(57)【要約】  無停電電源装置は、交流電源（５０）からバイパススイッチ（１４）を経由させて負荷（５２）に交流電力を供給するエコモードが選択されている場合に交流電源（５０）の停電が発生したときには、インバータ（９）から負荷（５２）に交流電力を供給するインバータ給電に移行する。切替制御部（１７）は、通常時はバイパススイッチ（１４）およびコンタクタ（２，１６）をオンする一方で、停電時はバイパススイッチ（１４）をオフさせる。電力変換制御部（１９）は、切替制御部（１７）によりバイパススイッチ（１４）をオフさせるときには、コンバータ（５）に逆変換を実行させて蓄電池（５３）が出力する直流電力を交流電力に変換してノード（Ｎ１）に出力するとともに、インバータ（９）に逆変換を実行させて蓄電池（５３）が出力する直流電力を交流電力に変換して出力端子（Ｔ４）に出力する。電力変換制御部（１９）は、ノード（Ｎ１）および出力端子（Ｔ４）の各々に出力される交流電圧の位相および大きさが等しくなるように、コンバータ（５）およびインバータ（９）における逆変換を制御する。
2015198447.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源およびバイパス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、
前記交流電源から交流電力を受ける入力端子と、
前記バイパス交流電源から交流電力を受けるバイパス端子と、
前記負荷に交流電力を出力する出力端子と、
前記入力端子に入力される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出力端子に出力するインバータと、
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、
一方端子が前記出力端子に接続されるバイパススイッチと、
前記バイパス端子と前記バイパススイッチの他方端子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スイッチの他方端子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、
前記バイパススイッチと、前記第１から第３のスイッチと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、前記交流電源または前記バイパス交流電源から前記バイパススイッチ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または前記バイパス交流電源からの交流電力の供給が停止した停電が発生したときには、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、前記交流電源または前記バイパス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、前記バイパススイッチと、前記第２のスイッチと、前記第１および第３のスイッチのいずれかとをオンする一方で、停電時は前記バイパススイッチをオフさせ、
前記電力変換制御部は、前記切替制御部により前記バイパススイッチをオフさせるときには、前記コ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して前記第１のノードに出力するとともに、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して前記出力端子に出力し、かつ、前記第１のノードおよび前記出力端子の各々に出力される交流電圧の位相および大きさが等しくなるように、前記コンバータおよび前記インバータにおける逆変換を制御する、無停電電源装置。
【請求項２】
前記バイパススイッチは、一方端子が前記出力端子に接続され、他方端子が前記第１および第２のスイッチに接続されるコンタクタを含む、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記第２の動作モードでは、前記切替制御部は、前記バイパススイッチと、前記第２および第３のスイッチとをオンし、かつ、前記第１のスイッチをオフすることにより、前記交流電源から供給される交流電力を前記負荷に供給する、請求項１または２に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記電力変換制御部は、前記切替制御部により前記バイパススイッチをオフさせるときには、前記コンバータの交流側端子に出力される交流電圧が、停電前の前記交流電源から供給されていた交流電圧に同期するように、前記コンバータにおける逆変換を制御し、かつ、前記出力端子に出力される交流電圧が、停電前の前記交流電源から供給されていた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する、請求項３に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記電力変換制御部は、前記出力端子に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、通常時、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する一方で、前記切替制御部により前記バイパススイッチをオフさせるときに、前記インバータに前記ゲート信号を出力する、請求項４に記載の無停電電源装置。
【請求項６】
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が発生したときには、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、前記コンバータに順変換を実行させるとともに、前記出力端子に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、前記出力端子に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、前記バイパススイッチをオンさせる、請求項３から５のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
【請求項７】
前記第２の動作モードでは、前記切替制御部は、前記バイパススイッチと、前記第１および第２のスイッチとをオンし、かつ、前記第３のスイッチをオフすることにより、前記バイパス交流電源から供給される交流電力を前記負荷に供給する、請求項１または２に記載の無停電電源装置。
【請求項８】
前記電力変換制御部は、前記切替制御部により前記バイパススイッチをオフさせるときには、前記コンバータの交流側端子に出力される交流電圧が、停電前の前記バイパス交流電源から供給されていた交流電圧に同期するように、前記コンバータにおける逆変換を制御し、かつ、前記出力端子に出力される交流電圧が、停電前の前記バイパス交流電源から供給されていた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する、請求項７に記載の無停電電源装置。
【請求項９】
前記電力変換制御部は、前記出力端子に出力される交流電圧が、前記バイパス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、通常時、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する一方で、前記切替制御部により前記バイパススイッチをオフさせるときに、前記インバータに前記ゲート信号を出力する、請求項８に記載の無停電電源装置。
【請求項１０】
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バイパス交流電源からの交流電力の供給が再開する復電が発生したときには、前記第２の動作モードへ復帰するように構成され、
前記電力変換制御部は、前記バイパス交流電源の復電が検出されたことに応じて、前記コンバータに順変換を実行させるとともに、前記出力端子に出力される交流電圧が復電後の前記バイパス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、前記出力端子に出力される交流電圧が復電後の前記バイパス交流電源から供給される交流電圧に同期したときに、前記バイパススイッチをオンさせる、請求項７から９のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
【請求項１１】
一方端子が前記入力端子に接続され、他方端子が前記コンバータの交流側端子に接続されたリアクトルをさらに備え、
