(57)【要約】【課題】交流入力が異常になったときでも完全に無瞬断の電力を負荷に供給することができ、また、安全性および効率が高く、安価な無停電電源装置を提供すること。【解決手段】交流入力の電圧が許容範囲内のとき、第１のトランス11の第１の入力巻線と出力巻線を通して負荷に電力を供給する。直列インバータ14および第２のトランス13は、負荷に印加される電圧を安定化する。蓄電デバイス16は、並列コンバータ15の直流出力で充電される。交流入力の電圧が許容範囲内でなくなったとき、第１のスイッチ12をオフにし、蓄電デバイス16の電力を並列コンバータ15、第１のトランス11の第２の入力巻線と出力巻線を通して負荷に供給する。直列インバータ14および第２のトランス13は、負荷へ印加される電圧を安定化するとともに、負荷に供給される電力の不足分を補償する。並列コンバータ15から第１のスイッチ12へ流れる過電流は、漏れインダクタンス１，２により抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の鉄心に配置された第１の入力巻線、第２の入力巻線および出力巻線を有し、第１の入力巻線と出力巻線との間および第２の入力巻線と出力巻線との間にそれぞれ第１の漏れインダクタンスおよび第２の漏れインダクタンスが意図的に設けられた第１のトランスと、
交流入力と前記第１のトランスの第１の入力巻線との間に設けられた第１のスイッチと、
１次巻線と２次巻線を備え、１次巻線が前記第１のトランスの出力巻線と負荷との間に直列に接続された第２のトランスと、
前記第２のトランスの２次巻線に接続された第１の電力変換器と、
前記第１のトランスの第２の入力巻線にＬＣフィルタを介して接続され、双方向に電力を制御する第２の電力変換器と、
前記第１の電力変換器の直流側と前記第２の電力変換器の直流側の双方に接続された蓄電デバイスと、
交流入力の電圧が許容範囲内にあるか否かを検出する検出手段を備え、
交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、前記第１のスイッチをオンにして、交流入力の電力を前記第１のトランスの第１の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、交流入力の電力を前記第１のトランスの第１の入力巻線、出力巻線および第２の入力巻線を通して前記第２の電力変換器に供給し、該第２の電力変換器の直流出力により前記蓄電デバイスを充電し、
交流入力の電圧が許容範囲内でなくなったとき、前記第１のスイッチをオフにし、前記蓄電デバイスの電力を前記第２の電力変換器、前記ＬＣフィルタ、前記第１のトランスの第２の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および前記第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、負荷に供給される電力の不足分を補償し、このとき前記第２の電力変換器から前記第１のトランスを通して前記第１のスイッチへ流れる過電流を前記第１および第２の漏れインダクタンスにより抑制し、
それにより過電流が流れるのを抑制しつつ無瞬断の電力を負荷に供給することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記第２の電力変換器は、交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、交流入力により前記第１のトランスの第２に入力巻線に印加されている電圧の振幅値と同じ振幅値で、その位相より遅れた位相の交流電圧を前記第１のトランスの第２の入力巻線に印加することを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記第１のトランスの第１の漏れインダクタンスのリアクタンス値と第２の漏れインダクタンスのリアクタンス値とが同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記第１のトランスは、第１の入力巻線と出力巻線と第２の入力巻線が上下に配置され、第１の入力巻線と出力巻線との間、出力巻線と第２の入力巻線との間にそれぞれパスコアが挿入された構造を有し、パスコアの挿入により第１および第２の漏れインダクタンスが実現されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１つに記載の無停電電源装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１つに記載の無停電電源装置が３個用いられ、それらの第１のトランスがΔ―Ｙ結線、Δ―Δ結線、Ｙ−Δ結線あるいはＹ−Ｙ結線されて、３相機が構成されていることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項６】
同一の鉄心に配置された第１の入力巻線、第２の入力巻線および出力巻線を有し、第１の入力巻線と出力巻線との間および第２の入力巻線と出力巻線との間にそれぞれ第１の漏れインダクタンスおよび第２の漏れインダクタンスが意図的に設けられた第１のトランスと、
交流入力と前記第１のトランスの第１の入力巻線との間に設けられた第１のスイッチと、
１次巻線と２次巻線を備え、１次巻線が前記第１のトランスの出力巻線と負荷との間に直列に接続された第２のトランスと、
前記第２のトランスの２次巻線に接続された第１の電力変換器と、
前記第１のトランスの第２の入力巻線にＬＣフィルタを介して接続され、片方向の電力を制御する第２の電力変換器と、
前記第１の電力変換器の直流側と前記第２の電力変換器の直流側の双方に接続された蓄電デバイスと、
前記交流入力と前記蓄電デバイスとの間に接続された充電器と、
交流入力の電圧が許容範囲内にあるか否かを検出する検出手段を備え、
交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、前記第１のスイッチをオンにして、交流入力の電力を前記第１のトランスの第１の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、前記充電器によって前記蓄電デバイスを充電し、
交流入力の電圧が許容範囲内でなくなったとき、前記第１のスイッチをオフにし、前記蓄電デバイスの電力を前記第２の電力変換器、前記ＬＣフィルタ、前記第１のトランスの第２の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および前記第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、負荷に供給される電力の不足分を補償し、このとき前記第２の電力変換器から前記第１のトランスを通して前記第１のスイッチへ流れる過電流を前記第１および第２の漏れインダクタンスにより抑制し、
それにより過電流が流れるのを抑制しつつ無瞬断の電力を負荷に供給することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項７】
前記第２の電力変換器は、交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、交流入力により前記第１のトランスの第２に入力巻線に印加されている電圧の振幅値と同じ振幅値で、その位相と同じ位相の交流電圧を前記第１のトランスの第２の入力巻線に印加することを特徴とする請求項６に記載の無停電電源装置。
【請求項８】
前記第１のトランスの第１の漏れインダクタンスのリアクタンス値と第２の漏れインダクタンスのリアクタンス値とが同じであることを特徴とする請求項６または７に記載の無停電電源装置。
【請求項９】
前記第１のトランスは、第１の入力巻線と出力巻線と第２の入力巻線が上下に配置され、第１の入力巻線と出力巻線との間、出力巻線と第２の入力巻線との間にそれぞれパスコアが挿入された構造を有し、パスコアの挿入により第１および第２の漏れインダクタンスが実現されていることを特徴とする請求項６ないし８の何れか１つに記載の無停電電源装置。
【請求項１０】
