(57)【要約】【課題】高電圧を出力することが可能で効率が高い無停電電源システムを提供する。【解決手段】この無停電電源システムは、商用交流電源４から交流電力を受ける１次巻線と、互いに絶縁された複数の２次巻線とを含む入力変圧器１と、それぞれ複数の２次巻線から交流電力を受け、負荷６に対して直列接続された複数の無停電電源装置を含む高圧無停電電源装置２とを備える。各段の無停電電源装置は前段の出力電圧に自己の出力電圧を加算して次段に出力し、最終段の無停電電源装置は複数の無停電電源装置の出力電圧の総和の交流電圧を負荷６に与える。したがって、出力変圧器を使用しないので、高い効率が得られる。【選択図】図１
2015042112.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
商用交流電源から交流電力を受ける１次巻線と、互いに絶縁された複数の２次巻線とを含む変圧器と、
それぞれ前記複数の２次巻線に対応して設けられた複数の無停電電源装置とを備え、
各無停電電源装置は、前記商用交流電源から交流電力が正常に供給されている通常時は、対応の２次巻線から受けた交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を電力貯蔵装置に蓄えるとともに交流電力に変換し、前記商用交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、前記電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換し、
前記複数の無停電電源装置は負荷に対して直列接続され、各段の無停電電源装置は前段の出力電圧に自己の出力電圧を加算して次段に出力し、最終段の無停電電源装置は前記複数の無停電電源装置の出力電圧の総和の交流電圧を前記負荷に与える、無停電電源システム。
【請求項２】
各無停電電源装置はコンバータおよびインバータを含み、
前記コンバータは、前記通常時は、対応の２次巻線から受けた交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を前記電力貯蔵装置に蓄えるとともに前記インバータに供給し、前記停電時は停止し、
前記インバータは、前記通常時は、前記コンバータで生成された直流電力を交流電力に変換し、前記停電時は、前記電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換する、請求項１に記載の無停電電源システム。
【請求項３】
前記コンバータは、前記通常時は直流電圧を生成し、前記停電時は停止し、
前記インバータは、前記通常時および前記停電時に、正電圧および負電圧を含む２レベルの交流電圧を生成する、請求項２に記載の無停電電源システム。
【請求項４】
前記コンバータは、前記通常時は正電圧、中性点電圧、および負電圧を生成し、前記停電時は停止し、
前記インバータは、前前記通常時および前記停電時に、前記正電圧、０Ｖ、および前記負電圧を含む３レベルの交流電圧を生成する、請求項２に記載の無停電電源システム。
【請求項５】
前記電力貯蔵装置は蓄電池である、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の無停電電源システム。
【請求項６】
前記電力貯蔵装置は電気二重層コンデンサである、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の無停電電源システム。
【請求項７】
各無停電電源装置は、さらに、前記インバータの出力電圧の波形を正弦波に変換するフィルタ回路を含み、
前記複数の無停電電源装置に含まれる複数の前記フィルタ回路の出力電圧が加算されて前記負荷に供給される、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の無停電電源システム。
【請求項８】
前記複数の無停電電源装置に含まれる複数の前記インバータの出力電圧は加算され、
さらに、加算された複数の前記インバータの出力電圧の波形を正弦波に変換して前記負荷に供給するフィルタ回路を備える、請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載の無停電電源システム。
【請求項９】
前記複数の無停電電源装置に含まれる複数の前記インバータの出力電圧の位相は順次ずれている、請求項８に記載の無停電電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は無停電電源システムに関し、特に、高電圧を出力する無停電電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、無停電電源装置の出力電圧を変圧器で昇圧して負荷に供給する無停電電源システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３８０５５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、従来の無停電電源装置では、変圧器における電力損失が大きく、効率が低い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、高電圧を出力することが可能で効率が高い無停電電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る無停電電源システムは、商用交流電源から交流電力を受ける１次巻線と、互いに絶縁された複数の２次巻線とを含む変圧器と、それぞれ複数の２次巻線に対応して設けられた複数の無停電電源装置とを備えたものである。各無停電電源装置は、商用交流電源から交流電力が正常に供給されている通常時は、対応の２次巻線から受けた交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を電力貯蔵装置に蓄えるとともに交流電力に変換し、商用交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換する。複数の無停電電源装置は負荷に対して直列接続され、各段の無停電電源装置は前段の出力電圧に自己の出力電圧を加算して次段に出力し、最終段の無停電電源装置は複数の無停電電源装置の出力電圧の総和の交流電圧を負荷に与える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明に係る無停電電源システムでは、複数の無停電電源装置を負荷に対して直列接続することにより、負荷に高電圧を供給する。したがって、出力変圧器を使用しないので、高い効率が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示した入力変圧器の構成を示す回路図である。
【図３】図１に示した高圧無停電電源装置の構成を示す回路図である。
【図４】図３に示した無停電電源装置の構成を示す回路図である。
【図５】実施の形態１の変更例を示す回路図である。
【図６】この発明の実施の形態２による無停電電源システムの要部を示す回路図である。
【図７】実施の形態２の変更例を示す回路図である。
【図８】この発明の実施の形態３による無停電電源システムの要部を示す回路図である。
【図９】実施の形態３の変更例を示す回路図である。
【図１０】この発明の実施の形態４による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。
【図１１】図１０に示した高圧無停電電源装置の構成を示す回路図である。
【図１２】図１１に示した無停電電源装置の構成を示す回路図である。
【図１３】図１０に示した高圧無停電電源装置のうちのＵ相に関連する部分の動作を示すタイムチャートである。
【図１４】実施の形態４の変更例を示す回路図である。
【図１５】実施の形態４の他の変更例を示す回路図である。
【図１６】実施の形態４のさらに他の変更例を示す回路図である。
【図１７】実施の形態４のさらに他の変更例を示す回路図である。
【図１８】実施の形態４のさらに他の変更例を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
[実施の形態１]
本発明の実施の形態１による無停電電源システムは、図１に示すように、入力端子Ｔ１、バイパス端子Ｔ２、出力端子Ｔ３、スイッチＳ１〜Ｓ７、入力変圧器１、高圧無停電電源装置２、および無瞬断スイッチ３を備える。この無停電電源システムは、商用交流電源４，５から三相三線式の商用交流電力を受けて、三相三線式の商用周波数の交流電力を負荷６に出力する。たとえば、商用交流電力の線間電圧は３３００Ｖであり、相電圧は１９０５Ｖである。ただし、図面および説明の簡単化のため、図１では一相一線分の回路が示されている。