前記第１のノードは、前記リアクトルの他方端子と前記コンバータの交流側端子との間に位置する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
【請求項１２】
一方端子が前記入力端子に接続され、他方端子が前記コンバータの交流側端子に接続されるリアクトルをさらに備え、
前記第１のノードは、前記入力端子と前記リアクトルの一方端子との間に位置する、請求項１から１０のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
【請求項１３】
前記交流電源と前記入力端子との間に接続された第１の変圧器と、
前記バイパス交流電源と前記バイパス端子との間に接続された第２の変圧器とをさらに備える、請求項１２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スイッチと、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スイッチ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、バイパススイッチである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】
バイパススイッチ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、交流電源およびバイパス交流電源と負荷との間に接続される。無停電電源装置は、交流電源から交流電力を受ける入力端子と、バイパス交流電源から交流電力を受けるバイパス端子と、負荷に交流電力を出力する出力端子と、入力端子に入力される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出力端子に出力するインバータと、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、一方端子が出力端子に接続されるバイパススイッチと、バイパス端子とバイパススイッチの他方端子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スイッチの他方端子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、バイパススイッチと、第１から第３のスイッチと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、交流電源またはバイパス交流電源からバイパススイッチ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いる。無停電電源装置は、第２の動作モードが選択されている場合に交流電源またはバイパス交流電源からの交流電力の供給が停止した停電が発生したときには、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、交流電源またはバイパス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、バイパススイッチと、第２のスイッチと、第１および第３のスイッチのいずれかとをオンする一方で、停電時はバイパススイッチをオフさせる。電力変換制御部は、切替制御部によりバイパススイッチをオフさせるときには、コ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して第１のノードに出力するとともに、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して出力端子に出力し、かつ、第１のノードおよび出力端子の各々に出力される交流電圧の位相および大きさが等しくなるように、コンバータおよびインバータにおける逆変換を制御する。【００１０】
好ましくは、バイパススイッチは、一方端子が出力端子に接続され、他方端子が第１および第２のスイッチに接続されるコンタクタを含む。【００１１】
好ましくは、第２の動作モードでは、切替制御部は、バイパススイッチと、第２および第３のスイッチとをオンし、かつ、第１のスイッチをオフすることにより、交流電源から供給される交流電力を負荷に供給する。【００１２】
好ましくは、電力変換制御部は、切替制御部によりバイパススイッチをオフさせるときには、コンバータの交流側端子に出力される交流電圧が、停電前の交流電源から供給されていた交流電圧に同期するように、コンバータにおける逆変換を制御する。電力変換制御部はさらに、出力端子に出力される交流電圧が、停電前の交流電源から供給されていた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。【００１３】
好ましくは、電力変換制御部は、出力端子に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、通常時、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する一方で、切替制御部によりバイパススイッチをオフさせるときに、インバータにゲート信号を出力する。【００１４】
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が発生したときには、第２の動作モードへ復帰するように構成される。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、コンバータに順変換を実行させるとともに、出力端子に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、出力端子に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、バイパススイッチをオンさせる。【００１５】
好ましくは、第２の動作モードでは、切替制御部は、バイパススイッチと、第１および第２のスイッチとをオンし、かつ、第３のスイッチをオフすることにより、バイパス交流電源から供給される交流電力を負荷に供給する。【００１６】
好ましくは、電力変換制御部は、切替制御部によりバイパススイッチをオフさせるときには、コンバータの交流側端子に出力される交流電圧が、停電前のバイパス交流電源から供給されていた交流電圧に同期するように、コンバータにおける逆変換を制御する。電力変換制御部はさらに、出力端子に出力される交流電圧が、停電前のバイパス交流電源から供給されていた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。【００１７】
好ましくは、電力変換制御部は、出力端子に出力される交流電圧が、バイパス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、通常時、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する一方で、切替制御部によりバイパススイッチをオフさせるときに、インバータにゲート信号を出力する。【００１８】
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バイパス交流電源からの交流電力の供給が再開する復電が発生したときには、第２の動作モードへ復帰するように構成される。電力変換制御部は、バイパス交流電源の復電が検出されたことに応じて、コンバータに順変換を実行させるとともに、出力端子に出力される交流電圧が復電後のバイパス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、出力端子に出力される交流電圧が復電後のバイパス交流電源から供給される交流電圧に同期したときに、バイパススイッチをオンさせる。【００１９】
好ましくは、無停電電源装置は、一方端子が入力端子に接続され、他方端子がコンバータの交流側端子に接続されたリアクトルをさらに備える。第１のノードは、リアクトルの他方端子とコンバータの交流側端子との間に位置する。【００２０】
好ましくは、無停電電源装置は、一方端子が入力端子に接続され、他方端子がコンバータの交流側端子に接続されるリアクトルをさらに備える。第１のノードは、入力端子とリアクトルの一方端子との間に位置する。【００２１】
好ましくは、無停電電源装置は、交流電源と入力端子との間に接続された第１の変圧器と、バイパス交流電源とバイパス端子との間に接続された第２の変圧器とをさらに備える。
【発明の効果】
【００２２】
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】
【００２３】
【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】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。
