエミッタは、交流ラインＬ２を介して負荷６に接続されている。
【００６７】
ダイオードＤ１のアノードおよびカソードは、それぞれＩＧＢＴＱ１のエミッタおよびコレクタに接続されている。ダイオードＤ２のアノードおよびカソードは、それぞれＩＧＢＴＱ２のエミッタおよびコレクタに接続されている。すなわち、ダイオードＤ１，Ｄ２は、それぞれＩＧＢＴＱ１，Ｑ２に逆並列に接続されている。
【００６８】
制御装置４２は、交流電圧ＶＩが正電圧である場合は、ＩＧＢＴＱ２のゲートを「Ｈ」レベルにしてＩＧＢＴＱ２をオンさせる。この場合は、商用交流電源５からＩＧＢＴＱ２およびダイオードＤ１を介して負荷６に正電流が流れる。また、制御装置４２は、交流電圧ＶＩが負電圧である場合は、ＩＧＢＴＱ１のゲートを「Ｈ」レベルにしてＩＧＢＴＱ１をオンさせる。この場合は、商用交流電源５からダイオードＤ２およびＩＧＢＴＱ１を介して負荷６に負電流が流れる。
【００６９】
他の構成および動作は、実施の形態２と同じであるので、その説明は繰り返さない。この変更例でも、実施の形態２と同じ効果が得られる。
【００７０】
[実施の形態３]
図８は、この発明の実施の形態３による瞬低（瞬時電圧低下）補償装置の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。なお、瞬時電圧低下とは、商用交流電源５からの交流電圧ＶＩが事故（たとえば落雷）によって短時間（たとえば１秒未満）低下することをいう。また、停電とは、商用交流電源５からの交流電圧ＶＩの供給が事故（たとえば落雷）によって長時間（たとえば１秒以上）停止されることをいう。
【００７１】
図８を参照して、この瞬低補償装置が図１の電源装置と異なる点は、ＡＣ／ＤＣ変換器５１およびバッテリ５２（電力貯蔵装置）が追加され、制御装置３が制御装置５３で置換されている点である。ＡＣ／ＤＣ変換器５１の交流端子５１ａは半導体スイッチ１の他方端子に接続され、その直流端子５１ｂはバッテリ５２に接続される。バッテリ５２は、直流電力を蓄える。バッテリ５２の代わりにコンデンサが接続されていても構わない。
【００７２】
ＡＣ／ＤＣ変換器５１は、制御装置５３によって制御され、商用交流電源５からの交流電圧ＶＩが正常である場合は、商用交流電源５から半導体スイッチ１を介して供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリ５２に蓄える。このとき、ＡＣ／ＤＣ変換器５１は、バッテリ５２の端子間電圧ＶＤＣが所定の目標直流電圧ＶＤＣＴになるように、バッテリ５２を充電する。
【００７３】
またＡＣ／ＤＣ変換器５１は、商用交流電源５からの交流電圧ＶＩが下限値よりも低下した場合（瞬低時）には、バッテリ５２の直流電力を商用周波数の交流電力に変換し、交流ラインＬ２を介して負荷６に供給する。このとき、ＡＣ／ＤＣ変換器５１は、交流出力電圧ＶＯが所定の目標交流電圧ＶＯＴになるように、交流電流Ｉ２を出力する。
【００７４】
制御装置５３は、交流入力電圧ＶＩ、交流入力電流Ｉ１、交流出力電圧ＶＯ、交流出力電流Ｉ２、バッテリ５２の端子間電圧ＶＤＣに基づいて、瞬低補償装置全体を制御する。制御装置５３が図１の制御装置３と異なる点は、交流入力電圧ＶＩ、交流出力電圧ＶＯ、交流出力電流Ｉ２、バッテリ５２の端子間電圧ＶＤＣに基づいて、ＡＣ／ＤＣ変換器５１を制御する点である。
【００７５】
すなわち、制御装置５３は、商用交流電源５からの交流電圧ＶＩが正常である場合は、半導体スイッチ１をオンさせるとともに、バッテリ５２の端子間電圧ＶＤＣが所定の目標直流電圧ＶＤＣＴになるように、ＡＣ／ＤＣ変換器５１を制御してバッテリ５２を充電させる。
【００７６】
また制御装置５３は、商用交流電源５からの交流電圧ＶＩが下限値よりも低下した場合（瞬低時）には、半導体スイッチ１をオフさせるとともに、交流出力電圧ＶＯが所定の目標交流電圧ＶＯＴになるように、電流検出器ＣＴ２の出力信号Ｉ２ｆに基づいてＡＣ／ＤＣ変換器５１の交流出力電流Ｉ２を制御する。
【００７７】
