JP2015097449A - 無停電電源システム - Google Patents

Abstract

【課題】高電圧を出力することが可能で効率が高い無停電電源システムを提供する。
【解決手段】この無停電電源システムは、商用交流電源１０から交流電力を受ける１次巻線と、互いに絶縁された複数の２次巻線とを含む入力変圧器１と、それぞれ複数の２次巻線から交流電力を受け、負荷１２に対して直列接続された複数の無停電電源装置を含む高圧無停電電源装置２と、複数の無停電電源装置のうちの正常な無停電電源装置を負荷１２に対して直列接続する切換回路１６を備える。したがって、出力変圧器を使用しないので、高い効率が得られる。
【選択図】図３

Description

この発明は無停電電源システムに関し、特に、高電圧を出力する無停電電源システムに関する。

従来より、無停電電源装置の出力電圧を変圧器で昇圧して負荷に供給する無停電電源システムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

また、主交流電源が故障した場合に、フライホイール装置を含むエネルギー蓄積装置によって発電機を起動させる無停電電源システムも知られている（たとえば、特許文献２参照）。

特開平５−３８０５５号公報 特表２００１−５０２５１９号公報

しかし、従来の無停電電源装置では、変圧器における電力損失が大きく、効率が低いという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、高電圧を出力することが可能で効率が高い無停電電源システムを提供することである。

この発明に係る無停電電源システムは、商用交流電源から供給される交流電力を受ける１次巻線と、互いに絶縁された複数の２次巻線とを含む変圧器と、それぞれ複数の２次巻線に対応して設けられ、各々が、対応の２次巻線の端子間電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を交流電圧に変換するインバータとを含み、出力電圧の制御が可能なＮ台（ただし、Ｎは２以上の整数である）の無停電電源装置と、Ｎ台の無停電電源装置のうちの正常なＭ台（ただし、Ｍは２以上でＮ以下の整数である）の無停電電源装置を負荷に対して直列接続する切換回路とを備える。切換回路によって直列接続されたＭ台の無停電電源装置において各段の無停電電源装置は前段の出力電圧に自己の出力電圧を加算して次段に出力し、最終段の無停電電源装置はＭ台の無停電電源装置の出力電圧の総和の交流電圧を負荷に出力する。この無停電電源装置は、さらに、最終段の無停電電源装置の出力電圧が目標電圧になるようにＭ台の無停電電源装置の各々を制御する制御装置を備える。

この発明に係る無停電電源システムでは、Ｍ台の無停電電源装置を負荷に対して直列接続することにより、負荷に高電圧を供給する。したがって、出力変圧器を使用しないので、高い効率が得られる。

この発明の実施の形態１による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。 図１に示した入力変圧器の構成を示す回路図である。 図１に示した高圧無停電電源装置の構成を示す回路図である。 図３に示した無停電電源装置の構成を示す回路図である。 図１に示した電力変換器の構成を示す回路図である。 この発明の実施の形態２による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。 図６に示した高圧無停電電源装置の構成を示す回路図である。 図７に示した無停電電源装置の構成を示す回路図である。 図７に示した高圧無停電電源装置のうちのＵ相に関連する部分の動作を示すタイムチャートである。

[実施の形態１]
本発明の実施の形態１による無停電電源システムは、図１に示すように、入力端子Ｔ１、バイパス端子Ｔ２、出力端子Ｔ３、スイッチＳ１〜Ｓ８、入力変圧器１、高圧無停電電源装置２、およびエネルギー蓄積装置４を備える。この無停電電源システムは、商用交流電源１０およびバイパス交流電源１１から三相三線式の商用交流電力を受けて、三相三線式の商用周波数の交流電力を負荷１２に出力する。たとえば、商用交流電力の線間電圧は３３００Ｖであり、相電圧は１９０５Ｖである。ただし、図面および説明の簡単化のため、図１では一相一線分の回路が示されている。

入力端子Ｔ１は、商用交流電源１０からの商用交流電力を受ける。バイパス端子Ｔ２は、バイパス交流電源１１からの商用交流電力を受ける。出力端子Ｔ３は、負荷１２に接続される。スイッチＳ１は、たとえばブレーカであり、入力端子Ｔ１と入力変圧器１の１次巻線との間に接続され、通常時はオンされ、無停電電源システムのメンテナンス時にオフされる。

図２は、入力変圧器１の構成を示す回路図である。図２において、入力変圧器１は、３個の１次巻線ＣＲ，ＣＳ，ＣＴと、互いに絶縁された９組の２次巻線ＣＵ１，ＣＶ１，ＣＷ１；…；ＣＵ９，ＣＶ９，ＣＷ９とを含む。１次巻線ＣＲ，ＣＳ，ＣＴの一方端子はそれぞれＲ相、Ｓ相、およびＴ相の交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを受け、それらの他方端子は互いに接続されている。交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴは、ともに１９０５Ｖであり、それらの位相は１２０度ずつずれている。

２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ９は、１次巻線ＣＲと電磁結合されている。２次巻線ＣＶ１〜ＣＶ９は、１次巻線ＣＳと電磁結合されている。２次巻線ＣＷ１〜ＣＷ９は、１次巻線ＣＴと電磁結合されている。２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ９の一方端子にはそれぞれＵ相の交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ９が出力され、それらの他方端子は互いに接続されている。２次巻線ＣＶ１〜ＣＶ９の一方端子にはそれぞれＶ相の交流電圧ＶＶ１〜ＶＶ９が出力され、それらの他方端子は互いに接続されている。２次巻線ＣＷ１〜ＣＷ９の一方端子にはそれぞれＷ相の交流電圧ＶＷ１〜ＶＷ９が出力され、それらの他方端子は互いに接続されている。交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ９，ＶＶ１〜ＶＶ９，ＶＷ１〜ＶＷ９は、ともに１９０５Ｖである。Ｕ相の交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ９とＶ相の交流電圧ＶＶ１〜ＶＶ９とＷ相の交流電圧ＶＷ１〜ＶＷ９の位相は１２０度ずつずれている。

図３は、高圧無停電電源装置２の構成を示す回路ブロック図である。図３において、高圧無停電電源装置２は、制御回路１５と、９個の無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３と、切換回路１６と、３個の出力端子ＴＵ，ＴＶ，ＴＷとを含む。制御回路１５は、高圧無停電電源装置２全体を制御する。

切換回路１６は、スイッチＳＵ１ａ〜ＳＵ１ｃ，ＳＵ２ａ〜ＳＵ２ｃ，ＳＵ３ａ〜ＳＵ３ｃ，ＳＶ１ａ〜ＳＶ１ｃ，ＳＶ２ａ〜ＳＶ２ｃ，ＳＶ３ａ〜ＳＶ３ｃ，ＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｃ，ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｃ，ＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｃを含む。スイッチＳＵ１ａ〜ＳＵ１ｃ，ＳＵ２ａ〜ＳＵ２ｃ，ＳＵ３ａ〜ＳＵ３ｃは、制御回路１５によって制御され、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のうちの正常な無停電電源装置を中性点ＮＰと出力端子ＴＵとの間に直列接続する。

