(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から交流電力を直流電力に変換し、上記直流電力を直列接続された第１及び第２のコンデンサに蓄積するコンバータ回路と、上記コンバータ回路によって変換された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回路と、バッテリとを備え、上記コンバータ回路の入力端子の一方と、上記インバータ回路の出力端子の一方が、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点に接続された電力変換装置において、
上記交流電源に電圧異常のない場合に、上記第１及び第２のコンデンサのエネルギーを均等に用いて上記コンバータ回路とは独立した電流経路を介して上記バッテリを蓄電する制御を行い、上記交流電源に電圧異常のある場合に、回路を切り替えて上記コンバータ回路を介して上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサに放電する制御を行い、上記交流電源から変換された直流電力を上記第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、および上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位の制御を行うことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
交流電源から交流電力を直流電力に変換し、上記直流電力を第１及び第２のコンデンサの直列回路に蓄積するコンバータ回路と、上記コンバータ回路によって変換された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回路と、バッテリとを備え、上記コンバータ回路の入力端子の一方と、上記インバータ回路の出力端子の一方が、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点に接続された電力変換装置において、
上記コンバータ回路は、上記交流電源の一端に接続された第１のリアクトルの出力側端子と上記第１及び第２のコンデンサの直列回路の両端との間に各々接続され、上記交流電源に対して互いに逆の方向性を有する第１及び第２のダイオード、上記第１及び第２のダイオードを介して上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と並列接続され、同一の方向性を有する第１及び第２のスイッチの直列回路、及び、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点と上記第１及び第２のスイッチの相互接続点と上記交流電源の他端とを接続する接続手段によって構成され、
さらに、上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と並列接続された、第３のスイッチと第２のリアクトルと上記バッテリとの直列回路、上記第２のリアクトルと上記バッテリとに並列接続され、上記第３のスイッチと逆の方向性を有する第３のダイオード、上記第１のリアクトルの入力側端子を、上記交流電源の一端と上記バッテリの一端とに切り替えて接続する第１のリレー、並びに上記バッテリの他端を、上記第１及び第２のコンデンサの直列回路の一端と上記第１及び第２のスイッチの直列回路の一端とに切り替えて接続する第２のリレーを備え、
上記交流電源に電圧異常のない場合には、上記第１のリレーを上記交流電源側に、上記第２のリレーを上記第１及び第２のコンデンサの直列回路側に切り替え、上記第１及び第２のコンデンサのエネルギーを均等に用いて上記バッテリを蓄電する制御を行い、上記交流電源に電圧異常のある場合には、上記第１のリレーを上記バッテリ側に、上記第２のリレーを上記第１及び第２のスイッチの直列回路側に切り替え、上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサに放電する制御を行い、上記交流電源から変換された直流電力を上記第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、および上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位の制御を行うことを特徴とする電力変換装置。
【請求項３】
交流電源から交流電力を直流電力に変換し、上記直流電力を第１及び第２のコンデンサの直列回路に蓄積するコンバータ回路と、上記コンバータ回路によって変換された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回路と、バッテリとを備え、上記コンバータ回路の入力端子の一方と、上記インバータ回路の出力端子の一方が、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点に接続された電力変換装置において、
上記コンバータ回路は、上記交流電源の一端に接続された第１のリアクトルの出力側端子と上記第１及び第２のコンデンサの直列回路の両端との間に各々接続され、上記交流電源に対して互いに逆の方向性を有する第１及び第２のスイッチ、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点と上記交流電源の他端とを接続する接続手段によって構成され、
さらに、一端が上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と上記第１のスイッチとの間に接続され、他端が上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と上記第２のスイッチとの間に接続された、第３のスイッチと第２のリアクトルと上記バッテリとの直列回路、上記第２のリアクトルと上記バッテリとに並列接続され、上記第３のスイッチと逆の方向性を有する第４のスイッチ、上記第１のリアクトルの入力側端子を、上記交流電源の一端と上記バッテリの一端とに切り替えて接続する第１のリレー、並びに上記第２のリアクトルの一端を、上記バッテリの一端と上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点とに切り替えて接続する第２のリレーを備え、
上記交流電源に電圧異常のない場合には、上記第１のリレーを上記交流電源側に、上記第２のリレーを上記バッテリ側に切り替え、上記第１及び第２のコンデンサのエネルギーを均等に用いて上記バッテリを蓄電する制御を行い、上記交流電源に電圧異常のある場合には、上記第１のリレーを上記バッテリ側に、上記第２のリレーを上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点側に切り替え、上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサに放電する制御を行い、上記交流電源から変換された直流電力を上記第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、および上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位の制御を行うことを特徴とする電力変換装置。
【請求項４】
コンバータ回路は、交流電源の電圧が正常の場合において、上記交流電源から変換された直流電力を第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、各コンデンサを各々独立して蓄電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの電圧の和と上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点の電位を検出し、上記電圧の和と所望の設定値との差分を演算し、上記差分を第１の制御器にて増幅し、更に上記交流電源の位相と一致した正弦を乗算した第１の電流指令値と、上記相互接続点の電位と所望の設定値との差分を演算し、上記差分を第２の制御器にて増幅し、更に上記交流電源の位相と一致した正弦の絶対値を乗算した第２の電流指令値を演算し、上記第１の電流指令値と上記第２の電流指令値の和を、上記交流電源に流す電流の指令値とする制御回路を有し、上記切り替え手段により上記交流電源に流す電流が上記電流の指令値に追従するようにしたことを特徴とする請求項３記載の電力変換装置。
