CN112352366B - 不间断电源装置 - Google Patents

Abstract

在不间断电源装置中，在逆变器供电模式和旁通供电模式中，以使电容器(Cd)的端子间电压(VDC)成为第一参照电压(VDCr1)的方式对变换器(1)进行控制。在对逆变器供电模式和旁通供电模式进行切换的切换期间，以使电容器的端子间电压成为高于第一参照电压的第二参照电压(VDCr2)的方式对变换器进行控制，由此防止在包括电容器等的路径上流过环流(IC)。

Description

不间断电源装置

技术领域

本发明涉及一种不间断电源装置，特别是涉及具有从逆变器向负载供给交流电力的逆变器供电模式、从旁通交流电源向负载供给交流电力的旁通供电模式、以及从逆变器和旁通交流电源两者向负载供给交流电力的重叠供电模式的不间断电源装置。

背景技术

例如，在国际公开第2017/017719号说明书(专利文献1)中公开了一种具有逆变器供电模式、旁通供电模式和重叠供电模式的不间断电源装置。该不间断电源装置具备：变换器，将从商用交流电源供给的交流电压转换为直流电压；电容器，使变换器的直流输出电压平滑化；逆变器，将电容器的端子间电压转换为交流电压；第一开关，一个端子接受逆变器的交流输出电压，另一个端子连接在负载上；以及第二开关，一个端子接受从旁通交流电源供给的交流电压，另一个端子连接在负载上。

在逆变器供电模式时，第一开关导通并且第二开关断开。在旁通供电模式时，第二开关导通并且第一开关断开。在重叠供电模式时，第一开关和第二开关都导通。在对逆变器供电模式和旁通供电模式进行切换的切换期间执行重叠供电模式。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：国际公开第2017/017719号说明书

发明内容

发明要解决的问题

但是，在以前的不间断电源装置中，在商用交流电源和旁通交流电源分别包含有对中性点星形连接的三相交流电源，并且商用交流电源和旁通交流电源的中性点都接地的情况下，有时担忧在重叠供电模式时从商用交流电源和旁通交流电源中的任一个交流电源经由电容器向另一个交流电源流过环流(参照图6、图7)。当流过较大环流时，会检测出过电流或者检测出电容器的过电压而不间断电源装置的运转停止，从而负载的运转停止。

因此，本发明的主要目的在于，提供一种在第一交流电源和第二交流电源的中性点接地的情况下也能防止流过环流的不间断电源装置。

用于解决问题的手段

本发明涉及的不间断电源装置具备正向转换器、电容器、反向转换器、第一开关、第二开关、第一控制部和第二控制部。正向转换器将从第一交流电源供给的三相交流电压转换为直流电压。电容器使正向转换器的直流输出电压平滑化。反向转换器将电容器的端子间电压转换为三相交流电压。第一开关与从反向转换器输出的三相交流电压的各相相对应地设置，一个端子接受所对应的相的交流电压，另一个端子连接在负载上。第二开关与从第二交流电源供给的三相交流电压的各相相对应地设置，一个端子接受所对应的相的交流电压，另一个端子连接在负载上。在从反向转换器向负载供给三相交流电压的第一模式时，第一控制器使第一开关接通并且使第二开关断开。在从第二交流电源向负载供给三相交流电压的第二模式时，第一控制部使第二开关接通并且使第一开关断开。在从第一模式和第二模式中的任一种模式切换为另一种模式的切换期间，第一控制部使第一开关和第二开关两者都接通，执行从反向转换器和第二交流电源两者向负载供给三相交流电压的第三模式。在第一模式和第二模式时，第二控制部以使电容器的端子间电压成为第一参照电压的方式对正向转换器进行控制。在切换期间，第二控制部以使电容器的端子间电压成为高于第一参照电压的第二参照电压的方式对正向转换器进行控制。第二控制部防止从第一交流电源和第二交流电源中的任一个交流电源经由电容器向另一个交流电源流过环流。

发明效果：

在本发明涉及的不间断电源装置中，通过在对第一模式和第二模式进行切换的切换期间对正向转换器进行控制，使得电容器的端子间电压成为高于第一参照电压的第二参照电压，由此防止在包含电容器等的路径上流过环流。因此，在第一交流电源和第二交流电源的中性点都接地的情况下，也能够防止流过环流。

附图说明

图1是示出本发明的一个实施方式涉及的不间断电源装置的结构的电路框图。

图2是示出在图1中示出的变换器和逆变器的结构的电路图。

图3是示出在图1中示出的商用交流电源的结构的等效电路图。

图4是示出在图1中示出的旁通交流电源的结构的等效电路图。

图5是示出在图3中示出的商用交流电源的三相交流电压与旁通交流电源的三相交流电压之间的关系的图。

图6是用于说明本申请的发明效果的电路框图。

图7是用于说明本申请的发明效果的其他电路框图。

图8是示出在图1中示出的控制装置的主要部分的框图。

图9是示出在图8中示出的控制部15的结构的电路框图。

图10是示出在图8中示出的控制装置的动作的时序图。

图11是示出在图8中示出的控制装置的动作的其他时序图。

具体实施方式

图1是示出本发明的一个实施方式涉及的不间断电源装置的结构的电路框图。在图1，该不间断电源装置具备电容器C1～C6、Cd、电抗器L1～L6、电流检测器CT1～CT6、变换器1、直流正母线Lp、直流负母线Ln、双向斩波器2、逆变器3、开关S1～S6、操作部4和控制装置5。