請求項６ないし９の何れか１つに記載の無停電電源装置が３個用いられ、それらの第１のトランスがΔ―Ｙ結線、Δ―Δ結線、Ｙ−Δ結線あるいはＹ−Ｙ結線されて、３相機が構成されていることを特徴とする無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置に関し、特に、交流入力が変動した場合でも直列インバータにより負荷に安定した電力を供給し、交流入力の停電や瞬低が発生した場合には並列コンバータにより蓄電デバイスの電力を負荷に供給する無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
交流電源が正常である場合には交流電源から負荷に電力を供給し、交流電源に停電や瞬低などの異常が発生した場合には蓄電池に蓄積されている電力を負荷に供給する無停電電源装置が知られている。
【０００３】
図１７は、特許文献１に記載された無停電電源装置を示すブロック図である。
【０００４】
この無停電電源装置30では、交流電源からの交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき(交流入力が正常であるとき)、第１のスイッチ(逆並列接続された一対のサイリスタ)171をオンにし、第２のスイッチ(逆並列接続された一対のサイリスタ)172をオフにする。これにより、交流入力の電力は、第１のスイッチ171、第１のトランス173の第１系統の入力巻線および出力巻線、第２のトランス174の１次巻線を通して負荷に供給される。直列インバータ177および第２のトランス174は、負荷に印加される電圧を安定化する。
【０００５】
また、このとき、交流入力の電力は、第１のトランス173の第１系統の入力巻線、第１系統の入力巻線と第２系統の入力巻線との間の漏れインダクタンスおよび第２系統の入力巻線を通して並列インバータ175に供給される。並列インバータ175は、交流入力と同期動作して直流出力を生成し、蓄電デバイス176を充電する。
【０００６】
交流入力の電圧が許容範囲内でなくなったとき(交流入力が異常になったとき)、その異常を検出して第１のスイッチ171がオフにし、第２のスイッチ172をオンにする。このとき、並列コンバータ175は、交流入力との同期動作から自走周波数(５０もしくは６０Ｈｚの固定周波数)でのバックアップ動作に切り替わり、蓄電デバイス176の電力を交流電力に変換する。この交流電力は、第１のトランス173の第２系統の入力巻線および出力巻線、さらに第２のスイッチ172の１次巻線を通して負荷へ供給される。
【０００７】
また、このとき、直列インバータ177をオフにして第２のトランス174の２次巻線を開放する。第２のトランス174の２次巻線の開放により、第２のトランス174の１次巻線がインピーダンスを持つようになるので、並列コンバータ175から第１のトランス173の第２系統、第２のスイッチ172および給電ラインを通して交流入力側へ流れる短絡電流は抑制される。
【０００８】
また、このとき、並列インバータ175から交流電圧が第１のトランス173の第２系統の入力巻線と第１系統の入力巻線を通して第１のスイッチ171に印加されるが、それにより第１のスイッチ171に流れる短絡電流は、第１のトランス173の第１系統の入力巻線と第２系統の入力巻線との間の漏れインダクタンスにより抑制される。
【０００９】
以上のように、特許文献１の無停電電源装置によれば、交流入力が異常になったときでも、第１のスイッチ171に流れる過電流を抑制しつつ無停電の電力を負荷に供給することができる。
【００１０】
図１８は、特許文献２に記載された無停電電源装置を示すブロック図である。
【００１１】
この無停電電源装置40は、ＡＣスイッチ(逆並列接続された一対のサイリスタ)181、入力リアクトル182、トランス183、直列インバータ184、並列コンバータ185、および蓄電池186を備える。
【００１２】
この無停電電源装置40では、交流入力の電圧が許容範囲内であるとき、ＡＣスイッチ181の一対のサイリスタは、入力電圧の極性に応じて交互に導通状態となる。これにより、交流入力の電力は、ＡＣスイッチ181、入力リアクトル182およびトランス183の１次巻線を通して負荷に供給される。このとき、直列インバータ184は、トランス183の１次巻線に補正電圧を生起して、負荷に印加される電圧を安定化する。
【００１３】
また、このとき、並列コンバータ185は、交流入力を直流出力に変換し、蓄電池186を充電する。また、並列コンバータ185は、入力力率、つまり入力電圧と入力電流(入力リアクトル182に流れる電流)の力率が１になるように制御する。ただし、力率は必ずしも１である必要はなく、オン制御されているサイリスタを流れる電流が零となった時点でサイリスタが自動的にオフ状態になることを回避できる程度の力率であればよいとされている。
【００１４】
交流入力の電圧が低下し、導通しているサイリスタが逆バイアス状態となると、そのサイリスタは自動的に遮断状態になる。これにより、双方のサイリスタは遮断状態になるので、交流入力は給電ラインから切り離される。このとき、直列インバータ184は、蓄電池186をエネルギー源として交流電力を生成し、トランス183を通して負荷に供給する。
【００１５】
交流入力の電圧がさらに低下して許容範囲内でなくなると、並列コンバータ185は、蓄電池186の電力を交流電力に変換してバックアップ動作を行う。このとき、ＡＣスイッチ181のサイリスタは遮断状態であるので、並列コンバータ185から交流入力側へ流れる短絡電流は抑制される。また、入力リアクトル182が挿入されているので、ＡＣスイッチ181のサイリスタが自動的に遮断状態になるまでの間の短絡電流も抑制される。なお、交流入力の電圧の低下によりＡＣスイッチ181のサイリスタが自動的に遮断状態になるので、入力リアクトル182の値は小さくてよいとされている。
【００１６】
以上のように、特許文献２に記載された無停電電源装置によれば、交流入力の電圧が低下したとき、蓄電池186から直列インバータ184を通して交流電力を負荷に供給し、交流入力の電圧がさらに低下したとき、蓄電池186から並列コンバータ145を通して交流電力を負荷に供給するので、無停電の電力を負荷に供給することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】特開２０１７−２８７８９号公報（特許第６０５１２７４号）
【特許文献２】特開２００３−２５９５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
特許文献１に記載された無停電電源装置30では、交流入力が異常になったとき、その異常を検出して第２のスイッチ172をオンすることで、バックアップ動作による負荷への給電が開始されるので、その給電が開始されるまでに、交流入力の異常の検出に要する時間および第２のスイッチ172がオンするのに要する時間が必要となる。これにより、交流入力が異常になったとき、負荷への給電に数ミリ秒の瞬断が生じ、負荷によっては、その瞬断によって動作を停止してしまう恐れがある。
【００１９】
交流入力の異常を高速に検出することにより給電の瞬断を短くすることができるが、その瞬断を完全になくすことはできない。また、交流入力の異常を高速に検出しようとすると、誤検出の可能性が大きくなる。
【００２０】
特許文献２に記載された無停電電源装置40では、ＡＣスイッチ181のサイリスタが遮断状態になるまでの間に、交流入力側へ流れる短絡電流を入力リアクトル182で抑制するので、そのリアクタンス値を大きくする必要がある。また、入力リアクトル182は、交流入力の給電ライン上に挿入されており、交流入力が正常であるとき、交流入力は、入力リアクトル182を通して負荷に供給されるので、それによる損失で効率が低下するという課題がある。
【００２１】
また、交流入力の電圧が低下したとき、蓄電池186から直列インバータ184を通して負荷への全電力を供給するので、直列インバータ184を大型にする必要がある。また、交流入力の電圧が低下したとき、交流入力が自動的に給電ラインから切り離されるので、蓄電池186に蓄積されているエネルギーがゼロになって、負荷への給電が停止されてしまう恐れがある。さらに、交流入力側、交流出力側および直流側が絶縁されていないので、漏洩電流による感電や直流分流出による機器損傷の危険性がある。これらの課題については、特許文献１で具体的に説明されている。
