JP2020089017A - 装置、電源装置、方法およびプログラム - Google Patents

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Abstract

【課題】三相交流電圧の電力供給源の状態を判定する装置の構成を簡素化する。【解決手段】電源装置は、三相交流電圧の瞬時電圧をそれぞれ測定する電圧測定部と、三相交流電圧の瞬時電圧のn乗和(但しnは正の偶数)に応じた比較対象値を基準値と比較した結果に基づいて、三相交流電圧の電力供給源の状態を判定する判定部と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、装置、電源装置、方法およびプログラムに関する。
従来、三相交流電圧の瞬時電圧の二乗和のリップルを検出することによって電源の欠相を検出する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。この技術では、コンデンサと抵抗による微分回路を用いてリップルを検出している。
特許文献1 特開平6−165364号公報
しかしながら、従来の技術では、構成が複雑化してしまう。
上記課題を解決するために、本発明の第1の態様においては、装置が提供される。装置は、三相交流電圧の瞬時電圧をそれぞれ測定する電圧測定部を備えてよい。装置は、三相交流電圧の瞬時電圧のn乗和(但しnは正の偶数)に応じた比較対象値を基準値と比較した結果に基づいて、三相交流電圧の電力供給源の状態を判定する判定部を備えてよい。
判定部は、比較対象値が第1基準時間にわたって第1基準値を断続的に下回ったことに応じて電力供給源を異常状態と判定する第1判定部を有してよい。判定部は、比較対象値が第1基準値よりも小さい第2基準値を下回ったことに応じて電力供給源を異常状態と判定する第2判定部を有してよい。
第1判定部は、第1基準時間の時間幅を有するタイムウィンドウを逐次シフトし、当該タイムウィンドウ内の複数のタイミングそれぞれでの比較対象値が第1基準値を断続的に下回ったことに応じて電力供給源を異常状態と判定してよい。
第1判定部は、電力供給源を正常状態と判定している場合に、第1基準時間よりも短い第2基準時間にわたり比較対象値が連続的に第1基準値以上である期間がタイムウィンドウ内に存在する場合には、電力供給源が異常状態になったとは判定しなくてよい。
第1判定部は、第1基準時間内に比較対象値が第1基準値を下回った回数が基準数より多いことに応じて電力供給源を異常と判定してよい。
判定部は、三相交流電圧の整数分の1の周期で比較対象値を算出して判定を行ってよい。
本発明の第2の態様においては、電源装置が提供される。電源装置は、第1の態様の装置を備えてよい。電源装置は、装置の判定部による判定結果に基づいて、三相交流電圧の第1電力供給源および第2電力供給源との間で使用対象を切り替える切替部を備えてよい。
判定部は、第1電力供給源の状態を判定してよい。切替部は、判定部により第1電力供給源が正常状態であると判定される場合には第1電力供給源を使用対象としてよい。切替部は、判定部により第1電力供給源が異常状態であると判定される場合には、第2電力供給源を使用対象としてよい。
判定部は、第1電力供給源を異常状態と判定している場合に、第1電力供給源についての比較対象値が第1基準時間にわたって連続的に第1基準値以上であることに応じて、第1電力供給源が正常状態になったと判定してよい。
判定部は、第1電力供給源が正常状態から異常状態になったと判定する場合の第1基準値よりも、第1電力供給源が異常状態から正常状態になったと判定する場合の第1基準値を高くしてよい。
切替部は、切り替え頻度が基準頻度を超えたことに応じて、判定部による判定結果によらず第2電力供給源を使用対象としてよい。
電源装置は、正側出力端子および負側出力端子の間に順次接続された正側キャパシタおよび負側キャパシタを備えてよい。電源装置は、正側出力端子および負側出力端子の間に正側キャパシタおよび負側キャパシタと並列に順次接続された、三相交流電源の相ごとの正側半導体スイッチおよび負側半導体スイッチを備えてよい。電源装置は、各々が交流入力端子を有し、交流入力端子と正側出力端子および負側出力端子との間に流れる電流をそれぞれ整流する複数の整流回路を備えてよい。
複数の整流回路のそれぞれは、三相交流電源の相ごと、かつ、第1電力供給源および第2電力供給源のそれぞれについて設けられてよい。複数の整流回路のそれぞれは、交流入力端子および正側出力端子の間に接続され、交流入力端子側から正側出力端子側へと向かう順方向の導通状態を制御可能であり、逆方向の電流を遮断する正側整流器を有してよい。複数の整流回路のそれぞれは、交流入力端子および負側出力端子の間に接続され、負側出力端子側から交流入力端子側へと向かう順方向の導通状態を制御可能であり、逆方向の電流を遮断する負側整流器を有してよい。
複数の整流回路のそれぞれの正側整流器および負側整流器は、サイリスタであってよい。
本発明の第3の態様においては、方法が提供される。方法は、三相交流電圧の瞬時電圧をそれぞれ測定する電圧測定段階を備えてよい。方法は、三相交流電圧の瞬時電圧のn乗和(但しnは正の偶数)に応じた比較対象値を基準値と比較した結果に基づいて、三相交流電圧の電力供給源の状態を判定する判定段階を備えてよい。
本発明の第4の態様においては、プログラムが提供される。プログラムは、コンピュータに三相交流電圧の瞬時電圧をそれぞれ測定する電圧測定段階を実行させてよい。プログラムは、コンピュータに、三相交流電圧の瞬時電圧のn乗和(但しnは正の偶数)に応じた比較対象値を基準値と比較した結果に基づいて、三相交流電圧の電力供給源の状態を判定する判定段階を実行させてよい。
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
本実施形態に係る電源装置1を示す。 本実施形態に係る駆動制御部51を示す。 電源2(1)が正常であるときの電源装置1の動作を示す。 電源2(1)が異常であるときの電源装置1の動作を示す。 電源2(1)が異常であるときの電源装置1の他の動作を示す。 本実施形態に係る電源2の切替処理を示す。 電源2の切り替えを行わない場合の比較対象値Σ(1)を示す。 電源2の切り替えを行う場合の比較対象値Σ(1)を示す。 電源2の切り替えを行う場合の比較対象値Σ(1)を示す。 本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
[1.電源装置1の構成]
図1は、本実施形態に係る電源装置1を示す。なお、図中の白抜きの矢印記号は電圧の正方向を示す。
電源装置1は、2つの電源2の何れかから供給される交流電力を直流電力に変換して正側出力端子101および負側出力端子102から出力する。電源装置1は、使用する電源2を切り替えることで直流電力の供給を維持する直流無停電電源装置であってよい。電源装置1は、2つの電源2と、複数の整流回路3と、正側キャパシタCd1および負側キャパシタCd2と、複数のスイッチング回路4と、複数の正側リアクトルL1および複数の負側リアクトルL2と、制御装置5とを備える。
[1.1.電源2]
2つの電源2は、第1電力供給源および第2電力供給源の一例であり、それぞれ三相交流電圧(本実施形態では一例としてU相、V相およびW相の電圧)を供給可能となっている。2つの電源2は三相4線式でもよいし、三相3線式でもよい。本実施形態では一例として2つの電源2は、三相4線式であり、N(1)相に対するU(1)相、V(1)相およびW(1)相の3相交流電圧を供給する電源2(1)と、N(2)相に対するU(2)相、V(2)相およびW(2)相の3相交流電圧を供給する電源2(2)とを含んで構成されている。なお、N(1)相およびN(2)相は中性相であり、接地されてよい。
電源2(1)、2(2)は同種の電源でもよいし、異種の電源でもよい。ここで、同種の電源とは、一例として電圧、電流、周波数および位相の何れも同じ電源であってよく、異種の電源とは、これらの少なくとも1つが異なる電源であってよい。電源2(1)、2(2)は、別々の電力系統の商用電源、または別々の無停電電源装置であってよい。本実施形態では一例として、電源2(1)は商用電源であり、電源2(2)は自家発電による非常用電源であってよい。
[1.2.整流回路3]
複数の整流回路3は、電源2から交流電力が供給される交流入力端子31を有し、交流入力端子31と、正側出力端子101および負側出力端子102との間に流れる電流をそれぞれ整流する。例えば、複数の整流回路3のそれぞれは、三相交流電源の相ごと(本実施形態では一例としてU相、V相およびW相の相ごと)、かつ、電源2(1)、2(2)のそれぞれについて設けられている。本実施形態では一例として、複数の整流回路3は、電源2(1)からのU(1)相の電流を整流する整流回路3(1)、電源2(2)からのU(2)相の電流を整流する整流回路3(2)、電源2(1)からのV(1)相の電流を整流する整流回路3(1)、電源2(2)からのV(2)相の電流を整流する整流回路3(2)、電源2(1)からのW(1)相の電流を整流する整流回路3(1)、および、電源2(2)からのW(2)相の電流を整流する整流回路3(2)を有している。各整流回路3は、交流入力端子31に加えて、正側整流器Th1(正側整流器Th1(1),Th1(2)とも称する)および負側整流器Th2(負側整流器Th2(1),Th2(2)とも称する)を有している。なお、図中の整流回路3(1),3(2),3(1),3(2)では、図示の簡略化のため一部の符号の表記を省略している。
