JP2000014041A - 電力変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 バイパス電源とインバータ電源とが正常な同
期がとれていない非同期の状態でも負荷電圧に変動を与
えることなく両電源間の切り換えを可能とする電力変換
装置を得ることを目的とする。 【解決手段】 切換判定回路３０は電圧センサ２０から
のインバータ２の電圧と、電圧センサ２１からのバイパ
ス電源６の電圧との電圧差を検出してこれが所定の範囲
内になったとき切換許可信号を出力する。切換制御回路
２３は、切換指令発生回路２２からの切換指令と切換判
定回路３０からの切換許可信号とを入力するとスイッチ
４，５へオン、オフの指令信号を送出してインバータ電
源からバイパス電源への切換を実行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はＵＰＳ（無停電電
源装置）などのように、直流を交流に変換する直流／交
流電力変換器と、バイパス電源とを切り換えて負荷に電
力を供給する電力変換装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２２は従来の電力変換装置を示すもの
で、例えば、電気書院発行「無停電電源装置（ＵＰＳ）
導入実践ガイド」（１９８９年２月２５日第１版第１刷
発行）のＰ５６〜６１に記載の無瞬断バイパス切換方式
を説明するものである。図において、１は直流電力を供
給する直流電圧源、２は直流を交流に変換するインバー
タ、３はインバータ２の出力電圧にフィルタをかけ不必
要な周波数成分を減衰させるフィルタ回路、４はフィル
タ回路３の出力につながったスイッチ、６は商用電源で
あるバイパス電源、５はバイパス電源６の出力につなが
ったスイッチ、７はスイッチ４およびスイッチ５を介し
てそれぞれインバータ２およびバイパス電源６に接続さ
れた負荷である。特に、前記スイッチ５はサイリスタ等
の半導体で構成され高速動作ができるスイッチである。

【０００３】また、２０はフィルタ回路３の出力電圧を
検出する電圧センサ、２１はバイパス電源６の電圧を検
出する電圧センサ、２２はスイッチ４、５の動作指令を
発生する切換指令発生回路で、その出力信号である切換
指令は切換が完了するまで出力し続けるよう動作する。
また、２４は発振器、２５は電圧センサ２０、２１の出
力であるインバータ電圧とバイパス電圧とを同期させる
ための位相情報と同期状態信号を出力する同期制御回路
で、バイパス電源６の周波数が異常な場合は発振器２４
の出力を位相情報として出力する。２３は切換指令発生
回路２２と同期制御回路２５の出力を受けてスイッチ
４、５のオン・オフ信号を出力する切換制御回路、２６
は電圧振幅指令を発生する回路、２７は電圧振幅指令と
位相情報とからインバータ２の電圧指令を生成する電圧
指令発生回路、２８は電圧指令とインバータ電圧を入力
しインバータ電圧を指令通りとなるよう制御する電圧制
御回路、２９は電圧制御回路２８の出力を受けてインバ
ータの駆動指令を出力する駆動回路である。

【０００４】図２３は、負荷７に供給する電源をインバ
ータ２からバイパス電源６に切り換えるときのスイッチ
４および５の動作指令のタイミングチャートを示したも
のである。

【０００５】次に動作について説明する。負荷７への電
源をインバータ２からバイパス電源６に切り換える場
合、切換の前後で負荷に電圧の急変を起こさないように
するため、同期制御回路２５によりインバータ２はバイ
パス電源６と同期（同一周波数・同一位相）運転を行
う。切換指令発生回路２２から、負荷７への電源を、イ
ンバータ２からバイパス電源６に切り換える指令が出力
されたとき、インバータ２の出力がバイパス電源６の電
圧に同期していると、図２３に示すタイミングチャート
のようにバイパス電源６のスイッチ５をオンし、スイッ
チ４と５を共にオンした状態（ラップ状態）を作りなが
らインバータ２のスイッチ４をオフさせることで負荷に
電圧変動を起こすことなく電源を切り換える。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来の電力変換装置は
以上のように構成されているので、バイパス電源６の電
圧および周波数が所定の範囲（例えば、電圧は基準値±
１０％以内、周波数は基準値±１％以内）にあって、同
期制御回路２５によりバイパス電源６に同期する電圧を
インバータ２が出力している場合は問題ないが、バイパ
ス電源６の電圧または周波数が上記所定の範囲を越えて
同期制御が実施されていない非同期の場合には、スイッ
チ４と５をラップさせながら切り換えたりインバータ２
を停止した瞬間にバイパス電源６の高速スイッチ５をオ
ンさせたりすると、２つの電源の電圧差により負荷機器
内の変圧器やコンデンサに過大な電流が流れたり電圧が
低下したりなどして負荷システムの停止を招く恐れがあ
る。従って、非同期のときはインバータ２とバイパス電
源６との間の切換ができないので、メンテナンス時等に
保守電源に電圧を瞬断することなく切り換えたり、バイ
パス給電からインバータ給電に切り換えること等ができ
ないという問題点があった。