【００２２】
本発明の目的は、上記課題を解決し、交流入力が異常になったときでも完全に無瞬断の電力を負荷に供給することができ、また、安全性および効率が高く、安価な無停電電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記課題を解決するため、本発明の無停電電源装置は、同一の鉄心に配置された第１の入力巻線、第２の入力巻線および出力巻線を有し、第１の入力巻線と出力巻線との間および第２の入力巻線と出力巻線との間にそれぞれ第１の漏れインダクタンスおよび第２の漏れインダクタンスが意図的に設けられた第１のトランスと、交流入力と前記第１のトランスの第１の入力巻線との間に設けられた第１のスイッチと、１次巻線と２次巻線を備え、１次巻線が前記第１のトランスの出力巻線と負荷との間に直列に接続された第２のトランスと、前記第２のトランスの２次巻線に接続された第１の電力変換器と、前記第１のトランスの第２の入力巻線にＬＣフィルタを介して接続され、双方向に電力を制御する第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器の直流側と前記第２の電力変換器の直流側の双方に接続された蓄電デバイスと、交流入力の電圧が許容範囲内にあるか否かを検出する検出手段を備え、交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、前記第１のスイッチをオンにして、交流入力の電力を前記第１のトランスの第１の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、交流入力の電力を前記第１のトランスの第１の入力巻線、出力巻線および第２の入力巻線を通して前記第２の電力変換器に供給し、該第２の電力変換器の直流出力により前記蓄電デバイスを充電し、交流入力の電圧が許容範囲内でなくなったとき、前記第１のスイッチをオフにし、前記蓄電デバイスの電力を前記第２の電力変換器、前記ＬＣフィルタ、前記第１のトランスの第２の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および前記第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、負荷に供給される電力の不足分を補償し、このとき前記第２の電力変換器から前記第１のトランスを通して前記第１のスイッチへ流れる過電流を前記第１および第２の漏れインダクタンスにより抑制し、それにより過電流が流れるのを抑制しつつ無瞬断の電力を負荷に供給することを特徴としている。
【００２４】
また、本発明の無停電電源装置は、同一の鉄心に配置された第１の入力巻線、第２の入力巻線および出力巻線を有し、第１の入力巻線と出力巻線との間および第２の入力巻線と出力巻線との間にそれぞれ第１の漏れインダクタンスおよび第２の漏れインダクタンスが意図的に設けられた第１のトランスと、交流入力と前記第１のトランスの第１の入力巻線との間に設けられた第１のスイッチと、１次巻線と２次巻線を備え、１次巻線が前記第１のトランスの出力巻線と負荷との間に直列に接続された第２のトランスと、前記第２のトランスの２次巻線に接続された第１の電力変換器と、前記第１のトランスの第２の入力巻線にＬＣフィルタを介して接続され、片方向の電力を制御する第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器の直流側と前記第２の電力変換器の直流側の双方に接続された蓄電デバイスと、前記交流入力と前記蓄電デバイスとの間に接続された充電器と、交流入力の電圧が許容範囲内にあるか否かを検出する検出手段を備え、交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、前記第１のスイッチをオンにして、交流入力の電力を前記第１のトランスの第１の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、前記充電器によって前記蓄電デバイスを充電し、交流入力の電圧が許容範囲内でなくなったとき、前記第１のスイッチをオフにし、前記蓄電デバイスの電力を前記第２の電力変換器、前記ＬＣフィルタ、前記第１のトランスの第２の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および前記第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、負荷に供給される電力の不足分を補償し、このとき前記第２の電力変換器から前記第１のトランスを通して前記第１のスイッチへ流れる過電流を前記第１および第２の漏れインダクタンスにより抑制し、それにより過電流が流れるのを抑制しつつ無瞬断の電力を負荷に供給することを特徴としている。
【００２５】
ここで、第２の電力変換器が、交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、交流入力により前記第１のトランスの第１の入力巻線に印加されている電圧の振幅値と同じ振幅値で、その位相より遅れた位相の交流電圧を前記第１のトランスの第２の入力巻線に印加することが好ましい。
【００２６】
また、第１のトランスの第１の漏れインダクタンスのリアクタンス値と第２の漏れインダクタンスのリアクタンス値とが同じであることも好ましい。
【００２７】
また、第１のトランスは、第１の入力巻線と出力巻線と第２の入力巻線が上下に配置され、第１の入力巻線と出力巻線との間、出力巻線と第２の入力巻線との間にそれぞれパスコアが挿入された構造を有し、パスコアの挿入により第１および第２の漏れインダクタンスが実現されていることも好ましい。
【００２８】
さらに、上記の無停電電源装置を３個用い、それらの第１のトランスをΔ―Ｙ結線、Δ―Δ結線、Ｙ−Δ結線あるいはＹ−Ｙ結線して３相機を構成することも好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の無停電電源装置では、特許文献１の無停電電源装置が必要としている第２のスイッチを用いることなくバックアップ動作に切り替えるので、交流入力が異常になってからバックアップ動作で負荷への給電が開始されるまでに、第２のスイッチがオンするのに要する時間を必要としない。また、交流入力が異常になっても、蓄電デバイスからの交流電力を継続的に負荷に供給することができる。これにより、完全に無瞬断の電力を負荷に供給することができるので、交流入力が異常になったときの給電の瞬断により負荷が停止する恐れをなくすことができる。
【００３０】
また、第１のトランスは、第１の入力巻線、第２の入力巻線および出力巻線を同一の鉄心に配置した構造であり、蓄電デバイスの充電時およびバックアップ動作時において、１台のトランスだけを通して負荷に電力が供給されるので、第１系統と第２系統のそれぞれの絶縁トランスを通して負荷に電力を供給する無停電電源装置(特許文献１)より効率を高めることができる。
【００３１】
また、第１の入力巻線側(交流入力側)、出力巻線側(交流出力側)および第２の入力巻線側(直流側)は、第１のトランスによりそれぞれ絶縁されているので、感電や直流分流出による機器損傷などの危険性をなくすことができる。したがって、安全性および効率を高くすることができるとともに、安価にすることができる。
【００３２】
また、第１の漏れインダクタンスのリアクタンス値と第２の漏れインダクタンスのリアクタンス値を同じすれば、給電ラインに挿入される第１の漏れインダクタンスのリアクタンス値は、特許文献２における入力リアクトルのリアクタンス値の１／２でよいので、交流入力から負荷への給電の効率を高めることができる。また、直列インバータは、蓄電デバイスから負荷へ全電力を供給しなくてよいので、大型にする必要がない。
【００３３】