【図３】エコモードの実行中に交流電源の停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１０】本実施の形態２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１１】本発明の実施の形態３に係る無停電電源装置の全体構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態３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１３】本実施の形態３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１４】本発明の実施の形態４に係る無停電電源装置の全体構成図である。
【図１５】本発明の実施の形態４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】
【００２４】
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。
【００２５】
［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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。ただし、後述するエコモードの実行中において、コンバータ５は、停電時、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（逆変換）する。すなわち、コンバータ５は、双方向に電力変換可能に構成される。エコモード時におけるコンバータ５の電力変換については後述する。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
サイリスタスイッチ１３およびコンタクタ１４は、バイパススイッチを構成する。バイパススイッチ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。
【００３８】
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（第１のノード）Ｎ１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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、上記の構成は、負荷への給電安定性が優れている一方で、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、無停電電源装置の高効率化が難しいという課題がある。
【００４２】
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、バイパススイッチを介して負荷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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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φＣ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φＤ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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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の停電を検出する。たとえば切替制御部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が所定の閾値を下回ったときに交流電源５０の停電を検出する。切替制御部１７は、交流電源５０の停電が検出されると、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。
【００５１】
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の停電が検出された後、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）が発生してしまう。
【００５２】
そこで、本実施の形態では、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、コンバータ５およびインバータ９における電力変換を制御することにより、コンタクタ１４を短時間でオフさせることを可能とする。これにより、瞬時電圧低下の発生を防止する。
【００５３】
図３は、エコモードの実行中に交流電源５０の停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３を参照して、エコモードの実行中、切替制御部１７からの制御信号に応答して、コンタクタ１６，１４がオンされている。
【００５４】
切替制御部１７（図１）は、エコモードの実行中に交流電源５０の停電が検出されると、コンバータ５に逆変換を行なわせるための逆変換指令φ５を生成する。切替制御部１７は、生成した逆変換指令φ５を電力変換制御部１９（図１）へ出力する。コンバータ５は、逆変換指令φ５を受けると、それまでの順変換から逆変換に切り替えられる。具体的には、コンバータ５は、図３において一点鎖線矢印で示されるように、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。コンバータ５の交流側端子に出力された三相交流電力は、コンタクタ１６を介してコンタクタ１４にまで導かれる。
【００５５】
このとき、電力変換制御部１９は、コンバータ５の交流側のノードＮ１に出力される三相交流電圧が、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と同期するように、コンバータ５における逆変換を制御する。
【００５６】
切替制御部１７は、コンバータ５に対して逆変換指令φ５を与えるとともに、上記のように、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。
【００５７】
ここで、コンタクタ１４は、一次側でコンバータ５の交流側端子に接続され、かつ、二次側でインバータ９の交流側端子に接続されている。切替制御部１７からの逆変換指令φ５に応答してコンバータ５が逆変換を行なうことにより、コンタクタ１４の一次側には、停電発生前の交流電源５０からの三相交流電圧に同期した三相交流電圧が与えられる。一方、切替制御部１７からの起動指令φ９に応答してインバータ９が逆変換を行なうことにより、コンタクタ１４の二次側には、停電発生前の交流電源５０からの三相交流電圧に同期した三相交流電圧が与えられる。一次側の三相交流電圧と二次側の三相交流電圧との位相および大きさを等しくすることにより、コンタクタ１４は実質的に通電が遮断された状態となる。これにより、制御信号φＤをＬレベルにすると、コンタクタ４は瞬時に主接点が開放されてオフされる。
【００５８】
このようにしてコンタクタ１４への通電を遮断することにより、制御信号φＣをＬレベルにしてから所定の応答時間を待つことなく、コンタクタ１４は瞬時にオフされる。したがって、コンタクタ１４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。
【００５９】
なお、コンタクタ１４がオフした後、電力変換制御部１９は、コンバータ５から出力される交流電流が零点を迎えたタイミングでコンバータ５の運転を停止する。
【００６０】
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。
【００６１】
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３１，３３，３５と、正弦波発生回路３８とを含む。
【００６２】
電圧検出回路３１は、ノードＮ１に与えられる三相交流電圧の瞬時値を検出し、検出値をコンバータ制御回路３０に与える。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。
【００６３】
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、停電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。
【００６４】