スイッチＳＶ１ａ〜ＳＶ１ｃ，ＳＶ２ａ〜ＳＶ２ｃ，ＳＶ３ａ〜ＳＶ３ｃは、制御回路１５によって制御され、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３のうちの正常な無停電電源装置を中性点ＮＰと出力端子ＴＶとの間に直列接続する。スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｃ，ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｃ，ＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｃは、制御回路１５によって制御され、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３のうちの正常な無停電電源装置を中性点ＮＰと出力端子ＴＷとの間に直列接続する。制御回路１５は、高圧無停電電源装置２の出力電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷが目標電圧になるように無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３のうちの正常な無停電電源装置を制御する。

詳しく説明すると、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＵ１〜ＵＵ３の入力端子Ｔ１１はそれぞれ２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ９の一方端子に接続され、それらの入力端子Ｔ１２はそれぞれ２次巻線ＣＶ１〜ＣＶ９の一方端子に接続され、それらの入力端子Ｔ１３はそれぞれ２次巻線ＣＷ１〜ＣＷ９の一方端子に接続される。無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３の各々は、入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３に与えられた三相交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を商用周波数のＵ相交流電力に変換する。無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３の出力端子Ｔ１４，Ｔ１５間には、それぞれ商用周波数のＵ相交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３が出力される。無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３の出力電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３の各々は制御可能になっている。

スイッチＳＵ１ｃ〜ＳＵ３ｃは、中性点ＮＰと出力端子ＴＵの間に直列接続され、それぞれ無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３が正常である場合は非導通状態にされ、それぞれ無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３が故障した場合は導通状態にされる。

スイッチＳＵ１ａ〜ＳＵ３ａの一方端子はそれぞれ無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３の出力端子Ｔ１４に接続され、それらの他方端子はそれぞれスイッチＳＵ１ｃ〜ＳＵ３ｃの一方端子（出力端子ＴＵ側の端子）に接続される。スイッチＳＵ１ａ〜ＳＵ３ａは、それぞれ無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３が正常である場合は導通状態にされ、それぞれ無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３が故障した場合は非導通状態にされる。

スイッチＳＵ１ｂ〜ＳＵ３ｂの一方端子はそれぞれ無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３の出力端子Ｔ１５に接続され、それらの他方端子はそれぞれスイッチＳＵ１ｃ〜ＳＵ３ｃの他方端子（中性点ＮＰ側の端子）に接続される。スイッチＳＵ１ｂ〜ＳＵ３ｂは、それぞれ無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３が正常である場合は導通状態にされ、それぞれ無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３が故障した場合は非導通状態にされる。

たとえば、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３がともに正常である場合は、図３に示すように、スイッチＳＵ１ａ〜ＳＵ３ａ，ＳＵ１ｂ〜ＳＵ３ｂが導通状態にされ、スイッチＳＵ１ｃ〜ＳＵ３ｃが非導通状態にされる。これにより、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３は中性点ＮＰおよび出力端子ＴＵ間に直列接続される。

無停電電源装置ＵＵ２は、前段の無停電電源装置ＵＵ１の出力電圧ＶＵ１１に自己の出力電圧ＶＵ１２を加算して次段に出力する。無停電電源装置ＵＵ３は、前段の無停電電源装置ＵＵ２の出力電圧ＶＵ１１＋ＶＵ１２に自己の出力電圧ＶＵ１３を加算して出力端子ＴＵに出力する。結局、出力端子ＴＵには、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３の出力電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３の総和の交流電圧ＶＵ＝ＶＵ１１＋ＶＵ１２＋ＶＵ１３が出力される。このとき、交流電圧ＶＵすなわちＵ相電圧ＶＵが１９０５Ｖになるように、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３が制御回路１５によって制御される。このとき、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３の出力電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３の各々は、１９０５／３Ｖに制御される。

また、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のうちの無停電電源装置ＵＵ３が故障した場合は、スイッチＳＵ１ａ，ＳＵ１ｂ，ＳＵ２ａ，ＳＵ２ｂ，ＳＵ３ｃが導通状態にされ、スイッチＳＵ１ｃ，ＳＵ２ｃ，ＳＵ３ａ，ＳＵ３ｂが非導通状態にされる。これにより、正常な無停電電源装置ＵＵ１，ＵＵ２は中性点ＮＰおよび出力端子ＴＵ間に直列接続される。

無停電電源装置ＵＵ２は、前段の無停電電源装置ＵＵ１の出力電圧ＶＵ１１に自己の出力電圧ＶＵ１２を加算して次段に出力する。出力端子ＴＵには、無停電電源装置ＵＵ１，ＵＵ２の出力電圧ＶＵ１１，ＶＵ１２の和の交流電圧ＶＵ＝ＶＵ１１＋ＶＵ１２が出力される。このとき、交流電圧ＶＵすなわちＵ相電圧ＶＵが１９０５Ｖになるように、無停電電源装置ＵＵ１，ＵＵ２が制御回路１５によって制御される。このとき、無停電電源装置ＵＵ１，ＵＵ２の出力電圧ＶＵ１１，ＶＵ１２の各々は、１９０５／２Ｖに制御される。

なお、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のうちの無停電電源装置ＵＵ２が故障した場合は、正常な無停電電源装置ＵＵ１，ＵＵ３は切換回路１６によって中性点ＮＰおよび出力端子ＴＵ間に直列接続される。また、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のうちの無停電電源装置ＵＵ１が故障した場合は、正常な無停電電源装置ＵＵ２，ＵＵ３は切換回路１６によって中性点ＮＰおよび出力端子ＴＵ間に直列接続される。

同様に、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３の各々は、入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３に与えられた三相交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を商用周波数のＶ相交流電力に変換する。無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３の出力端子Ｔ１４，Ｔ１５間には、それぞれ商用周波数のＶ相交流電圧ＶＶ１１〜ＶＶ１３が出力される。無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３の出力電圧ＶＶ１１〜ＶＶ１３の各々は制御可能になっている。

スイッチＳＶ１ｃ〜ＳＶ３ｃは、中性点ＮＰと出力端子ＴＶの間に直列接続され、それぞれ無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３が正常である場合は非導通状態にされ、それぞれ無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３が故障した場合は導通状態にされる。

スイッチＳＶ１ａ〜ＳＶ３ａの一方端子はそれぞれ無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３の出力端子Ｔ１４に接続され、それらの他方端子はそれぞれスイッチＳＶ１ｃ〜ＳＶ３ｃの一方端子（出力端子ＴＶ側の端子）に接続される。スイッチＳＶ１ａ〜ＳＶ３ａは、それぞれ無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３が正常である場合は導通状態にされ、それぞれ無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３が故障した場合は非導通状態にされる。

スイッチＳＶ１ｂ〜ＳＶ３ｂの一方端子はそれぞれ無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３の出力端子Ｔ１５に接続され、それらの他方端子はそれぞれスイッチＳＶ１ｃ〜ＳＶ３ｃの他方端子（中性点ＮＰ側の端子）に接続される。スイッチＳＶ１ｂ〜ＳＶ３ｂは、それぞれ無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３が正常である場合は導通状態にされ、それぞれ無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３が故障した場合は非導通状態にされる。

