JP4041992B2 - 交流電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、電圧調整機能及び電流調整機能を有する交流電源装置に関する。

電圧調整機能を有する交流無停電電源装置は例えば後記特許文献１で知られている。この交流無停電電源装置では商用交流電圧の供給ラインに調整電圧を加算又は減算するトランスを有する。

ところで、１台の交流無停電電源装置のみで要求する電力を負荷に供給することができない時に、複数台の交流無停電電源装置を並列接続することがある。この時、交流無停電電源装置が後記特許文献１に示すように電圧調整機能を有していると、電流のアンバランス及び横流の問題が生じる。
特開２０００−６００２６号公報

従って、本発明が解決しようとする課題は、電圧調整機能を有する交流電源装置の電流を所望範囲に収めることが困難であることである。本発明が解決しようとする別な課題は、電圧調整機能を有する交流無停電電源装置の良好な並列運転を容易に達成することができないことである。

上記課題を解決するための本発明は、
互いに並列接続された複数の交流無停電電源装置を有する交流電源装置において、前記複数の交流無停電電源装置のそれぞれは、
交流入力端子と、
交流出力端子と、
前記交流入力端子と前記交流出力端子との間に接続され且つ前記交流入力端子から前記交流出力端子に供給する電圧を所望値に調整する機能を有している電圧調整手段と、
直流電圧を出力することができる蓄電装置と、
前記交流出力端子と前記蓄電装置との間に接続された双方向電力変換器と、
前記蓄電装置と前記電圧調整手段との間に接続され且つ前記交流入力端子から前記交流出力端子に供給する電圧を所望値に調整するための電圧を前記電圧調整手段に供給する機能を有している直流−交流変換器と、
前記双方向電力変換器に接続され、前記交流入力端子から前記交流出力端子に交流電圧が供給されている時に前記双方向電力変換器を交流−直流変換動作させ、且つ前記交流入力端子から前記交流出力端子に交流電圧が供給されていない時に前記双方向電力変換器を直流−交流変換動作させるための制御信号を形成する第１の制御回路と、
前記交流入力端子から前記交流出力端子に向かって流れる電流の実効値又は前記電圧調整手段を流れる無効電流を検出する電流検出手段と、
前記直流−交流変換器を動作させる制御信号を形成するものであって、前記直流−交流変換器と前記電流検出手段とに接続され、前記交流入力端子から前記交流出力端子に交流電圧が供給されている時に前記電圧調整手段の電圧を前記電流の実効値又は前記無効電流に対して反比例的に変化させることができる制御信号を形成する第２の制御回路と
を備えていることを特徴とする交流電源装置に係わるものである。

なお、請求項２に示すように、前記第２の制御回路は、前記交流入力端子から供給する電圧と同一周波数を有する基準正弦波を発生する基準正弦波発生器と、前記交流出力端子の電圧を示す交流出力電圧検出信号を得るための交流出力電圧検出手段と、前記基準正弦波と前記交流出力電圧検出信号とに基づいて前記交流出力端子の電圧を一定に制御するための電圧帰還制御信号を作成する電圧帰還制御信号形成手段と、前記電流検出手段に接続され、前記電流検出手段の出力に応答して前記電圧調整手段の電圧を前記電流の実効値又は前記無効電流に対して反比例的に変化させることができるように前記電圧帰還制御信号を補正する補正手段と、前記基準正弦波よりも十分に高い周波数で三角波又は鋸波から成る比較波を発生する比較波発生器と、前記補正手段で補正された後の前記電圧帰還制御信号と前記比較波とを比較して前記直流−交流変換器の変換用スイッチをオン・オフ制御する制御パルスを形成する比較器とを有することが望ましい。
また、請求項３に示すように、前記補正手段は、前記電流検出手段の出力に対して反比例的に変化する補正指令信号を形成する補正指令信号形成手段と、前記補正指令信号形成手段に接続され、前記基準正弦波又はこれと同一位相の正弦波の振幅を前記補正指令信号によって調整して電流調整用の補正信号を形成する補正信号形成手段と、前記電圧帰還制御信号形成手段と前記補正信号形成手段とに接続され、前記電圧帰還制御信号を前記補正信号で補正する手段とから成ることが望ましい。
また、請求項４に示すように、前記第２の制御回路は、前記交流出力端子の電圧を示す交流出力電圧検出信号を得るための交流出力電圧検出手段と、前記交流出力電圧の基準を示す基準電圧を発生する基準電圧源と、前記基準電圧と前記交流出力電圧検出信号とに基づいて前記交流出力端子の電圧を一定に制御するための電圧帰還制御信号を作成する電圧帰還制御信号形成手段と、前記電流検出手段と前記電圧帰還制御信号形成手段とに接続され、前記電圧帰還制御信号の値を前記電流の実効値又は前記無効電流に対して反比例的に変化させる補正手段と、 前記交流入力端子から供給する電圧と同一周波数を有する基準正弦波を発生する基準正弦波発生器と、前記補正手段と前記基準正弦波発生器とに接続され、前記基準正弦波の振幅を前記補正手段で補正された前記電圧帰還制御信号で補正する基準正弦波補正手段と、前記基準正弦波よりも十分に高い周波数で三角波又は鋸波から成る比較波を発生する比較波発生器と、前記基準正弦波補正手段の出力と前記比較波とを比較して前記直流−交流変換器の変換用スイッチをオン・オフ制御する制御パルスを形成する比較器とを有することが望ましい。
また、請求項５に示すように、前記補正信号による補正量は、前記交流出力端子の電圧の許容変動範囲（例えば１パーセント）内の電圧調整をするための量であることが望ましい。
上記本発明において、負荷に対して実質的な影響を与えない範囲の瞬時停止（例えば０．００５秒以下の停電）を含む場合も無停電と定義する。

各請求項の発明によれば、次の効果が得られる。
（イ）並列接続された複数台の交流無停電電源装置から成り、且つ各交流無停電電源装置が、交流入力端子と交流出力端子との間に接続された電圧調整手段と、蓄電装置と、交流出力端子と蓄電装置との間に接続された双方向電力変換器と、蓄電装置と前記電圧調整手段との間に接続された直流−交流変換器とから成る交流電源装置において、電圧調整手段の電圧が電流検出手段の出力に反比例的に変化するので、電流が増大した時に電圧調整手段の電圧が逆に小さくなり、その交流無停電電源装置の電流が小さくなる。これにより、交流無停電電源装置の交流入力端子を通って所定値以上の電流が流れることを防ぐことができる。
（ロ）各交流無停電電源装置の交流入力端子と交流出力端子との間に電圧調整手段が接続されているにも拘わらず、各交流無停電電源装置の電流検出手段の出力に基づいて電圧調整手段の電圧が調整されるので、各交流無停電電源装置の電流バランスを容易に改善することができる。
（ハ）各交流無停電電源装置が、交流入力端子と交流出力端子との間に接続された電圧調整手段と、蓄電装置と、交流出力端子と蓄電装置との間に接続された双方向電力変換器と、蓄電装置と前記電圧調整手段との間に接続された直流−交流変換器とを有するにも拘らず、複数台の交流無停電電源装置を単に並列接続するだけで電流バランスが取れる。従って、交流電源装置の容量の増減を容易に達成できる。