正側整流器Th1は、交流入力端子31および正側出力端子101の間に接続される。正側整流器Th1は、交流入力端子31側から正側出力端子101側へと向かう順方向の導通状態を制御可能であり、逆方向の電流を遮断する。正側整流器Th1には、正側整流器Th1の順方向の導通状態を制御するための正側制御端子Th11が設けられている。本実施形態では一例として正側整流器Th1はサイリスタであり、正側制御端子Th11はゲートである。この場合、正側整流器Th1に順バイアスが加えられて正側制御端子Th11がオンにされると正側整流器Th1が点弧して順方向に導通状態となり、正側制御端子Th11がオフにされる(ゲートオフされる)と、交流電力の電流がゼロになるタイミングで正側整流器Th1が消弧して順方向に遮断状態となる。正側整流器Th1の動作周波数は交流電源の周波数であり、例えば50または60Hzである。
負側整流器Th2は、交流入力端子31および負側出力端子102の間に接続される。負側整流器Th2は、負側出力端子102側から交流入力端子31側へと向かう順方向の導通状態を制御可能であり、逆方向の電流を遮断する。負側整流器Th2には、負側整流器Th2の順方向の導通状態を制御するための負側制御端子Th21が設けられている。本実施形態では一例として負側整流器Th2はサイリスタであり、負側制御端子Th21はゲートである。この場合、負側整流器Th2に順バイアスが加えられて負側制御端子Th21がオンにされると負側整流器Th2が点弧して順方向に導通状態となり、負側制御端子Th21がオフにされる(ゲートオフされる)と、交流電力の電流がゼロになるタイミングで負側整流器Th2が消弧して順方向に遮断状態となる。負側整流器Th2の動作周波数も交流電源の周波数であり、例えば50または60Hzである。
[1.3.正側キャパシタCd1および負側キャパシタCd2]
正側キャパシタCd1および負側キャパシタCd2は、正側出力端子101および負側出力端子102の間に直列に順次接続されている。正側キャパシタCd1および負側キャパシタCd2はそれぞれ、正側出力端子101および負側出力端子102の間の出力電圧Eの半分の電圧を保持する。正側キャパシタCd1および負側キャパシタCd2の中点は各電源2の中性相N(1),N(2)の端子と接続されてよい。
[1.4.スイッチング回路4]
複数のスイッチング回路4は、電源2からの交流電流の経路を切り替える。例えば、複数のスイッチング回路4のぞれぞれは、三相交流電圧の相ごと(本実施形態では一例としてU相、V相およびW相の相ごと)に設けられている。本実施形態では一例として、複数のスイッチング回路4は、U(1)相およびU(2)相の電流の経路を切り替えるスイッチング回路4、V(1)相およびV(2)相の電流の経路を切り替えるスイッチング回路4、および、W(1)相およびW(2)相の電流の経路を切り替えるスイッチング回路4を有している。各スイッチング回路4は、正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2と、正側ダイオードD1および負側ダイオードD2とを有している。
正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2は、正側出力端子101および負側出力端子102の間に正側キャパシタCd1および負側キャパシタCd2と並列に順次接続されている。正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2の中点は、正側キャパシタCd1および負側キャパシタCd2の中点と接続されている。正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2は、IGBT、MOSFET、または、バイポーラトランジスタ等であってよい。正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2の動作周波数は、例えば10kHz等の高周波数である。正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2は、ワイドバンドギャップ半導体を含んで形成されてよい。ここで、ワイドバンドギャップ半導体とは、シリコン半導体よりもバンドギャップが大きい半導体であり、例えばSiC、GaN、ダイヤモンド、AlN、AlGaN、または、ZnOなどの半導体である。
正側ダイオードD1および負側ダイオードD2は、正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2と正側出力端子101および負側出力端子102との間に接続されている。本実施形態では一例として、正側ダイオードD1は正側半導体スイッチQ1の正側端子にアノードが接続されてよい。また、負側ダイオードD2は負側半導体スイッチQ2の負側端子にカソードが接続されてよい。正側ダイオードD1および負側ダイオードD2は、ワイドバンドギャップ半導体を含んで形成されてよい。
[1.5.正側リアクトルL1および負側リアクトルL2]
複数の正側リアクトルL1は、三相交流電圧の相ごとの2つの整流回路3(1),3(2)と、正側出力端子101との間に接続される。本実施形態では一例として複数の正側リアクトルL1は、U相の整流回路3(1),3(2)および正側出力端子101の間に接続された正側リアクトルL1と、V相の整流回路3(1),3(2)および正側出力端子101の間に接続された正側リアクトルL1と、W相の整流回路3(1),3(2)および正側出力端子101の間に接続された正側リアクトルL1とを有する。
正側リアクトルL1は、2つの整流回路3(1),3(2)における各正側整流器Th1(本実施形態ではサイリスタ)のカソードと、正側半導体スイッチQ1および正側ダイオードD1の間とに接続されてよい。正側リアクトルL1は、整流回路3による整流によって生成された直流電流を平滑化する。これに代えて/加えて、正側リアクトルL1は、生成された直流電力を昇圧する。
負側リアクトルL2は、三相交流電圧の相ごと(本実施形態では一例としてU相、V相、W相ごと)の2つの整流回路3(1),3(2)と負側出力端子102との間に接続される。本実施形態では一例として複数の負側リアクトルL2は、U相の整流回路3(1),3(2)および負側出力端子102の間に接続された負側リアクトルL2と、V相の整流回路3(1),3(2)および負側出力端子102の間に接続された負側リアクトルL2と、W相の整流回路3(1),3(2)および負側出力端子102の間に接続された負側リアクトルL2とを有する。
負側リアクトルL2は、2つの整流回路3(1),3(2)における各負側整流器Th2(本実施形態ではサイリスタ)のアノードと、負側半導体スイッチQ2および負側ダイオードD2の間とに接続されてよい。負側リアクトルL2は、整流回路3による整流によって生成された直流電流を平滑化する。これに代えて/加えて、負側リアクトルL2は、生成された直流電力を昇圧する。
[1.6.制御装置5]
制御装置5は、電源装置1の各部を制御する。制御装置1は、装置の一例であってよく、電圧測定部50と、駆動制御部51と、判定部53と、切替部54とを有する。
[1.6.1.電圧測定部50]
電圧測定部50は、三相交流電圧の瞬時電圧をそれぞれ測定する。本実施形態では一例として、電圧測定部50は、U(1)相、V(1)相、W(1)相、U(2)相、V(2)相、および、W(2)相の瞬時電圧VinU(1)、VinV(1)、VinW(1)、VinU(2)、VinV(2)、および、VinW(2)をそれぞれ測定してよい。電圧測定部50は、電圧センサを用いて電圧を測定してよい。電圧測定部50は、電源装置1の任意の位置で各相の電圧を測定してよく、本実施形態では一例として、電源2と、対応する整流回路3との間で電圧を測定している。但し、電圧測定部50は、整流回路3と正側出力端子101または負側出力端子102との間で電圧を測定してもよい。この場合には、電圧測定部50は、測定する電圧が電源2(1),2(2)の何れに起因するかを合わせて検知してよい。電圧測定部50は、測定結果を駆動制御部51および判定部53に供給する。
[1.6.2.駆動制御部51]
駆動制御部51は、正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2を制御する。なお、正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2の制御については詳細を後述する。
[1.6.3.判定部53]
判定部53は、三相交流電圧の瞬時電圧のn乗和に応じた比較対象値Σを基準値Kと比較した結果に基づいて、電源2の状態を判定する。判定部53は、三相交流電圧の整数分の1の周期(本実施形態では一例として半周期)で比較対象値Σを算出して判定を行ってよい。ここで、nは2,4などの正の偶数であり、本実施形態では一例として2である。判定部53は、算出部530、第1判定部531および第2判定部532を有する。
[1.6.3(1)算出部530]
算出部530は、比較対象値Σを算出する。算出部530は、電源2(1)の比較対象値Σ(1)と、電源2(2)の比較対象値Σ(2)とをそれぞれ算出してよい。算出部530は、算出した比較対象値Σを第1判定部531および第2判定部532にそれぞれ供給する。