该不间断电源装置从商用交流电源6和旁通交流电源7接受商用频率的三相交流电力，并向负载8供给商用频率的三相交流电力。商用交流电源6在交流输出端子6a～6c上分别输出三相交流电压Vu1、Vv1、Vw1。商用交流电源6的中性点端子6d接受接地电压GND。

三相交流电压Vu1、Vv1、Vw1的瞬时值由控制装置5检测。控制装置5基于商用交流电源6的交流输出电压Vu1、Vv1、Vw1，检测是否发生了商用交流电源6的停电。

旁通交流电源7在交流输出端子7a～7c上分别输出三相交流电压Vu2、Vv2、Vw2。旁通交流电源7的中性点端子7d接受接地电压GND。三相交流电压Vu2、Vv2、Vw2的瞬时值由控制装置5检测。负载8的交流输入端子8a～8c从不间断电源装置接受三相交流电压。负载8由从不间断电源装置供给的三相交流电力驱动。

电容器C1～C3的一个电极分别与商用交流电源6的交流输出端子6a～6c连接，它们的另一个电极互相连接。电抗器L1～L3的一个端子分别与商用交流电源6的交流输出端子6a～6c连接，它们的另一个端子与变换器1的3个输入节点分别连接。

电容器C1～C3和电抗器L1～L3构成交流滤波器F1。交流滤波器F1是低通滤波器，从商用交流电源6向变换器1流过商用频率的交流电流，防止从变换器1向商用交流电源6流过开关频率的信号。电流检测器CT1～CT3分别对流过电抗器L1～L3的交流电流I1～I3进行检测，并将表示检测值的信号给予控制装置5。

变换器1的正侧输出节点经由直流正母线Lp而与逆变器3的正侧输入节点连接。变换器1的负侧输出节点经由直流负母线Ln而与逆变器3的负侧输入节点连接。电容器Cd连接在母线Lp、Ln间，使母线Lp、Ln间的直流电压VDC平滑化。直流电压VDC的瞬时值由控制装置5检测。

变换器1被控制装置5控制，在从商用交流电源6正常供给三相交流电力的情况下(商用交流电源6健全时)，将来自商用交流电源6的三相交流电力转换为直流电力。由变换器1生成的直流电力经由母线Lp、Ln被供给到双向斩波器2和逆变器3。

在商用交流电源6健全时，控制装置5以使电容器Cd的端子间电压VDC成为参照电压VDCr1的方式对变换器1进行控制。此外，控制装置5在切换从逆变器3向负载8供给交流电力的逆变器供电模式和从旁通交流电源7向负载8供给交流电力的旁通供电模式的切换期间，以使电容器Cd的端子间电压VDC成为高于参照电压VDCr1的参照电压VDCr2的方式对变换器1进行控制，由此防止流过上述环流。

参照电压VDCr1被设定为比商用交流电源6的三相交流电压Vu1、Vv1、Vw1的峰值的2倍电压低的电压。参照电压VDCr2被设定为商用交流电源6的三相交流电压Vu1、Vv1、Vw1的峰值的2倍电压以上的电压。参照电压VDCr1、VDCr2与环流之间的关系以后详细地说明。

在来自商用交流电源6的三相交流电力的供给停止的情况下(商用交流电源6停电时)，变换器1的运转停止。交流滤波器F1和变换器1构成将来自商用交流电源6的三相交流电力转换为直流电力的正向转换器。

双向斩波器2被控制装置5控制，在商用交流电源6健全时，将由变换器1生成的直流电力蓄积在蓄电池B1中，并根据商用交流电源6发生停电的情况而将蓄电池B1的直流电力经由母线Lp、Ln向逆变器3供给。蓄电池B1的端子间电压VB的瞬时值由控制装置5检测。

在商用交流电源6健全时，控制装置5以使蓄电池B1的端子间电压VB成为参照电压VBr的方式对双向斩波器2进行控制，在商用交流电源6停电时，控制装置5以使电容器Cd的端子间电压VDC成为参照电压VDCr1的方式对双向斩波器2进行控制。

逆变器3被控制装置5控制，将从变换器1和双向斩波器2供给的直流电力转换为商用频率的三相交流电力。

逆变器3的3个输出节点分别与电抗器L4～L6的一个端子连接。电抗器L4～L6的另一个端子分别与开关S1～S3的一个端子连接，开关S1～S3的另一个端子分别与负载8的3个交流输入端子8a～8c连接。开关S1～S3对应于“第一开关”的一个实施例。电容器C4～C6的一个电极分别与电抗器L4～L6的另一个端子连接，电容器C4～C6的另一个电极都与电容器C1～C3的另一个电极连接。

电容器C4～C6和电抗器L4～L6构成交流滤波器F2。交流滤波器F2是低通滤波器，从逆变器3向负载8流过商用频率的交流电流，防止从逆变器3向负载8流过开关频率的信号。换言之，交流滤波器F2将从逆变器3输出的三相矩形波电压转换为正弦波状的三相交流电压Va、Vb、Vc。

三相交流电压Va～Vc的瞬时值由控制装置5检测。电流检测器CT4～CT6分别对流过电抗器L4～L6的交流电流I4～I6进行检测，并将表示检测值的信号给予控制装置5。

控制装置5根据逆变器3的交流输出电压Va～Vc、旁通交流电源7的交流输出电压Vu2、Vv2、Vw2、交流电流I4～I6，以使交流输出电压Va～Vc分别成为交流输出电压Vu2、Vv2、Vw2的方式对逆变器3进行控制。

