JP2010124557A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】無停電電源装置の効率を向上する技術を提供する。
【解決手段】無停電電源装置３０において、交流電圧検出部１９が、交流電源１の交流電圧の最大値等を検出している。そして、直流電圧指令値生成部２０が、交流電圧検出部１９によって検出された交流電圧の変化に対応して、整流器５の直流電圧を変化させる直流電圧指令値を生成する。このことによって、従来の無停電電源装置において整流器の直流電圧を常に定格の１１０％に設定している場合に比較して、無停電電源装置３０は直流電圧を必要以上に過大にしないようにすることができる。したがって、整流器５、インバータ７、直流昇降回路９の各スイッチング損失および各インダクタンス素子６，８，１０の鉄損が低減される。すなわち、無停電電源装置３０の効率が向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、交流電源の交流電圧を用いる整流器と、蓄電池の直流電圧を用いる直流昇降圧回路と、インバータとを含む無停電電源装置において、整流器の直流電圧の大きさを交流電圧の最大値の変化に適応的に制御させることによって、スイッチング素子やリアクトル素子にともなう電力損失を低減する無停電電源装置に関する。

無停電電源装置は、商用交流電源の電圧低下時あるいは停電時に、蓄電池からの直流電圧を直流昇降圧回路とインバータとを用いて、所定の交流電圧を一定時間出力し続ける。そして、負荷側の装置の処理データを損失させることなく、安全に停止させる時間を稼ぐことが可能である。
また、無停電電源装置は、発電機と組み合わせることによって、停電時に発電機が運転するまで無停電電源装置で電力を供給し、負荷側の装置へ安定した電力供給を行う。そして、負荷側の装置を停止させたり故障させたりすることなく、負荷側の装置を稼動し続けることが可能である。
そのため、近年では、無停電電源装置が多数使用されるようになってきている。

無停電電源装置は、常時、整流器やインバータを動作させているため、電力損失を発生している。そのため、無停電電源装置の省エネルギ化に関しては、負荷の入力許容電圧の範囲内でインバータ電圧を変化させて、負荷の最も効率がよく、消費電力が少なくなる電圧を判定して、その判定した電圧にインバータ出力電圧を設定する装置が開示されている（特許文献１）。
特開平８−１５４３４７号公報

無停電電源装置では、整流器と直流昇降圧回路とインバータにおいて用いられているスイッチング素子およびリアクトル素子にともなう電力損失が存在している。そして、スイッチング素子およびリアクトル素子における電力損失は、その素子に印加される電圧が大きくなるにしたがって大きくなる。
そこで、本発明は、負荷の入力許容電圧の範囲内で、整流器と直流昇降圧回路とインバータにおいて用いられているスイッチング素子およびリアクトル素子に必要以上の電圧が印加させないように、整流器の直流電圧の大きさを交流電圧の最大値の変化に適応的に制御する無停電電源装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、交流電源からの交流入力を直流に変換する整流器と、蓄電池からの直流入力を所定電圧の直流を生成する直流昇降圧器と、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成された直流を所定電圧の交流出力に変換するインバータとを備える無停電電源装置において、前記整流器の直流電圧を前記交流電源の交流電圧の最大値の変化に対応して変化させることを特徴とする。

本発明によれば、無停電電源装置において、整流器や直流昇降圧回路やインバータに使用されているスイッチング素子およびリアクトル素子にともなう電力損失を低減することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態（以降、「実施形態」という）について、適宜図面を用いながら詳細に説明する。

《比較例》
初めに、比較例における無停電電源装置の構成について、図１０を用いて説明する。図１０は、比較例における無停電電源装置の構成を示す図である。
図１０に示す無停電電源装置１００は、各交流電源１０１，１０２、負荷１０３、各電源配線１０４，１１３、整流器１０５、整流器１０５のインダクタンス素子１０６、インバータ１０７、インバータ１０７のインダクタンス素子１０８、直流昇降圧器１０９、直流昇降圧器１０９のインダクタンス素子１１０、直送給電切換器１１２、直流電圧指令値設定部（固定値）１１４、直流電圧帰還配線１１５、ＤＣＡＶＲ（自動直流電圧調整回路；Automatic Voltage Regulator）１１６、交流電流帰還配線１１７、およびＡＣＲ（自動電流制御回路；Automatic Current Regulator）１１８を含む。なお、図１０では、特に説明に不要なダイオードやコンデンサ等は、図示を省略している。
また、蓄電池１１１は、外部接続によって、無停電電源装置１００に接続されるものとする。

まず、各交流電源１０１，１０２は、例えば、商用交流電源であって、定格電圧に対して±１０％の変動が許容されている。
負荷１０３は、無停電電源装置１００から電力を供給されて動作する装置類である。
電源配線１０４は、交流電源１０１と整流器１０５のインダクタンス素子１０６とを結線している。
整流器１０５は、交流電源１０１の交流を直流に変換する。
インダクタンス素子１０６は、整流器１０５の一部であり、整流器１０５の電圧と交流電源１０１の電圧との差を受ける。

