(57)【要約】  無停電電源装置は、交流電源（５０）からコンタクタ（１６，１４）を経由させて負荷（５２）に給電するエコモードを備える。エコモードでは、切替制御部（１７）は、交流電源（５０）の電圧低下度が５％に達したときに、サイリスタスイッチ（１３）をオンさせた後にコンタクタ（１４）をオフさせる。電力変換制御部（１９）は、交流電源（５０）の電圧低下度が１０％に達したときに、インバータ（９）に逆変換を実行させて蓄電池（５３）の直流電力を交流電力に変換するとともに、インバータ（９）から出力される交流電圧が交流電源（５０）から供給される交流電圧に同期するように、インバータ（９）における逆変換を制御する。切替制御部（１７）は、コンタクタ（１４）をオフさせた後にインバータ（９）における逆変換が実行されたときに、サイリスタスイッチ（１３）をオフさせる。
2015198448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源と負荷との間に接続される無停電電源装置であって、
前記交流電源からの交流電力を直流電力に順変換するコンバータと、
前記コンバータが出力する直流電力または電力貯蔵装置が出力する直流電力を交流電力に逆変換して前記負荷に供給するインバータと、
前記交流電源と前記負荷との間に並列接続された半導体スイッチおよびコンタクタを含むバイパス回路と、
前記コンバータおよび前記インバータにおける電力変換を制御する電力変換制御部と、
前記半導体スイッチおよび前記コンタクタのオンオフを制御する切替制御部とを備え、
前記無停電電源装置は、前記インバータから前記負荷に交流電力を供給する第１の動作モードと、前記交流電源から前記バイパス回路を経由させて前記負荷に交流電力を供給する第２の動作モードとを有しており、前記第２の動作モードが選択されている場合に前記交流電源の電圧低下を検出したときには、前記第１の動作モードに移行するように構成され、
前記切替制御部は、前記第２の動作モードが選択されている場合には、前記コンタクタをオンするとともに前記半導体スイッチをオフする一方で、前記交流電源の電圧低下度が第１の閾値に達したときに、前記半導体スイッチをオンさせた後に前記コンタクタをオフさせ、
前記電力変換制御部は、前記第２の動作モードが選択されている場合において、前記交流電源の電圧低下度が前記第１の閾値よりも小さい前記第２の閾値に達したときに、前記インバータに逆変換を実行させて前記電力貯蔵装置が出力する直流電力を交流電力に変換するとともに、前記インバータから出力される交流電圧が前記交流電源から供給されている交流電圧に同期するように、前記インバータにおける逆変換を制御し、
前記切替制御部は、前記コンタクタをオフさせた後に前記電力変換制御部により前記インバータにおける逆変換が実行されたときに、前記半導体スイッチをオフさせる、無停電電源装置。
【請求項２】
前記電力変換制御部は、前記インバータから出力される交流電圧が、前記交流電源から供給される交流電圧に同期するように、前記インバータを制御するためのゲート信号を生成するように構成され、
前記第２の動作モードでは、前記電力変換制御部は、前記ゲート信号の出力を停止することにより前記インバータを逆変換の待機状態とし、前記交流電源の電圧低下度が前記第２の閾値に達したときに、前記インバータに前記ゲート信号を出力する、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記無停電電源装置は、前記第１の動作モードに移行した後に前記交流電源からの交流電力の供給が再開する復電を検出したときには、前記第２の動作モードへ復帰するように構成され、
前記第１の動作モードでは、前記電力変換制御部は、前記交流電源の復電が検出されたことに応じて、前記インバータから出力される交流電圧が、復電後の前記交流電源から供給される交流電圧に同期するように、前記インバータにおける逆変換を制御し、
前記切替制御部は、前記インバータから出力される交流電圧が復電後の前記交流電源から供給される交流電圧に同期したときに、前記半導体スイッチおよび前記コンタクタを順次オンさせ、前記コンタクタをオンさせた後に前記半導体スイッチをオフさせる、請求項１または２に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記交流電源から交流電力を受けて前記コンバータに供給する入力端子と、
前記交流電源から交流電力を受けるバイパス端子と、
前記バイパス端子と前記バイパス回路との間に接続される第１のスイッチと、
前記入力端子および前記コンバータの交流側端子との間に位置する第１のノードと前記バイパス回路との間に接続される第２のスイッチと、
前記入力端子および前記第１のノードの間に接続される第３のスイッチとをさらに備え、
前記第２の動作モードでは、前記切替制御部は、前記第２および第３のスイッチをオンする一方で、前記第１のスイッチをオフすることにより、前記入力端子に供給される交流電力を前記コンタクタを経由させて前記負荷に供給する、請求項１から３のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記交流電源から交流電力を受けて前記コンバータに供給する入力端子と、
前記交流電源から交流電力を受けて前記バイパス回路に供給するバイパス端子をさらに備え、
前記第２の動作モードでは、前記切替制御部は、前記バイパス端子に供給される交流電力を前記コンタクタを経由させて前記負荷に供給する、請求項１から３のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は無停電電源装置に関し、特に、バイパス回路を経由して負荷に交流電力を供給するエコモードを備えた無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、無停電電源装置は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータで生成された直流電力または電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換して負荷に供給するインバータと、交流電源と負荷との間に並列接続されたサイリスタスイッチおよびコンタクタを含むバイパス回路と、これらを制御する制御装置とを備えている。【０００３】
上記の無停電電源装置においては、交流電源から正常に交流電力が供給されている通常時にコンバータおよびインバータを使用し、交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時にはインバータで給電を継続する。このような回路方式は、常時インバータ給電方式と呼ばれている。常時インバータ給電方式は、交流電源が正常なときも停電のときも直流リンクを介してインバータで負荷への給電を行なうため、入力電源の品質にかかわらず出力の電源品質が確保しやすく、負荷への給電安定性が優れている。その一方で、常時インバータ給電方式は、通常時にエネルギーがコンバータおよびインバータを通過するために電力損失が発生し、運転効率の向上が課題となっている。【０００４】
近年では、効率化の対策として、エコモードを備えた無停電電源装置が提案されている［たとえば米国特許第７３７２１７７号明細書（特許文献１）参照］。これによれば、無停電電源装置は、通常時は交流電源からバイアス回路であるサイリスタスイッチを経由して負荷に交流電力を供給するバイパス給電を実行する。そして、バイパス給電の実行中にバイパス経路に異常を検出した場合には、バイパス給電からインバータから負荷に交流電力を供給するインバータ給電に切り替える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第７３７２１７７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載される無停電電源装置では、バイパス給電の実行中はコンバータおよびインバータの運転を停止している。そして、制御盤がバイパス経路に異常を検出すると、サイリスタスイッチをオフし、規定時間の遅れの後、インバータを起動する。そのため、バイパス給電からインバータ給電への切り替え時において、負荷に出力される電圧が瞬間的に低下する瞬時電圧低下（瞬低）が発生するという問題があった。【０００７】