次に、図１〜図１９を参照して本発明の実施形態を説明する。

本発明の実施例１に従う交流電源装置の主回路は図１に示すように、第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の並列接続回路から成る。図１では２台の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２が並列接続されているが、勿論３台以上にすること、又は１台のみにすることもできる。第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２は互いに同一に構成されている。従って、第１の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１を詳しく説明し、第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−２の詳しい説明を省略する。なお、図１において互いに同一の部分に同一の参照符号が付され、第１及び第２の無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２を区別するために、第２の交流無停電電源装置の各部の参照符号にダッシュが付されている。

例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの商用交流電圧を供給する共通の交流電源１に対して第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の第１及び第２の交流入力端子２ａ、２ｂ、２ａ′、２ｂ′がそれぞれ接続されている。また、共通の負荷３に対して第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の第１及び第２の交流出力端子４ａ、４ｂ、４ａ′、４ｂ′がそれぞれ接続されている。

図１には、第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の主回路を構成する第１及び第２の交流入力端子２ａ、２ｂ、２ａ′、２ｂ′第１及び第２の交流出力端子４ａ、４ｂ、４ａ′、４ｂ′、双方向電力変換器５、５′、直流−交流変換器７、７′、蓄電装置としてのコンデンサ９、９′及び蓄電池１０、１０′、高速遮断機能を有する電源スイッチ１６、１６′、及び電圧調整手段７０、７０′が示されている。交流電源１が正常であり且つスイッチ１６、１６′の両方がオン状態の時には、これを介して共通の負荷３に第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の両方から電力が供給される。第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２が全く同一に構成され且つ全く同一に動作すれば、第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２は負荷３の電流の１／２をそれぞれ分担する。しかし、実際には上述のような理想的並列運転は不可能又は困難である。本実施例の第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２は上述の問題を解決するように構成されている。

図２には第１の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１の図１に示した主回路部分の他に、第１の制御回路６と、第２の制御回路８と、電流検出手段としての例えばホール素子又はＣＴ等から成る第１及び第２の電流検出器１１、１２と、交流出力電圧検出手段としての交流出力電圧検出器１３と、直流電圧検出器１４と、入力電圧検出器１５と、トライアック等の半導体スイッチから成る電源スイッチ１６と、電源スイッチ制御及び異常検出回路１７とが示されている。第１の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１は、第２の制御回路８を除いて前記特許文献１のものと同様に構成されている。

双方向電力変換器５の一対の交流端子７１ａ，７１ｂはライン１８、１９によって第１及び第２の交流出力端子４ａ、４ｂに接続され、一対の直流端子７２ａ，７２ｂはコンデンサ９及び蓄電池１０に接続されている。即ち、双方向電力変換器５は第１及び第２の交流出力端子４ａ、４ｂと蓄電池１０との間に接続されている。また、双方向電力変換器５の一方の交流端子７１ａはライン１８と電圧調整手段７０と電源スイッチ１６とを介して第１の交流入力端子２ａに接続され、双方向電力変換器５の他方の交流端子７１ｂはライン１９を介して第２の交流入力端子２ｂに接続されている。この双方向電力変換器５は、非停電時（正常時）に交流電圧を直流電圧に変換しコンデンサ９及び蓄電池１０を一定電圧に充電し且つ負荷３に基づいて生じる高調波電流成分及び無効電流成分を打ち消して交流電源電圧に同相の正弦波電流を得るための補償電流を発生する第１の動作即ち交流―直流変換動作と、停電時（異常時）においてコンデンサ９及び蓄電池１０の直流電圧を交流電圧に変換し、これを負荷３に供給する第２の動作即ち直流―交流変換動作とを行うことができるように構成されている。この双方向電力変換器５の詳細は図３を参照して追って説明する。

第１の制御回路６は、波形改善及び力率改善機能を有して交流電圧を直流電圧に変換するように双方向電力変換器５を制御する機能と、コンデンサ９及び蓄電池１０の直流電圧を交流電圧に変換するように双方向電力変換器５を制御する機能とを含み、ライン２０、２１、２２、２３によって双方向電力変換器５に接続され、ライン２４によって入力電圧検出器１５に接続され、ライン２５によって電源スイッチ制御及び異常検出回路１７に接続され、ライン２６によって第１の電流検出器１１に接続され、ライン２７によって第２の電流検出器１２に接続され、ライン２８によって出力電圧検出器１３に接続され、ライン２９によって直流電圧検出器１４に接続されている。第１の制御回路６の詳細は図４、図５及び図６を参照して追って説明する。

直流―交流変換器７は蓄電池１０と電圧調整手段７０との間に接続され、コンデンサ９及び蓄電池１０に接続された直流端子７３ａ，７３ｂ及び電圧調整手段７０に接続された交流端子７４ａ，７４ｂを有し、コンデンサ９及び蓄電池１０の直流電圧を交流電圧に変換し、この出力電圧を電圧調整手段７０に供給する。
電圧調整手段７０は、交流電源１の電圧に直流―交流変換器７の出力電圧を合成（加算又は減算）するために電源スイッチ１６と第１の交流出力端子４ａとの間に接続されている。なお、電圧調整手段７０を直流―交流変換器７の一部と見なすこともできる。直流―交流変換器７及び電圧調整手段７０の詳細は追って説明する。

第２の制御回路８は、直流―交流変換器７の変換用スイッチを制御するためにライン３０、３１、３２、３３によって直流―交流変換器７に接続され、また、交流出力電圧を所望値又は一定に制御するためにライン３４によって出力電圧検出器１３に接続され、また、交流電源１に同期した基準正弦波を発生させるためにライン３５によって入力電圧検出器１５に接続され、また、電流バランスを制御するためにライン７５によって第１の電流検出器１１に接続されている。この第２の制御回路８の詳細は追って説明する。

第１の電流検出器１１は負荷３に供給する出力電流Ｉ１を検出するための電流検出手段であって、第１の交流入力端子２ａと第１の交流出力端子４ａとの間の交流電源ラインに沿って配置されている。なお、この第１の電流検出器１１は出力電流Ｉ１のみを検出するために双方向電力変換器５のライン１８の交流電源ラインに対する接続点Ｐ1 と第１の交流出力端子４ａとの間に配置されている。
第２の電流検出器１２は双方向電力変換器５によって供給される波形改善及び力率改善のための補償電流及び蓄電池１０の充電のための電流を検出するものであって、双方向電力変換器５の交流側ライン１８に配置されている。
出力電圧検出器１３は定格電圧が例えば１００Ｖに設定されている負荷３の電圧を検出するための出力電圧検出手段であって、第１及び第２の交流出力端子４ａ、４ｂに接続されている。
直流電圧検出器１４はコンデンサ９及び蓄電池１０の電圧を検出するためにこれ等の両端子間に接続されている。
入力電圧検出器１５は第１及び第２の交流入力端子２ａ、２ｂ間に接続されている。