インバータ１０７は、直流を交流に変換する。
インダクタンス素子１０８は、インバータ１０７の一部であり、インバータ１０７によって生成された波形を交流に整形する。
直流昇降圧器１０９は、蓄電池１１１に充電する場合、および、蓄電池１１１から放電する場合、電圧を所定の値にする。
インダクタンス素子１１０は、直流昇降圧器１０９の一部である。

蓄電池１１１は、電力の蓄積および放電の双方が可能である。
直送給電切換器１１２は、通常、交流電源１０１側の回路に接続しているが、交流電源１０１が停電した場合に、交流電源１０２側に接続を切り換える。
電源配線１１３は、交流電源１０２と直送給電切換器１１２とを結線する。
直流電圧指令値設定部（固定値）１１４は、インバータ１０７への入力となる直流電圧の大きさが所定の値となるように、その値を保持する。
直流電圧帰還配線１１５は、整流器１０５とインバータ１０７との間の配線から分岐される。

ＤＣＡＶＲ１１６は、直流電圧指令値設定部（固定値）１１４の直流電圧指令値と直流電圧帰還配線１１５から取り出される直流電圧帰還値との差分に基づいて、電流指令値を出力する。
交流電流帰還配線１１７は、整流器１０５のインダクタンス素子１０６と整流器１０５との間に設けられたホール素子から配線されている。ホール素子によって検出された電流値が、交流電流帰還配線１１７から取り出される。
ＡＣＲ（自動電流制御回路；Automatic Current Regulator）１１８は、ＤＣＡＶＲ１１６の電流指令値と交流電流帰還配線１１７から取り出される交流電流帰還値とに基づいて、整流器１０５のインダクタンス素子１０６の電流を正弦波にする。

次に、無停電電源装置１００の動作について、図１０を用いて説明する。
通常時は、無停電電源装置１００は、交流電源１０１の交流電力を、整流器１０５によって一定電圧の直流電力に変換して、その直流電力をインバータ１０７によって一定の交流電力に変換し、その変換した交流電力を負荷１０３に供給する。
交流電源１０１が停電したとき、または、交流電源１０１が電圧降下した場合には、無停電電源装置１００は、直流昇降圧器１０９を介して蓄電池１１１から不足分を補って所定の直流電力を生成し、その所定の直流電力をインパータで所定の交流電力に変換し、その変換した交流電力を負荷１０３に供給する。

図１０に示す各部１１４〜１１８は、整流器１０５への入力電流を正弦波にするための制御回路であって、整流器１０５の一部である。ＤＣＡＶＲ１１６は、直流電圧指令値設定部（固定値）１１４の直流電圧指令値と直流電圧帰還配線１１５から取り出される直流電圧帰還値との差分に基づいて、電流指令値を出力する。
ＡＣＲ１１８は、ＤＣＡＶＲ１１６の電流指令値と交流電流帰還配線１１７から取り出される交流電流帰還値との差分に基づいて、整流器１０５に対して、正弦波交流電流の振幅値を指令する。
整流器１０５は、受信した正弦波交流電流の振幅値に基づいて、交流電圧振幅と交流電圧位相とを調整することで、電流振幅を調整する。なお、整流器１０５の交流電流は、交流電源１０１の交流電圧と整流器の交流電圧との差分を、インダクタンス素子１０６のインピーダンスで除した値となる。整流器１０５の交流電流の振幅は、負荷１０３が大きくなるに従って直流電圧の低下が大きくなるため、負荷１０３の大きさに応じて大きくなるように作用する。

ここで、電圧および電流の定常状態から負荷電流が増加したときの、無停電電源装置の各部における電圧波形および電流波形について、図１１を用いて説明する。図１１（ａ）〜（ｆ）は、電圧および電流の定常状態から負荷電流が増加したときの電圧波形および電流波形を示す図である。
図１１では、図１１（ｆ）に示すように、負荷電力の定常状態から負荷電流が増加したときに、無停電電源装置１００は、各部１１４〜１１８の動作によって、図１１（ｂ）に示すように、整流器１０５の交流電圧振幅および交流電圧位相を変化させることにより、図１１（ｄ）に示すように整流器１０５の整流器インダクタンス電流を増加させる。そして、図１１（ｅ）に示すように、直流電圧は、一瞬低下するものの、ほぼ一定値を維持することができる。なお、図１１（ｃ）に示す整流器インダクタンス電圧は、整流器インダクタンス電流の増大にともなって増大する。

また、交流電源１０１の電圧が正弦波のとき、整流器１０５の交流電流を正弦波にするためには、整流器１０５の交流電圧を正弦波にする必要がある。また、その場合の整流器１０５の交流電圧の最大値は、交流電源１０１の交流電圧の最大値と同程度に維持される必要がある。ただし、整流器１０５の交流電圧の最大値は、整流器１０５の直流電圧に比例するので、整流器１０５の交流電流を正弦波に保つ交流電圧範囲において、直流電圧を決定する必要がある。