【００１０】
入力端子Ｔ１は、商用交流電源４からの交流電力を受ける。バイパス端子Ｔ２は、商用交流電源５からの交流電力を受ける。出力端子Ｔ３は、負荷６に接続される。スイッチＳ１は、たとえばブレーカであり、入力端子Ｔ１と入力変圧器１の１次巻線との間に接続される。スイッチＳ１は、商用交流電源４から交流電力が正常に供給されている通常時はオンし、商用交流電源４からの交流電力の供給が停止された停電時はオフする。
【００１１】
図２は、入力変圧器１の構成を示す回路図である。図２において、入力変圧器１は、３個の１次巻線ＣＲ，ＣＳ，ＣＴと、互いに絶縁された９個の２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３，ＣＶ１〜ＣＶ３，ＣＷ１〜ＣＷ３とを含む。１次巻線ＣＲ，ＣＳ，ＣＴの一方端子はそれぞれＲ相、Ｓ相、およびＴ相の交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを受け、それらの他方端子は互いに接続されている。交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴは、ともに１９０５Ｖであり、それらの位相は１２０度ずつずれている。
【００１２】
２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３は、１次巻線ＣＲと電磁結合されている。２次巻線ＣＶ１〜ＣＶ３は、１次巻線ＣＳと電磁結合されている。２次巻線ＣＷ１〜ＣＷ３は、１次巻線ＣＴと電磁結合されている。２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３の端子間には、それぞれＵ相の交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ３が出力される。２次巻線ＣＶ１〜ＣＶ３の端子間には、それぞれＶ相の交流電圧ＶＶ１〜ＶＶ３が出力される。２次巻線ＣＷ１〜ＣＷ３の端子間には、それぞれＷ相の交流電圧ＶＷ１〜ＶＷ３が出力される。交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ３，ＶＶ１〜ＶＶ３，ＶＷ１〜ＶＷ３は、ともに６３５Ｖである。Ｕ相の交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ３とＶ相の交流電圧ＶＶ１〜ＶＶ３とＷ相の交流電圧ＶＷ１〜ＶＷ３の位相は１２０度ずつずれている。
【００１３】
図３は、高圧無停電電源装置２の構成を示す回路ブロック図である。図３において、高圧無停電電源装置２は、制御回路７と、９個の無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３と、９個のバッテリ８と、３個の出力端子ＴＵ，ＴＶ，ＴＷを含む。制御回路７は、高圧無停電電源装置２全体を制御する。たとえば制御回路７は、高圧無停電電源装置２の出力電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷが目標電圧になるように無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３を制御する。
【００１４】
無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３は、それぞれ２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３，ＣＶ１〜ＣＶ３，ＣＷ１〜ＣＷ３に接続されるとともに、それぞれ９個のバッテリ８に接続される。
【００１５】
無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３は、通常時は、それぞれ２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３から受けた交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をそれぞれ３個のバッテリ８に蓄えるとともに交流電力に変換し、停電時は、それぞれ３個のバッテリ８の直流電力を交流電力に変換する。
【００１６】
無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３の出力端子Ｔａ，Ｔｂ間には、それぞれ商用周波数で定電圧（６３５Ｖ）の交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３が出力される。無停電電源装置ＵＵ１の出力端子Ｔｂは中性点ＮＰに接続され、無停電電源装置ＵＵ１，ＵＵ２の出力端子Ｔａはそれぞれ無停電電源装置ＵＵ２，ＵＵ３の出力端子Ｔｂに接続され、無停電電源装置ＵＵ３の出力端子Ｔａは出力端子ＴＵに接続される。
【００１７】
すなわち、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３は出力端子ＴＵおよび中性点ＮＰ間に直列接続される。無停電電源装置ＵＵ２は、前段の無停電電源装置ＵＵ１の出力電圧ＶＵ１１に自己の出力電圧ＶＵ１２を加算して次段に出力する。無停電電源装置ＵＵ３は、前段の無停電電源装置ＵＵ２の出力電圧ＶＵ１１＋ＶＵ１２に自己の出力電圧ＶＵ１３を加算して出力端子ＴＵに出力する。結局、出力端子ＴＵには、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３の出力電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３の総和の交流電圧ＶＵ＝ＶＵ１１＋ＶＵ１２＋ＶＵ１３が出力される。交流電圧ＶＵすなわちＵ相電圧ＶＵは、６３５×３＝１９０５Ｖである。
【００１８】
同様に、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３は、通常時は、それぞれ２次巻線ＣＶ１〜ＣＶ３から受けた交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をそれぞれ３個のバッテリ８に蓄えるとともに交流電力に変換し、停電時は、それぞれ３個のバッテリ８の直流電力を交流電力に変換する。
【００１９】
無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３の出力端子Ｔａ，Ｔｂ間には、それぞれ商用周波数で定電圧（６３５Ｖ）の交流電圧ＶＶ１１〜ＶＶ１３が出力される。無停電電源装置ＵＶ１の出力端子Ｔｂは中性点ＮＰに接続され、無停電電源装置ＵＶ１，ＵＶ２の出力端子Ｔａはそれぞれ無停電電源装置ＵＶ２，ＵＶ３の出力端子Ｔｂに接続され、無停電電源装置ＵＶ３の出力端子Ｔａは出力端子ＴＶに接続される。
【００２０】
すなわち、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３は出力端子ＴＶおよび中性点ＮＰ間に直列接続される。無停電電源装置ＵＶ２は、前段の無停電電源装置ＵＶ１の出力電圧ＶＶ１１に自己の出力電圧ＶＶ１２を加算して次段に出力する。無停電電源装置ＵＶ３は、前段の無停電電源装置ＵＶ２の出力電圧ＶＶ１１＋ＶＶ１２に自己の出力電圧ＶＶ１３を加算して出力端子ＴＶに出力する。結局、出力端子ＴＶには、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３の出力電圧ＶＶ１１〜ＶＶ１３の総和の交流電圧ＶＶ＝ＶＶ１１＋ＶＶ１２＋ＶＶ１３が出力される。交流電圧ＶＶすなわちＶ相電圧ＶＶは、６３５×３＝１９０５Ｖである。
【００２１】
同様に、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３は、通常時は、それぞれ２次巻線ＣＷ１〜ＣＷ３から受けた交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をそれぞれ３個のバッテリ８に蓄えるとともに交流電力に変換し、停電時は、それぞれ３個のバッテリ８の直流電力を交流電力に変換する。
【００２２】
無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３の出力端子Ｔａ，Ｔｂ間には、それぞれ商用周波数で定電圧（６３５Ｖ）の交流電圧ＶＷ１１〜ＶＷ１３が出力される。無停電電源装置ＵＷ１の出力端子Ｔｂは中性点ＮＰに接続され、無停電電源装置ＵＷ１，ＵＷ２の出力端子Ｔａはそれぞれ無停電電源装置ＵＷ２，ＵＷ３の出力端子Ｔｂに接続され、無停電電源装置ＵＷ３の出力端子Ｔａは出力端子ＴＷに接続される。
【００２３】
