JP2003304641A - 電力品質改善方法および電力品質改善装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構成で、交流電源の交流電力を効率よ
く負荷機器へ供給すること。交流電源の交流電力よりも
品質の良い交流電力を負荷機器へ供給すること。 【解決手段】 交流電源２の正常時には、交流電源２と
負荷機器３との間の電力供給経路に、トランス１２の一
方のコイル１３を直列に接続するとともに、トランス１
２の他方のコイル２９から交流電力を供給して、負荷機
器３に供給される交流電力の電圧を安定化させる。ま
た、交流電源２の異常時には、交流電源２の替わりに、
一方のコイル１３を負荷機器３に接続するとともに、他
方のコイル２９から交流電力を供給して、負荷機器３へ
交流電力を供給する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源から負荷
機器への電力供給経路上で、負荷機器に供給される交流
電力の品質を改善する電力品質改善方法および電力品質
改善装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータなどの電子機器や、
デジタル電話機やモデムなどの通信機器が広く普及して
いる。このような電子機器や通信機器などは、商用の交
流電源に接続されて利用されている。

【０００３】このような電子機器や通信機器などの負荷
機器の増大に伴い、電力需要は増加している。しかも、
このような電力需要の増加によって、商用の交流電源か
ら供給される交流電力の電圧が低下したり、電力需要変
動によって、交流電力の波形が乱れたりする。

【０００４】そして、コンピュータなどの電子機器や、
デジタル電話機やモデムなどの通信機器では、たとえ
ば、それに供給される交流電力の電圧が低くなってしま
うと、停止してしまうこともある。

【０００５】したがって、今後より一層、交流電力の品
質の維持、改善が求められるようになると予測される。

【０００６】現在、交流電源からの交流電力の電圧品質
を改善する装置として、所謂アクティブフィルタ装置が
ある。また、交流電源の停電時に、負荷機器へ電力を供
給する装置として、所謂無停電電源装置がある。無停電
電源装置には、整流回路、バッテリ、直交変換回路から
なり、交流電源の正常時であっても、交流電源の電力を
一旦変換する常時インバータ給電方式のものと、これら
の回路に対して並列にバイパス配線が接続され、交流電
源の正常時にはこのバイパス配線を用いて、交流電源の
電力を直接に負荷機器へ供給する常時商用給電方式のも
のとがある。

【０００７】特開２０００−２８７４４７号公報には、
常時商用給電方式の一例として、電圧制御機能付きの常
時商用無停電電源装置が開示されている。図３に、特開
２０００−２８７４４７号公報にて常時商用無停電伝電
源装置として開示されている従来の電力品質改善装置の
回路構成を示す。

【０００８】この電力品質改善装置は、出力電圧安定化
制御モードでは、交流電源８０が正常な時には、４つの
スイッチからなるブリッジ回路８１を動作させること
で、トランス８２の補助巻線８３および出力巻線８４を
介して、所望の電圧の交流電力を生成し、この交流電力
を負荷機器８５へ供給する。また、交流電源８０の異常
時には、インバータ８６を動作させて、バッテリ８７の
電力を用いて交流電力を生成し、この交流電力を負荷機
器８５へ供給する。したがって、この電力品質改善装置
では、交流電源８０の正常時には、交流電力の電圧を補
償して所望の電圧に安定化させ、且つ、交流電源８０の
異常時には、交流電源８０に替わって所定の交流電力を
負荷機器８５へ供給することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の電力品質改善装置は、その出力電圧一定制御モード
では、交流電源８０からの交流電力は、トランス８２を
介して負荷機器８５へ供給される。トランス８２では必
ずロスが生じる。その結果、交流電源８０からの交流電
力を効率よく負荷機器８５へ供給することができない。

【００１０】また、この従来の電力品質改善装置では、
３巻線の複雑なトランス８２を用いる。また、４つのス
イッチからなるブリッジ回路８１を構成するために、最
低限、８つのスイッチングトランジスタが必要である。
しかも、各スイッチングトランジスタには、起動時の突
入電流などに耐えられる、電流耐量が高い素子を使用し
なければならない。したがって、特殊な部品を多数組み
合わせなければ、回路を構成することができない。

【００１１】さらに、この従来の電力品質改善装置で
は、出力電圧一定制御モードの際の交流電源８０の正常
時には、インバータ８６を停止させなければならない。
そして、交流電源８０の異常を検出したら、インバータ
８６を起動させなければならない。そのため、たとえば
１００Ｖの電圧をインバータ８６からいきなり出力させ
てしまうと、そのときに流れる突入電流でインバータ８
６内の変換トランジスタなどが破損してしまう恐れがあ
るので、０Ｖから定格電圧までだんだんと上昇させる、
所謂ソフトスタート処理が必要となる。その結果、瞬時
停電期間（交流電源８０の停電発生から所望の交流電力
が供給されるようになるまでの期間）が長期化してしま
う。