たとえば、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３がともに正常である場合は、図３に示すように、スイッチＳＶ１ａ〜ＳＶ３ａ，ＳＶ１ｂ〜ＳＶ３ｂが導通状態にされ、スイッチＳＶ１ｃ〜ＳＶ３ｃが非導通状態にされる。これにより、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３は中性点ＮＰおよび出力端子ＴＶ間に直列接続される。

無停電電源装置ＵＶ２は、前段の無停電電源装置ＵＶ１の出力電圧ＶＶ１１に自己の出力電圧ＶＶ１２を加算して次段に出力する。無停電電源装置ＵＶ３は、前段の無停電電源装置ＵＶ２の出力電圧ＶＶ１１＋ＶＶ１２に自己の出力電圧ＶＶ１３を加算して出力端子ＴＶに出力する。結局、出力端子ＴＶには、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３の出力電圧ＶＶ１１〜ＶＶ１３の総和の交流電圧ＶＶ＝ＶＶ１１＋ＶＶ１２＋ＶＶ１３が出力される。このとき、交流電圧ＶＶすなわちＶ相電圧ＶＶが１９０５Ｖになるように、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３の各々が制御回路１５によって制御される。このとき、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３の出力電圧ＶＶ１１〜ＶＶ１３の各々は、１９０５／３Ｖに制御される。

また、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３のうちの無停電電源装置ＵＶ３が故障した場合は、スイッチＳＶ１ａ，ＳＶ１ｂ，ＳＶ２ａ，ＳＶ２ｂ，ＳＶ３ｃが導通状態にされ、スイッチＳＶ１ｃ，ＳＶ２ｃ，ＳＶ３ａ，ＳＶ３ｂが非導通状態にされる。これにより、正常な無停電電源装置ＵＶ１，ＵＶ２は中性点ＮＰおよび出力端子ＴＶ間に直列接続される。

無停電電源装置ＵＶ２は、前段の無停電電源装置ＵＶ１の出力電圧ＶＶ１１に自己の出力電圧ＶＶ１２を加算して次段に出力する。出力端子ＴＶには、無停電電源装置ＵＶ１，ＵＶ２の出力電圧ＶＶ１１，ＶＶ１２の和の交流電圧ＶＶ＝ＶＶ１１＋ＶＶ１２が出力される。このとき、交流電圧ＶＶすなわちＶ相電圧ＶＶが１９０５Ｖになるように、無停電電源装置ＵＶ１，ＵＶ２の各々が制御回路１５によってが制御される。このとき、無停電電源装置ＵＶ１，ＵＶ２の出力電圧ＶＶ１１，ＶＶ１２の各々は、１９０５／２Ｖに制御される。

なお、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３のうちの無停電電源装置ＵＶ２が故障した場合は、正常な無停電電源装置ＵＶ１，ＵＶ３は切換回路１６によって中性点ＮＰおよび出力端子ＴＶ間に直列接続される。また、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３のうちの無停電電源装置ＵＶ１が故障した場合は、正常な無停電電源装置ＵＶ２，ＵＶ３は切換回路１６によって中性点ＮＰおよび出力端子ＴＶ間に直列接続される。

同様に、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３の各々は、入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３に与えられた三相交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を商用周波数のＷ相交流電力に変換する。無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３の出力端子Ｔ１４，Ｔ１５間には、それぞれ商用周波数のＷ相交流電圧ＶＷ１１〜ＶＷ１３が出力される。無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３の出力電圧ＶＷ１１〜ＶＷ１３の各々は制御可能になっている。

スイッチＳＷ１ｃ〜ＳＷ３ｃは、中性点ＮＰと出力端子ＴＷの間に直列接続され、それぞれ無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３が正常である場合は非導通状態にされ、それぞれ無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３が故障した場合は導通状態にされる。

スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ３ａの一方端子はそれぞれ無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３の出力端子Ｔ１４に接続され、それらの他方端子はそれぞれスイッチＳＷ１ｃ〜ＳＷ３ｃの一方端子（出力端子ＴＷ側の端子）に接続される。スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ３ａは、それぞれ無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３が正常である場合は導通状態にされ、それぞれ無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３が故障した場合は非導通状態にされる。

スイッチＳＷ１ｂ〜ＳＷ３ｂの一方端子はそれぞれ無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３の出力端子Ｔ１５に接続され、それらの他方端子はそれぞれスイッチＳＷ１ｃ〜ＳＷ３ｃの他方端子（中性点ＮＰ側の端子）に接続される。スイッチＳＷ１ｂ〜ＳＷ３ｂは、それぞれ無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３が正常である場合は導通状態にされ、それぞれ無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３が故障した場合は非導通状態にされる。

たとえば、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３がともに正常である場合は、図３に示すように、スイッチＳＷ１ａ〜ＳＷ３ａ，ＳＷ１ｂ〜ＳＷ３ｂが導通状態にされ、スイッチＳＷ１ｃ〜ＳＷ３ｃが非導通状態にされる。これにより、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３は中性点ＮＰおよび出力端子ＴＷ間に直列接続される。

無停電電源装置ＵＷ２は、前段の無停電電源装置ＵＷ１の出力電圧ＶＷ１１に自己の出力電圧ＶＷ１２を加算して次段に出力する。無停電電源装置ＵＷ３は、前段の無停電電源装置ＵＷ２の出力電圧ＶＷ１１＋ＶＷ１２に自己の出力電圧ＶＷ１３を加算して出力端子ＴＷに出力する。結局、出力端子ＴＷには、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３の出力電圧ＶＷ１１〜ＶＷ１３の総和の交流電圧ＶＷ＝ＶＷ１１＋ＶＷ１２＋ＶＷ１３が出力される。このとき、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３の出力電圧ＶＷ１１〜ＶＷ１３の各々は、１９０５／３Ｖに制御される。

また、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３のうちの無停電電源装置ＵＷ３が故障した場合は、スイッチＳＷ１ａ，ＳＷ１ｂ，ＳＷ２ａ，ＳＷ２ｂ，ＳＷ３ｃが導通状態にされ、スイッチＳＷ１ｃ，ＳＷ２ｃ，ＳＷ３ａ，ＳＷ３ｂが非導通状態にされる。これにより、正常な無停電電源装置ＵＷ１，ＵＷ２は中性点ＮＰおよび出力端子ＴＷ間に直列接続される。

無停電電源装置ＵＷ２は、前段の無停電電源装置ＵＷ１の出力電圧ＶＷ１１に自己の出力電圧ＶＷ１２を加算して次段に出力する。出力端子ＴＷには、無停電電源装置ＵＷ１，ＵＷ２の出力電圧ＶＷ１１，ＶＷ１２の和の交流電圧ＶＷ＝ＶＷ１１＋ＶＷ１２が出力される。このとき、交流電圧ＶＷすなわちＷ相電圧ＶＷが１９０５Ｖになるように、無停電電源装置ＵＷ１，ＵＷ２の各々が制御回路１５によって制御される。このとき、無停電電源装置ＵＷ１，ＵＷ２の出力電圧ＶＷ１１，ＶＷ１２の各々は、１９０５／２Ｖに制御される。

なお、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３のうちの無停電電源装置ＵＷ２が故障した場合は、正常な無停電電源装置ＵＷ１，ＵＷ３は切換回路１６によって中性点ＮＰおよび出力端子ＴＷ間に直列接続される。また、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３のうちの無停電電源装置ＵＷ１が故障した場合は、正常な無停電電源装置ＵＶＷ，ＵＶＷは切換回路１６によって中性点ＮＰおよび出力端子ＴＷ間に直列接続される。