【０００７】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、バイパス電源とインバータ電源と
が正常な同期がとれていない非同期の状態でも負荷電圧
に変動を与えることなく両電源間の切り換えを可能とす
る電力変換装置を得ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明の電力変換装置
は、電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧
源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手
段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷
との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および
第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続
する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのい
ずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換
装置において、上記電源の切換指令を発生する切換指令
発生回路、上記交流電圧源とバイパス電源との電圧差を
検出し、この電圧差が所定の範囲内になったとき切換許
可信号を出力する切換判定回路、および上記切換指令と
上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開
閉手段を開閉操作する切換制御回路を備えたものであ
る。

【０００９】また、この発明の電力変換装置は、三相電
源の場合、切換判定回路は、三相各相毎に交流電圧源と
バイパス電源との瞬時電圧差を演算する減算器、これら
各減算器の出力の絶対値を加算する加算器、およびこの
加算器の出力が所定の値内になったとき切換許可信号を
出力する比較器を備えたものである。

【００１０】また、この発明の電力変換装置は、切換判
定回路は、交流電圧源の電圧とバイパス電源の電圧との
振幅差および位相差が所定の範囲内になったとき切換許
可信号を出力するようにしたものである。

【００１１】また、この発明の電力変換装置は、三相電
源の場合、切換判定回路は、交流電圧源の三相電圧をｄ
軸とｑ軸の二相に変換する第１の３／２変換回路、バイ
パス電源の三相電圧をｄ軸とｑ軸の二相に変換する第２
の３／２変換回路、上記両３／２変換回路の出力のｄ軸
成分同士の瞬時値差を演算する第１の減算器、上記両３
／２変換回路の出力のｑ軸成分同士の瞬時値差を演算す
る第２の減算器、上記両減算器の出力の２乗和の平方根
を演算する振幅検出回路、およびこの振幅検出回路の出
力が所定の値内になったとき切換許可信号を出力する比
較器を備えたものである。

【００１２】また、この発明の電力変換装置は、負荷に
接続する電源を、交流電圧源からバイパス電源に切り換
える切換指令が出力された場合、上記交流電圧源の電圧
とバイパス電源の電圧との振幅差を、上記交流電圧源の
電圧指令に加算する加算器を備えたものである。

【００１３】また、この発明の電力変換装置は、所定の
電圧および周波数の範囲内で、交流電圧源の電圧指令を
バイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期
させる同期制御回路を備え、負荷に接続する電源を、上
記交流電圧源からバイパス電源に切り換える切換指令が
出力された場合、上記同期が成立しているときは上記切
換に係る第１および第２の開閉手段の開閉操作中上記交
流電圧源の出力を維持し、上記同期が成立していない非
同期時は上記切換に係る上記第２の開閉手段の閉動作と
同時に上記交流電圧源の出力を停止するようにしたもの
である。

【００１４】また、この発明の電力変換装置は、交流電
圧源が故障でその出力が停止した場合、上記停止直前の
電圧出力を記憶する記憶回路を備え、切換判定回路は、
上記記憶回路に記憶された電圧とバイパス電源の電圧と
の振幅差および位相差が所定の範囲内になったとき切換
許可信号を出力するようにしたものである。

【００１５】また、この発明の電力変換装置は、所定の
電圧および周波数の範囲内で、交流電圧源の電圧指令を
バイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期
させる同期制御回路、および負荷に接続する電源を、上
記交流電圧源からバイパス電源に切り換えるときと上記
バイパス電源から交流電圧源に切り換えるときとで上記
所定の電圧および周波数の範囲の設定を切り換える範囲
切換回路を備えたものである。

【００１６】また、この発明の電力変換装置は、その負
荷に接続する電源を、バイパス電源から交流電圧源に切
り換える切換指令が出力された場合、上記交流電圧源の
電圧指令を上記バイパス電源の電圧に切り換える指令切
換回路を備えたものである。

【００１７】

【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を示す構成図であ
る。図において、１は直流電圧源、２は直流電圧源１の
直流を交流に変換し電圧指令に応じて交流電圧を出力可
能な交流電圧源としてのインバータ、３はフィルタ回
路、４はインバータ２と負荷７との接離を行う第１の開
閉手段としてのスイッチ、５は商用電源等のバイパス電
源６と負荷７との接離を行う第２の開閉手段としてのス
イッチである。

【００１８】２０はフィルタ回路３の出力電圧を検出す
る電圧センサ、２１はバイパス電源６の電圧を検出する
電圧センサ、２２は両電源２、６の切換指令を発生する
切換指令発生回路、２３は切換指令発生回路２２からの
切換指令と後述する切換判定回路３０からの切換許可信
号とを入力してスイッチ４，５にオン・オフ信号を出力
する切換制御回路、２５は両電圧センサ２０，２１から
の信号を入力して動作する同期制御回路で、バイパス電
源の電圧および周波数が所定の範囲（例えば、電圧は基
準値±１０％以内、周波数は基準値±１％以内）にある
ときは、両入力電圧信号が同期するよう電圧指令発生回
路２７に信号を送出して同期制御がなされる。バイパス
電源６の電圧または周波数が上記所定の範囲外の場合
は、発振器２４からの信号を入力して位相情報を電圧指
令発生回路２７に送出し、電圧指令発生回路２７はこの
位相情報と電圧振幅指令発生回路２６の電圧振幅指令と
に基づき電圧指令を出力する。この場合は、両電源２、
６の電圧が同期しない非同期制御となる。

