CN113711463A - 不间断电源装置 - Google Patents

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Abstract

在该不间断电源装置(1)中，在输入端子(T1)与变换器(4)的交流节点(4a)之间连接输入开关(2)；在选择了第4动作模式的情况下，使输入开关关断，使旁路开关(7)接通，并对变换器进行控制，以将电池(13)的直流电力变换为交流电力，经由旁路开关向负载(14)供给。在逆变器(5)故障的情况下，也能够在商用交流电源(12)的停电时驱动负载。

Description

不间断电源装置
技术领域
本发明涉及不间断电源装置，特别涉及具有常时旁路供电模式的不间断电源装置。
背景技术
例如在美国专利第7372177号说明书(专利文献1)中，公开了一种不间断电源装置，具备：旁路开关，连接在交流电源与负载之间，在交流电源的正常时被接通，在交流电源的停电时被关断；整流器，将从交流电源供给的交流电力变换为直流电力，储存到电力储存装置中；以及逆变器，在交流电源的停电时，将电力储存装置的直流电力变换为交流电力，向负载供给。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：美国专利第7372177号说明书
发明内容
发明要解决的课题
但是，在以往的不间断电源装置中，在逆变器故障的情况下，有在交流电源的停电时不能驱动负载的问题。
所以，本发明的主要目的是提供一种在第2电力变换器故障的情况下也能够在交流电源的停电时驱动负载的不间断电源装置。
用来解决课题的手段
有关本发明的不间断电源装置具备：第1开关，一个端子接受从交流电源供给的交流电力，另一个端子与交流节点连接；第2开关，一个端子与上述交流节点连接，另一个端子与负载连接；第1电力变换器，在上述交流节点与电力储存装置之间交换电力；第2电力变换器，在上述电力储存装置与上述第2开关的另一个端子之间交换电力；以及控制装置，选择第1、第2及第3供电模式中的某个供电模式，执行所选择的供电模式；在选择了上述第1供电模式的情况下，上述控制装置使上述第1及第2开关接通，以将从上述交流电源供给的交流电力经由上述第1及第2开关向上述负载供给，并且对上述第1电力变换器进行控制，以将从上述交流电源经由上述第1开关供给的交流电力变换为直流电力并向上述电力储存装置储存；在选择了上述第2供电模式的情况下，上述控制装置使上述第1开关关断，并对上述第2电力变换器进行控制，以将上述电力储存装置的直流电力变换为交流电力并向上述负载供给；在选择了上述第3供电模式的情况下，使上述第1开关关断，使上述第2开关接通，并对上述第1电力变换器进行控制，以将上述电力储存装置的直流电力变换为交流电力，并经由上述第2开关向上述负载供给。
发明效果
在有关本发明的不间断电源装置中，在选择了第3供电模式的情况下，使第1开关关断，使第2开关接通，并且对第1电力变换器进行控制，以将电力储存装置的直流电力变换为交流电力，经由第2开关向负载供给。因而，在第2电力变换器故障的情况下，通过选择第3供电模式，在交流电源的停电时能够驱动负载。
附图说明
图1是表示实施方式1的不间断电源装置的结构的电路框图。
图2是表示图1所示的不间断电源装置的第1及第2动作模式的电路框图。
图3是表示图1所示的不间断电源装置的第3及第4动作模式的电路框图。
图4是表示图1所示的不间断电源装置的第5及第6动作模式的电路框图。
图5是表示图1所示的不间断电源装置的第7及第8动作模式的电路框图。
图6是表示图1所示的不间断电源装置的第9及第10动作模式的电路框图。
图7是表示图1所示的控制装置的结构的框图。
图8是表示图7所示的控制部的结构的框图。
图9是表示实施方式2的不间断电源装置的结构的电路框图。
具体实施方式
[实施方式1]
图1是表示本发明的实施方式1的不间断电源装置1的结构的电路框图。在图1中，该不间断电源装置1具备输入端子T1、电池端子T2、输出端子T3、输入开关2、电流检测器3、6、变换器(converter)4、直流线路L1、逆变器(inverter)5、旁路开关(bypass switch)7、操作部10及控制装置11。
输入端子T1从商用交流电源12接受商用频率的交流电力。电池端子T2与电池(电力储存装置)13连接。电池13储存直流电力。也可以代替电池13而连接电容器。输出端子T3与负载14连接。负载14通过交流电力而被驱动。
输入开关2(第1开关)的一个端子与输入端子T1连接，其另一个端子与变换器4的交流节点4a连接。输入开关2包括相互反向并联连接的一对晶闸管2a、2b(第1及第2晶闸管)。晶闸管2a的阳极与输入端子T1连接，其阴极与变换器4的交流节点4a连接。晶闸管2b的阳极与变换器4的交流节点4a连接，其阴极与输入端子T1连接。输入开关2(即晶闸管2a、2b)的接通及关断由控制装置11控制。
回到图1，在输入开关2的另一个端子中呈现的交流输入电压Vi的瞬时值由控制装置11检测。基于交流输入电压Vi的瞬时值，判别商用交流电源12的有无发生停电等。电流检测器3检测流动到输入开关2的另一个端子与变换器4的交流节点4a之间的交流输入电流Ii，将表示该检测值的信号Iif向控制装置11给出。
变换器4(第1电力变换器)包括多个IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极晶体管)及多个二极管，由控制装置11控制，在交流节点4a与直流节点4b之间交换电力。变换器4在正向变换动作时，将施加于交流节点4a的交流电力变换为直流电力，向直流节点4b输出。此外，变换器4在反向变换动作时，将施加于直流节点4b的直流电力变换为商用频率的交流电力，向交流节点4a输出。