端子ＴＵ，ＴＶ間の電圧ＶＵ−ＶＶ、すなわち線間電圧ＶＵＶは１９０５×√３≒３３００Ｖとなる。端子ＴＶ，ＴＷ間の電圧ＶＶ−ＶＷ、すなわち線間電圧ＶＶＷは１９０５×√３≒３３００Ｖとなる。端子ＴＷ，ＴＵ間の電圧ＶＷ−ＶＵ、すなわち線間電圧ＶＷＵは１９０５×√３≒３３００Ｖとなる。線間電圧ＶＵＶ，ＶＶＷ，ＶＷＵの位相は１２０度ずつずれている。

図４は、無停電電源装置ＵＵ１の構成を示す回路図である。図４において、無停電電源装置ＵＵ１は、入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３、コンデンサＣ１〜Ｃ３、サイリスタ２０、抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３、リアクトルＬ１、トランジスタＱ１〜Ｑ４、ダイオードＤ１〜Ｄ１０、直流正母線ＰＬ１、直流負母線ＮＬ１、および出力端子Ｔ１４，Ｔ１５を含む。

ダイオードＤ１〜Ｄ３のアノードはそれぞれ入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３に接続され、それらのカソードは互いに接続される。ダイオードＤ４〜Ｄ６のカソードはそれぞれ入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３に接続され、それらのアノードはともに直流負母線ＮＬ１に接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ６は、入力端子Ｔ１１〜Ｔ１３に与えられた三相交流電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１を全波整流する全波整流回路を構成する。

コンデンサＣ１は、ダイオードＤ１〜Ｄ３のカソードと直流負母線ＮＬ１との間に接続され、ダイオードＤ１〜Ｄ６からなる全波整流回路の出力電圧を平滑化させる。サイリスタ２０のアノードはダイオードＤ１〜Ｄ３のカソードに接続され、サイリスタ２０のカソードは直流正母線ＰＬ１に接続される。抵抗素子Ｒ１は、サイリスタ２０に並列接続される。抵抗素子Ｒ２は直流正母線ＰＬ１と基準電圧のラインとの間に接続され、抵抗素子Ｒ３は直流負母線ＮＬ１と基準電圧のラインとの間に接続される。

ダイオードＤ１〜Ｄ６、コンデンサＣ１、サイリスタ２０、および抵抗素子Ｒ１〜Ｒ３は、三相交流電圧ＶＵ１，ＶＶ１，ＶＷ１を直流電圧に変換するコンバータ２１を構成する。所定の周期でサイリスタ２０のゲートにパルス信号を与えるとサイリスタ２０が導通する。サイリスタ２０に流れる電流が０Ａになると、サイリスタ２０が非導通になる。一周期当たりのサイリスタ２０の導通時間を調整することにより、コンバータ２１の出力電圧、すなわち直流正母線ＰＬ１および直流負母線ＮＬ１間の電圧を調整することが可能となっている。

コンバータ２１は、商用交流電源１０から三相交流電力が供給されている通常時は、対応の２次巻線ＣＵ７，ＣＶ７，ＣＷ７を介して供給される三相交流電力を直流電力に変換し、商用交流電源１０からの三相交流電力の供給が停止された停電時は停止する。換言すると、コンバータ２１は、通常時は、対応の２次巻線ＣＵ７，ＣＶ７，ＣＷ７を介して供給される三相交流電圧ＶＵ７，ＶＶ７，ＶＷ７に基づいて正電圧および負電圧を生成し、生成した正電圧および負電圧をそれぞれ直流正母線ＰＬおよび直流負母線ＮＬ間に供給し、停電時は停止する。

トランジスタＱ１，Ｑ２のコレクタはともに直流正母線ＰＬ１に接続され、それらのエミッタはそれぞれトランジスタＱ３，Ｑ４のコレクタに接続される。トランジスタＱ３，Ｑ４のエミッタは、ともに直流負母線ＮＬ１に接続される。ダイオードＤ７〜Ｄ１０は、それぞれトランジスタＱ１〜Ｑ４に逆並列に接続される。

トランジスタＱ１〜Ｑ４およびダイオードＤ７〜Ｄ１０は、２レベルのインバータ２２を構成する。リアクトルＬ１は、トランジスタＱ１のエミッタと出力端子Ｔ１４との間に接続される。コンデンサＣ３の一方電極は出力端子Ｔ１４に接続され、その他方電極はトランジスタＱ２のエミッタと出力端子Ｔ１５に接続される。リアクトルＬ１およびコンデンサＣ３は、出力フィルタ２３を構成する。

インバータ２２は、通常時は、コンバータ２１で生成された直流電力を交流電力に変換し、停電時は停止する。換言すると、インバータ２２は、直流正母線ＰＬの正電圧および直流負母線ＮＬの負電圧に基づいて、正電圧および負電圧を含む２レベルの交流電圧を生成する。

たとえば、トランジスタＱ１，Ｑ４をオンさせるとともにトランジスタＱ２，Ｑ３をオフさせると、直流正母線ＰＬ１がトランジスタＱ１およびリアクトルＬ１を介して出力端子Ｔ１４に接続されるとともに、直流負母線ＮＬ１がトランジスタＱ４を介して出力端子Ｔ１５に接続され、出力フィルタ２３に正電圧が供給される。

また、トランジスタＱ１，Ｑ４をオフさせるとともにトランジスタＱ２，Ｑ３をオンさせると、直流正母線ＰＬ１がトランジスタＱ２を介して出力端子Ｔ１５に接続されるとともに、直流負母線ＮＬ１がトランジスタＱ３およびリアクトルＬ１を介して出力端子Ｔ１４に接続され、出力フィルタ２３に負電圧が供給される。

したがって、トランジスタＱ１〜Ｑ４を制御することにより正電圧および負電圧のうちの所望の電圧を出力フィルタ２３に供給することができ、正電圧および負電圧の２レベルで変化する交流電圧を出力フィルタ２３に供給することができる。

出力フィルタ２３は、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧ＶＵ１１を出力端子Ｔ１４，Ｔ１５に通過させ、インバータ２２で発生したスイッチング周波数の信号が出力端子Ｔ１４，Ｔ１５に通過するのを禁止する。換言すると、出力フィルタ２３は、インバータ２２で生成された２レベルの交流電圧の波形を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧ＶＵ１１を出力端子Ｔ１４，Ｔ１５間に出力する。

他の無停電電源装置ＵＵ２，ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３の各々は、無停電電源装置ＵＵ１と同様であるので、その説明は繰り返さない。

図１に戻って、スイッチＳ２，Ｓ３は、高圧無停電電源装置２の出力端子（たとえばＴＵ）と出力端子Ｔ３との間に直列接続される。スイッチＳ２（第２のスイッチ）は、たとえばコンタクタであり、インバータ２２から負荷１２に交流電力を供給するインバータ給電モード時にオンされ、バイパス交流電源１１からバイパス端子Ｔ２を介して負荷１２に交流電力を供給するバイパス給電モード時にオフされる。