【請求項５】
コンバータ回路は、交流電源の電圧が異常の場合において、バッテリのエネルギーを第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、各コンデンサを各々独立して放電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位が所望の設定値となるように、上記切り替え手段により、上記第１及び第２のコンデンサのうちいずれか一方のコンデンサの電圧を制御する制御回路を有することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
【請求項６】
コンバータ回路は、交流電源の電圧が異常の場合において、バッテリのエネルギーを第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、各コンデンサを各々独立して放電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位が所望の設定値となるように、負荷に流れる負荷電流を検出して、上記切り替え手段により上記負荷電流と一致した電流が上記第１及び第２のコンデンサに流れるように制御する制御回路を有することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
【請求項７】
コンバータ回路は、交流電源の電圧が異常の場合において、バッテリのエネルギーを第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、各コンデンサを各々独立して放電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位が所望の設定値となるように、負荷に流れる負荷電流を検出して、上記切り替え手段により、上記負荷電流に含まれる直流分の電流が上記第１及び第２のコンデンサに流れるように制御する制御回路を有することを特徴とする請求項４記載の電力変換装置。
【請求項８】
電力変換装置を使用せずに保存するときは、バッテリによりコンデンサが充電されないように回路を切り替えるようにしたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の電力変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力変換装置に関するものであり、特に系統電源に停電が発生したときにも負荷に電力を供給することができる無停電電源装置であって、蓄電手段としてのバッテリの充放電や不平衡負荷に対応する機能を有する装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図２０は例えば平成９年電気学会産業応用部門全国大会論文誌の１４９〜１５２頁、Ｎｏ．６９、「新回路方式単相ＵＰＳの試作」に示された従来の無停電電源装置の回路図である。図において、１は負荷、２はコンデンサ、３はリアクトル、４、５はスイッチ、６、７は上記スイッチ４、５各々に逆並列接続されたダイオードであり、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７によりインバータ２６を構成する。８、９はコンデンサ、１０は系統電源（交流電源）、１１は上記系統電源１０が停電したときに上記負荷１にエネルギーを供給するためのエネルギー源であるバッテリ、１２はリアクトル、１３、１４、１５はスイッチ、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２５はダイオード、２３はリアクトル、２４はリレー、２６はインバータである。
【０００３】
次に上記従来の無停電電源装置の動作について説明する。まず上記系統電源１０が正常であるとき、すなわち停電の発生がないとき、上記リレー２４は図のＡに接続される。このとき、上記系統電源１０から上記負荷１に供給するためのエネルギーをえる。このために、上記系統電源１０が正の電圧（矢印の向きの電圧）であるときには、上記スイッチ１３をオンオフし、上記スイッチ１３がオンのときに、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード１６−スイッチ１３−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図中の矢印の向きに電流が蓄積される。次に上記スイッチ１３をオフすることにより、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード２０−コンデンサ８−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に蓄積されていたエネルギーが上記コンデンサ８に移動する。このようにして上記系統電源１０が正の電圧の場合には、上記スイッチ１３をオンオフすることにより上記コンデンサ８を充電する。
【０００４】
また、上記系統電源１０が負の電圧（矢印の逆向きの電圧）であるときには、上記スイッチ１４をオンオフし、上記スイッチ１４がオンのときには、系統電源１０−スイッチ１４−ダイオード１７−ダイオード１８−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図中の矢印の逆向きに電流が蓄積される。次に上記スイッチ１４をオフすることにより、系統電源１０−コンデンサ９−ダイオード２５−ダイオード１８−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトルに蓄積されていたエネルギーが上記コンデンサ９に移動する。このようにして上記系統電源１０が負の電圧の場合には、上記スイッチ１４をオンオフすることにより上記コンデンサ９を充電する。
【０００５】
上記コンデンサ８及び９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７によるインバータ２６により、直流電圧から交流電圧に変換される。また、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により上記インバータ２６より発生する高周波電圧成分の除去を行うフィルタを構成し、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧が印加される。
【０００６】
更に上記スイッチ１５がオンすると、２つの充電経路によってバッテリー１１が充電される。即ち、系統電源１０が正の電圧となっていて、上記コンデンサ８を上記系統電源１０から充電する期間においては、スイッチ１５−リアクトル２３−バッテリ１１−ダイオード１９−コンデンサ８−ダイオード２１−スイッチ１５の経路により、上記コンデンサ８から上記リアクトル２３に電流が蓄積され上記バッテリー１１を充電する。上記スイッチ１５がオフすると、リアクトル２３−バッテリ１１−ダイオード２２−リアクトル２３の経路により、引き続きリアクトル２３のエネルギーにより上記バッテリ１１を充電する。一方、系統電源１０が負の電圧となっていて、上記コンデンサ９を上記系統電源１０から充電する期間においては、スイッチ１５−リアクトル２３−バッテリ１１−ダイオード２５−コンデンサ９−コンデンサ８−ダイオード２１−スイッチ１５の経路により、上記コンデンサ８、９から上記リアクトル２３に電流が蓄積され上記バッテリー１１を充電する。なおダイオード２５は逆方向であるが、スイッチ１４がオフの状態（コンデンサ９を系統電源１０から充電する期間）ではダイオード２５は通電可能状態なので上記経路で電流が流れる。
【０００７】
次に上記系統電源１０に停電が発生したときには、上記リレー２４は図中Ｂに接続される。このとき、上記スイッチ１３及び１４を同時にオンすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード１６−スイッチ１３−スイッチ１４−ダイオード１７−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２に図中の矢印の向きに電流が流れ、上記リアクトル１２にエネルギーが蓄積される。次に例えばスイッチ１４のみをオフすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード１６−スイッチ１３−コンデンサ９−ダイオード２５−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２のエネルギーが上記コンデンサ９に移動して上記コンデンサ９を充電する。また同様にスイッチ１３のみをオフすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード２０−コンデンサ８−スイッチ１４−ダイオード１７−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２のエネルギーが上記コンデンサ８に移動して上記コンデンサ８を充電する。