【００１９】２８は電圧指令と電圧センサ２０からの電
圧信号とを入力し、インバータ２の出力電圧が指令通り
となるよう制御する電圧制御回路、２９は電圧制御回路
２８の出力を受けてインバータ２のスイッチング素子に
駆動指令を出力する駆動回路である。３０は電圧センサ
２０からの電圧信号（インバータ電圧）と電圧センサ２
１からの電圧信号（バイパス電圧）とを入力し切換許可
信号を出力する切換判定回路である。

【００２０】図２は、電力変換装置が単相システムであ
るときの切換判定回路３０ａの内部回路構成を示したも
ので、１００はインバータ電圧からバイパス電圧を減算
する減算器、１０１は減算器１００の出力であるバイパ
ス電圧とインバータ電圧との電圧差と予め設定されたそ
の許容値とを比較する比較器である。

【００２１】図３は電力変換装置が３相システムである
ときの切換判定回路３０ｂの内部回路構成を示したもの
で、１０２，１０３，１０４は各相毎にインバータ電圧
からバイパス電圧を減算する減算器、１０５は減算器１
０２，１０３，１０４の各出力の絶対値を加算する加算
器、１０６は加算器１０５の出力であるバイパス電圧と
インバータ電圧との電圧差と予め設定されたその許容値
とを比較する比較器である。

【００２２】図４は切換制御回路３０ａ、３０ｂから出
力されたスイッチ４、５の動作指令のタイミングチャー
トで、バイパススイッチ４のタイミングでインバータ２
も瞬時に動作する。

【００２３】次に動作について説明する。図２（または
図３）の切換判定回路３０ａ（３０ｂ）で、インバータ
電圧とバイパス電圧との偏差を検出し、その偏差が切換
時に発生する電圧変化量として許容できる値かどうかを
比較器１０１（１０６）で判断し、許容できれば切換許
可信号を切換制御回路２３に出力する。従って、インバ
ータ電圧とバイパス電圧とに偏差がなければ切換許可信
号は許可状態となり、切換制御回路２３は切換指令が入
力されていれば図４のタイミングチャートに示すように
インバータ２とインバータスイッチ４をオフすると同時
にスイッチ５をオンさせる。インバータ２とスイッチ５
とは高速に動作するので電圧差や瞬断を発生させること
なく切り換えることができる。上述した同期制御が実行
されているときは、インバータ電圧とバイパス電圧とは
一致しているので、切換判定回路３０ａ（３０ｂ）は常
時、切換許可信号を出力しており、切換指令が出力され
ると直ちに切換動作がなされるが、以上で説明したよう
に、同期制御がなされていない非同期のときも一瞬の電
圧の一致を検出し切り換えることができる。

【００２４】実施の形態２．図５はこの発明の実施の形
態２における電力変換装置の切換判定回路の内部回路構
成を示す図である。なお、実施の形態１ではインバータ
電圧とバイパス電圧とが一瞬でも一致したとき切換でき
るように構成したため、両電圧の位相が１８０度異なっ
た状態でも切り換えてしまうことがある。このタイミン
グで切り換えると同極性の半波の電圧が２回続くことと
なり、電圧を整流して使用する負荷機器では問題ない
が、負荷にトランスがあった場合は偏磁してしまうなど
の問題が発生する。図５に示す切換判定回路３０ｃはこ
のような問題を解決するためになされたもので、図５に
おいて、１０７，１０８は３相電圧を実部成分（ｄ軸成
分）と虚部成分（ｑ軸成分）に変換する３／２変換回
路、１０９はインバータ電圧のｄ軸成分からバイパス電
圧のｄ軸成分を減算する減算器、１１０はインバータ電
圧のｑ軸成分からバイパス電圧のｑ軸成分を減算する減
算器、１１１は減算器１０９からのｄ軸成分の偏差と減
算器１１０からのｑ軸成分の偏差とを入力しそれぞれの
２乗和の平方根をとりその値を電圧偏差として比較器１
１２に出力する振幅検出回路である。図６はこの切換判
定回路３０ｃにおける電圧偏差許容範囲を図示したもの
である。また、３／２変換回路１０７，１０８は次式の
演算を行う回路である。

【００２５】

【数１】

【００２６】インバータ電圧の振幅指令をそのｑ軸成分
がゼロとなるように設定すると（従って、ｄ軸成分の振
幅指令となる）これを３／２変換すれば、インバータ電
圧とバイパス電圧との偏差は、図６の振幅指令のポイン
トを中心に振幅検出回路１１１で検出した振幅偏差の実
効値を半径とした円上にある。比較器１１２の電圧偏差
許容範囲もその値を半径として振幅指令のポイントを中
心とした円となり、この円の内部が電圧偏差の許容範囲
となる。従って位相差かつ振幅差がある一定の値以内に
収まっていなければ切換許可しないように構成できる。
これにより位相差が大きいときは切換しないようにな
る。また、実施の形態１で示した切換判定回路３０ａ
（３０ｂ）からの切換許可信号と位相差が許容差以内で
あるという信号とのアンド出力で切り換えるようにして
も同様の動作を行える。