直流线路L1连接在变换器4的直流节点4b与逆变器5的直流节点5a之间，并且与电池端子T2连接。在直流线路L1中呈现的直流电压VDC(即电池13的端子间电压VDC)的瞬时值由控制装置11检测。
逆变器5(第2电力变换器)包括多个IGBT及多个二极管，由控制装置11控制，在直流节点5a与交流节点5b之间交换电力。逆变器5在反向变换动作时，将施加于直流节点5a的直流电力变换为商用频率的交流电力，向交流节点5b输出。此外，逆变器5在正向变换动作时，将施加于交流节点5b的交流电力变换为直流电力，向直流节点5a输出。
逆变器5的交流节点5b与输出端子T3连接。电流检测器6检测流到逆变器5的交流节点5b与输出端子T3之间的电流Io的瞬时值，将表示其检测值的信号Iof向控制装置11给出。在输出端子T3中呈现的交流输出电压Vo的瞬时值由控制装置11检测。
旁路开关7(第2开关)包括连接在变换器4的交流节点4a与逆变器5的交流节点5b之间的晶闸管开关8、以及相对于晶闸管开关8并联连接的电磁接触器9。晶闸管开关8是与输入开关2相同的结构，包括相互反向并联连接的一对晶闸管8a、8b。晶闸管8a的阳极及阴极分别与交流节点4a、5b连接，晶闸管8b的阳极及阴极分别与交流节点5b、4a连接。但是，与输入开关2相比，晶闸管开关8由小型且低价格的晶闸管8a、8b构成。
晶闸管开关8及电磁接触器9各自的接通及关断由控制装置11控制。在使旁路开关7接通的情况下，使晶闸管开关8瞬时地接通并使电磁接触器9接通，在经过规定时间后使晶闸管开关8关断。这是为了防止晶闸管开关8过热而损坏。
操作部10(选择部)包括由不间断电源装置1的使用者操作的多个按钮、显示各种信息的图像显示部等。通过使用者对操作部10进行操作，能够将不间断电源装置1的电源接通及关断，或选择常时旁路供电模式及常时逆变器供电模式中的某一个供电模式。
控制装置11基于来自操作部10的信号、交流输入电压Vi、交流输入电流Ii、直流电压VDC、交流输出电流Io、交流输出电压Vo等对不间断电源装置1整体进行控制。此外，控制装置11基于交流输入电压Vi的检测值检测是否发生了停电，并检测变换器4、逆变器5等的故障的有无。进而，控制装置11基于来自操作部10的信号、停电的有无、故障的有无，选择第1～第10动作模式中的某1个动作模式，执行所选择的动作模式。
图2的(A)、图2的(B)分别是表示第1及第2动作模式的电路框图。在选择了常时旁路供电模式，变换器4、逆变器5等没有故障、并且从商用交流电源12正常地供给交流电力的情况下(即商用交流电源12的正常时)，控制装置11选择第1动作模式。在正在执行第1动作模式的情况下发生了商用交流电源12的停电的情况下，控制装置11选择第2动作模式。
在选择了第1动作模式(第1供电模式)的情况下，控制装置11如图2的(A)所示，使开关2、7接通，以从商用交流电源12经由输入开关2及旁路开关7向负载14供给交流电力。此外，控制装置11对变换器4进行控制，以将从商用交流电源12经由输入开关2供给的交流电力变换为直流电力并向电池13储存。
在此情况下，从商用交流电源12经由输入开关2供给的交流输入电流Ii的大部分作为交流输出电流Io经由旁路开关7被向负载14供给，交流输入电流Ii的一部分被变换器4变换为充电电流Ic并向电池13供给。
在选择了第2动作模式(第2供电模式)的情况下，控制装置11如图2的(B)所示，使输入开关2及旁路开关7关断，并对逆变器5进行控制，以将电池13的直流电力变换为交流电力并向负载14供给。
此外，控制装置11将用来在停电发生时使输入开关2迅速地关断的辅助电流Ia向输入开关2供给。即，在停电发生时，控制装置11对变换器4进行控制，以停止使晶闸管2a、2b导通的脉冲信号的输出，将向导通的晶闸管2a或2b的正向偏压方向流动的与交流输入电流Ii反极性的辅助电流Ia向晶闸管2a或2b供给，使得晶闸管2a或2b关断。
在此情况下，电池13的放电电流Id的大部分被逆变器5变换为交流输出电流Io并向负载14供给，放电电流Id的一部分被变换器4变换为辅助电流Ia并向输入开关2供给。
另外，在第2动作模式时，也可以将旁路开关7维持为接通状态。在此情况下，当商用交流电源12恢复为正常时，能够迅速地恢复为第1动作模式。
图3的(A)、图3的(B)分别是表示第3及第4动作模式的电路框图。在选择了常时旁路供电模式，从商用交流电源12正常地供给交流电力的情况下，当逆变器5故障时，控制装置11选择第3动作模式。在正在执行第3动作模式的情况下发生了商用交流电源12的停电的情况下，控制装置11选择第4动作模式。
在选择了第3动作模式的情况下，控制装置11如图3的(A)所示，使开关2、7接通，以将交流电力从商用交流电源12经由输入开关2及旁路开关7向负载14供给。此外，控制装置11对变换器4进行控制，以将从商用交流电源12经由输入开关2供给的交流电力变换为直流电力并向电池13储存。
在此情况下，从商用交流电源12经由输入开关2供给的交流输入电流Ii的大部分作为交流输出电流Io经由旁路开关7向负载14供给，交流输入电流Ii的一部分被变换器4变换为充电电流Ic，向电池13供给。