電源スイッチ１６は第１の交流入力端子２ａと電圧調整手段７０との間に接続されている。
電源スイッチ制御及び異常検出回路１７は、交流電源１から正常に電圧が供給されている時に電源スイッチ１６をオン状態に制御し、また交流電源１からの電力供給が停止した時又は電源電圧が異常に低下又は上昇した時に電源スイッチ１６をオフ状態に制御すると共にライン２５に異常を示す信号を発生する周知の回路である。このため、電源スイッチ制御及び異常検出回路１７は第１及び第２の交流入力端子２ａ、２ｂと電源スイッチ１６の制御端子と第１の制御回路６とに接続されている。

図３には、双方向電力変換器５及び直流―交流変換器７及び電圧調整手段７０が詳しく示されている。双方向電力変換器５はＩＧＢＴ即ち絶縁ゲート電界効果トランジスタから成る第１、第２、第３及び第４のスイッチＱ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 と、第１、第２、第３及び第４のダイオードＤ1 、Ｄ2 、Ｄ3 、Ｄ4 と、第１のフィルタ用リアクトル（インダクタンス素子）Ｌ1 と、第１のフィルタ用コンデンサＣ1 とから成る。第１及び第２のスイッチＱ1 、Ｑ2 の直列回路及び第３及び第４のスイッチＱ3 、Ｑ4 の直列回路はコンデンサ９及び蓄電池１０に対して並列に接続されている。第１、第２、第３及び第４のダイオードＤ1 、Ｄ2 、Ｄ3 、Ｄ4 は第１、第２、第３及び第４のスイッチＱ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 に逆方向並列に接続されている。第１及び第２のスイッチＱ1 、Ｑ2 の相互接続点は第１のフィルタ用リアクトルＬ1 とライン１８とを介して第１の交流出力端子４ａに接続され、第３及び第４のスイッチＱ3 、Ｑ4 の相互接続点はライン１９を介して第２の交流出力端子４ｂに接続されている。第１のフィルタ用コンデンサＣ1 はライン１８、１９を介して第１及び第２の交流出力端子４ａ、４ｂに接続されている。即ち第１のフィルタ用コンデンサＣ1 は第１及び第２のスイッチＱ1 、Ｑ2 の相互接続点と第３及び第４のスイッチＱ3 、Ｑ4 の相互接続点との間に第１のフィルタ用リアクトルＬ1 を介して接続されている。
ブリッジ型に接続された第１〜第４のスイッチＱ1 〜Ｑ4 と第１〜第４のダイオードＤ1 〜Ｄ4 は補償電流供給機能を伴った交流―直流変換動作（第１の動作）とインバータ動作即ち直流―交流変換動作（第２の動作）とを行う。また、交流―直流変換動作中にコンデンサ９及び蓄電池１０を定電圧に充電する。
第１のフィルタ用リアクトルＬ1 と第１のフィルタ用コンデンサＣ1 とから成るフィルタ回路は第１〜第４のスイッチＱ1 〜Ｑ4 を交流電源１の周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも十分に高い繰返し周波数（例えば２０ｋＨｚ）でオン・オフすることによって生じる高調波成分を除去する。

直流―交流変換器７は、周知のブリッジ型インバータ回路を形成するためのＩＧＢＴから成る第１、第２、第３及び第４の変換用スイッチＳ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 と、第１、第２、第３及び第４の並列ダイオードＤ11、Ｄ12、Ｄ13、Ｄ14と、第２のフィルタ用リアクトル（インダクタンス素子）Ｌ2 と、第２のフィルタ用コンデンサＣ2 と、入力電圧安定化コンデンサＣ3 とから成る。
第１及び第２の変換用スイッチＳ1 、Ｓ2 の直列回路及び第３及び第４の変換用スイッチＳ3 、Ｓ4 の直列回路はコンデンサ９及び蓄電池１０に対して並列に接続されている。第１、第２、第３及び第４の並列ダイオードＤ11、Ｄ12、Ｄ13、Ｄ14は第１、第２、第３及び第４の変換用スイッチＳ1 、Ｓ2 、Ｓ3 、Ｓ4 にそれぞれ逆方向並列に接続されている。
第１及び第２の変換用スイッチＳ1 、Ｓ2 の相互接続点と第３及び第４の変換用スイッチＳ3 、Ｓ4 の相互接続点との間に第２のフィルタ用リアクトルＬ2 を介して第２のフィルタ用コンデンサＣ2 が接続されている。なお、第２のフィルタ用リアクトルＬ2 と第２のフィルタ用コンデンサＣ2 とから成るフィルタ回路は第１〜第４の変換用スイッチＳ1 〜Ｓ4 を電源１の周波数よりも十分に高い繰返し周波数（例えば２０ｋＨｚ）でオン・オフすることによって生じる高調波成分を除去するためのものである。

電圧調整手段７０は、直流―交流変換器７の出力手段と見なすことができる部分であって、相互に電磁結合された１次巻線Ｎ1 及び２次巻線Ｎ2 を有するトランスＴr から成る。トランスＴr の１次巻線Ｎ1 は第２のフィルタ用コンデンサＣ2 に並列に接続されている。２次巻線Ｎ2 は電源スイッチ１６と第１の交流出力端子４ａとの間に直列に接続されている。従って、２次巻線Ｎ2 の電圧は電源１の電圧に合成（加算又は減算）され、第１及び第２の交流出力端子４ａ、４ｂ間の電圧調整に使用される。直流―交流変換器７及び電圧調整手段７０は負荷の定格電圧（１００Ｖ）の約２０％の電圧調整能力を有する。

図４は図２の第１の制御回路６を概略的に示す。この第１の制御回路６は大別して補償電流制御機能を伴った交流―直流変換制御回路３６と直流―交流変換制御回路３７と切換回路３８とから成る。交流―直流変換制御回路３６は、ライン２４、２６、２７、２９の信号に基づいて、交流入力端子２ａ、２ｂに流れる電流を電源電圧に同相の正弦波にするための補償電流を供給するように双方向電力変換器５の第１〜第４のスイッチＱ1 〜Ｑ4 を制御するための信号を発生する。直流―交流変換制御回路３７はライン２４、２８の信号に基づいてコンデンサ９及び蓄電池１０の直流電圧を交流電圧に変換するように双方向電力変換器５の第１〜第４のスイッチＱ1 〜Ｑ4 を制御するための信号を発生する。
切換回路３８は４つの交流―直流変換制御信号選択スイッチ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄと４つの直流―交流変換制御信号選択スイッチ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄとから成る。交流―直流変換制御信号選択スイッチ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄは、異常検出ライン２５が非異常状態を示している時にオンになって交流―直流変換制御回路３６の４つの出力ライン４１ａ、４１ｂ、４１ｃ、４１ｄの信号を選択して第１、第２、第３及び第４のスイッチＱ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 の制御信号ライン２０、２１、２２、２３に送出する。直流―交流変換制御信号選択スイッチ４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄは異常検出ライン２５が異常状態を示している時にオンになって直流―交流変換制御回路３７の４つの出力ライン４２ａ、４２ｂ、４２ｃ、４２ｄの信号を選択して第１、第２、第３及び第４のスイッチＱ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 の制御信号ライン２０、２１、２２、２３に送出する。制御信号ライン２０、２１、２２、２３は図３の第１、第２、第３及び第４のスイッチＱ1 、Ｑ2 、Ｑ3 、Ｑ4 の制御端子に接続される。