【００２７】実施の形態３．図７はこの発明の実施の形
態３における電力変換装置を示す構成図である。実施の
形態２では切換判定回路３０ｃでインバータ電圧とバイ
パス電圧との偏差が位相・振幅ともにある一定の値以下
であることを検出して切り換えたが、勿論、この許容値
は切換時の電圧ショックを抑えるためあまり大きくでき
ない。この場合、インバータ電圧とバイパス電圧との電
圧振幅差が大きく電圧値許容範囲内に電圧偏差が入らず
切換ができないケースが考えられる。図７はこのような
問題を解決するためになされたもので、図において、３
０ｄは本発明における切換判定回路で、そのｄ軸偏差量
を電圧指令発生回路２７ａに出力する。その他の構成は
実施の形態２と同様である。

【００２８】図８は切換判定回路３０ｄの内部構成を示
したもので、１１３は減算器１０９の出力であるｄ軸偏
差が入力され、負荷７が許容できる電圧差にまでその値
を制限するリミッタ回路である。

【００２９】図９は電圧指令発生回路２７ａの内部構成
を示したもので、１１５は切換指令がなければゼロを出
力するが切換指令が入力されたときにｄ軸偏差量を出力
するセレクタ、１１７はセレクタ１１５の出力の立上り
を緩和するフィルタ、１１４はインバータ２の電圧振幅
指令とセレクタ１１５の出力とを加算する加算器、１１
６は同期制御回路２５からの位相情報と加算器１１４か
らの出力とで電圧指令を作る電圧指令作成回路である。

【００３０】次に動作について図１０のタイミングチャ
ートを参照して説明する。切換指令が立上った時刻ｔ１
では、インバータ電圧とバイパス電圧との電圧偏差（ｄ
軸偏差量）が大きく比較器１１２で設定されている切換
許容範囲を越えている。従って、この時点では切換許可
信号は出力されていない。しかし、この時刻ｔ１からセ
レクタ１１５がｄ軸偏差量を出力し、フィルタ１１７の
効果でこれが徐々に立上がって加算器１１４により電圧
振幅指令に加算され、これに応じてインバータ電圧が徐
々に上昇する。

【００３１】時刻ｔ２でこの電圧偏差が切換許容範囲に
入ると、比較器１１２は切換許可信号を出力し、これを
受けて切換制御回路２３はインバータスイッチ４にオフ
指令、バイパススイッチ５にオン指令をそれぞれ出力す
ると同時にインバータの駆動回路２９に停止指令を送出
してインバータ２の出力電圧はゼロとなり、以後、バイ
パス電源６から負荷７に電力が供給される。以上のよう
に非同期制御時においても、両電源２、６の電圧差を速
やかにほぼゼロにすることが可能となり、比較器１１２
の電圧偏差許容値を極力小さく設定することができ、切
換時のショックをより小さくすることができる。

【００３２】実施の形態４．図１１はこの発明の実施の
形態４における電力変換装置を示す構成図である。先の
各実施の形態における切換動作は図４に示すようにイン
バータ２を停止するとともにバイパススイッチ５をオン
させる切換（停止無瞬断切換）をさせたが、図１１では
インバータ駆動切換回路３１を追加することにより、条
件によっては図２３で示したラップ切換を可能とするよ
うに構成した。

【００３３】次に動作を図１２のタイミングチャートを
参照して説明する。同期制御がなされている場合（図１
２（ａ））、即ち、同期制御回路２５ａから出力された
同期状態信号がＨ（同期）のときは、インバータスイッ
チ４への信号の如何にかかわらず、インバータ駆動切換
回路３１は駆動回路２９ａに対してＨ（駆動）レベルの
信号を送出する。従って、インバータ２を運転した状態
で高速度のバイパススイッチ５をオンするので、動作遅
れのあるインバータスイッチ４がオフするまでの時間
が、両電源２，６が負荷７に接続されるラップ期間とな
り、信頼性の高い切換操作が実現される。

【００３４】次に、同期制御がなされていない、従っ
て、同期制御回路２５ａからの同期状態信号がＬ（非同
期）の場合で、上述実施の形態の切換判定回路が切換許
可信号を出力してインバータ電源からバイパス電源への
切換がなされるときは、図１２（ｂ）に示すように、切
換制御回路２３からインバータスイッチ４をオフさせる
信号（Ｈ→Ｌ）が出力されたタイミングでインバータ駆
動切換回路３１の出力がＬとなりインバータ２が停止す
る。これによって、電圧偏差がない無瞬断切換を行うこ
とができる。