バイパス回路をサイリスタスイッチおよびコンタクタを組み合わせて構成した場合には、コンタクタの応答時間がサイリスタスイッチの応答時間よりも長いためにサイリスタスイッチよりも遅れてコンタクタがオフされる。そのため、瞬時電圧低下の程度（瞬低時間および電圧低下度）が大きくなり、負荷に大きな影響を及ぼす可能性がある。【０００８】
それゆえに、この発明の主たる目的は、バイパス回路を経由して負荷に交流電力を供給するエコモードでの給電からインバータ給電への切り替え時における瞬時電圧低下の発生を防止することが可能な無停電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】
【０００９】
この発明に係る無停電電源装置は、交流電源と負荷との間に接続される。無停電電源装置は、交流電源からの交流電力を直流電力に順変換するコンバータと、コンバータが出力する直流電力または電力貯蔵装置が出力する直流電力を交流電力に逆変換して負荷に供給するインバータと、交流電源と負荷との間に並列接続された半導体スイッチおよびコンタクタを含むバイパス回路と、コンバータおよびインバータにおける電力変換を制御する電力変換制御部と、半導体スイッチおよびコンタクタのオンオフを制御する切替制御部とを備える。無停電電源装置は、インバータから負荷に交流電力を供給する第１の動作モードと、交流電源からバイパス回路を経由させて負荷に交流電力を供給する第２の動作モードとを有しており、第２の動作モードが選択されている場合に交流電源の電圧低下を検出したときには、第１の動作モードに移行するように構成される。切替制御部は、第２の動作モードが選択されている場合には、コンタクタをオンするとともに半導体スイッチをオフする一方で、交流電源の電圧低下度が第１の閾値に達したときに、半導体スイッチをオンさせた後にコンタクタをオフさせる。電力変換制御部は、第２の動作モードが選択されている場合において、交流電源の電圧低下度が第１の閾値よりも小さい第２の閾値に達したときに、インバータに逆変換を実行させて電力貯蔵装置が出力する直流電力を交流電力に変換するとともに、インバータから出力される交流電圧が交流電源から供給されている交流電圧に同期するように、インバータにおける逆変換を制御する。切替制御部は、コンタクタをオフさせた後に電力変換制御部によりインバータにおける逆変換が実行されたときに、半導体スイッチをオフさせる。【００１０】
好ましくは、電力変換制御部は、インバータから出力される交流電圧が、交流電源から供給される交流電圧に同期するように、インバータを制御するためのゲート信号を生成するように構成される。第２の動作モードでは、電力変換制御部は、ゲート信号の出力を停止することによりインバータを逆変換の待機状態とし、交流電源の電圧低下度が第２の閾値に達したときに、インバータにゲート信号を出力する。【００１１】
好ましくは、無停電電源装置は、第１の動作モードに移行した後に交流電源からの交流電力の供給が再開する復電を検出したときには、第２の動作モードへ復帰するように構成される。第１の動作モードでは、電力変換制御部は、交流電源の復電が検出されたことに応じて、インバータから出力される交流電圧が、復電後の交流電源から供給される交流電圧に同期するように、インバータにおける逆変換を制御する。切替制御部は、インバータから出力される交流電圧が復電後の交流電源から供給される交流電圧に同期したときに、半導体スイッチおよびコンタクタを順次オンさせ、コンタクタをオンさせた後に半導体スイッチをオフさせる。【００１２】
好ましくは、無停電電源装置は、交流電源から交流電力を受けてコンバータに供給する入力端子と、交流電源から交流電力を受けるバイパス端子と、バイパス端子とバイパス回路との間に接続される第１のスイッチと、入力端子およびコンバータの交流側端子との間に位置する第１のノードとバイパス回路との間に接続される第２のスイッチと、入力端子および第１のノードの間に接続される第３のスイッチとをさらに備える。第２の動作モードでは、切替制御部は、第２および第３のスイッチをオンする一方で、第１のスイッチをオフすることにより、入力端子に供給される交流電力をコンタクタを経由させて負荷に供給する。【００１３】
好ましくは、無停電電源装置は、交流電源から交流電力を受けてコンバータに供給する入力端子と、交流電源から交流電力を受けてバイパス回路に供給するバイパス端子をさらに備える。第２の動作モードでは、切替制御部は、バイパス端子に供給される交流電力をコンタクタを経由させて負荷に供給する。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、バイパススイッチを経由して負荷に交流電力を供給するエコモードを備えた無停電電源装置において、エコモードでの給電からインバータ給電への切り替え時における瞬時電圧低下の発生を防止することができる。これにより、負荷への給電安定性を確保しながら、無停電電源装置の運転効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるエコモードの実行中の電力の流れを説明するための図である。
【図３】エコモードの実行中に交流電源の電圧低下が検出されたときの電力の流れを説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置におけるエコモードでの給電からインバータ給電へ切り替えるための制御構成を示す機能ブロック図である。
【図５】インバータ給電の実行中における電力の流れを説明するための図である。
【図６】インバータ給電の実行中に交流電源の復電が検出されたときの電力の流れを説明するための図である。
【図７】本実施の形態１に係る無停電電源装置の他の構成例を示す全体構成図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置の全体構成図である。
【図９】本発明の実施の形態２におけるエコモードの実行中の電力の流れを説明するための図である。
【図１０】エコモードの実行中にバイパス交流電源の電圧低下が検出されたときの電力の流れを説明するための図である。
【図１１】本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置におけるエコモードでの給電からインバータ給電へ切り替えるための制御構成を示す機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１７】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の全体構成図である。図１を参照して、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置は、交流電源５０、バイパス交流電源５１および負荷５２に接続される。
【００１８】
交流電源５０およびバイパス交流電源５１は、無停電電源装置に交流電力を供給する交流電源である。これらの交流電源の各々は、たとえば商用交流電源もしくは自家用発電機等によって構成される。図１および以後説明する図では、交流電源の一例として三相三線式を示す。図面および説明の簡単化のため、図１では、一相分の回路のみが代表的に示されている。ただし、交流電源の種類は、三相三線式に限定されず、たとえば三相四線式の電源でもよいし、単相三線式の電源でもよい。
【００１９】
無停電電源装置は、筐体１と、筐体１の内部に収容される本体部と、本体部に電気的に接続される蓄電池５３と、筐体１に設けられたバイパス端子Ｔ１、入力端子Ｔ２、蓄電池端子Ｔ３および出力端子Ｔ４とを備える。
【００２０】