すなわち、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３は出力端子ＴＷおよび中性点ＮＰ間に直列接続される。無停電電源装置ＵＷ２は、前段の無停電電源装置ＵＷ１の出力電圧ＶＷ１１に自己の出力電圧ＶＷ１２を加算して次段に出力する。無停電電源装置ＵＷ３は、前段の無停電電源装置ＵＷ２の出力電圧ＶＷ１１＋ＶＷ１２に自己の出力電圧ＶＷ１３を加算して出力端子ＴＷに出力する。結局、出力端子ＴＷには、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３の出力電圧ＶＷ１１〜ＶＷ１３の総和の交流電圧ＶＷ＝ＶＷ１１＋ＶＷ１２＋ＶＷ１３が出力される。交流電圧ＶＷすなわちＷ相電圧ＶＷは、６３５×３＝１９０５Ｖである。
【００２４】
端子ＴＵ，ＴＶ間の電圧ＶＵ−ＶＶ、すなわち線間電圧ＶＵＶは１９０５×√３≒３３００Ｖとなる。端子ＴＶ，ＴＷ間の電圧ＶＶ−ＶＷ、すなわち線間電圧ＶＶＷは１９０５×√３≒３３００Ｖとなる。端子ＴＷ，ＴＵ間の電圧ＶＷ−ＶＵ、すなわち線間電圧ＶＷＵは１９０５×√３≒３３００Ｖとなる。線間電圧ＶＵＶ，ＶＶＷ，ＶＷＵの位相は１２０度ずつずれている。
【００２５】
図４は、無停電電源装置ＵＵ１の構成を示す回路図である。図４において、無停電電源装置ＵＵ１は、入力端子Ｔａ，Ｔｂ、コンデンサＣ１〜Ｃ３、リアクトルＬ１，Ｌ２、トランジスタＱ１〜Ｑ４，Ｑ１１〜Ｑ１４、ダイオードＤ１〜Ｄ４，Ｄ１１〜Ｄ１４、直流正母線ＰＬ、直流負母線ＮＬ、および出力端子Ｔｃ，Ｔｄを含む。
【００２６】
トランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ１１，Ｑ１２のコレクタはともに直流正母線ＰＬに接続され、それらのエミッタはそれぞれトランジスタＱ３，Ｑ４，Ｑ１３，Ｑ１４のコレクタに接続される。トランジスタＱ３，Ｑ４，Ｑ１３，Ｑ１４のエミッタは、ともに直流負母線ＮＬに接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ４，Ｄ１１〜Ｄ１４は、それぞれトランジスタＱ１〜Ｑ４，Ｑ１１〜Ｑ１４に逆並列に接続される。
【００２７】
トランジスタＱ１〜Ｑ４およびダイオードＤ１〜Ｄ４は、２レベルのコンバータ１１を構成する。トランジスタＱ１１〜Ｑ１４およびダイオードＤ１１〜Ｄ１４は、２レベルのインバータ１２を構成する。バッテリ８の正極および負極は、それぞれ直流正母線ＰＬおよび直流負母線ＮＬに接続される。コンデンサＣ３は、母線ＰＬ，ＮＬ間に接続される。
【００２８】
リアクトルＬ１は、入力端子ＴａとトランジスタＱ１のエミッタとの間に接続される。コンデンサＣ１の一方電極は入力端子Ｔａに接続され、その他方電極は入力端子ＴｂおよびトランジスタＱ２のエミッタに接続される。リアクトルＬ１およびコンデンサＣ１は、入力フィルタ１０を構成する。
【００２９】
リアクトルＬ２は、トランジスタＱ１１のエミッタと出力端子Ｔｃとの間に接続される。コンデンサＣ２の一方電極は出力端子Ｔｃに接続され、その他方電極はトランジスタＱ１２のエミッタと出力端子Ｔｄに接続される。リアクトルＬ２およびコンデンサＣ２は、出力フィルタ１３を構成する。
【００３０】
入力フィルタ１０は、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧ＶＵ１をコンバータ１１に通過させ、コンバータ１１で発生するスイッチング周波数の信号が入力端子Ｔａ，Ｔｂ側に通過するのを禁止する。
【００３１】
コンバータ１１は、通常時は、対応の２次巻線ＣＵ１から入力フィルタ１０を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をバッテリ８に蓄えるとともにインバータ１２に供給し、停電時は停止する。換言すると、コンバータ１１は、通常時は、対応の２次巻線ＣＵ１から入力フィルタ１０を介して供給される交流電圧ＶＵ１を直流電圧に変換して直流正母線ＰＬおよび直流負母線ＮＬ間に供給し、停電時は停止する。
【００３２】
たとえば、入力端子Ｔａの電圧が入力端子Ｔｂの電圧よりも高い場合は、トランジスタＱ１，Ｑ４をオンさせるとともにトランジスタＱ２，Ｑ３をオフさせる。これにより、入力端子ＴａからリアクトルＬ１、トランジスタＱ１、コンデンサＣ３、およびトランジスタＱ４を介して入力端子Ｔｂに至る経路で電流が流れ、コンデンサＣ３が充電される。
【００３３】
また、入力端子Ｔａの電圧が入力端子Ｔｂの電圧よりも低い場合は、トランジスタＱ１，Ｑ４をオフさせるとともにトランジスタＱ２，Ｑ３をオンさせる。これにより、入力端子ＴｂからトランジスタＱ２、コンデンサＣ３、およびトランジスタＱ３を介して入力端子Ｔａに至る経路で電流が流れ、コンデンサＣ３が充電される。このようにして、入力端子Ｔａ，Ｔｂ間の交流電圧ＶＵ１がコンデンサＣ３の端子間の直流電圧に変換される。
【００３４】
インバータ１２は、通常時は、コンバータ１１で生成された直流電力を交流電力に変換し、停電時は、バッテリ８の直流電力を交流電力に変換する。換言すると、インバータ１２は、直流正母線ＰＬおよび直流負母線ＮＬから受けた直流電圧に基づいて、正電圧および負電圧を含む２レベルの交流電圧を生成する。
【００３５】
たとえば、トランジスタＱ１１，Ｑ１４をオンさせるとともにトランジスタＱ１２，Ｑ１３をオフさせると、直流正母線ＰＬがトランジスタＱ１１およびリアクトルＬ２を介して出力端子Ｔｃに接続されるとともに、直流負母線ＮＬがトランジスタＱ１４を介して出力端子Ｔｄに接続され、出力フィルタ１３に正電圧が供給される。
【００３６】
また、トランジスタＱ１１，Ｑ１４をオフさせるとともにトランジスタＱ１２，Ｑ１３をオンさせると、直流正母線ＰＬがトランジスタＱ１２を介して出力端子Ｔｄに接続されるとともに、直流負母線ＮＬがトランジスタＱ１３およびリアクトルＬ２を介して出力端子Ｔｃに接続され、出力フィルタ１３に負電圧が供給される。
【００３７】
したがって、トランジスタＱ１１〜Ｑ１４を制御することにより正電圧および負電圧のうちの所望の電圧を出力フィルタ１３に供給することができ、正電圧および負電圧の２レベルで変化する交流電圧を出力フィルタ１３に供給することができる。
【００３８】
出力フィルタ１３は、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧ＶＵ１1を出力端子Ｔｃ，Ｔｄに通過させ、インバータ１２で発生したスイッチング周波数の信号が出力端子Ｔｃ，Ｔｄに通過するのを禁止する。換言すると、出力フィルタ１３は、インバータ１２で生成された２レベルの交流電圧の波形を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧ＶＵ１１を出力端子Ｔｃ，Ｔｄ間に出力する。
【００３９】
他の無停電電源装置ＵＵ２，ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３の各々は、無停電電源装置ＵＵ１と同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００４０】
図１に戻って、スイッチＳ２，Ｓ３は、高圧無停電電源装置２の出力端子（たとえばＴＵ）と出力端子Ｔ３との間に直列接続される。スイッチＳ２は、たとえばコンタクタであり、インバータ１２から負荷６に交流電力を供給するインバータ給電時にオンされ、商用交流電源５からバイパス端子Ｔ２を介して負荷６に交流電力を供給するバイパス給電時にオフされる。スイッチＳ３は、たとえばブレーカであり、通常はオンされ、無停電電源システムのメンテナンス時にオフされる。スイッチＳ４は、たとえばブレーカであり、入力端子Ｔ１とバイパス端子Ｔ２の間に接続され、通常はオフされ、端子Ｔ１，Ｔ２間を短絡したいとき、たとえば、商用交流電源４が故障したために商用交流電源５から入力変圧器１に交流電力を供給したいときにオンされる。
【００４１】
スイッチＳ５の一方端子はバイパス端子Ｔ２に接続され、その他方端子はスイッチＳ６を介してスイッチＳ２，Ｓ３間のノードＮ１に接続される。スイッチＳ５は、たとえばブレーカであり、通常はオンされ、メンテナンス時にオフされる。スイッチＳ６は、たとえばコンタクタであり、バイパス給電時にオンされ、インバータ給電時にオフされる。スイッチＳ７は、バイパス端子Ｔ２と出力端子Ｔ３との間に接続され、通常はオフされ、メンテナンス時にオンされる。無瞬断スイッチ３は、スイッチＳ６に並列接続され、高圧無停電電源装置２が正常である場合はオフし、高圧無停電電源装置２が故障したときに瞬時にオンする。
【００４２】