开关S4～S6的一个端子分别与旁通交流电源7的交流输出端子7a～7c连接，它们的另一个端子分别与负载8的交流输入端子8a～8c连接。开关S1～S6被控制装置5控制。开关S4～S6对应于“第二开关”的一个实施例。

在向负载8供给由逆变器3生成的三相交流电力的逆变器供电模式(第一供电模式)时，控制装置5使开关S1～S3接通并且使开关S4～S6断开。

在向负载8供给来自旁通交流电源7的三相交流电力的旁通供电模式(第二供电模式)时，控制装置5使开关S1～S3断开且使开关S4～S6接通。在向负载8供给来自逆变器3和旁通交流电源7两者的三相交流电力的重叠供电模式(第三供电模式)时，控制装置5使开关S1～S6接通。

操作部4(选择部)包括被不间断电源装置的使用者操作的多个按钮和显示各种信息的图像显示部等。通过由使用者操作操作部4，能够接通和断开不间断电源装置的电源，或者选择自动运转模式、旁通供电模式和逆变器供电模式中的任一种模式。

控制装置5基于来自操作部4的信号、商用交流电源6的交流输出电压Vu1、Vv1、Vw1、交流输入电流I1～I3、电容器Cd的端子间电压VDC、蓄电池B1的端子间电压VB、交流输出电流I4～I6、交流输出电压Va～Vc、旁通交流电源7的交流输出电压Vu2、Vv2、Vw2等，对不间断电源装置整体进行控制。

在此，对该不间断电源装置的动作简单地进行说明。在商用交流电源6健全时使用操作部4选择了自动运转模式的情况下，以使电容器Cd的端子间电压VDC成为参照电压VDCr1的方式对变换器1进行控制，以使蓄电池B1的端子间电压VB成为参照电压VBr的方式对双向斩波器2进行控制，以使交流输出电压Va～Vc分别成为旁通交流电源7的交流输出电压Vu2、Vv2、Vw2的方式对逆变器3进行控制。

此外，开关S1～S3导通并且开关S4～S6断开，逆变器3经由交流滤波器F2和开关S1～S3而与负载8连接。由此，交流输出电压Va～Vc经由开关S1～S3被供给到负载8，从而负载8被驱动。

在发生了商用交流电源6停电的情况下，变换器1的运转停止，以使电容器Cd的端子间电压VDC成为参照电压VDCr1的方式对双向斩波器2进行控制，以使交流输出电压Va～Vc分别成为旁通交流电源7的交流输出电压Vu2、Vv2、Vw2的方式对逆变器3进行控制。

在蓄电池B1的直流电力被消耗，蓄电池B1的端子间电压VB达到下限值的情况下，双向斩波器2和逆变器3的运转停止。从而，即使在发生了商用交流电源6停电的情况下，在蓄电池B1的端子间电压VB达到下限值之前的期间也能够继续负载8的运转。

此外，在商用交流电源6健全时使用操作部4选择了逆变器供电模式的情况下，与上述自动运转模式时同样地，以使电容器Cd的端子间电压VDC成为参照电压VDCr1的方式对变换器1进行控制，以使蓄电池B1的端子间电压VB成为参照电压VBr的方式对双向斩波器2进行控制。此外，以使交流输出电压Va～Vc分别成为旁通交流电源7的交流输出电压Vu2、Vv2、Vw2的方式对逆变器3进行控制，开关S1～S3导通并且开关S4～S6断开。

在逆变器供电模式时使用操作部4选择了旁通供电模式的情况下，以使电容器Cd的端子间电压VDC成为高于参照电压VDCr1的参照电压VDCr2的方式对变换器1进行控制。

当成为VDC＝VDCr2时，执行重叠供电模式规定的时间，全部开关S1～S6导通，从逆变器3和旁通交流电源7两者向负载8供给三相交流电力。这时，由于成为VDC＝VDCr2，因此在不间断电源装置不流过环流。

当重叠供电模式结束时，开关S1～S3断开，仅开关S4～S6导通。此外，对变换器1进行控制，电容器Cd的端子间电压VDC降低到参照电压VDCr1，从逆变器供电模式向旁通供电模式的切换完成。在旁通供电模式中，从旁通交流电源7经由开关S4～S6向负载8供给三相交流电力，从而负载8被驱动。在旁通供电模式时。进行例如变换器1、双向斩波器2、逆变器3、蓄电池B1等的修理和定期检查等。

此外，在旁通供电模式时使用操作部4选择了逆变器供电模式的情况下，以使电容器Cd的端子间电压VDC成为高于参照电压VDCr1的参照电压VDCr2的方式对变换器1进行控制。

当成为VDC＝VDCr2时，执行重叠供电模式规定的时间，全部开关S1～S6导通，从逆变器3和旁通交流电源7两者向负载8供给三相交流电力。

当重叠供电模式结束时，开关S4～S6断开，仅开关S1～S3导通，由于变换器1而电容器Cd的端子间电压VDC降低到参照电压VDCr1，从旁通供电模式向逆变器供电模式的切换完成。

下面，对在这种不间断电源装置中流过的环流与参照电压VDCr1、VDCr2之间的关系进行详细说明。图2是示出变换器1和逆变器3的结构的电路图。在图2，逆变器1包含IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)Q1～Q6和二极管D1～D6。IGBT构成开关元件。IGBTQ1～Q3的集电极都与直流正母线Lp连接，它们的发射极分别与输入节点1a、1b、1c连接。

输入节点1a、1b、1c分别与电抗器L1～L3(图1)的另一个端子连接。IGBTQ4～Q6的集电极分别与输入节点1a、1b、1c连接，它们的发射极都与直流负母线Ln连接。二极管D1～D6分别与IGBTQ1～Q6反向并联连接。