バイパス端子Ｔ１は、バイパス交流電源５１からの交流電力を受ける。入力端子Ｔ２は、交流電源５０からの交流電力を受ける。蓄電池端子Ｔ３は、蓄電池５３の正極に接続されている。蓄電池５３は、筐体１とは別の筐体に収容されている。出力端子Ｔ４には負荷５２が接続される。
【００２１】
無停電電源装置は、本体部として、電磁接触器（コンタクタ）２，７，１２，１４，１５，１６と、ヒューズ３，６と、リアクトル４，１０と、コンバータ（順変換器）５と、電解コンデンサ８と、インバータ（逆変換器）９と、コンデンサ１１と、サイリスタスイッチ１３と、切替制御部１７と、エコモード設定部１８と、電力変換制御部１９と、電圧検出回路２０と、変流器３２，３６とを備える。このうち、コンタクタ２、ヒューズ３、リアクトル４、コンバータ５、インバータ９、リアクトル１０およびコンタクタ１２は、入力端子Ｔ２と出力端子Ｔ４との間に直列に接続される。
【００２２】
コンタクタ２は、入力端子Ｔ２とコンバータ５との間の通電経路に接続される。コンタクタ２は、交流電源５０から三相交流電力が正常に供給されている通常時は閉成（オン）され、たとえば無停電電源装置のメンテナンス時に開放（オフ）する。ヒューズ３は、過電流が交流電源５０から流入するのを防ぐために入力端子Ｔ２とコンバータ５との間の通電経路に挿入される。リアクトル４は、交流電源５０からの交流電力を通過させ、コンバータ５で発生するスイッチング周波数の信号が交流電源５０に伝搬するのを防止するために設けられている。
【００２３】
コンバータ５およびインバータ９は、半導体スイッチング素子により構成される。半導体スイッチング素子としては、たとえばＩＧＢＴ（Insulated  Gate  Bipolar  Transistor）が用いられる。また、半導体スイッチング素子の制御方式としてＰＷＭ（Pulse  Width  Modulation）制御を適用することができる。
【００２４】
コンバータ５は、通常時は、交流電源５０から供給される三相交流電力を直流電力に変換（順変換）する。コンバータ５で生成された直流電力は、インバータ９および蓄電池５３に供給される。一方、交流電源５０からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ５の運転は停止される。
【００２５】
電解コンデンサ８は、コンバータ５の出力端子に接続され、コンバータ５の出力電圧を平滑化する。インバータ９は、通常時は、電解コンデンサ８によって平滑化された直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。一方、停電時は、インバータ９は、蓄電池５３の直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。コンバータ５およびインバータ９における電力変換は、電力変換制御部１９によって制御される。
【００２６】
リアクトル１０およびコンデンサ１１は、インバータ９から出力される交流電力に含まれるスイッチング周波数の成分を除去するためのフィルタを構成する。
【００２７】
コンタクタ１２は、インバータ９から負荷５２に交流電力が供給されるインバータ給電時にオンする。一方、バイパス交流電源５１からサイリスタスイッチ１３およびコンタクタ１４を介して負荷５２に交流電力が供給されるバイパス給電時、コンタクタ１２はオフする。ただし、後述するエコモードの実行中においては、コンタクタ１２はオンする。
【００２８】
サイリスタスイッチ１３およびコンタクタ１４は、バイパス端子Ｔ１と出力端子Ｔ４との間に並列に接続される。サイリスタスイッチ１３は、切替制御部１７からの制御信号φＤがＨ（論理ハイ）レベルのときにオンし、制御信号φＤがＬ（論理ロー）レベルのときにオフする。サイリスタスイッチ１３は、制御信号φＤに応答して、インバータ給電からバイパス給電に移行するときに所定時間だけオンする。コンタクタ１４は、切替制御部１７からの制御信号φＣがＨレベルのときにオンし、制御信号φＣがＬレベルのときにオフする。コンタクタ１４は、制御信号φＣに応答して、インバータ給電時はオフし、バイパス給電時はオンする。
【００２９】
サイリスタスイッチ１３およびコンタクタ１４は、バイパス回路を構成する。バイパス回路の一方端子は出力端子Ｔ４に接続される。コンタクタ１５は、バイパス端子Ｔ１とバイパススイッチの他方端子との間に接続される。コンタクタ１５は、切替制御部１７からの制御信号φＡがＨレベルのときにオンし、制御信号φＡがＬレベルのときにオフする。
【００３０】
コンタクタ１６は、入力端子Ｔ２とコンバータ５の交流側端子との間に位置するノードＮ１（第１のノード）とバイパススイッチの他方端子との間に接続される。コンタクタ１６は、切替制御部１７からの制御信号φＢがＨレベルのときにオンし、制御信号φＢがＬレベルのときにオフする。
【００３１】
蓄電池５３は、停電時にインバータ９に直流電力を供給するための電力貯蔵装置である。蓄電池５３は、通常時にはコンバータ５で生成された直流電力を蓄える。ヒューズ６およびコンタクタ７は、コンバータ５の直流側端子と蓄電池端子Ｔ３との間に直列に接続される。コンタクタ７は、通常時にオンされ、たとえば無停電電源装置および蓄電池５３のメンテナンス時にオフされる。ヒューズ６は、コンバータ５および蓄電池５３に過電流が流入するのを防止する。
【００３２】
本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置は、運転モードとして、エコモードを有している。エコモードとは、交流電源５０から正常に三相交流電力が供給されている通常時において、無停電電源装置の高運転効率を重視した運転モードである。図２は、エコモードの実行中における電力の流れを説明するための図である。
【００３３】
無停電電源装置は、一般的に、通常時には、交流電源５０から供給される三相交流電力をコンバータ５によって直流電力に変換し、その直流電力をインバータ９によって三相交流電力に変換して負荷５２に供給するように構成される。しかしながら、上記の構成では、コンバータ５およびインバータ９の各々において電力変換に伴なう電力損失が発生するために、無停電電源装置の運転効率が低下してしまうという問題がある。
【００３４】
エコモードでは、図２において実線矢印で示されるように、交流電源５０から供給される三相交流電力を、サイリスタスイッチ１３およびコンタクタ１４を介して負荷５２に供給する。すなわち、コンバータ５およびインバータ９を通さずに負荷５２に対して三相交流電力を供給する。これにより、コンバータ５およびインバータ９における電力損失の発生が抑制されるため、無停電電源装置の運転効率を向上させることができる。なお、エコモードの実行中においても、必要に応じてコンバータ５を運転させることにより、図２において点線矢印で示されるように、蓄電池５３に直流電力を蓄えておくことができる。
【００３５】
再び図１を参照して、エコモード設定部１８は、上位の制御部（図示せず）から、エコモードの実行を要求するエコモード運転指令を受ける。エコモードの要求については、たとえば、エコモードを要求するためのスイッチを筐体１の外部に設けておき、このスイッチが利用者によってオン操作されたときに、エコモード運転指令が活性化されるようにしてもよい。あるいは、スイッチ等を設けることなく、予め定められたスケジュールなどに従ってエコモード運転指令が自動的に活性化されるようにしてもよい。
【００３６】
エコモード設定部１８は、エコモード運転指令を受けると、無停電電源装置の運転モードをエコモードに設定する。エコモード設定部１８は、運転モードがエコモードに設定されたことを示すエコモード設定信号φ１８を生成し、生成したエコモード設定信号φ１８を切替制御部１７および電力変換制御部１９へ出力する。
【００３７】
切替制御部１７は、エコモード設定部１８からエコモード設定信号φ１８を受けると、運転モードを、交流電源５０からの三相交流電力をコンバータ５およびインバータ９を介して負荷５２に供給する通常モードから、エコモードに切替える。具体的には、切替制御部１７は、エコモード設定信号φ１８を受けると、交流電源５０と負荷５２との間に図２に示される電力経路が形成されるように、コンタクタ１４，１５，１６およびサイリスタスイッチ１３を制御する。切替制御部１７は、制御信号φＢ，φＣ，φＤをＨレベルにしてコンタクタ１６，１４およびサイリスタスイッチ１３をオンさせる。