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。
【００６５】
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、逆変換の待機状態（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は待機状態となる。
【００６６】
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が停電したか否かを判定する。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が所定の閾値を下回ったときに交流電源５０の停電を検出する。交流電源５０の停電が検出された場合、切替制御部１７は、コンバータ制御回路３０に対して逆変換指令φ５を与える。切替制御部１７はさらに、インバータ制御回路３４に対して起動指令φ９を与える。
【００６７】
コンバータ制御回路３０は、切替制御部１７から逆変換指令φ５を受けると、変流器３２および電圧検出回路３１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、コンバータ５における逆変換を制御する。具体的には、正弦波発生回路３８は、交流電源５０の停電が検出された後は、停電発生前に交流電源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を生成する。所定振幅は、たとえば正弦波信号の実効値が交流電源５０の定格電圧の９０％（補償電圧）となるように設定される。コンバータ制御回路３０は、電圧検出回路３１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。コンバータ制御回路３０はさらに、生成した電流指令値と変流器３２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。コンバータ制御回路３０は、生成した電圧指令値に基づいてコンバータ５をＰＷＭ制御する。このとき、コンバータ制御回路３０は、電圧検出回路３１によって検出される三相交流電圧と、停電発生前の交流電源５０からの三相交流電圧とが同期するようにコンバータ５を制御する。
【００６８】
コンバータ制御回路３０は、ＰＷＭ制御によってコンバータ５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し、生成したゲート信号をコンバータ５内部のゲート駆動回路へ出力する。これにより、コンバータ５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。ノードＮ１には、停電発生前に交流電源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三相交流電圧が供給される。ノードＮ１に供給された三相交流電力は、コンタクタ１６を介してコンタクタ１４にまで導かれる。
【００６９】
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。
【００７０】
切替制御部１７は、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。コンタクタ１４の一次側には、ノードＮ１を介して、停電発生前の交流電源５０からの三相交流電圧に同期し、商用周波数で所定振幅の三相交流電圧が与えられる。一方、コンタクタ１４の二次側には、出力端子Ｔ４を介して、停電発生前の交流電源５０からの三相交流電圧に同期し、商用周波数で所定振幅の三相交流電圧が与えられる。コンタクタ１４は、一次側の電圧と二次側の電圧とが等しくなることによって通電が遮断された状態となる。これにより、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を待つことなく、コンタクタ１４は瞬時にオフされる。したがって、コンタクタ１４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瞬時電圧低下が発生するのを防止することができる。なお、コンバータ制御回路３０は、コンタクタ１４がターンオフされた後、コンバータ５から出力される交流電流が零点を迎えたタイミングでコンバータ５の運転を停止する。
【００７１】
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。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（図４）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。
【００７２】
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。図６を参照して、切替制御部１７（図４）は、インバータ給電の実行中、電圧検出回路２０（図４）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。
【００７３】
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（図４）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。
【００７４】
正弦波発生回路３８（図４）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（図４）に与える。
【００７５】
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。
【００７６】
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変動する可能性がある。このような場合、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、交流電源５０の復電後、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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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「バイパススイッチ」を構成する。
【００８５】
また、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。
【００８６】
［実施の形態２］
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。図９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。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と比較して、コンタクタ１６の接続が異なっている。実施の形態２に係る無停電電源装置においてインバータ給電を行なう構成は、図１と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。また、無停電電源装置の制御構成についても、電力変換制御部１９での制御構成を除いて、図４と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【００８７】
図８を参照して、コンタクタ１６の一方端子はバイパススイッチに接続される。コンタクタ１６の他方端子は、入力端子Ｔ２とコンタクタ２との間に位置するノードＮ２に接続される。
【００８８】
本実施の形態２に係る無停電電源装置において、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、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。これにより、交流電源５０から供給される三相交流電力は、ノードＮ２、コンタクタ１６、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に供給される。
【００８９】
本実施の形態２によれば、エコモードの実行中は、リアクトル４を通さずに負荷５２に対して三相交流電力を供給する。したがって、実施の形態１におけるエコモードでの給電と比較して、リアクトル４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さらに高めることができる。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、蓄電池５３に直流電力を蓄えておくことができる。
【００９０】