さらに制御装置５３は、故障検出器３０（図５）を含む。瞬低補償装置の通常運転動作時においては、商用交流電源５からの交流電圧ＶＩが正常である場合にはモード信号ＭＤ（図５）は「Ｈ」レベルにされ、瞬停時にはモード信号ＭＤは「Ｌ」レベルにされる。また、バッテリ５２の使用開始時にバッテリ５２の初期充電を行なう場合には、モード信号ＭＤは「Ｌ」レベルにされる。
【００７８】
モード信号ＭＤが「Ｌ」レベルである場合は、故障検出信号ＤＴは非活性化レベルの「Ｌ」レベルに固定される。モード信号ＭＤが「Ｈ」レベルにされている期間において、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆが正常範囲ＶＴＮ〜ＶＴＰから外れた場合に、故障検出信号ＤＴは活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。
【００７９】
すなわち、バッテリ５２の使用開始時にバッテリ５２の初期充電を行なう場合（ＭＤ＝Ｌ）には、商用交流電源５から半導体スイッチ１およびＡＣ／ＤＣ変換器５１を介してバッテリ５２に大きな電流が流れ、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆが正常範囲ＶＴＮ〜ＶＴＰから外れる。しかし、バッテリ５２の初期充電を行なう期間には、モード信号ＭＤが「Ｌ」レベルにされるので、故障検出信号ＤＴは非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。
【００８０】
瞬低補償装置の通常運転動作時において、商用交流電源５からの交流電圧ＶＩが正常である場合（ＭＤ＝Ｈ）には、商用交流電源５から半導体スイッチ１およびＡＣ／ＤＣ変換器５１を介してバッテリ５２に電流が流れるので、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆが発生する。しかし、このときにバッテリ５２に流れる電流は負荷６に流れる電流よりも十分に小さいので、差の電圧Ｖｓは正常範囲ＶＴＮ〜ＶＴＰ内に収まり、故障検出信号ＤＴは非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。
【００８１】
この場合（ＭＤ＝Ｈ）において、半導体スイッチ１に含まれる一対のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタが失弧した場合には、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓ＝Ｉ１ｆ−Ｉ２ｆが正常範囲ＶＴＮ〜ＶＴＰから外れ、故障検出信号ＤＴは活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。
【００８２】
次に、この瞬低補償装置の動作について説明する。商用交流電源５からの交流電圧ＶＩが正常である場合は、半導体スイッチ１がオンされ、商用交流電源５から半導体スイッチ１を介して負荷６に交流電力が供給され、負荷６が駆動される。また、商用交流電源５から半導体スイッチ１を介してＡＣ／ＤＣ変換器５１に交流電力が供給され、交流電力が直流電力に変換されてバッテリ５２に蓄えられる。
【００８３】
この場合において、半導体スイッチ１に含まれる一対のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタが失弧した場合には、故障検出信号ＤＴは活性化レベルの「Ｈ」レベルにされ、サイリスタが失弧した旨が報知部４から瞬低補償装置の使用者に報知される。
【００８４】
商用交流電源５からの交流電圧ＶＩが下限値よりも低下した場合には、半導体スイッチ１がオフされるとともに、バッテリ５２の直流電力がＡＣ／ＤＣ変換器５１によって商用周波数の交流電力に変換されて負荷６に供給され、負荷６の運転が継続される。
【００８５】
商用交流電源５からの交流電圧ＶＩが正常に復帰した場合には、半導体スイッチ１が再びオンされ、商用交流電源５から半導体スイッチ１を介して負荷６に交流電力が供給され、負荷６が駆動される。また、商用交流電源５から半導体スイッチ１を介してＡＣ／ＤＣ変換器５１に交流電力が供給され、交流電力が直流電力に変換されてバッテリ５２に蓄えられる。