【００３５】実施の形態５．図１３はこの発明の実施の
形態５における電力変換装置を示す構成図である。上記
各実施の形態での切換動作はインバータ２が正常な場合
の切換動作であったが、非同期制御時にインバータ２が
故障停止した場合、同期状態を検出して切り換える訳に
はいかないので一定の瞬断時間を設けて瞬断切換をする
必要があった。この実施の形態５はこのような問題を解
決するためになされたもので、図１３において、３２は
インバータ２の電圧異常検出回路、３０ｅはこの形態５
の切換判定回路、３３は切換指令発生回路２２の出力信
号と故障信号とのいずれかの信号が入力されると切換指
令を出力するＯＲ回路である。また、図１４は切換判定
回路３０ｅの内部構成を示したもので、実施の形態３で
説明した切換判定回路３０ｄに記憶回路１１８を追加し
たものである。

【００３６】図１５は、切換に伴う負荷電圧の波形を示
したものである。図１５において、時刻ｔ１で故障が発
生してインバータ２が停止すると負荷７への電力の供給
がストップする。インバータ電圧とバイパス電圧とが、
例えば、図１５に示すように、その位相がずれていたと
すると、同図（ａ）のように、故障時刻ｔ１でバイパス
電圧に切り換えると、負荷７には同極性の半波電圧が続
けて印加され、トランスの偏磁等不具合現象が発生す
る。

【００３７】これに対し、この実施の形態５では、図１
４に示すように、時刻ｔ１での故障信号を受けて記憶回
路１１８が故障直前のインバータ電圧を記憶保持してお
り、その保持されたインバータ電圧とバイパス電圧の振
幅、位相が所定の許容値以内に入った時刻ｔ２で切換許
可信号が出力されバイパス電源６への切換が実行され
る。

【００３８】以上のように、この実施の形態５において
は、たとえ両電源２、６の電圧の位相が大幅にずれた状
態でインバータ２に故障が発生してバイパス電源６に切
り換えた場合にも、負荷に偏磁等の不具合現象が生じな
い。

【００３９】実施の形態６．図１６はこの発明の実施の
形態６における電力変換装置を示す構成図である。以上
の各形態例はインバータ電源からバイパス電源への切換
動作であったが、バイパス電源からインバータ電源に切
り戻すときはバイパス電源の状態が悪いほど安定したイ
ンバータ電源に切り戻す必要性が高くなる。この実施の
形態６はこの切り戻しに関するもので、図１６において
３４は周波数追従範囲指令発生回路で、その他の構成部
品は実施の形態５と同様である。

【００４０】図１７は周波数追従範囲指令発生回路３４
の内部構成を示したもので、１１９は切り戻し時の周波
数追従範囲、１２０は切換時の周波数追従範囲、１２１
は切換か切り戻しかで周波数追従範囲を選択するセレク
タである。

【００４１】次に本発明の動作を説明する。インバータ
電源からバイパス電源６への切換は負荷７が許容できる
周波数の範囲で行われるが、商用電源や発電機等で構成
された場合のバイパス電源６では周波数に大きな変動が
生じることがある。バイパス給電中に負荷に悪影響を与
える周波数になった場合、できるだけ早急にインバータ
電源に切り戻したい。そこで、周波数追従範囲指令発生
回路３４で切り戻しの時のみ周波数追従範囲を広げ、で
きるだけ広範囲でインバータ電源をバイパス電源に同期
させラップさせながら切り戻しができるようにする。

【００４２】以上の切り戻し時の動作を図１８のタイミ
ングチャートを参照して更に具体的に説明する。時刻ｔ
１までは、バイパス電源６は基準の中心周波数を出力し
ており、インバータ周波数もそれに追従して出力されて
いる。時刻ｔ１から何らかの原因でバイパス電源６が増
大を始めたとすると、当初は、インバータもそれに追従
して出力周波数を上昇させていくが、本来、インバータ
が給電する場合に設定されている周波数範囲の上限（例
えば、中心周波数＋１％）に達すると（時刻ｔ２）、そ
れ以降は、インバータ周波数はこの上限値を維持し、バ
イパス電源６の周波数との間に差が生じた状態となる。

【００４３】このバイパス電源６の周波数が中心値から
大きくはずれた状態は負荷７に悪影響を及ぼすため、時
刻ｔ４で切り戻し指令が出力される。この切り戻し指令
を受けると周波数追従範囲指令発生回路３４のセレクタ
１２１はインバータ２の周波数追従範囲を切り戻し時範
囲（例えば、中心周波数±５％程度）に設定する。これ
により、インバータ２は時刻ｔ４以降、その出力周波数
を増大させ、時刻ｔ５でバイパス電源６の周波数に到達
し、切換許可信号（図１８では図示省略）が出力され、
ラップ運転を経て切り戻しが実行される。即ち、バイパ
ス電源６からインバータ２への切換が行われ、これが時
刻ｔ６で完了すると、以後、インバータ２はその本来の
周波数範囲の運転に戻るべくその出力周波数を下降し、
時刻ｔ７でその範囲内に到達し、負荷７には再び正常な
周波数の電力が供給されることになる。