さらに、バックアップ動作に切り替わるときに第１のスイッチに流れる過電流は、第１の漏れインダクタンスと第２の漏れインダクタンスの双方により抑制されるので、その過電流を効果的に抑制することができ、また、並列コンバータは、大きな短絡電流に耐えるように考慮する必要がなく、小型のものでよい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明に係る無停電電源装置の第１の基本構成を示すブロック図である。
【図２】交流入力の電圧が許容範囲内で低下したときのパワーフローを示す図である。
【図３】蓄電デバイスが満充電状態でない場合に交流入力の電圧が許容範囲内で上昇したときのパワーフローを示す図である。
【図４】蓄電デバイスが満充電状態である場合に交流入力の電圧が許容範囲内で上昇したときのパワーフローを示す図である。
【図５】第１の基本構成において第１のトランスの第１の入力巻線および第２の入力巻線に印加される電圧を示す図である。
【図６】交流入力の電圧が異常になったときのバックアップ動作切り替え前のパワーフローを示す図である。
【図７】交流入力の電圧が異常になったときのバックアップ動作切り替え直後のパワーフローを示す図である。
【図８】図１の無停電電源装置を具現化した実施形態を示すブロック図である。
【図９】交流入力の電圧が正常であるときの直列インバータ制御部による制御の一例を示すブロック図である。
【図１０】交流入力の電圧が正常であるときの並列コンバータ制御部による制御の一例を示すブロック図である。
【図１１】交流入力の電圧が異常になったときの並列コンバータ制御部による制御の一例を示すブロック図である。
【図１２】本発明に係る無停電電源装置の第２の基本構成を示すブロック図である。
【図１３】第２の基本構成において第１のトランスの第１の入力巻線および第２の入力巻線に印加される電圧を示す図である。
【図１４】図１２の無停電電源装置を具現化した実施形態を示すブロック図である。
【図１５】本発明の無停電電源装置を３相機とした場合の実施形態を示す。
【図１６】第１のトランスの具体的構成の例を示す図である。
【図１７】特許文献１に記載された無停電電源装置を示すブロック図である。
【図１８】特許文献１に記載された無停電電源装置を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して本発明を説明する。
【００３６】
図１は、本発明に係る無停電電源装置の第１の基本構成を示すブロック図である。
【００３７】
この無停電電源装置10は、第１のトランス11、第１のスイッチ12、第２のトランス13、直列インバータ(第１の電力変換器)14、並列コンバータ(第２の電力変換器)15、蓄電デバイス16、ＬＣフィルタ17、および交流入力の電圧が正常であるか異常であるかを検出する検出手段(図示せず)を備える。
【００３８】
第１のトランス11は、第１の入力巻線と第２の入力巻線と１つの出力巻線を同一の鉄心に配置することにより構成され、第１の入力巻線と出力巻線との間および第２の入力巻線と出力巻線との間にそれぞれ意図的に漏れインダクタンス１，２が設けられている。第１のトランス11の具体的構成については、後で説明する。
【００３９】
第１のスイッチ12は、逆並列接続された一対のサイリスタからなり、交流入力と第１のトランス11の第１の入力巻線との間に設けられる。この第１のスイッチ12は、交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、すなわち、交流入力の電圧が正常であるとき、オンにされ、交流入力の電圧が許容範囲内になくなると、すなわち、交流入力の電圧が異常になると、オフにされる。
【００４０】
第２のトランス13は、１次巻線と２次巻線を有し、１次巻線は、第１のトランス11の出力巻線と負荷(交流出力側)との間に直列に接続され、２次巻線は、直列インバータの交流側に接続される。
【００４１】
直列インバータ14は、交流側が第２のトランス14の２次巻線に接続され、直流側が蓄電デバイス16に接続される。
【００４２】
並列コンバータ15は、交流側がＬＣフィルタ17を通して第１のトランス11の第２の入力巻線に接続され、直流側が蓄電デバイス16に接続される。並列コンバータ15は、双方向に電力を制御することができる。
【００４３】
蓄電デバイス16は、直列インバータ14の直流側と並列コンバータ15の直流側の双方に接続され、バックアップ動作時のエネルギー源となる。
【００４４】
ＬＣフィルタ17は、並列コンバータ15の交流側と第１のトランス11の第２入力巻線との間に接続される。
【００４５】
交流入力の電圧が正常であるか異常であるかを検出する検出手段は、交流入力の電圧が異常であるか否かを検出する。
【００４６】
次に、図１の無停電電源装置の動作を説明する。
【００４７】
交流入力の電圧が正常であるとき、第１のスイッチ12をオンにする。これにより、交流入力の電力は、第１のスイッチ12、第１のトランス11の第１の入力巻線と出力巻線、および第２のトランス13の１次巻線を通して負荷に供給される。このとき、直列インバータ14は、第２のトランス13の１次巻線に生起される電圧を制御して、負荷に印加される電圧を安定化する。
【００４８】
また、このとき、交流入力の電力は、第１のトランス11の第１の入力巻線と出力巻線と第２の入力巻線、およびＬＣフィルタ17を通して並列コンバータ15に供給される。並列コンバータ15は、直流出力を生成し、蓄電デバイス16を充電する。
【００４９】
図２は、交流入力の電圧が許容範囲内で低下したときのパワーフローを示す図である。
【００５０】
交流入力の電圧が許容範囲内で低下しても、第１のスイッチ12をオンである。したがって、交流入力の電力は、第１のスイッチ12、第１のトランス11の第１の入力巻線と出力巻線、および第２のトランス13の１次巻線を通して負荷に供給される。このとき、直列インバータ14は、並列コンバータ15の直流出力をエネルギー源として、負荷に印加される電圧の低下分を第２のトランス13を通して加算して、負荷に印加される電圧を安定化し、また、負荷に供給される電力の低下分を補償する。
【００５１】
また、このとき、交流入力の電力は、第１のトランス11の第１の入力巻線と出力巻線と第２の入力巻線、およびＬＣフィルタ17を通して並列コンバータ15に供給される。並列コンバータ15は、直流出力を生成し、蓄電デバイス16を充電する。
【００５２】
図３および図４は、交流入力の電圧が許容範囲内で上昇したときのパワーフローを示す図である。なお、図３は、蓄電デバイス16が満充電状態でない場合であり、図４は、蓄電デバイス16が満充電状態である場合である。
【００５３】
交流入力の電圧が許容範囲内で上昇しても、第１のスイッチ12をオンである。蓄電デバイス16が満充電状態でない場合、図３に示すように、交流入力の電力は、第１のスイッチ12、第１のトランス11の第１の入力巻線と出力巻線、および第２のトランス13の１次巻線を通して負荷に供給される。このとき、直列インバータ14は、交流入力の電圧の上昇分を第２のトランス13から吸収して負荷に印加される電圧を安定化し、また、負荷に供給される電力の増加分を直流出力に変換する。これにより生成された直流電力は、蓄電デバイス16を充電するために使用される。
【００５４】
また、このとき、交流入力の電力は、第１のトランス11の第１の入力巻線と出力巻線と第２の入力巻線、およびＬＣフィルタ17を通して並列コンバータ15に供給される。並列コンバータ15は、直流出力を生成し、蓄電デバイス16を充電する。
【００５５】
蓄電デバイス16が満充電状態である場合には、図４に示すように、直列インバータ14は、交流入力の電圧の上昇分を第２のトランス13から吸収して負荷に印加される電圧を安定化し、また、負荷に供給される電力の増加分を直流出力に変換する。これにより生成された直流出力は、並列コンバータ15によって交流出力に変換され、交流入力側へ回生される。
【００５６】
交流入力が正常であるとき、第１のトランス11の第１の入力巻線には交流入力の電圧が印加されている。このとき、並列コンバータ15は、双方向に電力を制御し、ＬＣフィルタ17のコンデンサの電圧の振幅値を第１の入力巻線に印加されている電圧の振幅値と等しくするように、電圧制御モードで動作する。これにより、並列コンバータ15からＬＣフィルタ17を通して、第１の入力巻線に印加されている電圧の振幅値と等しい振幅値の電圧が第１のトランス11の第２の入力巻線に印加される。このように２つの電圧源が結合されている場合、進んでいる電圧側から遅れている電圧側へ有効電力が流れ、両者の電圧の振幅値に違いがあれば、両電圧源間に無効電力が流れる。