本実施形態では一例として比較対象値Σ(1)は、三相交流電圧の瞬時電圧の2乗和、つまりU(1)相の瞬時電圧VinU(1)の二乗と、V(1)相の瞬時電圧VinV(1)の二乗と、W(1)相の瞬時電圧VinW(1)の二乗との和であるが、当該和に加算処理や減算処理を行った値でもよい。同様に、比較対象値Σ(2)は、U(2)相の瞬時電圧VinU(2)の二乗と、V(2)相の瞬時電圧VinV(2)の二乗と、W(2)相の瞬時電圧VinW(2)の二乗との和であるが、当該和に加算処理や減算処理を行った値でもよい。
ここで、U相、V相、W相の瞬時電圧はそれぞれ以下の式(1)〜(3)で表される。また、比較対象値Σは以下の式(4)で表される。式中、Aは電圧の振幅である。
inU=A・sin(ωt) (1)
inV=A・sin(ωt−2/3π) (2)
inW=A・sin(ωt−4/3π) (3)
Σ=VinU +VinV +VinW =3/2・A (4)
式(4)で示されるように、比較対象値Σは電源2が正常(健全とも称する)である場合には一定値であってよい。また、比較対象値Σは、電源2が瞬時停止状態などの停電状態である場合には0となってよく、電源2の電圧が瞬時低下状態である場合には電源2の周波数の2倍の周波数で周期的に変動してよい。
[1.6.3(2)第1判定部531]
第1判定部531は、電源2の比較対象値Σが第1基準時間にわたって第1基準値K1を断続的に下回ったことに応じて当該電源2を異常状態(例えば瞬時低下状態)と判定する。第1判定部531は、判定結果を切替部54に供給する。
ここで、第1基準値K1は、電源2が正常な場合での比較対象値Σの値と、電源2が瞬時低下状態の場合での比較対象値Σの極小値との間の値であってよく、一例として電源2が正常な場合での比較対象値Σの8割に相当する値であってよい。なお、本実施形態では一例として電源2(1)の判定に用いる第1基準値K1と、電源2(2)の判定に用いる第1基準値K1とは同じ値であるが、異なる値であってもよい。
比較対象値Σが第1基準値K1を断続的に下回るとは、比較対象値Σが第1基準値K1を下回る状態が途切れたり続いたりすることであってよく、比較対象値Σが第1基準値K1をまたいで複数回変動することであってよい。比較対象値Σが第1基準値K1を断続的に下回る場合には、瞬時電圧の低下分だけ電源装置1内の瞬時電流が増える結果、電源装置1内の素子(本実施形態では一例として正側整流器Th1、負側整流器Th2、正側半導体スイッチQ1、負側半導体スイッチQ2、正側ダイオードD1および負側ダイオードD2など)が高温になったり、破壊されたりする虞がある。
第1基準時間は、比較対象値Σが第1基準値K1を断続的に下回る状態が開始してから、電源装置1内の素子が高温になるか、或いは、破壊されるまでの時間より短い時間であってよく、本実施形態では一例として10秒となっている。第1基準時間は電源装置1の熱容量や冷却能力に応じて設定されてよい。なお、本実施形態では一例として電源2(1)の判定に用いる第1基準時間と、電源2(2)の判定に用いる第1基準時間とは同じ時間幅であるが、異なる時間幅であってもよい。
[1.6.3(3)第2判定部532]
第2判定部532は、電源2の比較対象値Σが第1基準値K1よりも小さい第2基準値K2を下回ったことに応じて当該電源2を異常状態(例えば停電状態)と判定する。第2判定部532は、判定結果を切替部54に供給する。
ここで、第2基準値K2は、電源2が正常な場合での比較対象値Σの値と、電源2が停電状態の場合での比較対象値Σとの間の値であってよく、一例として電源2が正常な場合での比較対象値Σの7割に相当する値であってよい。第2基準値Kは、入力電圧の低下により電源装置1が定格の出力を行えない場合、または、電源装置1の各素子の過電流保護が行えない場合での比較対象値Σに相当する値であってよい。なお、本実施形態では一例として電源2(1)の判定に用いる第2基準値K2と、電源2(2)の判定に用いる第2基準値K2とは同じ値であるが、異なる値であってもよい。
[1.6.4.切替部54]
切替部54は、判定部53による判定結果に基づいて、電源2(1),2(2)の間で使用対象を切り替える。切替部54は、整流回路3のそれぞれの正側制御端子Th11および負側制御端子Th21を制御することで、使用対象の電源2を切り替えてよい。例えば、切替部54は、使用する電源2からの交流電力が入力される整流回路3の正側整流器Th1および負側整流器Th2を順方向に導通させるように駆動制御を行い、使用しない電源2からの交流電力が入力される整流回路3の正側整流器Th1および負側整流器Th2を順方向に遮断する。切替部54は、導通させる整流回路3と、遮断する整流回路3とを切り替えることで使用対象の電源2を切り替えてよい。
切替部54は、電源2(1)が優先的に使用されるように切り替えを行ってよい。例えば、切替部54は、判定部53により電源2(1)が正常状態であると判定される場合には電源2(1)を使用対象とし、判定部53により電源2(1)が異常状態であると判定される場合には、電源2(2)を使用対象とする。なお、使用対象とされる電源2(2)は正常状態であってよい。
以上の電源装置1によれば、三相交流電圧の瞬時電圧のn乗和に応じた比較対象値Σを基準値Kと比較した結果に基づいて電源2の状態を判定するので、二乗和のリップルを検出する場合と比較して、構成を簡略化することができる。また、基準周期分の電圧を用いて判定を行う場合と異なり、電源2の状態判定を瞬時に行うことができる。従って、電源2の異常状態を瞬時に検出することができるため、素子の破壊を防止することができる。
また、比較対象値Σが第1基準時間にわたって第1基準値を断続的に下回ったことに応じて電源2を異常状態と判定し、比較対象値Σが第2基準値を下回ったことに応じて電源2を異常状態と判定するので、電源2の電圧の瞬時低下および停電のそれぞれを瞬時に検出することができる。
また、三相交流電圧の整数分の1の周期で判定が行われるので、異常状態を早期に検出することができる。
また、判定結果に基づいて電源2(1),2(2)の間で使用対象が切り替えられるので、異常な電源2の使用を防止することができる。
また、電源2(1)が正常状態であると判定される場合には電源2(1)が使用対象とされ、電源2(1)が異常状態であると判定される場合には電源2(2)が使用対象とされるので、電源2(1)を優先的に使用し、電源2(2)の使用を抑えることができる。
また、各整流回路3には、交流入力端子31および正側出力端子101の間に接続された正側整流器Th1と、交流入力端子31および負側出力端子102の間に接続された負側整流器Th2とがそれぞれ具備される。そして、正側整流器Th1は交流入力端子31側から正側出力端子101側へと向かう順方向の導通状態を制御可能であって逆方向の電流を遮断し、負側整流器Th2は負側出力端子102側から交流入力端子31側へと向かう順方向の導通状態を制御可能であって逆方向の電流を遮断する。従って、各整流回路3の正側整流器Th1および負側整流器Th2により、瞬断を発生させることなく使用する交流電源を適切に切り替えて供給することができる。
また、正側リアクトルL1は各相の2つの整流回路3(1)、3(2)と正側出力端子101との間に接続され、負側リアクトルL2は各相の2つの整流回路3(1)、3(2)と負側出力端子102との間に接続される。従って、正側リアクトルL1を交流電源の極性が負電圧側の半周期の間に休止状態とし、負側リアクトルL2を交流電源の極性が正電圧側の半周期の間に休止状態とすることができる。よって、リアクトルが整流回路3と交流電源の間に接続される場合と比較して、リアクトル内の電流の実効値が定格電流の1/√2となって発熱が低減される分、正側リアクトルL1および負側リアクトルL2を小さくすることができる。また、電源2ごとにリアクトルを設ける必要がなくなるため、電源2の個数に関わらずリアクトルの個数を2つにすることができる。
[2.駆動制御部51]
図2は、本実施形態に係る駆動制御部51を示す。駆動制御部51は、正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2を制御することで、正側キャパシタCd1および負側キャパシタCd2の両端電圧と、正側リアクトルL1または負側リアクトルL2に流れる電流との少なくとも一方を制御する。駆動制御部51は、電圧取得部510,511、スイッチ512、極性判別部513、電流測定部514,515、スイッチ516、電圧測定部521、電圧制御部522、乗算器525、減算器527および電流制御部529を有する。なお、駆動制御部51は、電圧取得部510,511、スイッチ512、極性判別部513、電流測定部514,515、スイッチ516、乗算器525、減算器527および電流制御部529を、U相、V相およびW相の相ごとに有するが、本図では簡略化のため、U相に対応する電圧取得部510,511、スイッチ512、極性判別部513、電流測定部514,515、スイッチ516、乗算器525、減算器527および電流制御部529のみを図示している。
電圧取得部510は、電圧測定部50から電源2(1)の各相のうち、対応する相の相電圧Vin(1)を取得する。例えば、U相に対応する電圧取得部510は、U相の相電圧VinU(1)を取得する。電圧取得部510は、取得した相電圧の値をスイッチ512に供給する。
電圧取得部511は、電圧測定部50から電源2(2)の各相のうち、対応する相の相電圧Vin(2)を取得する。例えば、U相に対応する電圧取得部511は、U相の相電圧VinU(2)を取得する。電圧取得部511は、取得した相電圧の値をスイッチ512に供給する。