【００４４】なお、インバータスイッチ４に高速スイッ
チを使用すれば上記実施の形態の切換動作と同様にして
非同期のときも切り戻しができるが、上記方法を用いれ
ばバイパス周波数が大きく変動してもインバータ２が追
従して同期し切り戻しができるためインバータスイッチ
４を高速スイッチとする必要がなく安価に構成できる。

【００４５】また、上記では、バイパス電源６の周波数
が大幅に変動した状態での切り戻しについて説明した
が、バイパス電源６の電圧が大幅に変動した場合も同様
の考え方を適用した対策で切り戻しを行うことができ
る。

【００４６】実施の形態７．図１９はこの発明の実施の
形態７における電力変換装置を示す構成図である。な
お、上記実施の形態６はバイパス電源６からインバータ
電源に切り戻すときインバータ電源の周波数追従範囲を
広げ同期制御回路２５でバイパス電源６に同期させるよ
うに構成したが、バイパス電源６の周波数の変動速度が
速く同期制御回路２５がその変動に追従できない場合
（一般的で安価な同期制御回路２５は目標周波数の１サ
イクル毎に位相差を検出する。）、同期できず、切り戻
しができない。この実施の形態７は高速にバイパス電源
６に同期する電力変換装置を提供するもので、図１９に
おいて、３５は指令切換回路である。また、その他の構
成部品は実施の形態６と同様である。

【００４７】図２０は指令切換回路３５の内部回路構成
を示したもので、１２２は電圧指令発生回路２７ｂの出
力信号とバイパス電圧（電圧センサ２１の出力信号）と
を切り戻し時に出力される電圧指令切換信号（切り戻し
指令）で選択するセレクタである。図２１は切り戻し指
令とインバータスイッチ４のオンオフ指令とバイパスス
イッチ５のオンオフ指令との関係を示すタイミングチャ
ートである。

【００４８】次にこの実施の形態７の動作を図２１のタ
イミングチャートを参照しながら説明する。まず、切り
戻し指令を受けた指令切換回路３５はバイパス電圧をイ
ンバータ２の電圧指令として電圧制御回路２８に出力す
る。これによりインバータ電源の出力電圧はバイパス電
圧と高速に一致する。切換判定回路３０ｅで切換許可状
態を判定し切換制御回路２３からインバータスイッチ４
にオン指令を出力しバイパススイッチ５とのラップ期間
を設けバイパススイッチ５をオフさせる。これにより、
同期制御回路２５の応答速度とは無関係に高速にバイパ
ス電圧に同期できるため、バイパス電源が不安定なとき
も確実に切り戻しすることができる。

【００４９】なお、上記各実施の形態では、交流電圧源
として直流電圧源を入力とするインバータを適用した場
合について説明したが、電圧指令に応じて交流電圧を出
力可能なものなら、例えば、サイクロコンバータなど他
の種類の交流電圧源を適用してもこの発明は上記したと
同等の効果を奏する。

【００５０】

【発明の効果】以上のように、この発明の電力変換装置
は、電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な交流電圧
源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１の開閉手
段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と上記負荷
との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第１および
第２の開閉手段を操作することにより、上記負荷に接続
する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電源とのい
ずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する電力変換
装置において、上記電源の切換指令を発生する切換指令
発生回路、上記交流電圧源とバイパス電源との電圧差を
検出し、この電圧差が所定の範囲内になったとき切換許
可信号を出力する切換判定回路、および上記切換指令と
上記切換許可信号とを入力して上記第１および第２の開
閉手段を開閉操作する切換制御回路を備えたので、同期
制御がなされていない非同期のときも、一瞬の電圧の一
致を検出して電源間の切換が可能となる。

【００５１】また、この発明の電力変換装置は、三相電
源の場合、切換判定回路は、三相各相毎に交流電圧源と
バイパス電源との瞬時電圧差を演算する減算器、これら
各減算器の出力の絶対値を加算する加算器、およびこの
加算器の出力が所定の値内になったとき切換許可信号を
出力する比較器を備えたので、三相電源の場合の、両電
源の電圧の一致を確実に検出して電源間の円滑な切換が
可能となる。

【００５２】また、この発明の電力変換装置の切換判定
回路は、交流電圧源の電圧とバイパス電源の電圧との振
幅差および位相差が所定の範囲内になったとき切換許可
信号を出力するようにしたので、電源の切換に伴い、同
極性の電圧半波が続いて負荷へ供給されるような不具合
が解消される。

【００５３】また、この発明の電力変換装置の三相電源
の場合、切換判定回路は、交流電圧源の三相電圧をｄ軸
とｑ軸の二相に変換する第１の３／２変換回路、バイパ
ス電源の三相電圧をｄ軸とｑ軸の二相に変換する第２の
３／２変換回路、上記両３／２変換回路の出力のｄ軸成
分同士の瞬時値差を演算する第１の減算器、上記両３／
２変換回路の出力のｑ軸成分同士の瞬時値差を演算する
第２の減算器、上記両減算器の出力の２乗和の平方根を
演算する振幅検出回路、およびこの振幅検出回路の出力
が所定の値内になったとき切換許可信号を出力する比較
器を備えたので、三相電源の場合の両電源の振幅および
位相の一致を確実に検出して電源間の円滑な切換が可能
となる。