次に、この無停電電源システムの動作について説明する。ただし、説明の簡単化のため、Ｒ相およびＵ相に関連する部分の動作のみについて説明する。通常は、スイッチＳ１〜Ｓ３，Ｓ５がオンされ、スイッチＳ４，Ｓ６，Ｓ７はオフされる。商用交流電源４から入力端子Ｔ１およびスイッチＳ１を介して入力変圧器１の１次巻線ＣＲに交流電圧ＶＲが供給される。これにより、入力変圧器１の２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３にそれぞれ交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ３が出力される。
【００４３】
無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３は、それぞれ交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ３によって駆動され、それぞれ３個のバッテリ８を充電するとともに、それぞれ正弦波形の交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３を出力する。交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３は、加算されて高圧の交流電圧ＶＵとなる。高圧の交流電圧ＶＵは、スイッチＳ２，Ｓ３および出力端子Ｔ３を介して負荷６に供給される。この状態は、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のインバータ１２から負荷６に交流電力が供給されるので、インバータ給電モードと呼ばれる。
【００４４】
インバータ給電モード時において、商用交流電源４からの交流電力の供給が停止されると、すなわち停電が発生すると、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のコンバータ１１の運転が停止されるとともに、３個のバッテリ８の直流電力がそれぞれ無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のインバータ１２に供給される。無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のインバータ１２は、それぞれ３個のバッテリ８からの直流電力を交流電力に変換する。
【００４５】
換言すると、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３は、それぞれ３個のバッテリ８の端子間電圧によって駆動され、それぞれ正弦波形の交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３を出力する。交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３は、加算されて高圧の交流電圧ＶＵとなる。高圧の交流電圧ＶＵは、スイッチＳ２，Ｓ３および出力端子Ｔ３を介して負荷６に供給される。したがって、停電が発生した場合でも、バッテリ８に直流電力が蓄えられている限りは、負荷６の運転を継続することができる。
【００４６】
インバータ給電モードにおいて、高圧無停電電源装置２が故障した場合は、無瞬断スイッチ３が瞬時にオンし、商用交流電源５からバイパス端子Ｔ２、スイッチＳ５、無瞬断スイッチ３、スイッチＳ３、および出力端子Ｔ３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。無瞬断スイッチ３に続いてスイッチＳ６がオンするとともにスイッチＳ１，Ｓ２がオフすると、無瞬断スイッチ３がオフされる。これにより、商用交流電源５からバイパス端子Ｔ２、スイッチＳ５，Ｓ６，Ｓ３、および出力端子Ｔ３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。これは、無瞬断スイッチ３における電力損失を削減するためである。
【００４７】
メンテナンス時は、スイッチＳ７のみがオンされ、他のスイッチＳ１〜Ｓ６がオフされ、商用交流電源５からバイパス端子Ｔ２、スイッチＳ７および出力端子Ｔ３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。商用交流電源４，５のうちの一方の商用交流電源が故障した場合は、スイッチＳ４がオンされ、他方の商用交流電源が故障した商用交流電源の役割も果たす。
【００４８】
この実施の形態１では、複数の無停電電源装置（たとえばＵＵ１〜ＵＵ３）を負荷６に対して直列接続することにより、負荷６に高電圧を供給する。したがって、出力変圧器を使用しないので、高い効率が得られる。
【００４９】
また、低電圧の無停電電源装置によって出力変圧器を駆動する場合は定格電流の大きな無停電電源装置が必要となるが、本実施の形態１では、大容量の無停電電源システムを定格電流が小さな無停電電源装置で構成することができる。
【００５０】
また、入力変圧器１の複数の２次巻線（たとえばＣＵ１〜ＣＵ３）をそれぞれ複数の無停電電源装置（たとえばＵＵ１〜ＵＵ３）に接続することによって複数の無停電電源装置（たとえばＵＵ１〜ＵＵ３）同士を絶縁したので、低耐圧のトランジスタＱ、ダイオードＤ、バッテリ８などを使用することができ、装置の低コスト化を図ることができる。
【００５１】
図５は、実施の形態１の変更例を示す回路図であって、図４と対比される図である。図５を参照して、この変更例では、各バッテリ８が電気二重層コンデンサ１４で置換される。各無停電電源装置は、通常時は、生成した直流電力を対応の電気二重層コンデンサ１４に蓄え、停電時は、電気二重層コンデンサ１４の直流電力を交流電力に変換する。この変更例では、電気二重層コンデンサ１４を使用するので、バッテリ８を使用する場合に比べ、装置の長寿命化および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、商用交流電源からの３．３ＫＶの交流電圧を６３５Ｖの交流電圧に降圧し、３段の無停電電源装置で１９０５Ｖの相電圧を生成し、３．３ＫＶの線間電圧を再生したが、無停電電源装置の段数を増やすことにより、さらに高圧の無停電電源システムを構成することができる。たとえば、商用交流電源からの６．６ＫＶの交流電圧を６３５Ｖの交流電圧に降圧し、６段の無停電電源装置で３８１０Ｖの相電圧を生成し、６．６ＫＶの線間電圧を再生してもよい。
【００５３】
[実施の形態２]
図６は、この発明の実施の形態２による無停電電源システムの要部を示す回路図であって、図４と対比される図である。図６を参照して、この無停電電源システムが実施の形態１の無停電電源システムと異なる点は、高圧無停電電源装置２に含まれる９個の無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３の各々が無停電電源装置２０で置換され、各無停電電源装置２０に２個のバッテリ８，８Ａが設けられている点である。
【００５４】
図６において、無停電電源装置２０は、無停電電源装置ＵＵ１にトランジスタＱ５〜Ｑ８，Ｑ１５〜Ｑ１８、ダイオードＤ５〜Ｄ８，Ｄ１５〜Ｄ１８，Ｄ２１〜Ｄ２４，Ｄ３１〜Ｄ３４、コンデンサＣ４、および直流中性点母線ＮＰＬを追加したものである。
【００５５】
コンデンサＣ３は直流正母線ＰＬと直流中性点母線ＮＰＬの間に接続され、コンデンサＣ４は直流中性点母線ＮＰＬと直流負母線ＮＬの間に接続される。バッテリ８の正極および負極は、それぞれ直流正母線ＰＬおよび直流中性点母線ＮＰＬに接続される。バッテリ８Ａの正極および負極は、それぞれ直流中性点母線ＮＰＬおよび直流負母線ＮＬに接続される。
【００５６】
トランジスタＱ１，Ｑ５，Ｑ７，Ｑ３は母線ＰＬ，ＮＬ間に直列接続され、トランジスタＱ２，Ｑ６，Ｑ８，Ｑ４は母線ＰＬ，ＮＬ間に直列接続される。トランジスタＱ５のエミッタはリアクトルＬ１を介して入力端子Ｔａに接続され、トランジスタＱ６のエミッタは入力端子Ｔｂに接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ８は、それぞれトランジスタＱ１〜Ｑ８に逆並列に接続される。ダイオードＤ２１，Ｄ２２のアノードはともに直流中性点母線ＮＰＬに接続され、それらのカソードはそれぞれトランジスタＱ５，Ｑ６のコレクタに接続される。ダイオードＤ２３，Ｄ２４のアノードはそれぞれトランジスタＱ７，Ｑ８のエミッタに接続され、それらのカソードはともに直流中性点母線ＮＰＬに接続される。
【００５７】
トランジスタＱ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８，Ｄ２１〜Ｄ２４は、３レベルのコンバータ１１Ａを構成する。コンバータ１１Ａは、通常時は、対応の２次巻線から入力フィルタ１０を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をバッテリ８，８Ａに蓄えるとともにインバータ１２に供給し、停電時は停止する。換言すると、コンバータ１１Ａは、通常時は、対応の２次巻線から入力フィルタ１０を介して供給される交流電圧を正電圧、中性点電圧、および負電圧に変換してそれぞれ直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＬＰ、および直流負母線ＮＬに与え、停電時は停止する。