スイッチ512は、電源2(1),2(2)からの交流電力のうち、使用される交流電力を選択する。本実施形態では一例として、スイッチ512は、健全時には電源2(1)の交流電力を選択し、異常発生時には電源2(2)の交流電力を選択する。スイッチ512は、選択した交流電力の相電圧の測定値を極性判別部513および乗算器525に供給する。
極性判別部513は、スイッチ512により選択された交流電力の極性(相電圧の正負)を判別する。極性判別部513は、判別結果をスイッチ516に供給する。
電流測定部514は、相ごとの正側リアクトルL1のうち、対応する相の正側リアクトルL1に流れる電流IL1を測定する。例えば、U相に対応する電流測定部514は、正側リアクトルL1に流れる電流IL1Uを測定する。電流測定部514は、電流センサを用いて電流IL1を測定してよい。電流測定部514は、電流IL1の測定値をスイッチ516に供給する。
電流測定部515は、相ごとの正側リアクトルL1のうち、対応する相の負側リアクトルL2に流れる電流IL2を測定する。例えば、U相に対応する電流測定部515は、正側リアクトルL2に流れる電流IL2Uを測定する。電流測定部515は、電流センサを用いて電流IL2を測定してよい。電流測定部515は、電流IL2の測定値をスイッチ516に供給する。
スイッチ516は、極性判別部513による判別結果に応じて電流の測定値IL1,IL2の何れかを選択する。例えば、スイッチ516は、使用される交流電力の相電圧が正の場合、つまり正側リアクトルL1に電流が流れる場合には測定値IL1を選択する。スイッチ516は、使用される交流電力の相電圧が負の場合、つまり負側リアクトルL2に電流が流れる場合には測定値IL2を選択する。
電圧測定部521は、正側出力端子101および負側出力端子102の間の電圧を測定する。電圧測定部521は、電圧センサを用いて電圧を測定してよい。電圧測定部521は測定結果を電圧制御部522に供給する。
電圧制御部522は、電圧の測定値からリアクトルL1またはL2の電流IL1またはIL2の振幅指令値を算出する。振幅指令値は各相で等しくてよい。電圧制御部522は、振幅指令値を乗算器525に供給する。
乗算器525は、電圧制御部522からの振幅指令値と、対応する相のスイッチ512からの入力電圧Vin(1)またはVin(2)の瞬時値とを乗算することにより、入力電圧と相似波形の瞬時電流指令値を算出する。例えば、U相に対応する乗算器525は、振幅指令値にU相電圧の測定瞬時値VinU(1)またはVinU(2)を乗算してU相の瞬時電流指令値を算出する。乗算器525は、瞬時電流指令値を減算器527に供給する。
減算器527は、対応する相の正側リアクトルL1または負側リアクトルL2の電流測定値IL1,IL2を瞬時電流指令値から減算して誤差電流を算出する。例えば、U相に対応する減算器527は、U相の瞬時電流指令値から電流測定値IL1U,IL2Uを減算して誤差電流を算出する。減算器527は、誤差電流を電流制御部529に供給する。
電流制御部529は、対応する相の誤差電流がゼロになるように、つまり、電流IL1またはIL2の測定値が瞬時電流指令値と一致するように、対応する相のスイッチング回路4における正側半導体スイッチQ1または負側半導体スイッチQ2のオン・オフを制御する。例えば、U相に対応する電流制御部529は、U相の誤差電流がゼロになるようにスイッチング回路4の正側半導体スイッチQ1または負側半導体スイッチQ2のオン・オフを制御する。オン時には電流が増加、オフ時には減少するので、その比率を制御することで正側キャパシタCd1および負側キャパシタCd2の両端電圧、および/または、正側リアクトルL1,負側リアクトルL2に流れる電流IL1,IL2が制御される。
[3.正常時の動作]
図3は、電源2(1)が正常であるときの電源装置1の動作を示す。なお、三相交流電圧の各相についての動作は同様であるので、本図や後述の図4、図5などでは、U相についての動作のみを示している。また、図3では、制御装置5の図示を省略している。また、図中、左側の回路図において白抜きの矢印記号は電圧または電流を示す。また、図中の右側のグラフは、白抜きの矢印記号で示される電圧若しくは電流の変化、または、各素子の動作波形を示す。
本実施形態では一例として、電源2(1)が正常である場合には電源2(2)は使用されないため、切替部54は、電源2(2)からの交流電力を入力するための整流回路3(2)を遮断する。例えば、切替部54は、使用しない電源2(2)からの交流電力を入力するための整流回路3(2)の正側整流器Th1(2)および負側整流器Th2(2)を順方向に遮断させるべく整流回路3(2)の正側制御端子Th11および負側制御端子Th21を制御する。一例として、切替部54は、正側整流器Th1(2)および負側整流器Th2(2)をゲートオフしてよい。
また、切替部54は、電源2(1)から電力が供給される整流回路3(1)を導通させて整流を行わせる。電源2(1)から供給される電圧は、図中のVin(1)グラフで示される。
例えば、切替部54は、使用する電源2(1)から電力が供給される整流回路3(1)の正側整流器Th1および負側整流器Th2をそれぞれ順方向に導通させるべく、その正側制御端子Th11および負側制御端子Th21を制御する。これにより、図中、Vin(1)およびIin(1)のグラフで示される電圧、電流が電源2(1)から供給される。
一例として、図中左側の太い実線および太い破線の矢印記号、並びに、図中右側のVin(1)、Th1(1)のグラフに示すように、切替部54は、整流回路3(1)について、使用する電源2(1)のU相電力が正電圧となる期間の少なくとも一部において正側整流器Th1(1)を順方向に導通させるべく正側制御端子Th11を制御する。切替部54は、使用する電源2(1)のU相電圧が正電圧となる期間の少なくとも一部において正側整流器Th1を順方向に遮断させるべく正側制御端子Th11を制御してよい。例えば正電圧をとる期間の始めの期間のみゲートをオンするだけで、U相電圧の極性が負に移行するゼロクロスでIin(1)がゼロになり、その時点でTh11は完全にオフになる。本実施形態では一例として、切替部54は、U相電圧が正電圧をとる全期間にわたって正側制御端子Th11をオンにし、U相電圧が負電圧をとる全期間にわたって正側制御端子Th11をオフにしている。切替部54は、U相電圧の正負に関わらず正側制御端子Th11をオンに維持してもよいが、消費電力が大きくなる。
また、図中左側の細い実線および破線の矢印記号、並びに、図中右側のVin(1)、Th2(1)のグラフに示すように、切替部54は、整流回路3(1)について、使用する電源2(1)のU相電力が負電圧となる期間の少なくとも一部において負側整流器Th2(1)を順方向に導通させるべく負側制御端子Th21を制御する。切替部54は、使用する電源2(1)のU相電力が正電圧となる期間の少なくとも一部において負側整流器Th2(1)を順方向に遮断させるべく負側制御端子Th21を制御してよい。例えば負電圧をとる期間の始めの期間のみゲートをオンするだけで、U相電圧の極性が正に移行するゼロクロスでIin(1)がゼロになり、その時点でTh21は完全にオフになる。本実施形態では一例として、切替部54は、U相電圧が負電圧をとる全期間にわたって負側制御端子Th21をオンにし、U相電圧が正電圧をとる全期間にわたって負側制御端子Th21をオフにしている。切替部54は、U相電圧の正負に関わらず負側制御端子Th21をオンに維持してもよいが消費電力が大きくなる。
また、駆動制御部51は、スイッチング回路4の正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2を制御する。
例えば、図中右側のQ1,Q2のグラフに示すように、駆動制御部51は、使用する電源2(1)のU相電圧が正電圧となる期間の全部で負側半導体スイッチQ2をオフにして、正側半導体スイッチQ1をオンオフさせる。正側半導体スイッチQ1がオンされると、図中左側の太い実線の矢印記号に示されるように、電源2(1)からの電流は正側整流器Th1(1)、正側リアクトルL1、正側半導体スイッチQ1、正側キャパシタCd1と負側キャパシタCd2の中点を順に経由して電源2(1)に流れる。また、正側リアクトルL1に電源2(1)の電圧が印加されて正側リアクトルL1の電流が増加する。正側半導体スイッチQ1がオフされると、図中左側の太い破線の矢印記号、および、図中右側のVuiのグラフに示されるように、電源2(1)からの電流は正側整流器Th1(1)、正側リアクトルL1、正側ダイオードD1、正側キャパシタCd1、正側キャパシタCd1と負側キャパシタCd2の中点を順に経由して電源2(1)に流れ、正側キャパシタCd1に正側リアクトルL1のエネルギーが伝達される。また、図中右側のIL1のグラフに示されるように、正側キャパシタCd1の電圧と電源2(1)のU相電圧との差電圧(ここでは正側半導体スイッチQ1がオンのときとは逆向きの電圧)が正側リアクトルL1に印加されて、その電流が減少する。駆動制御部51は、正側半導体スイッチQ1のオンオフの時間比率を制御することで電源2(1)からの電流を任意の瞬時値に制御するとともに、正側キャパシタCd1の両端電圧を電源2(1)の電圧ピーク値よりも高い任意の値に設定しうる。