ここで、交流電源１０１の電圧振幅と、整流器１０５の直流電圧との対応関係について、図１２および図１３を用いて説明する。図１２（ａ）〜（ｅ）は、交流電源の交流電圧に対して、整流器の直流電圧が必要な値より大きい例を示す図である。図１３（ａ）〜（ｅ）は、交流電源の交流電圧に対して、整流器の直流電圧が必要な値より小さい例を示す図である。

図１２は、図１２（ａ）に示す交流電源１０１の交流電圧が、図１２（ｂ）の一点鎖線に示す整流器１０５の直流電圧によって決まる最大交流電圧振幅の範囲内に入っている場合を示している。
交流電源１０１の交流電圧が整流器１０５の直流電圧によって決まる最大交流電圧振幅以下であれば、言い換えると、整流器１０５の直流電圧が必要な値以上であれば、整流器１０５の交流電圧は正弦波となる。したがって、図１２（ｃ），（ｄ）に示すように、整流器インダクタンス電圧および整流器インダクタンス電流は正弦波となる。なお、必要な値とは、整流器１０５の直流電圧が１００Ｖであったときに、交流電圧の最大値が１４１Ｖとなることである。つまり、交流電圧の最大値が１４１Ｖのときに、直流電圧が１００Ｖ以上（必要な値以上）であれば、整流器１０５の交流電圧は正弦波となり、交流電流も正弦波となる。

しかし、図１３は、図１３（ａ）に示す交流電源１０１の交流電圧が、図１３（ｂ）の一点鎖線に示す整流器１０５の直流電圧によって決まる最大交流電圧振幅より大きい場合を示している。
交流電源１０１の交流電圧が整流器１０５の直流電圧によって決まる最大交流電圧振幅より大きい場合、言い換えると、整流器１０５の直流電圧が必要な値より小さい場合、整流器１０５の交流電圧は正弦波にならない。したがって、図１３（ｃ），（ｄ）に示すように、整流器インダクタンス電圧および整流器インダクタンス電流は正弦波にならない。
なお、整流器インダクタンス電圧および整流器インダクタンス電流が正弦波にならない場合、無停電電源装置１００における制御が煩雑になる。

そこで、図１０に示した直流電圧指令値設定部（固定値）１１４には、整流器１０５の交流電圧および交流電流を正弦波にするために、交流電源１０１の電圧変動の上限値に対応する値が設定されている。

《第１実施形態》
次に、第１実施形態における無停電電源装置の構成について、図１を用いて説明する。図１は、第１実施形態における無停電電源装置の構成を示す図である。

第１実施形態における無停電電源装置３０を構成する各部１〜１３，１５〜１８は、それぞれ比較例における無停電電源装置１００（図１０参照）を構成する各部１０１〜１１３，１１５〜１１８と同じである。そして、第１実施形態における無停電電源装置３０の構成が比較例における無停電電源装置１００の構成と相違する点は、交流電圧検出部１９および直流電圧指令値生成部２０が、直流電圧指令値設定部（固定値）１１４（図１０参照）の代わりに設けられていることである。したがって、各部１〜１３，１５〜１８についての説明は省略する。

交流電圧検出部１９は、交流電源１の交流電圧値を検出する。例えば、交流電圧値は、交流電圧の実効値、最大値、またはピーク・ツー・ピーク値である。
直流電圧指令値生成部２０は、交流電圧検出部１９から取得した交流電圧値に基づいて、直流電圧指令値を生成する。例えば、直流電圧指令値生成部２０は、交流電源１の交流電圧が定格１００％のときには、定格１００％に対応する直流電圧指令値を生成する。また、交流電源１の交流電圧が変動して、その変動の上限値である定格１１０％となったときには、直流電圧指令値生成部２０は、定格１１０％に対応する直流電圧指令値を生成する。なお、直流電圧指令値生成部２０は、交流電圧検出部１９から取得した交流電圧値の代わりに、所定値（例えば、定格値）からの変化分に基づいて、直流電圧指令値を生成してもよい。あるいは、直流電圧指令値生成部２０は、交流電圧検出部１９が所定時間ごとに検出した交流電圧値の差分に基づいて、直流電圧指令値を生成してもよい。

ここで、第１実施形態における交流電源１の交流電圧の変動と整流器５の直流電圧との対応関係について、図２を用いて説明する（適宜図１参照）。図２（ａ）〜（ｅ）は、第１実施形態における交流電源の交流電圧の変動と整流器の直流電圧との対応関係を示す図である。
図２は、図２（ａ）に示すように、交流電源１の交流電圧が増大した場合を示している。交流電圧検出部１９は、常に、交流電圧の交流電圧値を検出している。そして、直流電圧指令値生成部２０は、取得した交流電圧値に基づいて、直流電圧指令値を生成する。したがって、図２（ａ）に示すように交流電源１の交流電圧が大きくなるように変化した場合、直流電圧指令値は、その交流電圧の増大に対応して、図２（ｅ）に示すように直流電圧を増大するように生成される。このように直流電圧が変化するため、図２（ｂ）に示すように、整流器５の交流電圧は、ピークが欠けることなく、交流電源１の交流電圧に合わせて変化する。したがって、図２（ｃ），（ｄ）に示すように、整流器インダクタンス電圧および整流器インダクタンス電流は、それぞれ正弦波となる。