在选择了第4动作模式(第3供电模式)的情况下，控制装置11如图3的(B)所示，使输入开关2关断，将旁路开关7维持为接通状态，并对变换器4进行控制，以将电池13的直流电力变换为交流电力并向负载14供给。此外，控制装置11将用来在停电发生时使输入开关2迅速地关断的辅助电流Ia向输入开关2供给，并对变换器4进行控制，以使交流输出电流Io成为参照电流Ior。
在此情况下，电池13的放电电流Id的大部分被变换器4变换为交流输出电流Io并向负载14供给，放电电流Id的一部分被变换器4变换为辅助电流Ia并向输入开关2供给。
图4的(A)、图4的(B)分别是表示第5及第6动作模式的电路框图。在选择了常时旁路供电模式，从商用交流电源12正常地供给交流电力的情况下，当变换器4故障时，控制装置11选择第5动作模式。在正在执行第5动作模式的情况下发生了商用交流电源12的停电的情况下，控制装置11选择第6动作模式。
在选择了第5动作模式(第4供电模式)的情况下，控制装置11如图4的(A)所示，使开关2、7接通，以从商用交流电源12经由输入开关2及旁路开关7向负载14供给交流电力。此外，控制装置11对逆变器5进行控制，以将从商用交流电源12经由开关2、7供给的交流电力变换为直流电力并向电池13储存。
在此情况下，从商用交流电源12经由输入开关2供给的交流输入电流Ii的大部分作为交流输出电流Io经由旁路开关7向负载14供给，交流输入电流Ii的一部分被逆变器5变换为充电电流Ic，向电池13供给。
在选择了第6动作模式(第5供电模式)的情况下，控制装置11如图4的(B)所示，使输入开关2关断，将旁路开关7维持为接通状态，并对逆变器5进行控制，以将电池13的直流电力变换为交流电力并向负载14供给。此外，控制装置11将用来在停电发生时使输入开关2迅速地关断的辅助电流Ia向输入开关2供给，并对逆变器5进行控制，以使交流输出电流Io成为参照电流Ior。
在此情况下，电池13的放电电流Id的大部分被逆变器5变换为交流输出电流Io并向负载14供给，放电电流Id的一部分被逆变器5变换为辅助电流Ia，经由旁路开关7被向输入开关2供给。
图5的(A)、图5的(B)分别是表示第7及第8动作模式的电路框图。在从商用交流电源12正常地供给交流电力的情况下，当变换器4及逆变器5故障时，控制装置11选择第7动作模式。此外，在从商用交流电源12正常地供给交流电力的情况下，当输入开关2故障的情况下，控制装置11选择第8动作模式。在第7及第8动作模式中，选择常时旁路供电模式及常时逆变器供电模式的哪种没有限制。
在选择了第7动作模式的情况下，控制装置11如图5的(A)所示，使开关2、7接通，以从商用交流电源12经由输入开关2及旁路开关7向负载14供给交流电力。在此情况下，从商用交流电源12经由输入开关2供给的交流输入电流Ii的全部作为交流输出电流Io经由旁路开关7被向负载14供给。
在选择了第8动作模式的情况下，控制装置11如图5的(B)所示，使旁路开关7关断，并对逆变器5进行控制，以将电池13的直流电力变换为交流电力并向负载14供给。
在此情况下，电池13的放电电流Id的全部被逆变器5变换为交流输出电流Io并向负载14供给。另外，在第8动作模式时，由于输入开关2故障而成为关断状态，所以旁路开关7也可以被接通。
图6的(A)、图6的(B)分别是表示第9及第10动作模式的电路框图。在选择了常时逆变器供电模式，从商用交流电源12正常地供给交流电力的情况下，控制装置11执行第9动作模式。在正在执行第9动作模式的情况下发生了商用交流电源12的停电的情况下，控制装置11选择并执行第10动作模式。
在选择了第9动作模式(第6供电模式)的情况下，控制装置11如图6的(A)所示，使输入开关2接通并使旁路开关7关断。此外，控制装置11对变换器4进行控制，以将从商用交流电源12经由输入开关2供给的交流电力变换为直流电力，向逆变器4供给并向电池13储存。进而，控制装置11对逆变器5进行控制，以将从变换器4供给的直流电力变换为交流电力并向负载14供给。
在此情况下，从商用交流电源12经由输入开关2供给的交流输入电流Ii的大部分被变换器4及逆变器5变换为交流输出电流Io并向负载14供给，交流输入电流Ii的一部分被变换器4变换为充电电流Ic并向电池13供给。
在选择了第10动作模式(第7供电模式)的情况下，控制装置11如图6的(B)所示，使输入开关2及旁路开关7关断，并且对逆变器5进行控制，以将电池13的直流电力变换为交流电力并向负载14供给。在此情况下，电池13的放电电流Id的全部被逆变器5变换为交流输出电流Io并向负载14供给。
另外，在常时逆变器供电模式下，由于由变换器4将从商用交流电源12供给的交流电压Vi变换为直流电压VDC，由逆变器5将该直流电压VDC变换为交流电压Vo并向负载14供给，所以能够将高品质的交流电压Vo向负载14供给。但是，在常时逆变器供电模式下，由于在变换器4及逆变器5中总是发生电力损失，所以电力损失变大。
相对于此，在常时旁路供电模式中，由于将来自商用交流电源12的交流电压原样向负载14供给，所以供给到负载14的交流电压Vo的品质下降。但是，在常时旁路供电模式中，变换器4及逆变器5中的电力损失比常时逆变器供电模式小。因此，也将常时旁路供电模式称作经济模式。
图7是表示控制装置11的结构的框图。在图7中，控制装置11包括停电检测器21、故障检测器23、模式选择部22、控制部24及驱动电路25～28。