【０００８】
上記コンデンサ８及び９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７によるインバータ２６により、直流電圧から交流電圧に変換される。また、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により上記インバータ２６より発生する高周波電圧成分の除去を行うフィルタを構成し、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧が印加される。
【０００９】
このようにして、上記系統電源１０に停電が発生しても上記負荷１に常に電力を供給することができる。またバッテリ１１を充電する機能を持っているため、系統電源が停電状態から復帰して正常となったあとにバッテリを再充電することができる。また上記コンデンサ８、９のそれぞれの充電量は、系統電源１０が停電あるいは未停電いずれにおいても、上記スイッチ１３、１４のオンオフにより制御することができるため、上記負荷１が図２１（ｂ）に示すようなアンバランス電流を発生する負荷であっても、上記コンデンサ８、９の電圧はそれぞれ所望の電圧値に制御することができる。
【００１０】
図２２は例えば特開平２−１６８８６７号公報「ＰＷＭ制御による電源装置」に示された他の従来の無停電電源装置の回路図である。図において、図２０と同一の符号は同一のものであり、その説明を省略する。３０、３１はスイッチ、３２、３３は上記スイッチ３０、３１にそれぞれ逆並列接続されたダイオードである。
【００１１】
次に図２２に示す上記従来の無停電電源装置の動作について説明する。まず上記系統電源１０が正常であるとき、すなわち停電の発生がないとき、上記リレー２４は図中のＡに接続される。このとき、上記系統電源１０から上記負荷１に供給するためのエネルギーをえる。このために、上記系統電源１０が正の電圧（矢印の向きの電圧）であるときには、上記スイッチ３１をオンオフし、上記スイッチ３１をオンのときには、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−スイッチ３１−コンデンサ９−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図中の矢印の向きに電流が蓄積される。次に上記スイッチ３１をオフすることにより、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード３２−コンデンサ８−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に蓄積されていたエネルギーが上記コンデンサ８に移動する。このようにして上記系統電源１０が正の電圧の場合には、上記スイッチ３１をオンオフすることにより上記コンデンサ８を充電する。
【００１２】
また、上記系統電源１０が負の電圧（矢印の逆向きの電圧）であるときには、上記スイッチ３０をオンオフし、上記スイッチ３０がオンのときには、系統電源１０−コンデンサ８−スイッチ３０−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図中の矢印の逆向きに電流が蓄積される。次に上記スイッチ３０をオフすることにより、系統電源１０−コンデンサ９−ダイオード３３−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトルに蓄積されていたエネルギーが上記コンデンサ９に移動する。このようにして上記系統電源１０が負の電圧の場合には、上記スイッチ３０をオンオフすることにより上記コンデンサ９を充電する。
【００１３】
上記コンデンサ８及び９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７によるインバータ２６により、直流電圧から交流電圧に変換される。また、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により上記インバータより発生する高周波電圧成分の除去を行うフィルタを構成し、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧が印加される。
【００１４】
次に上記系統電源１０に停電が発生したときには、上記リレー２４は図中Ｂに接続される。このとき、上記スイッチ３１をオンすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−スイッチ３１−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２に図の矢印の向きに電流が流れ、上記リアクトル１２にエネルギーが蓄積される。次に上記スイッチ３１をオフすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード３２−コンデンサ８−コンデンサ９−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２のエネルギーが上記コンデンサ８及び９に移動して上記コンデンサ８及び９を一括に充電する。
【００１５】
上記コンデンサ８及び９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７によるインバータにより、直流電圧から交流電圧に変換される。また、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により上記インバータより発生する高周波電圧成分の除去を行うフィルタを構成し、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧が印加される。このようにして、上記系統電源１０に停電が発生しても上記負荷１に常に電力を供給することができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無停電電源は以上のように構成されており、図２０に示す無停電電源装置においては、バッテリ１１の充電において、前述したように、２つの充電経路が発生する。即ち、系統電源１０が負の電圧となっていて、コンデンサ９を系統電源１０から充電する期間においてはダイオード２５は開状態であり、図２３に示すように、スイッチ１５をオンとしたとき、スイッチ１５−リアクトル２３−バッテリ１１−ダイオード２５−コンデンサ９−コンデンサ８−ダイオード２１−スイッチ１５の経路によりバッテリ１１が充電される。この時、リアクトル２３に流れるバッテリ１１への充電電流ｉ23が、系統電源１０−コンデンサ９−ダイオード２５−ダイオード１８−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、ダイオード２５へ流れるコンデンサ９への充電電流ｉ25よりも小さい場合には、最終的にダイオード２５に流れる電流ｉ25は、ｉ25−ｉ23（>０）となり、充電電流ｉ23が全てダイオード２５に流れる。従って、コンデンサ８及び９のエネルギーは全て均等にバッテリー１１の充電に使用される。
【００１７】
一方、リアクトル２３に流れるバッテリ１１への充電電流ｉ23が、ダイオード２５へ流れるコンデンサ９への充電電流ｉ25よりも大きい場合には、最終的にダイオード２５に流れる電流ｉ25は、ｉ25−ｉ23（<０）となり、充電電流ｉ23は一部のみがダイオード２５を流れ、ダイオード２５に流れることのできなかった残りの電流（ｉ23−ｉ25）は、スイッチ１５−リアクトル２３−バッテリ１１−ダイオード１９−コンデンサ８−ダイオード２１−スイッチ１５の経路により、ダイオード１９を通して流れ、バッテリー１１を充電することになる。従って、リアクトル２３に流れるバッテリ１１への充電電流ｉ23の一部はダイオード２５を流れ、コンデンサ８及び９のエネルギーが均等にバッテリー１１の充電に使用されるが、残りの電流は、コンデンサ８のエネルギーのみがバッテリー１１の充電に使用されることとなる。