以上、説明した第１実施形態における無停電電源装置３０によれば、整流器５の直流電圧を交流電源１の交流電圧の最大値の変化に対応して変化させることによって、比較例において説明した、整流器１０５（図１０参照）の直流電圧を常に定格の１１０％に設定している場合に比較して、直流電圧を必要以上に過大にしないようにすることができる。したがって、整流器５、インバータ７、直流昇降回路９の各スイッチング損失および各インダクタンス素子６，８，１０の鉄損が低減される。すなわち、無停電電源装置３０の効率が向上する。

《第２実施形態》
次に、第２実施形態における無停電電源装置３１の構成について、図３を用いて説明する。図３は、第２実施形態における無停電電源装置の構成を示す図である。

第２実施形態における無停電電源装置３１を構成する各部１〜１３，１５〜１８は、それぞれ第１実施形態における無停電電源装置３０（図１参照）を構成する各部１〜１３，１５〜１８と同じである。そして、第２実施形態における無停電電源装置３１の構成が第１実施形態における無停電電源装置３０の構成と相違する点は、交流電圧ひずみ検出部２１および直流電圧指令値生成部２２が、交流電圧検出部１９（図１参照）および直流電圧指令値生成部２０（図１参照）の代わりに設けられていることである。したがって、各部１〜１３，１５〜１８についての説明は省略する。

交流電圧ひずみ検出部２１は、整流器５の交流電圧ひずみを検出し、交流電圧ひずみ値を算出する。
直流電圧指令値生成部２２は、交流電圧ひずみ検出部２１から取得した交流電圧ひずみ値に基づいて、直流電圧指令値を生成する。なお、直流電圧指令値生成部２２は、交流電圧ひずみ検出部２１が所定時間ごとに検出した交流電圧ひずみ値の差分に基づいて、直流電圧指令値を生成してもよい。

直流電圧指令値生成部２２は、交流電圧ひずみ値が所定値以上のときには、整流器５の交流電圧ひずみ値を所定値より小さくするための直流電圧指令値を生成する。すなわち、直流電圧指令値生成部２２は、整流器５の直流電圧を上昇させる直流電圧指令値を生成する。
また、交流電圧ひずみ値が所定値未満のときには、直流電圧指令値生成部２２は、交流電圧ひずみ値を所定値未満に維持する範囲で整流器５の直流電圧を低くするように直流電圧指令値を生成する。すなわち、直流電圧指令値生成部２２は、整流器５の直流電圧を低下させる直流電圧指令値を生成する。

ここで、第２実施形態における交流電源１の交流電圧の変動と整流器５の直流電圧との対応関係について、図４を用いて説明する（適宜図３参照）。図４（ａ）〜（ｅ）は、第２実施形態における交流電源の交流電圧の変動と整流器の直流電圧との対応関係を示す図である。

図４は、図４（ａ）に示すように、交流電源１の交流電圧が増大していく場合を示している。図４（ａ）に示すように交流電源１の交流電圧が大きくなるように変化した場合、図４（ｂ）に示すように整流器５の交流電圧の波形は歪む。そして、交流電圧ひずみ検出部２１が交流電圧ひずみを検出した後に、直流電圧指令値生成部２２は、取得した交流電圧ひずみ値に基づいて、直流電圧指令値を生成する。そして、直流電圧指令値は、その交流電圧の増大に対応して、図４（ｅ）に示すように直流電圧を増大するように生成される。このように直流電圧が変化するため、図４（ｂ）に示すように、整流器５の交流電圧は、再び、正弦波となる。整流器５の交流電圧が正弦波になれば、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、整流器インダクタンス電圧および整流器インダクタンス電流は、それぞれ正弦波となる。

以上、説明した第２実施形態における無停電電源装置３１によれば、整流器５の交流電圧ひずみを検出し、その交流電圧ひずみ値に基づいて、整流器５の直流電圧を交流電源１の交流電圧の最大値の変化に対応して変化させることによって、比較例において説明した、整流器１０５（図１０参照）の直流電圧を常に定格の１１０％に設定している場合に比較して、直流電圧を必要以上に過大にしないようにすることができる。したがって、整流器５、インバータ７、直流昇降回路９の各スイッチング損失および各インダクタンス素子６，８，１０の鉄損が低減される。すなわち、無停電電源装置３１の効率が向上する。