操作部10将表示选择了常时旁路供电模式及常时逆变器供电模式中的哪个供电模式的信号向模式选择部22输出。停电检测器21检测交流输入电压Vi，在该检测值比规定的阈值电压高的情况下，判别为从商用交流电源12正常地供给交流电力，将表示商用交流电源12正常的信号向模式选择部22输出。此外，停电检测器21在交流输入电压Vi的检测值比规定的阈值电压低的情况下，判别为没有从商用交流电源12正常地供给交流电力，将表示发生了商用交流电源12的停电的信号向模式选择部22输出。
故障检测器23检测输入开关2、变换器4及逆变器5各自是否正常，将表示其检测结果的信号向模式选择部22输出。故障检测器23例如检测构成输入开关2的晶闸管2a、2b各自的端子间电压、构成变换器4的多个IGBT各自的端子间电压、构成逆变器5的多个IGBT各自的端子间电压，基于这些检测结果判别故障的有无。
或者，故障检测器23例如检测在构成输入开关2的晶闸管2a、2b的各自中流动的电流、在构成变换器4的多个IGBT的各自中流动的电流、在构成逆变器5的多个IGBT的各自中流动的电流，基于这些检测结果判别故障的有无。
模式选择部22基于来自操作部10的信号、来自停电检测器21的信号及来自故障检测器23的信号，选择第1～第10动作模式中的某1个动作模式，将表示所选择的动作模式的信号MS向控制部24输出。动作模式的选择方法如在图2～图6中说明的那样。
控制部24基于来自模式选择部22的信号MS、交流输入电压Vi、交流输入电流Ii、直流电压VDC、交流输出电流Io、交流输出电压Vo，生成用来执行所选择的动作模式的控制信号CNTa～CNTd。
图8是表示控制部24的结构的框图。在图8中，控制部24包括电压检测器31～33及控制电路34～37。电压检测器31检测交流输入电压Vi的瞬时值，将表示其检测值的信号向控制电路34～37输出。电压检测器32检测直流电压VDC的瞬时值，将表示其检测值的信号向控制电路35、36输出。电压检测器33检测交流输出电压Vo的瞬时值，将表示其检测值的信号向控制电路35、36输出。
控制电路34基于由电压检测器31的输出信号表示的交流输入电压Vi和模式选择信号MS，生成用来对输入开关2进行控制的控制信号CNTa。控制信号CNTa包括分别用来使晶闸管2a、2b导通的脉冲信号Pa1、Pb1。
在第1、第3、第5、第7及第9动作模式时，如由图2的(A)、图3的(A)、图4的(A)、图5的(A)、图6的(A)表示那样，控制电路34生成控制信号CNTa，以使输入开关2接通。即，当交流输入电压Vi为正极性时控制电路34输出脉冲信号Pa1而使晶闸管2a导通，当交流输入电压Vi为负极性时控制电路34输出脉冲信号Pb1而使晶闸管2b导通。晶闸管2a、2b分别在正向偏压方向的电流成为0A时关断。
在第2、第4、第6、第8及第10动作模式时，如由图2的(B)、图3的(B)、图4的(B)、图5的(B)、图6的(B)表示那样，控制电路34生成控制信号CNTa，以使输入开关2关断。此时，控制电路34不输出脉冲信号Pa1、Pb1，不使晶闸管2a、2b导通。
控制电路35基于由电压检测器31～33的输出信号表示的交流输入电压Vi、直流电压VDC及交流输出电压Vo、由电流检测器3、6的输出信号Iif、Iof表示的交流输入电流Ii及交流输出电流Io以及模式选择信号MS，生成用来对变换器4进行控制的控制信号CNTb。控制信号CNTb包括用来对变换器4中包含的多个IGBT进行控制的多个PWM(Pulse WidthModulation：脉宽调制)信号PA和用来使驱动电路26启动或停用的信号ENA。
在第1、第3及第9动作模式时，控制电路35如由图2的(A)、图3的(A)、图6的(A)表示那样，对变换器4进行控制，以将从商用交流电源12经由输入开关2供给的交流电力变换为直流电力并向电池13储存。
此时控制电路35生成对应于参照电压VDCr与直流电压VDC的偏差ΔVDC＝VDCr－VDC的值的电流指令值Iic1，基于该电流指令值Iic1、交流输入电流Ii的偏差ΔIi＝Iic1－Ii和交流输入电压Vi，生成正弦波状的电压指令值Vic1，基于其电压指令值Vic1，生成多个PWM信号PA。此外，控制电路35将信号ENA设为启动电平的“H”电平，使驱动电路26启动。由此，将直流电压VDC控制以成为参照电压VDCr。
在第2动作模式时，控制电路35如在图2的(B)中表示那样，对变换器4进行控制，以将用来在停电发生时使输入开关2(即晶闸管2a、2b)迅速关断的辅助电流Ia向输入开关2供给。
此时控制电路35生成与流到输入开关2中的交流输入电流Ii反极性的电流指令值Iic2＝－Ii，基于该电流指令值Iic2生成正弦波状的电压指令值Vic1，基于该电压指令值Vic1生成多个PWM信号PA。此外，控制电路35将信号ENA设为启动电平的“H”电平，使驱动电路26启动。由此，以与输入开关2中流动的交流输入电流Ii相同的值将相反极性的辅助电流Ia从变换器4向输入开关2供给，将向输入开关2的晶闸管2a、2b的正向偏压方向流动的电流设为0A，输入开关2迅速地关断。
在第4动作模式时，控制电路35如由图3的(B)表示那样，将用来在停电发生时使输入开关2(即晶闸管2a、2b)迅速地关断的辅助电流Ia向输入开关2供给，并对变换器4进行控制以使交流输出电流Io成为参照电流Ior。
此时控制电路35生成与在输入开关2中流动的交流输入电流Ii相反极性的电流指令值Iic2＝－Ii，并基于参照电流Ior与交流输出电流Io的偏差ΔIo＝Ior－Io生成电流指令值Ioc1，将电流指令值Iic2与电流指令值Ioc1相加而生成电流指令值Ioc2。并且，控制电路35基于该电流指令值Ioc2生成正弦波状的电压指令值Voc1，基于该电压指令值Voc1生成多个PWM信号PA。此外，控制电路35将信号ENA设为启动电平的“H”电平，使驱动电路26启动。