【００５４】また、この発明の電力変換装置は、負荷に
接続する電源を、交流電圧源からバイパス電源に切り換
える切換指令が出力された場合、上記交流電圧源の電圧
とバイパス電源の電圧との振幅差を、上記交流電圧源の
電圧指令に加算する加算器を備えたので、両電源の電圧
差が大きい場合にも、切換時のショックを小さくするこ
とができる。

【００５５】また、この発明の電力変換装置は、所定の
電圧および周波数の範囲内で、交流電圧源の電圧指令を
バイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期
させる同期制御回路を備え、負荷に接続する電源を、上
記交流電圧源からバイパス電源に切り換える切換指令が
出力された場合、上記同期が成立しているときは上記切
換に係る第１および第２の開閉手段の開閉操作中上記交
流電圧源の出力を維持し、上記同期が成立していない非
同期時は上記切換に係る上記第２の開閉手段の閉動作と
同時に上記交流電圧源の出力を停止するようにしたの
で、同期時は信頼性の高いラップ切換ができ、非同期時
も電圧偏差のない無瞬断切換が可能となる。

【００５６】また、この発明の電力変換装置は、交流電
圧源が故障でその出力が停止した場合、上記停止直前の
電圧出力を記憶する記憶回路を備え、切換判定回路は、
上記記憶回路に記憶された電圧とバイパス電源の電圧と
の振幅差および位相差が所定の範囲内になったとき切換
許可信号を出力するようにしたので、たとえ、両電源の
位相が大幅にずれた状態で交流電圧源に故障が発生して
バイパス電源に切り換えた場合にも、負荷に偏磁等の不
具合現象が生じない。

【００５７】また、この発明の電力変換装置は、所定の
電圧および周波数の範囲内で、交流電圧源の電圧指令を
バイパス電源の電圧に一致させ上記両電源の電圧を同期
させる同期制御回路、および負荷に接続する電源を、上
記交流電圧源からバイパス電源に切り換えるときと上記
バイパス電源から交流電圧源に切り換えるときとで上記
所定の電圧および周波数の範囲の設定を切り換える範囲
切換回路を備えたので、たとえ、バイパス電源の電圧ま
たは周波数が大幅に変動している場合にも同期制御によ
る交流電圧源への確実な切換が可能となる。

【００５８】また、この発明の電力変換装置は、その負
荷に接続する電源を、バイパス電源から交流電圧源に切
り換える切換指令が出力された場合、上記交流電圧源の
電圧指令を上記バイパス電源の電圧に切り換える指令切
換回路を備えたので、たとえ、バイパス電源の電圧また
は周波数が急速に変動して同期制御が追従できない場合
にも、交流電圧源への切換が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１における電力変換装
置を示す構成図である。