IGBTQ1、Q4分别被选通信号A1、B1控制，IGBTQ2、Q5分别被选通信号A2、B2控制，IGBTQ3、Q6分别被选通信号A3、B3控制。选通信号B1、B2、B3分别是选通信号A1、A2、A3的反相信号。

IGBTQ1～Q3分别在选通信号A1、A2、A3被设置为“H”电平时接通，分别在选通信号A1、A2、A3被设置为“L”电平时断开。IGBTQ4～Q6分别在选通信号B1、B2、B3被设置为“H”电平时接通，分别在选通信号B1、B2、B3被设置为“L”电平时断开。

选通信号A1、B1、A2、B2、A2、B2分别是脉冲信号串，是PWM(Pulse WidthModulation：脉冲宽度调制)信号。选通信号A1、B1的相位、选通信号A2、B2的相位以及选通信号A3、B3的相位基本上各错开120度。选通信号A1、B1、A2、B2、A3、B3由控制装置5生成。例如，在交流输入电压Vu1的电平高于交流输入电压Vv1的电平的情况下，IGBTQ1、Q5导通，从输入节点1a经由IGBTQ1、直流正母线Lp、电容器Cd、直流负母线Ln和IGBTQ5向输入节点1b流过电流，从而电容器Cd被充电。

反之，在交流输入电压Vv1的电平高于交流输入电压Vu1的电平的情况下，IGBTQ2、Q4导通，从输入节点1b经由IGBTQ2、直流正母线Lp、电容器Cd、直流负母线Ln和IGBTQ4向输入节点1a流过电流，从而电容器Cd被充电。其他情况也同样。

通过利用选通信号A1、B1、A2、B2、A3、B3使IGBTQ1～Q6分别在规定的定时接通或断开，并且调整IGBTQ1～Q6各自的接通时间，由此能够将给予输入节点6a～6c的三相交流电压转换为直流电压VDC(电容器Cd的端子间电压)。

逆变器3包括IGBTQ11～Q16和二极管D11～D16。IGBT构成开关元件。IGBTQ11～Q13的集电极都与直流正母线Lp连接，它们的发射极分别与输出节点3a、3b、3c连接。输出节点3a、3b、3c分别与电抗器L4～L6(图1)的另一个端子连接。IGBTQ14～Q16的集电极分别与输出节点3a、3b、3c连接，它们的发射极都与直流负母线Ln连接。二极管D11～D16分别与IGBTQ11～Q16反向并联连接。

IGBTQ11、Q14分别被选通信号X1、Y1控制，IGBTQ12、Q15分别被选通信号X2、Y2控制，IGBTQ13、Q16分别被选通信号X3、Y3控制。选通信号Y1、Y2、Y3分别是选通信号X1、X2、X3的反相信号。

IGBTQ11～Q13分别在选通信号X1、X2、X3被设置为“H”电平时接通，分别在选通信号X1、X2、X3被设置为“L”电平时断开。IGBTQ14～Q16分别在选通信号Y1、Y2、Y3被设置为“H”电平时接通，分别在选通信号Y1、Y2、Y3被设置为“L”电平时断开。

选通信号X1、Y2、X3、Y1、X2、Y3分别是脉冲信号串，是PWM信号。选通信号X1、Y1的相位、选通信号X2、Y2的相位以及选通信号X3、Y3的相位基本上各错开120度。选通信号X1、Y1、X2、Y2、X3、Y3由控制装置5生成。

例如，当IGBTQ11、Q15接通时，直流正母线Lp经由IGBTQ11而与输出节点3a连接，并且输出节点3b经由IGBTQ15而与直流负母线Ln连接，在输出节点3a、3b间输出正电压。

此外，当IGBTQ12、Q14接通时，直流正母线Lp经由IGBTQ12而与输出节点3b连接，并且输出节点3a经由IGBTQ14而与直流负母线Ln连接，在输出节点3a、3b间输出负电压。

通过利用选通信号X1、Y1、X2、Y2、X3、Y3使IGBTQ11～Q16分别在规定的定时接通或断开，并且调整IGBTQ11～Q16各自的接通时间，由此能够将母线Lp、Ln间的直流电压VDC转换为三相交流电压Va、Vb、Vc。

图3是示出商用交流电源6的结构的等效电路图。在图3中，商用交流电源6包含对中性点端子6d星形连接(Y连接)的三相的交流电源6U、6V、6W。交流电源6U连接在交流输出端子6a与中性点端子6d之间，向交流输出端子6a输出交流电压Vu1。交流电源6V连接在交流输出端子6b与中性点端子6d之间，向交流输出端子6b输出交流电压Vv1。交流电源6W连接在交流输出端子6c与中性点端子6d之间，向交流输出端子6c输出交流电压Vw1。

交流电压Vu1、Vv1、Vw1分别以商用频率(例如60Hz)正弦波状变化。交流电压Vu1、Vv1、Vw1的峰值(有效值的√2倍)相同，它们的相位各错开120度。交流电源6U、6V、6W例如对应于商用交流电源6的最后级的三相变压器中所包含的最后级的三相绕组。

图4是示出旁通交流电源7的结构的等效电路图。在图4中，旁通交流电源7包含对中性点端子7d星形连接的三相的交流电源7U、7V、7W。交流电源7U连接在交流输出端子7a与中性点端子7d之间，向交流输出端子7a输出交流电压Vu2。交流电源7V连接在交流输出端子7b与中性点端子7d之间，向交流输出端子7b输出交流电压Vv2。交流电源7W连接在交流输出端子7c与中性点端子7d之间，向交流输出端子7c输出交流电压Vw2。