【００１８】
また、系統電源１０が正の電圧となっていて、コンデンサ８を系統電源１０から充電する期間においては、ダイオード２５に流れる電流はゼロであり、スイッチ１５をオンしたとき、スイッチ１５−リアクトル２３−バッテリ１１−ダイオード１９−コンデンサ８−ダイオード２１−スイッチ１５の経路により、充電電流ｉ２３はコンデンサ８を供給源として流れ、コンデンサ８のエネルギーのみがバッテリー１１の充電に使用されることとなる。
【００１９】
以上のように、図２０に示す無停電電源装置においては、ダイオード２５に流れる電流の大きさ如何によって、ダイオード２５を流れる経路とダイオード１９を流れる経路との２つの充電経路が発生し、ダイオード１９を通る充電経路の場合にはコンデンサ８のエネルギーのみがバッテリ１１の充電に使用される。このときコンデンサ８のエネルギーが減少するため、系統電源１０からのエネルギーはコンデンサ８をより充電するようにスイッチ１３のオンオフが行われ、例えば負荷１が無負荷である場合には、結果として図２４に示すような電流が系統に流れることになる。よって負荷１が無負荷である場合においてもバッテリ１１の充電のために図２４に示したような電流が系統に流れるため、系統側の受電変圧器に負担をかけ、場合によっては上記変圧器の偏磁を引き起こし、系統側に過電流を発生させ、系統事故の誘発になりかねないという問題点があった。
【００２０】
また図２２に示す無停電電源装置においては、バッテリ１１の充電機能がないため、別途充電器を設ける必要がある。また、系統電源１０に停電が発生し、バッテリー１１よりコンデンサ８および９を充電するときには、コンデンサ８及び９はそれぞれ独立に充電されるようにはなっていないため、例えば停電発生時のバッテリ１１による運転時に、負荷１が図２１に示すようなアンバランス電流を発生する負荷であった場合、コンデンサ８、９の電圧はそれぞれ所望の電圧値に制御することができずに、２つのコンデンサ電圧の不安定を引き起こし、ひいてはインバータ２６による運転継続が不能となるという問題点があった。こうした問題を解決するためには、図２５に示すように、スイッチ１００、ダイオード１０７、リアクトル１０６からなるバッテリ充電装置、及びスイッチ１０１，１０２、ダイオード１０３、１０４、リアクトル１０５からなるコンデンサ電圧バランス回路１１０を別途に接続すればよいが、スイッチやリアクトルの数が多くなりコストが上昇するという問題点があった。
【００２１】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、２つのコンデンサの両方のエネルギーを常に均等に用いて、バッテリを充電することにより、系統側に負担をかけない電力変換装置を得ることを目的とする。
【００２２】
また、バッテリの充電機能及び不平衡負荷に対するコンデンサのバランス機能をもつことにより、インバータの安定な運転継続を実現すると共に、さらにこれらの機能を一部共有化するように回路を構成することにより、安価な電力変換装置を得ることを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の構成による電力変換装置は、交流電源から交流電力を直流電力に変換し、上記直流電力を直列接続された第１及び第２のコンデンサに蓄積するコンバータ回路と、上記コンバータ回路によって変換された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回路と、バッテリとを備え、上記コンバータ回路の入力端子の一方と、上記インバータ回路の出力端子の一方が、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点に接続された電力変換装置において、上記交流電源に電圧異常のない場合に、上記第１及び第２のコンデンサのエネルギーを均等に用いて上記コンバータ回路とは独立した電流経路を介して上記バッテリを蓄電する制御を行い、上記交流電源に電圧異常のある場合に、回路を切り替えて上記コンバータ回路を介して上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサに放電する制御を行い、上記交流電源から変換された直流電力を上記第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、および上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位の制御を行うものである。
【００２４】
また、本発明の第２の構成による電力変換装置は、交流電源から交流電力を直流電力に変換し、上記直流電力を第１及び第２のコンデンサの直列回路に蓄積するコンバータ回路と、上記コンバータ回路によって変換された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回路と、バッテリとを備え、上記コンバータ回路の入力端子の一方と、上記インバータ回路の出力端子の一方が、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点に接続された電力変換装置において、上記コンバータ回路は、上記交流電源の一端に接続された第１のリアクトルの出力側端子と上記第１及び第２のコンデンサの直列回路の両端との間に各々接続され、上記交流電源に対して互いに逆の方向性を有する第１及び第２のダイオード、上記第１及び第２のダイオードを介して上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と並列接続され、同一の方向性を有する第１及び第２のスイッチの直列回路、及び、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点と上記第１及び第２のスイッチの相互接続点と上記交流電源の他端とを接続する接続手段によって構成され、さらに、上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と並列接続された、第３のスイッチと第２のリアクトルと上記バッテリとの直列回路、上記第２のリアクトルと上記バッテリとに並列接続され、上記第３のスイッチと逆の方向性を有する第３のダイオード、上記第１のリアクトルの入力側端子を、上記交流電源の一端と上記バッテリの一端とに切り替えて接続する第１のリレー、並びに上記バッテリの他端を、上記第１及び第２のコンデンサの直列回路の一端と上記第１及び第２のスイッチの直列回路の一端とに切り替えて接続する第２のリレーを備え、上記交流電源に電圧異常のない場合には、上記第１のリレーを上記交流電源側に、上記第２のリレーを上記第１及び第２のコンデンサの直列回路側に切り替え、上記第１及び第２のコンデンサのエネルギーを均等に用いて上記バッテリを蓄電する制御を行い、上記交流電源に電圧異常のある場合には、上記第１のリレーを上記バッテリ側に、上記第２のリレーを上記第１及び第２のスイッチの直列回路側に切り替え、上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサに放電する制御を行い、上記交流電源から変換された直流電力を上記第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、および上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位の制御を行うようにしたものである。
【００２５】