由此，以与在输入开关2中流动的交流输入电流Ii相同的值将相反极性的辅助电流Ia从变换器4向输入开关2供给，输入开关2迅速地关断。此外，将交流输出电流Io控制以成为参照电流Ior。
在第5、第6及第7动作模式时，如在图4的(A)、图4的(B)及图5的(A)中表示那样，由于变换器4故障，所以控制电路35停止多个PWM信号PA的生成，将信号ENA设为停用电平的“L”电平，使驱动电路26停用。在此情况下，将全部的IGBT的栅极维持为停用电平的“L”电平，以使变换器4中包含的全部的IGBT成为关断状态。
在第8动作模式时，如在图5的(B)中表示那样，由于输入开关2故障，所以控制电路35停止多个PWM信号PA的生成，将信号ENA设为停用电平的“L”电平，使驱动电路26停用。在此情况下，将全部的IGBT的栅极维持为停用电平的“L”电平，以使变换器4中包含的全部的IGBT成为关断状态。
在第10动作模式时，如用图6的(B)表示那样，由于发生了商用交流电源12的停电，所以控制电路35将多个PWM信号PA的生成停止，将信号ENA设为停用电平的“L”电平，使驱动电路26停用。在此情况下，将全部的IGBT的栅极维持为停用电平的“L”电平，以使变换器4中包含的全部的IGBT成为关断状态。
控制电路36基于由电压检测器31～33的输出信号表示的交流输入电压Vi、直流电压VDC及交流输出电压Vo、由电流检测器3、6的输出信号Iif、Iof表示的交流输入电流Ii及交流输出电流Io和模式选择信号MS，生成用来对逆变器5进行控制的控制信号CNTc。控制信号CNTc包括用来对逆变器5中包含的多个IGBT进行控制的多个PWM信号PB和用来使驱动电路27启动或停用的信号ENB。
在第1动作模式时，控制电路36如在图2的(A)中表示那样，生成控制信号CNTc以使逆变器5成为待机状态。此时控制电路36基于参照电流Ior与交流输出电流Io的偏差ΔIo＝Ior－Io生成电流指令值Ioc11，基于该电流指令值Ioc11生成正弦波状的电压指令值Voc11，基于该电压指令值Voc11生成多个PWM信号PB。此外，控制电路36将信号ENA设为停用电平的“L”电平，使驱动电路27停用。
由此，逆变器5被设为可瞬时起动的待机状态。当发生了商用交流电源12的停电时，仅通过将信号ENA设为启动电平的“H”电平而使驱动电路27启动，能够使逆变器5起动，能够将与参照电流Ior对应的值的交流输出电流Io从逆变器5迅速地供给到负载14。
在第2、第8及第10动作模式时，控制电路36如在图2的(B)、图5的(B)及图6的(B)中表示那样，对逆变器5进行控制，以由逆变器5将电池13的直流电力变换为交流电力、从逆变器5向负载14供给交流电流Io。
此时，控制电路36基于参照电流Ior与交流输出电流Io的偏差ΔIo＝Ior－Io生成电流指令值Ioc11，基于该电流指令值Ioc11生成正弦波状的电压指令值Voc11，基于该电压指令值Voc11生成多个PWM信号PB。此外，控制电路36将信号ENA设为启动电平的“H”电平，使驱动电路27启动。由此，从逆变器5向负载14供给与参照电流Ior对应的值的交流输出电流Io，将负载14运转。
控制电路36在电池13的端子间电压VDC比下限电压VDCL低的情况下，将多个PWM信号PB的生成停止，并将信号ENA设为停用电平的“L”电平，使驱动电路27停用。在此情况下，将负载14的运转停止。
在第3、第4及第7动作模式时，由于如在图3的(A)、图3的(B)及图5的(A)中表示那样逆变器5故障，所以控制电路36将多个PWM信号PB的生成停止，将信号ENB设为停用电平的“L”电平，使驱动电路27停用。在此情况下，全部的IGBT的栅极被维持为停用电平的“L”电平，以使逆变器5中包含的全部的IGBT成为关断状态。
在第5动作模式时，控制电路36如在图4的(A)中表示那样，对逆变器5进行控制，以将从商用交流电源12经由输入开关2及旁路开关7供给的交流电力变换为直流电力并储存到电池13中。
此时控制电路36生成对应于参照电压VDCr与直流电压VDC的偏差ΔVDC＝VDCr－VDC的值的电流指令值Iic11，基于该电流指令值Iic11与交流输入电流Ii的偏差ΔIi＝Iic11－Ii以及交流输入电压Vi，生成正弦波状的电压指令值Vic11，基于该电压指令值Vic11生成多个PWM信号PB。此外，控制电路35将信号ENB设为启动电平的“H”电平，使驱动电路27启动。由此，将直流电压VDC控制以成为参照电压VDCr。
在第6动作模式时，控制电路36如在图4的(B)中表示那样，将用来在停电发生时使输入开关2(即晶闸管2a、2b)迅速地关断的辅助电流Ia向输入开关2供给，并对逆变器5进行控制，以使交流输出电流Io成为参照电流Ior。
此时控制电路36生成在输入开关2中流动的交流输入电流Ii与相反极性的电流指令值Iic12＝－Ii，并且基于参照电流Ior与交流输出电流Io的偏差ΔIo＝Ior－Io生成电流指令值Ioc11，将电流指令值Iic12与电流指令值Ioc11相加而生成电流指令值Ioc12。并且，控制电路36基于该电流指令值Ioc12生成正弦波状的电压指令值Voc12，基于该电压指令值Voc12生成多个PWM信号PB。此外，控制电路36将信号ENB设为启动电平的“H”电平，使驱动电路27启动。