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の停電を検出する。交流電源５０の停電が検出されると、切替制御部１７は、実施の形態１で説明したのと同様にコンタクタ１４をオフさせることにより、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。
【００９１】
具体的には、図９を参照して、切替制御部１７は、交流電源５０の停電が検出されると、インバータ制御回路３４へ起動指令φ９を与えるとともに、コンバータ制御回路３０へ逆変換指令φ５を与える。インバータ制御回路３４は、起動指令φ９を受けると、実施の形態１で説明したのと同様に、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。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。所定振幅は、三相交流電圧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ている。
【００９２】
コンバータ制御回路３０は、逆変換指令φ５を受けると、変流器３２および電圧検出回路２０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、コンバータ５における逆変換を制御する。具体的には、電圧検出回路２０の出力信号と正弦波信号φ３８との偏差がなくなるように、コンバータ５をＰＷＭ制御する。コンバータ制御回路３０は、電圧検出回路２０によって検出される三相交流電圧と、停電発生前の交流電源５０からの三相交流電圧とが同期するようにコンバータ５を制御する。これにより、ノードＮ２には、停電発生前に交流電源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三相交流電圧が供給される。ノードＮ２に供給された三相交流電圧は、コンタクタ１６を介してコンタクタ１４にまで導かれる。
【００９３】
本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、コンタクタ１４の一次側に与えられる電圧と、コンタクタ１４の二次側に与えられる電圧とが等しくなる。したがって、切替制御部１７が制御信号φＣをＬレベルにした後、コンタクタ１４は瞬時にオフする。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停止するのを防止することができる。
【００９４】
ここで、本実施の形態２では、コンタクタ１６の一方端子を、入力端子Ｔ２とコンタクタ２との間のノードＮ２に接続している。そのため、コンバータ５における逆変換によってノードＮ２に供給される電圧は、ノードＮ２からノードＮ２よりも上流側の事故点までの電気的距離であるインピーダンスと、ノードＮ２からコンバータ５の交流側端子までのインピーダンスとの比率によって決まる。たとえば、コンバータ５の交流側端子の電圧をＶ１とし、ノードＮ２から事故点までのインピーダンスをＺ１とし、ノードＮ２からコンバータ５の交流側端子までのインピーダンスをＺ２とすると、事故点の電圧が０ＶとなったときにノードＮ２に供給される電圧は、Ｖ１×Ｚ１／（Ｚ１＋Ｚ２）となる。したがって、交流電源５０の定格電圧の９０％に相当する電圧をノードＮ２に供給するためには、コンバータ５は、交流電源５０の定格電圧の９０％を（Ｚ１＋Ｚ２）／Ｚ１倍した電圧を出力する必要が生じる。これによれば、インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２との比率Ｚ１／Ｚ２が小さいほど、コンバータ５が出力すべき電圧が高くなる。
【００９５】
コンバータ５が出力すべき電圧がコンバータ５の能力を超えないようにするためには、図１０に示すように、交流電源５０と入力端子Ｔ２との間に変圧器６１を設けることによってインピーダンスＺ１を大きくすることが有効である。図１０は、本実施の形態２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１０を参照して、無停電電源装置と交流電源５０、バイパス交流電源５１および負荷５２との間には、入出力盤７０が設けられている。入出力盤７０は、変圧器６１，６３と、遮断器６０，６２，６４，６５，６６，６７を含む。
【００９６】
遮断器６０および変圧器６１は、交流電源５０と入力端子Ｔ２との間に直列に接続される。遮断器６０は、交流電源５０から交流電力が正常に供給されている通常時はオンし、交流電源５０からの交流電力の供給が停止された停電時はオフする。変圧器６１は、交流電源５０からの三相交流電圧を降圧して入力端子Ｔ２に与える。
【００９７】
遮断器６４および変圧器６３は、バイパス交流電源５１とバイパス端子Ｔ１との間に直列に接続される。遮断器６４は、バイパス交流電源５１から交流電力が正常に供給されている通常時はオンし、バイパス交流電源５１からの交流電力の供給が停止された停電時はオフする。変圧器６３は、バイパス交流電源５１からの三相交流電圧を降圧してバイパス端子Ｔ１に与える。
【００９８】
遮断器６５および遮断器６６は、出力端子Ｔ４および負荷５２の間に直列に接続される。遮断器６５，６６は、通常時はオンし、たとえば無停電電源装置のメンテナンス時にオフする。遮断器６５と遮断器６６との接続点とバイパス交流電源５１との間には電力線６８が配設されている。遮断器６７は電力線６８に介挿接続される。遮断器６７は、無停電電源装置の正常時はオフし、無停電電源装置の故障時はオンする。
【００９９】
このような構成とすることにより、ノードＮ２から事故点までのインピーダンスＺ１は、変圧器６１、遮断器６０および配線等が有するインピーダンスが加わることによって大きくなる。したがって、インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２との比率Ｚ１／Ｚ２が増えるため、コンバータ５が出力すべき電圧を下げることができる。よって、コンバータ５の能力の範囲内で、コンバータ５はノードＮ２に電圧を出力することができる。
【０１００】
［実施の形態３］
上述の実施の形態１および２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３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。
【０１０１】
図１１は、本発明の実施の形態３に係る無停電電源装置の全体構成図である。実施の形態３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、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。実施の形態３に係る無停電電源装置においてインバータ給電を行なう構成は、図１と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【０１０２】
図１１を参照して、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、切替制御部１７からの制御信号φＥがＨレベルのときにオンし、制御信号φＥがＬレベルのときにオフする。
【０１０３】
コンタクタ１６は、コンタクタ２とヒューズ３との間に位置するノードＮ３とバイパススイッチの一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レベルの時にオンし、制御信号φＢがＬレベルのときにオフする。
【０１０４】
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からコンバータ５およびインバータ９を介して負荷５２に三相交流電力を供給する通常モードから、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に三相交流電力を供給するエコモードに切換える。
【０１０５】
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２，１４，１５，１６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、エコモード設定信号φ１８を受けると、制御信号φＡをＨレベルにしてコンタクタ１５をオンさせる。制御信号φＡ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１５が実際にオンする。
【０１０６】