【００８６】
他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。この実施の形態３でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。
【００８７】
なお、偏磁現象が発生する電流検出器ＣＴ１（ＡＣＣＴ）よりも偏磁現象が発生しない電流検出器ＣＴ２（ＨＣＴ）の方が正確に電流を検出することができるので、瞬低時にＡＣ／ＤＣ変換器５１の交流出力電流を制御するための電流検出器としては電流検出器ＣＴ２を使用することが好ましい。したがって好ましくは、電流検出器ＣＴ２は交流ラインＬ２の電流を検出するために使用される。
【００８８】
[実施の形態４]
図９は、この発明の実施の形態４による無停電電源装置６１の構成を示す回路ブロック図である。この無停電電源装置６１は、バイパス交流電源７（第１の交流電源）から三相交流電力が正常に供給されている健全時には、バイパス交流電源７からの三相交流電力を半導体スイッチ１を介して負荷６に供給し、バイパス交流電源７からの三相交流電力の供給が停止された停電時には、インバータ７０によって生成された三相交流電力を負荷６に供給するものである。図９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（たとえばＵ相）に対応する部分の回路のみが示されている。
【００８９】
図９において、この無停電電源装置６１は、交流入力端子Ｔ１、バイパス入力端子Ｔ２、バッテリ端子Ｔ３、および交流出力端子Ｔ４を備える。交流入力端子Ｔ１は、商用交流電源５（第２の交流電源）から商用周波数の交流電力を受ける。バイパス入力端子Ｔ２は、バイパス交流電源７から商用周波数の交流電力を受ける。バイパス交流電源７は、商用交流電源であってもよいし、自家用発電機であってもよい。
【００９０】
バッテリ端子Ｔ３は、バッテリ５２（電力貯蔵装置）に接続される。バッテリ５２は、直流電力を蓄える。バッテリ５２の代わりにコンデンサが接続されていても構わない。交流出力端子Ｔ４は、負荷６に接続される。負荷６は、交流電力によって駆動される。
【００９１】
この無停電電源装置６１は、さらに、電磁接触器６２，６８，７４、電流検出器６３，７１，ＣＴ１，ＣＴ２、コンデンサ６４，６９，７３、リアクトル６５，７２、コンバータ６６、双方向チョッパ６７、インバータ７０、半導体スイッチ１、操作部７５、制御装置７６、および報知部４を備える。
【００９２】
電磁接触器６２およびリアクトル６５は、交流入力端子Ｔ１とコンバータ６６の入力ノードとの間に直列接続される。コンデンサ６４は、電磁接触器６２とリアクトル６５の間のノードＮ１に接続される。電磁接触器６２は、無停電電源装置６１の使用時にオンされ、たとえば無停電電源装置６１のメンテナンス時にオフされる。
【００９３】
ノードＮ１に現れる交流入力電圧Ｖｉの瞬時値は、制御装置７６によって検出される。交流入力電圧Ｖｉの瞬時値に基づいて、商用交流電源５の停電の発生の有無などが判別される。電流検出器６３は、ノードＮ１に流れる交流入力電流Ｉｉを検出し、その検出値を示す信号Ｉｉｆを制御装置７６に与える。
【００９４】
コンデンサ６４およびリアクトル６５は、低域通過フィルタを構成し、商用交流電源５からコンバータ６６に商用周波数の交流電力を通過させ、コンバータ６６で発生するスイッチング周波数の信号が商用交流電源５に通過することを防止する。
【００９５】
コンバータ６６は、制御装置７６によって制御され、商用交流電源５から交流電力が供給されている健全時は、交流電力を直流電力に変換して直流ラインＤＬ１に出力する。商用交流電源５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６６の運転は停止される。コンバータ６６の出力電圧は、所望の値に制御可能になっている。コンデンサ６４、リアクトル６５、およびコンバータ６６は順変換器を構成する。
【００９６】