図４の交流―直流変換制御回路３６の詳細を図５及び図８を参照して説明する。この交流―直流変換制御回路３６は、図５に示すように基準正弦波発生器４３と、乗算器４４と、基準電圧源４５と、第１の減算器４６と、比例積分器４７と、第２の減算器４８と、第３の減算器４９と、比較器５０と、第１の波形整形回路５０ａと、三角波発生器５１と、ＮＯＴ回路５２と、第２の波形整形回路５２ａとから成る。
基準正弦波発生器４３はライン２４によって図２の入力電圧検出器１５に接続されており、電源１の正弦波交流電圧に同期して図８に示す所定振幅の基準正弦波電圧Ｅ０を発生し、これを乗算器４４に送る。
基準電圧源４５は、図２及び図３のコンデンサ９及び蓄電池１０の目標電圧に相当する基準電圧を発生する。第１の減算器４６は基準電圧源４５と直流電圧検出ライン２９とに接続され、基準電圧源４５の基準電圧と図２の電圧検出器１４から得られた直流検出電圧との差の信号即ち誤差出力を発生する。
比例積分器４７は、オペアンプ４７ａと３つの抵抗４７ｂ、４７ｃ、４７ｄとから成り、第１の減算器４６の出力に所定のゲインを乗算し且つ積分し、コンデンサ９及び蓄電池１０の電圧を一定に制御するための電圧制御信号を発生する。なお、この比例積分器４７は交流電源１の周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）以下の周波数に応答するように構成されている。従って、比例積分器４７から出力する電圧制御信号は緩慢に変化する信号であって、スイッチＱ1 〜Ｑ4 のオン・オフに基づく高調波成分を含まない。
乗算器４４は、図８に示す基準正弦波電圧Ｅ０ に比例積分器４７から得られた電圧制御信号を乗算して図８に示す電圧Ｅ1 を出力する。即ち、乗算器４４は、基準正弦波電圧Ｅ0 の振幅を電圧制御信号で変調するものであり、直流電圧の制御情報と基準正弦波情報との両方を有する正弦波電圧Ｅ1 を発生する。
第２の減算器４８の一方の入力端子は乗算器４４に接続され、この他方の入力端子はライン２６によって図２の第１の電流検出器１１に接続されている。従って、この第２の減算器４８は、乗算器４４から得られた正弦波電圧Ｅ1 から第１の電流検出器１１から得られた負荷電流に対応する信号Ｅ2 を減算して補償指令信号Ｅ3 を出力する。図８では負荷３に流れる電流の波形に対応する検出信号Ｅ2 が一例として説明的に方形波電圧で示されているので、第２の減算器４８から得られる補償指令信号Ｅ3 は正弦波のピーク及びこの近傍に凹状部を有する電圧波形となる。なお、負荷電流検出信号Ｅ2 が図８の方形波以外の波形になった場合、又は、負荷電流検出信号Ｅ2 と基準正弦波との間に位相差が生じた場合においても図８と同様な補償動作が生じる。
第３の減算器４９の一方の入力端子は第２の減算器４８の出力端子に接続され、他方の入力端子はライン２７によって第２の電流検出器１２に接続されている。従って、この第３の減算器４９は第２の減算器４８から得られた補償指令信号Ｅ3 と第２の電流検出器１２から得られた実際の補償電流を示す検出信号Ｅ4 との差を示す信号Ｅ5 を出力する。今、補償指令信号Ｅ3 に近い補償が実行されていると仮定すれば、図８に示すように補償電流検出信号Ｅ4 は補償指令信号Ｅ3 に近い波形を有する電圧となる。
比較器５０は第３の減算器４９から得られた誤差信号Ｅ5 と三角波発生器５１から得られた三角波電圧Ｅ6 とを比較して図８に示す２値の出力電圧Ｅ7 を発生する。三角波発生器５１は交流電源１の電圧の周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも十分に高い繰返し周波数（例えば２０ｋＨｚ）で三角波電圧Ｅ6 を発生する。なお、図８では三角波電圧Ｅ6 が低い繰返し周波数で説明的に示されている。誤差信号Ｅ5 と三角波電圧Ｅ6 との比較は両波形の中心値を一致させた状態で行われ、比較器５０の出力Ｅ7 は図８に示す２値信号となる。この実施例では、比較器５０の出力Ｅ7 は第１の波形整形回路５０ａを介してライン４１ａ、４１ｄに送られ、第１及び第４のスイッチＱ1 、Ｑ4 の制御信号として使用され、比較器５０の出力Ｅ7 の反転信号を形成するＮＯＴ回路５２の出力Ｅ8 は第２の波形整形回路５２ａを介してライン４１ｂ、４１ｃに送られ、第２及び第３のスイッチＱ2 、Ｑ3 の制御信号として使用される。従って、以下の説明において、Ｅ7 、Ｅ8 を制御信号と呼ぶこともある。第１の波形整形回路５０ａは比較器５０の出力Ｅ7 のパルス幅を僅かに狭くするものであり、第２の波形整形回路５２ａはＮＯＴ回路５２の出力Ｅ8 のパルス幅を僅かに狭くするものである。第１及び第２の波形整形回路５０ａ、５２ａは、第１及び第２のスイッチＱ1 、Ｑ2 、並びに第３及び第４のスイッチＱ3 、Ｑ4 がキャリアの蓄積（ストレージ）作用によって同時にオンになることを防ぐための働きを有する。

次に補償動作及び充電動作を説明する。 図４の切換回路３８のスイッチ３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄがオン状態の時には、図８に示す比較器５０の出力Ｅ7 とＮＯＴ回路５２の出力Ｅ8 とに基づいて図３の第１〜第４のスイッチＱ1 〜Ｑ4 がオン・オフ動作する。双方向電力変換器５の第１〜第４のスイッチＱ1 〜Ｑ4 が交流―直流変換制御回路３６の出力に基づいて制御されている時には、双方向電力変換器５の出力ライン１８に負荷３の電流の無効成分Ｉr を除去するための電流Ｉr ′と負荷３の電流の高調波成分Ｉh を除去する電流Ｉh ′とコンデンサ９及び蓄電池１０を充電するための有効電流Ｉ0 とが流れる。これを更に詳しく説明すると、出力電流Ｉ1即ち負荷電流は有効電流成分Ｉe と無効電流成分Ｉr との合成Ｉ1 ＝Ｉe ＋Ｉr で示される。また、出力電流Ｉ1 は基本波成分Ｉf と高調波成分Ｉh との合成Ｉ1 ＝Ｉf ＋Ｉh で示される。図２及び図３の交流電源１と双方向電力変換器５の接続点Ｐ1 、Ｐ2 との間に流れる電流を有効電流成分Ｉe 及び基本波成分Ｉf のみにする時には、出力電流Ｉ1 の無効電流成分Ｉr を打ち消すための無効分補償電流Ｉr ′と出力電流Ｉ1 の高調波成分Ｉh を打ち消すための高調波補償電流Ｉh ′を双方向電力変換器５から供給する。
図８に示す補償電流検出信号Ｅ4 に相当する補償電流を双方向電力変換器５から交流電源ラインに供給すると、負荷３に供給される出力電流Ｉ1 の無効電流成分Ｉr 及び高調波電流成分Ｉh を除去することができる。従って、交流電源１と接続点Ｐ1 、Ｐ2 との間の電流は、実質的に有効電流及び基本波電流のみとなり、力率改善、及び電流の波形改善が達成され、電力損失及び高調波ノイズが少なくなる。