次に切替制御部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、制御信号φＥをＬレベルにしてコンタクタ２をオフさせる。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φＥをＬ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２はオフする。コンタクタ２がオフすると、交流電源５０が無停電電源装置から切り離され、バイパス交流電源５１からサイリスタスイッチ１３を介して負荷５２に三相交流電力が供給される。
【０１０７】
次に切替制御部１７は、制御信号φＢ，φＣをＨレベルにしてコンタクタ１６，１４をそれぞれオンさせる。制御信号φＢ，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１６，１４がオンする。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。これにより、バイパス交流電源５１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。また、ノードＮ３はコンタクタ１６を介してコンタクタ１４の一方端子に接続される。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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の停電を検出する。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を下回ったとき、切替制御部１７はバイパス交流電源５１の停電を検出する。切替制御部１７は、バイパス交流電源５１の停電が検出されると、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。
【０１１１】
図１２は、本発明の実施の形態３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１２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３１，３３，３５と、正弦波発生回路３８とを含む。
【０１１２】
電圧検出回路３１は、ノードＮ３に与えられる三相交流電圧の瞬時値を検出し、検出値をコンバータ制御回路３０に与える。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。
【０１１３】
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の実効値が交流電源５０の定格電圧の９０％となるように設定される。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。
【０１１４】
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。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。ただし、インバータ制御回路３４は、エコモードの実行中、ＰＷＭ制御によって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、バイパス交流電源５１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。
【０１１５】
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が停電したか否かを判定する。バイパス交流電源５１の停電が検出された場合、切替制御部１７は、コンバータ制御回路３０に対して逆変換指令φ５を与える。切替制御部１７はさらに、インバータ制御回路３４に対して起動指令φ９を与える。
【０１１６】
コンバータ制御回路３０は、切替制御部１７から逆変換指令φ５を受けると、変流器３２および電圧検出回路３１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、コンバータ５における逆変換を制御する。具体的には、正弦波発生回路３８は、バイパス交流電源５１の停電が検出された後は、停電発生前にバイパス交流電源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を生成する。所定振幅は、たとえば正弦波信号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。コンバータ制御回路３０は、電圧検出回路３１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との偏差がなくなるように、コンバータ５をＰＷＭ制御する。このとき、コンバータ制御回路３０は、電圧検出回路３１によって検出される三相交流電圧と、停電発生前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コンバータ５を制御する。
【０１１７】
コンバータ５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。ノードＮ３には、停電発生前にバイパス交流電源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三相交流電圧が供給される。ノードＮ３に供給された三相交流電力は、コンタクタ１６を介してコンタクタ１４にまで導かれる。
【０１１８】
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、停電発生前にバイパス交流電源５１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。
【０１１９】
切替制御部１７は、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。コンタクタ１４の一次側には、ノードＮ１を介して、停電発生前のバイパス交流電源５１からの三相交流電圧に同期した三相交流電圧が与えられる。一方、コンタクタ１４の二次側には、出力端子Ｔ４を介して、停電発生前のバイパス交流電源５１からの三相交流電圧に同期した三相交流電圧が与えられる。コンタクタ１４は、一次側の電圧と二次側の電圧とが等しくなることにより通電が遮断された状態となる。これにより、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を待つことなく、コンタクタ１４は瞬時にオフされる。したがって、コンタクタ１４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。コンバータ制御回路３０は、コンタクタ１４がオフされた後、コンバータ５から出力される交流電流が零点を迎えたタイミングでコンバータ５の運転を停止する。
【０１２０】
本実施の形態３に係る無停電電源装置はさらに、インバータ給電に移行した後にバイパス交流電源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。
【０１２１】
具体的には、インバータ給電の実行中、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、切替制御部１７はバイパス交流電源５１の復電を検出する。
【０１２２】
切替制御部１７は、バイパス交流電源５１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、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力を直流電力に変換する。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。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との偏差がなくなるように、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。なお、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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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、バイパス交流電源５１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。
【０１２８】
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をオンすることによって、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。
【０１２９】