【００５７】
このとき、並列コンバータ15を交流入力と同期動作させ、また、図５に示すように、並列コンバータ15からＬＣフィルタ17を通して第１のトランス11の第２の入力巻線に印加された電圧の位相を、第１の入力巻線に印加されている電圧の位相より遅らせるように、並列コンバータ15を位相制御する。これにより、蓄電デバイス16を定電圧・定電流充電することができる。
【００５８】
図６および図７は、交流入力の電圧が異常になったときのバックアップ動作切り替え前後のパワーフローを示す図である。
【００５９】
図６は、交流入力の電圧が異常になったときのバックアップ動作切り替え前のパワーフローを示す図である。図６には、第１のトランス11の第１の入力巻線と第２の入力巻線と出力巻線の電圧も図示している。なお、ここでは、交流入力から負荷への給電と蓄電デバイス16の充電のフローだけを示している。
【００６０】
交流入力の電圧が異常になる前、交流入力の電力は、第１のトランス11の第１の入力巻線、出力巻線、および第２のトランス13の一次巻線を通して負荷に供給されている。また、交流入力の電力は、第１のトランス11の第１の入力巻線、出力巻線、第２の入力巻線およびＬＣリアクトル17を通して並列コンバータ15に供給されている。並列コンバータ15は、直流出力を生成し、蓄電デバイス16を充電している。
【００６１】
このとき、交流入力の電圧は、第１のトランス11の第１の入力巻線に印加されており、並列コンバータ15から、第１のトランス11の第１の入力巻線に印加されている電圧の位相より遅れた位相の電圧が第２の入力巻線に印加されるので、蓄電デバイス16は定電圧・定電流充電される。
【００６２】
図７は、交流入力の電圧が異常になったときのバックアップ動作切り替え直後のパワーフローを示す図である。図７には、第１のトランス11の第２の入力巻線と出力巻線の電圧も図示している。なお、ここでは、蓄電デバイス16から負荷への給電のフローだけを示している。
【００６３】
交流入力に短絡などが発生して交流入力の電圧が異常になったとき、その異常を検出して第１のスイッチ12をオフにする。このとき、並列コンバータ15は、交流入力との同期動作から自走周波数(５０もしくは６０Ｈｚの固定周波数)でのバックアップ動作に切り替わる。
【００６４】
このとき、第１のスイッチ12にオフ信号が与えられてから第１のスイッチ12が実際にオフするまでの期間、並列コンバータ15から第１のトランス11の第２の入力巻線に印加された電圧は、漏れインダクタンス１，２のリアクタンス値によって按分され、漏れインダクタンス１，２のリアクタンス値が等しければ、その電圧の１／２の電圧に応じた電圧が出力巻線に生起される。このとき、直列インバータ14は、常時動作しており、その瞬時の動作により残りの１／２の電圧を補償するので、負荷に印加される電圧は、定格電圧に維持される。
【００６５】
また、その期間に、並列コンバータ15から第１のトランス11の第２の入力巻線、出力巻線および第１の入力巻線を通して第１のスイッチ12へ流れる過電流は、漏れインダクタンス１，２により抑制される。
【００６６】
第１のスイッチ11が実際にオフになれば、並列コンバータ15から第１のトランス11の第２の入力巻線に印加された電圧に応じた電圧が出力巻線に生起される。
【００６７】
以上のように、上記の一連の動作により、交流入力の電圧が異常になっても、その前後を通して、並列コンバータ15から第１のトランス11の第２の入力巻線に交流電圧が印加され、また、負荷に印加される電圧が低下しても、直列インバータ14がそれを補償するので、負荷には定格電圧が維持された完全に無瞬断の電力を供給することができる。
【００６８】
また、並列コンバータ15から第１のトランス11の第２の入力巻線、出力巻線および第１の入力巻線を通して第１のスイッチ12へ流れる過電流は、第１の入力巻線の電圧がゼロになっても、漏れインダクタンス１，２により抑制される。なお、過電流が流れようとする期間は、第１のスイッチ12にオフ信号が与えられてから、それが実際にオフするまでである。
【００６９】
本発明の第１の基本構成においては、交流入力の電圧が正常であるとき、交流入力の電力は、第１のトランス11の第１の入力巻線と出力巻線を通して負荷に供給されるが、このときの給電ラインには、漏れインダクタンス１が介在するが、漏れインダクタンス２は介在しない。一方、バックアップ動作への切り替え時に、並列コンバータ15から第１のトランス11の第２の入力巻線、出力巻線および第１の入力巻線を通して第１のスイッチ12へ流れる過電流は、漏れインダクタンス１と漏れインダクタンス２の双方により抑制される。漏れインダクタンス１，２のリアクタンス値が同じである場合、そのリアクタンス値は、特許文献２の入力リアクトルのリアクタンス値の１／２でよい。したがって、交流入力の電圧が正常であるときの給電ラインにおける電圧降下を小さくすることができ、電力損失を小さくすることができる。
【００７０】
図８は、図１の無停電電源装置10を具現化した実施形態を示すブロック図である。図８において、図１と同一あるいは同等部分には同じ符号を付し、その説明は省略する。
【００７１】
交流入力の電圧が正常であるとき、第１のスイッチ12のサイリスタのゲートにオン信号を与えて、それを導通状態にする。これにより、交流入力の電力は、第１のトランス11の第１の入力巻線と出力巻線、および第２のトランス13の１次巻線を通して負荷に供給される。
【００７２】
直列インバータ14は、負荷電圧検出器82の負荷電圧検出値Ｖoを入力とする直列インバータ制御部81により、負荷電圧検出値Ｖoが直列インバータ出力電圧指示値となるように、フィードバック制御される。
【００７３】
図９は、交流入力の電圧が正常であるときの直列インバータ制御部81による制御の一例を示すブロック図である。
【００７４】
交流入力の電圧が正常であるとき、直列インバータ制御部81は、負荷電圧検出値Ｖoと直列インバータ出力電圧指示値Ｖorefの差分を算出し、その差分によりＰＷＭ制御部91を制御する。
【００７５】
ＰＷＭ制御部91は、直列インバータ出力電圧指示値Ｖorefより負荷電圧検出値Ｖoが低い場合、その不足分の電圧を第２のトランス13が加算し、直列インバータ出力電圧指示値Ｖorefより負荷電圧検出値Ｖoが高い場合は、その過剰分の電圧を第２のトランス13が減算するようなパルス変調信号を生成し、直列インバータ14を駆動する。これにより、負荷に印加される電圧が安定化される。
【００７６】
図８に戻って、並列コンバータ制御部83は、交流入力1電圧検出器84の交流入力１電圧検出値Ｖi1、交流入力２電圧検出器85の交流入力２電圧検出値Ｖi2、直流電流検出器86の直流電流検出値Ｉdc、直流電圧検出器87の直流電圧検出値Ｖdc、および並列コンバータ交流出力電圧検出器89の並列コンバータ交流出力電圧検出値Ｖacを入力として、並列コンバータ15を制御する。
【００７７】
図１０は、交流入力の電圧が正常であるときの並列コンバータ制御部83による制御の一例を示すブロック図である。
【００７８】
交流入力の電圧が正常であるか否かを交流入力1電圧検出器84の交流入力１電圧検出値Ｖi1により検出する。したがって、並列コンバータ制御部83は、交流入力の電圧が正常であるか異常であるかを検出する検出手段としても機能する。
【００７９】
交流入力の電圧が正常であるとき、並列コンバータ15は、蓄電デバイス16を定電流・定電圧充電する。この定電流・定電圧充電は、交流入力の電圧を検出し、その検出値をＰＬＬに与えてＰＬＬ内部の基準正弦波が交流入力の電圧に同期するようにし、さらに、ＰＬＬに位相スライド指示値を与えて基準正弦波の位相を制御することにより実現することができる。
【００８０】
並列コンバータ15は、交流入力の電圧と同期をとりながら出力する交流電圧の位相を制御する。このとき、交流入力の電圧は、第１のトランス11の第１の入力巻線に印加されており、並列コンバータ15から第１のトランス11の第２の入力巻線に交流電圧が印加される。これにより、蓄電デバイス16が定電圧・定電流充電される。