【００５８】
たとえば、入力端子Ｔａの電圧が入力端子Ｔｂの電圧よりも高い場合は、トランジスタＱ１〜Ｑ８のうちのトランジスタＱ５，Ｑ１，Ｑ６をオンさせる。これにより、入力端子ＴａからリアクトルＬ１、トランジスタＱ５，Ｑ１、コンデンサＣ３、ダイオードＤ２２、およびトランジスタＱ６を介して入力端子Ｔｂに電流が流れ、コンデンサＣ３が充電される。また、トランジスタＱ１〜Ｑ８のうちのトランジスタＱ７，Ｑ４，Ｑ８をオンさせる。これにより、入力端子ＴａからリアクトルＬ１、トランジスタＱ７、ダイオードＤ２３、コンデンサＣ４、およびトランジスタＱ４，Ｑ８を介して入力端子Ｔｂに電流が流れ、コンデンサＣ４が充電される。
【００５９】
入力端子Ｔａの電圧が入力端子Ｔｂの電圧よりも低い場合は、トランジスタＱ１〜Ｑ８のうちのトランジスタＱ６，Ｑ２，Ｑ５をオンさせる。これにより、入力端子ＴｂからトランジスタＱ６，Ｑ２、コンデンサＣ３、ダイオードＤ２１、トランジスタＱ５、およびリアクトルＬ１を介して入力端子Ｔａに電流が流れ、コンデンサＣ３が充電される。また、トランジスタＱ１〜Ｑ８のうちのトランジスタＱ８，Ｑ３，Ｑ７をオンさせる。これにより、入力端子ＴｂからトランジスタＱ８、ダイオードＤ２４、コンデンサＣ４、トランジスタＱ３，Ｑ７、およびリアクトルＬ１を介して入力端子Ｔａに電流が流れ、コンデンサＣ４が充電される。
【００６０】
また、入力端子Ｔａ，Ｔｂの電圧が略等しい場合は、トランジスタＱ５，Ｑ８またはトランジスタＱ６，Ｑ７のみをオンさせる。トランジスタＱ５，Ｑ８のみをオンさせた場合は、入力端子ＴｂからトランジスタＱ８、ダイオードＤ２４，Ｄ２１、トランジスタＱ５，およびリアクトルＬ１を介して入力端子Ｔａに電流が流れる。また、トランジスタＱ６，Ｑ７のみをオンさせた場合は、入力端子ＴａからリアクトルＬ１、トランジスタＱ７、ダイオードＤ２３，Ｄ２２、トランジスタＱ６を介して入力端子Ｔｂに電流が流れる。このようにして、直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＰＬ、および直流負母線ＮＬがそれぞれ正電圧、中性点電圧、および負電圧にされる。
【００６１】
トランジスタＱ１１，Ｑ１５，Ｑ１７，Ｑ１３は母線ＰＬ，ＮＬ間に直列接続され、トランジスタＱ１２，Ｑ１６，Ｑ１８，Ｑ１４は母線ＰＬ，ＮＬ間に直列接続される。トランジスタＱ１５のエミッタはリアクトルＬ２を介して出力端子Ｔｃに接続され、トランジスタＱ１６のエミッタは出力端子Ｔｄに接続される。ダイオードＤ１１〜Ｄ１８は、それぞれトランジスタＱ１１〜Ｑ１８に逆並列に接続される。ダイオードＤ３１，Ｄ３２のアノードはともに直流中性点母線ＮＰＬに接続され、それらのカソードはそれぞれトランジスタＱ１５，Ｑ１６のコレクタに接続される。ダイオードＤ３３，Ｄ３４のアノードはそれぞれトランジスタＱ１７，Ｑ１８のエミッタに接続され、それらのカソードはともに直流中性点母線ＮＰＬに接続される。
【００６２】
トランジスタＱ１１〜Ｑ１８およびダイオードＤ１１〜Ｄ１８，Ｄ３１〜Ｄ３４は、３レベルのインバータ１２Ａを構成する。インバータ１２Ａは、通常時は、コンバータ１１Ａで生成された直流電力を交流電力に変換し、停電時は、バッテリ８，８Ａの直流電力を交流電力に変換する。換言すると、インバータ１２Ａは、直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＰＬ、および直流負母線ＮＬから受けた正電圧、中性点電圧、および負電圧に基づいて、正電圧、０Ｖ、および負電圧を含む３レベルの交流電圧を生成する。
【００６３】
たとえば、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８のうちのトランジスタＱ１１，Ｑ１５，Ｑ１８をオンさせる。これにより、直流正母線ＰＬがトランジスタＱ１１，Ｑ１５およびリアクトルＬ２を介して出力端子Ｔｃに接続されるとともに、出力端子ＴｄがトランジスタＱ１８およびダイオードＤ３４を介して直流中性点母線ＮＰＬに接続され、正電圧および中性点電圧の差電圧（すなわち正電圧）が出力フィルタ１３に与えられる。
【００６４】
また、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８のうちのトランジスタＱ１５，Ｑ１８，Ｑ１４をオンさせる。これにより、直流中性点母線ＮＰＬがダイオードＤ３１、トランジスタＱ１５、およびリアクトルＬ２を介して出力端子Ｔｃに接続されるとともに、出力端子ＴｄがトランジスタＱ１８，Ｑ１４を介して直流負母線ＮＬに接続され、中性点電圧および負電圧の差電圧（すなわち正電圧）が出力フィルタ１３に与えられる。
【００６５】
トランジスタＱ１１〜Ｑ１８のうちのトランジスタＱ１２，Ｑ１６，Ｑ１７をオンさせる。これにより、直流正母線ＰＬがトランジスタＱ１２，Ｑ１６を介して出力端子Ｔｄに接続されるとともに、出力端子ＴｃがリアクトルＬ２、トランジスタＱ１７、およびダイオードＤ１７を介して直流中性点母線ＮＰＬに接続され、中性点電圧および正電圧の差の電圧（すなわち負電圧）が出力フィルタ１３に与えられる。
【００６６】
また、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８のうちのトランジスタＱ１６，Ｑ１７，Ｑ１３をオンさせる。これにより、直流中性点母線ＮＰＬがダイオードＤ３２およびトランジスタＱ１６を介して出力端子Ｔｄに供給されるとともに、出力端子ＴｃがリアクトルＬ２およびトランジスタＱ１７，Ｑ１３を介して直流負母線ＮＬに接続され、負電圧および中性点電圧の差の電圧（すなわち負電圧）が出力フィルタ１３に与えられる。
【００６７】
また、トランジスタＱ１５，Ｑ１８またはトランジスタＱ１６，Ｑ１７のみをオンさせる。トランジスタＱ１５，Ｑ１８のみをオンさせた場合は、直流中性点母線ＮＰＬがダイオードＤ３１、トランジスタＱ１５、およびリアクトルＬ２を介して出力端子Ｔｃに接続されるとともに、出力端子ＴｄがトランジスタＱ１８およびダイオードＤ３４を介して直流中性点母線ＮＰＬに接続され、中性点電圧および中性点電圧の差の電圧（すなわち０Ｖ）が出力フィルタ１３に与えられる。
【００６８】
また、トランジスタＱ１６，Ｑ１７のみをオンさせた場合は、直流中性点母線ＮＰＬがダイオードＤ３２およびトランジスタＱ１６を介して出力端子Ｔｄに接続されるとともに、出力端子ＴｃがリアクトルＬ２、トランジスタＱ１７およびダイオードＤ３３を介して直流中性点母線ＮＰＬに接続され、中性点電圧および中性点電圧の差の電圧（すなわち０Ｖ）が出力フィルタ１３に与えられる。
【００６９】
したがって、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８を制御することにより、出力端子Ｔｃ，Ｔｄ間に正電圧、０Ｖ、および負電圧のうちの所望の電圧を供給することができ、正電圧、０Ｖ、および負電圧の３レベルで変化する交流電圧を生成することができる。
【００７０】
出力フィルタ１３は、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧を出力端子Ｔｃ，Ｔｄに通過させ、インバータ１２Ａで発生したスイッチング周波数の信号が出力端子Ｔｃ，Ｔｄに通過するのを禁止する。換言すると、出力フィルタ１３は、インバータ１２Ａで生成された３レベルの交流電圧の波形を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧を出力端子Ｔｃ，Ｔｄ間に出力する。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。
【００７１】
この実施の形態２では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、無停電電源装置の各々が３レベルの交流電圧を生成するので、より正弦波に近い交流電圧を出力することができる。
【００７２】
図７は、実施の形態２の変更例を示す回路図であって、図６と対比される図である。図６を参照して、この変更例では、バッテリ８，８Ａが電気二重層コンデンサ１４，１４Ａで置換される。各無停電電源装置２０は、通常時は、生成した直流電力を対応の電気二重層コンデンサ１４，１４Ａに蓄え、停電時は、電気二重層コンデンサ１４，１４Ａの直流電力を交流電力に変換する。この変更例では、電気二重層コンデンサ１４，１４Ａを使用するので、バッテリ８，８Ａを使用する場合に比べ、装置の長寿命化および小型化を図ることができる。
【００７３】