由此，从逆变器5向输入开关2供给与在输入开关2中流动的交流输入电流Ii相同的值、相反极性的辅助电流Ia，输入开关2迅速地关断。此外，将交流输出电流Io控制以成为与参照电流Ior对应的值。
在第9动作模式时，控制电路36如在图6的(A)中表示那样，对逆变器5进行控制，以由逆变器5将由变换器4生成的直流电力变换为交流电力，从逆变器5向负载14供给交流电流Io。
此时，控制电路36基于参照电流Ior与交流输出电流Io的偏差ΔIo＝Ior－Io生成电流指令值Ioc11，基于该电流指令值Ioc11生成正弦波状的电压指令值Voc11，基于该电压指令值Voc11生成多个PWM信号PB。此外，控制电路36将信号ENB设为启动电平的“H”电平，使驱动电路27启动。由此，从逆变器5向负载14供给与参照电流Ior对应的值的交流输出电流Io，将负载14运转。
控制电路37基于由电压检测器31的输出信号表示的交流输入电压Vi和模式选择信号MS，生成用来对旁路开关7进行控制的控制信号CNTd。控制信号CNTd包括用来使晶闸管开关8的晶闸管8a、8b导通的脉冲信号Pa2、Pb2和用来对电磁接触器9的接通及关断进行控制的信号S1。
在第1、第3、第4、第5、第6及第7动作模式时，如在图2的(A)、图3的(A)、图3的(B)、图4的(A)、图4的(B)、图5的(A)中表示那样，控制电路37生成控制信号CNTd，以使旁路开关7接通。
此时控制电路37将信号S1设为启动电平的“H”电平，使电磁接触器9接通。此外，控制电路37在使旁路开关7迅速地接通的情况下，当交流输入电压Vi为正极性时输出脉冲信号Pa2，当交流输入电压Vi为负极性时输出脉冲信号Pb2，使晶闸管开关8在规定时间中接通。
在第2、第8、第9及第10动作模式时，如在图2的(B)、图5的(B)、图6的(A)、图6的(B)中表示那样，控制电路37生成控制信号CNTd，以使旁路开关7关断。此时，控制电路37将信号S1设为停用电平的“L”电平，使电磁接触器9关断。此外，控制电路37不输出脉冲信号Pa2、Pb2，不使晶闸管开关8导通。
回到图7，驱动电路25将从控制电路34输出的脉冲信号Pa1、Pb1分别向晶闸管2a、2b的栅极施加。如果在晶闸管2a、2b的栅极上被施加脉冲信号Pa1、Pb1，则晶闸管2a、2b导通，输入开关2接通。
驱动电路26在来自控制电路35的信号ENA被设为启动电平的“H”电平的情况下被启动，响应于来自控制电路35的多个PWM信号PA，使变换器4中包含的多个IGBT分别接通及关断。由此，进行变换器4的正向变换动作或反向变换动作。驱动电路26在来自控制电路35的信号ENA被设为停用电平的“L”电平的情况下停用，使变换器4中包含的多个IGBT分别关断。由此，将变换器4的运转停止。
驱动电路27在来自控制电路36的信号ENB被设为启动电平的“H”电平的情况下启动，响应于来自控制电路36的多个PWM信号PB，逆变器5中包含的多个IGBT分别接通及关断。由此，进行逆变器5的反向变换动作或正向变换动作。驱动电路27在来自控制电路36的信号ENB被设为停用电平的“L”电平的情况下停用，使逆变器5中包含的多个IGBT分别关断。由此，将逆变器5设为待机状态。
驱动电路28在从控制电路37输出的信号S1为启动电平的“H”电平的情况下使电磁接触器9接通，在信号S1为停用电平的“L”电平的情况下使电磁接触器9关断。此外，驱动电路28将从控制电路37输出的脉冲信号Pa2、Pb2向晶闸管开关8的晶闸管8a、8b的栅极施加。如果在晶闸管8a、8b的栅极上被施加脉冲信号Pa2、Pb2，则晶闸管8a、8b导通，晶闸管开关8接通。
接着，对该不间断电源装置1的动作进行说明。在从商用交流电源12正常地供给交流电力的情况下(商用交流电源12的正常时)，如果使用操作部10(图7)选择常时旁路供电模式，则由模式选择部22(图7)选择第1动作模式。
在此情况下，如由图2的(A)表示那样，输入开关2及旁路开关7被接通，从商用交流电源12供给的交流电力经由开关2、7被向负载14供给，将负载14驱动。
此外，由变换器4将从商用交流电源12供给的交流电力变换为直流电力，向电池13储存。此外，由控制电路36(图8)生成多个PWM信号PB，并将信号ENB设为停用电平的“L”电平，多个PWM信号PB被驱动电路27(图7)阻止，使逆变器5成为待机状态。
如果在选择了第1动作模式的情况下将来自商用交流电源12的交流电力的供给停止，则由停电检测器21(图7)检测到商用交流电源12的停电，由模式选择部22(图7)选择第2动作模式。
在此情况下，如由图2的(B)表示那样，旁路开关7被关断，并且由变换器5将电池13的直流电力变换为交流电力，从变换器4向输入开关2供给与交流输入电流Ii相反极性的辅助电流Ia，将输入开关2迅速地关断。
此外，由控制电路36(图8)将信号ENB设为启动电平的“H”电平，由驱动电路27驱动逆变器5，由逆变器5将电池13的直流电力变换为交流电力，向负载14供给。因而，在电池13中储存有直流电力的期间中，能够继续负载14的运转。
此外，在选择了第1动作模式的情况下，在逆变器5故障的情况下，由故障检测器23(图7)检测到逆变器5的故障，由模式选择部22选择第3动作模式。
在此情况下，如由图3的(A)表示那样，输入开关2及旁路开关7被维持为接通状态，从商用交流电源12供给的交流电力经由开关2、7被向负载14供给，继续负载14的运转。
此外，由变换器4将从商用交流电源12供给的交流电力变换为直流电力，储存到电池13中。此外，由控制电路36(图8)停止多个PWM信号PB的生成，并将信号ENB设为停用电平的“L”电平，由驱动电路27对逆变器5中包含的全部的IGBT进行控制，以使其成为关断状态。