次に、直流―交流変換制御回路３７を詳しく説明する。直流―交流変換制御回路３７は図６に詳しく示すように、基準正弦波発生器５３、減算器５４、比較器５５、波形整形回路５５ａ、三角波発生器５６、ＮＯＴ回路５７、及び波形整形回路５７ａを備えており、図９に概略的に示すように動作する。
基準正弦波発生器５３はライン２４によって図２の入力電圧検出器１５に接続されており、交流電源１が正常の時にはこの交流電圧に同期した基準正弦波電圧を発生し、交流電源１が異常状態になった時には正常時の基準正弦波電圧に対して連続的に配置された基準正弦波電圧Ｅ10を図９に示すように発生する。即ち、異常発生前に交流電源１から交流出力端子４ａ，４ｂに供給していた電圧と異常発生後に双方向電力変換器５から交流出力端子４ａ，４ｂに供給する電圧との間に位相の段差が生じないように基準正弦波電圧Ｅ10を連続的に発生させる。
減算器５４の一方の入力端子は基準正弦波発生器５３に接続され、この他方の入力端子はライン２８によって図２の出力電圧検出器１３に接続されている。従って、この減算器５４は基準正弦波電圧Ｅ0 と出力検出電圧Ｅ11との誤差電圧Ｅ12を図９に示すように発生する。
比較器５５は減算器５４と三角波発生器５６とに接続されており、誤差電圧Ｅ12と三角波電圧Ｅ13とを比較して図９に示す２値の出力電圧Ｅ14即ちＰＷＭ（パルス幅変調）波形を発生する。三角波発生器５６は図５の三角波発生器５１と同様に交流電源１の電圧及び基準正弦波電圧Ｅ0 の周波数（例えば５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）よりも十分に高い繰返し周波数（例えば２０ｋＨｚ）で三角波電圧Ｅ13を発生する。図９から明らかなように誤差電圧Ｅ12の中心レベルと三角波電圧Ｅ13の中心レベルとは一致している。比較器５５の出力Ｅ14は波形整形回路５５ａを介してライン４２ａ、４２ｄに送出され、双方向電力変換器５の第１及び第４のスイッチＱ1 、Ｑ4 の制御に使用される。比較器５５に接続されたＮＯＴ回路５７は比較器５５の出力Ｅ14を反転した出力Ｅ15を図９に示すように発生する。このＮＯＴ回路５７の出力電圧Ｅ15は波形整形回路５７ａを介してライン４２ｂ、４２ｃに送出され、第２及び第３のスイッチＱ2 、Ｑ3 の制御に使用される。波形整形回路５５ａは比較器５５の出力Ｅ14のパルスの幅を僅かに狭くするものであり、また波形整形回路５７ａはＮＯＴ回路５７の出力Ｅ15のパルスの幅を僅かに狭くするものである。図６の波形整形回路５５ａ、５７ａは図５の波形整形回路５０ａ、５２ａと同一の目的で設けられている。なお、比較器５５の出力Ｅ14及びＮＯＴ回路５７の出力Ｅ15を以後スイッチ制御信号と呼ぶ場合もある。
交流電源１が停電状態又は電圧が所定値よりも低下又は上昇した異常状態になると、図２の電源スイッチ制御及び異常検出回路１７によってこの異常状態が検出され、電源スイッチ１６がオフに制御されると共に、図４のスイッチ３９ａ〜３９ｄがオフに制御され、スイッチ４０ａ〜４０ｄがオンに制御される。これにより、直流―交流変換制御回路３７のスイッチ制御信号がスイッチ４０ａ〜４０ｄとライン２０〜２３を介して双方向電力変換器５の第１〜第４のスイッチＱ1 〜Ｑ4 の制御端子に供給される。
停電等の異常時に双方向電力変換器５の第１〜第４のスイッチＱ1 〜Ｑ4 が図９に示す制御信号Ｅ14、Ｅ15に従ってオン・オフ動作すると、双方向電力変換器５はコンデンサ９及び蓄電池１０の直流電圧を交流電源１の周波数と同一の周波数の交流電圧に変換して負荷３に供給する。直流―交流変換制御回路３７は出力電圧Ｅ11を一定に保つように第１〜第４のスイッチＱ1 〜Ｑ4 を帰還制御しているので、異常時においても負荷３に交流電圧を安定的に供給することができる。
交流電源１の停電状態又は電圧低下等の異常状態から正常状態に戻ると、電源スイッチ１６がオンになり、且つ双方向電力変換器５が補償電流供給機能を伴った交流―直流変換動作に戻り、且つ直流―交流変換器７は電圧調整動作を開始する。

次に、第２の制御回路８を詳しく説明する。直流―交流変換器７を直流―交流動作させると共に本発明に従って第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の電流バランスを改善させるための信号を発生する第２の制御回路８は、図７に示すように基準正弦波発生器６０、減算器６１、比較器６２、波形整形回路６２ａ、三角波発生器６３、ＮＯＴ回路６４、及び波形整形回路６４ａから成る周知の部分の他に、本発明に従う電流バランス調整用の補正手段７６を有し、図１０に概略的に示すように動作する。電流バランス調整用の補正手段７６は電圧帰還制御信号の振幅を出力電流の実効値又は無効電流に対して反比例的に変化させる機能を有し、補正指令信号形成手段７７と補正信号形成手段７８及び電流バランス調整用の減算器７９とから成る。なお、図７では補正信号形成手段７８と減算器７９とが分けて示されているが、補正信号形成手段７８と減算器７９とを合わせた構成とすることもできる。また、補正指令信号形成手段７７と補正信号形成手段７８を一体に構成し、これを補正指令信号形成手段と呼ぶこともできる。また、図７ではライン７５に接続された電流検出手段８０が第２の制御回路８の外に示されているが、第２の制御回路８の中に配置することもできる。