交流电压Vu2、Vv2、Vw2分别以商用频率正弦波状变化。交流电压Vu2、Vv2、Vw2的峰值相同，它们的相位各错开120度。交流电源7U、7V、7W例如对应于家用发电机的三相线圈。

在逆变器供电模式和旁通供电模式中，旁通交流电源7的交流电压Vu2、Vv2、Vw2的相位(和峰值)分别与商用交流电源6的交流电压Vu1、Vv1、Vw1的相位(和峰值)一致。在该状态下在不间断电源装置中不流过环流。

但是，在重叠供电模式中，在将开关S1～S3或者开关S4～S6接通时，旁通交流电源7的负载电流较大地变动，交流电压Vu2、Vv2、Vw2的相位和峰值发生变动。因此，交流电压Vu2、Vv2、Vw2分别变得与交流电压Vu1、Vv1、Vw1不一致。

图5(A)～图5(C)是示出商用交流电源6的交流电压Vu1、Vv1、Vw1与旁通交流电源7的交流电压Vu2、Vv2、Vw2之间的关系的图。交流电压Vu1、Vv1、Vw1、Vu2、Vv2、Vw2分别被矢量显示。交流电压Vu1、Vv1、Vw1的相位各错开120度，交流电压Vu2、Vv2、Vw2的相位各错开120度。图5(A)示出交流电压Vu2、Vv2、Vw2的相位分别与交流电压Vu1、Vv1、Vw1的相位一致的情况。

图5(B)示出交流电压Vu2、Vv2、Vw2的相位分别比交流电压Vu1、Vv1、Vw1的相位延迟60度的情况。例如，交流电压Vu1的相位与交流电压Vw2的相位错开180度。在交流电压Vu1为正的峰值，交流电压Vw2为负的峰值时，交流电压Vu1与交流电压Vw2的差电压ΔV12＝Vu1－Vw2成为交流电压Vu1、Vw2的峰值之和。反之，在交流电压Vu1为负的峰值，交流电压Vw2为正的峰值时，交流电压Vw2与交流电压Vu1的差电压ΔV21＝Vw2－Vu1成为交流电压Vu1、Vw2的峰值之和。

图5(C)示出交流电压Vu2、Vv2、Vw2的相位分别比交流电压Vu1、Vv1、Vw1的相位前进60度的情况。例如，交流电压Vu1的相位与交流电压Vv2的相位错开180度。在交流电压Vu1为正的峰值，交流电压Vv2为负的峰值时，交流电压Vu1与交流电压Vv2的差电压ΔV12＝Vu1－Vv2成为交流电压Vu1、Vv2的峰值之和。反之，在交流电压Vu1为负的峰值，交流电压Vv2为正的峰值时，交流电压Vv2与交流电压Vu1的差电压ΔV21＝Vv2－Vu1成为交流电压Vu1、Vv2的峰值之和。

如果在重叠供电模式时，电容器Cd的端子间电压VDC小于交流电压Vu1、Vv1、Vw1的峰值与交流电压Vu2、Vv2、Vw2的峰值之和的情况下，会发生如下问题。例如图5(B)所示地，在交流电压Vu1、Vw2的相位错开180度，交流电压Vu1、Vw2的差电压ΔV12＝Vu1－Vw2成为交流电压Vu1、Vw2的峰值之和的情况下，在图6中示出的路径上流过环流IC。

即，在从交流电源6U的一个端子(输出端子6a)经由变换器1的输入节点1a、二极管D1(图2)、直流正母线Lp、电容器Cd、直流负母线Ln、二极管D16(图2)、逆变器3的输出节点3c、交流电源7W、中性点端子7d、接地电压GND的线路和中性点端子6d而到交流电源6U的另一个端子的路径上流过环流IC。再有，在图6中为了简化附图和说明，省略了滤波器F1、F2、导通的开关S1～S6等的图示。

反之，在交流电压Vw2、Vu1的差电压ΔV21＝Vw2－Vu1成为交流电压Vu1、Vw2的峰值之和的情况下，在图7中示出的路径上流过环流IC。即，在从交流电源7U的一个端子(输出端子7a)经由逆变器3的输出节点3c、二极管D13(图2)、直流正母线Lp、电容器Cd、直流负母线Ln、二极管D4(图2)、变换器1的输入节点1a、交流电源6U、中性点端子6d、接地电压GND的线路和中性点端子7d而到交流电源7U的另一个端子的路径上流过环流IC。

当流过环流IC时，有时电容器Cd被环流IC充电，电容器Cd的端子间电压VDC超过上限值VDCH，由控制装置5判断为发生了异常，从而不间断电源装置的运转停止，进而负载8的运转停止。有时电流检测器CT1～CT6的检测值超过上限值IH，由控制装置5判断为发生了异常，从而不间断电源装置的运转停止，进而负载8的运转停止。

因此，在本实施方式中，通过在重叠供电模式时将电容器Cd的端子间电压VDC设定为参照电压VDCr2，由此防止在不间断电源装置流过环流IC，参照电压VDCr2为交流电压Vu1、Vv1、Vw1的峰值与交流电压Vu2、Vv2、Vw2的峰值之和的电压以上。

此外，在本实施方式中，通过在逆变器供电模式时和旁通供电模式时将电容器Cd的端子间电压VDC设定为比交流电压Vu1、Vv1、Vw1的峰值与交流电压Vu2、Vv2、Vw2的峰值之和的电压低的参照电压VDCr1，由此实现消耗功率的降低、效率的提高。

