(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに直列に接続されその中間接続点が単相の交流電源の一端および負荷の一端に接続され静電エネルギーの充放電を行い上記負荷への直流電源となる第１および第２のコンデンサ、電磁エネルギーの充放電を行う第１および第２のリアクトル、蓄電器、スイッチング手段、および接続切り替え手段を備え、
上記交流電源が供給される正常時は、上記接続切り替え手段を操作して正常時コンデンサ充電回路および正常時蓄電回路を形成し、
上記交流電源が供給されない停電時は、上記接続切り替え手段を操作して停電時コンデンサ充電回路を形成し、
上記正常時コンデンサ充電回路の形成時、上記交流電源の電圧が正のときはスイッチング手段のオンオフ動作により上記第１のリアクトルの充放電動作を介して上記交流電源から上記第１のコンデンサを充電し、上記交流電源の電圧が負のときはスイッチング手段のオンオフ動作により上記第１のリアクトルの充放電動作を介して上記交流電源から上記第２のコンデンサを充電し、
上記正常時蓄電回路の形成時、スイッチング手段のオンオフ動作により上記第２のリアクトルの充放電動作を介して上記第１および第２のコンデンサの直列体から上記蓄電器を充電し、
上記停電時コンデンサ充電回路の形成時、スイッチング手段のオンオフ動作により上記第２のリアクトルの充放電動作を介して上記蓄電器から上記第２のコンデンサを充電し、スイッチング手段のオンオフ動作により上記第１のリアクトルの充放電動作を介して上記第２のコンデンサから上記第１のコンデンサを充電するようにした電力変換装置。
【請求項２】
第１および第２のコンデンサの直列体と並列に接続された第１および第２のスイッチング素子の直列体、上記第１のスイッチング素子に逆並列接続された第１のダイオード、上記第２のスイッチング素子に逆並列接続された第２のダイオード、一端が上記第１および第２のスイッチング素子の中間接続点に接続され他端が、正常時には交流電源の他端に停電時には上記交流電源の一端に接続される第１のリアクトル、一端が上記第２のコンデンサと第２のスイッチング素子との接続点に接続された蓄電器、一端が上記蓄電器の他端に接続された第２のリアクトル、上記蓄電器および第２のリアクトルの直列体と並列に接続された第３のダイオード、一端が上記第１のコンデンサと第１のスイッチング素子との接続点に接続され他端は上記正常時上記第２のリアクトルと第３のダイオードとの接続点に接続される第３のスイッチング素子、一端が上記第１および第２のコンデンサの中間接続点に接続され他端は上記停電時上記第２のリアクトルと第３のダイオードとの接続点に接続される第４のダイオード、および上記停電時上記第３のダイオードに並列に接続される第４のスイッチング素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
第１および第２のコンデンサの直列体と並列に接続された第１および第２のダイオードの直列体、一端が上記第１および第２のダイオードの中間接続点に接続され他端が、正常時には交流電源の他端に停電時には上記交流電源の一端に接続される第１のリアクトル、一端が上記第２のコンデンサと第２のダイオードとの接続点に接続された蓄電器、一端が上記蓄電器の他端に接続された第２のリアクトル、上記蓄電器および第２のリアクトルの直列体と並列に接続された第３のダイオード、一端が上記第１のコンデンサと第１のダイオードとの接続点に接続され他端は上記正常時上記第２のリアクトルと第３のダイオードとの接続点に接続される第３のスイッチング素子、一端が上記第１および第２のコンデンサの中間接続点に接続され他端は上記停電時上記第２のリアクトルと第３のダイオードとの接続点に接続される第４のダイオード、上記停電時上記第３のダイオードに並列に接続される第４のスイッチング素子、および第５および第６のダイオードの直列体と第７および第８のダイオードの直列体と第５のスイッチング素子との並列接続体からなり、上記第５および第６のダイオードの中間接続点が上記第１および第２のダイオードの中間接続点に接続され、上記第７および第８のダイオードの中間接続点が上記正常時には上記交流電源の一端に上記停電時には上記蓄電器と第２のコンデンサとの接続点に接続される可逆スイッチング素子を備えたことを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項４】
負荷は、第１および第２のコンデンサの直列体を直流電源として動作するインバータを介して接続された単相交流負荷であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項５】
第１および第２のコンデンサの電圧をそれぞれ検出する手段、上記第１および第２のコンデンサの電圧和と所定の設定値との差分を増幅する第１の制御手段、上記第１および第２のコンデンサの電圧差と所定の設定値との差分を増幅する第２の制御手段、上記第１の制御手段の出力に交流電源の位相と一致する正弦波信号を乗算して第１の電流指令値を出力する第１の演算手段、上記第２の制御手段の出力に所定の乗算処理を施して第２の電流指令値を出力する第２の演算手段、および上記第１および第２の電流指令値を加算して上記交流電源に流す電流指令値として出力する第３の演算手段を備え、上記第１および第２のコンデンサの電圧の和および差がそれぞれ所定の設定値となるよう上記交流電源に流す電流を制御するようにしたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】
第２の演算手段は、第２の制御手段の出力に交流電源の位相と一致する正弦波信号の絶対値を乗算して第２の電流指令値を出力することを特徴とする請求項５記載の電力変換装置。