《第３実施形態》
次に、第３実施形態における無停電電源装置３２の構成について、図５を用いて説明する。図５は、第３実施形態における無停電電源装置の構成を示す図である。

第３実施形態における無停電電源装置３２を構成する各部１〜１３，１５〜１８は、それぞれ第２実施形態における無停電電源装置３１（図３参照）を構成する各部１〜１３，１５〜１８と同じである。そして、第３実施形態における無停電電源装置３２の構成が第２実施形態における無停電電源装置３１の構成と相違する点は、交流電流ひずみ検出部２３および直流電圧指令値生成部２４が、交流電圧ひずみ検出部２１（図３参照）および直流電圧指令値生成部２２（図３参照）の代わりに設けられていることである。したがって、各部１〜１３，１５〜１８についての説明は省略する。

交流電流ひずみ検出部２３は、整流器５の交流電流ひずみを検出し、交流電流ひずみ値を算出する。
直流電圧指令値生成部２４は、交流電流ひずみ検出部２３から取得した交流電流ひずみ値に基づいて、直流電圧指令値を生成する。なお、直流電圧指令値生成部２４は、交流電流ひずみ検出部２３が所定時間ごとに検出した交流電流ひずみ値の差分に基づいて、直流電圧指令値を生成してもよい。

直流電圧指令値生成部２４は、交流電流ひずみ値が所定値以上のときには、整流器５の交流電流ひずみ値を所定値より小さくするための直流電圧指令値を生成する。すなわち、直流電圧指令値生成部２４は、整流器５の直流電圧を上昇させる直流電圧指令値を生成する。
また、交流電流ひずみ値が所定値未満のときには、直流電圧指令値生成部２４は、交流電流ひずみ値を所定値未満に維持する範囲で整流器５の直流電圧を低くするように直流電圧指令値を生成する。すなわち、直流電圧指令値生成部２４は、整流器５の直流電圧を低下させる直流電圧指令値を生成する。

なお、第３実施形態における交流電源１の交流電圧の変動と整流器５の直流電圧との対応関係については、第２実施形態において説明に用いた図４と同様になるので、図４を用いて説明する（適宜図５参照）。

図４は、図４（ａ）に示すように、交流電源１の交流電圧が増大していく場合を示している。図４（ａ）に示すように交流電源１の交流電圧が大きくなるように変化した場合、図４（ｂ）に示すように整流器５の交流電圧の波形は歪む。そして、図４（ｄ）に示すように整流器インダクタンス電流も歪む。そこで、交流電流ひずみ検出部２３が交流電流ひずみを検出した後に、直流電圧指令値生成部２４は、取得した交流電流ひずみ値に基づいて、直流電圧指令値を生成する。そして、直流電圧指令値は、その交流電圧の増大に対応して、図４（ｅ）に示すように直流電圧を増大するように生成される。このように直流電圧が変化するため、図４（ｂ）に示すように、整流器５の交流電圧は、再び、正弦波となる。整流器５の交流電圧が正弦波になれば、図４（ｃ），（ｄ）に示すように、整流器インダクタンス電圧および整流器インダクタンス電流は、それぞれ正弦波となる。

以上、説明した第３実施形態における無停電電源装置３２によれば、整流器５の交流電流ひずみを検出し、その交流電流ひずみ値に基づいて、整流器５の直流電圧を交流電源１の交流電圧の最大値の変化に対応して変化させることによって、比較例において説明した、整流器１０５（図１０参照）の直流電圧を常に定格の１１０％に設定している場合に比較して、直流電圧を必要以上に過大にしないようにすることができる。したがって、整流器５、インバータ７、直流昇降回路９の各スイッチング損失および各インダクタンス素子６，８，１０の鉄損が低減される。すなわち、無停電電源装置３２の効率が向上する。

《変形例１》
前記した第１実施形態における無停電電源装置３０では、整流器５の電圧および電流が正弦波になる場合について説明したのに対して、変形例１では、電流が正弦波になるとは限らない場合について説明する。
まず、変形例１における無停電電源装置６０の構成について、図６を用いて説明する。図６は、変形例１における無停電電源装置の構成を示す図である。

変形例１における無停電電源装置６０を構成する各部１〜４，６〜１３，１５，１９，２０は、それぞれ第１実施形態における無停電電源装置３０（図１参照）を構成する各部１〜４，６〜１３，１５，１９，２０と同じである。そして、変形例１における無停電電源装置６０の構成が第１実施形態における無停電電源装置３０の構成と相違する点は、整流器５０、ＤＣＡＶＲ５１が整流器５、ＤＣＡＶＲ１６の代わりに設けられ、各配線５２，５３が新たに加えられ、交流電流帰還値配線１７およびＡＣＲ１８が削除されていることである。したがって、各部１〜４，６〜１３，１５，１９，２０についての説明は省略する。