【００１２】本発明は、以上の問題に鑑みなされたもの
であり、簡単な構成で、交流電源の交流電力を効率よく
負荷機器へ供給し、しかも、この交流電源の交流電力よ
りも品質の良い交流電力を負荷機器へ供給することかで
きる電力品質改善方法および電力品質改善装置を得るこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係る電力品質改
善方法は、交流電源から負荷機器への電力供給経路上
で、負荷機器に供給される交流電力の品質を改善する電
力品質改善方法であって、交流電源の正常時には、電力
供給経路にトランスの一方のコイルを直列に接続すると
ともに、トランスの他方のコイルから交流電力を供給し
て、負荷機器に供給される交流電力の電圧を安定化さ
せ、交流電源の異常時には、交流電源の替わりに一方の
コイルを負荷機器に接続するとともに、他方のコイルか
ら交流電力を供給して、負荷機器へ交流電力を供給する
ものである。

【００１４】この方法を採用すれば、交流電源の正常時
には、トランスの他方のコイルから供給される交流電力
と、交流電源の交流電力とが負荷機器へ供給される。負
荷機器に供給される交流電力の電圧は、交流電源の電圧
と一方のコイルに誘導される交流電力の電圧との和の電
圧である。したがって、たとえば、交流電源の電圧が目
標交流電圧よりも高い場合には、一方のコイルに、交流
電源とは逆位相で変化する交流電圧を誘導させ、交流電
源電圧が目標交流電圧よりも低い場合には、一方のコイ
ルに、交流電源と同位相で変化する交流電圧を誘導させ
ることで、負荷機器に供給される交流電力の電圧を所望
の目標交流電圧に安定化させることができる。

【００１５】また、交流電源の異常時には、交流電源の
替わりに、一方のコイルを負荷機器に接続するととも
に、トランスの他方のコイルから供給される交流電力
を、負荷機器へ供給する。したがって、負荷機器に所定
の交流電力を供給することができる。

【００１６】その結果、交流電源の正常状態あるいは異
常状態にかかわらず、負荷機器に対して、交流電源の交
流電力よりも品質が良い交流電力を安定して供給し続け
ることができる。

【００１７】しかも、この電力品質改善方法では、トラ
ンスの一方のコイルの電力供給経路に対する接続状態
を、直列と並列との間で切り替えるだけで、交流電源正
常時の電圧安定化と、交流電源異常時の交流電力供給と
を実現することができる。そのため、たとえば、１つの
二入力スイッチのみで、このような交流電力の安定化を
実現することができる。その結果、スイッチングトラン
ジスタなどの素子を最小限に抑えた簡易な構成にて、交
流電源の交流電力よりも品質が良い交流電力を安定して
負荷機器へ供給し続けることができる。

【００１８】その上、この電力品質改善方法では、交流
電源正常時には、交流電源と負荷機器との間には、トラ
ンスの一方のコイルが直列に接続されているだけであ
る。そのため、交流電源の交流電力を、ロスを殆ど生じ
ることなく負荷機器へ供給することができる。したがっ
て、トランスの他方のコイルからは、交流電源の交流電
力と、所望の交流電力との差分の電力に相当する交流電
力のみを供給すれば、負荷機器に供給される交流電力の
電圧を安定化させることができる。つまり、交流電源の
正常時に、負荷機器に供給される交流電力の大部分は、
交流電源から供給される交流電力となる。その結果、一
旦、交流電源からの交流電力を整流回路や直交変換回路
などで変換して、交流電源の交流電力を負荷機器へ供給
した場合に比べて、格段に高い電力効率にて、品質の良
い交流電力を供給することができる。

【００１９】本発明に係る電力品質改善装置は、交流電
源から負荷機器への電力供給経路上に配設され、負荷機
器に供給される交流電力の品質を改善する電力品質改善
装置であって、交流電源に接続される一対の入力端子
と、負荷機器に接続される一対の出力端子と、入力端子
の一方と出力端子の一方との間に、一方のコイルが直列
に接続されるトランスと、トランスの他方のコイルに交
流電力を供給する電力供給手段と、一対の入力端子の間
の入力電圧あるいは一対の出力端子の間の出力電圧を検
出電圧として検出する検出部材と、検出電圧が所定の目
標電圧と異なる場合には、電力供給手段から他方のコイ
ルへ交流電力を供給させて、出力電圧が目標電圧となる
ように制御する制御手段と、を備えるものである。

【００２０】この構成を採用すれば、検出電圧が目標電
圧と異なる場合には、電力供給手段から供給された交流
電力によってトランスの一方のコイルに電圧が誘導さ
れ、この誘導電圧で、出力電圧を所望の目標電圧に安定
させることができる。その結果、負荷機器に対して、交
流電源の交流電力よりも電圧が安定した品質の良い交流
電力を、供給することができる。しかも、交流電源と負
荷機器との間には、トランスの一方のコイルが直列に接
続されているだけなので、高い電力効率にて、品質の良
い交流電力を供給することができる。