【請求項７】
装置を保管のため使用しなくなった場合、接続切り替え手段を操作することにより、停電時コンデンサ充電回路の形成を解除するようにしたことを特徴とする請求項１ないし６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】
この発明は、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等の電力変換装置に関するものであり、特に蓄電器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１２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り、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、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得る。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（電磁エネルギー）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、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を充電し、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。
【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。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１０が停電状態から復帰して正常となったあとにバッテリ１１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１３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。
【０００９】
図１４は例えば特開平２−１６８８６７号公報に示された他の従来の無停電電源装置の回路図であり、図において、図１２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。
【００１０】
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得る。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。
【００１１】
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１２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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。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。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２に示す無停電電源装置においては、上記バッテリ１１の充電において図１５及び図１６に示すように２つの充電経路が発生する。すなわち図１５において、上記リアクトル２３に流れるバッテリ１１への充電電流ｉ２３が、上記ダイオード２５に流れる電流ｉ２５よりも小さい場合には、上記スイッチ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、上記充電電流ｉ２３は上記コンデンサ８及び９が一括して供給源となりこれから上記ダイオード２５を通して流れる。しかし、図１６において上記ダイオード２５に流れる電流の大きさが上記充電電流ｉ２３よりも小さい場合、例えば上記系統電源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、上記ダイオード２５に流れる電流はゼロであり、上記スイッチ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、上記充電電流ｉ２３は上記コンデンサ８のみを供給源として流れる。すなわち上記ダイオード２５に流れる電流の大きさ如何によって、上記２つの充電経路が発生し、図１６の経路の場合には上記コンデンサ８のエネルギーのみが上記バッテリ１１の充電に使用される。このとき上記コンデンサ８のエネルギーが減少するため、上記系統電源１０からのエネルギーは上記コンデンサ８をより充電するように上記スイッチ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１７に示すような電流が系統電源１０に流れることになる。よってバッテリ１１の充電のために図１７に示したような電流が系統電源１０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。
【００１６】
なお、上記問題点の発生要因となっているダイオード２５であるが、これが必要となる理由は以下の通りである。
即ち、既述した通り、図１２において、スイッチ１３、１４をオンオフさせて系統電源１０からコンデンサ８、９を充電するが、系統電源１０が負の電圧でスイッチ１４がオンした場合、もし、ダイオード２５がなければ、コンデンサ９−スイッチ１４−ダイオード１７−コンデンサ９の経路で短絡が生じ、このスイッチ動作で本来意図した系統電源１０からリアクトル１２への充電動作が実現しないことになる。ダイオード２５が挿入されておれば、上述した短絡の不具合は生じない。