【００３８】
サイリスタスイッチ１３の応答時間は極めて短く、制御信号φＤをＨレベルにするとサイリスタスイッチ１３は瞬時にオンする。一方、コンタクタ１４の応答時間はサイリスタスイッチ１３の応答時間よりも長く、制御信号φＣをＨレベルにしてから所定の応答時間経過後に実際にオンする。コンタクタ１４がオンされた後、切替制御部１７は、制御信号φＤをＬレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオフする。これにより、交流電源５０から供給された三相交流電力は、リアクトル４を通過した後、ノードＮ１およびコンタクタ１４を介して出力端子Ｔ４にまで導かれる。
【００３９】
電力変換制御部１９は、エコモード設定部１８からエコモード設定信号を受けると、蓄電池５３に直流電力を蓄えるためにコンバータ５を運転させる。具体的には、電力変換制御部１９は、蓄電池５３が所定の満充電状態になるように、蓄電池５３の残容量に応じてコンバータ５における順変換を制御する。
【００４０】
電力変換制御部１９はさらに、エコモードの実行中、インバータ９を構成する半導体スイッチング素子をオンオフするためのゲート信号を生成する。電力変換制御部１９は、交流電源５０から供給される三相交流電圧と同期した三相交流電圧がインバータ９から出力されるように、ゲート信号を生成する。ただし、電力変換制御部１９は、エコモードの実行中、生成したゲート信号をインバータ９内部のゲート駆動回路へ出力しない。そのため、インバータ９は、エコモードの実行中は運転されず、電力変換制御部１９からゲート信号が入力されるまで待機状態（ゲート信号入力待ち状態）となる。
【００４１】
電圧検出回路２０は、交流電源５０から供給される三相交流電圧の瞬時値を検出し、検出値を示す信号を切替制御部１７に与える。変流器３２は、コンバータ５に供給される交流電流を検出し、検出値を示す信号を電力変換制御部１９に与える。変流器３６は、インバータ９から出力端子Ｔ４に供給される交流電流を検出し、検出値を示す信号を電力変換制御部１９に与える。
【００４２】
切替制御部１７は、エコモードの実行中、電圧検出回路２０の出力信号に基づいて交流電源５０の電圧低下を検出する。切替制御部１７は、交流電源５０の電圧低下が検出されると、待機状態のインバータ９を起動するための起動指令φ９を生成する。切替制御部１７は、生成した起動指令φ９を電力変換制御部１９へ出力する。この起動指令φ９に応答してインバータ９が起動することにより、無停電電源装置は、エコモードでの給電からインバータ給電へと切り替えられる。
【００４３】
ここで、エコモードでの給電からインバータ給電へと切り替えるためには、コンタクタ１４をオフさせる必要がある。コンタクタ１４は、機械式遮断器であり、通電が遮断されることによって主接点が開放されたときにオフされる。そのため、切替制御部１７が制御信号φＣをＬレベルにした後、交流の半周期ごとに訪れる電流値が零となるタイミングで、コンタクタ１４が実際にオフする。このようにコンタクタ１４のターンオフには時間がかかるため、交流電源５０の電圧低下が検出された後、直ちにインバータ給電に切り替えることが困難となる。この結果、エコモードでの給電からインバータ給電への切り替え時において、出力端子Ｔ４に出力される電圧が瞬間的に低下する瞬時電圧低下（瞬低）が発生するという問題が生じてしまう。
【００４４】
そこで、本実施の形態では、電圧検出回路２０の出力信号に基づいて交流電源５０の電圧低下度を検出し、検出された電圧低下度に応じてバイパス回路のオンオフおよびインバータ９における電力変換を制御する。これにより、エコモードでの給電からインバータ給電へ切り替える際における瞬時電圧低下の発生を防止する。
【００４５】
図３は、エコモードの実行中に交流電源５０の電圧低下が検出されたときの電力の流れを説明するための図である。エコモードの実行中、切替制御部１７は、電圧検出回路２０の出力信号に基づいて交流電源５０の電圧低下を検出する。具体的には、切替制御部１７は、電圧検出回路２０の出力信号に基づいて、交流電源５０から供給される三相交流電圧の実効値を検出する。切替制御部１７は、検出された三相交流電圧の実効値と基準電圧との偏差に基づいて、交流電源５０の電圧低下度（単位：％）を算出する。基準電圧はたとえば交流電源５０の定格電圧に設定されている。電圧低下度は、基準電圧に対する三相交流電圧の実効値の偏差／基準電圧で定義される。
【００４６】
切替制御部１７は、エコモードの実行中、交流電源５０の電圧低下度と第１の閾値とを比較する。第１の閾値はたとえば５％に設定される。交流電源５０の電圧低下度が５％に達した場合、切替制御部１７は、制御信号φＤをＨレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオンさせる一方で、制御信号φＣをＬレベルにしてコンタクタ１４をオフさせる。
【００４７】
このとき、制御信号φＤをＨレベルにするとサイリスタスイッチ１３は瞬時にオンする。一方、コンタクタ１４は制御信号φＣをＬレベルにしてから所定の応答時間経過後にオフする。したがって、サイリスタスイッチ１３がオンされた後、コンタクタ１４がオフされる。これにより、交流電源５０から供給された三相交流電力は、ノードＮ１、コンタクタ１６およびサイリスタスイッチ１３を介して出力端子Ｔ４にまで導かれる。
【００４８】
切替制御部１７は続いて、交流電源５０の電圧低下度と第２の閾値とを比較する。第２の閾値は、第１の閾値よりも大きい値であり、たとえば１０％に設定される。切替制御部１７は、交流電源５０の電圧低下度が１０％に達した場合、待機状態のインバータ９に対して起動指令φ９を与える。この起動指令φ９を受けてインバータ９が起動すると、電力変換制御部１９は、エコモードの実行中に生成していたゲート信号をインバータ９内部のゲート駆動回路へ出力する。インバータ９を構成する半導体スイッチング素子の各々がゲート信号に従ってオンオフされる。これにより、インバータ９は、図３において点線矢印で示されるように、蓄電池５３の直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。インバータ９から出力された三相交流電力は出力端子Ｔ４に供給される。
【００４９】
このようにして起動指令φ９に応答してインバータ９における逆変換が実行されると、切替制御部１７は、制御信号φＤをＬレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオフさせる。制御信号φＤをＬレベルにしてからサイリスタスイッチ１３は瞬時にオフされるため、サイリスタスイッチ１３がターンオフする間、出力端子Ｔ４をインバータ９から出力される三相交流電圧に維持することができる。これにより、エコモードでの給電からインバータ給電への切り替え時において、出力端子Ｔ４に出力される電圧が瞬間的に低下するのを防止することができる。
【００５０】
図４は、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置におけるエコモードでの給電からインバータ給電へ切り替えるための制御構成を示す機能ブロック図である。
【００５１】
図４を参照して、電力変換制御部１９は、コンバータ制御回路３０と、インバータ制御回路３４と、電圧検出回路３３，３５と、正弦波発生回路３８とを含む。
【００５２】
電圧検出回路３３は、電解コンデンサ８の端子間電圧を検出し、検出値をコンバータ制御回路３０に与える。コンバータ制御回路３０は、エコモード設定部１８からエコモード設定信号φ１８を受けると、変流器３２および電圧検出回路３３の出力信号に基づいて、所定の直流電圧が蓄電池５３に供給されるようにコンバータ５における順変換を制御する。
【００５３】