【００２１】本発明に係る電力品質改善装置は、交流電
源から負荷機器への電力供給経路上に配設され、負荷機
器に供給れる交流電力の品質を改善する電力品質改善装
置であって、交流電源に接続される一対の入力端子と、
負荷機器に接続される一対の出力端子と、入力端子の一
方と出力端子の一方との間に、一方のコイルが直列に接
続されるトランスと、トランスの他方のコイルに交流電
力を供給する電力供給手段と、２つの入力接点と１つの
出力接点とを有し、入力接点の一方が入力端子の一方に
接続され、且つ、出力端子が一方のコイルに接続される
二入力スイッチと、一対の入力端子の間の入力電圧を検
出電圧として検出する検出部材と、検出電圧に基づいて
交流電源が異常と判断される場合には、二入力スイッチ
を切り替えて、一方のコイルを出力端子の他方に接続す
るとともに、電力供給手段から所定の交流電力を供給さ
せる制御手段と、を備えるものである。

【００２２】この構成を採用すれば、交流電源異常時に
は、トランスの一方のコイルのみを負荷機器に接続して
電力を供給することができる。したがって、交流電源の
正常状態あるいは異常状態にかかわらず、安定した電力
を供給することができる。また、交流電源と負荷機器と
の間にはトランスの一方のコイルが直列に接続されてい
るだけなので、高い電力効率にて交流電力を供給するこ
とができる。しかも、１つの二入力スイッチのみで切り
替えることができるので、スイッチングトランジスタな
どの素子を最小限に抑えることができる。

【００２３】本発明に係る電力品質改善装置は、交流電
源から負荷機器への電力供給経路上に配設され、負荷機
器に供給される交流電力の品質を改善する電力品質改善
装置であって、交流電源に接続される一対の入力端子
と、負荷機器に接続される一対の出力端子と、入力端子
の一方と出力端子の一方との間に、一方のコイルが直列
に接続されるトランスと、トランスの他方のコイルに交
流電力を供給する電力供給手段と、２つの入力接点と１
つの出力接点とを有し、入力接点の一方が入力端子の一
方に接続され、且つ、出力端子が一方のコイルに接続さ
れる二入力スイッチと、一対の入力端子の間の入力電圧
あるいは一対の出力端子の間の出力電圧を検出電圧とし
て検出する検出部材と、検出電圧が所定の目標電圧と異
なる場合には、電力供給手段から他方のコイルへ交流電
力を供給させて、出力電圧が目標電圧となるように制御
し、且つ、検出電圧に基づいて交流電源が異常と判断さ
れる場合には、二入力スイッチを切り替えて、一方のコ
イルを出力端子の他方に接続するとともに、電力供給手
段から所定の交流電力を供給させる制御手段と、を備え
るものである。

【００２４】この構成を採用すれば、交流電源正常時に
は、トランスの一方のコイルに誘導させた電圧で、負荷
機器に供給される交流電力の電圧を安定化させることが
でき、交流電源異常時には、トランスの一方のコイルの
みを負荷機器に接続して電力を供給することができる。
したがって、交流電源の正常状態あるいは異常状態にか
かわらず、安定した電力を供給することができる。ま
た、トランスの一方のコイルが直列に接続されているだ
けなので、高い電力効率にて、交流電力を供給すること
ができる。しかも、１つの二入力スイッチのみで切り替
えることができるので、スイッチングトランジスタなど
の素子を最小限に抑えることができる。

【００２５】本発明に係る電力品質改善装置は、さら
に、電力供給手段が、電力を蓄電する蓄電部材と、蓄電
部材の一対の接続端子に接続される一対の直流配線と、
この一対の直流配線から供給される直流電力を用いて交
流電力を生成し、この交流電力を他方のコイルへ供給す
る直交変換回路と、一対の入力端子および一対の直流配
線が接続され、一対の入力端子から入力された電圧を整
流して一対の直流配線へ出力する整流回路と、を備え、
制御手段が、さらに、検出電圧が所定の目標電圧と一致
すると判断される場合であっても、直交変換回路を動作
させるものである。

【００２６】この構成を採用すれば、検出電圧が所定の
目標電圧と一致すると判断される場合であっても、直交
変換回路を動作させる。これにより、常に、直交変換回
路から負荷機器へ交流電力が供給されている状態に維持
することができる。したがって、交流電源の異常に応じ
て二入力スイッチを切り替えた際に、直交変換回路や負
荷機器に流れる突入電流を抑えることができる。そのた
め、従来であれば、この突入電流を抑えるために必要で
あったソフトスタート処理を無くしたり、あるいは、そ
のソフトスタート処理のステップ数を削減したりするこ
とができるので、所望の交流電力が供給されるようにな
るまでの期間を短くすることができる。その結果、交流
電源の交流電力を、整流回路や直交変換回路などで変換
することなく、負荷機器へ直接に供給する常時商用給電
方式でありながらも、従来の同方式の無停電交流電源装
置などと比べて、瞬時停電期間（交流電源の停電発生か
ら所望の交流電力が供給されるようになるまでの期間）
を確実に短くすることができる。