【００１７】
また図１４に示す無停電電源装置においては、上記バッテリ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、上記コンデンサ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、上記負荷１が図１３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、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。
【００１８】
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、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８，９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、２つのコンデンサ８，９の両方のエネルギーを常に一括して用いて、バッテリを充電することにより、系統側に無理な負担をかけない電力変換装置を得ることを目的とする。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電力変換装置は、互いに直列に接続されその中間接続点が単相の交流電源の一端および負荷の一端に接続され静電エネルギーの充放電を行い上記負荷への直流電源となる第１および第２のコンデンサ、電磁エネルギーの充放電を行う第１および第２のリアクトル、蓄電器、スイッチング手段、および接続切り替え手段を備え、
上記交流電源が供給される正常時は、上記接続切り替え手段を操作して正常時コンデンサ充電回路および正常時蓄電回路を形成し、
上記交流電源が供給されない停電時は、上記接続切り替え手段を操作して停電時コンデンサ充電回路を形成し、
上記正常時コンデンサ充電回路の形成時、上記交流電源の電圧が正のときはスイッチング手段のオンオフ動作により上記第１のリアクトルの充放電動作を介して上記交流電源から上記第１のコンデンサを充電し、上記交流電源の電圧が負のときはスイッチング手段のオンオフ動作により上記第１のリアクトルの充放電動作を介して上記交流電源から上記第２のコンデンサを充電し、
上記正常時蓄電回路の形成時、スイッチング手段のオンオフ動作により上記第２のリアクトルの充放電動作を介して上記第１および第２のコンデンサの直列体から上記蓄電器を充電し、
上記停電時コンデンサ充電回路の形成時、スイッチング手段のオンオフ動作により上記第２のリアクトルの充放電動作を介して上記蓄電器から上記第２のコンデンサを充電し、スイッチング手段のオンオフ動作により上記第１のリアクトルの充放電動作を介して上記第２のコンデンサから上記第１のコンデンサを充電するようにしたものである。
【００２０】
また、この発明に係る電力変換装置は、第１および第２のコンデンサの直列体と並列に接続された第１および第２のスイッチング素子の直列体、上記第１のスイッチング素子に逆並列接続された第１のダイオード、上記第２のスイッチング素子に逆並列接続された第２のダイオード、一端が上記第１および第２のスイッチング素子の中間接続点に接続され他端が、正常時には交流電源の他端に停電時には上記交流電源の一端に接続される第１のリアクトル、一端が上記第２のコンデンサと第２のスイッチング素子との接続点に接続された蓄電器、一端が上記蓄電器の他端に接続された第２のリアクトル、上記蓄電器および第２のリアクトルの直列体と並列に接続された第３のダイオード、一端が上記第１のコンデンサと第１のスイッチング素子との接続点に接続され他端は上記正常時上記第２のリアクトルと第３のダイオードとの接続点に接続される第３のスイッチング素子、一端が上記第１および第２のコンデンサの中間接続点に接続され他端は上記停電時上記第２のリアクトルと第３のダイオードとの接続点に接続される第４のダイオード、および上記停電時上記第３のダイオードに並列に接続される第４のスイッチング素子を備えたものである。
【００２１】
また、この発明に係る電力変換装置は、第１および第２のコンデンサの直列体と並列に接続された第１および第２のダイオードの直列体、一端が上記第１および第２のダイオードの中間接続点に接続され他端が、正常時には交流電源の他端に停電時には上記交流電源の一端に接続される第１のリアクトル、一端が上記第２のコンデンサと第２のダイオードとの接続点に接続された蓄電器、一端が上記蓄電器の他端に接続された第２のリアクトル、上記蓄電器および第２のリアクトルの直列体と並列に接続された第３のダイオード、一端が上記第１のコンデンサと第１のダイオードとの接続点に接続され他端は上記正常時上記第２のリアクトルと第３のダイオードとの接続点に接続される第３のスイッチング素子、一端が上記第１および第２のコンデンサの中間接続点に接続され他端は上記停電時上記第２のリアクトルと第３のダイオードとの接続点に接続される第４のダイオード、上記停電時上記第３のダイオードに並列に接続される第４のスイッチング素子、および第５および第６のダイオードの直列体と第７および第８のダイオードの直列体と第５のスイッチング素子との並列接続体からなり、上記第５および第６のダイオードの中間接続点が上記第１および第２のダイオードの中間接続点に接続され、上記第７および第８のダイオードの中間接続点が上記正常時には上記交流電源の一端に上記停電時には上記蓄電器と第２のコンデンサとの接続点に接続される可逆スイッチング素子を備えたものである。
【００２２】
また、この発明に係る電力変換装置の負荷は、第１および第２のコンデンサの直列体を直流電源として動作するインバータを介して接続された単相交流負荷である。