電圧検出回路３５は、インバータ９から出力される三相交流電圧の瞬時値を検出し、検出値をインバータ制御回路３４に与える。正弦波発生回路３８は、電圧検出回路２０の出力信号に基づいて、交流電源５０から供給される三相交流電圧に同期して、商用周波数で所定振幅の正弦波信号φ３８を生成する。この所定振幅は、たとえば正弦波信号φ３８の実効値が交流電源５０の定格電圧の９０％となるように設定される。なお、交流電源５０の定格電圧の９０％とは、交流電源５０の異常時（停電時や電圧低下時）に無停電電源装置が補償すべき補償電圧に相当する。正弦波発生回路３８は、生成した正弦波信号φ３８をインバータ制御回路３４に与える。
【００５４】
インバータ制御回路３４は、エコモード設定部１８からエコモード設定信号φ１８を受けると、変流器３６および電圧検出回路３５の出力信号と、正弦波発生回路３８からの正弦波信号φ３８とに基づいて、インバータ９における逆変換を制御する。具体的には、インバータ制御回路３４は、電圧検出回路３５の出力信号と正弦波発生回路３８で生成された正弦波信号φ３８との偏差に基づいて電流指令値を生成する。インバータ制御回路３４はさらに、生成した電流指令値と変流器３６の出力信号との偏差を求めると、当該偏差がなくなるように電圧指令値を生成する。インバータ制御回路３４は、生成した電圧指令値に基づいてインバータ９をＰＷＭ制御する。このとき、インバータ制御回路３４は、電圧検出回路３５によって検出される三相交流電圧と、交流電源５０からの三相交流電圧とが同期するようにインバータ９を制御する。
【００５５】
インバータ制御回路３４は、エコモードの実行中、上記のＰＷＭ制御によってインバータ９を構成する半導体スイッチング素子をオンオフするためのゲート信号を生成する。ただし、インバータ制御回路３４は、生成したゲート信号をインバータ９内部のゲート駆動回路へ出力しない。そのため、インバータ９は、エコモードの実行中は運転されず、待機状態（ゲート信号入力待ち状態）となる。このようにして、エコモードの実行中、コンバータ５は、交流電源５０からの三相交流電力を直流電力に変換して蓄電池５３に供給する。一方、インバータ９は逆変換の待機状態となる。
【００５６】
エコモードの実行中、切替制御部１７は、電圧検出回路２０の出力信号に基づいて交流電源５０の電圧低下を検出する。切替制御部１７は、電圧検出回路２０によって検出される三相交流電圧の実効値と基準電圧（定格電圧）との偏差に基づいて、交流電源５０の電圧低下度を算出する。交流電源５０の電圧低下度が第１の閾値（たとえば５％）に達した場合、切替制御部１７は、インバータ制御回路３４に対して起動指令φ９を与える。
【００５７】
インバータ制御回路３４は、切替制御部１７から起動指令φ９を受けると、エコモードの実行中にＰＷＭ制御によって生成したゲート信号をインバータ９へ出力する。これにより、インバータ９は、蓄電池５３に蓄えられた直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。インバータ９は、停電発生前に交流電源５０から供給されていた三相交流電圧に同期して、商用周波数で所定振幅の三相交流電圧を出力する。インバータ９から出力された三相交流電圧は、出力端子Ｔ４に供給される。
【００５８】
次に、切替制御部１７は、制御信号φＤをＬレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオフさせる。制御信号φＤをＬレベルにするとサイリスタスイッチ１３は瞬時にオフされる。したがって、サイリスタスイッチ１３がターンオフする間、出力端子Ｔ４をインバータ９から出力される三相交流電圧に維持することができる。よって、エコモードでの給電からインバータ給電への切り替え時において、出力端子Ｔ４の出力電圧が瞬間的に低下するのを防止することができる。
【００５９】
本実施の形態１に係る無停電電源装置は、上記のように、交流電源５０の電圧低下度に応じてバイパス回路のオンオフおよびインバータ９における逆変換を制御することによって、交流電源５０の電圧低下の影響を受けずに、エコモードでの給電からインバータ給電へ無瞬断で切り替えるものである。交流電源５０の電圧低下の影響を確実に抑制するためには、第１および第２の閾値の各々を、交流電源５０の電圧が無停電電源装置の補償電圧（たとえば交流電源５０の定格電圧の９０％）よりも低下する前に、インバータ給電へ切り替わるように設定することが好ましい。
【００６０】
さらに、インバータ９を起動するタイミングを決定するための第２の閾値については、インバータ９から出力される交流電圧が、交流電源５０からの交流電圧と位相および大きさが等しくなるように設定することが好ましい。本実施の形態では、インバータ９の出力電圧の実効値を交流電源５０の定格電圧の９０％（補償電圧）としたことに伴ない、第２の閾値を１０％に設定している。これにより、交流電源５０の電圧が補償電圧にまで低下したタイミングでインバータ給電に切り替えられ、インバータ９から補償電圧に等しい電圧を供給することができる。
【００６１】
図５は、インバータ給電の実行中における電力の流れを説明するための図である。図５を参照して、インバータ給電の実行中においては、切替制御部１７からの制御信号に応答して、コンタクタ１６がオンされ、コンタクタ１５，１４およびサイリスタスイッチ１３がオフされている。コンバータ５の運転は停止されている。インバータ９は、図５において実線矢印で示されるように、蓄電池５３の直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。インバータ制御回路３４は、蓄電池５３の残容量が予め定められた下限値に達したときにインバータ９の運転を停止する。これにより、無停電電源装置はインバータ給電を終了する。
【００６２】
本実施の形態１に係る無停電電源装置はさらに、インバータ給電の実行中、交流電源５０からの三相交流電力の供給が再開された場合、すなわち復電した場合には、インバータ給電からエコモードによる給電に自動的に復帰することができる。図６は、インバータ給電の実行中に交流電源５０の復電が検出されたときの電力の流れを説明するための図である。切替制御部１７は、インバータ給電の実行中、電圧検出回路２０の出力信号に基づいて交流電源５０の復電を検出する。たとえば、電圧検出回路２０によって検出される三相交流電圧の実効値が所定の閾値以上となったときに、切替制御部１７は交流電源５０の復電を検出する。
【００６３】
切替制御部１７は、交流電源５０の復電が検出されると、コンバータ５を起動するための起動指令を生成する。切替制御部１７は、生成した起動指令をコンバータ制御回路３０へ出力する。起動指令に応答してコンバータ５が起動すると、コンバータ制御回路３０は、コンバータ５における順変換を制御するためのゲート信号を生成してコンバータ５へ出力する。これにより、コンバータ５は、図６において点線矢印で示されるように、復電後の交流電源５０から供給される三相交流電力を直流電力に変換する。コンバータ５で生成された直流電力は、インバータ９および蓄電池５３に供給される。
【００６４】
正弦波発生回路３８は、電圧検出回路２０の出力信号に基づいて、復電後の交流電源５０から供給される三相交流電圧に同期して、商用周波数で所定振幅の正弦波信号φ３８を生成する。正弦波発生回路３８は、生成した正弦波信号φ３８をインバータ制御回路３４に与える。
【００６５】
インバータ制御回路３４は、変流器３６および電圧検出回路３５の出力信号と、正弦波発生回路３８からの正弦波信号φ３８とに基づいて、インバータ９における逆変換を制御する。このとき、インバータ制御回路３４は、電圧検出回路３５によって検出される三相交流電圧と、復電後の交流電源５０からの三相交流電圧とが同期するようにインバータ９を制御する。
【００６６】