在旁通交流电源7稳定的情况下，由于旁通交流电源7的交流输出电压Vu2、Vv2、Vw2与商用交流电源6的交流输出电压Vu1、Vv1、Vw1一致，因此交流电压Vu1、Vv1、Vw1的峰值与交流电压Vu2、Vv2、Vw2的峰值之和的电压等于交流电压Vu1、Vv1、Vw1的峰值的2倍电压。此外，交流电压Vu1、Vv1、Vw1的峰值为相同值。

例如，交流电压Vu1的有效值是277V，其峰值是392V。交流电压Vu1的峰值的2倍电压是784V。参照电压VDCr1被设定为低于784V的750V。参照电压VDCr2被设定为高于784V的920V。再有，参照电压VDCr2被设定为低于电容器Cd的端子间电压VDC的上限值VDCH(例如1000V)的值。

其结果，在重叠供电模式时，例如，即使在交流电压Vu1成为正的峰值(+392V)，交流电压Vw2成为负的峰值(－392V)的情况下，电容器Cd的端子间电压VDC＝VDCr2(920V)也高于交流电压Vu1、Vw2的峰值之和的电压(784V)，因此不会使二极管D1、D16(图2)接通，不流过环流IC。

反之，即使在交流电压Vu1成为负的峰值(－392V)，交流电压Vw2成为正的峰值(+392V)的情况下，电容器Cd的端子间电压VDC＝VDCr2(920V)也高于交流电压Vu1、Vw2的峰值之和的电压(784V)，因此不会使二极管D13、D4(图2)接通，不流过环流IC。由于不流过环流IC，因此不存在检测出过电流或电容器Cd的过电压而将不间断电源装置的运转停止从而负载8的运转停止的情况。

下面，关于变换器1和开关S1～S6的控制方法进行说明。图8是示出控制装置5中的与变换器1和开关S1～S6的控制相关联的部分的结构的框图。在图8，控制装置5包括信号发生电路11、计时器12、控制部13、15以及参照电压发生电路14。

操作部4(图1)在不间断电源装置的使用者选择了逆变器供电模式的情况下，将模式选择信号MS设置为“L”电平，在选择了旁通供电模式的情况下，将模式选择信号MS设置为“H”电平。信号发生电路11对来自操作部4的模式选择信号MS的上升沿和下降沿分别进行响应，从而使切换指令信号PC上升为“H”电平达到规定的时间。

计时器12对切换指令信号PC的上升沿进行响应，依次计测第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3。此外，计时器12还从切换指令信号PC的上升沿起至第三时间T3止，将切换信号φC设为激活电平的“H”电平。另外，计时器12还从第一时间T1起至第二时间T2止，将叠加指令信号φOL设为激活电平的“H”电平。

控制部13按照模式选择信号MS和叠加指令信号φOL，对开关S1～S6进行控制。在模式选择信号MS和叠加指令信号φOL都是“L”的情况下，控制部13使开关S1～S3接通并且使开关S4～S6断开。控制部13对应于“第一控制部”的一个实施例。

在叠加指令信号φOL是“H”电平的情况下，控制部13使全部的开关S1～S6接通。在模式选择信号MS是“H”电平且叠加指令信号φOL是“L”电平的情况下，控制部13使开关S4～S6接通并且使开关S1～S3断开。

参照电压发生电路14基于来自计时器12的切换信号φC输出参照电压VDCr。在切换信号φC是非激活电平的“L”电平的情况下，参照电压VDCr被设为参照电压VDCr1。在切换信号φC是激活电平的“H”电平的情况下，参照电压VDCr被设为参照电压VDCr2。

控制部15基于交流输入电压Vu1、Vv1、Vw1、三相输入电流I1～I3、直流电压VDC和参照电压发生电路14的输出电压VDCr1(或者VDCr2)进行动作，以使电容器Cd的端子间电压VDC与参照电压发生电路14的输出电压VDCr1(或者VDCr2)一致的方式对变换器1进行控制。控制部15对应于“第二控制部”的一个实施例。

图9是示出控制部15的结构的电路框图。在图9中，控制部15包括电压检测器21、28、减法器22、26A～26C、直流电压控制电路23、正弦波发生电路24、乘法器25A～25C、电流控制电路27、加法器29A～29C、PWM电路30和选通电路31。

电压检测器21检测电容器Cd的端子间电压VDC，并输出表示其检测值的信号。减法器15从参照电压VDCr减去电容器Cd的端子间电压VDC，求出参照电压VDCr与直流电压VDC之间的偏差ΔVDC＝VDCr－VDC。

直流电压控制电路23以使偏差ΔVDC＝VDCr－VDC成为0的方式计算出用于对变换器1的交流输入电流I1～I3进行控制的电流指令值Ic。直流电压控制电路23例如通过对偏差ΔVDC进行比例运算或者比例积分运算而计算出电流指令值Ic。

正弦波发生电路24生成与来自商用交流电源6的三相交流电压Vu1、Vv1、Vw1同相的三相正弦波信号。乘法器25A～25C分别对三相正弦波信号乘以电流指令值Ic，生成三相电流指令值I1c～I3c。

减法器26A计算出电流指令值I1c与由电流检测器CT1检测出的交流电流I1之间的偏差ΔI1＝I1c－I1。减法器26B计算出电流指令值l2c与由电流检测器CT2检测出的交流电流l2之间的偏差Δl2＝l2c－l2。减法器26C计算出电流指令值I3c与由电流检测器CT3检测出的交流电流I3之间的偏差ΔI3＝I3c－I3。