【００２３】
また、この発明に係る電力変換装置は、その第１および第２のコンデンサの電圧をそれぞれ検出する手段、上記第１および第２のコンデンサの電圧和と所定の設定値との差分を増幅する第１の制御手段、上記第１および第２のコンデンサの電圧差と所定の設定値との差分を増幅する第２の制御手段、上記第１の制御手段の出力に交流電源の位相と一致する正弦波信号を乗算して第１の電流指令値を出力する第１の演算手段、上記第２の制御手段の出力に所定の乗算処理を施して第２の電流指令値を出力する第２の演算手段、および上記第１および第２の電流指令値を加算して上記交流電源に流す電流指令値として出力する第３の演算手段を備え、上記第１および第２のコンデンサの電圧の和および差がそれぞれ所定の設定値となるよう上記交流電源に流す電流を制御するようにしたものである。
【００２４】
また、この発明に係る電力変換装置の第２の演算手段は、第２の制御手段の出力に交流電源の位相と一致する正弦波信号の絶対値を乗算して第２の電流指令値を出力するものである。
【００２５】
また、この発明に係る電力変換装置は、装置を保管のため使用しなくなった場合、接続切り替え手段を操作することにより、停電時コンデンサ充電回路の形成を解除するようにしたものである。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１における電力変換装置である無停電電源装置の構成を示す回路図である。図において、１は単相交流の負荷、２および３は高周波電圧成分の除去を行うフィルタを構成するコンデンサおよびリアクトル、４、５および６、７はインバータ２６を構成するスイッチおよびダイオード、８および９は互いに直列に接続されインバータ２６の直流電源となる第１および第２のコンデンサ、１０は交流電源である系統電源である。
【００２７】
１１は蓄電器であるバッテリ、１２および８４は電磁エネルギーの充放電を行う第１および第２のリアクトルで、この電磁エネルギーの充放電動作を介してコンデンサ８、９の充電、バッテリ１１の充電を行う。３０および３１は互いに直列に接続された第１および第２のスイッチング素子である第１および第２のスイッチ、３２および３３はそれぞれスイッチ３０および３１に逆並列接続された第１および第２のダイオード、８０は第３のスイッチング素子である第３のスイッチ、８１は第４のスイッチング素子である第４のスイッチ、８２および８３は第３および第４のダイオード、２４および８５は接続切り替え手段であるリレーで、系統電源１０が供給される正常時は、図のＡ側の接点を、系統電源１０が供給されない停電時は、図のＢ側の接点が選択される。
【００２８】
次に動作について説明する。まず系統電源１０の電圧が正常であるとき、すなわち停電の発生がないとき、上記リレー２４及び８５はそれぞれＡに接続され、以下に示すように、正常時コンデンサ充電回路および正常時蓄電回路が形成され、それぞれコンデンサ８、９の充電およびバッテリ１１の充電動作が実行される。先ず、正常時コンデンサ充電回路の形成により、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。なお、この経路では、コンデンサ９は放電モードになる。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（電磁）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。
【００２９】
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。なお、この経路ではコンデンサ８は放電モードになる。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１２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。
【００３０】
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。
【００３１】
また、上記リレー８５がＡに接続されることにより、図２に示す正常時蓄電回路が形成され、上記スイッチ８０のオンオフにより上記バッテリ１１を充電する。上記スイッチ８０がオンのとき、電流ＩＢは、コンデンサ９−コンデンサ８−スイッチ８０−リレー８５−リアクトル８４−バッテリ１１−コンデンサ９の経路により増加しながら、上記バッテリ１１を充電する。次に上記スイッチ８０がオフすると、リアクトル８４−バッテリ１１−ダイオード８２−リアクトル８４の経路により、電流ＩＢは減少しながら上記バッテリ１１を充電する。上記スイッチ８０のオンオフの比率を変えながらバッテリ１１を充電することができるので、常にバッテリ１１の電圧を所望の値に充電制御することができる。
【００３２】
次に、系統電源１０からの給電がある場合、コンデンサ８、９の電圧を所定の設定値に保つ制御系について説明する。図３にその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第１および第２の制御手段である制御器、６２、６３は第１および第２の演算手段である乗算器、６４は絶対値演算回路である。まず２つのコンデンサ電圧(コンデンサ８の電圧ＶＣ１、コンデンサ９の電圧ＶＣ２)の和が上記加算器５６にて加算され、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。
【００３３】
制御回路は、上記系統電源１０の位相と一致する正弦波信号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*（第１の電流指令値）を得る。