また、本発明の第３の構成による電力変換装置は、交流電源から交流電力を直流電力に変換し、上記直流電力を第１及び第２のコンデンサの直列回路に蓄積するコンバータ回路と、上記コンバータ回路によって変換された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回路と、バッテリとを備え、上記コンバータ回路の入力端子の一方と、上記インバータ回路の出力端子の一方が、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点に接続された電力変換装置において、上記コンバータ回路は、上記交流電源の一端に接続された第１のリアクトルの出力側端子と上記第１及び第２のコンデンサの直列回路の両端との間に各々接続され、上記交流電源に対して互いに逆の方向性を有する第１及び第２のスイッチ、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点と上記交流電源の他端とを接続する接続手段によって構成され、さらに、一端が上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と上記第１のスイッチとの間に接続され、他端が上記第１及び第２のコンデンサの直列回路と上記第２のスイッチとの間に接続された、第３のスイッチと第２のリアクトルと上記バッテリとの直列回路、上記第２のリアクトルと上記バッテリとに並列接続され、上記第３のスイッチと逆の方向性を有する第４のスイッチ、上記第１のリアクトルの入力側端子を、上記交流電源の一端と上記バッテリの一端とに切り替えて接続する第１のリレー、並びに上記第２のリアクトルの一端を、上記バッテリの一端と上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点とに切り替えて接続する第２のリレーを備え、上記交流電源に電圧異常のない場合には、上記第１のリレーを上記交流電源側に、上記第２のリレーを上記バッテリ側に切り替え、上記第１及び第２のコンデンサのエネルギーを均等に用いて上記バッテリを蓄電する制御を行い、上記交流電源に電圧異常のある場合には、上記第１のリレーを上記バッテリ側に、上記第２のリレーを上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点側に切り替え、上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサに放電する制御を行い、上記交流電源から変換された直流電力を上記第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、および上記バッテリのエネルギーを上記第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位の制御を行うようにしたものである。
【００２６】
また、本発明の第４の構成による電力変換装置は、第３の構成において、コンバータ回路は、交流電源の電圧が正常の場合において、上記交流電源から変換された直流電力を第１及び第２のコンデンサへ蓄電する時、各コンデンサを各々独立して蓄電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの電圧の和と上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点の電位を検出し、上記電圧の和と所望の設定値との差分を演算し、上記差分を第１の制御器にて増幅し、更に上記交流電源の位相と一致した正弦を乗算した第１の電流指令値と、上記相互接続点の電位と所望の設定値との差分を演算し、上記差分を第２の制御器にて増幅し、更に上記交流電源の位相と一致した正弦の絶対値を乗算した第２の電流指令値を演算し、上記第１の電流指令値と上記第２の電流指令値の和を、上記交流電源に流す電流の指令値とする制御回路を有し、上記切り替え手段により上記交流電源に流す電流が上記電流の指令値に追従するようにしたものである。
【００２７】
また、本発明の第５の構成による電力変換装置は、第４の構成において、コンバータ回路は、交流電源の電圧が異常の場合において、バッテリのエネルギーを第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、各コンデンサを各々独立して放電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位が所望の設定値となるように、上記切り替え手段により、上記第１及び第２のコンデンサのうちいずれか一方のコンデンサの電圧を制御する制御回路を有するものである。
【００２８】
また、本発明の第６の構成による電力変換装置は、第４の構成において、コンバータ回路は、交流電源の電圧が異常の場合において、バッテリのエネルギーを第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、各コンデンサを各々独立して放電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位が所望の設定値となるように、負荷に流れる負荷電流を検出して、上記切り替え手段により上記負荷電流と一致した電流が上記第１及び第２のコンデンサに流れるように制御する制御回路を有するものである。
【００２９】
また、本発明の第７の構成による電力変換装置は、第４の構成において、コンバータ回路は、交流電源の電圧が異常の場合において、バッテリのエネルギーを第１及び第２のコンデンサへ放電する時に、各コンデンサを各々独立して放電する切り替え手段を有するとともに、上記第１及び第２のコンデンサの相互接続点における電位が所望の設定値となるように、負荷に流れる負荷電流を検出して、上記切り替え手段により、上記負荷電流に含まれる直流分の電流が上記第１及び第２のコンデンサに流れるように制御する制御回路を有するものである。
【００３０】
また、本発明の第８の構成による電力変換装置は、第１ないし第７のいずれかの構成において、電力変換装置を使用せずに保存するときは、バッテリによりコンデンサが充電されないように回路を切り替えるようにしたものである。
【００３１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１を図を用いて説明する。
図１はこの発明の実施の形態１による電力変換装置を示す回路図であり、従来装置と同一の記号は同一のものであり、その説明を省略する。４０〜４２はスイッチ、４３〜４７はダイオード、４８はリレー、４９はリアクトルである。
【００３２】
次に図１の装置の動作について説明する。まず系統電源１０が正常であるとき、すなわち停電の発生がないとき、リレー２４及びリレー４８は図のＡに接続される。このときに、上記系統電源１０から負荷１に供給するためのエネルギーを得る。このために、上記系統電源１０の電圧Ｖ1が正の電圧（矢印の向きの電圧）であるときには、上記スイッチ４０をオンオフし、上記スイッチ４０がオンのときには、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード４４−スイッチ４０−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図の向きに電流ｉLが蓄積される。次に上記スイッチ４０をオフすることにより、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード４４−ダイオード４６−コンデンサ８−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に蓄積されていたエネルギーは上記コンデンサ８に移動する。このようにして上記系統電源１０が正の電圧の場合には、上記スイッチ４０をオンオフすることにより上記コンデンサ８への充電が実施される。
【００３３】
また、上記系統電源１０の電圧Ｖ1が負の電圧（矢印の逆向きの電圧）であるときには、上記スイッチ４１をオンオフし、上記スイッチ４１がオンのときには、系統電源１０−スイッチ４１−ダイオード４３−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図の矢印の逆向きの電流ｉLが蓄積される。次に上記スイッチ４１をオフすることにより、系統電源１０−コンデンサ９−ダイオード４７−ダイオード４３−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に蓄積されていたエネルギーは上記コンデンサ９に移動する。このようにして上記系統電源１０の電圧Ｖ1が負の電圧の場合には、上記スイッチ４１をオンオフすることにより上記コンデンサ９の充電を行う。またこのときの系統電源１０の電圧Ｖ1と電流ｉLの波形例を図２に示す。（ａ）は電圧Ｖ1の波形、（ｂ）は電流ｉLの波形である。電流ｉLには上記スイッチ４０及び４１のスイッチング動作に伴うリプル電流が重畳する。このリプル電流は系統側に挿入された図示しないフィルタにより除去される。また図に示すように、電流ｉLは電圧Ｖ1と同相となるように高力率制御されることにより、系統電源１０に流れ出る高調波電流が抑制される。
【００３４】