电流控制电路27以使偏差ΔI1、ΔI2、ΔI3分别成为0的方式生成电压指令值V1a、V2a、V3a。电流控制电路27例如通过对偏差ΔI1、ΔI2、ΔI3进行比例控制或者比例积分控制而生成电压指令值V1a、V2a、V3a。电压检测器28检测来自商用交流电源6的三相交流电压Vu1、Vv1、Vw1的瞬时值，并输出表示它们的检测值的信号。

加法器29A将电压指令值V1a和由电压检测器28检测出的交流电压Vu1相加后生成电压指令值V1c。加法器29B将电压指令值V2a和由电压检测器28检测出的交流电压Vv1相加后生成电压指令值V2c。加法器29C将电压指令值V3a和由电压检测器28检测出的交流电压Vw1相加后生成电压指令值V3c。

PWM电路30基于电压指令值V1c～V3c生成用于控制变换器1的PWM控制信号φ1～φ3。选通电路31基于PWM控制信号φ1～φ3生成选通信号A1、B1、A2、B2、A2、B2(图2)。

图10(A)～图10(H)是示出图8中示出的控制装置5的动作的时序图。图10(A)示出模式选择信号MS的波形，图10(B)示出切换指令信号PC的波形，图10(C)示出切换信号φC的波形，图10(D)示出叠加指令信号φOL的波形。

此外，图10(E)示出参照电压VDCr，图10(F)示出电容器Cd的端子间电压VDC，图10(G)示出开关S1～S3的状态，图10(H)示出开关S4～S6的状态。在图10(A)～图10(H)中示出从逆变器供电模式切换为旁通供电模式的情况下的动作。

在时刻t0执行逆变器供电模式，模式选择信号MS、切换指令信号PC、切换信号φC和叠加指令信号φOL都被设为“L”电平。此外，参照电压VDCr被设为参照电压VDCr1，电容器Cd的端子间电压VDC被设为参照电压VDCr1，开关S1～S3导通，开关S4～S6断开。

当在某个时刻t1使用操作部4选择了旁通供电模式时，模式选择信号MS被从“L”电平上升为“H”电平，切换指令信号PC被信号发生电路11上升为“H”电平达到规定的时间。计时器12对切换指令信号PC的上升沿进行响应，依次计测第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3，并基于计时结果生成切换信号φC和叠加指令信号φOL。

切换信号φC从切换指令信号PC的上升沿(时刻t1)起至第三时间T3(时刻t4)止被设为“H”电平。叠加指令信号φOL从第一时间T1(时刻t2)起至第二时间T2(时刻t3)止被设为“H”电平。

当切换信号φC被从“L”电平上升为“H”电平时(时刻t1)，参照电压VDCr被从参照电压VDCr1提高为参照电压VDCr2，并通过控制部15以使电容器Cd的端子间电压VDC成为参照电压VDCr2的方式对变换器1进行控制。

在电容器Cd的端子间电压VDC成为参照电压VDCr2的期间内，重叠指令信号φOL被设为“H”电平而执行重叠供电模式。当重叠指令信号φOL被上升为“H”电平时(时刻t2)，开关S4～S6导通。这时，由于电容器Cd的端子间电压VDC被提高为参照电压VDCr2，因此不会流过环流IC(图6、图7)。当重叠指令信号φOL被下降为“L”电平时(时刻t3)，开关S1～S3断开，重叠供电模式结束。

当切换信号φC被下降为“L”电平时(时刻t4)，参照电压VDCr被降低为参照电压VDCr1，电容器Cd被放电。当电容器Cd的端子间电压VDC成为参照电压VDCr1时，从逆变器供电模式向旁通供电模式的切换完成。

图11(A)～图11(H)是示出图8中示出的控制装置5的动作的其他时序图，是与图10(A)～图10(H)相对比的图。在图11(A)～图11(H)中示出从旁通供电模式切换为逆变器供电模式的情况下的动作。

在时刻t0执行着旁通供电模式，模式选择信号MS被设为“H”电平，切换指令信号PC、切换信号φC和叠加指令信号φOL都被设为“L”电平。此外，参照电压VDCr被设为参照电压VDCr1，电容器Cd的端子间电压VDC被设为参照电压VDCr1，开关S1～S3断开，开关S4～S6导通。

当在某个时刻t1使用操作部4选择了逆变器供电模式时，模式选择信号MS被从“H”电平下降为“L”电平，切换指令信号PC被信号发生电路11上升为“H”电平达到规定的时间。计时器12对切换指令信号PC的上升沿进行响应，依次计测第一时间T1、第二时间T2和第三时间T3，并基于计时结果生成切换信号φC和叠加指令信号φOL。

切换信号φC从切换指令信号PC的上升沿(时刻t1)起至第三时间T3(时刻t4)止被设为“H”电平。叠加指令信号φOL从第一时刻T1(时刻t2)起至第二时间T2(时刻t3)止被设为“H”电平。

当切换信号φC被从“L”电平上升为“H”电平时(时刻t1)，参照电压VDCr被从参照电压VDCr1提高为参照电压VDCr2，并通过控制部15以使电容器Cd的端子间电压VDC成为参照电压VDCr2的方式对变换器1进行控制。