[実施の形態３]
図８は、この発明の実施の形態３による無停電電源システムの要部を示す回路図であって、図４と対比される図である。図８を参照して、この無停電電源システムが実施の形態１の無停電電源システムと異なる点は、高圧無停電電源装置２に含まれる９個の無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３の各々が無停電電源装置２１で置換され、各無停電電源装置２１に２個のバッテリ８，８Ａが設けられている点である。
【００７４】
図８において、無停電電源装置２１は、無停電電源装置ＵＵ１にトランジスタＱ５〜Ｑ８，Ｑ１５〜Ｑ１８、ダイオードＤ５〜Ｄ８，Ｄ１５〜Ｄ１８、コンデンサＣ４、および直流中性点母線ＮＰＬを追加したものである。
【００７５】
コンデンサＣ３は直流正母線ＰＬと直流中性点母線ＮＰＬの間に接続され、コンデンサＣ４は直流中性点母線ＮＰＬと直流負母線ＮＬの間に接続される。バッテリ８の正極および負極は、それぞれ直流正母線ＰＬおよび直流中性点母線ＮＰＬに接続される。バッテリ８Ａの正極および負極は、それぞれ直流中性点母線ＮＰＬおよび直流負母線ＮＬに接続される。
【００７６】
トランジスタＱ５のエミッタはトランジスタＱ１のエミッタに接続され、トランジスタＱ５，Ｑ６のコレクタは互いに接続され、トランジスタＱ６のエミッタは直流中性点母線ＮＰＬに接続される。トランジスタＱ７のエミッタはトランジスタＱ２のエミッタに接続され、トランジスタＱ７，Ｑ８のコレクタは互いに接続され、トランジスタＱ８のエミッタは直流中性点母線ＮＰＬに接続される。ダイオードＤ５〜Ｄ８は、それぞれトランジスタＱ５〜Ｑ８に逆並列に接続される。
【００７７】
トランジスタＱ１５のエミッタは直流中性点母線ＮＰＬに接続され、トランジスタＱ１５，Ｑ１６のコレクタは互いに接続され、トランジスタＱ１６のエミッタはトランジスタＱ１１のエミッタに接続される。トランジスタＱ１７のエミッタは直流中性点母線ＮＰＬに接続され、トランジスタＱ１７，Ｑ１８のコレクタは互いに接続され、トランジスタＱ１８のエミッタはトランジスタＱ１２のエミッタに接続される。ダイオードＤ１５〜Ｄ１８は、それぞれトランジスタＱ１５〜Ｑ１８に逆並列に接続される。
【００７８】
トランジスタＱ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８は、３レベルのコンバータ１１Ｂを構成する。コンバータ１１Ｂは、通常時は、対応の２次巻線から入力フィルタ１０を介して供給される交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をバッテリ８，８Ａに蓄えるとともにインバータ１２に供給し、停電時は停止する。換言すると、コンバータ１１Ｂは、通常時は、対応の２次巻線から入力フィルタ１０を介して供給される交流電圧を正電圧、中性点電圧、および負電圧に変換してそれぞれ直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＰＬ、および直流負母線ＮＬに与え、停電時は停止する。
【００７９】
たとえば、入力端子Ｔａの電圧が入力端子Ｔｂの電圧よりも高い場合は、トランジスタＱ１〜Ｑ８のうちのトランジスタＱ１，Ｑ７をオンさせる。これにより、入力端子ＴａからリアクトルＬ１、トランジスタＱ１、コンデンサＣ３、ダイオードＤ８、およびトランジスタＱ７を介して入力端子Ｔｂに電流が流れ、コンデンサＣ３が充電される。また、トランジスタＱ１〜Ｑ８のうちのトランジスタＱ６，Ｑ４をオンさせる。これにより、入力端子ＴａからリアクトルＬ１、ダイオードＤ５、トランジスタＱ６、コンデンサＣ４、およびトランジスタＱ４を介して入力端子Ｔｂに電流が流れ、コンデンサＣ４が充電される。
【００８０】
入力端子Ｔａの電圧が入力端子Ｔｂの電圧よりも低い場合は、トランジスタＱ１〜Ｑ８のうちのトランジスタＱ８，Ｑ３をオンさせる。これにより、入力端子ＴｂからダイオードＤ７、トランジスタＱ８、コンデンサＣ４、トランジスタＱ３、およびリアクトルＬ１を介して入力端子Ｔａに電流が流れ、コンデンサＣ４が充電される。また、トランジスタＱ１〜Ｑ８のうちのトランジスタＱ２，Ｑ５をオンさせる。これにより、入力端子ＴｂからトランジスタＱ２、コンデンサＣ３、ダイオードＤ６、トランジスタＱ５、およびリアクトルＬ１を介して入力端子Ｔａに電流が流れ、コンデンサＣ３が充電される。
【００８１】
また、入力端子Ｔａ，Ｔｂの電圧が略等しい場合は、トランジスタＱ５，Ｑ８またはトランジスタＱ６，Ｑ７のみをオンさせる。トランジスタＱ５，Ｑ８のみをオンさせた場合は、入力端子ＴｂからダイオードＤ７、トランジスタＱ８、ダイオードＤ６、トランジスタＱ５，およびリアクトルＬ１を介して入力端子Ｔａに電流が流れる。また、トランジスタＱ６，Ｑ７のみをオンさせた場合は、入力端子ＴａからリアクトルＬ１、ダイオードＤ５、トランジスタＱ６、ダイオードＤ８、トランジスタＱ７を介して入力端子Ｔｂに電流が流れる。このようにして、直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＰＬ、および直流負母線ＮＬがそれぞれ正電圧、中性点電圧、および負電圧にされる。
【００８２】
トランジスタＱ１１〜Ｑ１８およびダイオードＤ１１〜Ｄ１８は、３レベルのインバータ１２Ｂを構成する。インバータ１２Ｂは、通常時は、コンバータ１１Ｂで生成された直流電力を交流電力に変換し、停電時は、バッテリ８，８Ａの直流電力を交流電力に変換する。換言すると、インバータ１２Ｂは、直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＰＬ、および直流負母線ＮＬから受けた正電圧、中性点電圧、および負電圧に基づいて、正電圧、０Ｖ、および負電圧を含む３レベルの交流電圧を生成する。
【００８３】
たとえば、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８のうちのトランジスタＱ１１，Ｑ１７をオンさせる。これにより、直流正母線ＰＬがトランジスタＱ１１およびリアクトルＬ２を介して出力端子Ｔｃに接続されるとともに、出力端子ＴｄがダイオードＤ１８およびトランジスタＱ１７を介して直流中性点母線ＮＰＬに接続され、正電圧および中性点電圧の差電圧（すなわち正電圧）が出力フィルタ１３に与えられる。
【００８４】
また、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８のうちのトランジスタＱ１２，Ｑ１５をオンさせる。これにより、直流正母線ＰＬがトランジスタＱ１２を介して出力端子Ｔｄに接続されるとともに、出力端子ＴｃがダイオードＤ１６およびトランジスタＱ１５を介して直流中性点母線ＮＰＬに接続され、中性点電圧および正電圧の差電圧（すなわち負電圧）が出力フィルタ１３に与えられる。
【００８５】
また、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８のうちのトランジスタＱ１６，Ｑ１４をオンさせる。これにより、直流中性点母線ＮＰＬがダイオードＤ１５、トランジスタＱ１６、およびリアクトルＬ２を介して出力端子Ｔｃに接続されるとともに、出力端子ＴｄがトランジスタＱ１４を介して直流負母線ＮＬに接続され、中性点電圧および負電圧の差電圧（すなわち正電圧）が出力フィルタ１３に与えられる。
【００８６】
また、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８のうちのトランジスタＱ１８，Ｑ１３をオンさせる。これにより、直流中性点母線ＮＰＬがダイオードＤ１７およびトランジスタＱ１８を介して出力端子Ｔｄに接続されるとともに、出力端子ＴｃがリアクトルＬ２およびトランジスタＱ１３を介して直流負母線ＮＬに接続され、負電圧および中性点電圧の差電圧（すなわち負電圧）が出力フィルタ１３に与えられる。
【００８７】
また、トランジスタＱ１５，Ｑ１８またはトランジスタＱ１６，Ｑ１７のみをオンさせる。トランジスタＱ１５，Ｑ１８のみをオンさせた場合は、直流中性点母線ＮＰＬがダイオードＤ１７およびトランジスタＱ１８を介して出力端子Ｔｄに接続されるともに、出力端子ＴｃがリアクトルＬ２、ダイオードＤ１６、およびトランジスタＱ１５を介して直流中性点母線ＮＰＬに接続され、中性点電圧および中性点電圧の差電圧（すなわち０Ｖ）が出力フィルタ１３に与えられる。
【００８８】
また、トランジスタＱ１６，Ｑ１７のみをオンさせた場合は、直流中性点母線ＮＰＬがダイオードＤ１５、トランジスタＱ１６、およびリアクトルＬ２を介して出力端子Ｔｃに接続されるとともに、出力端子ＴｄがダイオードＤ１８およびトランジスタＱ１７を介して直流中性点母線ＮＰＬに接続され、中性点電圧および中性点電圧の差電圧（すなわち０Ｖ）が出力フィルタ１３に与えられる。
