(57)【要約】【課題】直並列補償型の無停電電源装置のスイッチング損失を低減し高効率化を図り、ランニングコストを低減させる。【解決手段】入力または出力と直列に接続される直列補償用変換器と、入力または出力と並列に接続される並列補償用変換器と、これらの直流側に接続された電力貯蔵装置とから構成される直並列補償型の無停電電源装置において、図１に期間Ｔ２で示すように、入力電源電圧が定格近傍にあるときは、直列補償用変換器（直列インバータ）の上アームまたは下アームを全点弧することにより、スイッチング損失を低減して高効率化を図るとともに、ランニングコストを低減させる。【選択図】図１
2005304171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流入力端子と交流出力端子との間の交流母線に直列に接続されたトランスと、このトランスに電圧を発生させるための第１のＤＣ／ＡＣ変換器と、この第１のＤＣ／ＡＣ変換器へ電力の供給または回生するためＤＣ部を共通にした第２のＤＣ／ＡＣ変換器と、この第２のＤＣ／ＡＣ変換器の交流側を前記トランスに対して電源側または負荷側のいずれかの交流端子間に接続し、かつ前記ＤＣ部には電力貯蔵手段を接続した無停電電源装置において、
前記商用電源が所定の範囲を逸脱したときは、前記第１のＤＣ／ＡＣ変換器によりトランス電圧を調整して入力商用電源の変動分を吸収し、そのとき第１のＤＣ／ＡＣ変換器により注入または放出される直流電力を、前記第２のＤＣ／ＡＣ変換器が接続されている交流線側から供給または回生する動作を行ない、商用電源が所定の範囲にあるときは、第１のＤＣ／ＡＣ変換器の上アーム素子または下アーム素子を全点弧することを特徴とする無停電電源装置の制御方法。
【請求項２】
前記第１のＤＣ／ＡＣ変換器の上アーム全点弧と下アーム全点弧とを適宜な周期で切替えることを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、入力商用電源が変動した場合でも、負荷に安定した電力を供することができる無停電電源装置、特にラインインタラクティブ方式無停電電源装置の損失低減のための制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４に、特許文献１や特許文献２に開示されている従来の無停電電源装置例を示す。
同図では、交流入力端子１１と交流出力端子１２の間の交流母線にトランス１の２次巻線が直列に接続され、１次巻線には半導体ブリッジからなる第１のＤＣ／ＡＣ変換器２（以下直列インバータ（直列ＩＮＶ）ともいう）の交流側端子が、スイッチング成分を除去するフィルタ３を介して接続されている。
この直列インバータＩＮＶ２とＤＣ部を共通とし、半導体ブリッジからなる第２のＤＣ／ＡＣ変換器４（以下並列インバータ(並列ＩＮＶ)ともいう）の交流側端子が、スイッチング成分を除去するフィルタ５を介して交流出力端子１２に接続されている。
【０００３】
このような構成において、交流入力端子１１に接続される入力商用電源７の電源電圧が変動すると、直列ＩＮＶ２の制御によりトランス１の２次側電圧の調製が可能であり、入力商用電源７の変動分をこのトランスの２次側電圧で補償することで、交流出力端子１２に安定した電圧を供給することが可能となる。このとき、入力商用電源７の変動が定格電圧に対して電圧低下であれば、トランス１は電圧加算で負荷電流を流すため電力を注入することになり、そのエネルギーは並列ＩＮＶ４をコンバータ動作（整流器動作）させることで、交流母線から供給される。
【０００４】
逆に、入力商用電源７の変動が定格電圧に対して電圧上昇であれば、トランス１は電圧減算で負荷電流を流すため電力を吸収することになり、そのエネルギーは並列ＩＮＶ４をインバータ動作させることで、交流母線に回生される。また、入力商用電源７が停電した場合は、入力スイッチ（ＳＷ）８を開放して商用電源７を交流母線から切り離し、電力貯蔵手段としての蓄電池６の直流電力を並列ＩＮＶ４で交流に変換し、負荷９に安定した電力を供給するようにしている。
図４の動作を図５に示す。図５（ａ）は入力商用電源電圧、同（ｂ）はトランス１の２次側電圧、同（ｃ）は出力電圧の各波形を示している。
【０００５】
図４に示す従来回路では、直列ＩＮＶ２は入力商用電源７の電圧が定格値から逸脱した場合に、定格値との差分を補償する動作を行なう。
図６に直列ＩＮＶ２による電圧補償時に変換器に流入する電流を示し、図７は入力商用電源７の電圧が定格値、すなわち補償電圧がゼロのときに直列ＩＮＶ２に流入する電流を示す。これらの図からわかるように、直列ＩＮＶ２の補償分がゼロの場合でもトランス1を介して入力電流が流れるため、直列ＩＮＶ２の半導体ブリッジで通流損失やスイッチング損失が発生し、変換効率が低下することになる。
そこで、スイッチを設けて直列ＩＮＶをバイパスし入力と出力を直接接続するようにしたものが、例えば引用文献３に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第４６５１２６５号明細書
【特許文献２】特許第３３９０００７号公報
【特許文献３】特開２０００−１８４６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、引用文献３ではスイッチを別途必要とするため、コスト高になるという問題がある。