コンデンサ６９は、直流ラインＤＬ１に接続され、直流ラインＤＬ１の電圧を平滑化させる。直流ラインＤＬ１に現れる直流電圧ＶＤＣの瞬時値は、制御装置７６によって検出される。直流ラインＤＬ１は双方向チョッパ６７の高電圧側ノードに接続され、双方向チョッパ６７の低電圧側ノードは電磁接触器６８を介してバッテリ端子Ｔ３に接続される。
【００９７】
電磁接触器６８は、無停電電源装置６１の使用時はオンされ、たとえば無停電電源装置６１およびバッテリ５２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５２の端子間電圧ＶＢの瞬時値は、制御装置７６によって検出される。
【００９８】
双方向チョッパ６７は、制御装置７６によって制御され、商用交流電源５から交流電力が供給されている健全時は、コンバータ６６によって生成された直流電力をバッテリ５２に蓄え、商用交流電源５からの交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリ５２の直流電力を直流ラインＤＬ１を介してインバータ７０に供給する。
【００９９】
双方向チョッパ６７は、直流電力をバッテリ５２に蓄える場合は、直流ラインＤＬ１の直流電圧ＶＤＣを降圧してバッテリ５２に与える。また、双方向チョッパ６７は、バッテリ５２の直流電力をインバータ７０に供給する場合は、バッテリ５２の端子間電圧ＶＢを昇圧して直流ラインＤＬ１に出力する。直流ラインＤＬ１は、インバータ７０の入力ノードに接続されている。
【０１００】
インバータ７０は、制御装置７６によって制御され、コンバータ６６または双方向チョッパ６７から直流ラインＤＬ１を介して供給される直流電力を商用周波数の交流電力に変換して出力する。すなわち、インバータ７０は、商用交流電源５の健全時はコンバータ６６から直流ラインＤＬ１を介して供給される直流電力を交流電力に変換し、商用交流電源５の停電時はバッテリ５２から双方向チョッパ６７を介して供給される直流電力を交流電力に変換する。インバータ７０の出力電圧は、所望の値に制御可能になっている。
【０１０１】
インバータ７０の出力ノードはリアクトル７２の一方端子に接続され、リアクトル７２の他方端子（ノードＮ２）は電磁接触器７４の一方端子に接続され、電磁接触器７４の他方端子（ノードＮ３）は交流ラインＬ２（第２の交流ライン）を介して交流出力端子Ｔ４に接続される。コンデンサ７３は、ノードＮ２に接続される。
【０１０２】
電流検出器７１は、インバータ７０の出力電流Ｉｏの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号Ｉｏｆを制御装置７６に与える。ノードＮ２に現れる交流出力電圧Ｖｏの瞬時値は、制御装置７６によって検出される。
【０１０３】
リアクトル７２およびコンデンサ７３は、低域通過フィルタを構成し、インバータ７０で生成された商用周波数の交流電力を交流出力端子Ｔ４に通過させ、インバータ７０で発生するスイッチング周波数の信号が交流出力端子Ｔ４に通過することを防止する。インバータ７０、リアクトル７２、およびコンデンサ７３は逆変換器を構成する。
【０１０４】
電磁接触器７４は、制御装置７６によって制御され、インバータ７０によって生成された交流電力を負荷６に供給するインバータ給電モード時にはオンされ、バイパス交流電源７からの交流電力を負荷６に供給するバイパス給電モード時にはオフされる。
【０１０５】
電流検出器ＣＴ２（第２の電流検出器）は、交流ラインＬ２に流れる負荷電流Ｉ２の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号Ｉ２ｆを制御装置７６に与える。ノードＮ３に現れる交流出力電圧ＶＬの瞬時値は、制御装置７６によって検出される。
【０１０６】
半導体スイッチ１の一方端子はバイパス入力端子Ｔ２に接続され、その他方端子は交流ラインＬ１（第１の交流ライン）を介してノードＮ３に接続される。半導体スイッチ１は、制御装置７６によって制御され、バイパス交流電源７からの交流電力を負荷６に供給するバイパス給電モード時にはオンされ、インバータ７０によって生成された交流電力を負荷６に供給するインバータ給電モード時にはオフされる。