【００２７】本発明に係る電力品質改善装置は、さら
に、直交変換回路を、一対の直流配線の間において２つ
のトランジスタが直列に接続された２組のアームで構成
し、それぞれの２つのトランジスタの間を他方のコイル
に接続し、制御手段は、この４つのトランジスタに対し
てオンオフ制御信号を出力することで出力電圧を制御
し、さらに、二入力スイッチおよび一方のコイルの全体
に対して並列にローパスフィルタを接続したものであ
る。

【００２８】この構成を採用すれば、交流電源の異常時
には、ローパスフィルタは、一方のコイルに並列に接続
されない。したがって、制御手段の制御にて一方のコイ
ルに発生させた波形の交流電力を、その波形のまま負荷
機器へ供給することができる。

【００２９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態１に係
る電力品質改善方法および電力品質改善装置を、図に基
づいて説明する。なお、電力品質改善方法は、電力品質
改善装置の動作として説明する。

【００３０】実施の形態１．

【００３１】図１は、本発明の実施の形態１に係る電力
品質改善装置を示す回路図である。この電力品質改善装
置１は、交流電源２から負荷機器３への電力供給経路上
に配設されている。

【００３２】電力品質改善装置１は、交流電源２に接続
される一対の入力端子４，５と、負荷機器３に接続され
る一対の出力端子６，７と、一方の入力端子４と一方の
出力端子６とを接続する一方の交流配線８と、他方の入
力端子５と出力端子の他方７とを接続する他方の交流配
線９と、一方の交流配線８と他方の交流配線９との間に
接続されたコンデンサ１０と、を備える。

【００３３】一方の交流配線８上には、一方の入力端子
４側から順番に、二入力スイッチ１１と、トランス１２
の一方のコイル１３とが直列に接続されている。したが
って、一方の入力端子４に接続された二入力スイッチ１
１の一方の入力接点１４と、出力接点１５とを接続する
ことで、一方の入力端子４と、一方の出力端子６との間
に直列に一方のコイル１３を接続することができる。そ
の結果、一対の入力端子４から入力された交流電力を、
一対の出力端子６から、出力電力として、出力すること
ができる。なお、トランス１２の一方のコイル１３と、
コンデンサ１０とでローパスフィルタが構成される。こ
のローパスフィルタで、入力電力に含まれる高周波成分
が除去される。したがって、負荷機器３に供給される交
流電力の電圧波形は、交流電源２の交流電力の電圧波形
よりも改善されている。

【００３４】二入力スイッチ１１は、たとえば、図２に
示すように、各入力接点１４，１６と出力接点１５との
間に接続された合計４つのスイッチングトランジスタ１
７，１８，１９，２０と、各スイッチングトランジスタ
１７，１８，１９，２０と並列に接続された４つのダイ
オード２１，２２，２３，２４と、で構成することがで
きる。

【００３５】そして、図２において左上側のスイッチン
グトランジスタ１７をオン状態にすると、一方の入力接
点１４から出力接点１５へ電流が流れ、右上側のスイッ
チングトランジスタ１８をオン状態にすると、出力接点
１５から一方の入力接点１４へ電流が流れる。

【００３６】また、図２において左下側のスイッチング
トランジスタ１９をオン状態にすると、他方の入力接点
１６から出力接点１５へ電流が流れ、右下側のスイッチ
ングトランジスタ２０をオン状態にすると、出力接点１
５から他方の入力接点１６へ電流が流れる。

【００３７】二入力スイッチ１１の他方の入力接点１６
は、他方の交流配線９に接続されている。したがって、
二入力スイッチ１１の他方の入力接点１６と、出力接点
１５とを接続することで、一対の出力端子６，７の間に
一方のコイル１３を接続することができる。これによ
り、一方のコイル１３のみを負荷機器３へ接続すること
ができる。なお、このとき、一方の入力端子４は、いず
れの出力端子６，７にも接続されていないので、一対の
入力端子４，５に入力された交流電力が、一対の出力端
子６，７から出力されてしまうことはない。

【００３８】また、電力品質改善装置１は、蓄電部材と
してのバッテリ２５と、このバッテリ２５の２つの接点
に接続された一対の直流配線２６，２７と、この一対の
直流配線２６，２７と一対の入力端子４，５との間に接
続された整流回路２８と、一対の直流配線２６，２７と
トランス１２の他方のコイル２９との間に接続された直
交変換回路３０と、を備える。なお、バッテリ２５に替
えて、大容量のコンデンサを用いてもよい。ここで、バ
ッテリ２５と、一対の直流配線２６，２７と、整流回路
２８と、直交変換回路３０とで、電力供給手段を構成し
ている。

【００３９】整流回路２８は、ダイオードブリッジ回路
３１と、ダイオードブリッジ回路３１とバッテリ２５と
の間に直列に接続される昇圧コイル３２と、昇圧コイル
３２とバッテリ２５との間に接続され、昇圧コイル３２
側からバッテリ２５側への電流のみを通過させる整流ダ
イオード３３と、整流ダイオード３３およびバッテリ２
５と並列に接続される昇圧トランジスタ３４と、を備え
る。なお、昇圧トランジスタ３４には、並列に、逆向き
に保護ダイオード３５が接続されている。また、ダイオ
ードブリッジ回路３１は、４つのダイオード３６，３
７，３８，３９がブリッジ接続されたものであり、一対
の直流配線２６，２７と一対の入力端子４，５とが接続
されている。