以上のように、上記コンデンサ８及び９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７からなるインバータ２６により、直流電圧から交流電圧に変換される。また図３に示すように、上記インバータ２６より発生する高周波電圧成分を含んだ電圧（ａ）は、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により構成されるフィルタを通過し、結果として上記コンデンサ２の電圧ＶCの波形が（ｂ）のように整形されるため、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧を印加することができる。
【００３５】
同様に系統電源１０が正常であるとき、すなわち停電の発生がないときのバッテリ１１の充電動作につき説明する。このときの充電回路を図４に示す。上記バッテリ１１の充電電圧は、上記コンデンサ８及び９の電圧よりも小さい値となるように設定されているものとする。上記スイッチ４２がオンすると、上記コンデンサ８、９から上記リアクトル４９に電流ＩBが蓄積され、同時に上記バッテリー１１を充電する。次に上記スイッチ４２がオフすると、リアクトル４９−バッテリ１１−ダイオード４５の経路により、引き続きリアクトル４９のエネルギーにより上記バッテリ１１を充電する。よって、上記スイッチ４２のオンオフを適切に制御することにより、上記バッテリ１１の電圧を所望の値に充電することができる。
【００３６】
次に上記系統電源１０に停電が発生したときには、上記リレー２４及びリレー４８は図１のＢに接続される。このとき、上記スイッチ４０及び４１を同時にオンすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード４４−スイッチ４０−スイッチ４１−リレー４８−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２に図の矢印の向きに電流ｉLが流れ、上記リアクトル１２にエネルギーが蓄積される。次に例えばスイッチ４１のみをオフすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード４４−スイッチ４０−コンデンサ９−ダイオード４７−リレー４８−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２のエネルギーが上記コンデンサ９に移動して上記コンデンサ９を充電する。また同様にスイッチ４０のみをオフすると、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード４４−ダイオード４６−コンデンサ８−スイッチ４１−リレー４８−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２のエネルギーが上記コンデンサ８に移動して上記コンデンサ８を充電する。
【００３７】
以上のようにして上記コンデンサ８及びコンデンサ９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７からなるインバータ２６により、直流電圧から交流電圧に変換される。また図３に示すように、上記インバータ２６より発生する高周波電圧成分を含んだ電圧（ａ）は、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により構成されるフィルタを通過し、結果として上記コンデンサ２の電圧ＶCの波形が図３（ｂ）のように整形されるため、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧を印加することができる。
【００３８】
このようにして、上記系統電源１０に停電が発生しても上記負荷１に常に電力を供給することができる。またバッテリ１１を充電する機能を持っているため、系統電源が停電状態から復帰して正常となったあとにバッテリを再充電することができる。また、系統電源が正常時においても異常時においても、上記コンデンサ８、９のそれぞれの充電量は上記スイッチ４０、４１のオンオフにより制御することができるため、上記負荷１が図２１に示すようなアンバランス電流を発生する負荷であっても、上記コンデンサ８、９の電圧はそれぞれ所望の電圧値に制御することができる。また、バッテリ１１の充電経路は図４の回路にて上記コンデンサ８及び９のエネルギーを均等に用いて充電するため、バッテリ１１の充電によるコンデンサ８及び９の電圧減少はそれぞれ同量となり、これを補充するための系統から供給するエネルギーとして、図２４で示したような電流を流すことがなく、正負対象の電流波形となるため、系統側の変圧器などに負担をかけることなく、安定した電力供給を行うことができる。
【００３９】
また、図１に示した回路の他の構成方法を図５に示す。図において、９０、９１はダイオードである。図１では（ａ）の構成としたが、（ｂ）の構成としても同様の回路動作を実現することができる。更に、図５（ｂ）の構成では、系統電源１０が正常時に系統電源のエネルギーをコンデンサ８、９に蓄積させるが、このとき、（ａ）の構成と比較して、蓄積のための経路にダイオード１個分の導通ロスが低減できるため、より変換効率の高い電力変換装置を得ることができる。
【００４０】
実施の形態２．
図６に本発明の実施の形態２による電力変換装置を示す回路図である。図において、従来例及び実施の形態１と同一の記号は同一のものであり、その説明を省略する。５０、５１はスイッチ、５２、５３はダイオード、５４はリレー、５５はリアクトルである。
【００４１】
次に図６の回路の動作について説明する。まず系統電源１０が正常であるとき、すなわち停電の発生がないとき、リレー２４及びリレー５４は図のＡに接続される。このために、上記系統電源１０が正の電圧（矢印の向きの電圧）であるときには、上記スイッチ３１をオンオフし、上記スイッチ３１がオンのときには、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−スイッチ３１−コンデンサ９−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図の向きに電流ＩＬが蓄積される。次に上記スイッチ３１をオフすることにより、系統電源１０−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード３２−コンデンサ８−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に蓄積されていたエネルギーが上記コンデンサ８に移動する。このようにして上記系統電源１０が正の電圧の場合には、上記スイッチ３１をオンオフすることにより上記コンデンサ８を充電する。
【００４２】
また、上記系統電源１０が負の電圧（矢印の逆向きの電圧）であるときには、上記スイッチ３０をオンオフし、上記スイッチ３０がオンのときには、系統電源１０−コンデンサ８−スイッチ３０−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトル１２に図の逆向きに電流が蓄積される。次に上記スイッチ３０をオフすることにより、系統電源１０−コンデンサ９−ダイオード３３−リアクトル１２−リレー２４−系統電源１０の経路により、上記リアクトルに蓄積されていたエネルギーが上記コンデンサ９に移動する。このようにして上記系統電源１０が負の電圧の場合には、上記スイッチ３０をオンオフすることにより上記コンデンサ９を充電する。
【００４３】
上記のように上記コンデンサ８及び９に蓄積されたエネルギーは、上記スイッチ４、５、ダイオード６、７によるインバータにより、直流電圧から交流電圧に変換される。また、上記リアクトル３及び上記コンデンサ２により上記インバータより発生する高周波電圧成分の除去を行うフィルタを構成し、上記負荷１に印加される電圧に高周波成分を含まない正弦波電圧が印加される。
【００４４】
さらに上記系統電源１０が正常であるときには、図７に示すような回路により上記バッテリ１１を充電する。すなわち、上記リレー５４は図のＡに接続されており、このとき上記スイッチ５０をオンすると、スイッチ５０−リアクトル５５−リレー５４−バッテリ１１−コンデンサ９−コンデンサ８−スイッチ５０の経路により、コンデンサ８及び９のエネルギーを均等に用いて上記バッテリ１１を充電し、電流ＩBが流れる。次に上記スイッチ５０をオフすると、電流ＩBはリアクトル５５−リレー５４−バッテリ１１−ダイオード５３−リアクトル５５の経路により、電流ＩBが流れて上記バッテリ１１を充電する。
【００４５】