スイッチＳ３（第３のスイッチ）は、たとえばブレーカであり、通常はオンされ、無停電電源システムのメンテナンス時にオフされる。スイッチＳ４は、たとえばブレーカであり、入力端子Ｔ１とバイパス端子Ｔ２の間に接続され、通常はオフされ、端子Ｔ１，Ｔ２間を短絡したいとき、たとえば、商用交流電源１０が故障したためにバイパス交流電源１１から入力変圧器１に交流電力を供給するときにオンされる。

スイッチＳ５の一方端子はバイパス端子Ｔ２に接続され、その他方端子はスイッチＳ６を介してスイッチＳ２，Ｓ３間のノードＮ１に接続される。スイッチＳ５は、たとえばブレーカであり、通常はオンされ、メンテナンス時にオフされる。スイッチＳ６（第１のスイッチ）は、たとえばコンタクタであり、バイパス給電モード時にオンされ、インバータ給電モード時にオフされる。スイッチＳ７は、たとえばブレーカであり、バイパス端子Ｔ２と出力端子Ｔ３との間に接続され、通常はオフされ、メンテナンス時にオンされる。

なお、一般には、無瞬断スイッチがスイッチＳ６に並列接続されている。無瞬断スイッチは、高圧無停電電源装置２が正常である場合はオフし、高圧無停電電源装置２が故障したときに瞬時にオンするものである。また、無瞬断スイッチは、商用交流電源１０から交流電力が正常に供給されている通常時はオフし、商用交流電源１０からの交流電力の供給が停止した場合は瞬時にオンする。しかし、この実施の形態１では、エネルギー蓄積装置４を設けたので、無瞬断スイッチは不要となっている。

エネルギー蓄積装置４は、変圧器５、電力変換器６、モータ７、およびフライホイール装置８を含む。エネルギー蓄積装置４は、高圧無停電電源装置２またはバイパス交流電源１１から交流電力が正常に供給されている場合は、高圧無停電電源装置２またはバイパス交流電源１１から供給される交流電力をフライホイール装置８の回転エネルギーに変換し、高圧無停電電源装置２およびバイパス交流電源１１からの交流電力の供給が停止された場合は、フライホイール装置８に蓄えられた回転エネルギーを交流電力に変換し、その交流電力をスイッチＳ８，Ｓ３を介して負荷１２に与える。

すなわち、スイッチＳ８は、たとえばブレーカであり、ノードＮ１と変圧器５の１次巻線との間に接続され、通常はオンされ、メンテナンス時にオフされる。変圧器５の２次巻線は、電力変換器６に接続される。変圧器５は、高圧無停電電源装置２またはバイパス交流電源１１から交流電力が正常に供給されている場合は、高圧無停電電源装置２またはバイパス交流電源１１からの交流電力を電力変換器６に供給し、高圧無停電電源装置２およびバイパス交流電源１１からの交流電力の供給が停止された場合は、電力変換器６から供給される交流電力を出力端子Ｔ３を介して負荷１２に供給する。

図５は、電力変換器６の構成を示す回路図である。図５において、電力変換器６は、端子Ｔ２１〜Ｔ２５、フィルタ３０，３３、コンバータ３１，３２、およびコンデンサＣ１４、直流正母線ＰＬ２、および直流負母線ＮＬ２を備える。端子Ｔ２１〜Ｔ２３は、高圧無停電電源装置２またはバイパス交流電源１１から変圧器５を介して供給される三相交流電圧を受ける。

フィルタ３０は、コンデンサＣ１１〜Ｃ１３およびリアクトルＬ１１〜Ｌ１３を含む。コンデンサＣ１１は端子Ｔ２１，Ｔ２２間に接続され、コンデンサＣ１２は端子Ｔ２２，Ｔ２３間に接続され、コンデンサＣ１３は端子Ｔ２３，Ｔ２１間に接続される。リアクトルＬ１１〜Ｌ１３の一方端子は、それぞれ端子Ｔ２１〜Ｔ２３に接続される。

フィルタ３０は、ローパスフィルタを構成し、商用周波数の交流電圧を通過させ、コンバータ３１で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。また、フィルタ３０は、コンバータ３１がインバータとして動作する場合にコンバータ３１で生成された三相交流電圧の各々の波形を正弦波に変換して端子Ｔ２１〜Ｔ２３に通過させる。

コンバータ３１は、トランジスタＱ１１〜Ｑ１６およびダイオードＤ１１〜Ｄ１６を含む。トランジスタＱ１１〜Ｑ１３のコレクタはともに直流正母線ＰＬ２に接続され、それらのエミッタはそれぞれリアクトルＬ１１〜Ｌ１３の他方端子に接続される。トランジスタＱ１４〜Ｑ１６のコレクタはそれぞれリアクトルＬ１１〜Ｌ１３の他方端子に接続され、それらのエミッタはともに直流負母線ＮＬ２に接続される。ダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれトランジスタＱ１１〜Ｑ１６に逆並列に接続される。

コンバータ３１は、高電圧無停電電源装置２またはバイパス交流電源１１から三相交流電圧が正常に供給されている場合は、その三相交流電圧に基づいて正電圧および負電圧を生成し、生成した正電圧および負電圧をそれぞれ直流正母線ＰＬ２および直流負母線ＮＬ２間に出力する。また、コンバータ３１は、高電圧無停電電源装置２およびバイパス交流電源１１からの三相交流電圧の供給が停止された場合は、直流正母線ＰＬ２の正電圧および直流負母線ＮＬ２の負電圧に基づいて三相交流電圧を生成し、フィルタ３０に与える。コンデンサＣ１４は、直流正母線ＰＬ２および直流負母線ＮＬ２間に接続され、直流正母線ＰＬ２および直流負母線ＮＬ２間の電圧を平滑化させる。

コンバータ３２は、トランジスタＱ２１〜Ｑ２４およびダイオードＤ２１〜Ｄ２４を含む。トランジスタＱ２１，Ｑ２２のコレクタはともに直流正母線ＰＬ２に接続され、それらのエミッタはそれぞれトランジスタＱ２３，Ｑ２４のコレクタに接続される。トランジスタＱ２３，Ｑ２４のエミッタは、ともに直流負母線ＮＬ２に接続される。ダイオードＤ２１〜Ｄ２４は、それぞれトランジスタＱ２１〜Ｑ２４に逆並列に接続される。

コンバータ３２は、高電圧無停電電源装置２およびバイパス交流電源１１から三相交流電圧が正常に供給されている場合は、直流正母線ＰＬ２の正電圧および直流負母線ＮＬ２の負電圧に基づいて交流電圧を生成し、その交流電圧をフィルタ３３を介してモータ７に与える。また、コンバータ３２は、高電圧無停電電源装置２およびバイパス交流電源１１からの三相交流電圧の供給が停止された場合は、モータ７からフィルタ３３を介して供給される交流電圧に基づいて正電圧および負電圧を生成し、生成した正電圧および負電圧をそれぞれ直流正母線ＰＬ２および直流負母線ＮＬ２間に出力する。

フィルタ３３は、リアクトルＬ１４およびコンデンサＣ１５を含む。リアクトルＬ１４は、トランジスタＱ２１のエミッタと端子Ｔ２４との間に接続される。コンデンサＣ１５の一方電極は端子Ｔ２４に接続され、その他方電極はトランジスタＱ２４のエミッタおよび端子Ｔ２５に接続される。