【００８１】
具体的には、交流入力2電圧検出値Ｖi2をＰＬＬ101に入力する。ＰＬＬ101は、ＰＬＬ内部の基準正弦波を交流入力2電圧Ｖi2に同期させる。また、直流電流検出器86の直流電流検出値Ｉdcと充電電流指示値Ｉdcrefの差分を増幅した値と直流電圧検出器87の直流電圧検出値Ｖdcと充電電圧指示値Ｖdcfefの差分を増幅した値とを比較して小さい方の値を選択し、選択した値を位相スライド指示値としてＰＬＬ101に与える。
【００８２】
例えば、直流電流の検出値と充電電流指示値との差分を増幅した値と直流電圧の検出値と充電電圧の指示値との差分を増幅した値の論理和(OR)求め、蓄電デバイス16の直流電圧が指示値よりも低く、蓄電デバイス16へ流れる直流電流が大きい場合には、直流電流の検出値と充電電流の指示値の差分を位相スライド指示値として選択し、蓄電デバイス16の充電電圧が指示値よりも高く、蓄電デバイス16へ流れる電流が小さい場合は、直流電圧の検出値と充電電圧の指示値の差分をスライド指示値として選択する。
【００８３】
ＰＬＬ101は、交流入力の電圧と同期した基準正弦波の位相をスライド指示値により制御する。これにより、ＰＬＬ101から交流入力の電圧と同期し、かつスライド指示値で指示された位相の基準正弦波が出力される。
【００８４】
また、並列コンバータ制御部83は、並列コンバータ15の出力電圧の実効値が交流入力の電圧の実効値となるように、並列コンバータ15を駆動する。この駆動のために、交流入力２電圧検出値Ｖi2および並列コンバータ出力電圧検出値Ｖacをそれぞれ実行値演算器102,103に入力してそれらの実効値を算出する。そして、交流入力2電圧検出値Ｖi2の実効値と並列コンバータ出力電圧検出値Ｖacの実行値の差分を増幅して乗算器104に入力し、ＰＬＬ101から出力された基準正弦波と乗算する。ＰＷＭ制御部105は、乗算器104の出力を入力としてパルス変調信号を生成し、並列コンバータ15を駆動する。
【００８５】
以上のようにして生成されたパルス変調信号で駆動される並列コンバータ15からの交流電圧を第１のトランス11の第２の入力巻線に印加することにより、蓄電デバイス16を定電圧・定電流充電することができる。また、交流入力の電圧が正常であるとき、並列コンバータ15の交流電圧の実効値は、交流入力の電圧の実効値に追従するので、交流入力の電圧が低下しても、第１のスイッチ12へ流れる短絡電流は抑制される。
【００８６】
図１１は、交流入力の電圧が異常になったときの並列コンバータ制御部83による制御の一例を示すブロック図である。
【００８７】
交流入力の電圧が異常になったとき、第１のスイッチ12(図８)をオフにする。上述したように、並列コンバータ15は、蓄電デバイス16を充電する動作からバックアップ動作に切り替わる。
【００８８】
並列コンバータ制御部83は、並列コンバータ交流出力電圧検出器89の並列コンバータ交流電圧検出値Ｖacと並列コンバータ交流出力電圧指示値Ｖacrefの差分を算出し、その差分によりＰＷＭ制御部105を制御する。ＰＷＭ制御部105は、パルス変調信号を生成し、これにより並列コンバータ15を駆動する。これにより、並列コンバータ15は、並列コンバータ交流出力電圧Ｖacが並列コンバータ交流出力電圧指示値Ｖacrefとなるように、フィードバック制御される。
【００８９】
蓄電デバイス16の電力は、並列コンバータ15、第１のトランス11の第２の入力巻線と出力巻線、および第２のトランス13の１次巻線を通して負荷に供給される。また、負荷に印加される電圧は、直列インバータ14および第２のトランス13により安定化される。
【００９０】
このとき、第１のトランス11の第２の入力巻線から出力巻線および第１の入力巻線を通して第１のスイッチ12へ流れる短絡電流は、第１のトランス11の第１の入力巻線と出力巻線との間の漏れインダクタンス１および第２の入力巻線と出力巻線との間の漏れインダクタンス２の双方により抑制される。
【００９１】
以上の一連の動作により、交流入力の電圧が異常になったときでも、負荷には定格電圧が維持された完全に無瞬断の電力を供給することができる。
【００９２】
図１２は、本発明に係る無停電電源装置の第２の基本構成を示すブロック図である。
【００９３】
図１２の無停電電源装置20が図１の無停電電源装置10と異なるのは、充電器28が蓄電デバイス16を充電し、並列コンバータ25が片方向に電力を制御して蓄電デバイス16の電力を負荷に供給する点である。
【００９４】
交流入力の電圧が正常であるとき、交流入力の電力は、第１のスイッチ22、第１のトランス21の第１の入力巻線と出力巻線、および第２のトランス23の１次巻線を通して負荷に供給される。このとき、負荷に印加される電圧は、直列インバータ24および第２のトランス23により安定化される。また、このとき、蓄電デバイス26は、充電器28により定電圧・定電流充電される。
【００９５】
また、このとき、並列コンバータ25からＬＣフィルタ27を通して第１のトランス21の第２の入力巻線に交流電圧が印加される。並列コンバータ25は、交流入力と同期動作し、また、図１３に示すように、ＬＣフィルタ27のコンデンサの電圧の振幅値が第１のトランス21の第１の入力巻線に供給されている交流入力の電圧の振幅値と等しくなるように、電圧制御モードで動作する。
【００９６】
並列コンバータ25は、片方向に電力を制御するものであり、第１のトランス21の第２の入力巻線に印加される電圧の位相と振幅値を、交流入力により第１のトランス21の第１の入力巻線に印加されている電圧の位相と振幅値と位相に合わせるように動作する。したがって、並列コンバータ25は、蓄電デバイス26を充電しない。
【００９７】
交流入力の電圧が異常になったとき、第１のスイッチ22をオフにして、バックアップ動作に切り替える。これにより、蓄電デバイス26の電力は、並列コンバータ25、第１のトランス21の第２の入力巻線と出力巻線、および第２のトランス23の１次巻線を通して負荷に供給される。
【００９８】
バックアップ動作へ切り替えられても、第１のトランス21の第２の入力巻線には、交流入力により第１のトランス21の第１の入力巻線に印加されている電圧の位相と振幅値と位相に合った交流電圧が、並列コンバータ25から予め印加されているので、負荷には定格電圧が維持された完全に無瞬断の電力が供給される。このとき、負荷に印加される電圧は、直列インバータ24および第２のトランス23により安定化される。
【００９９】
交流入力の電圧が異常になっても、上記の一連の動作により、負荷に印加される電圧を定格電圧に維持しつつ無瞬断の電力を負荷に供給することができる。また、バックアック動作への切り替え時に、並列コンバータ25から第１のトランス21の第２の入力巻線、出力巻線および第１の入力巻線を通して第１のスイッチ22へ流れる過電流は、第１のトランス21の第２の入力巻線から第１の入力巻線の間の漏れインダクタンス１，２により抑制される。
【０１００】
図１４は、図１２の無停電電源装置110を具現化した実施形態を示すブロック図である。図１４において、図１２と同一あるいは同等部分には同じ符号を付してある。
【０１０１】
交流入力の電圧が正常であるとき、並列コンバータ制御部143は、並列コンバータ25の交流電圧が交流入力の電圧に同期し、かつ並列コンバータ25の交流電圧の位相が交流入力の電圧の位相に合うように、並列コンバータ25を制御する。
【０１０２】
また、並列コンバータ制御部143は、直流電流検出器146の直流電流検出値Ｉdcおよび直流電圧検出器147の直流電圧検出値Ｖdcを元にして、充電器28を制御する。充電器28は、蓄電デバイス26を定電流・定電圧充電する。直列インバータ24および第２のトランス23は、負荷へ印加される電圧を安定化する。その動作は、図８の実施形態と同じであるので、説明を省略する。
【０１０３】
交流入力の電圧が異常になったとき、並列コンバータ25は、図８の実施形態と同様にバックアップ動作を行う。このとき、充電器28は動作を停止し、蓄電デバイス26を充電しない。
【０１０４】