【００８９】
したがって、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８を制御することにより、正電圧、０Ｖ、および負電圧のうちの所望の電圧を出力フィルタ１３に供給することができ、正電圧、０Ｖ、および負電圧の３レベルで変化する交流電圧を生成することができる。
【００９０】
出力フィルタ１３は、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧を出力端子Ｔｃ，Ｔｄに通過させ、インバータ１２Ｂで発生したスイッチング周波数の信号が出力端子Ｔｃ，Ｔｄに通過するのを禁止する。換言すると、出力フィルタ１３は、インバータ１２Ｂで生成された３レベルの交流電圧の波形を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧を出力端子Ｔｃ，Ｔｄ間に出力する。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。
【００９１】
この実施の形態３では、実施の形態１と同じ効果が得られる他、無停電電源装置の各々が３レベルの交流電圧を生成するので、より正弦波に近い交流電圧を出力することができる。
【００９２】
図９は、実施の形態３の変更例を示す回路図であって、図８と対比される図である。図９を参照して、この変更例では、バッテリ８，８Ａが電気二重層コンデンサ１４，１４Ａで置換される。各無停電電源装置２１は、通常時は、生成した直流電力を対応の電気二重層コンデンサ１４，１４Ａに蓄え、停電時は、電気二重層コンデンサ１４，１４Ａの直流電力を交流電力に変換する。この変更例では、電気二重層コンデンサ１４，１４Ａを使用するので、バッテリ８，８Ａを使用する場合に比べ、装置の長寿命化および小型化を図ることができる。
【００９３】
[実施の形態４]
図１０は、この発明の実施の形態４による無停電電源システム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１０を参照して、この無停電電源システムが図１の無停電電源システムと異なる点は、高圧無停電電源装置２が高圧無停電電源装置３０で置換されている点である。
【００９４】
図１１は、高圧無停電電源装置３０の構成を示す回路ブロック図であって、図３と対比される図である。図１１を参照して、この高圧無停電電源装置３０が高圧無停電電源装置２と異なる点は、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３が無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａ，ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａ，ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａで置換され、リアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷおよびコンデンサＣＵ，ＣＶ，ＣＷが追加されている点である。
【００９５】
図１２は、無停電電源装置ＵＵ１Ａの構成を示す回路ブロック図であって、図４と対比される図である。図１２を参照して、無停電電源装置ＵＵ１Ａは、無停電電源装置ＵＵ１からリアクトルＬ１，Ｌ２およびコンデンサＣ１，Ｃ２、すなわち入力フィルタ１０および出力フィルタ１３を除去したものである。トランジスタＱ１のエミッタは入力端子Ｔａに直接接続され、トランジスタＱ１１のエミッタは出力端子Ｔｃに直接接続されている。このため、無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力電圧ＶＵ１１Ａは、正弦波にはならず、パルス信号列となる。他の無停電電源装置ＵＵ２Ａ，ＵＵ３Ａ，ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａ，ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａの各々も、無停電電源装置ＵＵ１Ａと同じ構成である。
【００９６】
図１１に戻って、無停電電源装置ＵＵ３Ａの出力端子Ｔｃと無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力端子Ｔｄの間には、無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａの出力パルス信号列を加算したパルス信号列が出力される。制御回路７は、加算したパルス信号列の波形を正弦波に近付けるために、無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａのインバータ１２を所定角度ずつ位相をずらせて制御する。リアクトルＬＵは無停電電源装置ＵＵ３Ａの出力端子Ｔｃと出力端子ＴＵとの間に接続され、コンデンサＣＵは出力端子Ｔｃと中性点ＮＰとの間に接続される。リアクトルＬＵおよびコンデンサＣＵは、出力フィルタを構成する。
【００９７】
この出力フィルタは、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧を出力端子ＴＵおよび中性点ＮＰ間に通過させ、インバータ１２で発生したスイッチング周波数の信号が出力端子ＴＵおよび中性点ＮＰ間に通過するのを禁止する。換言すると、リアクトルＬＵおよびコンデンサＣＵからなる出力フィルタは、無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａの出力パルス信号列を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧ＶＵを出力端子ＴＵおよび中性点ＮＰ間に出力する。
【００９８】
同様に、無停電電源装置ＵＶ３Ａの出力端子Ｔｃと無停電電源装置ＵＶ１Ａの出力端子Ｔｄの間には、無停電電源装置ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａの出力パルス信号列を加算したパルス信号列が出力される。制御回路７は、加算したパルス信号列の波形を正弦波に近付けるために、無停電電源装置ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａのインバータ１２を所定角度ずつ位相をずらせて制御する。リアクトルＬＶは無停電電源装置ＵＶ３Ａの出力端子Ｔｃと出力端子ＴＶとの間に接続され、コンデンサＣＶは出力端子Ｔｃと中性点ＮＰとの間に接続される。リアクトルＬＶおよびコンデンサＣＶは、出力フィルタを構成する。
【００９９】
この出力フィルタは、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧を出力端子ＴＶおよび中性点ＮＰ間に通過させ、コンバータ１１で発生したスイッチング周波数の信号が出力端子ＴＶおよび中性点ＮＰ間に通過するのを禁止する。換言すると、リアクトルＬＶおよびコンデンサＣＶからなる出力フィルタは、無停電電源装置ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａの出力パルス信号列を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧ＶＶを出力端子ＴＶおよび中性点ＮＰ間に出力する。
【０１００】
同様に、無停電電源装置ＵＷ３Ａの出力端子Ｔｃと無停電電源装置ＵＷ１Ａの出力端子Ｔｄの間には、無停電電源装置ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａの出力パルス信号列を加算したパルス信号列が出力される。制御回路７は、加算したパルス信号列の波形を正弦波に近付けるために、無停電電源装置ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａのインバータ１２を所定角度ずつ位相をずらせて制御する。リアクトルＬＷは無停電電源装置ＵＷ３Ａの出力端子Ｔｃと出力端子ＴＷとの間に接続され、コンデンサＣＷは出力端子Ｔｃと中性点ＮＰとの間に接続される。リアクトルＬＷおよびコンデンサＣＷは、出力フィルタを構成する。
【０１０１】
この出力フィルタは、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧を出力端子ＴＷおよび中性点ＮＰ間に通過させ、コンバータ１１で発生したスイッチング周波数の信号が出力端子ＴＷおよび中性点ＮＰ間に通過するのを禁止する。換言すると、リアクトルＬＷおよびコンデンサＣＷからなる出力フィルタは、無停電電源装置ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａの出力パルス信号列を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧ＶＷを出力端子ＴＷおよび中性点ＮＰ間に出力する。