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、待機状態となる。
【０１３０】
ここで、本実施の形態３において、コンバータ５における逆変換によってノードＮ３に供給される電圧は、ノードＮ３から事故点までのインピーダンスと、ノードＮ３からコンバータ５の交流側端子までのインピーダンスとの比率によって決まる。上記の実施の形態２で説明したように、ノードＮ３から事故点までのインピーダンスをＺ１とし、ノードＮ３からコンバータ５の交流側端子までのインピーダンスをＺ２とすると、これらのインピーダンスの比率Ｚ１／Ｚ２が小さいと、コンバータ５が出力すべき電圧が高くなってしまう。
【０１３１】
そこで、本実施の形態３においても、図１３に示すように、バイパス交流電源５１とバイパス端子Ｔ１との間に変圧器６３を設けることにより、インピーダンスＺ１を大きくする。図１３は、本実施の形態３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。これによれば、ノードＮ３から事故点までのインピーダンスＺ１は、変圧器６３、遮断器６４および配線等が有するインピーダンスが加わることによって大きくなるため、インピーダンスＺ１とインピーダンスＺ２との比率Ｚ１／Ｚ２が増える。したがって、コンバータ５が出力すべき電圧を下げることができるため、コンバータ５の能力の範囲内で、コンバータ５はノードＮ２に電圧を出力することが可能となる。
【０１３２】
以上のように、本発明の実施の形態３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。
【０１３３】
また、インバータ給電へ移行した後にバイパス交流電源５１が復電した場合には、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５２への安定した電力供給を確保しながら、無停電電源装置の運転効率を向上させることができる。
【０１３４】
［実施の形態４］
上述の実施の形態１および２に係る無停電電源装置では、エコモード時に交流電源５０からの交流電力を負荷５２に供給する構成について説明した。また実施の形態３に係る無停電電源装置では、エコモード時にバイパス交流電源５１からの交流電力を負荷５２に供給する構成について説明した。この発明の実施の形態４では、エコモード時に交流電源５０およびバイパス交流電源５１のいずれか一方を選択し、選択された交流電源から負荷５２に交流電力を供給する構成について説明する。
【０１３５】
図１４は、本発明の実施の形態４に係る無停電電源装置の全体構成図である。実施の形態４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、電圧検出回路２０に代えて、電圧検出回路２２および電源選択部２３を設けたものである。実施の形態４に係る無停電電源装置においてインバータ給電を行なう構成は、図１と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【０１３６】
図１４を参照して、電源選択部２３は、エコモード時に交流電源５０およびバイパス交流電源５１のいずれか一方を選択し、選択された交流電源を示す選択信号φ２３を切替制御部１７および電圧検出回路２２に出力する。交流電源を選択する手法は、たとえば、交流電源を選択する利用者の操作を受け付けるスイッチを筐体１に設け、電源選択部２３はそのスイッチにより受け付けられた交流電源を出力してもよい。交流電源５０が選択された場合、選択信号φ２３はＨレベルにされ、バイパス交流電源５１が選択された場合、選択信号φ２３はＬレベルにされる。
【０１３７】
選択信号φ２３がＨレベルの場合、すなわち、交流電源５０が選択された場合、電圧検出回路２２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。一方、選択信号φ２３がＬレベルの場合、すなわち、バイパス交流電源５１が選択された場合、電圧検出回路２２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。
【０１３８】
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、電源選択部２３から選択信号φ２３を受ける。切替制御部１７は、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からコンバータ５およびインバータ９を介して負荷５２に三相交流電力を供給する通常モードから、エコモードに切替える。
【０１３９】
このとき、切替制御部１７は、選択信号φ２３がＨレベルの場合には、交流電源５０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１４，１５，１６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、制御信号φＡをＬレベルにしてコンタクタ１５をオフさせる。
【０１４０】
これに対して、選択信号φ２３がＬレベルの場合には、切替制御部１７は、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２，１４，１５，１６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φＡ，φＢ，φＣ，φＤをＨレベルにしてコンタクタ１５，１６，１４およびサイリスタスイッチ１３をオンさせ、制御信号φＥをＬレベルにしてコンタクタ２をオフさせる。
【０１４１】
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。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、選択信号φ２３がＨレベルの場合、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。一方、電力変換制御部１９は、選択信号φ２３がＬレベルの場合、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。
【０１４２】
電圧検出回路２２は、選択信号φ２３がＨレベルの場合、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。切替制御部１７は、エコモードの実行中、電圧検出回路２２の出力信号に基づいて交流電源５０の停電を検出する。切替制御部１７は、交流電源５０の停電が検出されると、起動指令φ９を生成し、生成した起動指令φ９を電力変換制御部１９へ出力する。
【０１４３】
一方、電圧検出回路２２は、選択信号φ２３がＬレベルの場合、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２２の出力信号に基づいてバイパス交流電源５１の停電を検出する。切替制御部１７は、バイパス交流電源５１の停電が検出されると、起動指令φ９を生成し、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。
【０１４４】
図１５は、本発明の実施の形態４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１５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３１，３３，３５と、正弦波発生回路３８とを含む。
【０１４５】
電圧検出回路３１は、ノードＮ３に与えられる三相交流電圧の瞬時値を検出し、検出値をコンバータ制御回路３０に与える。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。
【０１４６】
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、選択信号φ２３がＨレベルの場合、電圧検出回路２２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。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。一方、正弦波発生回路３８は、選択信号φ２３がＬレベルの場合、電圧検出回路２２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。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。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。
【０１４７】