このように、並列コンバータ25は、交流入力が正常であるときに、蓄電デバイス26を充電せず、交流入力の電圧が異常になったときに、バックアップ動作を行う。また、バックアップ動作への切り替え時に、並列コンバータ25から第１のトランス21を通して第１のスイッチ22へ流れる短絡電流は、第１のトランス21の第１の入力巻線と出力巻線との間の漏れインダクタンス１および第２の入力巻線と出力巻線との間の漏れインダクタンス２により抑制される。
【０１０５】
上記実施形態は、単相機として構成された無停電電源装置であるが、本発明の無停電電源装置は、３相機として構成することもできる。
【０１０６】
図１５は、本発明の無停電電源装置を３相機とした場合の実施形態を示す。
【０１０７】
この実施形態は、図１２に示される構成の無停電電源装置を３個用い、それらの第１のトランス21-1,21-2,21-3をΔ―Ｙ結線したものである。なお、第１のトランスの結線は、Δ―Δ、Ｙ−ΔあるいはＹ−Ｙでもよい。また、図１に示される構成の無停電電源装置を３個用いても３相機を構成することができる。
【０１０８】
図１６は、 第１のトランス11(21,21-1,21-2,21-3)の具体的構成の一例を示す図である。
【０１０９】
この例の第１のトランス11(21,21-1,21-2,21-3)は、第１の入力巻線162、第２の入力巻線163および出力巻線164を同一鉄心161に配置した構造を有する。鉄心161は、外周コアと中央コアを有し、第１の入力巻線162、第２の入力巻線163および出力巻線164は中央コアに巻回され、外周コアと第１の入力巻線および第２の入力巻線との間にはスペーサ165が配置される。
【０１１０】
第１の入力巻線162は、出力巻線164の上に配置され、第２の入力巻線163は、出力巻線164の下に配置され、第１の入力巻線162と出力巻線164との間および出力巻線164と第２の入力巻線163との間にはそれぞれ、磁性体、例えばケイ素鋼板を積み重ね合わせてブロック状にした"パスコア"166が挿入される。これにより、第１の入力巻線162と出力巻線164との間および出力巻線164と第２の入力巻線163との間にそれぞれ意図的な漏れインダクタンス１が設けられる。
【０１１１】
以上、実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲に記載された発明の技術的思想の範囲内で種々に変形されたものを含むものである。
【符号の説明】
【０１１２】
10,20,30,40・・・無停電電源装置
11,21,21-1,21-2,21-3,173・・・第１のトランス
12,22,22-1,22-2,22-3,171・・・第１のスイッチ(サイリスタ)
13,23,23-1,23-2,23-3,174,183・・・第２のトランス
14,24,24-1,24-2,24-3,177,184・・・直列インバータ(第１の電力変換器)
15,25,25-1,25-2,25-3,175,185・・・並列コンバータ(第２の電力変換器)
16,26,26-1,26-2,26-3,176,186・・・蓄電デバイス(蓄電池)
17,27,27-1,27-2,27-3・・・ＬＣフィルタ
28,28-1,28-2,28-3・・・充電器
81,141・・・直列インバータ制御部
82,142・・・負荷電圧検出器
83,143・・・並列コンバータ制御部
84,144・・・交流入力1電圧検出器
8,1455・・・交流入力2電圧検出器
86,146・・・直流電流検出器
87,147・・・直流電圧検出器
89,149・・・並列コンバータ交流出力電圧検出器
91,105・・・ＰＷＭ制御部
101・・・ＰＬＬ
102,103・・・実効値演算器
104・・・乗算器
92,93・・・実行値演算器
161・・・鉄心
162・・・第１の入力巻線
163・・・第２の入力巻線
164・・・出力巻線
165・・・スペーサ
166・・・パスコア
172・・・第２のスイッチ(サイリスタ)
181・・・ＡＣスイッチ
182・・・入力リアクトル
【図１】
2019135898.tif 000003
【図２】
2019135898.tif 000004
【図３】
2019135898.tif 000005
【図４】
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【図５】
2019135898.tif 000007
【図６】
2019135898.tif 000008
【図７】
2019135898.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月24日(2019.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の鉄心に配置された第１の入力巻線、第２の入力巻線および単一の出力巻線を有し、第１の入力巻線と出力巻線との間および第２の入力巻線と出力巻線との間にそれぞれ第１の漏れインダクタンスおよび第２の漏れインダクタンスが意図的に設けられた第１のトランスと、
交流入力と前記第１のトランスの第１の入力巻線との間に設けられた第１のスイッチと、
１次巻線と２次巻線を備え、１次巻線が前記第１のトランスの出力巻線と負荷との間に直列に接続された第２のトランスと、
前記第２のトランスの２次巻線に接続された第１の電力変換器と、
前記第１のトランスの第２の入力巻線にＬＣフィルタを介して接続され、双方向に電力を制御する第２の電力変換器と、
前記第１の電力変換器の直流側と前記第２の電力変換器の直流側の双方に接続された蓄電デバイスと、
交流入力の電圧が許容範囲内にあるか否かを検出する検出手段を備え、
交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、前記第１のスイッチをオンにして、交流入力の電力を前記第１のトランスの第１の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、交流入力の電力を前記第１のトランスの第１の入力巻線、出力巻線および第２の入力巻線を通して前記第２の電力変換器に供給し、該第２の電力変換器の直流出力により前記蓄電デバイスを充電し、
交流入力の電圧が許容範囲内でなくなったとき、前記第１のスイッチをオフにし、前記蓄電デバイスの電力を前記第２の電力変換器、前記ＬＣフィルタ、前記第１のトランスの第２の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および前記第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、負荷に供給される電力の不足分を補償し、このとき前記第２の電力変換器から前記第１のトランスを通して前記第１のスイッチへ流れる過電流を前記第１および第２の漏れインダクタンスにより抑制し、
それにより過電流が流れるのを抑制しつつ無瞬断の電力を負荷に供給することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記第２の電力変換器は、交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、交流入力により前記第１のトランスの第１の入力巻線に印加されている電圧の振幅値と同じ振幅値で、その位相より遅れた位相の交流電圧を前記第１のトランスの第２の入力巻線に印加することを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記第１のトランスの第１の漏れインダクタンスのリアクタンス値と第２の漏れインダクタンスのリアクタンス値とが同じであることを特徴とする請求項１または２に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記第１のトランスは、第１の入力巻線と出力巻線と第２の入力巻線が上下に配置され、第１の入力巻線と出力巻線との間、出力巻線と第２の入力巻線との間にそれぞれパスコアが挿入された構造を有し、パスコアの挿入により第１および第２の漏れインダクタンスが実現されていることを特徴とする請求項１ないし３の何れか１つに記載の無停電電源装置。
【請求項５】