フィルタ３３は、ローパスフィルタを構成し、商用周波数の交流電圧を通過させ、コンバータ３３で発生するスイッチング周波数の信号を遮断する。また、フィルタ３３は、コンバータ３２がインバータとして動作する場合にコンバータ３２で生成された交流電圧の波形を正弦波に変換して端子Ｔ２４，Ｔ２５に通過させる。

モータ７は、高圧無停電電源装置２またはバイパス交流電源１１から交流電力が正常に供給されている場合には、高圧無停電電源装置２またはバイパス交流電源１１から変圧器５および電力変換器６を介して供給される交流電力によって駆動され、フライホイール装置８を回転駆動させてフライホイール装置８に回転エネルギーを蓄えさせる。

また、モータ７は、高圧無停電電源装置２またはバイパス交流電源１１からの交流電力の供給が正常でない場合には、回転エネルギーによって回転し続けるフライホイール装置８によって回転駆動され、交流電力を生成して電力変換器６に供給する。

フライホイール装置８は、モータ７によって回転駆動されることによって回転エネルギーを蓄積し、モータ７を回転駆動させることによって回転エネルギーを放出する。

次に、この無停電電源システムの動作について説明する。ただし、説明の簡単化のため、Ｒ相およびＵ相に関連する部分の動作のみについて説明する。通常は、スイッチＳ１〜Ｓ３，Ｓ５，Ｓ８がオンされ、スイッチＳ４，Ｓ６，Ｓ７はオフされる。商用交流電源１０から入力端子Ｔ１およびスイッチＳ１を介して入力変圧器１の１次巻線ＣＲに交流電圧ＶＲが供給される。これにより、入力変圧器１の２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ９にそれぞれ交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ９が出力される。

無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３は、それぞれ交流電圧ＶＵ７〜ＶＵ９によって駆動され、それぞれ正弦波形の交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３を出力する。交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３は、加算されて高圧の交流電圧ＶＵとなる。高圧の交流電圧ＶＵは、スイッチＳ２，Ｓ３および出力端子Ｔ３を介して負荷１２に供給される。この状態は、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のインバータ２２から負荷１２に交流電力が供給されるので、インバータ給電モードと呼ばれる。

また、このとき、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３からスイッチＳ２，Ｓ８を介してエネルギー蓄積装置４に交流電力が供給され、モータ７によってフライホイール装置８が回転駆動されて回転エネルギーが蓄えられる。

インバータ給電モード時において商用交流電源１０の出力電圧が瞬間的に低下した場合、いわゆる瞬低が発生した場合は、コンデンサＣ２によって直流正母線ＰＬ１および直流負母線ＮＬ１間の直流電圧が維持され、安定した交流電圧が負荷１２に供給され、負荷１２が安定に運転される。

また、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のうちの無停電電源装置ＵＵ３が故障した場合は、フライホイール装置８の回転エネルギーがモータ７によって交流電力に変換される。モータ７によって生成された交流電力は、電力変換器６および変圧器５によって商用交流電力と同じ電圧および周波数の交流電力に変換され、スイッチＳ８，Ｓ３および出力端子Ｔ３を介して負荷１２に供給され、負荷１２の運転が継続される。

また、図３のスイッチＳＵ３ａ，ＳＵ３ｂが非導通にされるとともに、スイッチＳＵ３ｃが導通状態にされ、故障した無停電電源装置ＵＵ３が切り離され、正常な無停電電源装置ＵＵ２，ＵＵ１がＵ相端子ＴＵおよび中性点ＮＰ間に直列接続される。また、Ｕ相電圧ＶＵが目標電圧になるように、無停電電源装置ＵＵ２，ＵＵ１の出力電圧が調整される。Ｕ相電圧ＶＵが目標電圧に到達すると、無停電電源装置ＵＵ２，ＵＵ１から負荷１２およびエネルギー蓄積装置４の交流電力が供給され、負荷１２が駆動されるとともに、エネルギー蓄積装置４のエネルギーが蓄積される。

また、インバータ給電モード時において、商用交流電源１０からの交流電力の供給が停止された場合（すなわち停電が発生した場合）、または高圧無停電電源装置２全体が故障した場合は、フライホイール装置８の回転エネルギーがモータ７によって交流電力に変換される。モータ７によって生成された交流電力は、電力変換器６および変圧器５によって商用交流電力と同じ電圧および周波数の交流電力に変換され、スイッチＳ８，Ｓ３および出力端子Ｔ３を介して負荷１２に供給され、負荷１２の運転が継続される。したがって、従来のように無瞬断スイッチをオンしてバイパス給電をする必要はないので、無瞬断スイッチは設けられていない。

また、スイッチＳ６がオンするとともにスイッチＳ１，Ｓ２がオフするとともに、コンバータ２１およびインバータ２２の運転が停止される。これにより、バイパス交流電源１１からバイパス端子Ｔ２、スイッチＳ５，Ｓ６，Ｓ３、および出力端子Ｔ３を介して負荷１２に交流電力が供給され、負荷１２の運転が継続される。この状態は、バイパス交流電源１１から負荷１２に交流電力が供給されるので、バイパス給電モードと呼ばれる。

また、このとき、バイパス交流電源１１からバイパス端子Ｔ２およびスイッチＳ５，Ｓ６，Ｓ８を介してエネルギー蓄積装置４に交流電力が供給され、モータ７によってフライホイール装置８が回転駆動されて回転エネルギーが蓄えられる。

バイパス給電モード時において、バイパス交流電源１１からの交流電力の供給が停止されたり、バイパス交流電源１１の出力電圧が瞬間的に低下すると、フライホイール装置８の回転エネルギーがモータ７によって交流電力に変換される。モータ７によって生成された交流電力は、電力変換器６および変圧器５によって商用交流電力と同じ電圧および周波数の交流電力に変換され、スイッチＳ８，Ｓ３および出力端子Ｔ３を介して負荷１２に供給され、負荷１２の運転が継続される。

メンテナンス時は、スイッチＳ７のみがオンされ、他のスイッチＳ１〜Ｓ６，Ｓ８がオフされ、バイパス交流電源１１からバイパス端子Ｔ２、スイッチＳ７および出力端子Ｔ３を介して負荷１２に交流電力が供給され、負荷１２が運転される。交流電源１０，１１のうちの一方の交流電源が故障した場合は、スイッチＳ４がオンされ、他方の交流電源が故障した交流電源の役割も果たす。

この実施の形態１では、複数の無停電電源装置（たとえばＵＵ１〜ＵＵ３）を負荷１２に対して直列接続することにより、負荷１２に高電圧を供給する。したがって、出力変圧器を使用しないので、高い効率が得られる。

また、低電圧の無停電電源装置によって出力変圧器を駆動する場合は定格電流の大きな無停電電源装置が必要となるが、本実施の形態１では、大容量の無停電電源システムを定格電流が小さな無停電電源装置で構成することができる。