基準正弦波発生器６０は、ライン３５によって図２の入力電圧検出器１５に接続されており、交流電源１の電圧に同期して交流電源１と同一周波数（５０Ｈｚ又は６０Ｈｚ）の基準正弦波電圧Ｅ20を図１０に示すように発生する。
減算器６１の一方の入力端子は基準正弦波発生器６０に接続され、この他方の入力端子はライン３４によって図２の出力電圧検出器１３に接続されている。この結果、減算器６１は基準正弦波電圧Ｅ20と出力検出電圧Ｅ21との誤差電圧Ｖ₆₁、即ち電圧帰還制御信号を発生する。従って、基準正弦波発生器６０と減算器６１とによって周知の電圧帰還制御信号形成手段が構成されている。
電圧帰還制御信号形成手段を構成する減算器６１の出力端子は電流バランス調整用の減算器７９に接続されている。減算器７９は電流バランスを改善するように前段の減算器６１から得られる電圧帰還制御信号の振幅を電流バランスを改善するように補正する。減算器７９と三角波発生器６３とに接続された比較器６２は、図１０に概略的に示すように減算器７９の出力電圧Ｅ22と三角波電圧Ｅ23とを比較してＰＷＭ（パルス幅変調）波形から成る２値の出力Ｅ24を発生する。三角波発生器６３は交流電源１の周波数よりも十分に高い繰返し周波数（例えば２０ｋＨｚ）で三角波電圧Ｅ23を発生する。比較器６２の出力Ｅ24は波形整形回路６２ａを介してライン３０、３３に送出され、直流―交流変換器７の第１及び第４の変換用スイッチＳ1 、Ｓ4 の制御に使用される。比較器６２に接続されたＮＯＴ回路６４は比較器６２の出力Ｅ24を反転して図１０に示す出力Ｅ25を発生する。ＮＯＴ回路６４の出力Ｅ25は波形整形回路６４ａを介してライン３１、３２に送られ、直流―交流変換器７の第２及び第３の変換用スイッチＳ2、Ｓ3の制御に使用される。図７の波形整形回路６２ａ、６４ａは図５の波形整形回路５０ａ、５２ａと同様な機能を有し、比較器６２の出力Ｅ24のパルス幅及びＮＯＴ回路６４の出力Ｅ25のパルス幅を僅かに狭くする。
図７のライン３０、３１、３２、３３は図３の直流―交流変換器７の第１〜第４の変換用スイッチＳ1 〜Ｓ4 の制御端子に接続される。
第１〜第４の変換用スイッチＳ1 〜Ｓ4 が図１０の２種類の制御信号Ｅ24、Ｅ25に基づいてオン・オフ制御されると、コンデンサ９及び蓄電池１０の直流電圧が交流電圧に変換され、この交流電圧が電圧調整手段７０のトランスＴr の１次巻線Ｎ１に印加され、トランスＴr の２次巻線Ｎ2 に出力電圧を調整するための所望の電圧が得られる。２次巻線Ｎ2 に得られる電圧は交流電源１の電圧に同期した波形を有する。この２次巻線Ｎ2 の電圧波形が交流電源１の電圧波形と同相の場合には、交流電源１の電圧波形に２次巻線Ｎ2 の電圧波形を加算した波形が負荷３の電圧波形になる。逆に、２次巻線Ｎ2 の電圧波形が交流電源１の電圧波形に対して逆位相（１８０度の位相差）の場合には交流電源１の電圧波形から２次巻線Ｎ2 の電圧波形を減算した波形が負荷３の電圧波形になる。２次巻線Ｎ2 の電圧波形の振幅及び位相は変換用スイッチＳ1 〜Ｓ4 によって制御される。この結果、負荷３の電圧は、直流―交流変換器７によってほぼ一定に制御される。この実施例では交流電源１の電圧を下げる時に２次巻線Ｎ2に電源電圧と逆相の電圧を発生させているが、もし、負荷３が電源電圧よりも高い電圧を要求している時には、電圧調整手段７０で常に調整電圧を加算し、調整電圧を変えることによって出力電圧を調整する。

図７の第２の制御回路８に本発明に従って付加された補正手段７６の補正指令信号形成手段７７は、電流検出手段８０に接続され、出力電流Ｉ１の実効値を示す電流検出信号Ｖｉに対して反比例的に変化する補正指令信号Ａを演算する。図１１に電流検出信号Ｖｉと補正指令信号Ａとの関係の一例が示されている。電流検出信号Ｖｉの最低値を０％、最大値を１００％、電流検出信号Ｖｉが０％の時の補正指令信号Ａの値をａ％、電流検出信号Ｖｉが１００％の時の補正指令信号Ａの値を−ａ％とすれば、補正指令信号Ａを次式で示すことができる。
Ａ＝ａ−（２×ａ／１００）Ｖｉ
なお、補正指令信号Ａを電流検出信号Ｖｉの増大に応じて直線的に減少させないで、段階的又は曲線的に徐々に減少させることもできる。
電流検出信号Ｖｉが５０％の時の補正指令信号Ａの値は０％であり、出力電圧Ｖｏは定格電圧である。
補正指令信号Ａの最小値から最大値までの範囲は、第１及び第２の交流出力端子間の電圧の許容変動範囲内、例えば１％内、の電圧調整をするために必要な値に決定される。

この実施例では電流検出手段８０はライン７５によって図２の第１の電流検出器１１に接続され、第１の交流出力端子４ａに流れる出力電流Ｉ１（実効値）を示す電圧からなる電流検出信号Ｖｉを形成しているが、後述から明らかになるように電流検出手段８０を無効電流検出又は無効電流演算手段に変形することができる。

補正指令信号形成手段７７及び基準正弦波発生器６０に接続された補正信号形成手段７８は基準正弦波発生器６０から発生している基準正弦波の振幅を補正指令信号Ａで変調し、正弦波から成る電流バランス調整用の補正信号Ｖｃを形成して減算器７９に送るものである。
なお、補正信号形成手段７８は、例えば基準正弦波の伝送路に可変抵抗素子を接続し、補正指令信号Ａで可変抵抗素子を制御することによって達成できる。また、電圧帰還制御のための基準正弦波発生器６０を兼用しないで補正信号形成手段７８のための独立の基準正弦波発生器を設けることができる。

図７の電流バランス調整用の減算器７９は補正演算手段と呼ぶこともできるものであって、電圧帰還制御用の減算器６１から得られた電圧帰還制御信号から補正信号形成手段７８の補正信号Ｖｃを減算する。もし、電流検出信号Ｖｉが５０パーセントよりも小さい時には電圧調整手段７０によって調整する電圧の値を増大させるように直流ー交流変換器７を制御する。逆に、電流検出信号Ｖｉが５０パーセントよりも大きい時には電圧調整手段７０によって調整する電圧の値を減少させるように直流ー交流変換器７を制御する。

第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の並列接続回路の等価回路を図１２のように示すことができる。図１２において、電圧調整手段７０，７０’の電圧がＶ１，Ｖ２で示され、トランスＴｒ、Ｔｒ’の２次巻線Ｎ２、Ｎ２’側のインダクタンス値がそれぞれＬで示めされている。なお、トランスＴｒ、Ｔｒ’の抵抗は無視されている。もし、電圧調整手段７０，７０’の電圧Ｖ１，Ｖ２が同一であり、且つインダクタンス値Ｌが同一であれば、第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の出力電流Ｉ１，Ｉ２が同一となり、電流がバランスする。しかし、電圧調整手段７０，７０’の電圧Ｖ１，Ｖ２を同一にすることは困難であり、例えば、第１の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１の電圧調整手段７０の電圧Ｖ１が，第２の無停電電源装置ＵＰＳ−２の電圧調整手段７０’の電圧Ｖ２よりも高くなると、第１の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１の出力電流Ｉ１が第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−２の出力電流Ｉ２よりも大きくなり、電流がアンバランスになる。しかし、本実施例の電源装置では、補正手段７６，７６’によって電圧調整手段７０，７０’の電圧Ｖ１，Ｖ２が補正され、もし、第１の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１の出力電流Ｉ１が第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−２の出力電流Ｉ２よりも大きくなった時には、第１の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１の電圧調整手段７０の電圧Ｖ１が減少し、第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−２の電圧調整手段７０’の電圧Ｖ２が増大する。この結果、第１の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１の出力電流Ｉ１が減少し、第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−２の出力電流Ｉ２が増大し、電流がバランスする。