【００４０】そして、一対の入力端子４，５から入力さ
れた交流電力を、ダイオードブリッジ回路３１で全波整
流する。昇圧トランジスタ３４をオンオフ制御すると、
昇圧コイル３２に電圧が誘導される。この誘導電圧と全
波整流された電圧との和の電圧が、バッテリ２５の充電
電圧と整流ダイオード３３のオン電圧との和の電圧より
も高い場合には、整流ダイオード３３から一対の直流配
線２６，２７へ電流が流れる。この一対の直流配線２
６，２７へ供給された電流で、バッテリ２５は充電され
る。

【００４１】直交変換回路３０は、一対の直流配線２
６，２７の間に接続された２組のアーム４０，４１から
なる。

【００４２】図１において左側のアーム４０は、一対の
直流配線２６，２７の間に、互いに直列に接続された２
つの変換トランジスタ４２，４３と、各変換トランジス
タ４２，４３と並列に接続された２つの変換ダイオード
４４，４５と、からなる。また、アーム４０は、変換ト
ランジスタ４２，４３の間で、他方のコイル２９に接続
されている。

【００４３】図１において右側のアーム４１は、一対の
直流配線２６，２７の間に、互いに直列に接続された２
つの変換トランジスタ４６，４７と、各変換トランジス
タ４６，４７と並列に接続された２つの変換ダイオード
４８，４９と、からなる。また、アーム４１は、変換ト
ランジスタ４６，４７の間で、他方のコイル２９に接続
されている。

【００４４】なお、各変換トランジスタ４２，４３，４
６，４７は、バッテリ２５のプラス接点からマイナス接
点へ電流を流す向きに接続されている。各変換ダイオー
ド４４，４５，４８，４９は、変換トランジスタ４２，
４３，４６，４７とは逆向きの電流を流す向きに接続さ
れている。

【００４５】このような直交変換回路３０では、図１に
おいて対角となる２組の変換トランジスタ４２，４７
（４３，４６）を、組毎に順番にオン制御することで、
他方のコイル２９に交流電力を供給することができる。
そして、この他方のコイル２９に供給される交流電力に
基づいて、一方のコイル１３には電圧が誘導される。

【００４６】また、二入力スイッチ１１と一方のコイル
１３との全体に対して並列に、抵抗５０およびコンデン
サ５１からなるローパスフィルタ５２が接続されてい
る。

【００４７】なお、二入力スイッチ１１を他方の入力接
点１６に切り替えた場合には、ローパスフィルタ５２
は、トランス１２と並列に接続されない。したがって、
一方のコイル１３に誘導される電圧をそのまま、一対の
出力端子６，７から出力することができる。

【００４８】さらに、電力品質改善装置１は、入力電圧
を検出する検出部材としての入力電圧検出部材５３と、
出力電圧を検出する検出部材としての出力電圧検出部材
５４と、これらによって検出された入力の検出電圧およ
び出力の検出電圧に基づいて、二入力スイッチ１１、整
流回路２８および直交変換回路３０に対して切替信号や
オンオフ制御信号を出力する制御手段としてのマイクロ
コンピュータ５５と、を備える。

【００４９】次に、このマイクロコンピュータ５５の制
御に基づく、電力品質改善装置１の全体の動作について
説明する。

【００５０】図１に示すように、電力品質改善装置１に
は、交流電源２と、負荷機器３とが接続されている。こ
の状態で、電力品質改善装置１が起動されると、マイク
ロコンピュータ５５は、入力の検出電圧を調べる。そし
て、交流電源２の交流電力が正常であると判断すると、
切替信号で、二入力スイッチ１１を一方の接点１４に接
続させる。これにより、一対の入力端子４，５から入力
された交流電力は、一方のコイル１３、コンデンサ１０
を介して、一対の出力端子６，７から出力される。この
出力電力が、負荷機器３に供給される。したがって、負
荷機器３は、交流電源２の交流電力で動作することがで
きる。

【００５１】このような負荷機器３への電力供給を行う
と共に、マイクロコンピュータ５５は、出力電圧検出部
材５４によって検出される出力の検出電圧が所定の目標
電圧に一致しているか否かを判断する。この目標電圧
は、負荷機器３がその入力電圧として許容できる電圧で
ある。たとえば、負荷機器３が１００Ｖ（ボルト）プラ
スマイナス１０％の電圧範囲を動作可能な入力電圧とす
るときには、その範囲内の電圧が設定される。

【００５２】そして、出力の検出電圧が目標電圧に一致
していない場合には、各組の変換トランジスタ４２，４
７（４３，４６）へオンオフ制御信号を出力する。これ
により、トランス１２の他方のコイル２９に交流電力が
供給される。また、この他方のコイル２９での電圧変化
に応じて、一方のコイル１３に交流電力が誘導される。