同様に、駆動制御部51は、使用する電源2(1)のU相電圧が負電圧となる期間の全部で正側半導体スイッチQ1をオフにして、負側半導体スイッチQ2をオンオフさせる。これにより、負側キャパシタCd2の両端電圧が電源2(1)の電圧ピーク値よりも高い任意の値、一例として正側キャパシタCd1と同じ電圧に設定される。
以上により、電源2(1)からのU相電力が直流電力に変換されて正側キャパシタCd1および負側キャパシタCd2に保持され、正側出力端子101および負側出力端子102から出力される。
[4.異常時の動作(1)]
図4は、電源2(1)が異常であるときの電源装置1の動作を示す。なお、本動作例では一例として、電源2(1)および電源2(2)は、電圧、電流、周波数および位相のそれぞれが同じ同種の電源となっている。
切替部54は、電源2(1)が異常と判定されたことに応じ、電源2(1)から電源2(2)に使用対象を切り替える。切替部54は、電源2を切り替えるべき切替タイミングTにおいて電源2を切り替えてよい。
例えば、切替部54は、整流回路3(1)の正側整流器Th1(1)および負側整流器Th2(1)を順方向に遮断させるべく整流回路3(1)の正側制御端子Th11および負側制御端子Th21を制御する。本実施形態では、切替タイミングTにおいて電源2(1)のU相電圧の極性は正であるため、電源2(1)の電圧の異常発生を検知した時点で、正側制御端子Th11のみオフとすればよい。これにより、電源2(1)に停電等が発生した場合に、電源2(1)からの電流がゼロになった時点で電力の供給が自然に遮断される。このため、図中、Iin(1)のグラフで示されるように、電源2(1)からの電流の供給が停止する。
また、切替部54は、整流回路3(2)の正側整流器Th1(2)および負側整流器Th2(2)を順方向に導通状態とするべく第2整流回路3(2)の正側制御端子Th11および負側制御端子Th21を制御する。切替部54は、正常時に電源2(1)を使用する場合の整流回路3(1)の制御と同様にして、整流回路3(2)を制御してよい。これにより、図中左側の破線の矢印記号から、実線の矢印記号に示されるように、使用する交流電力およびその経路が切り替えられる。ここで、本動作例では電源2(1),2(2)の位相が同じであるので、図中、Vin(1),Vin(2),Iin(1),Iin(2)のグラフで示されるように、整流回路3(1),3(2)に入力される交流電力が同期された状態で、使用する交流電力が切り替えられる。
なお、駆動制御部51は、正常時と同様にしてスイッチング回路4の正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2を制御すればよい。
[4.1.切替タイミングT]
切替タイミングTは、判定部53によって電源2(1)が異常であると判定されたタイミングであってよく、一例として図中にVin(1)のグラフで示されるように、電源2(1)に異常(本実施形態では一例として停電)が発生したタイミングであってよい。
切替タイミングTは、電源2(1),2(2)の位相と非同期でよい。例えば、切替タイミングTは、電源2(1),2(2)の位相とは無関係に決定されてよい。なお、切替タイミングTは電源2(1),2(2)の位相と同期してもよい。例えば、切替タイミングTは、判定部53によって電源2(1)が異常であると判定された後に電源2(1),2(2)の電圧Vin(1),Vin(2)がゼロクロスするタイミングでもよい。
以上の動作によれば、使用する電源2を切り替える場合に、整流回路3(1)の正側整流器Th1(1)および負側整流器Th2(1)を順方向に遮断させるべく整流回路3(1)の正側制御端子Th11および負側制御端子Th21を制御し、整流回路3(2)の正側整流器Th1(2)および負側整流器Th2(2)を順方向に導通状態とするべく整流回路3(2)の正側制御端子Th11および負側制御端子Th21を制御する。従って、切り替え前の交流電力の供給を停止させるとともに、切り替え後の交流電力の供給を開始させることができる。
また、電源2(1),2(2)の位相と非同期に使用対象の電源2を切り替えるので、同期タイミングを待たずに切り替えを行うことができる。従って、異常の発生に応じて電力を切り替える場合に、電力供給の瞬断を防止することができる。
[5.異常時の動作(2)]
図5は、電源2(1)が異常であるときの電源装置1の他の動作を示す。なお、本動作例では一例として、電源2(1)および電源2(2)の間で同期がとられておらず、位相差が生じている。図では180°のずれを生じた場合を示している。
切替部54は、電源2(1)が異常と判定されたことに応じ、電源2(1)から電源2(2)に使用対象を切り替える。切替部54は、電源2を切り替えるべき切替タイミングTにおいて電源2を切り替えてよい。なお、切替タイミングTは電源2(1),2(2)の何れかの位相と同期してもよいし、非同期でもよい。本動作例では一例として、切替タイミングTは、図中にVin(1)のグラフで示されるように、電源2(1)に異常が発生したタイミングであり、電源2(1)の交流電力が正電圧をとり、電源2(2)の交流電力が負電圧をとるタイミングである。
切替部54は、整流回路3(1)の正側整流器Th1(1)および負側整流器Th2(1)を順方向に遮断させるべく、その正側制御端子Th11および負側制御端子Th21を制御する。これにより、電源2(1)からのU相の電力供給が停止する。
また、切替部54は、整流回路3(2)の正側整流器Th1(2)および負側整流器Th2(2)を順方向に導通状態とするべく整流回路3(2)の正側制御端子Th11および負側制御端子Th21を制御する。切替部54は、正常時に電源2(1)を使用する場合の整流回路3(1)の制御と同様にして、整流回路3(2)を制御してよい。本動作例では電源2(1),2(2)の位相が180°異なり、切替タイミングTでは電源2(1)のU相が正電圧、電源2(2)のU相が負電圧であるので、切替タイミングTでは整流回路3(1)の正側整流器Th(1)がオンからオフに切り替えられ、整流回路3(2)の負側整流器Th(2)がオフからオンに切り替えられる。これにより、図中左側の破線の矢印記号から、実線の矢印記号に示されるように、使用する交流電力が切り替えられて電流の流れが変化する。
また、駆動制御部51は、切替部54は、切り替え前後で供給されるU相電圧の正負に応じてスイッチング回路4の正側半導体スイッチQ1および負側半導体スイッチQ2を制御する。本動作例では上述のように、電源2(1),2(2)の位相が180°だけ異なり、切替タイミングTでは電源2(1)のU相が正電圧、電源2(2)のU相が負電圧である。そのため、切替タイミングTでは、負側半導体スイッチQ2をオフにして正側半導体スイッチQ1をオンオフさせる制御から、正側半導体スイッチQ1をオフにして負側半導体スイッチQ2をオンオフさせる制御に切り替えられる。これにより、図中、右側のIL1,IL2のグラフに示されるように、電源2(1)に起因する直流電力が正側リアクトルL1に流れて正側キャパシタCd1に保持される状態から、電源2(2)に起因する直流電力が負側リアクトルL2に流れて負側キャパシタCd2に保持される状態へと切り替わる。
以上の動作によれば、電源2(1)が正電圧かつ電源2(2)が負電圧の切替タイミングTで電源2(1)から電源2(2)に使用対象が切り替えられる場合に、整流回路3(1)の正側整流器Th1(1)および負側整流器Th2(1)をゲートオフしても、電源2(1)からの交流電圧がゼロになるまでの間には正側整流器Th1から正側リアクトルL1に電流が流れ得る。しかしながら、この時点で電源2(2)からの電流を流すべく整流回路3(2)の正側整流器Th2(1)および負側整流器Th2(2)が順方向に導通しても短絡経路が形成されない。よって、短絡を防止するべく電源2(2)からの電力供給を遅らせる必要が無いため、電力供給を瞬断させずに維持することができる。なお、整流回路3(1)の正側整流器Th1(1)および負側整流器Th2(1)と、整流回路3(2)の正側整流器Th2(1)および負側整流器Th2(2)とを一時的にそれぞれ順方向に導通させて電源2(1),2(2)の両方から電力供給を受けてもよい。整流回路3(1)の正側整流器Th1(1)をゲートオフした後に正側リアクトルL1に流れる電流は、正側半導体スイッチQ1がオフに維持されることで速やかに減衰される。このように、本動作例によれば、電源2(1)、2(2)の間で極性、周波数、位相等が同期していない場合でも、無瞬断で使用対象の電源2を切り替えることが可能となる。
[6.電源2の切替処理]
図6は、本実施形態に係る電源2の切替処理を示す。制御装置5は、ステップS1〜ステップS19の処理を行うことにより、電源2に異常が生じた場合に使用対象の電源2を切り替える。なお、本実施形態では一例として、三相交流電圧の瞬時電圧は1kHz等のサンプリング周期で逐次、測定されて算出部530に供給されることとして説明するが、算出部530による比較対象値Σの算出タイミングに合わせて測定が行われてもよい。
ステップS1において算出部530は電源2(1)についての比較対象値Σ(1)を算出する。
ステップS3において第2判定部532は、電源2(1)の比較対象値Σ(1)が第2基準値K2を下回るか否かにより電源2(1)が異常状態であるか否かを判定する。第2判定部532は、電源2(1)の比較対象値Σ(1)が第2基準値K2を下回ったことに応じて当該電源2(1)を異常状態と判定してよい。
ステップS3において電源2(1)が異常状態と判定された場合(ステップS3;Yes)には、制御装置5は処理をステップS7に移行する。電源2(1)が正常状態と判定された場合(ステップS3;No)には、制御装置5は処理をステップS5に移行する。