整流器５０は、直流を生成するためのスイッチング素子によって構成されている。ただし、図６では、スイッチング素子以外の素子については、記載を省略している。
ＤＣＡＶＲ５１は、直流電圧指令値生成部２０から出力された直流電圧指令値と直流電圧帰還配線１５から取り出される直流電圧帰還値との差分に基づいて、整流器５０のスイッチング素子のＯＮまたはＯＦＦを制御する駆動電流（電流指令値）を各配線５２，５３に出力する。

ここで、仮に、直流電圧指令値生成部２０から出力される直流電圧指令値が固定されている場合であって、交流電源１の電圧振幅と、整流器５０の直流電圧と、整流器５０のスイッチング素子のＯＮまたはＯＦＦを制御する駆動電流（電流指令値）との対応関係について、図１４および図１５を用いて説明する。図１４（ａ）〜（ｄ）は、変形例１において、直流電圧指令値生成部２０から出力される直流電圧指令値が固定されている場合であって、交流電源の交流電圧に対して、整流器の直流電圧が必要な値より大きい例を示す図である。図１５（ａ）〜（ｅ）は、変形例１において、直流電圧指令値生成部２０から出力される直流電圧指令値が固定されている場合であって、交流電源の交流電圧に対して、整流器の直流電圧が必要な値より小さい例を示す図である。

図１４は、図１４（ａ）に示す交流電源１の交流電圧が、図１４（ｂ）の一点鎖線に示す整流器５０の直流電圧によって決まる最大交流電圧振幅の範囲内に入っている場合を示している。
交流電源１の交流電圧が整流器５０の直流電圧によって決まる最大交流電圧振幅以下であれば、言い換えると、整流器５０の直流電圧が必要な値以上であれば、図１４（ｂ）に示すように整流器５０の交流電圧は正弦波となる。このとき、図１４（ｃ）に示す駆動電流Ａは、配線５２によって整流器５０に印加され、図１４（ｄ）に示す駆動電流Ｂは、配線５３によって整流器５０に印加されている。その各駆動電流Ａ，Ｂは、交流電源１の交流電圧が最大幅となる時点から１／４周期の間にスイッチング素子をＯＮするように印加される。そして、整流器５０は、交流電圧を直流電圧に変換する。ただし、整流器５０の電流は正弦波になるとは限らない。

しかし、図１５は、図１５（ａ）に示す交流電源１の交流電圧が、図１５（ｂ）の一点鎖線に示す整流器５０の直流電圧によって決まる最大交流電圧振幅より大きい場合を示している。この場合、整流器５０の直流電圧を決定する各駆動電流Ａ，Ｂは、図１５（ｄ），（ｅ）に示すようになる。
交流電源１の交流電圧が整流器５０の直流電圧によって決まる最大交流電圧振幅より大きい場合、言い換えると、整流器５０の直流電圧が必要な値より小さい場合、図１５（ｂ）に示すように整流器５０の交流電圧は正弦波にならない。また、図１５（ｃ）に示すように整流器５０の電流も正弦波にならない。

図６に戻って、直流電圧指令値生成部２０は、第１実施形態と同様に、交流電源１の交流電圧値を検出する交流電圧検出部１９から取得した交流電圧値に基づいて、直流電圧指令値を生成する。
例えば、直流電圧指令値生成部２０は、交流電源１の交流電圧が定格１００％のときには、定格１００％に対応する直流電圧指令値を生成する。また、交流電源１の交流電圧が変動して、その変動の上限値である定格１１０％となったときには、直流電圧指令値生成部２０は、定格１１０％に対応する直流電圧指令値を生成する。

ここで、変形例１における交流電源１の交流電圧の変動と整流器５０の直流電圧との対応関係について、図７を用いて説明する（適宜図６参照）。図７（ａ）〜（ｃ）は、変形例１における交流電源の交流電圧の変動と整流器の直流電圧との対応関係を示す図である。
図７は、図７（ａ）に示すように、交流電源１の交流電圧が増大した場合を示している。交流電圧検出部１９は、常に、交流電圧の交流電圧値を検出している。そして、直流電圧指令値生成部２０は、取得した交流電圧値に基づいて、直流電圧指令値を生成する。したがって、図７（ａ）に示すように交流電源１の交流電圧が大きくなるように変化した場合、直流電圧指令値は、その交流電圧の増大に対応して、図７（ｃ）に示すように直流電圧を増大するように生成される。このように直流電圧が変化するため、図７（ｂ）に示すように、整流器５の交流電圧は、ピークが欠けることなく、交流電源１の交流電圧に合わせて変化する。

以上、説明した変形例１における無停電電源装置６０によれば、整流器５０の直流電圧を交流電源１の交流電圧の最大値の変化に対応して変化させることによって、比較例において説明した、整流器１０５（図１０参照）の直流電圧を常に定格の１１０％に設定している場合に比較して、直流電圧を必要以上に過大にしないようにすることができる。したがって、整流器５０、インバータ７、直流昇降回路９の各スイッチング損失および各インダクタンス素子６，８，１０の鉄損が低減される。すなわち、無停電電源装置６０の効率が向上する。