さらに上記系統電源１０が正常であるとき、図８に示すように上記負荷１が不平衡なために（ｂ）のような電流ＩOUTが流れる場合には、コンデンサ８、９の電圧をそれぞれ所望の電圧値になるように制御する。即ち、図８（ｂ）の電流が流れるときは、コンデンサ８の放電がコンデンサ９の放電よりも多くなり、コンデンサ８の電圧ＶC1とコンデンサ９の電圧ＶC2との間に電圧差が発生するため、制御回路を設けて、上記電圧差を検出し、結果として上記コンデンサ８をより充電するように働くように系統電源１０の電流が（ｃ）に示すような電流波形となるように制御する。
図９に具体的な制御回路の例を示す。図において、５６、５７は加算器、５８、５９は減算器、６０、６１はＰＩ制御器に代表されるような制御器、６２、６３は乗算器、６４は絶対値演算回路である。まず２つのコンデンサ電圧ＶC1、ＶC2の和が上記加算器５６にて加算され、ＶC1とＶC2の和の電圧の指令値である直流電圧指令値ＶD*と比較するために、上記減算器５８にて減算される。上記減算の結果は誤差信号として上記制御器６０に入力され、上記制御器６０は上記誤差信号に応じた信号Ｉ*を出力する。
【００４６】
制御回路は、上記系統電源１０の位相の正弦値ｓｉｎθを図示しない検出装置で検出し、上記乗算器６２により上記信号Ｉ*とｓｉｎθとの乗算を実行する。上記乗算の結果、系統電源１０の電圧位相と合致した正弦波状の信号Ｉ1*を得る。
【００４７】
また、上記減算器５９により上記コンデンサ８及び９の差電圧を検出し、上記制御器６１に入力する。上記制御器６１は上記差電圧に応じた信号ＩＩ*を出力する。また、上記信号ｓｉｎθは上記絶対値回路６４に入力され、上記乗算器６３により、上記信号ｓｉｎθの絶対値と上記信号ＩＩ*の乗算を実行する。上記乗算の結果、信号Ｉ2*を得る。上記信号Ｉ1*及びＩ2*の和を上記加算器５７により得て、これを上記リアクトル１２の電流指令ＩL*とし、ＩL*に追従するようにスイッチ３０、３１をスイッチングさせる。波形結果例を図１０に示す。図１０において、（ａ）は系統電源１０の電圧Ｖ1の波形、（ｂ）は上記信号Ｉ1*の波形、（ｃ）は上記信号Ｉ2*の波形、（ｄ）は上記信号ＩL*の波形であり、上記系統電源１０の電流ＩLはＩL*に追従するように動作する。よって上記コンデンサ８をより多く充電するように働くため、結果的にＶC1とＶC2の電圧がバランスする。
【００４８】
次に上記系統電源１０に停電が発生したときには、上記リレー２４及びリレー５４は図のＢに接続される。上記リレー２４により、図１１に示すように上記バッテリ１１から上記インバータ２６へのエネルギー供給経路を得る。以下具体的な動作について説明する。上記スイッチ３１をオンすると、図１２に示すように、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−スイッチ３１−バッテリ１１の経路により、電流ＩLが上記リアクトル１２に蓄積する。次に上記スイッチ３１をオフすると、図１３に示すように、バッテリ１１−リレー２４−リアクトル１２−ダイオード３２−コンデンサ８−コンデンサ９−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル１２に蓄積されたエネルギーが上記コンデンサ８及び９に移動してこれらに蓄積される。このようにして上記スイッチ３１をオンオフすることにより、上記バッテリ１１のエネルギーを上記コンデンサ８、９に移動し、上記インバータ２６及び負荷１にエネルギーを供給し、上記コンデンサ８の電圧ＶC1と上記コンデンサ９の電圧ＶC2の和電圧を所望の値に制御する。
【００４９】
また、上記負荷１が図８を用いて説明したような不平衡な負荷特性を持つ場合にも上記インバータ２６を安定に動作させるために、図１４に示すように上記リレー５４、及びスイッチ５０、５１を用い、さらに図１５に示す制御回路を用いて、上記コンデンサ８及び９の電圧が安定となるように制御する。即ち、バッテリ１１のエネルギーはスイッチ３１及びダイオード３２によりリアクトル１２及びリレー２４を介して、上記コンデンサ８及びコンデンサ９を同時に同じエネルギーで充電するため、負荷１が不平衡な負荷特性を持つ場合には、上記コンデンサ８及び上記コンデンサ９の電圧がアンバランスとなり安定しない。従って制御回路によりスイッチ５０、５１を制御して、上記コンデンサ８及び９の電圧が安定となるように制御する。具体的な制御回路を図１５に示す。図１５において、７０及び７２は減算器、７１及び７３は例えばＰＩ制御器に代表される制御器、７４は比較器、７５は三角波信号、７６はＮＯＴ回路であり、上記制御回路は上記コンデンサ９の電圧ＶC2を指令値ＶC2*となるように制御するものである。図において、上記減算器７０にて電圧ＶC2の指令値との誤差を演算し上記制御器７１に上記誤差が入力される。上記制御器は上記誤差に応じた信号ＩBAL*を出力し、図１４に示した電流ＩBALが上記信号ＩBAL*に等しくなるように、まず上記減算器７２にて上記電流ＩBALの指令値に対する誤差を演算し、上記制御器７３に上記誤差が入力される。上記制御器７３は上記誤差に応じた電圧指令ＶBAL*を出力し、上記比較器７４にて上記三角波信号と比較し、その結果を上記スイッチ５０のオン信号ＳＷ５０とし、上記ＮＯＴ回路７６にて反転された結果を上記スイッチ５１のオン信号ＳＷ５１とする。このように制御回路を構成することにより上記電圧ＶC2はその指令値ＶC2*と一致するように制御され、電圧ＶC2が安定となり、電圧ＶC1とＶC2の和電圧が図１１の回路により所望の値に制御されているため、結果として電圧ＶC1も安定となる。
【００５０】
このように、上記系統電源１０に停電が発生しても上記負荷１に常に電力を供給することができる。またバッテリ１１を充電する機能を持っているため、系統電源が停電状態から復帰して正常となったあとにバッテリを再充電することができる。また上記コンデンサ８、９のそれぞれの充電量は、上記系統電源１０に異常の無いときは上記スイッチ３０、３１のオンオフにより、上記系統電源１０に停電が発生しているときは上記スイッチ５０、５１のオンオフにより制御することができるため、上記負荷１が図２１に示すようなアンバランス電流を発生する負荷であっても、上記コンデンサ８、９の電圧はそれぞれ所望の電圧値に制御することができ、インバータ２６を安定に動作させることができる。また、バッテリ１１への充電経路は図７の回路にて上記コンデンサ８及び９のエネルギーを均等に用いて充電するため、バッテリ１１への充電によるコンデンサ８及び９の電圧減少はそれぞれ同量となり、これを補充するための系統から供給するエネルギーとして、図２４で示したような電流を流すことがなく、正負対象の電流波形となるため、系統側の変圧器などに負担をかけることなく、安定した電力供給を行うことができる。
【００５１】
実施の形態３．
次に、上記電圧ＶC1とＶC2が安定となるように制御する他の制御回路の例を図１６に示す。図１６において、９２は減算器であり、他は前述の実施の形態２と同様である。ここでは上記負荷１の電流ＩOUTを検出し、上記電流ＩOUTと上記電流ＩBALが一致するように制御器７３を動作させることにより、上記電圧ＶC1及びＶC2の電圧が安定となる。
【００５２】
具体的には、図６において、例えば電流ＩOUTが図中の向き（正の向き）であるとき、上記電流ＩOUTの成分は上記スイッチ４がオンのタイミングでは上記コンデンサ８のみを放電し、次に上記スイッチ４がオフのタイミングではコンデンサ９のみを充電するように流れる。上記インバータ２６のスイッチ４及び５はパルス幅変調により交互にオンオフするように動作しているため、必ず上記のような動作を伴う。上記負荷１が不平衡な負荷特性を持っており、上記電流ＩOUTが正の向きにしか流れないときには、上記コンデンサ８の放電及び上記コンデンサ９の充電が続き、結果として上記電圧ＶC1及びＶC2の電圧が安定に保たれない。これを補償するために、図１６に示した制御回路により、上記スイッチ５０及び５１を互いにオンオフさせながら、上記リアクトル５５に上記ＩOUTと同じ電流ＩBALを流すことにより、上記電流ＩOUTが正の向きの場合には上記電流ＩBALも図１４で示す矢印の向きに流れ、上記スイッチ５０がオンのときには上記コンデンサ８を充電、オフのときには上記コンデンサ９を放電し、結果として各々のコンデンサにおける充放電量が等しくなり、上記電圧ＶC1及びＶC2は所定の電圧の範囲に安定する。また、負荷へ供給されるエネルギーは上記バッテリ１１から上記コンデンサ８および９を一括に充電するため、バッテリ１１からの充電により上記電圧ＶC1及びＶC2が不安定になることはない。
【００５３】
実施の形態４．