ステップS5において、第1判定部531は、比較対象値Σ(1)が第1基準時間にわたって第1基準値K1を断続的に下回るか否かにより電源2(1)が異常状態であるか否かを判定する。第1判定部531は、比較対象値Σ(1)が第1基準時間にわたって第1基準値K1を断続的に下回ったことに応じて電源2(1)を異常状態と判定してよい。
第1判定部531は、第1基準時間(本実施形態では一例として10秒)の時間幅を有するタイムウィンドウを逐次シフトし、当該タイムウィンドウ内の複数のタイミングそれぞれでの比較対象値Σ(1)が第1基準値Kを断続的に下回ったことに応じて電源2(1)を異常状態と判定してよい。例えば、第1判定部531は、少なくともタイムウィンドウの両端部のそれぞれで比較対象値Σ(1)が第1基準値Kを下回ったことに応じて電源2(1)を異常状態と判定してよい。第1判定部531は、第1基準時間内に比較対象値Σが第1基準値Kを下回った回数が基準数より多いことに応じて電源2を異常と判定してもよい。一例として、比較対象値Σ(1)と第1基準値K1との比較周期が100Hzであり、第1基準時間が10秒である場合、つまり第1基準時間内の比較回数が1000回である場合には、基準数は800であってよい。第1判定部531は、第1基準時間よりも短い第2基準時間(本実施形態では一例として1秒)にわたり比較対象値Σ(1)が連続的に第1基準値K以上である期間がタイムウィンドウ内に存在する場合には、電源2(1)が異常状態になったとは判定しなくてもよい。
ステップS5において電源2(1)が異常状態と判定された場合(ステップS5;Yes)には、制御装置5は処理をステップS7に移行する。電源2(1)が正常状態と判定された場合(ステップS5;No)には、制御装置5は処理をステップS1に移行する。なお、ステップS5において電源2(1)が正常と判定されてステップS1に移行する周期は一例として100Hzであってよい。
ステップS7において算出部530は電源2(2)についての比較対象値Σ(2)を算出する。
ステップS9において判定部53は、切り替え先の電源2(2)が正常であるか否かを判定する。例えば判定部53は、第1判定部531によって電源2(2)が正常であるか否かを判定してよい。この場合には、第1判定部531は、比較対象値Σ(2)が第1基準時間にわたって連続的に第1基準値K1以上であるか否かにより電源2(2)が正常状態であるか否かを判定する。第1判定部531は、比較対象値Σ(2)が第1基準時間にわたって連続的に第1基準値K以上であることに応じて、電源2(2)が正常状態であると判定してよい。なお、判定部53は、第1判定部531および第2判定部532のそれぞれによって電源2(2)が正常であるか否かを判定し、これらの判定結果の論理積によって判定を行ってもよい。
ステップS9において電源2(2)が正常状態と判定された場合(ステップS9;Yes)には、制御装置5は処理をステップS13に移行する。電源2(2)が異常状態と判定された場合(ステップS9;No)には、制御装置5は処理をステップS11に移行する。
ステップS11において制御装置5は、図示しない報知手段によって、電源2(1),2(2)の両方に異常が生じていることをオペレータに報知してよい。ステップS11の処理後に制御装置5は処理を終了してよい。
ステップS13において切替部54は、電源2(1)から電源2(2)に使用対象を切り替える。切替部54は、整流回路3の導通状態、遮断状態を制御することで電源2の使用対象を切り替えてよい。なお、本実施形態では電源2(2)は非常用であるため、電源2(1)が正常状態に復帰した場合には電源2(2)から電源2(1)に使用対象が切り替えられることが好ましい。
ステップS15において算出部530は電源2(1)についての比較対象値Σ(1)を算出する。
ステップS17において判定部53は、電源2(1)が正常状態に復帰したか否かを判定する。例えば判定部53は、第1判定部531によって電源2(1)が正常であるか否かを判定してよい。この場合には、第1判定部531は、比較対象値Σ(1)が第1基準時間にわたって連続的に第1基準値K1以上であるか否かにより電源2(1)が正常状態になったか否かを判定する。例えば、第1判定部531は、比較対象値Σ(1)が第1基準時間にわたって連続的に第1基準値K以上であることに応じて、電源2(1)が正常状態になったと判定してよい。第1判定部531は、電源2(1)が正常状態から異常状態になったと判定する場合の第1基準値Kと、電源2(1)が異常状態から正常状態になったと判定する場合の第1基準値Kとにヒステリシス特性を持たせてよく、一例として、ステップS5での第1基準値KよりもステップS17での第1基準値Kを高くしてよい。なお、判定部53は、第1判定部531および第2判定部532のそれぞれによって電源2(1)が正常であるか否かを判定し、これらの判定結果の論理積によって判定を行ってもよい。
ステップS17において電源2(1)が異常状態と判定された場合(ステップS17;No)には、制御装置5は処理をステップS15に移行する。なお、ステップS17において電源2(1)が異常と判定されてステップS15に移行する周期は一例として100Hzであってよい。電源2(1)が正常状態と判定された場合(ステップS17;Yes)には、制御装置5は処理をステップS19に移行する。
ステップS19において切替部54は、上述のステップS14と同様にして電源2(2)から電源2(1)に使用対象を切り替える。そして、ステップS1の処理後に制御装置5は処理をステップS1に移行する。なお、ステップS1に処理が移行することでステップS13、S19による電源2の切り替えが繰り返し行われる場合には、切替部54は、切り替え頻度が基準頻度(一例として1分当たり3回)を超えたことに応じて、判定部53による判定結果によらず電源2(2)を使用対象としてよい。これにより、判定結果が不安定な場合に使用対象が頻繁に変更されるのが防止される。
以上の切替処理によれば、電源2(1)を異常状態と判定している場合に、電源2(1)についての比較対象値Σ(1)が第1基準時間にわたって連続的に第1基準値以上であることに応じて電源2(1)が正常状態になったと判定されるので、電源2(1)が不安定な状態で正常状態と誤判定されて使用されるのを防止することができる。
また、逐次シフトされるタイムウィンドウ内の複数のタイミングそれぞれでの比較対象値Σが第1基準値Kを断続的に下回ったことに応じて電源2が異常状態と判定されるので、電源2の瞬時低下の有無の判定を逐次、行うことができる。
また、電源2が正常状態と判定されている場合に、タイムウィンドウ内で第2基準時間(一例として1秒)にわたり比較対象値Σが連続的に第1基準値K以上である場合には、電源2が異常状態になったとは判定しないので、電源2を異常状態と誤判定してしまうのを防止することができる。
また、第1基準時間内に比較対象値Σが第1基準値Kを下回った回数が基準数より多いことに応じて電源2を異常と判定するので、比較対象値Σが第1基準値Kを下回る頻度に偏りがある場合であっても、判定を正確に行うことができる。
また、電源2(1)が正常状態から異常状態になったと判定する場合のステップS5での第1基準値Kよりも、電源2(1)が異常状態から正常状態になったと判定する場合のステップS17での第1基準値Kが高くされるので、比較対象値Σが第1基準値Kの近傍で変動する場合に電源2(1)の状態の判定結果を安定させることができる。
[7.動作例]
図7は、電源2の切り替えを行わない場合の比較対象値Σ(1)を示す。なお、本図と、後述の図8、図9では縦軸は比較対象値Σ、横軸は時間(ms)を示す。この動作例では、電源2(1)の電圧に15%の瞬時低下が生じた結果、比較対象値Σ(1)が第1基準値K1よりも上側で変動する。この場合には、電源2(1)が異常とは判定されず、電源2(2)への切り替えは行われない。
図8は、電源2の切り替えを行う場合の比較対象値Σ(1)を示す。なお、図中の太線のグラフはU相、V相およびW相に停電が生じた場合の比較対象値Σ(1)を示し、細線のグラフは電源2(1)の電圧に35%の瞬時低下が生じた場合の比較対象値Σ(1)を示す。これらの太線および細線の動作例では、時点t1,t2で比較対象値Σ(1)が第2基準値K2を下回るため、電源2(1)が異常と判定されて電源2(2)への切り替えが行われる。
図9は、電源2の切り替えを行う場合の比較対象値Σ(1)を示す。この動作例では、電源2(1)の電圧に25%の瞬時低下が生じた結果、比較対象値Σ(1)が第1基準時間にわたって第1基準値K1を断続的に下回るため、時点t3で電源2(1)が異常と判定されて電源2(2)への切り替えが行われる。
[8.変形例]
なお、上記の実施形態においては、電源2が電源装置1に具備されることとして説明したが、電源装置1の外部に設けられてもよい。また、電圧測定部50および駆動制御部51が制御装置5に具備されることとして説明したが、これらの少なくとも一方は制御装置5の外部に設けられてもよい。
また、判定部53は、電源2(1),2(2)の状態を判定することとして説明したが、電源2(1)の状態のみを判定し、電源2(2)の判定を行わなくてもよい。この場合には、制御装置5は、上述のステップ9の処理を行わずに、電源2(1)が異常と判定された場合に電源2(2)への切り替えを行ってよい。