第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２は互いに並列接続されているので、電圧調整手段７０，７０’の電圧Ｖ１，Ｖ２が同一でない時には、図１２に示すように横流Ｉｘが流れる。この、横流Ｉｘは無効電流であって、次式で示すことができる。
横流Ｉｘ＝（Ｖ１−Ｖ２）／（２ｊωＬ）
この横流Ｉｘが零であれば、第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の電流がバランスしていると見なすことができる。そこで、図７の電流検出手段８０の代わりに例えば図１３に示す無効電流検出手段８０ａを設けることができる。

図１３に示す無効電流検出手段８０ａは、電圧調整手段７０、７０’に接続された電圧検出回路８１，８２と無効電流演算回路８３とからなる。一方の電圧検出回路８１は第１の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１の電圧調整手段７０のトランスＴｒの２次巻線Ｎ２側又は１次巻線Ｎ１側の電圧を検出し、これを示す電圧値Ｖ１を出力し、他方の電圧検出回路８２は第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−２の電圧調整手段７０’のトランスＴｒ’の２次巻線Ｎ２’側又は１次巻線Ｎ１’側の電圧を検出し、これを示す電圧値Ｖ２を出力する。ここでは、説明を容易にするために電圧調整手段７０、７０’の電圧と電圧検出回路８１，８２の電圧との両方をＶ１，Ｖ２で示している。電圧検出回路８１，８２に接続された無効電流演算回路８３は（Ｖ１−Ｖ２）／（２ｊωＬ）の演算をして横流Ｉｘ即ち無効電流を求め、これを図７の補正指令信号形成手段７７又は補正信号形成手段７８に相当するものに送る。
なお、第１の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１の補正指令信号Ａは上記の式に従う値を使用し、第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−２の補正指令信号Ａは上記の式に従う値の極性を反転したものを使用する。
図１３に示す無効電流検出手段８０ａの代わりに、第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の出力電流Ｉ１，Ｉ２の検出器と負荷３の電流検出器とを設け、この３つの電流から第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の無効電流成分を演算で求めることができる。

図１〜図１３に示す電源装置は次の効果を有する。
（１）第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２に電圧調整手段７０，７０’が設けられているにも拘わらず、第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の出力電流Ｉ１，Ｉ２又は横流Ｉｘ即ち無効電流に基づいて電圧調整手段７０，７０’の電圧が調整されるので、第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の電流バランスを容易に改善することができる。
（２）図１１に示すように電流検出信号Ｖｉに基づいて補正信号Ｖｃを形成し、これによって減算器６１の出力を補正する方式であるので、電流バランスの改善を容易に達成することができる。
（３）複数台の交流無停電電源装置を単に並列接続するだけで電流バランスが取れるので、電源装置の容量の増減を容易に達成できる。

次に、図１４を参照して実施例２の交流電源装置を説明する。但し、図１４〜図１９において、図１〜図１３と実質的に同一の部分には同一の符号を付してその説明を省略する。また、図１４〜図１９の説明において、必要に応じて図１〜図１３を参照する。
実施例２の交流電源装置は、図１の実施例１の第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の主回路を変形し、その他は実施例１の電源装置と同様に構成したものである。図１４には実施例２の交流電源装置における第１の交流無停電電源装置の主回路が図３と同様に示されている。図１４に示す実施例２の交流電源装置の第１の交流無停電電源装置の主回路は、図３の双方向電力変換器５の代わりにハーフブリッジ型変換回路構成の双方向電力変換器５ａを設け、この他は図３の第１の交流無停電電源装置の主回路と同一に構成したものに相当する。なお、図１４ではコンデンサ９の代わりに第１及び第２のコンデンサ９ａ、９ｂが設けられ、この第１及び第２のコンデンサ９ａ、９ｂが双方向電力変換器５ａに含められている。第１及び第２のコンデンサ９ａ、９ｂの直列回路は蓄電池１０に並列に接続されている。
図１４の双方向電力変換器５ａは、ハーフブリッジ型回路であって、第１及び第２のスイッチＱ1 、Ｑ2 と、第１及び第２のダイオードＤ1 、Ｄ2 と、フィルタ用リアクトルＬ1 と、フィルタ用コンデンサＣ1 と、トランス９０とから成る。双方向電力変換器５ａがハーフブリッジ型変換回路であるので、第１及び第２のコンデンサ９ａ、９ｂの直列回路が第１及び第２のスイッチＱ1 、Ｑ2 の直列回路及び蓄電池１０に対して並列に接続されている。第１及び第２のコンデンサ９ａ、９ｂの相互接続点Ｐ3 は第１の交流出力端子４ａに接続されている。トランス９０の巻線９１はタップ９２を有し、上半分９１ａと下半分９１ｂに分割され、第１及び第２の交流出力端子４ａ，４ｂ間に接続されている。第１及び第２のスイッチＱ1 、Ｑ2 の相互接続点Ｐ4 はフィルタ用リアクトルＬ1 を介して巻線９１のセンタータップ９２に接続されている。フィルタ用コンデンサＣ１は巻線９１の下半分９１ｂに対して並列に接続されている。巻線９１の一端９３は第１の交流出力端子４ａに接続されていると共に第１及び第２のコンデンサ９ａ、９ｂの相互接続点Ｐ3 に接続されている。巻線９１の他端９４は第２の交流出力端子４ｂと第２の交流入力端子２ｂに接続されている。第１及び第２のダイオードＤ1 、Ｄ2 は第１及び第２のスイッチＱ1 、Ｑ2 に逆方向並列に接続されている。実施例２の交流電源装置の第２の交流無停電電源装置の主回路も図１４と同様に形成されている。図１４の双方向電力変換器５ａの第１及び第２のスイッチＱ1 、Ｑ2は、前記特許文献１等で周知のハーフブリッジ型変換回路と同様に制御される。

図１４に示す交流電源装置は第１の双方向電力変換器５ａがハーフブリッジ型変換器に構成されている点を除いて図１及び図２の基本構成の交流電源装置と同一であるので、これと同一の効果を有する。また、双方向電力変換器５ａが変形されたハーフブリッジ回路であるので、小型化及び低コスト化を達成することができる。