【００５３】したがって、一対の出力端子６，７から
は、交流電源２からの交流電力の電圧と、一方のコイル
１３に誘導される交流電力の電圧とが加算された和電圧
が、出力電圧として出力される。また、交流電源２の交
流電力と、一方のコイル１３に誘導される交流電力とが
負荷機器３に供給される。

【００５４】なお、マイクロコンピュータ５５は、出力
電圧が目標電圧よりも低い場合には、一方のコイル１３
に、交流電源２の交流電力と同位相の交流電力を誘導さ
せる。逆に、出力電圧が目標電圧よりも高い場合には、
一方のコイル１３に、交流電源２の交流電力とは逆位相
の交流電力を誘導させる。これにより、負荷機器３へ供
給される交流電力は、交流電源２の交流電力よりも高く
制御されたり低く制御されたりすることで、その電圧が
目標電圧に近くなるように制御される。その結果、出力
端子６，７における出力電圧は、目標電圧に安定化され
る。

【００５５】また、このように交流電源２の交流電力を
負荷機器３へ供給している状況下で、一方のコイル１３
に交流電力を誘導させた場合、その一方のコイル１３に
誘導される電力は、一般的に、とても小さいものにな
る。したがって、各組の変換トランジスタ４２，４７
（４３，４６）のオン期間（デューティ）も小さくなっ
てしまう。そこで、この実施の形態１では、一方のコイ
ル１３にローパスフィルタ５２を並列に接続している。
これにより、仮に、ローパスフィルタ５２が並列に接続
されていなかった場合には、上記デューティにしたがっ
て、一方のコイル１３に、インパルス的に変化する電圧
波形の交流電力が発生されてしまうような制御状況であ
ったとしても、これをローパスフィルタ５２でなまらせ
た、なだらかな電圧変化を有する交流電力を、一方のコ
イル１３に誘導させることができる。

【００５６】その結果、交流電源２の交流電力の電圧波
形よりも波形品質が改善された電圧波形の交流電力を出
力電力として負荷機器３へ供給することができる。

【００５７】これらの電力供給制御を実施する一方で、
マイクロコンピュータ５５は、昇圧トランジスタ３４の
ゲートにオンオフ制御信号を供給する。昇圧トランジス
タ３４がオン状態になると、ダイオードブリッジ回路３
１から昇圧コイル３２に電流が流れ、昇圧トランジスタ
３４がオフ状態になると、昇圧コイル３２に電圧が発生
する。そして、この昇圧コイル３２に発生した電圧とダ
イオードブリッジ回路３１の電圧との和の電圧が、バッ
テリ２５の充電電圧と整流ダイオード３３のオン電圧と
の和の電圧よりも高いと、この電圧でバッテリ２５は充
電される。なお、整流ダイオード３３があるため、バッ
テリ２５から昇圧コイル３２側へ電力が逆流してしまう
ことはない。

【００５８】したがって、交流電源２の正常時に昇圧ト
ランジスタ３４をオンオフ制御することで、バッテリ２
５を充電しつつ、負荷機器３へ供給される交流電力の電
圧および電圧波形を改善することができる。しかも、出
力電圧は目標電圧に安定化される。

【００５９】また、マイクロコンピュータ５５が、入力
電圧検出部材５３によって検出された入力電圧に基づい
て、交流電源２の交流電力が異常であると判断すると、
二入力スイッチ１１を他方の入力接点１６に接続させ
る。これにより、一方の入力端子４が負荷機器３から切
り離されて、交流電源２による負荷機器３への電力供給
が断たれる。すなわち、一方のコイル１３のみが、一対
の出力端子６，７を介して、負荷機器３に接続される。

【００６０】このような接続状態で、マイクロコンピュ
ータ５５は、出力電圧検出部材５４によって検出される
出力の検出電圧が所定の目標電圧に一致しているか否か
を判断する。そして、商用電源２が切り離されているの
で、当然に、出力の検出電圧は目標電圧に一致しない。
そのため、各組の変換トランジスタ４２，４７（４３，
４６）へオンオフ制御信号を出力する。これにより、ト
ランス１２の他方のコイル２９に交流電力が供給され
る。また、この他方のコイル２９での電圧変化に応じ
て、一方のコイル１３に交流電力が誘導される。

【００６１】したがって、一対の出力端子６，７から
は、一方のコイル１３に誘導された交流電力の電圧が、
出力電圧として出力される。また、一方のコイル１３に
誘導された交流電力が負荷機器３へ供給される。

【００６２】なお、二入力スイッチ１１を他方の入力接
点１６に接続しているので、ローパスフィルタ５２は、
一方のコイル１３と並列に接続されていない。したがっ
て、一方のコイル１３に誘導させた交流電力を、そのま
まの電圧および電圧波形で、負荷機器３へ供給すること
ができる。

【００６３】以上のように、この実施の形態１では、交
流電源２の正常時には、交流電源２の交流電力よりも電
圧が安定し且つ電圧波形が改善された交流電力を負荷機
器３へ供給することができる。また、交流電源２の異常
時には、バッテリ２５からの所定の電圧および電圧波形
の交流電力を負荷機器３へ供給することができる。