また、各相の2つの整流回路3(1),3(2)と正側出力端子101との間に正側リアクトルL1が接続され、2つの整流回路3(1),3(2)と負側出力端子102との間に負側リアクトルL2が接続されることとして説明したが、これに加えて/代えて、他の位置にリアクトルが設けられてもよい。例えば、リアクトルは整流回路3毎に設けられてもよい。つまり、複数の整流回路3のそれぞれに対応してリアクトルが設けられてもよい。一例として、各リアクトルは、それぞれの整流回路3の交流入力端子31と、対応する電源2(1),2(2)との間に接続されてよい。この場合には、複数のリアクトルのうち、使用する電源2に対応するリアクトルが電圧の正負に関わらず連続的に導通し、他のリアクトルが非導通状態となる。
また、正側整流器Th1および負側整流器Th2をサイリスタとして説明したが、逆阻止IGBT等の他の半導体スイッチでもよい。上述のように、自己消弧能力を持つ半導体素子は損失が大きい傾向があるため、低損失の素子を用いることが好ましい。
また、三相交流電圧の瞬時電圧をU相、V相およびW相の相電圧として説明したが、UV相、UW相およびWU相の相間電圧としてもよい。
また、電源2(2)を三相交流電源として説明したが、直流電源としてもよい。この場合には、電源2(2)からの電力は整流回路3に供給されずに、正側出力端子101および負側出力端子102から直接出力されてもよい。
また、本発明の様々な実施形態は、フローチャートおよびブロック図を参照して記載されてよく、ここにおいてブロックは、(1)操作が実行されるプロセスの段階または(2)操作を実行する役割を持つ装置のセクションを表わしてよい。特定の段階およびセクションが、専用回路、コンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、およびコンピュータ可読媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサの少なくとも1つによって実装されてよい。専用回路は、デジタルおよびアナログの少なくとも一方のハードウェア回路を含んでよく、集積回路(IC)およびディスクリート回路の少なくとも一方を含んでよい。プログラマブル回路は、論理AND、論理OR、論理XOR、論理NAND、論理NOR、および他の論理操作、フリップフロップ、レジスタ、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、プログラマブルロジックアレイ(PLA)等のようなメモリ要素等を含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。
コンピュータ可読媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読媒体は、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読媒体のより具体的な例としては、フロッピー(登録商標)ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ(RAM)、リードオンリメモリ(ROM)、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EPROMまたはフラッシュメモリ)、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ(EEPROM)、静的ランダムアクセスメモリ(SRAM)、コンパクトディスクリードオンリメモリ(CD-ROM)、デジタル多用途ディスク(DVD)、ブルーレイ(RTM)ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。
コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ(ISA)命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、またはSmalltalk、JAVA(登録商標)、C++等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、および「C」プログラミング言語または同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、1または複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたコードまたはオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。
コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサまたはプログラマブル回路に対し、ローカルにまたはローカルエリアネットワーク(LAN)、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク(WAN)を介して提供され、フローチャートまたはブロック図で指定された操作を実行するための手段を作成すべく、コンピュータ可読命令を実行してよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。
図10は、本発明の複数の態様が全体的または部分的に具現化されてよいコンピュータ2200の例を示す。コンピュータ2200にインストールされたプログラムは、コンピュータ2200に、本発明の実施形態に係る装置に関連付けられる操作または当該装置の1または複数のセクションとして機能させることができ、または当該操作または当該1または複数のセクションを実行させることができ、これに加えて、またはこれに代えて、コンピュータ2200に、本発明の実施形態に係るプロセスまたは当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ2200に、本明細書に記載のフローチャートおよびブロック図のブロックのうちのいくつかまたはすべてに関連付けられた特定の操作を実行させるべく、CPU2212によって実行されてよい。
本実施形態によるコンピュータ2200は、CPU2212、RAM2214、グラフィックコントローラ2216、およびディスプレイデバイス2218を含み、それらはホストコントローラ2210によって相互に接続されている。コンピュータ2200はまた、通信インターフェイス2222、ハードディスクドライブ2224、DVD−ROMドライブ2226、およびICカードドライブのような入出力ユニットを含み、それらは入出力コントローラ2220を介してホストコントローラ2210に接続されている。コンピュータはまた、ROM2230およびキーボード2242のようなレガシの入出力ユニットを含み、それらは入出力チップ2240を介して入出力コントローラ2220に接続されている。
CPU2212は、ROM2230およびRAM2214内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ2216は、RAM2214内に提供されるフレームバッファ等またはそれ自体の中にCPU2212によって生成されたイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス2218上に表示されるようにする。
通信インターフェイス2222は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。ハードディスクドライブ2224は、コンピュータ2200内のCPU2212によって使用されるプログラムおよびデータを格納する。DVD−ROMドライブ2226は、プログラムまたはデータをDVD−ROM2201から読み取り、ハードディスクドライブ2224にRAM2214を介してプログラムまたはデータを提供する。ICカードドライブは、プログラムおよびデータをICカードから読み取り、これに加えて、またはこれに代えてプログラムおよびデータをICカードに書き込む。
ROM2230はその中に、アクティブ化時にコンピュータ2200によって実行されるブートプログラム等、およびコンピュータ2200のハードウェアに依存するプログラムの少なくとも1つを格納する。入出力チップ2240はまた、様々な入出力ユニットをパラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入出力コントローラ2220に接続してよい。
プログラムが、DVD−ROM2201またはICカードのようなコンピュータ可読媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読媒体から読み取られ、コンピュータ可読媒体の例でもあるハードディスクドライブ2224、RAM2214、またはROM2230にインストールされ、CPU2212によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ2200に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置または方法が、コンピュータ2200の使用に従い情報の操作または処理を実現することによって構成されてよい。