ここで、停電前に交流電源５０から供給されていた三相交流電圧と、復電後に交流電源５０から供給される三相交流電圧との間で位相がずれている場合には、上記のように電圧検出回路３５によって検出される三相交流電圧と、交流電源５０からの三相交流電圧とが同期するようにインバータ９を制御することによって、復電後にインバータ９から出力される三相交流電圧が急に変化してしまう可能性がある。このような場合、出力端子Ｔ４を介して負荷５２に供給される三相交流電圧が不安定となるため、負荷５２の運転に影響を及ぼす虞がある。そのため、インバータ制御回路３４は、復電後、インバータ９から出力される三相交流電圧を、交流電源５０からの三相交流電圧に徐々に同期させる。具体的には、インバータ制御回路３４は、制御周期間での電圧指令値の変化量を予め定められた上限値以下に制限する。この上限値は、負荷５２の運転に影響を与えないよう、たとえば実験等によって適合される。
【００６７】
インバータ制御回路３４は、電圧検出回路３５によって検出される三相交流電圧と、交流電源５０からの三相交流電圧とが同期しているか否かを検出し、検出結果を示す同期検出信号φ３４を切替制御部１７に与える。電圧検出回路３５によって検出される三相交流電圧と交流電源５０からの三相交流電圧とが同期している場合、同期検出信号φ３４は活性化レベルのＨレベルにされる。一方、電圧検出回路３５によって検出される三相交流電圧と交流電源５０からの三相交流電圧とが同期していない場合、同期検出信号φ３４は非活性化レベルのＬレベルにされる。
【００６８】
切替制御部１７は、同期検出信号φ３４がＨレベルに活性化されると、制御信号φＤをＨレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオンさせる。次に切替制御部１７は、制御信号φＣをＨレベルにしてコンタクタ１４をオンさせる。制御信号φＣをＨレベルにしてから所定の応答時間の経過後にコンタクタ１４が実際にオンする。次いで、切替制御部１７は、制御信号φＤをＬレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオフさせる。
【００６９】
インバータ制御回路３４はさらに、インバータ９内部のゲート駆動回路へのゲート信号の出力を停止することにより、インバータ９の運転を停止する。これにより、交流電源５０からコンタクタ１４を介して負荷５２に三相交流電力が供給される。
【００７０】
このように交流電源５０が復電すると、インバータ制御回路３４は、インバータ９から出力される三相交流電圧と、復電後の交流電源５０から供給される三相交流電圧とが同期するようにインバータ９を制御する。そして、インバータ９から出力される三相交流電圧と、交流電源５０から供給される三相交流電圧とが同期したときに、切替制御部１７はサイリスタスイッチ１３およびコンタクタ１４を順次オンさせることによって、インバータ給電からエコモードへの給電に切り替える。これにより、インバータ給電からエコモードへの給電へ復帰する際に、負荷５２に供給される三相交流電圧が変動するのを防止することができる。
【００７１】
無停電電源装置の運転モードがエコモードに復帰した後、インバータ制御回路３４は引き続き、ＰＷＭ制御によってインバータ９を構成する半導体スイッチング素子をオンオフするためのゲート信号を生成する。ただし、インバータ制御回路３４は、生成したゲート信号をインバータ９へ出力しない。そのため、インバータ９は、エコモードの実行中は運転されず、逆変換の待機状態となる。
【００７２】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置によれば、エコモードでの給電からインバータ給電への切り替え時に瞬時電圧低下が発生するのを防止することができる。
【００７３】
また、インバータ給電へ移行した後に交流電源が復電した場合には、瞬時電圧低下を防止しながら、エコモードによる給電に自動的に復帰することができる。これにより、負荷への給電安定性を確保しながら、無停電電源装置の運転効率を向上させることができる。
【００７４】
なお、上記の実施の形態１において、インバータ給電は「第１の動作モード」に対応し、エコモードは「第２の動作モード」に対応する。また、コンタクタ１５は「第１のスイッチ」に対応し、コンタクタ１６は「第２のスイッチ」に対応し、コンタクタ２は「第３のスイッチ」に対応する。サイリスタスイッチ１３およびコンタクタ１４は「バイパス回路」を構成する。
【００７５】
なお、上記の実施の形態１では、直流電力を蓄えるための電力貯蔵装置を蓄電池５３とする構成について例示したが、たとえば図７に示すように、電気二重層キャパシタ５４などの蓄電池以外の電力貯蔵要素を適用してもよい。
【００７６】
［実施の形態２］
上述の実施の形態１に係る無停電電源装置では、エコモードにおいて交流電源５０からの三相交流電力を負荷５２に供給する構成について説明したが、バイパス交流電源５１からの三相交流電力を供給するようにしてもよい。この発明の実施の形態２では、エコモードにおいてバイパス交流電源５１からの三相交流電力を供給する構成について説明する。
【００７７】
図８は、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置の全体構成図である。実施の形態２に係る無停電電源装置は、図１に示した実施の形態１に係る無停電電源装置において、コンタクタ１５，１６を削除するとともに、電圧検出回路２０に代えて、電圧検出回路２１を設けたものである。
【００７８】
図８を参照して、切替制御部１７は、エコモード設定部１８からエコモード設定信号φ１８を受けると、運転モードを、交流電源５０からの三相交流電力をコンバータ５およびインバータ９を介して負荷５２に供給する通常モードから、バイパス交流電源５１からの三相交流電力をバイパス回路を介して負荷５２に供給するエコモードに切換える。
【００７９】
具体的には、切替制御部１７は、エコモード設定信号φ１８を受けると、バイパス交流電源５１と負荷５２との間に電力経路が形成されるように、コンタクタ１４およびサイリスタスイッチ１３を制御する。切替制御部１７は、エコモード設定信号φ１８を受けると、制御信号φＤをＨレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオンさせ、制御信号φＣをＨレベルにしてコンタクタ１４をオンさせる。制御信号φＤをＨレベルにするとサイリスタスイッチ１３は瞬時にオンする。一方、制御信号φＣをＨレベルにしてから所定の応答時間の経過後にコンタクタ１４はオンする。コンタクタ１４がオンされると、切替制御部１７は制御信号φＤをＬレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオフさせる。
【００８０】
図９は、エコモードの実行中における電力の流れを説明するための図である。エコモードでは、図９において実線矢印で示されるように、バイパス交流電源５１から供給される三相交流電力をコンタクタ１４を介して負荷５２に供給する。
【００８１】
電力変換制御部１９は、エコモード設定部１８からエコモード設定信号φ１８を受けると、蓄電池５３に直流電力を蓄えるためにコンバータ５を運転させる。具体的には、電力変換制御部１９は、蓄電池５３が所定の満充電状態になるように、蓄電池５３の残容量に応じてコンバータ５における順変換を制御する。エコモードの実行中においても、必要に応じてコンバータ５を運転させることにより、図９において点線矢印で示されるように、蓄電池５３に直流電力を蓄えておくことができる。
【００８２】
再び図８を参照して、電力変換制御部１９はさらに、エコモードの実行中、インバータ９を構成する半導体スイッチング素子をオンオフするためのゲート信号を生成する。電力変換制御部１９は、バイパス交流電源５１から供給される三相交流電圧と同期した三相交流電圧がインバータ９から出力されるように、ゲート信号を生成する。ただし、電力変換制御部１９は、エコモードの実行中、生成したゲート信号をインバータ９内部のゲート駆動回路へ出力しない。そのため、インバータ９は、エコモードの実行中は運転されず、電力変換制御部１９からゲート信号が入力されるまで待機状態（ゲート信号入力待ち状態）となる。