【０１０２】
図１３（ａ）〜（ｄ）は、図１１および図１２に示した高圧無停電電源装置２のうちのＵ相に関連する部分の動作を示すタイムチャートである。図１３（ａ）は無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａの波形を示し、図１３（ｂ）は無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａ〜ＶＵ１３Ａを加算したＵ相電圧ＶＵの波形を示し、図１３（ｃ）はＵ相とＶ相の線間電圧ＶＵＶの波形を示し、図１３（ｄ）はＵ相電流ＩＵの波形を示している。
【０１０３】
図１３（ａ）に示すように、無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａは、０〜１８０度では正のパルス信号列となり、１８０〜３６０度では負のパルス信号列となる。正弦波のピークとなる９０度および２７０度付近ではパルス幅は最大になり、正弦波の０点となる０度および１８０度付近ではパルス幅は最小となる。
【０１０４】
また図１３（ｂ）に示すように、位相のずれた無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａ〜ＶＵ１３Ａを加算したＵ相電圧ＶＵの波形は、無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａの波形よりも正弦波に近くなる。また図１３（ｃ）に示すように、線間電圧ＶＵＶの波形はさらに正弦波に近くなる。また図１３（ｄ）に示すように、負荷６に流れるＵ相電流ＩＵの波形はほぼ正弦波になる。Ｖ相、Ｗ相に関連する部分の動作も、Ｕ相に関連する部分の動作と同じであるので、その説明は繰り返さない。また、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。
【０１０５】
この実施の形態４では、各相において出力フィルタを３つの無停電電源装置に共通に設け、かつ入力フィルタを除去したので、回路面積を小さくすることができる。
【０１０６】
図１４は、実施の形態４の変更例を示す回路図であって、図１２と対比される図である。図１４を参照して、この変更例では、バッテリ８，８Ａが電気二重層コンデンサ１４，１４Ａで置換される。各無停電電源装置は、通常時は、生成した直流電力を対応の電気二重層コンデンサ１４，１４Ａに蓄え、停電時は、電気二重層コンデンサ１４，１４Ａの直流電力を交流電力に変換する。この変更例では、電気二重層コンデンサ１４，１４Ａを使用するので、バッテリ８，８Ａを使用する場合に比べ、装置の長寿命化および小型化を図ることができる。
【０１０７】
図１５は、実施の形態４の他の変更例を示す回路図であって、図１２と対比される図である。図１５を参照して、この変更例では、無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａ，ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａ，ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａの各々が無停電電源装置３１で置換され、各無停電電源装置３１にバッテリ８Ａが追加される。無停電電源装置３１は、図６の無停電電源装置２０からリアクトルＬ１，Ｌ２およびコンデンサＣ１，Ｃ２、すなわち入力フィルタ１０および出力フィルタ１３を除去したものである。トランジスタＱ５のエミッタは入力端子Ｔａに直接接続され、トランジスタＱ１５のエミッタは出力端子Ｔｃに直接接続されている。このため、無停電電源装置３１の出力電圧は、正弦波にはならず、パルス信号列となる。バッテリ８の正極および負極は、それぞれ直流正母線ＰＬおよび直流中性点母線ＮＰＬに接続される。バッテリ８Ａの正極および負極は、それぞれ直流中性点母線ＮＰＬおよび直流負母線ＮＬに接続される。この変更例でも、実施の形態４と同じ効果が得られる。
【０１０８】
図１６は、実施の形態４のさらに他の変更例を示す回路図であって、図１５と対比される図である。図１６を参照して、この変更例では、バッテリ８，８Ａが電気二重層コンデンサ１４，１４Ａで置換される。各無停電電源装置３１は、通常時は、生成した直流電力を対応の電気二重層コンデンサ１４，１４Ａに蓄え、停電時は、電気二重層コンデンサ１４，１４Ａの直流電力を交流電力に変換する。この変更例では、電気二重層コンデンサ１４，１４Ａを使用するので、バッテリ８，８Ａを使用する場合に比べ、装置の長寿命化および小型化を図ることができる。
【０１０９】
図１７は、実施の形態４のさらに他の変更例を示す回路図であって、図１２と対比される図である。図１７を参照して、この変更例では、無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａ，ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａ，ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａの各々が無停電電源装置３２で置換され、各無停電電源装置３２にバッテリ８Ａが追加される。無停電電源装置３２は、図８の無停電電源装置２１からリアクトルＬ１，Ｌ２およびコンデンサＣ１，Ｃ２、すなわち入力フィルタ１０および出力フィルタ１３を除去したものである。トランジスタＱ１のエミッタは入力端子Ｔａに直接接続され、トランジスタＱ１１のエミッタは出力端子Ｔｃに直接接続されている。このため、無停電電源装置３２の出力電圧は、正弦波にはならず、パルス信号列となる。バッテリ８の正極および負極は、それぞれ直流正母線ＰＬおよび直流中性点母線ＮＰＬに接続される。バッテリ８Ａの正極および負極は、それぞれ直流中性点母線ＮＰＬおよび直流負母線ＮＬに接続される。この変更例でも、実施の形態４と同じ効果が得られる。
【０１１０】
図１８は、実施の形態４のさらに他の変更例を示す回路図であって、図１７と対比される図である。図１８を参照して、この変更例では、バッテリ８，８Ａが電気二重層コンデンサ１４，１４Ａで置換される。各無停電電源装置３２は、通常時は、生成した直流電力を対応の電気二重層コンデンサ１４，１４Ａに蓄え、停電時は、電気二重層コンデンサ１４，１４Ａの直流電力を交流電力に変換する。この変更例では、電気二重層コンデンサ１４，１４Ａを使用するので、バッテリ８，８Ａを使用する場合に比べ、装置の長寿命化および小型化を図ることができる。
【０１１１】
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。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許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】
【０１１２】
Ｔ１，Ｔａ，Ｔｂ  入力端子、Ｔ２  バイパス端子、Ｔ３，Ｔｃ，Ｔｄ，ＴＵ，ＴＶ，ＴＷ  出力端子、Ｓ１〜Ｓ７  スイッチ、１  入力変圧器、２，３０  高圧無停電電源装置、３  無瞬断スイッチ、４，５  商用交流電源、６  負荷、ＣＲ，ＣＳ，ＣＴ  １次巻線、ＣＵ１〜ＣＵ３，ＣＶ１〜ＣＶ３，ＣＷ１〜ＣＷ３  ２次巻線、ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３  無停電電源装置、７  制御回路、８，８Ａ  バッテリ、Ｌ１，Ｌ２，ＬＵ，ＬＶ，ＬＷ  リアクトル、Ｃ１〜Ｃ４，ＣＵ，ＣＶ，ＣＷ  コンデンサ、Ｑ１〜Ｑ８，Ｑ１１〜Ｑ１８  トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ１１〜Ｄ１８，Ｄ２１〜Ｄ２４，Ｄ３１〜Ｄ３４  ダイオード、１０  入力フィルタ、１１，１１Ａ，１１Ｂ  コンバータ、１２，１２Ａ，１２Ｂ  インバータ、１３  出力フィルタ、１４，１４Ａ  電気二重層コンデンサ、ＰＬ  直流正母線、ＮＰＬ  直流中性点母線、ＮＬ  直流負母線。
【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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【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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