【００３４】
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*との乗算を実行して信号Ｉ２*（第２の電流指令値）を出力する。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。
なお、上記制御器６１は、コンデンサ８及び９の差電圧を零にする、即ち、両コンデンサ８及び９の電圧を同一とすることを制御目標としているため、差電圧をそのまま入力しているが、両者の電圧に所定の差を設けたいときは、差電圧と上記所定の設定差との偏差を入力するようにすればよい。
【００３５】
次に、典形的な条件の場合を例にとり、この制御回路の動作について説明する。図４はＶＣ１＋ＶＣ２＝ＶＤ*で、かつＶＣ２＞ＶＣ１の場合を示す。ＶＣ１＋ＶＣ２＝ＶＤ*であるので、同図（ｂ）に示すように、第１の電流指令値Ｉ１*はゼロになる、一方、ＶＣ２＞ＶＣ１であるので、第２の電流指令値Ｉ２*は同図（ｃ）の波形となり、リアクトル１２の電流指令ＩＬ*は、結果として同図（ｄ）に示すような波形となる。
【００３６】
図中、（ア）の期間では、系統電源１０の電圧Ｖ１と電流指令ＩＬ*の極性が一致しており、系統電源１０からエネルギーを得て電圧ＶＣ１が上昇する。更に、この期間ではコンデンサ９を放電するモードであるため電圧ＶＣ２は若干下降する。
（イ）の期間では、系統電源１０の電圧Ｖ１と電流指令ＩＬ*の極性が異なる。従って、この期間ではスイッチ３１をオンオフしてリアクトル１２に電流指令ＩＬ*に従った電流を流すことにより、コンデンサ９から系統電源１０にエネルギーを回生する。従って、コンデンサ９の電圧ＶＣ２は下降する。
以上のように、電圧ＶＣ２は下降し、電圧ＶＣ１が上昇してくるので、最終的にＶＣ１＝ＶＣ２と両電圧がバランスする。
【００３７】
次に、図５はＶＣ１＋ＶＣ２＜ＶＤ*で、かつＶＣ１＝ＶＣ２の場合を示す。ＶＣ１＋ＶＣ２＜ＶＤ*であるので、第１の電流指令値Ｉ１*は同図（ｂ）に示すような正弦波形になる。また、ＶＣ１＝ＶＣ２であるため、第２の電流指令値Ｉ２*は同図（ｃ）に示すように、ゼロになる。結果として、リアクトル１２の電流指令ＩＬ*は同図（ｄ）に示すように、正弦波形となる。
【００３８】
図中、（ア）の期間では、系統電源１０の電圧Ｖ１と電流指令ＩＬ*の極性が一致しており、系統電源１０からエネルギーを得て電圧ＶＣ１が上昇する。
（イ）の期間においても、系統電源１０の電圧ＶＣ１と電流指令ＩＬ*の極性が一致しており、系統電源１０からエネルギーを得て電圧ＶＣ２が上昇する。
また、これら電圧ＶＣ１、ＶＣ２の上昇の度合いは、同図（ｄ）に示した正弦波の振幅により決定されるが、(ア)の期間、(イ)の期間共に、正弦波の振幅が同じなので、上昇の度合いは同じとなる、従って、両電圧ＶＣ１、ＶＣ２は電圧のバランスを保ったまま、ＶＣ１＋ＶＣ２＝ＶＤ*になるように制御される。
【００３９】
また、図６（ｂ）に示すように、負荷１の電流が流れるときは、上記コンデンサ８の放電が上記コンデンサ９の放電よりも多くなり、上記コンデンサ８の電圧ＶＣ１及び上記コンデンサ９の電圧ＶＣ２において電圧差が発生するため、上記制御回路においてこれを検出し、結果として上記コンデンサ８をより充電するように動作する。波形結果例を図７に示す。図において（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。
【００４０】
なお、図３に示す制御回路において、電圧ＶＣ１とＶＣ２との差入力で動作する制御器６１の出力信号ＩＬ*に「ｓｉｎθの絶対値」を乗算するようにした理由について説明する。即ち「sinθの絶対値」を乗算せず、単に直流信号ＩＩ*をそのまま加算器５７にて電流指令値Ｉ１*に加算すると、図７の電流指令ＩＬ*の波形が、「正弦値＋直流オフセット」といった波形となり、無効電力が発生して力率が低下することになる。
これに対し、「ｓｉｎθの絶対値」を乗算する構成とすると、電流指令ＩＬ*の波形が、図７（ｄ）に示すように、正弦波の片割れのような波形となり、結果として無効電力が発生せず、装置での無駄な変換動作がなくなり、変換効率が向上する訳である。
【００４１】
図１に戻り、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、かつ上記リレー８５も同様に図中Ｂに接続される。このときのバッテリ１１からコンデンサ８及び９へのエネルギー供給のための等価回路（停電時コンデンサ充電回路）は図８のようになる。上記等価回路につき、まず上記コンデンサ９を充電する動作を説明する。上記スイッチ８１がオンすると、バッテリ１１−リアクトル８４−スイッチ８１−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル８４に電流Ｉ１が蓄積される。次に上記スイッチ８１をオフすると、リアクトル８４−ダイオード８３−コンデンサ９−バッテリ１１−リアクトル８４の経路により、上記電流Ｉ１は上記コンデンサ９に流れ込み、上記コンデンサ９を充電する。
【００４２】
次に上記コンデンサ８を充電する動作を説明する。図１で、上記スイッチ３１がオンすると、スイッチ３１−コンデンサ９−リレー２４−リアクトル１２−スイッチ３１の経路により、上記リアクトル１２に電流Ｉ２が蓄積される。次に上記スイッチ３１をオフすると、リアクトル１２−ダイオード３２−コンデンサ８−リレー２４−リアクトル１２の経路により、上記電流Ｉ２は上記コンデンサ８に流れ込み、上記コンデンサ８を充電する。これら２つの充電動作は各々独立に実施することができる。すなわち上記コンデンサ８及び９の電圧ＶＣ１及びＶＣ２を、負荷１の平衡、不平衡に拘わらず任意の設定値に制御することができるため、上記インバータ２６に安定な直流電圧を供給することができる。