《変形例２》
次に、変形例２における無停電電源装置６１の構成について、図８を用いて説明する。図８は、変形例２における無停電電源装置の構成を示す図である。

変形例２における無停電電源装置６１を構成する各部１〜４，６〜１３，１５，２１，２２は、それぞれ第２実施形態における無停電電源装置３１（図３参照）を構成する各部１〜４，６〜１３，１５，２１，２２と同じである。そして、変形例２における無停電電源装置６１の構成が第２実施形態における無停電電源装置３１の構成と相違する点は、整流器５０、ＤＣＡＶＲ５１が整流器５、ＤＣＡＶＲ１６の代わりに設けられ、各配線５２，５３が新たに加えられ、交流電流帰還値配線１７およびＡＣＲ１８が削除されていることである。なお、整流器５０およびＤＣＡＶＲ５１は、変形例１と同様である。したがって、各部１〜４，６〜１３，１５，５０，５１についての説明は省略する。

交流電圧ひずみ検出部２１は、整流器５０の交流電圧ひずみを検出し、交流電圧ひずみ値を算出する。
直流電圧指令値生成部２２は、交流電圧ひずみ検出部２１から取得した交流電圧ひずみ値に基づいて、直流電圧指令値を生成する。

直流電圧指令値生成部２２は、交流電圧ひずみ値が所定値以上のときには、整流器５０の交流電圧ひずみ値を所定値より小さくするための直流電圧指令値を生成する。すなわち、直流電圧指令値生成部２２は、整流器５０の直流電圧を上昇させる直流電圧指令値を生成する。
また、交流電圧ひずみ値が所定値未満のときには、直流電圧指令値生成部２２は、交流電圧ひずみ値を所定値未満に維持する範囲で整流器５０の直流電圧を低くするように直流電圧指令値を生成する。すなわち、直流電圧指令値生成部２２は、整流器５０の直流電圧を低下させる直流電圧指令値を生成する。

ここで、変形例２における交流電源１の交流電圧の変動と整流器５０の直流電圧との対応関係について、図９を用いて説明する（適宜図８参照）。図９（ａ）〜（ｃ）は、変形例２における交流電源の交流電圧の変動と整流器の直流電圧との対応関係を示す図である。

図９は、図９（ａ）に示すように、交流電源１の交流電圧が増大していく場合を示している。図９（ａ）に示すように交流電源１の交流電圧が大きくなるように変化した場合、図９（ｂ）に示すように整流器５０の交流電圧の波形は歪む。そして、交流電圧ひずみ検出部２１が交流電圧ひずみを検出した後に、直流電圧指令値生成部２２は、取得した交流電圧ひずみ値に基づいて、直流電圧指令値を生成する。そして、直流電圧指令値は、その交流電圧の増大に対応して、図９（ｃ）に示すように直流電圧を増大するように生成される。このように直流電圧が変化するため、図９（ｂ）に示すように、整流器５０の交流電圧は、再び、正弦波となる。

以上、説明した変形例２における無停電電源装置６１によれば、整流器５０の交流電圧ひずみを検出し、その交流電圧ひずみ値に基づいて、整流器５０の直流電圧を交流電源１の交流電圧の最大値の変化に対応して変化させることによって、比較例において説明した、整流器１０５（図１０参照）の直流電圧を常に定格の１１０％に設定している場合に比較して、直流電圧を必要以上に過大にしないようにすることができる。したがって、整流器５０、インバータ７、直流昇降回路９の各スイッチング損失および各インダクタンス素子６，８，１０の鉄損が低減される。すなわち、無停電電源装置６１の効率が向上する。

第１実施形態における無停電電源装置の構成を示す図である。 第１実施形態における交流電源の交流電圧の変動と整流器の直流電圧との対応関係を示す図である。 第２実施形態における無停電電源装置の構成を示す図である。 第２実施形態における交流電源の交流電圧の変動と整流器の直流電圧との対応関係を示す図である。 第３実施形態における無停電電源装置の構成を示す図である。 変形例１における無停電電源装置の構成を示す図である。 変形例１における交流電源の交流電圧の変動と整流器の直流電圧との対応関係を示す図である。 変形例２における無停電電源装置の構成を示す図である。 変形例２における交流電源の交流電圧の変動と整流器の直流電圧との対応関係を示す図である。 比較例における無停電電源装置の構成を示す図である。 電圧および電流の定常状態から負荷電流が増加したときの電圧波形および電流波形を示す図である。 交流電源の交流電圧に対して、整流器の直流電圧が必要な値より大きい例を示す図である。 交流電源の交流電圧に対して、整流器の直流電圧が必要な値より小さい例を示す図である。 変形例１において、直流電圧指令値生成部２０から出力される直流電圧指令値が固定されている場合であって、交流電源の交流電圧に対して、整流器の直流電圧が必要な値より大きい例を示す図である。 変形例１において、直流電圧指令値生成部２０から出力される直流電圧指令値が固定されている場合であって、交流電源の交流電圧に対して、整流器の直流電圧が必要な値より小さい例を示す図である。