在选择了第3动作模式的情况下，如果发生商用交流电源12的停电，则由停电检测器21(图7)检测到商用交流电源12的停电，由模式选择部22(图7)选择第4动作模式。
在此情况下，如由图3的(B)表示那样，由变换器4将电池13的直流电力变换为交流电力，从变换器4向输入开关2供给与交流输入电流Ii相反极性的辅助电流Ia，将输入开关2迅速地关断。此外，由变换器4将电池13的直流电力变换为交流电力，经由旁路开关7向负载14供给。因而，在电池13中储存有直流电力的期间中，能够继续负载14的运转。
此外，在选择了第1动作模式的情况下，在变换器4故障时，由故障检测器23(图7)检测到变换器4的故障，由模式选择部22选择第5动作模式。
在此情况下，如由图4的(A)表示那样，输入开关2及旁路开关7被维持为接通状态，从商用交流电源12供给的交流电力经由开关2、7被向负载14供给，继续负载14的运转。
此外，由逆变器5将从商用交流电源12经由开关2、7供给的交流电力变换为直流电力并向电池13储存。此外，由控制电路35(图8)将多个PWM信号PA的生成停止并将信号ENA设为停用电平的“L”电平，由驱动电路26对变换器4中包含的全部的IGBT进行控制以成为关断状态。
在选择了第5动作模式的情况下，如果发生商用交流电源12的停电，则由停电检测器21(图7)检测商用交流电源12的停电，由模式选择部22(图7)选择第6动作模式。
在此情况下，如由图4的(B)表示那样，由逆变器5将电池13的直流电力变换为交流电力，从逆变器5经由旁路开关7向输入开关2供给与交流输入电流Ii相反极性的辅助电流Ia，将输入开关2迅速地关断。此外，由逆变器5将电池13的直流电力变换为交流电力，向负载14供给。因而，在电池13中储存有直流电力的期间中，能够继续负载14的运转。
此外，在选择了第1动作模式的情况下，在变换器4及逆变器5故障的情况下，由故障检测器23(图7)检测到变换器4及逆变器5的故障，由模式选择部22选择第7动作模式。
在此情况下，如由图5的(A)表示那样，输入开关2及旁路开关7被维持为接通状态，从商用交流电源12供给的交流电力经由开关2、7被向负载14供给，继续负载14的运转。
此外，由控制电路35(图8)将多个PWM信号PA的生成停止并将信号ENA设为停用电平的“L”电平，由驱动电路26对变换器4中包含的全部的IGBT进行控制以使其成为关断状态。此外，由控制电路36(图8)将多个PWM信号PB的生成停止，并将信号ENB设为停用电平的“L”电平，由驱动电路27对逆变器5中包含的全部的IGBT进行控制以使其成为关断状态。
此外，在选择了第1动作模式的情况下，在输入开关2故障时，由故障检测器23(图7)检测到输入开关2的故障，由模式选择部22选择第8动作模式。
在此情况下，如由图5的(B)表示那样，由逆变器5将电池13的直流电力变换为交流电力并向负载14供给。因而，在电池13中储存有直流电力的期间中，能够继续负载14的运转。此外，由控制电路34(图8)将脉冲信号Pa1、Pb1的生成停止，使输入开关2成为关断状态。由控制电路37(图8)将信号S1设为停用电平的“L”电平，使旁路开关7成为关断状态。
此外，在商用交流电源12的正常时，如果使用操作部10(图7)选择了常时逆变器供电模式，则由模式选择部22(图7)选择第9动作模式。
在此情况下，如由图6的(A)表示那样，输入开关2被接通，旁路开关7被关断，由变换器4将从商用交流电源12经由输入开关2供给的交流电力变换为直流电力。将由变换器4生成的直流电力向电池13储存，并由逆变器5变换为交流电力，向负载14供给，将负载14驱动。
在选择了第9动作模式的情况下，如果来自商用交流电源12的交流电力的供给被停止，则由停电检测器21(图7)检测到商用交流电源12的停电，由模式选择部22(图7)选择第10动作模式。
在此情况下，如由图6的(B)表示那样，输入开关2被关断，并且由逆变器5将电池13的直流电力变换为交流电力并向负载14供给。因而，在电池13中储存有直流电力的期间中，能够继续负载14的运转。
如以上这样，在该实施方式1中，在输入端子T1与变换器4的交流节点4a之间连接输入开关2，在选择了第4动作模式的情况下，使输入开关2关断，使旁路开关7接通，并对变换器4进行控制，以将电池13的直流电力变换为交流电力，经由旁路开关7向负载14供给。因而，在逆变器5故障的情况下，通过选择第4动作模式，在商用交流电源12的停电时能够将负载14运转。
[实施方式2]
图9是表示本发明的实施方式2的不间断电源装置40的结构的电路框图，是与图1对比的图。参照图9，该不间断电源装置40与图1的不间断电源装置1的不同点是，旁路开关7被替换为旁路开关41、控制装置11被替换为控制装置42。
旁路开关41与输入开关2同样，包括相互反向并联连接的一对晶闸管41a、41b。晶闸管41a的阳极及阴极分别与交流节点4a、5b连接，晶闸管41b的阳极及阴极分别与交流节点5b、4a连接。旁路开关41的晶闸管41a、41b是与输入开关2的晶闸管2a、2b相同的尺寸。
控制装置42与控制装置11同样地动作。但是，控制装置42在使旁路开关41接通时，同步于从商用交流电源12、变换器4或逆变器5供给的交流电压而生成脉冲信号Pa3、Pb3，将所生成的脉冲信号Pa3、Pb3分别向晶闸管41a、41b的栅极施加，使晶闸管41a、41b导通。此外，控制装置42使旁路开关41关断时，将脉冲信号Pa3、Pb3的生成停止而使晶闸管41a、41b关断。在该实施方式2中，也能得到与实施方式1相同的效果。