請求項１ないし４の何れか１つに記載の無停電電源装置が３個用いられ、それらの第１のトランスがΔ―Ｙ結線、Δ―Δ結線、Ｙ−Δ結線あるいはＹ−Ｙ結線されて、３相機が構成されていることを特徴とする無停電電源装置。
【請求項６】
同一の鉄心に配置された第１の入力巻線、第２の入力巻線および単一の出力巻線を有し、第１の入力巻線と出力巻線との間および第２の入力巻線と出力巻線との間にそれぞれ第１の漏れインダクタンスおよび第２の漏れインダクタンスが意図的に設けられた第１のトランスと、
交流入力と前記第１のトランスの第１の入力巻線との間に設けられた第１のスイッチと、
１次巻線と２次巻線を備え、１次巻線が前記第１のトランスの出力巻線と負荷との間に直列に接続された第２のトランスと、
前記第２のトランスの２次巻線に接続された第１の電力変換器と、
前記第１のトランスの第２の入力巻線にＬＣフィルタを介して接続され、片方向の電力を制御する第２の電力変換器と、
前記第１の電力変換器の直流側と前記第２の電力変換器の直流側の双方に接続された蓄電デバイスと、
前記交流入力と前記蓄電デバイスとの間に接続された充電器と、
交流入力の電圧が許容範囲内にあるか否かを検出する検出手段を備え、
交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、前記第１のスイッチをオンにして、交流入力の電力を前記第１のトランスの第１の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、前記充電器によって前記蓄電デバイスを充電し、
交流入力の電圧が許容範囲内でなくなったとき、前記第１のスイッチをオフにし、前記蓄電デバイスの電力を前記第２の電力変換器、前記ＬＣフィルタ、前記第１のトランスの第２の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および前記第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、負荷に供給される電力の不足分を補償し、このとき前記第２の電力変換器から前記第１のトランスを通して前記第１のスイッチへ流れる過電流を前記第１および第２の漏れインダクタンスにより抑制し、
それにより過電流が流れるのを抑制しつつ無瞬断の電力を負荷に供給することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項７】
前記第２の電力変換器は、交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、交流入力により前記第１のトランスの第１の入力巻線に印加されている電圧の振幅値と同じ振幅値で、その位相と同じ位相の交流電圧を前記第１のトランスの第２の入力巻線に印加することを特徴とする請求項６に記載の無停電電源装置。
【請求項８】
前記第１のトランスの第１の漏れインダクタンスのリアクタンス値と第２の漏れインダクタンスのリアクタンス値とが同じであることを特徴とする請求項６または７に記載の無停電電源装置。
【請求項９】
前記第１のトランスは、第１の入力巻線と出力巻線と第２の入力巻線が上下に配置され、第１の入力巻線と出力巻線との間、出力巻線と第２の入力巻線との間にそれぞれパスコアが挿入された構造を有し、パスコアの挿入により第１および第２の漏れインダクタンスが実現されていることを特徴とする請求項６ないし８の何れか１つに記載の無停電電源装置。
【請求項１０】
請求項６ないし９の何れか１つに記載の無停電電源装置が３個用いられ、それらの第１のトランスがΔ―Ｙ結線、Δ―Δ結線、Ｙ−Δ結線あるいはＹ−Ｙ結線されて、３相機が構成されていることを特徴とする無停電電源装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
上記課題を解決するため、本発明の無停電電源装置は、同一の鉄心に配置された第１の入力巻線、第２の入力巻線および単一の出力巻線を有し、第１の入力巻線と出力巻線との間および第２の入力巻線と出力巻線との間にそれぞれ第１の漏れインダクタンスおよび第２の漏れインダクタンスが意図的に設けられた第１のトランスと、交流入力と前記第１のトランスの第１の入力巻線との間に設けられた第１のスイッチと、１次巻線と２次巻線を備え、１次巻線が前記第１のトランスの出力巻線と負荷との間に直列に接続された第２のトランスと、前記第２のトランスの２次巻線に接続された第１の電力変換器と、前記第１のトランスの第２の入力巻線にＬＣフィルタを介して接続され、双方向に電力を制御する第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器の直流側と前記第２の電力変換器の直流側の双方に接続された蓄電デバイスと、交流入力の電圧が許容範囲内にあるか否かを検出する検出手段を備え、交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、前記第１のスイッチをオンにして、交流入力の電力を前記第１のトランスの第１の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、交流入力の電力を前記第１のトランスの第１の入力巻線、出力巻線および第２の入力巻線を通して前記第２の電力変換器に供給し、該第２の電力変換器の直流出力により前記蓄電デバイスを充電し、交流入力の電圧が許容範囲内でなくなったとき、前記第１のスイッチをオフにし、前記蓄電デバイスの電力を前記第２の電力変換器、前記ＬＣフィルタ、前記第１のトランスの第２の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および前記第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、負荷に供給される電力の不足分を補償し、このとき前記第２の電力変換器から前記第１のトランスを通して前記第１のスイッチへ流れる過電流を前記第１および第２の漏れインダクタンスにより抑制し、それにより過電流が流れるのを抑制しつつ無瞬断の電力を負荷に供給することを特徴としている。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また、本発明の無停電電源装置は、同一の鉄心に配置された第１の入力巻線、第２の入力巻線および単一の出力巻線を有し、第１の入力巻線と出力巻線との間および第２の入力巻線と出力巻線との間にそれぞれ第１の漏れインダクタンスおよび第２の漏れインダクタンスが意図的に設けられた第１のトランスと、交流入力と前記第１のトランスの第１の入力巻線との間に設けられた第１のスイッチと、１次巻線と２次巻線を備え、１次巻線が前記第１のトランスの出力巻線と負荷との間に直列に接続された第２のトランスと、前記第２のトランスの２次巻線に接続された第１の電力変換器と、前記第１のトランスの第２の入力巻線にＬＣフィルタを介して接続され、片方向の電力を制御する第２の電力変換器と、前記第１の電力変換器の直流側と前記第２の電力変換器の直流側の双方に接続された蓄電デバイスと、前記交流入力と前記蓄電デバイスとの間に接続された充電器と、交流入力の電圧が許容範囲内にあるか否かを検出する検出手段を備え、交流入力の電圧が許容範囲内にあるとき、前記第１のスイッチをオンにして、交流入力の電力を前記第１のトランスの第１の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、前記充電器によって前記蓄電デバイスを充電し、交流入力の電圧が許容範囲内でなくなったとき、前記第１のスイッチをオフにし、前記蓄電デバイスの電力を前記第２の電力変換器、前記ＬＣフィルタ、前記第１のトランスの第２の入力巻線と出力巻線、および前記第２のトランスの１次巻線を通して負荷に供給し、前記第１の電力変換器および前記第２のトランスにより、負荷に印加される電圧を安定化するとともに、負荷に供給される電力の不足分を補償し、このとき前記第２の電力変換器から前記第１のトランスを通して前記第１のスイッチへ流れる過電流を前記第１および第２の漏れインダクタンスにより抑制し、それにより過電流が流れるのを抑制しつつ無瞬断の電力を負荷に供給することを特徴としている。