【００６４】その結果、交流電源２の正常状態あるいは
異常状態にかかわらず、負荷機器３に対して、交流電源
２の交流電力よりも品質が良い交流電力を安定して供給
し続けることができる。

【００６５】しかも、この実施の形態１では、１つの二
入力スイッチ１１のみで、このような交流電力の安定化
を実現しているので、スイッチングトランジスタ１７，
１８，１９，２０を４つに抑えた簡易な構成にて、交流
電源２の交流電力よりも品質が良い交流電力を安定して
負荷機器３へ供給し続けることができる。また、巻線数
が２つの一般的なトランス１２を用いて構成することが
できる。

【００６６】さらに、この実施の形態１では、交流電源
２の正常時には、交流電源２と負荷機器３との間には、
トランス１２の一方のコイル１３が直列に接続されてい
るだけなので、交流電源２の交流電力を、ロスを殆ど生
じることなく負荷機器３へ供給することができる。その
結果、一旦、交流電源２からの交流電力を、整流回路２
８や直交変換回路３０などで変換して、負荷機器３へ供
給した場合に比べて、格段に高い電力効率にて、品質の
良い交流電力を供給することができる。

【００６７】以上のように、上記実施の形態１は、本発
明の好適な実施の形態であるが、本発明の要旨を逸脱し
ない範囲にて、適宜変更可能である。

【００６８】たとえば、上記実施の形態１では、マイク
ロコンピュータ５５は、出力電圧検出部材５４の検出電
圧が目標電圧と一致しない場合や、入力電圧検出部材５
３の検出電圧が異常と判断された場合（この場合も一種
の目標電圧と一致しない場合に相当する）にのみ、変換
トランジスタ４２，４３，４６，４７に対してオンオフ
制御信号を出力しているが、検出電圧が目標電圧と一致
する場合であっても、変換トランジスタ４２，４３，４
６，４７に対してオンオフ制御信号を出力させるように
してもよい。

【００６９】このように、常に、変換トランジスタ４
２，４３，４６，４７に対してオンオフ制御信号を出力
することで、検出電圧が所定の目標電圧と一致すると判
断される場合であっても、変換トランジスタ４２，４
３，４６，４７に電流が流れている状態に維持すること
ができる。したがって、交流電源の異常検出に応じて二
入力スイッチ１１を切り替えた際に、これら変換トラン
ジスタ４２，４３，４６，４７に流れる突入電流を抑え
ることができる。

【００７０】そのため、従来であれば、この突入電流を
抑えるために必要であったソフトスタート処理を無くし
たり、あるいは、そのソフトスタート処理のステップ数
を削減したりすることができる。

【００７１】その結果、交流電源２の交流電力を、整流
回路２８や直交変換回路３０などで変換することなく、
負荷機器３へ直接に供給する常時商用給電方式でありな
がらも、従来の同方式の無停電交流電源装置などと比べ
て、瞬時停電期間（交流電源の停電発生から所望の交流
電力が供給されるようになるまでの期間）を確実に短く
することができる。

【００７２】

【発明の効果】本発明では、簡単な構成で、交流電源の
交流電力を効率よく負荷機器へ供給することができる。
本発明では、さらに、この交流電源の交流電力よりも品
質の良い交流電力を負荷機器へ供給することかできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施の形態１に係る電力品質改善装
置を示す回路図である。

【図２】 図１中の二入力スイッチの構成を示す回路図
である。

【図３】 従来の電力品質改善装置を示す回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 電力品質改善装置 ２ 交流電源 ３ 負荷機器 ４ 一方の入力端子（入力端子） ５ 他方の入力端子（入力端子） ６ 一方の出力端子（出力端子） ７ 出力端子の他方（出力端子） ８ 一方の交流配線（交流配線） ９ 他方の交流配線（交流配線） １１ 二入力スイッチ １２ トランス １３ 一方のコイル １４ 一方の入力接点（入力接点） １５ 出力接点 １６ 他方の入力接点（入力接点） ２５ バッテリ（蓄電部材） ２６ 一方の直流配線（直流配線） ２７ 他方の直流配線（直流配線） ２８ 整流回路 ２９ 他方のコイル ３０ 直交変換回路 ４０ アーム（左側のアーム） ４１ アーム（右側のアーム） ４２，４３，４６，４７ 変換トランジスタ ４４，４５，４８，４９ 変換ダイオード ５２ ローパスフィルタ ５３ 入力電圧検出部材（検出部材） ５４ 出力電圧検出部材（検出部材） ５５ マイクロコンピュータ（制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5G066 DA07 JA02 JB03 5H007 AA06 BB05 CA01 CB02 CB05 CC06 CC07 CC13 CC32 CC33 DC05 GA02 GA03