在电容器Cd的端子间电压VDC成为参照电压VDCr2的期间内，重叠指令信号φOL被设为“H”电平而执行重叠供电模式。当重叠指令信号φOL被上升为“H”电平时(时刻t2)，开关S1～S3导通。这时，由于电容器Cd的端子间电压VDC被提高为参照电压VDCr2，因此不会流过环流IC(图6、图7)。当重叠指令信号φOL被下降为“L”电平时(时刻t3)，开关S4～S6断开，重叠供电模式结束。

当切换信号φC被下降为“L”电平时(时刻t4)，参照电压VDCr被降低为参照电压VDCr1，电容器Cd被放电。当电容器Cd的端子间电压VDC成为参照电压VDCr1时，从旁通供电模式向逆变器供电模式的切换完成。

如以上说明地，在本实施方式中，通过在对逆变器供电模式和旁通供电模式进行切换的切换期间，以使电容器Cd的端子间电压VDC成为高于参照电压VDCr1的参照电压VDCr2的方式对变换器1进行控制，由此防止在包括电容器Cd等的路径上流过环流IC。因此，即使在商用交流电源6的中性点端子6d和旁通交流电源7的中性点端子7d都接地的情况下，也能够防止流过环流IC。

应该认为此次公开的实施方式在全部方面为例示而并非用于进行限制。本发明不是由上述的说明示出，而权利要求示出，意图包含权利要求和等同的含义以及范围内的全部变更。

附图标记的说明

C1～C6、Cd电容器、L1～L6电抗器、CT1～CT6电流检测器、1变换器、Lp直流正母线、Ln直流负母线、2双向斩波器、3逆变器、S1～S6开关、4操作部、5控制装置、6商用交流电源、6d、7d中性点端子、6U、6V、6W、7U、7V、7W交流电源、7旁通交流电源、8负载、Q1～Q6、Q11～Q16IGBT、D1～D6、D11～D16二极管、11信号发生电路、12计时器、13、15控制部、14参照电压发生电路、21、28电压检测器、22、26A～26C减法器、23直流电压控制电路、24正弦波发生电路、25A～25C乘法器、27电流控制电路、29A～29C加法器、30 PWM电路、31选通电路。

Claims (5)

1.一种不间断电源装置，其中，具备：

正向转换器，将从第一交流电源供给的三相交流电压转换为直流电压；

电容器，使所述正向转换器的直流输出电压平滑化；

反向转换器，将所述电容器的端子间电压转换为三相交流电压；

第一开关，与从所述反向转换器输出的三相交流电压的各相相对应地设置，一个端子接受所对应的相的交流电压，另一个端子连接在负载上；

第二开关，与从第二交流电源供给的三相交流电压的各相相对应地设置，一个端子接受所对应的相的交流电压，另一个端子连接在所述负载上；

第一控制部；以及

第二控制部，

所述第一控制部构成为：

(i)在从所述反向转换器向所述负载供给三相交流电压的第一模式时，使所述第一开关接通并且使所述第二开关断开；

(ii)在从所述第二交流电源向所述负载供给三相交流电压的第二模式时，使所述第二开关接通并且使所述第一开关断开；

(iii)在从所述第一模式和第二模式中的任一种模式切换为另一种模式的切换期间，使所述第一开关和第二开关两者都接通，执行从所述反向转换器和所述第二交流电源两者向所述负载供给三相交流电压的第三模式，

所述第二控制部构成为：

(iv)在所述第一模式和第二模式时，以使所述电容器的端子间电压成为第一参照电压的方式对所述正向转换器进行控制；

(v)在所述切换期间，以使所述电容器的端子间电压成为高于所述第一参照电压的第二参照电压的方式对所述正向转换器进行控制，

由此防止从所述第一交流电源和第二交流电源中的任一个交流电源经由所述电容器向另一个交流电源流过环流，

所述第一交流电源和第二交流电源分别包含对中性点星形连接的三相交流电源，

所述第一交流电源和第二交流电源的中性点都接地，

所述第一参照电压比从所述第一交流电源供给的三相交流电压的峰值的2倍电压低，

所述第二参照电压为从所述第一交流电源供给的三相交流电压的峰值的2倍电压以上。

2.根据权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

所述第一交流电源为商用交流电源，

所述第二交流电源为发电机。

3.根据权利要求1所述的不间断电源装置，其中，进一步具备：

选择部，选择所述第一模式和第二模式中的任一种模式；

信号发生电路，根据由所述选择部选择的模式从一种模式变更为另一种模式的情况，输出切换指令信号；以及

计时器，对所述切换指令信号进行响应，依次计测第一时间、第二时间和第三时间，

在所述切换期间，所述第一控制部从由所述计时器计测所述第一时间起至计测所述第二时间止，执行所述第三模式，

在所述切换期间，所述第二控制部从输出所述切换指令信号起至由所述计时器计测所述第三时间止，以使所述电容器的端子间电压成为所述第二参照电压的方式对所述正向转换器进行控制。

4.根据权利要求3所述的不间断电源装置，其中，进一步具备：

参照电压发生电路，在所述第一模式和第二模式时输出所述第一参照电压，从输出所述切换指令信号起至由所述计时器计测所述第三时间止，输出所述第二参照电压；以及

电压检测器，检测所述电容器的端子间电压，

所述第二控制部以使所述电压检测器的检测值成为所述参照电压发生电路的输出电压的方式对所述正向转换器进行控制。

5.根据权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

进一步具备双向斩波器，在所述第一交流电源健全时，所述双向斩波器将由所述正向转换器生成的直流电力蓄积在电力储存装置中，在所述第一交流电源停电时，所述双向斩波器将所述电力储存装置的直流电力向所述反向转换器供给。