【００４３】
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１１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３１、８１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１３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への充電経路は図２の回路にて上記コンデンサ８及び９のエネルギーを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１７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がなく、安定した電力供給を行うことができる。
【００４４】
また図１に示した上記スイッチ８１の位置を、図９に示すようなスイッチ８６の位置に接続しても同様の動作が得られる。要は、停電時に図８に示す等価回路が構成されるようスイッチが接続されればよい。
【００４５】
実施の形態２．
図１０に本発明の実施の形態２における無停電電源装置を示す。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。９１は第５のスイッチング素子である第５のスイッチ、９２〜９５は第５ないし第８のダイオード、９６、９７は第１、第２のダイオード、９８はリレーである。
【００４６】
まず系統電源１０の電圧が正常であるとき、すなわち停電の発生がないとき、上記リレー２４、８５及び９８はそれぞれ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９１をオンオフし、上記スイッチ９１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９２−スイッチ９１−ダイオード９５−リレー９８−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９１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９６−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９１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。
【００４７】
また、上記系統電源１０が負の電圧（矢印の逆向きの電圧）であるときも同様に、上記スイッチ９１をオンオフし、上記スイッチ９１がオンのときには、系統電源１０−リレー９８−ダイオード９４−スイッチ９１−ダイオード９３−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９１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９７−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も、上記スイッチ９１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。
【００４８】
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。
【００４９】
更に上記系統電源１０が正常であるとき、既述した図１３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、上記コンデンサ８の放電が上記コンデンサ９の放電よりも多くなり、上記コンデンサ８の電圧ＶＣ１及び上記コンデンサ９の電圧ＶＣ２において電圧差が発生しようとするが、上記２つのコンデンサへの充電量は上記スイッチ９１のオンオフ比率を変えることにより制御できることは明らかであり、ＶＣ１とＶＣ２の電圧がバランスするように動作させることができる。また、バッテリ１１への充電動作は実施の形態１と同様であるため説明を省略する。
【００５０】
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、８５及び９８は図中Ｂに接続される。このときのバッテリ１１からコンデンサ８及び９へのエネルギー供給のための等価回路は図１１のようになる。上記等価回路につき、まず上記コンデンサ９を充電する動作を説明する。上記スイッチ８１がオンすると、バッテリ１１−リアクトル８４−スイッチ８１−バッテリ１１の経路により、上記リアクトル８４に電流Ｉ１が蓄積される。次に上記スイッチ８１をオフすると、リアクトル８４−ダイオード８３−コンデンサ９−バッテリ１１−リアクトル８４の経路により、上記電流Ｉ１は上記コンデンサ９に流れ込み、上記コンデンサ９を充電する。
【００５１】
次に上記コンデンサ８を充電する動作を説明する。上記スイッチ９１がオンすると、スイッチ９１−ダイオード９５−コンデンサ９−リアクトル１２−ダイオード９２−スイッチ９１の経路により、上記リアクトル１２に電流Ｉ２が蓄積される。次に上記スイッチ９１をオフすると、リアクトル１２−ダイオード９６−コンデンサ８−リアクトル１２の経路により、上記電流Ｉ２は上記コンデンサ８に流れ込み、上記コンデンサ８を充電する。これら２つの充電動作は各々独立に実施することができる。すなわち上記コンデンサ８及び９の電圧ＶＣ１及びＶＣ２を、負荷１の平衡、不平衡に拘わらず任意の設定値に制御することができるため、上記インバータ２６に安定な直流電圧を供給することができる。