【００８３】
電圧検出回路２１は、バイパス交流電源５１から供給される三相交流電圧の瞬時値を検出し、検出値を示す信号を切替制御部１７に与える。切替制御部１７は、エコモードの実行中、電圧検出回路２１の出力信号に基づいてバイパス交流電源５１の電圧低下を検出する。切替制御部１７は、バイパス交流電源５１の電圧低下が検出されると、待機状態のインバータ９を起動するための起動指令φ９を生成する。切替制御部１７は、生成した起動指令φ９を電力変換制御部１９へ出力する。この起動指令φ９に応答してインバータ９が起動することにより、無停電電源装置は、エコモードでの給電からインバータ給電へと切り替えられる。
【００８４】
図１０は、エコモードの実行中にバイパス交流電源５１の電圧低下が検出されたときの電力の流れを説明するための図である。図１０を参照して、エコモードの実行中、切替制御部１７は、電圧検出回路２１の出力信号に基づいてバイパス交流電源５１の電圧低下を検出する。具体的には、切替制御部１７は、電圧検出回路２１の出力信号に基づいて、バイパス交流電源５１から供給される三相交流電圧の実効値を検出する。切替制御部１７は、検出された三相交流電圧の実効値と基準電圧との偏差に基づいて、バイパス交流電源５１の電圧低下度を算出する。基準電圧はたとえばバイパス交流電源５１の定格電圧に設定されている。電圧低下度は、基準電圧に対する三相交流電圧の実効値の偏差／基準電圧で定義される。
【００８５】
切替制御部１７は、エコモードの実行中、バイパス交流電源５１の電圧低下度と第１の閾値とを比較する。第１の閾値はたとえば５％に設定される。バイパス交流電源５１の電圧低下度が５％に達した場合、切替制御部１７は、制御信号φＤをＨレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオンさせる一方で、制御信号φＣをＬレベルにしてコンタクタ１４をオフさせる。
【００８６】
このとき、制御信号φＤをＨレベルにするとサイリスタスイッチ１３は瞬時にオンする。一方、コンタクタ１４は制御信号φＣをＬレベルにしてから所定の応答時間経過後にオフする。したがって、サイリスタスイッチ１３がオンされた後、コンタクタ１４がオフされる。これにより、バイパス交流電源５１から供給された三相交流電力はサイリスタスイッチ１３を介して出力端子Ｔ４にまで導かれる。
【００８７】
切替制御部１７は続いて、バイパス交流電源５１の電圧低下度と第２の閾値とを比較する。第２の閾値は、第１の閾値よりも大きい値であり、たとえば１０％に設定される。切替制御部１７は、バイパス交流電源５１の電圧低下度が１０％に達した場合、待機状態のインバータ９に対して起動指令φ９を与える。この起動指令φ９を受けてインバータ９が起動すると、電力変換制御部１９は、エコモードの実行中に生成していたゲート信号をインバータ９内部のゲート駆動回路へ出力する。インバータ９を構成する半導体スイッチング素子の各々がゲート信号に従ってオンオフされる。これにより、インバータ９は、図１０において点線矢印で示されるように、蓄電池５３の直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。インバータ９から出力された三相交流電力は出力端子Ｔ４に供給される。
【００８８】
このようにして起動指令φ９に応答してインバータ９における逆変換が実行されると、切替制御部１７は、制御信号φＤをＬレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオフさせる。制御信号φＤをＬレベルにしてからサイリスタスイッチ１３は瞬時にオフされるため、サイリスタスイッチ１３がターンオフする間、出力端子Ｔ４をインバータ９から出力される三相交流電圧に維持することができる。これにより、エコモードでの給電からインバータ給電への切り替え時において、出力端子Ｔ４に出力される電圧が瞬間的に低下するのを防止することができる。
【００８９】
図１１は、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置におけるエコモードでの給電からインバータ給電へ切り替えるための制御構成を示す機能ブロック図である。図１１を参照して、電力変換制御部１９は、コンバータ制御回路３０と、インバータ制御回路３４と、電圧検出回路３３，３５と、正弦波発生回路３８とを含む。
【００９０】
電圧検出回路３３は、電解コンデンサ８の端子間電圧を検出し、検出値をコンバータ制御回路３０に与える。コンバータ制御回路３０は、エコモード設定部１８からエコモード設定信号φ１８を受けると、変流器３２および電圧検出回路３３の出力信号に基づいて、所定の直流電圧が蓄電池５３に供給されるようにコンバータ５における順変換を制御する。
【００９１】
電圧検出回路３５は、インバータ９から出力される三相交流電圧の瞬時値を検出し、検出値をインバータ制御回路３４に与える。正弦波発生回路３８は、電圧検出回路２１の出力信号に基づいて、バイパス交流電源５１から供給される三相交流電圧に同期して、商用周波数で所定振幅の正弦波信号φ３８を生成する。この所定振幅は、たとえば正弦波信号φ３８の実効値がバイパス交流電源５１の定格電圧の９０％となるように設定される。なお、バイパス交流電源５１の定格電圧の９０％とは、バイパス交流電源５１の異常時に無停電電源装置が補償すべき補償電圧に相当する。正弦波発生回路３８は、生成した正弦波信号φ３８をインバータ制御回路３４に与える。
【００９２】
インバータ制御回路３４は、エコモード設定部１８からエコモード設定信号φ１８を受けると、変流器３６および電圧検出回路３５の出力信号と、正弦波発生回路３８からの正弦波信号φ３８とに基づいて、インバータ９における逆変換を制御する。具体的には、インバータ制御回路３４は、電圧検出回路３５の出力信号と正弦波発生回路３８で生成された正弦波信号φ３８との偏差に基づいて電流指令値を生成する。インバータ制御回路３４はさらに、生成した電流指令値と変流器３６の出力信号との偏差を求めると、当該偏差がなくなるように電圧指令値を生成する。インバータ制御回路３４は、生成した電圧指令値に基づいてインバータ９をＰＷＭ制御する。このとき、インバータ制御回路３４は、電圧検出回路３５によって検出される三相交流電圧と、バイパス交流電源５１からの三相交流電圧とが同期するようにインバータ９を制御する。
【００９３】
インバータ制御回路３４は、エコモードの実行中、上記のＰＷＭ制御によってインバータ９を構成する半導体スイッチング素子をオンオフするためのゲート信号を生成する。ただし、インバータ制御回路３４は、生成したゲート信号をインバータ９内部のゲート駆動回路へ出力しない。そのため、インバータ９は、エコモードの実行中は運転されず、待機状態（ゲート信号入力待ち状態）となる。このようにして、エコモードの実行中、コンバータ５は、交流電源５０からの三相交流電力を直流電力に変換して蓄電池５３に供給する。一方、インバータ９は逆変換の待機状態となる。
【００９４】
エコモードの実行中、切替制御部１７は、電圧検出回路２１の出力信号に基づいてバイパス交流電源５１の電圧低下を検出する。切替制御部１７は、電圧検出回路２１によって検出される三相交流電圧の実効値と基準電圧（定格電圧）との偏差に基づいて、バイパス交流電源５１の電圧低下度を算出する。バイパス交流電源５１の電圧低下度が第１の閾値（たとえば５％）に達した場合、切替制御部１７は、インバータ制御回路３４に対して起動指令φ９を与える。
【００９５】
インバータ制御回路３４は、切替制御部１７から起動指令φ９を受けると、エコモードの実行中にＰＷＭ制御によって生成したゲート信号をインバータ９へ出力する。これにより、インバータ９は、蓄電池５３に蓄えられた直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。インバータ９は、停電発生前に交流電源５０から供給されていた三相交流電圧に同期して、商用周波数で所定振幅の三相交流電圧を出力する。インバータ９から出力された三相交流電圧は、出力端子Ｔ４に供給される。