したがって、この発明の課題は、スイッチ等を用いることなくスイッチング損失を低減し、変換効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、交流入力端子と交流出力端子との間の交流母線に直列に接続されたトランスと、このトランスに電圧を発生させるための第１のＤＣ／ＡＣ変換器と、この第１のＤＣ／ＡＣ変換器へ電力の供給または回生するためＤＣ部を共通にした第２のＤＣ／ＡＣ変換器と、この第２のＤＣ／ＡＣ変換器の交流側を前記トランスに対して電源側または負荷側のいずれかの交流端子間に接続し、かつ前記ＤＣ部には電力貯蔵手段を接続した無停電電源装置において、
前記商用電源が所定の範囲を逸脱したときは、前記第１のＤＣ／ＡＣ変換器によりトランス電圧を調整して入力商用電源の変動分を吸収し、そのとき第１のＤＣ／ＡＣ変換器により注入または放出される直流電力を、前記第２のＤＣ／ＡＣ変換器が接続されている交流線側から供給または回生する動作を行ない、商用電源が所定の範囲にあるときは、第１のＤＣ／ＡＣ変換器の上アーム素子または下アーム素子を全点弧することを特徴とする。
上記請求項１の発明においては、前記第１のＤＣ／ＡＣ変換器の上アーム全点弧と下アーム全点弧とを適宜な周期で切替えることができる（請求項２の発明）。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、出力電圧補償が必要とならない入力電圧範囲で直列インバータの発生損失を低減できるため、装置のランニングコストを低減することができる。このとき、特別な回路等を付加することなく実現できるので、安価にできる。また、請求項２の発明によれば、直列インバータを構成する半導体スイッチ素子の通流損失が平準化され、熱集中による変換器の大型化を抑制することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１はこの発明の実施の形態を説明するための説明図である。
これは、図４に示す直列ＩＮＶ２の制御動作を説明するもので、図１（ａ）は入力電圧と出力電圧との関係、同（ｂ）は直列インバータの補償動作、同（ｃ）は直列インバータのスイッチング動作、をそれぞれ示している。
【００１１】
すなわち、図１の期間Ｔ１のように、図４の入力電圧７が定格（−ｎ１（Ｖ））以下ならば、図４の直列ＩＮＶ２を、定格電圧に対して不足する電圧がトランス２次側に発生するよう、高周波ＰＷＭ（パルス幅変調）方式により制御する。また、図１の期間Ｔ３のように、図４の入力電圧７が定格（＋ｎ２（Ｖ））以上ならば、図４の直列ＩＮＶ２を、定格電圧に対して過剰となる電圧が図４のトランス１に発生するよう、高周波ＰＷＭにより制御する。
【００１２】
一方、図１の期間Ｔ２のように、図４の入力電圧７が−ｎ１（Ｖ）〜＋ｎ２（Ｖ）の範囲にある場合には、図４の直列ＩＮＶ２の上アーム１３または下アーム１４を全点弧する。その結果、図４のトランス１の２次巻線は直列ＩＮＶ２により短絡されるため、補償電圧はゼロとなり負荷には入力電圧がそのまま印加される。
図２および図３に、このときＩＮＶ２に流入する電流波形を示す。図２は上アーム素子を全点弧した場合の各部波形図を示すが、ＩＮＶ２に流入した電流が上アームをそのままスイッチングせずに還流するため、スイッチング損失がなくなる。下アーム素子を全点弧した場合の各部波形図を図３に示すが、図２の場合と同様になる。なお、−ｎ１，＋ｎ２の値は、要求される出力電圧変動範囲によって適宜設定するものとする。
【００１３】
以上のようにすることで、出力電圧は図１（ａ）のように、入力電圧が所定の範囲を逸脱した場合には定格値となり、また、入力電圧が所定の範囲内にあるときは出力電圧＝入力電圧（無補償）となる。そして、無補償範囲における直列ＩＮＶ２の発生損失は通流損失のみとなり、変換効率が向上する。なお、上アーム全点弧状態と下アーム全点弧状態を適当な周期で切替えることにより、半導体スイッチの通流損失が平準化され、熱集中による変換器の大型化を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態を説明するための説明図
【図２】直列ＩＮＶの上アーム全点弧時の図４各部の波形図
【図３】直列ＩＮＶの下アーム全点弧時の図４各部の波形図
【図４】３相直並列補償型無停電電源装置の一般的な例を示す回路図
【図５】図４の動作波形図
【図６】図４の電圧補償時の各部波形図
【図７】図４の補償電圧ゼロ時の各部波形図
【符号の説明】
【００１５】
１…直列補償トランス、２…直列インバータ（直列ＩＮＶ）、３，５…高調波除去フィルタ、４…並列インバータ（並列ＩＮＶ）、６…蓄電池、７…商用電源、８…入力スイッチ、９…負荷、１１…交流入力端子、１２…交流出力端子、１３…直列インバータの上アーム、１４…直列インバータの下アーム。
【図１】
2005304171.tif 000003
【図２】
2005304171.tif 000004
【図３】
2005304171.tif 000005
【図４】
2005304171.tif 000006
【図５】
2005304171.tif 000007
【図６】
2005304171.tif 000008
【図７】
2005304171.tif 000009