【０１０７】
半導体スイッチ１は、互いに逆並列に接続された一対のサイリスタ１ａ，１ｂを含む。サイリスタ１ａのアノードは半導体スイッチ１の一方端子に接続され、そのカソードは半導体スイッチ１の他方端子に接続される。サイリスタ１ｂのアノードおよびカソードは、それぞれサイリスタ１ａのカソードおよびアノードに接続される。
【０１０８】
バイパス入力端子Ｔ２に現れるバイパス交流電圧ＶＩが正極性である場合にサイリスタ１ａのゲートにトリガ電流を流すと、サイリスタ１ａが点弧（オン）する。その後にバイパス交流電圧ＶＩが０Ｖになると、サイリスタ１ａが消弧（オフ）する。バイパス交流電圧ＶＩが負極性である場合にサイリスタ１ｂのゲートにトリガ電流を流すと、サイリスタ１ｂが点弧（オン）する。その後にバイパス交流電圧ＶＩが０Ｖになると、サイリスタ１ｂが消弧（オフ）する。
【０１０９】
バイパス交流電圧ＶＩに同期してサイリスタ１ａ，１ｂのゲートにトリガ電流を交互に流し、サイリスタ１ａ，１ｂを交互に点弧させると、半導体スイッチ１をオンさせることができる。サイリスタ１ａ，１ｂのゲートへのトリガ電流の供給を停止すると、サイリスタ１ａ，１ｂが消弧し、半導体スイッチ１がオフする。
【０１１０】
バイパス入力端子Ｔ２に現れるバイパス交流電圧ＶＩの瞬時値は、制御装置７６によって検出される。バイパス交流電圧ＶＩの検出値は、バイパス交流電源７の停電の発生の有無を判別したり、サイリスタ１ａ，１ｂを制御したり、インバータ７０を制御するために使用される。電流検出器ＣＴ１は、交流ラインＬ１に流れるバイパス交流電流Ｉ１の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号Ｉ１ｆを制御装置７６に与える。
【０１１１】
操作部７５は、無停電電源装置６１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７５を操作することにより、無停電電源装置６１の電源をオンおよびオフしたり、バイパス給電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給電モードを選択したり、自動運転モードおよび手動運転モードのうちのいずれか一方の運転モードを選択することが可能となっている。
【０１１２】
制御装置７６は、操作部７５からの信号、交流入力電圧Ｖｉ、交流入力電流Ｉｉ、直流電圧ＶＤＣ、バッテリ電圧ＶＢ、交流出力電流Ｉｏ、交流出力電圧Ｖｏ、交流出力電圧ＶＬ、負荷電流Ｉ２、バイパス交流電圧ＶＩ、バイパス交流電流Ｉ１などに基づいて無停電電源装置６１全体を制御する。
【０１１３】
すなわち、制御装置７６は、交流入力電圧Ｖｉの検出値に基づいて商用交流電源５の停電が発生したか否かを検出し、交流入力電圧Ｖｉ、交流入力電流Ｉｉ、および直流電圧ＶＤＣに基づいてコンバータ６６を制御する。
【０１１４】
商用交流電源５から交流電力が供給されている健全時には、制御装置７６は、直流電圧ＶＤＣが所望の目標電圧ＶＤＣＴになるようにコンバータ６６を制御する。商用交流電源５からの交流電力の供給が停止された停電時には、制御装置７６はコンバータ６６の運転を停止させる。
【０１１５】
さらに制御装置７６は、商用交流電源５の健全時は、バッテリ電圧ＶＢが所望の目標バッテリ電圧ＶＢＴになるように双方向チョッパ６７を制御し、商用交流電源５の停電時は、直流電圧ＶＤＣが所望の目標直流電圧ＶＤＣＴになるように双方向チョッパ６７を制御する。
【０１１６】
さらに制御装置７６は、バイパス交流電圧ＶＩの検出値に基づいてバイパス交流電源７の停電が発生したか否かを検出する。バイパス交流電源７の健全時には、制御装置７６は、バイパス交流電源７からの交流電力を負荷６に供給するバイパス給電モードを選択して実行する。バイパス交流電源７の停電時には、制御装置７６は、インバータ７０からの交流電力を負荷６に供給するインバータ給電モードを選択して実行する。
【０１１７】