【００９６】
次に、切替制御部１７は、制御信号φＤをＬレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオフさせる。制御信号φＤをＬレベルにするとサイリスタスイッチ１３は瞬時にオフされる。したがって、サイリスタスイッチ１３がターンオフする間、出力端子Ｔ４をインバータ９から出力される三相交流電圧に維持することができる。よって、エコモードでの給電からインバータ給電への切り替え時において、出力端子Ｔ４の出力電圧が瞬間的に低下するのを防止することができる。
【００９７】
インバータ給電の実行中においては、切替制御部１７からの制御信号に応答して、コンタクタ１４およびサイリスタスイッチ１３がオフされている。インバータ９は、蓄電池５３の直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。インバータ制御回路３４は、蓄電池５３の残容量が予め定められた下限値に達したときにインバータ９の運転を停止する。これにより、無停電電源装置はインバータ給電を終了する。
【００９８】
本実施の形態２に係る無停電電源装置はさらに、インバータ給電の実行中、バイパス交流電源５１からの三相交流電力の供給が再開された場合、すなわち復電した場合には、インバータ給電からエコモードによる給電に自動的に復帰することができる。具体的には、切替制御部１７は、インバータ給電の実行中、電圧検出回路２１の出力信号に基づいてバイパス交流電源５１の復電を検出する。たとえば、電圧検出回路２１によって検出される三相交流電圧の実効値が所定の閾値以上となったときに、切替制御部１７はバイパス交流電源５１の復電を検出する。
【００９９】
バイパス交流電源５１の復電が検出されると、正弦波発生回路３８は、電圧検出回路２１の出力信号に基づいて、復電後のバイパス交流電源５１から供給される三相交流電圧に同期して、商用周波数で所定振幅の正弦波信号φ３８を生成する。正弦波発生回路３８は、生成した正弦波信号φ３８をインバータ制御回路３４に与える。
【０１００】
インバータ制御回路３４は、変流器３６および電圧検出回路３５の出力信号と、正弦波発生回路３８からの正弦波信号φ３８とに基づいて、インバータ９における逆変換を制御する。このとき、インバータ制御回路３４は、電圧検出回路３５によって検出される三相交流電圧と、復電後のバイパス交流電源５１からの三相交流電圧とが同期するようにインバータ９を制御する。なお、上記の実施の形態１で説明したように、停電前にバイパス交流電源５１から供給されていた三相交流電圧と、復電後にバイパス交流電源５１から供給される三相交流電圧との間で位相がずれている場合には、上記のように電圧検出回路３５によって検出される三相交流電圧と、バイパス交流電源５１からの三相交流電圧とが同期するようにインバータ９を制御することによって、復電後にインバータ９から出力される三相交流電圧が急に変化してしまう可能性がある。そのため、インバータ制御回路３４は、復電後、インバータ９から出力される三相交流電圧を、バイパス交流電源５１からの三相交流電圧に徐々に同期させる。具体的には、インバータ制御回路３４は、制御周期間での電圧指令値の変化量を予め定められた上限値以下に制限する。この上限値は、負荷５２の運転に影響を与えないよう、たとえば実験等によって適合される。
【０１０１】
インバータ制御回路３４は、電圧検出回路３５によって検出される三相交流電圧と、バイパス交流電源５１からの三相交流電圧とが同期しているか否かを検出し、検出結果を示す同期検出信号φ３４を切替制御部１７に与える。電圧検出回路３５によって検出される三相交流電圧とバイパス交流電源５１からの三相交流電圧とが同期している場合、同期検出信号φ３４は活性化レベルのＨレベルにされる。一方、電圧検出回路３５によって検出される三相交流電圧とバイパス交流電源５１からの三相交流電圧とが同期していない場合、同期検出信号φ３４は非活性化レベルのＬレベルにされる。
【０１０２】
切替制御部１７は、同期検出信号φ３４がＨレベルに活性化されると、制御信号φＤをＨレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオンさせる。次に切替制御部１７は、制御信号φＣをＨレベルにしてコンタクタ１４をオンさせる。制御信号φＣをＨレベルにしてから所定の応答時間の経過後にコンタクタ１４が実際にオンする。次いで、切替制御部１７は、制御信号φＤをＬレベルにしてサイリスタスイッチ１３をオフさせる。
【０１０３】
インバータ制御回路３４はさらに、インバータ９内部のゲート駆動回路へのゲート信号の出力を停止することにより、インバータ９の運転を停止する。これにより、交流電源５０からコンタクタ１４を介して負荷５２に三相交流電力が供給される。
【０１０４】
このように、バイパス交流電源５１が復電すると、インバータ制御回路３４は、インバータ９から出力される三相交流電圧と、復電後のバイパス交流電源５１から供給される三相交流電圧とが同期するようにインバータ９を制御する。そして、インバータ９から出力される三相交流電圧と、バイパス交流電源５１から供給される三相交流電圧とが同期したときに、切替制御部１７はサイリスタスイッチ１３およびコンタクタ１４を順次オンさせることによって、インバータ給電からエコモードへの給電に切り替える。これにより、インバータ給電からエコモードへの給電へ復帰する際に、負荷５２に供給される三相交流電圧が変動するのを防止することができる。
【０１０５】
無停電電源装置の運転モードがエコモードに復帰した後、インバータ制御回路３４は引き続き、ＰＷＭ制御によってインバータ９を構成する半導体スイッチング素子をオンオフするためのゲート信号を生成する。ただし、インバータ制御回路３４は、生成したゲート信号をインバータ９へ出力しない。そのため、インバータ９は、エコモードの実行中は運転されず、逆変換の待機状態となる。
【０１０６】
以上のように、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置によれば、エコモードでの給電からインバータ給電への切り替え時に瞬時電圧低下が発生するのを防止することができる。
【０１０７】
また、インバータ給電へ移行した後に交流電源が復電した場合には、瞬時電圧低下を防止しながら、エコモードによる給電に自動的に復帰することができる。これにより、負荷への給電安定性を確保しながら、無停電電源装置の運転効率を向上させることができる。
【０１０８】
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】
【０１０９】
１  筐体、２，７，１２，１４，１５，１６  コンタクタ、３，６  ヒューズ、４，１０  リアクトル、５  コンバータ、８  電解コンデンサ、９  インバータ、１１  コンデンサ、１３  サイリスタスイッチ、１７  切替制御部、１８  エコモード設定部、１９  電力変換制御部、２０，２１，２２，３３，３５  電圧検出回路、３０  コンバータ制御回路、３２，３６  変流器、３４  インバータ制御回路、５０  交流電源、５１  バイパス交流電源、５２  負荷、５３  蓄電池、５４  電気二重層キャパシタ。
【図１】
2015198448.tif 000003
【図２】
2015198448.tif 000004
【図３】
2015198448.tif 000005
【図４】
2015198448.tif 000006
【図５】
2015198448.tif 000007
【図６】
2015198448.tif 000008
【図７】
2015198448.tif 000009
【図８】
2015198448.tif 000010
【図９】
2015198448.tif 000011
【図１０】
2015198448.tif 000012
【図１１】
2015198448.tif 000013
【国際調査報告】
2015198448.tif 000014
2015198448.tif 000015