【図２】 図１の切換判定回路の内部回路構成図であ
る。

【図３】 図１の切換判定回路の図２とは異なる例の内
部回路構成図である。

【図４】 図１の電力変換装置の切換動作を説明するタ
イミングチャートである。

【図５】 この発明の実施の形態２における電力変換装
置の切換判定回路を示す内部回路構成図である。

【図６】 図５の切換判定回路の電圧偏差許容範囲を示
す図である。

【図７】 この発明の実施の形態３における電力変換装
置を示す構成図である。

【図８】 図７の切換判定回路の内部回路構成図であ
る。

【図９】 図７の電圧指令発生回路の内部回路構成図で
ある。

【図１０】 図７の電力変換装置の切換動作を説明する
タイミングチャートである。

【図１１】 この発明の実施の形態４における電力変換
装置を示す構成図である。

【図１２】 図１１の電力変換装置の切換動作を説明す
るタイミングチャートである。

【図１３】 この発明の実施の形態５における電力変換
装置を示す構成図である。

【図１４】 図１３の切換判定回路の内部回路構成図で
ある。

【図１５】 図１３の電力変換装置の切換時の負荷電圧
波形を示す図である。

【図１６】 この発明の実施の形態６における電力変換
装置を示す構成図である。

【図１７】 図１６の周波数追従範囲指令発生回路の内
部回路構成図である。

【図１８】 図１６の電力変換装置の切換動作を説明す
るタイミングチャートである。

【図１９】 この発明の実施の形態７における電力変換
装置を示す構成図である。

【図２０】 図１９の指令切換回路の内部回路構成図で
ある。

【図２１】 図１９の切換動作を説明するタイミングチ
ャートである。

【図２２】 従来の電力変換装置を示す構成図である。

【図２３】 図２２の電力変換装置の切換動作を説明す
るタイミングチャートである。

【符号の説明】

２ インバータ、４ インバータスイッチ、５ バイパ
ススイッチ、６ バイパス電源、７ 負荷、２０，２１
電圧センサ、２２ 切換指令発生回路、２３ 切換制
御回路、２５，２５ａ，２５ｂ 同期制御回路、２６
電圧振幅指令発生回路、２７，２７ａ 電圧指令発生回
路、２８ 電圧制御回路、２９ 駆動回路、３０，３０
ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０ｄ，３０ｅ 切換判定回路、
３１ インバータ駆動切換回路、３２ 電圧異常検出回
路、３３ ＯＲ回路、３４ 周波数追従範囲指令発生回
路、３５ 指令切換回路、１００，１０２〜１０４，１
０９，１１０ 減算器、１０５ 加算器、１０６，１１
２ 比較器、１０７，１０８，３／２ 変換回路、１１
１ 振幅検出回路、１１５，１２１，１２２ セレク
タ。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電圧指令に応じて交流電圧を出力可能な
   交流電圧源、この交流電圧源と負荷との接離を行う第１
   の開閉手段、バイパス電源、およびこのバイパス電源と
   上記負荷との接離を行う第２の開閉手段を備え、上記第
   １および第２の開閉手段を操作することにより、上記負
   荷に接続する電源を、上記交流電圧源と上記バイパス電
   源とのいずれかに切り換えて上記負荷へ電力を供給する
   電力変換装置において、 上記電源の切換指令を発生する切換指令発生回路、上記
   交流電圧源とバイパス電源との電圧差を検出し、この電
   圧差が所定の範囲内になったとき切換許可信号を出力す
   る切換判定回路、および上記切換指令と上記切換許可信
   号とを入力して上記第１および第２の開閉手段を開閉操
   作する切換制御回路を備えたことを特徴とする電力変換
   装置。
2. 【請求項２】 三相電源の場合、切換判定回路は、三相
   各相毎に交流電圧源とバイパス電源との瞬時電圧差を演
   算する減算器、これら各減算器の出力の絶対値を加算す
   る加算器、およびこの加算器の出力が所定の値内になっ
   たとき切換許可信号を出力する比較器を備えたことを特
   徴とする請求項１記載の電力変換装置。
3. 【請求項３】 切換判定回路は、交流電圧源の電圧とバ
   イパス電源の電圧との振幅差および位相差が所定の範囲
   内になったとき切換許可信号を出力するようにしたこと
   を特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
4. 【請求項４】 三相電源の場合、切換判定回路は、交流
   電圧源の三相電圧をｄ軸とｑ軸の二相に変換する第１の
   ３／２変換回路、バイパス電源の三相電圧をｄ軸とｑ軸
   の二相に変換する第２の３／２変換回路、上記両３／２
   変換回路の出力のｄ軸成分同士の瞬時値差を演算する第
   １の減算器、上記両３／２変換回路の出力のｑ軸成分同
   士の瞬時値差を演算する第２の減算器、上記両減算器の
   出力の２乗和の平方根を演算する振幅検出回路、および
   この振幅検出回路の出力が所定の値内になったとき切換
   許可信号を出力する比較器を備えたことを特徴とする請
   求項３記載の電力変換装置。
5. 【請求項５】 負荷に接続する電源を、交流電圧源から
   バイパス電源に切り換える切換指令が出力された場合、
   上記交流電圧源の電圧とバイパス電源の電圧との振幅差
   を、上記交流電圧源の電圧指令に加算する加算器を備え
   たことを特徴とする請求項３または４記載の電力変換装
   置。
6. 【請求項６】 所定の電圧および周波数の範囲内で、交
   流電圧源の電圧指令をバイパス電源の電圧に一致させ上
   記両電源の電圧を同期させる同期制御回路を備え、負荷
   に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に
   切り換える切換指令が出力された場合、上記同期が成立
   しているときは上記切換に係る第１および第２の開閉手
   段の開閉操作中上記交流電圧源の出力を維持し、上記同
   期が成立していない非同期時は上記切換に係る上記第２
   の開閉手段の閉動作と同時に上記交流電圧源の出力を停
   止するようにしたことを特徴とする請求項１ないし５の
   いずれかに記載の電力変換装置。
7. 【請求項７】 交流電圧源が故障でその出力が停止した
   場合、上記停止直前の電圧出力を記憶する記憶回路を備
   え、切換判定回路は、上記記憶回路に記憶された電圧と
   バイパス電源の電圧との振幅差および位相差が所定の範
   囲内になったとき切換許可信号を出力するようにしたこ
   とを特徴とする請求項３ないし５のいずれかに記載の電
   力変換装置。
8. 【請求項８】 所定の電圧および周波数の範囲内で、交
   流電圧源の電圧指令をバイパス電源の電圧に一致させ上
   記両電源の電圧を同期させる同期制御回路、および負荷
   に接続する電源を、上記交流電圧源からバイパス電源に
   切り換えるときと上記バイパス電源から交流電圧源に切
   り換えるときとで上記所定の電圧および周波数の範囲の
   設定を切り換える範囲切換回路を備えたことを特徴とす
   る請求項１ないし７のいずれかに記載の電力変換装置。
9. 【請求項９】 負荷に接続する電源を、バイパス電源か
   ら交流電圧源に切り換える切換指令が出力された場合、
   上記交流電圧源の電圧指令を上記バイパス電源の電圧に
   切り換える指令切換回路を備えたことを特徴とする請求
   項１ないし８のいずれかに記載の電力変換装置。