バイパス給電モード時には、制御装置７６は、電磁接触器７４をオフさせるとともに、バイパス交流電圧ＶＩに同期してサイリスタ１ａ，１ｂを交互に点弧させて半導体スイッチ１をオンさせる。これにより、バイパス交流電源７から半導体スイッチ１および交流ラインＬ１，Ｌ２を介して負荷６に負荷電流Ｉ２が供給され、負荷６が駆動される。
【０１１８】
また制御装置７６は、バイパス交流電圧ＶＩ、交流出力電圧Ｖｏ、および交流出力電流Ｉｏに基づいて、交流出力電圧Ｖｏの位相がバイパス交流電圧ＶＩの位相に一致し、かつ交流出力電圧Ｖｏが所望の目標交流電圧ＶｏＴになるようにインバータ７０を制御する。インバータ７０は待機状態にされる。
【０１１９】
インバータ給電モード時には、制御装置７６は、電磁接触器７４をオンさせるとともに、サイリスタ１ａ，１ｂの点弧を中止して半導体スイッチ１をオフさせる。また制御装置７６は、バイパス交流電圧ＶＩ、交流出力電圧ＶＬ、および負荷電流Ｉ２に基づいて、交流出力電圧ＶＬの位相がバイパス交流電圧ＶＩの位相に一致し、かつ交流出力電圧ＶＬが所望の目標交流電圧ＶＬＴになるようにインバータ７０を制御する。これにより、インバータ７０からリアクトル７２、電磁接触器７４、および交流ラインＬ２を介して負荷６に負荷電流Ｉ２が供給され、負荷６が駆動される。
【０１２０】
さらに制御装置７６は、バイパス給電モード時において、バイパス交流電流Ｉ１が上限値を超えた場合は、負荷６に過電流が流れたと判別して半導体スイッチ１をオフさせる。また制御装置７６は、バイパス給電モード時において、バイパス交流電流Ｉ１が下限値よりも低下した場合は、半導体スイッチ１に含まれる一対のサイリスタ１ａ，１ｂが両方とも失弧したと判別し、バイパス給電モードの実行を停止してインバータ給電モードを実行する。
【０１２１】
さらに制御装置７６は、バイパス給電モード時において、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆ（すなわち検出値）に基づいて、サイリスタ１ａ，１ｂが正常に動作しているか否かを判別する。制御装置７６は、信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆが一致している場合には、サイリスタ１ａ，１ｂが正常に動作していると判別し、信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆが一致していない場合には、一対のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタ１ａ（または１ｂ）が失弧していると判別する。
【０１２２】
電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆに基づいて、サイリスタ１ａ，１ｂが正常に動作しているか否かを判別する方法については、実施の形態１（図２〜図５）で説明した通りである。制御装置７６は、故障検出器３０（図５）を内蔵しており、サイリスタ１ａ，１ｂが正常に動作している場合は故障検出信号ＤＴを非活性化レベルの「Ｌ」レベルにし、一対のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタ１ａ（または１ｂ）が失弧している場合は故障検出信号ＤＴを活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。モード信号ＭＤ（図５）は、バイパス給電モード時に「Ｈ」レベルにされ、インバータ給電モード時に「Ｌ」レベルにされる。
【０１２３】
報知部４は、故障検出信号ＤＴが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされた場合には、半導体スイッチ１の一対のサイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタが失弧した旨を、たとえば音、光、画像、文字などによって無停電電源装置６１の使用者に報知する。
【０１２４】
次に、この無停電電源装置６１の動作について説明する。バイパス交流電源７の健全時には、バイパス給電モードが実行され、半導体スイッチ１がオンされるとともに電磁接触器７４がオフされる。バイパス交流電源７から半導体スイッチ１および交流ラインＬ１，Ｌ２を介して負荷６に交流電力が供給され、負荷６が運転される。