【００５２】
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１１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９１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８１、９１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１３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への充電経路は図２の回路にて上記コンデンサ８及び９のエネルギーを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１７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がなく、安定した電力供給を行うことができる。
【００５３】
また図１０に示した上記スイッチ８１の位置を、図９に示すようなスイッチ８６の位置に接続しても同様の動作が得られる。
【００５４】
実施の形態３．
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場合を考慮して、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、このような場合、図１及び図１０の回路において、リレー８５を図中Ａ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。
【００５５】
なお、上記各実施の形態例では、両コンデンサ８、９の負荷としては、インバータ２６を介して接続される単相交流の負荷１としているが、他の形態の負荷であってもこの発明は同様に適用することができ同等の効果を奏する。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る電力変換装置は、互いに直列に接続されその中間接続点が単相の交流電源の一端および負荷の一端に接続され静電エネルギーの充放電を行い上記負荷への直流電源となる第１および第２のコンデンサ、電磁エネルギーの充放電を行う第１および第２のリアクトル、蓄電器、スイッチング手段、および接続切り替え手段を備え、
上記交流電源が供給される正常時は、上記接続切り替え手段を操作して正常時コンデンサ充電回路および正常時蓄電回路を形成し、
上記交流電源が供給されない停電時は、上記接続切り替え手段を操作して停電時コンデンサ充電回路を形成し、
上記正常時コンデンサ充電回路の形成時、上記交流電源の電圧が正のときはスイッチング手段のオンオフ動作により上記第１のリアクトルの充放電動作を介して上記交流電源から上記第１のコンデンサを充電し、上記交流電源の電圧が負のときはスイッチング手段のオンオフ動作により上記第１のリアクトルの充放電動作を介して上記交流電源から上記第２のコンデンサを充電し、
上記正常時蓄電回路の形成時、スイッチング手段のオンオフ動作により上記第２のリアクトルの充放電動作を介して上記第１および第２のコンデンサの直列体から上記蓄電器を充電し、
上記停電時コンデンサ充電回路の形成時、スイッチング手段のオンオフ動作により上記第２のリアクトルの充放電動作を介して上記蓄電器から上記第２のコンデンサを充電し、スイッチング手段のオンオフ動作により上記第１のリアクトルの充放電動作を介して上記第２のコンデンサから上記第１のコンデンサを充電するようにしたので、蓄電器の充電機能および不平衡負荷に対する両コンデンサのバランス機能をもつことにより、安定した直流電源を確保することができ、両コンデンサのエネルギーを常に一括して用いて蓄電器を充電することにより、交流電源側に無理な負担をかけない電力変換装置を得ることができる。
【００５７】
また、この発明に係る電力変換装置は、第１および第２のコンデンサの直列体と並列に接続された第１および第２のスイッチング素子の直列体、上記第１のスイッチング素子に逆並列接続された第１のダイオード、上記第２のスイッチング素子に逆並列接続された第２のダイオード、一端が上記第１および第２のスイッチング素子の中間接続点に接続され他端が、正常時には交流電源の他端に停電時には上記交流電源の一端に接続される第１のリアクトル、一端が上記第２のコンデンサと第２のスイッチング素子との接続点に接続された蓄電器、一端が上記蓄電器の他端に接続された第２のリアクトル、上記蓄電器および第２のリアクトルの直列体と並列に接続された第３のダイオード、一端が上記第１のコンデンサと第１のスイッチング素子との接続点に接続され他端は上記正常時上記第２のリアクトルと第３のダイオードとの接続点に接続される第３のスイッチング素子、一端が上記第１および第２のコンデンサの中間接続点に接続され他端は上記停電時上記第２のリアクトルと第３のダイオードとの接続点に接続される第４のダイオード、および上記停電時上記第３のダイオードに並列に接続される第４のスイッチング素子を備えたので、蓄電器の充電機能および不平衡負荷に対する両コンデンサのバランス機能をもつことにより、安定した直流電源を確保することができ、両コンデンサのエネルギーを常に一括して用いて蓄電器を充電することにより、交流電源側に無理な負担をかけない電力変換装置を確実に実現することができる。
【００５８】