此次公开的实施方式在全部的方面都是例示，而并非限制性的。本发明不是由上述的说明表示、而是由权利要求书表示，意味着包含与权利要求书等价的意义及范围内的全部变更。
标号说明
1、40不间断电源装置；T1输入端子；T2电池端子；T3输出端子；2输入开关；2a、2b、8a、8b、41a、41b晶闸管；3、6电流检测器；4变换器，L1直流线路；5逆变器；7、41旁路开关；10操作部；11；42控制装置；12商用交流电源；13电池；14负载；21停电检测器；22故障检测器；23模式选择部；24控制部；25～28驱动电路；31～33电压检测器；34～37控制电路。

Claims (9)

1.一种不间断电源装置，其特征在于，
具备：
第1开关，一个端子接受从交流电源供给的交流电力，另一个端子与交流节点连接；
第2开关，一个端子与上述交流节点连接，另一个端子与负载连接；
第1电力变换器，在上述交流节点与电力储存装置之间交换电力；
第2电力变换器，在上述电力储存装置与上述第2开关的另一个端子之间交换电力；以及
控制装置，选择第1、第2及第3供电模式中的某个供电模式，执行所选择的供电模式；
在选择了上述第1供电模式的情况下，上述控制装置使上述第1及第2开关接通，以将从上述交流电源供给的交流电力经由上述第1及第2开关向上述负载供给，并且对上述第1电力变换器进行控制，以将从上述交流电源经由上述第1开关供给的交流电力变换为直流电力并向上述电力储存装置储存；
在选择了上述第2供电模式的情况下，上述控制装置使上述第1开关关断，并对上述第2电力变换器进行控制，以将上述电力储存装置的直流电力变换为交流电力并向上述负载供给；
在选择了上述第3供电模式的情况下，使上述第1开关关断，使上述第2开关接通，并对上述第1电力变换器进行控制，以将上述电力储存装置的直流电力变换为交流电力，并经由上述第2开关向上述负载供给。
2.如权利要求1所述的不间断电源装置，其特征在于，
在上述第1及第2电力变换器正常的情况下，在上述交流电源的正常时上述控制装置选择上述第1供电模式；
在上述第1及第2电力变换器正常的情况下，在上述交流电源的停电时上述控制装置选择上述第2供电模式；
在上述第2电力变换器故障的情况下，在上述交流电源的停电时上述控制装置选择上述第3供电模式。
3.如权利要求1所述的不间断电源装置，其特征在于，
上述第1开关包括相互反向并联连接的第1及第2晶闸管；
上述控制装置在选择了上述第2及第3供电模式的情况下，还对上述第1电力变换器进行控制，以向上述第1开关供给用来使上述第1开关关断的辅助电流。
4.如权利要求1所述的不间断电源装置，其特征在于，
上述控制装置选择上述第1～第3供电模式和第4及第5供电模式中的某个供电模式；
在选择了上述第4供电模式的情况下，上述控制装置使上述第1及第2开关接通，以将从上述交流电源供给的交流电力经由上述第1及第2开关向上述负载供给，并且对上述第2电力变换器进行控制，以将从上述交流电源经由上述第1及第2开关供给的交流电力变换为直流电力并向上述电力储存装置储存；
在选择了上述第5供电模式的情况下，上述控制装置使上述第1开关关断，并且对上述第2电力变换器进行控制，以将上述电力储存装置的直流电力变换为交流电力并向上述负载供给。
5.如权利要求4所述的不间断电源装置，其特征在于，
在上述第1电力变换器故障的情况下，在上述交流电源的正常时上述控制装置选择上述第4供电模式；
在上述第1电力变换器故障的情况下，在上述交流电源的停电时上述控制装置选择上述第5供电模式。
6.如权利要求4所述的不间断电源装置，其特征在于，
上述第1开关包括相互反向并联连接的第1及第2晶闸管；
上述控制装置在选择了上述第5供电模式的情况下，还使上述第2开关接通，并且对上述第2电力变换器进行控制，以经由上述第2开关向上述第1开关供给用来使上述第1开关关断的辅助电流。
7.如权利要求4所述的不间断电源装置，其特征在于，
上述控制装置选择上述第1～第5供电模式和第6及第7供电模式中的某个供电模式；
在选择了上述第6供电模式的情况下，上述控制装置使上述第1开关接通，使上述第2开关关断，对上述第1电力变换器进行控制，以将从上述交流电源经由上述第1开关供给的交流电力变换为直流电力，向上述第2电力变换器供给并向上述电力储存装置储存，并且对上述第2电力变换器进行控制，以将从上述第1电力变换器供给的直流电力变换为交流电力并向上述负载供给；
在选择了上述第7供电模式的情况下，上述控制装置使上述第1开关关断，并且对上述第2电力变换器进行控制，以将上述电力储存装置的直流电力变换为交流电力并向上述负载供给。
8.如权利要求7所述的不间断电源装置，其特征在于，
还具备选择常时旁路供电模式及常时逆变器供电模式中的某个供电模式的选择部；
在由上述选择部选择了上述常时旁路供电模式的情况下，上述控制装置选择上述第1～第5供电模式中的某个供电模式；
在由上述选择部选择了上述常时逆变器供电模式的情况下，上述控制装置选择上述第6及第7供电模式中的某个供电模式。
9.如权利要求8所述的不间断电源装置，其特征在于，
在上述第1及第2电力变换器正常的情况下，在上述交流电源的正常时上述控制装置选择上述第6供电模式；
在上述第1及第2电力变换器正常的情况下，在上述交流电源的停电时上述控制装置选择上述第7供电模式。
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