【０１２５】
バイパス給電モードでは、インバータ７０は待機状態にされる。商用交流電源５の健全時には、商用交流電源５からの交流電力がコンバータ６６によって直流電力に変換され、その直流電力が双方向チョッパ６７によってバッテリ５２に蓄えられるとともに、インバータ７０によって交流電力に変換される。商用交流電源５の停電時には、バッテリ５２の直流電力が双方向チョッパ６７を介してインバータ７０に供給され、インバータ７０によって交流電力に変換される。
【０１２６】
バイパス交流電源７の停電時には、バイパス給電モードからインバータ給電モードに切換えられ、半導体スイッチ１がオフされるとともに電磁接触器７４がオンされ、インバータ７０からリアクトル７２、電磁接触器７４、および交流ラインＬ２を介して負荷６に交流電力が供給され、負荷６の運転が継続される。
【０１２７】
バイパス給電モード時において、半導体スイッチ１のサイリスタ１ａ，１ｂのうちの少なくとも１つのサイリスタが失弧した場合には、電流検出器ＣＴ１に含まれる変圧器１０の鉄心１０ａ（図２）に偏磁現象が発生し、電流検出器ＣＴ１，ＣＴ２の出力信号Ｉ１ｆ，Ｉ２ｆの差の電圧Ｖｓの絶対値が増大する（図４（Ａ）〜（Ｄ））。Ｖｓ＞ＶＴＰまたはＶｓ＜ＶＴＮとなると、故障検出器３０（図５）によって故障検出信号ＤＴが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。
【０１２８】
故障検出信号ＤＴが「Ｈ」レベルにされ、かつインバータ７０が正常に動作している場合には、制御装置７６によってバイパス給電モードからインバータ給電モードに切換えられる。故障検出信号ＤＴが「Ｈ」レベルにされた場合であっても、インバータ７０が故障している場合には、制御装置７６によってバイパス給電モードが継続される。また故障検出信号ＤＴが「Ｈ」レベルにされた場合には、報知部４によってサイリスタ１ａ，１ｂのうちのいずれか一方のサイリスタが失弧した旨が無停電電源装置６１の使用者に報知される。
【０１２９】
この実施の形態４でも、実施の形態１と同じ効果が得られる。なお、偏磁現象が発生する電流検出器ＣＴ１（ＡＣＣＴ）よりも偏磁現象が発生しない電流検出器ＣＴ２（ＨＣＴ）の方が正確に電流を検出することができるので、バイパス交流電源７の停電時にインバータ７０の交流出力電流を制御するための電流検出器としては電流検出器ＣＴ２を使用することが好ましい。したがって好ましくは、電流検出器ＣＴ２は交流ラインＬ２の電流を検出するために使用される。
【０１３０】
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】
【０１３１】
１，４１，４５  半導体スイッチ、１ａ，１ｂ  サイリスタ、２，７５  操作部、３，４２，５３，７６  制御装置、４  報知部、Ｌ１，Ｌ２  交流ライン、５  商用交流電源、６  負荷、７  バイパス交流電源、１０  変圧器、１０ａ  鉄心、１０ｂ  １次巻線、１０ｃ  ２次巻線、１１  抵抗素子、２０  ホール素子、２０ａ  半導体チップ、２０ｂ，２０ｃ  電流端子、２０ｄ，２０ｅ  電圧端子、２１  定電流源、２２  差動増幅器、３０  故障検出器、３１  減算器、３２，３３  比較器、３４  ＯＲゲート、３５  ＡＮＤゲート、Ｑ１，Ｑ２  ＩＧＢＴ、Ｄ１，Ｄ２  ダイオード、５１  ＡＣ／ＤＣ変換器、５２  バッテリ、６１  無停電電源装置、Ｔ１  交流入力端子、Ｔ２  バイパス入力端子、Ｔ３  バッテリ端子、Ｔ４  交流出力端子、６２，６８，７４  電磁接触器、６３，７１，ＣＴ１，ＣＴ２  電流検出器、６４，６９，７３  コンデンサ、６５，７２  リアクトル、６６  コンバータ、６７  双方向チョッパ、７０  インバータ、ＤＬ１  直流ライン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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