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。このとき、インバータ制御回路３４は、選択信号φ２３がＨレベルの場合、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。一方、インバータ制御回路３４は、選択信号φ２３がＬレベルの場合、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。ただし、インバータ制御回路３４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。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またはバイパス交流電源５１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の運転は停止される。
【０１４８】
エコモードの実行中、切替制御部１７は、選択信号φ２３がＨレベルの場合、電圧検出回路２２の出力信号に基づいて、交流電源５０が停電したか否かを判定する。一方、選択信号φ２３がＬレベルの場合、切替制御部１７は、電圧検出回路２２の出力信号に基づいて、バイパス交流電源５１が停電したか否かを判定する。交流電源５０またはバイパス交流電源５１の停電が検出された場合、切替制御部１７は、コンバータ制御回路３０に対して逆変換指令φ５を与える。切替制御部１７はさらに、インバータ制御回路３４に対して起動指令φ９を与える。
【０１４９】
コンバータ制御回路３０は、切替制御部１７から逆変換指令φ５を受けると、変流器３２および電圧検出回路３１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、コンバータ５における逆変換を制御する。具体的には、正弦波発生回路３８は、選択信号φ２３がＨレベルの場合、交流電源５０の停電が検出された後は、停電発生前に交流電源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を生成する。一方、正弦波発生回路３８は、選択信号φ２３がＬレベルの場合、バイパス交流電源５１の停電が検出された後は、停電発生前にバイパス交流電源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を生成する。コンバータ制御回路３０は、電圧検出回路３１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との偏差がなくなるように、コンバータ５をＰＷＭ制御する。コンバータ５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。ノードＮ３には、停電発生前に交流電源５０またはバイパス交流電源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三相交流電圧が供給される。ノードＮ３に供給された三相交流電力は、コンタクタ１６を介してコンタクタ１４にまで導かれる。
【０１５０】
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またはバイパス交流電源５１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。
【０１５１】
切替制御部１７は、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。コンタクタ１４の一次側には、ノードＮ１を介して、停電発生前の交流電源５０またはバイパス交流電源５１からの三相交流電圧に同期した三相交流電圧が与えられる。一方、コンタクタ１４の二次側には、出力端子Ｔ４を介して、停電発生前の交流電源５０またはバイパス交流電源５１からの三相交流電圧に同期した三相交流電圧が与えられる。コンタクタ１４は、一次側の電圧と二次側の電圧とが等しくなることにより通電が遮断された状態となる。これにより、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を待つことなく、コンタクタ１４は瞬時にオフされる。したがって、コンタクタ１４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。コンバータ制御回路３０は、コンタクタ１４がオフされた後、コンバータ５から出力される交流電流が零点を迎えたタイミングでコンバータ５の運転を停止する。
【０１５２】
本実施の形態４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またはバイパス交流電源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。
【０１５３】
具体的には、インバータ給電の実行中、切替制御部１７は、選択信号φ２３がＨレベルの場合、電圧検出回路２２の出力信号に基づいて交流電源５０の復電を検出する。一方、選択信号φ２３がＬレベルの場合、切替制御部１７は、電圧検出回路２２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。
【０１５４】
切替制御部１７は、交流電源５０またはバイパス交流電源５１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、復電後の交流電源５０またはバイパス交流電源５１から供給される三相交流電力を直流電力に変換する。
【０１５５】
正弦波発生回路３８は、電圧検出回路２２の出力信号に基づいて、復電後の交流電源５０またはバイパス交流電源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。
【０１５６】
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。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またはバイパス交流電源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。
【０１５７】
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またはバイパス交流電源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交流電源５０またはバイパス交流電源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交流電源５０またはバイパス交流電源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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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、バイパス交流電源５１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。
【０１６０】
このように、交流電源５０またはバイパス交流電源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、復電後の交流電源５０またはバイパス交流電源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、交流電源５０またはバイパス交流電源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。
【０１６１】
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、待機状態となる。
【０１６２】
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】
【０１６３】
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、２０，２１，２２，３１，３３，３５  電圧検出回路、２３  電源選択部、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、６０，６２，６４，６５，６６，６７  遮断器、６１，６３  変圧器、６８  電力線、７０  入出力盤。
【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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【国際調査報告】
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