また、入力変圧器１の複数の２次巻線（たとえばＣＵ７〜ＣＵ９）をそれぞれ複数の無停電電源装置（たとえばＵＵ１〜ＵＵ３）に接続することによって複数の無停電電源装置（たとえばＵＵ１〜ＵＵ３）同士を絶縁したので、低耐圧のトランジスタＱ、ダイオードＤなどを使用することができ、装置の低コスト化を図ることができる。

また、エネルギー蓄積装置４を設けたので、停電時間が長い場合でも負荷１２の運転を継続することができる。また、無瞬断スイッチが不要となるので、装置の低コスト化を図ることができる。

また、複数台の無停電電源装置（たとえばＵＵ１〜ＵＵ３）のうちの故障した無停電電源装置（たとえばＵＵ３）を切り離し、残りの正常な無停電電源装置（たとえばＵＵ１，ＵＵ２）を負荷１２に対して直列接続するので、複数の無停電電源装置のうちの一部の無停電電源装置が故障した場合でも、残りの正常な無停電電源装置によって負荷１２を運転することができる。

なお、この実施の形態１では、商用交流電源１０からの３．３ＫＶの交流電圧を降圧し、３段の無停電電源装置で１９０５Ｖの相電圧を生成し、３．３ＫＶの線間電圧を再生したが、無停電電源装置の段数を増やすことにより、さらに高圧の無停電電源システムを構成することができる。たとえば、商用交流電源からの６．６ＫＶの交流電圧を降圧し、６段の無停電電源装置で３８１０Ｖの相電圧を生成し、６．６ＫＶの線間電圧を再生してもよい。

すなわち、直列接続されたＮ台（ただし、Ｎは２以上の整数である）の無停電電源装置を使用することにより、任意の高電圧を再生することができる。また、Ｎ台の無停電電源装置のうちの故障した無停電電源装置を切り離し、残りの正常なＭ台（ただし、Ｍは２以上でＮ以下の整数である）の無停電電源装置を直列接続することにより、任意の高電圧を再して負荷１２を運転することができる。

[実施の形態２]
図６は、この発明の実施の形態２による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図６を参照して、この無停電電源システムが図１の無停電電源システムと異なる点は、高圧無停電電源装置２が高圧無停電電源装置４０で置換されている点である。

図７は、高圧無停電電源装置４０の構成を示す回路ブロック図であって、図３と対比される図である。図７を参照して、この高圧無停電電源装置４０が高圧無停電電源装置２と異なる点は、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３が無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａ，ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａ，ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａで置換され、リアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷおよびコンデンサＣＵ，ＣＶ，ＣＷが追加されている点である。

図８は、無停電電源装置ＵＵ１Ａの構成を示す回路図であって、図４と対比される図である。図８を参照して、無停電電源装置ＵＵ１Ａは、無停電電源装置ＵＵ１からリアクトルＬ１およびコンデンサＣ３、すなわち出力フィルタ２３を除去したものである。トランジスタＱ１のエミッタは出力端子Ｔ１４に直接接続されている。このため、無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力電圧ＶＵ１１Ａは、正弦波にはならず、パルス信号列となる。他の無停電電源装置ＵＵ２Ａ，ＵＵ３Ａ，ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａ，ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａの各々も、無停電電源装置ＵＵ１Ａと同じ構成である。

図７に戻って、無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａがともに正常である場合は、スイッチＳＵ１ａ〜ＳＵ３ａ，ＳＵ１ｂ〜ＳＵ３ｂが導通状態にされ、スイッチＳＵ１ｃ〜ＳＵ３ｃが非導通状態にされる。このとき、無停電電源装置ＵＵ３Ａの出力端子Ｔ１４と無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力端子Ｔ１５の間には、無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａの出力パルス信号列を加算したパルス信号列が出力される。制御回路１５は、加算したパルス信号列の波形を正弦波に近付けるために、無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａのインバータ２２を所定角度ずつ位相をずらせて制御する。

リアクトルＬＵは、スイッチＳＵ３ａ，ＳＵ３ｃ間のノードと出力端子ＴＵとの間に接続され、コンデンサＣＵは出力端子ＴＵと中性点ＮＰとの間に接続される。リアクトルＬＵおよびコンデンサＣＵは、出力フィルタを構成する。この出力フィルタは、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧を出力端子ＴＵおよび中性点ＮＰ間に通過させ、インバータ２２で発生したスイッチング周波数の信号が出力端子ＴＵおよび中性点ＮＰ間に通過するのを禁止する。換言すると、リアクトルＬＵおよびコンデンサＣＵからなる出力フィルタは、加算された無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａの出力パルス信号列を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧ＶＵを出力端子ＴＵおよび中性点ＮＰ間に出力する。

同様に、無停電電源装置ＵＶ３Ａの出力端子Ｔ１４と無停電電源装置ＵＶ１Ａの出力端子Ｔ１５の間には、無停電電源装置ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａの出力パルス信号列を加算したパルス信号列が出力される。制御回路１５は、加算したパルス信号列の波形を正弦波に近付けるために、無停電電源装置ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａのインバータ２２を所定角度ずつ位相をずらせて制御する。

リアクトルＬＶは、スイッチＳＶ３ａ，ＳＶ３ｃ間のノードと出力端子ＴＶとの間に接続され、コンデンサＣＶは出力端子ＴＶと中性点ＮＰとの間に接続される。リアクトルＬＶおよびコンデンサＣＶは、出力フィルタを構成する。この出力フィルタは、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧を出力端子ＴＶおよび中性点ＮＰ間に通過させ、インバータ２２で発生したスイッチング周波数の信号が出力端子ＴＶおよび中性点ＮＰ間に通過するのを禁止する。換言すると、リアクトルＬＶおよびコンデンサＣＶからなる出力フィルタは、加算された無停電電源装置ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａの出力パルス信号列を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧ＶＶを出力端子ＴＶおよび中性点ＮＰ間に出力する。

同様に、無停電電源装置ＵＷ３Ａの出力端子Ｔ１４と無停電電源装置ＵＷ１Ａの出力端子Ｔ１５の間には、無停電電源装置ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａの出力パルス信号列を加算したパルス信号列が出力される。制御回路１５は、加算したパルス信号列の波形を正弦波に近付けるために、無停電電源装置ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａのインバータ２２を所定角度ずつ位相をずらせて制御する。

リアクトルＬＷは、スイッチＳＷ３ａ，ＳＷ３ｃ間のノードと出力端子ＴＷとの間に接続され、コンデンサＣＷは出力端子ＴＷと中性点ＮＰとの間に接続される。リアクトルＬＷおよびコンデンサＣＷは、出力フィルタを構成する。この出力フィルタは、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧を出力端子ＴＷおよび中性点ＮＰ間に通過させ、インバータ２２で発生したスイッチング周波数の信号が出力端子ＴＷおよび中性点ＮＰ間に通過するのを禁止する。換言すると、リアクトルＬＷおよびコンデンサＣＷからなる出力フィルタは、加算された無停電電源装置ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａの出力パルス信号列を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧ＶＷを出力端子ＴＷおよび中性点ＮＰ間に出力する。

図９（ａ）〜（ｄ）は、図７および図８に示した高圧無停電電源装置４０のうちのＵ相に関連する部分の動作を示すタイムチャートである。図９（ａ）は無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａの波形を示し、図９（ｂ）は無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａ〜ＶＵ１３Ａを加算したＵ相電圧ＶＵの波形を示し、図９（ｃ）はＵ相とＶ相の線間電圧ＶＵＶの波形を示し、図９（ｄ）はＵ相電流ＩＵの波形を示している。