例えば、通信がコンピュータ2200および外部デバイス間で実行される場合、CPU2212は、RAM2214にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インターフェイス2222に対し、通信処理を命令してよい。通信インターフェイス2222は、CPU2212の制御下、RAM2214、ハードディスクドライブ2224、DVD−ROM2201、またはICカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ処理領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、またはネットワークから受信された受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ処理領域等に書き込む。
また、CPU2212は、ハードディスクドライブ2224、DVD−ROMドライブ2226(DVD−ROM2201)、ICカード等のような外部記録媒体に格納されたファイルまたはデータベースの全部または必要な部分がRAM2214に読み取られるようにし、RAM2214上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。CPU2212は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックする。
様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、およびデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。CPU2212は、RAM2214から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプの操作、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索,置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をRAM2214に対しライトバックする。また、CPU2212は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第2の属性の属性値に関連付けられた第1の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、CPU2212は、第1の属性の属性値が指定される、条件に一致するエントリを当該複数のエントリの中から検索し、当該エントリ内に格納された第2の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第1の属性に関連付けられた第2の属性の属性値を取得してよい。
上で説明したプログラムまたはソフトウェアモジュールは、コンピュータ2200上またはコンピュータ2200近傍のコンピュータ可読媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワークまたはインターネットに接続されたサーバーシステム内に提供されるハードディスクまたはRAMのような記録媒体が、コンピュータ可読媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ2200に提供する。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
1電源装置、2 電源、3 整流回路、4 スイッチング回路、5 制御装置、31 交流入力端子、50 電圧測定部、51 駆動制御部、53 判定部、54 切替部、101 正側出力端子、102 負側出力端子、510 電圧取得部、511 電圧取得部、512 スイッチ、513 極性判別部、514 電流測定部、515 電流測定部、516 スイッチ、521 電圧測定部、522 電圧制御部、525 乗算器、527 減算器、529 電流制御部、530 算出部、531 第1判定部、532 第2判定部、2200 コンピュータ、2201 DVD−ROM、2210 ホストコントローラ、2212 CPU、2214 RAM、2216 グラフィックコントローラ、2218 ディスプレイデバイス、2220 入出力コントローラ、2222 通信インターフェイス、2224 ハードディスクドライブ、2226 DVD−ROMドライブ、2230 ROM、2240 入出力チップ、2242 キーボード

Claims (15)

  1. 三相交流電圧の瞬時電圧をそれぞれ測定する電圧測定部と、
    前記三相交流電圧の瞬時電圧のn乗和(但しnは正の偶数)に応じた比較対象値を基準値と比較した結果に基づいて、前記三相交流電圧の電力供給源の状態を判定する判定部と、
    を備える装置。
  2. 前記判定部は、
    前記比較対象値が第1基準時間にわたって第1基準値を断続的に下回ったことに応じて前記電力供給源を異常状態と判定する第1判定部と、
    前記比較対象値が前記第1基準値よりも小さい第2基準値を下回ったことに応じて前記電力供給源を異常状態と判定する第2判定部と、
    を有する、請求項1に記載の装置。
  3. 前記第1判定部は、前記第1基準時間の時間幅を有するタイムウィンドウを逐次シフトし、当該タイムウィンドウ内の複数のタイミングそれぞれでの前記比較対象値が前記第1基準値を断続的に下回ったことに応じて前記電力供給源を異常状態と判定する、請求項2に記載の装置。
  4. 前記第1判定部は、前記電力供給源を正常状態と判定している場合に、前記第1基準時間よりも短い第2基準時間にわたり前記比較対象値が連続的に前記第1基準値以上である期間が前記タイムウィンドウ内に存在する場合には、前記電力供給源が異常状態になったとは判定しない、請求項3に記載の装置。
  5. 前記第1判定部は、前記第1基準時間内に前記比較対象値が前記第1基準値を下回った回数が基準数より多いことに応じて前記電力供給源を異常と判定する、請求項2〜4のいずれか一項に記載の装置。
  6. 前記判定部は、前記三相交流電圧の整数分の1の周期で前記比較対象値を算出して判定を行う、請求項2〜5のいずれか一項に記載の装置。
  7. 請求項2〜6のいずれか一項に記載の装置と、
    前記装置の前記判定部による判定結果に基づいて、三相交流電圧の第1電力供給源および第2電力供給源との間で使用対象を切り替える切替部と、
    を備える電源装置。
  8. 前記判定部は、前記第1電力供給源の状態を判定し、
    前記切替部は、
    前記判定部により前記第1電力供給源が正常状態であると判定される場合には前記第1電力供給源を使用対象とし、
    前記判定部により前記第1電力供給源が異常状態であると判定される場合には、前記第2電力供給源を使用対象とする、請求項7に記載の電源装置。
  9. 前記判定部は、前記第1電力供給源を異常状態と判定している場合に、前記第1電力供給源についての前記比較対象値が前記第1基準時間にわたって連続的に前記第1基準値以上であることに応じて、前記第1電力供給源が正常状態になったと判定する、請求項8に記載の電源装置。
  10. 前記判定部は、前記第1電力供給源が正常状態から異常状態になったと判定する場合の前記第1基準値よりも、前記第1電力供給源が異常状態から正常状態になったと判定する場合の前記第1基準値を高くする、請求項8または9に記載の電源装置。
  11. 前記切替部は、切り替え頻度が基準頻度を超えたことに応じて、前記判定部による判定結果によらず前記第2電力供給源を使用対象とする、請求項8〜10のいずれか一項に記載の電源装置。
  12. 正側出力端子および負側出力端子の間に順次接続された正側キャパシタおよび負側キャパシタと、
    前記正側出力端子および前記負側出力端子の間に前記正側キャパシタおよび前記負側キャパシタと並列に順次接続された、三相交流電源の相ごとの正側半導体スイッチおよび負側半導体スイッチと、
    各々が交流入力端子を有し、前記交流入力端子と前記正側出力端子および前記負側出力端子との間に流れる電流をそれぞれ整流する複数の整流回路と
    をさらに備え、
    前記複数の整流回路のそれぞれは、
    三相交流電源の相ごと、かつ、前記第1電力供給源および前記第2電力供給源のそれぞれについて設けられ、
    前記交流入力端子および前記正側出力端子の間に接続され、前記交流入力端子側から前記正側出力端子側へと向かう順方向の導通状態を制御可能であり、逆方向の電流を遮断する正側整流器と、
    前記交流入力端子および前記負側出力端子の間に接続され、前記負側出力端子側から前記交流入力端子側へと向かう順方向の導通状態を制御可能であり、逆方向の電流を遮断する負側整流器と
    を有する、請求項7〜11のいずれか一項に記載の電源装置。
  13. 前記複数の整流回路のそれぞれの前記正側整流器および前記負側整流器は、サイリスタである請求項12に記載の電源装置。
  14. 三相交流電圧の瞬時電圧をそれぞれ測定する電圧測定段階と、
    前記三相交流電圧の瞬時電圧のn乗和(但しnは正の偶数)に応じた比較対象値を基準値と比較した結果に基づいて、前記三相交流電圧の電力供給源の状態を判定する判定段階と、
    を備える方法。
  15. コンピュータに
    三相交流電圧の瞬時電圧をそれぞれ測定する電圧測定段階と、
    前記三相交流電圧の瞬時電圧のn乗和(但しnは正の偶数)に応じた比較対象値を基準値と比較した結果に基づいて、前記三相交流電圧の電力供給源の状態を判定する判定段階と、
    を実行させるプログラム。
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