更に、上記電圧ＶC1とＶC2を安定となるように制御する他の制御方法につき説明する。図１４の回路にて、図１７に示すようにスイッチ５０及び５１をそれぞれ等しいオン幅で互いにスイッチングさせるとする。このとき電圧ＶC1が電圧ＶC2よりも大きいと、上記リアクトル５５に流れる電流ＩBALが図１４中の矢印の逆向きに流れるように上記リアクトル５５に平均電圧が印加される。逆に電圧ＶC1とＶC2が等しいときには、上記リアクトル５５にかかる平均電圧はゼロとなり、上記電流ＩBALは流れない。
【００５４】
ところで、図１４の回路においては、上記リアクトル５５と上記コンデンサ８及び９によりＬＣ共振する経路をもつことになる。従って電圧ＶC1が電圧ＶC2よりも大きいときを動作の開始点とすると、図１８に示すように、電流ＩBALは直流オフセット電流ＩOSと上記共振により発生する電流成分の和となる。上記電流ＩOSは上記電圧ＶC1及びＶC2のアンバランスにより起因する電流である。上記負荷１がアンバランスであれば、このアンバランス電流の成分としてＩOSが現れることになる。またこのような共振電流はそのピーク値が高く、上記スイッチ５０、５１、上記ダイオード５２、５３などに電流ストレスをもたらすために電流容量の大きい素子が必要となるという問題点がある。こうした問題を解決するために、上記共振成分電流のみをゼロとするように上記ＩBALを制御し、上記リアクトル５５にアンバランス負荷に起因するＩOSのみを流すようにするのが望ましい。
【００５５】
図１９に上記制御方法を実現するための制御回路を示す。図において、７７はＰＩ制御器などに代表される制御器、７８はハイパスフィルタ、７９は減算器である。まず検出された電流ＩBALを上記ハイパスフィルタ７８により共振電流成分のみ抽出する。制御回路が上記共振電流成分をゼロとするように動作するために、まず上記減算器７９により指令値（ゼロ）との減算を行い、減算結果を誤差信号として上記制御器７７に入力する。上記制御器７７は上記誤差に応じた電圧指令ＶBAL*を出力し、上記比較器７４にて三角波信号と比較し、その結果を上記スイッチ５０のオン信号ＳＷ５０とし、上記ＮＯＴ回路７６にて反転された結果を上記スイッチ５１のオン信号ＳＷ５１とする。結果として上記電流ＩBALは概ねアンバランス負荷に対応した直流電流成分のみとなり、図１８に示したような共振電流が抑制される。このようにして上記電圧ＶC1及びＶC2の電圧が安定となる。
【００５６】
実施の形態５．
実施の形態１及び２に示すような無停電電源装置では、ユーザーが長期間使用しないで装置を保存する場合、安全性の上から、コンデンサ８及び９のエネルギーを放電するために、例えば図示しない抵抗を上記コンデンサ８及び９に並列に接続する。上記の使用しない期間において、バッテリ１１が上記コンデンサ８及び９を充電しないように回路を構成しておくと、上記抵抗による上記バッテリ１１の無駄な放電を抑制することができる。すなわち、図１の回路においてはリレー２４を図のＡに接続するようにする。また図６の回路においてはリレー２４を図のＡに接続し、かつリレー５４を図のＢに接続するようにする。このようにして、バッテリ１１から上記コンデンサ８及び９への放電経路を断つことができるため、装置を使用しないときの上記バッテリ１１の無駄な放電を抑制することができ、効率のよい装置を得ることができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上のように、この発明の第１の構成によれば、第１及び第２のコンデンサの両方のエネルギーを常に均等に用いて、コンバータ回路とは独立した電流経路を介してバッテリを充電することができ、系統側に負担をかけない電力変換装置を得ることができる。また、バッテリの充電機能及び不平衡負荷に対するコンデンサのバランス機能を有するため、インバータの安定な運転継続が実現できる。
【００５８】
また、この発明の第２及び第３の構成によれば、上記効果に加え、上記バッテリの充電機能及び不平衡負荷に対するコンデンサのバランス機能を一部共有化するように回路を構成したため、安価な電力変換装置を得ることができる。
【００５９】
また、この発明の第４の構成によれば、上記系統電源から変換された直流電力を２つのコンデンサへ蓄電する際に、２つのコンデンサの相互接続点における電位が安定化し、インバータの安定な運転継続が実現できる。
【００６０】
また、この発明の第５ないし第７の構成によれば、蓄電手段のエネルギーを２つのコンデンサへ放電する際に、２つのコンデンサの相互接続点における電位が安定化し、インバータの安定な運転継続が実現できる。
【００６１】
また、この発明の第８の構成によれば、上記各構成の電力変換装置において、装置を使用しなときのバッテリの無駄な放電を抑制することができるため、効率のよい装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による電力変換装置を示す回路図である。
【図２】  この発明の実施の形態１による電力変換装置における系統電源の電圧波形と電流波形を示す図である。
【図３】  この発明の実施の形態１による電力変換装置におけるインバータの出力電圧とコンデンサの電圧波形を示す図である。
【図４】  この発明の実施の形態１による電力変換装置におけるバッテリの充電動作を説明する図である。
【図５】  この発明の実施の形態１による他の電力変換装置の一部分を示す回路図である。
【図６】  この発明の実施の形態２による電力変換装置を示す回路図である。
【図７】  この発明の実施の形態２による電力変換装置におけるバッテリの充電動作を説明する図である。
【図８】  この発明の実施の形態２による電力変換装置における不平衡負荷時の波形を示す図である。
【図９】  図８の電流ＩLを実現するための制御回路を示す図である。
【図１０】  図９の制御回路における電圧電流波形を示す図である。
【図１１】  この発明の実施の形態２による電力変換装置におけるバッテリの放電動作を説明する図である。
【図１２】  この発明の実施の形態２による電力変換装置におけるバッテリの放電動作を説明する図である。
【図１３】  この発明の実施の形態２による電力変換装置におけるバッテリの放電動作を説明する図である。
【図１４】  この発明の実施の形態２による電力変換装置における放電時のコンデンサ電圧制御の動作を説明する図である。
【図１５】  この発明の実施の形態２による電力変換装置における放電時のコンデンサ電圧制御のための制御回路を示す図である。
【図１６】  この発明の実施の形態３による電力変換装置における放電時のコンデンサ電圧制御のための制御回路を示す図である。
【図１７】  この発明の実施の形態４による電力変換装置における放電時のコンデンサ電圧制御の動作を説明する図である。
【図１８】  この発明の実施の形態４による電力変換装置における放電時のコンデンサ電圧制御の動作を説明する図である。
【図１９】  この発明の実施の形態４による電力変換装置における放電時のコンデンサ電圧制御のための制御回路を示す図である。
【図２０】  従来の電力変換装置を示す回路図である。
【図２１】  不平衡負荷時の波形を示す図である。
【図２２】  従来の他の電力変換装置を示す回路図である。
【図２３】  従来の電力変換装置におけるバッテリの充電動作を説明する図である。
【図２４】  従来の電力変換装置におけるバッテリの充電動作時の波形を示す図である。
【図２５】  図２２に示す従来の電力変換装置に対してバッテリ充電装置及びコンデンサバランス回路を設置した装置を示す回路図である。
【符号の説明】
１  負荷、２，８，９  コンデンサ、３，１２，２３，４９，５５  リアクトル、４，５，１３〜１５，３０，３１，４０〜４２，５０，５１  スイッチ、６，７，１６〜２２，２５，３２，３３，４３〜４７，５２，５３，９０，９１  ダイオード、１０  系統電源、１１  バッテリ、２４，４８，５４  リレー、２６インバータ、５６，５７  加算器、５８，５９，７０，７２，７９，９２  減算器、６０，６１，７３，７７  制御器、６２，６３  乗算器、７４  比較器、７５  三角波、７６  反転器、７８  ハイパスフィルタ。
【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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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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