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源から負荷機器への電力供給経路
   上で、上記負荷機器に供給される交流電力の品質を改善
   する電力品質改善方法であって、 上記交流電源の正常時には、上記電力供給経路にトラン
   スの一方のコイルを直列に接続するとともに、上記トラ
   ンスの他方のコイルから交流電力を供給して、上記負荷
   機器に供給される交流電力の電圧を安定化させ、 上記交流電源の異常時には、上記交流電源の替わりに上
   記一方のコイルを上記負荷機器に接続するとともに、上
   記他方のコイルから交流電力を供給して、上記負荷機器
   へ交流電力を供給することを特徴とする電力品質改善方
   法。
2. 【請求項２】 交流電源から負荷機器への電力供給経路
   上に配設され、上記負荷機器に供給される交流電力の品
   質を改善する電力品質改善装置であって、 上記交流電源に接続される一対の入力端子と、 上記負荷機器に接続される一対の出力端子と、 上記入力端子の一方と上記出力端子の一方との間に、一
   方のコイルが直列に接続されるトランスと、 上記トランスの他方のコイルに交流電力を供給する電力
   供給手段と、 上記一対の入力端子の間の入力電圧あるいは上記一対の
   出力端子の間の出力電圧を検出電圧として検出する検出
   部材と、 上記検出電圧が所定の目標電圧と異なる場合には、上記
   電力供給手段から上記他方のコイルへ交流電力を供給さ
   せて、上記出力電圧が上記目標電圧となるように制御す
   る制御手段と、を備えることを特徴とする電力品質改善
   装置。
3. 【請求項３】 交流電源から負荷機器への電力供給経路
   上に配設され、上記負荷機器に供給れる交流電力の品質
   を改善する電力品質改善装置であって、 上記交流電源に接続される一対の入力端子と、 上記負荷機器に接続される一対の出力端子と、 上記入力端子の一方と上記出力端子の一方との間に、一
   方のコイルが直列に接続されるトランスと、 上記トランスの他方のコイルに交流電力を供給する電力
   供給手段と、 ２つの入力接点と１つの出力接点とを有し、上記入力接
   点の一方が上記入力端子の一方に接続され、且つ、上記
   出力端子が上記一方のコイルに接続される二入力スイッ
   チと、 上記一対の入力端子の間の入力電圧を検出電圧として検
   出する検出部材と、 上記検出電圧に基づいて交流電源が異常と判断される場
   合には、上記二入力スイッチを切り替えて、上記一方の
   コイルを上記出力端子の他方に接続するとともに、上記
   電力供給手段から所定の交流電力を供給させる制御手段
   と、を備えることを特徴とする電力品質改善装置。
4. 【請求項４】 交流電源から負荷機器への電力供給経路
   上に配設され、上記負荷機器に供給される交流電力の品
   質を改善する電力品質改善装置であって、 上記交流電源に接続される一対の入力端子と、 上記負荷機器に接続される一対の出力端子と、 上記入力端子の一方と上記出力端子の一方との間に、一
   方のコイルが直列に接続されるトランスと、 上記トランスの他方のコイルに交流電力を供給する電力
   供給手段と、 ２つの入力接点と１つの出力接点とを有し、上記入力接
   点の一方が上記入力端子の一方に接続され、且つ、上記
   出力端子が上記一方のコイルに接続される二入力スイッ
   チと、 上記一対の入力端子の間の入力電圧あるいは上記一対の
   出力端子の間の出力電圧を検出電圧として検出する検出
   部材と、 上記検出電圧が所定の目標電圧と異なる場合には、上記
   電力供給手段から上記他方のコイルへ交流電力を供給さ
   せて、上記出力電圧が上記目標電圧となるように制御
   し、且つ、 上記検出電圧に基づいて交流電源が異常と判断される場
   合には、上記二入力スイッチを切り替えて、上記一方の
   コイルを上記出力端子の他方に接続するとともに、上記
   電力供給手段から所定の交流電力を供給させる制御手段
   と、を備えることを特徴とする電力品質改善装置。
5. 【請求項５】 前記電力供給手段は、 電力を蓄電する蓄電部材と、 上記蓄電部材の一対の接続端子に接続される一対の直流
   配線と、 上記一対の直流配線から供給される直流電力を用いて交
   流電力を生成し、この交流電力を前記他方のコイルへ供
   給する直交変換回路と、 前記一対の入力端子および上記一対の直流配線が接続さ
   れ、前記一対の入力端子から入力された電圧を整流して
   上記一対の直流配線へ出力する整流回路と、を備え、 前記制御手段は、さらに、前記検出電圧が前記所定の目
   標電圧と一致すると判断される場合であっても、上記直
   交変換回路を動作させることを特徴とする請求項４記載
   の電力品質改善装置。
6. 【請求項６】 前記直交変換回路を、前記一対の直流配
   線の間において２つのトランジスタが直列に接続された
   ２組のアームで構成し、それぞれの上記２つのトランジ
   スタの間を前記他方のコイルに接続し、前記制御手段
   は、この４つのトランジスタに対してオンオフ制御信号
   を出力することで前記出力電圧を制御し、さらに、前記
   二入力スイッチおよび前記一方のコイルの全体に対して
   並列にローパスフィルタを接続したことを特徴とする請
   求項５記載の電力品質改善装置。