また、この発明に係る電力変換装置は、第１および第２のコンデンサの直列体と並列に接続された第１および第２のダイオードの直列体、一端が上記第１および第２のダイオードの中間接続点に接続され他端が、正常時には交流電源の他端に停電時には上記交流電源の一端に接続される第１のリアクトル、一端が上記第２のコンデンサと第２のダイオードとの接続点に接続された蓄電器、一端が上記蓄電器の他端に接続された第２のリアクトル、上記蓄電器および第２のリアクトルの直列体と並列に接続された第３のダイオード、一端が上記第１のコンデンサと第１のダイオードとの接続点に接続され他端は上記正常時上記第２のリアクトルと第３のダイオードとの接続点に接続される第３のスイッチング素子、一端が上記第１および第２のコンデンサの中間接続点に接続され他端は上記停電時上記第２のリアクトルと第３のダイオードとの接続点に接続される第４のダイオード、上記停電時上記第３のダイオードに並列に接続される第４のスイッチング素子、および第５および第６のダイオードの直列体と第７および第８のダイオードの直列体と第５のスイッチング素子との並列接続体からなり、上記第５および第６のダイオードの中間接続点が上記第１および第２のダイオードの中間接続点に接続され、上記第７および第８のダイオードの中間接続点が上記正常時には上記交流電源の一端に上記停電時には上記蓄電器と第２のコンデンサとの接続点に接続される可逆スイッチング素子を備えたので、蓄電器の充電機能および不平衡負荷に対する両コンデンサのバランス機能をもつことにより、安定した直流電源を確保することができ、両コンデンサのエネルギーを常に一括して用いて蓄電器を充電することにより、交流電源側に無理な負担をかけない電力変換装置を確実に実現することができ、更に、高価なスイッチング素子を減じてコストの低減が可能となる。
【００５９】
また、この発明に係る電力変換装置の負荷は、第１および第２のコンデンサの直列体を直流電源として動作するインバータを介して接続された単相交流負荷であるので、交流電源の供給有無に拘わらず一定の交流電力を負荷に供給することができる無停電電源装置を提供することができる。
【００６０】
また、この発明に係る電力変換装置は、その第１および第２のコンデンサの電圧をそれぞれ検出する手段、上記第１および第２のコンデンサの電圧和と所定の設定値との差分を増幅する第１の制御手段、上記第１および第２のコンデンサの電圧差と所定の設定値との差分を増幅する第２の制御手段、上記第１の制御手段の出力に交流電源の位相と一致する正弦波信号を乗算して第１の電流指令値を出力する第１の演算手段、上記第２の制御手段の出力に所定の乗算処理を施して第２の電流指令値を出力する第２の演算手段、および上記第１および第２の電流指令値を加算して上記交流電源に流す電流指令値として出力する第３の演算手段を備え、上記第１および第２のコンデンサの電圧の和および差がそれぞれ所定の設定値となるよう上記交流電源に流す電流を制御するようにしたので、両コンデンサの電圧が常に一定に保たれる良好な制御動作が実現する。
【００６１】
また、この発明に係る電力変換装置の第２の演算手段は、第２の制御手段の出力に交流電源の位相と一致する正弦波信号の絶対値を乗算して第２の電流指令値を出力するので、負荷に不平衡があっても無効電力が発生せず、変換効率の低下がない。
【００６２】
また、この発明に係る電力変換装置は、装置を保管のため使用しなくなった場合、接続切り替え手段を操作することにより、停電時コンデンサ充電回路の形成を解除するようにしたので、装置保管期間における蓄電器の無駄な放電を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１における無停電電源装置の構成を示す図である。
【図２】  図１の回路におけるバッテリ１１の充電動作を説明する図である。
【図３】  図１の電流指令ＩＬ*を作成するための制御回路を示す図である。
【図４】  図３の回路による電圧電流波形の一例を示す図である。
【図５】  図３の回路による電圧電流波形の一例を示す図である。
【図６】  図１の回路における不平衡負荷時の波形を示す図である。
【図７】  不平衡負荷時の図３の回路による電圧電流波形を示す図である。
【図８】  図１の回路における系統停電時のコンデンサ８、９への充電回路を示す図である。
【図９】  この発明の実施の形態１の他の実現方法を示す図である。
【図１０】  この発明の実施の形態２における無停電電源装置の構成を示す図である。
【図１１】  図１０の回路における系統停電時のコンデンサ８、９への充電回路を示す図である。
【図１２】  従来の電力変換装置の構成を示す図である。
【図１３】  不平衡負荷時の波形を示す図である。
【図１４】  従来の電力変換装置の構成を示す図である。
【図１５】  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１６】  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１７】  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。
【符号の説明】
１  負荷、８，９  コンデンサ、１０  系統電源、１１  バッテリ、
１２，８４  リアクトル、２４，８５，９８  リレー、２６  インバータ、
３０，３１，８０，８１，８６，９１  スイッチ、
３２，３３，８２，８３，９２〜９７  ダイオード、５６，５７  加算器、
５８，５９  減算器、６０，６１  制御器、６２，６３  乗算器、
６４  絶対値演算回路、Ｉ１*  第１の電流指令値、Ｉ２*  第２の電流指令値、
ＩＬ*  リアクトル１２の電流指令。
【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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