符号の説明

１ 交流電源
３ 負荷
５，５０ 整流器
６，８，１０ インダクタンス素子
７ インバータ
９ 直流昇降圧器
１１ 直流電力蓄積器
１５ 直流電圧帰還配線
１６ ＤＣＡＶＲ
１８ ＡＣＲ
１９ 交流電圧検出部
２０，２２，２４ 直流電圧指令値生成部
２１ 交流電圧ひずみ検出部
２３ 交流電流ひずみ検出部

Claims (8)

1. 交流電源からの交流入力を直流に変換する整流器と、蓄電池からの直流入力を所定電圧の直流に変換する直流昇降圧器と、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成された直流を所定電圧の交流出力に変換するインバータとを備える無停電電源装置において、
   前記交流入力の電圧の最大値またはピーク・ツー・ピーク値または実効値を検出する交流電圧検出部を備え、
   前記交流電圧検出部によって検出した前記交流入力の電圧の最大値またはピーク・ツー・ピーク値または実効値に比例して、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成される直流の電圧を変化すること
   を特徴とする無停電電源装置。
2. 交流電源からの交流入力を直流に変換する整流器と、蓄電池からの直流入力を所定電圧の直流に変換する直流昇降圧器と、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成された直流を所定電圧の交流出力に変換するインバータとを備える無停電電源装置において、
   前記交流入力の電圧の最大値またはピーク・ツー・ピーク値または実効値を所定時間ごとに検出する交流電圧検出部を備え、
   前記交流入力の電圧の最大値またはピーク・ツー・ピーク値または実効値の前記所定時間ごとの差分の大きさに比例して、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成される直流の電圧を変化すること
   を特徴とする無停電電源装置。
3. 交流電源からの交流入力を直流に変換する整流器と、蓄電池からの直流入力を所定電圧の直流に変換する直流昇降圧器と、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成された直流を所定電圧の交流出力に変換するインバータとを備える無停電電源装置において、
   前記整流器に入力する交流に含まれる交流電圧ひずみを検出する交流電圧ひずみ検出部を備え、
   前記交流電圧ひずみ検出部によって検出した前記交流電圧ひずみの大きさの変化に対応して、前記交流電圧ひずみの大きさが大きくなるにしたがって前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成される直流の電圧を大きく変化すること
   を特徴とする無停電電源装置。
4. 前記無停電電源装置は、
   前記交流電圧ひずみの大きさが所定値未満の場合、前記交流電圧ひずみの大きさが前記所定値未満となる範囲で、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成される直流の電圧を低下すること
   を特徴とする請求項３に記載の無停電電源装置。
5. 交流電源からの交流入力を直流に変換する整流器と、蓄電池からの直流入力を所定電圧の直流に変換する直流昇降圧器と、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成された直流を所定電圧の交流出力に変換するインバータとを備える無停電電源装置において、
   前記整流器に入力する交流に含まれる交流電圧ひずみを所定時間ごとに検出する交流電圧ひずみ検出部を備え、
   前記交流電圧ひずみの大きさの前記所定時間ごとの差分が大きくなるにしたがって、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成される直流の電圧を前記差分に比例して変化すること
   を特徴とする無停電電源装置。
6. 交流電源からの交流入力を直流に変換する整流器と、蓄電池からの直流入力を所定電圧の直流に変換する直流昇降圧器と、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成された直流を所定電圧の交流出力に変換するインバータとを備える無停電電源装置において、
   前記整流器に入力する交流に含まれる交流電流ひずみを検出する交流電流ひずみ検出部を備え、
   前記交流電流ひずみ検出部によって検出した前記交流電流ひずみの大きさの変化に対応して、前記交流電流ひずみの大きさが大きくなるにしたがって前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成される直流の電圧を大きく変化すること
   を特徴とする無停電電源装置。
7. 前記無停電電源装置は、
   前記交流電流ひずみの大きさが所定値未満の場合、前記交流電流ひずみの大きさが前記所定値未満となる範囲で、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成される直流の電圧を低下すること
   を特徴とする請求項６に記載の無停電電源装置。
8. 交流電源からの交流入力を直流に変換する整流器と、蓄電池からの直流入力を所定電圧の直流に変換する直流昇降圧器と、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成された直流を所定電圧の交流出力に変換するインバータとを備える無停電電源装置において、
   前記整流器に入力する交流に含まれる交流電流ひずみを所定時間ごとに検出する交流電流ひずみ検出部を備え、
   前記交流電流ひずみの大きさの前記所定時間ごとの差分が大きくなるにしたがって、前記整流器または前記直流昇降圧器のいずれか一方または双方によって生成された直流の電圧を前記差分に比例して変化すること
   を特徴とする無停電電源装置。
   

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