図９（ａ）に示すように、無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａは、０〜１８０度では正のパルス信号列となり、１８０〜３６０度では負のパルス信号列となる。正弦波のピークとなる９０度および２７０度付近ではパルス幅は最大になり、正弦波の０点となる０度および１８０度付近ではパルス幅は最小となる。

また図９（ｂ）に示すように、位相のずれた無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａ〜ＶＵ１３Ａを加算したＵ相電圧ＶＵの波形は、無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａの波形よりも正弦波に近くなる。また図９（ｃ）に示すように、線間電圧ＶＵＶの波形はさらに正弦波に近くなる。また図９（ｄ）に示すように、負荷１２に流れるＵ相電流ＩＵの波形はほぼ正弦波になる。Ｖ相、Ｗ相に関連する部分の動作も、Ｕ相に関連する部分の動作と同じであるので、その説明は繰り返さない。また、他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

この実施の形態２では、各相において出力フィルタを３つの無停電電源装置に共通に設け、かつ入力フィルタを除去したので、回路面積を小さくすることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

Ｔ１，Ｔ１１〜Ｔ１３ 入力端子、Ｔ２ バイパス端子、Ｔ３，Ｔ１４，Ｔ１５，ＴＵ，ＴＶ，ＴＷ 出力端子、Ｔ２１〜Ｔ２５ 端子、Ｓ１〜Ｓ８，ＳＵ１ａ〜ＳＵ１ｃ，ＳＵ２ａ〜ＳＵ２ｃ，ＳＵ３ａ〜ＳＵ３ｃ，ＳＶ１ａ〜ＳＶ１ｃ，ＳＶ２ａ〜ＳＶ２ｃ，ＳＶ３ａ〜ＳＶ３ｃ，ＳＷ１ａ〜ＳＷ１ｃ，ＳＷ２ａ〜ＳＷ２ｃ，ＳＷ３ａ〜ＳＷ３ｃ スイッチ、１ 入力変圧器、２，４０ 高圧無停電電源装置、４ エネルギー蓄積装置、５ 変圧器、６ 電力変換器、７ モータ、８ フライホイール装置、１０ 商用交流電源、１１ バイパス交流電源、１２ 負荷、ＣＲ，ＣＳ，ＣＴ １次巻線、ＣＵ１〜ＣＵ９，ＣＶ１〜ＣＶ９，ＣＷ１〜ＣＷ９ ２次巻線、ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３，ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａ，ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａ，ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａ 無停電電源装置、１５ 制御回路、１６ 切換回路、Ｌ１，Ｌ１１〜Ｌ１４，ＬＵ，ＬＶ，ＬＷ リアクトル、Ｃ１〜Ｃ３，Ｃ１１〜Ｃ１５，ＣＵ，ＣＶ，ＣＷ コンデンサ、Ｒ１〜Ｒ３ 抵抗素子、Ｑ１〜Ｑ４，Ｑ１１〜Ｑ１６，Ｑ２１〜Ｑ２４ トランジスタ、Ｄ１〜Ｄ１６，Ｄ２１〜Ｄ２４ ダイオード、２０ サイリスタ、２１，３１，３２ コンバータ、２２ インバータ、２３ 出力フィルタ、３０，３３ フィルタ、ＰＬ１，ＰＬ２ 直流正母線、ＮＬ１，ＮＬ２ 直流負母線。

Claims (6)

1. 商用交流電源から供給される交流電力を受ける１次巻線と、互いに絶縁された複数の２次巻線とを含む変圧器と、
   それぞれ前記複数の２次巻線に対応して設けられ、各々が、対応の２次巻線の端子間電圧を直流電圧に変換するコンバータと、直流電圧を交流電圧に変換するインバータとを含み、出力電圧の制御が可能なＮ台（ただし、Ｎは２以上の整数である）の無停電電源装置と、
   前記Ｎ台の無停電電源装置のうちの正常なＭ台（ただし、Ｍは２以上でＮ以下の整数である）の無停電電源装置を負荷に対して直列接続する切換回路とを備え、
   前記切換回路によって直列接続されたＭ台の無停電電源装置において各段の無停電電源装置は前段の出力電圧に自己の出力電圧を加算して次段に出力し、最終段の無停電電源装置は前記Ｍ台の無停電電源装置の出力電圧の総和の交流電圧を前記負荷に出力し、
   さらに、前記最終段の無停電電源装置の出力電圧が目標電圧になるように前記Ｍ台の無停電電源装置の各々を制御する制御回路を備える、無停電電源システム。
2. 各無停電電源装置は、さらに、前記インバータの出力電圧の波形を正弦波に変換するフィルタ回路を含み、
   前記Ｍ台の無停電電源装置に含まれるＭ個の前記フィルタ回路の出力電圧が加算されて前記負荷に与えられる、請求項１に記載の無停電電源システム。
3. さらに、加算された前記Ｍ台の無停電電源装置の出力電圧の波形を正弦波に変換して前記負荷に与えるフィルタ回路を備える、請求項１に記載の無停電電源システム。
4. Ｍ台の前記インバータの出力電圧の位相は順次ずれている、請求項３に記載の無停電電源システム。
5. さらに、前記負荷と並列接続され、前記Ｍ台の無停電電源装置から交流電力が正常に供給されている場合は、前記Ｍ台の無停電電源装置から供給される交流電力をフライホイール装置の回転エネルギーに変換し、前記Ｍ台の無停電電源装置からの交流電力の供給が停止された場合は、前記フライホイール装置に蓄えられた回転エネルギーを交流電力に変換し、その交流電力を前記負荷に与えるエネルギー蓄積装置を備える、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の無停電電源システム。
6. さらに、一方端子がバイパス交流電源からの交流電力を受け、Ｍ台の前記インバータから前記負荷に交流電力を供給するインバータ給電モード時は非導通になり、前記バイパス交流電源から前記負荷に交流電力を供給するバイパス給電モード時は導通する第１のスイッチと、
   一方端子が前記Ｍ台の無停電電源装置からの交流電力を受け、他方端子が前記第１のスイッチの他方端子に接続され、前記インバータ給電モード時は導通し、前記バイパス給電モード時は非導通になる第２のスイッチと、
   一方端子が前記第１および第２のスイッチの他方端子に接続され、他方端子が前記負荷に接続され、通常は導通し、メンテナンス時に非導通になる第３のスイッチとを備え、
   前記エネルギー蓄積装置は、前記第１および第２のスイッチの他方端子に接続され、前記Ｍ台の無停電電源装置または前記バイパス交流電源から交流電力が正常に供給されている場合は、前記Ｍ台の無停電電源装置または前記バイパス交流電源から供給される交流電力をフライホイール装置の回転エネルギーに変換し、前記Ｍ台の無停電電源装置および前記バイパス交流電源からの交流電力の供給が停止された場合は、前記フライホイール装置に蓄えられた回転エネルギーを交流電力に変換し、その交流電力を前記第３のスイッチを介して前記負荷に与える、請求項５に記載の無停電電源システム。

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