図１５に実施例３の交流電源装置の第１の交流無停電電源装置の主回路が示めされている。実施例３の第１の交流無停電電源装置の主回路は、図３に示す実施例１の直流―交流変換器７をハーフブリッジ型の直流―交流変換器７ａに変形し、且つ変形された電圧調整手段７０ａを設け、この他は図３と同一に形成したものである。
図１５の直流―交流変換器７ａは、第１及び第２の変換用スイッチＳ1 、Ｓ2 と、第１及び第２の並列ダイオードＤ11、Ｄ12と、第１及び第２の変換用コンデンサＣ11、Ｃ12と、第２のフィルタ用リアクトルＬ２と、第２のフィルタ用コンデンサＣ2 とから成る。また、電圧調整手段７０ａはコイルＮｓを有する単巻トランスＴｒ’とから成る。
第１及び第２の変換用コンデンサＣ11、Ｃ12の直列回路はコンデンサ９及び蓄電池１０に対して並列に接続されている。コイルＮｓは第１及び第２の変換用スイッチＳ1 、Ｓ2 の相互接続点と第１及び第２の変換用コンデンサＣ11、Ｃ12の相互接続点との間に第２のフィルタ用リアクトルＬ２を介して接続されている。コイルＮs にはタップ９５が設けられ、このタップ９５は電源スイッチ１６を介して第１の交流入力電源端子２ａに接続されている。コイルＮs の一端９６は第１及び第２の変換用コンデンサＣ11、Ｃ12の相互接続点に接続されていると共に第１の交流出力端子４ａに接続されている。コイルＮs の他端９７はリアクトルＬ2 を介して第１及び第２の変換用スイッチＳ1 、Ｓ2 の相互接続点に接続されている。第２のフィルタ用コンデンサＣ2 はコイルＮｓに並列に接続されている。実施例３の第１及び第２の変換用スイッチＳ1 、Ｓ2は前記特許文献１等で周知のハーフブリッジ型変換回路と同様に制御される。
実施例３の電源装置は、直流―交流変換器７ａがハーフブリッジ型である点を除いて実施例１の電源装置と実質的に同一に構成されているので、実施例１と同一の効果を有する。

図１６に示す実施例４の電源装置は実施例１の直流―交流変換器７の一部及び電圧調整手段７０を変形し、この他は図３と同一に形成したものである。図１６の変形された直流―交流変換器７ｂは、図１５からコイルＮs を省いたものに相当する。実施例４ではコンデンサＣ2がフィルタ用のみでなく電圧調整手段７０ｂとして使用されている。即ち、コンデンサＣ2 の一端は第１及び第２の変換用コンデンサＣ11、Ｃ12の相互接続点に接続されていると共に第１の交流出力端子４ａに接続され、また、このコンデンサＣ2 の他端は電源スイッチ１６を介して第１の交流入力端子２ａに接続されていると共にフィルタ用リアクトルＬ2 を介して第１及び第２の変換用スイッチＳ1 、Ｓ2 の相互接続点に接続されている。図１６の第１及び第２の変換用スイッチＳ1 、Ｓ2の基本制御は前記特許文献１等で周知のハーフブリッジ型変換回路と同一であり、これに実施例１の補正信号形成手段７６又は７６ａと同様なものによる電流バランスの補正のための制御が付加される。従って、実施例４によっても実施例１と同様な効果を得ることができる。

図１７は実施例５の３相交流電源装置の一部を示す。この実施例５の３相交流電源装置は図１の単相の第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の並列接続回路の代わりに３相の第１及び第２の交流無停電電源装置の並列接続回路を設けたものである。図１７には３相の第１の交流無停電電源装置が示されている。３相の第２の交流無停電電源装置も図１７と同様に構成される。図１７のこの３相の第１の交流無停電電源装置は３相交流電源に接続される第１、第２及び第３の交流入力電源端子２ａ、２ｂ、２ｃと、３相の負荷に接続される第１、第２及び第３の交流出力端子４ａ、４ｂ、４ｃと、３相構成の双方向電力変換器５ｂと、第１の制御回路６ａと、３相構成の直流―交流変換器７ｃと、第２の制御回路８ａと、コンデンサ９と、蓄電池１０と、３個の負荷電流検出器１１ａ、１１ｂ、１１ｃと、３個の補償電流検出器１２ａ、１２ｂ、１２ｃと、３相出力電圧検出器１３ａと、直流電圧検出器１４と、電源電圧検出器１５ａと、３相の電源スイッチ１６ａ、１６ｂ、１６ｃと、異常検出回路１７ａと、３相の電圧調整手段７０ｃとから成る。

図１８に図１７の ３相の双方向電力変換器５ｂ及び３相の直流―交流変換器７ｃ及び電圧調整手段７０ｃが詳しく示されている。図１８の３相の双方向電力変換器５ｂは図３の単相の双方向電力変換器５に第５及び第６のスイッチＱ５，Ｑ６と第５及び第６のダイオードＤ５，Ｄ６とを付加し、且つ第１、第２及び第３のフィルタ用リアクトル（インダクタンス素子）Ｌ1ａ，Ｌ１ｂ、Ｌ１ｃ と、第１、第２及び第３のフィルタ用コンデンサＣ1ａ、Ｃ１ｂ，Ｃ１ｃと第１、第２及び第３の交流端子７１ａ，７１ｂ，７１ｃとを設けたものである。図１８の３相の直流―交流変換器７ｃは図３の単相の直流―交流変換器７に第５及び第６の変換用スイッチＳ５，Ｓ６と第５及び第６の並列ダイオードＤ１５，Ｄ１６とを付加し、且つ直流―交流変換器側の第１、第２及び第３のフィルタ用リアクトル（インダクタンス素子）Ｌ2ａ、Ｌ２ｂ，Ｌ２ｃ と、直流―交流変換器側の第１、第２及び第３のフィルタ用コンデンサＣ2ａ，Ｃ２ｂ，Ｃ２ｃ と第１、第２及び第３の交流端子７４ａ，７４ｂ，７４ｃとを設けたものに相当する。即ち、図１８の３相の双方向電力変換器５ｂ及び直流―交流変換器７ｃは図３の実施例１の単相の双方向電力変換器５及び直流―交流変換器７を３相回路に変形したものである。単相回路に基づいて３相回路を構成することは周知であるので、３相回路の詳細な説明を省く。
３相の電圧調整手段７０ｃは第１、第２及び第３の１次巻線Ｎ１ａ，Ｎ１ｂ，Ｎ１ｃと第１、第２及び第３の２次巻線Ｎ２ａ，Ｎ２ｂ，Ｎ２ｃとから成る。第１、第２及び第３の１次巻線Ｎ１ａ，Ｎ１ｂ，Ｎ１ｃは第１、第２及び第３の交流端子７４ａ，７４ｂ，７４ｃに接続され、第１、第２及び第３の２次巻線Ｎ２ａ，Ｎ２ｂ，Ｎ２ｃは図１７の電源スイッチ１６ａ，１６ｂ，１６ｃの出力側の電源ラインに直列に接続されている。

図１７の第１の制御回路６ａ、第２の制御回路８ａ、出力電圧検出器１３ａ、電源電圧検出器１５ａ、異常検出回路１７ａは３相回路構成になっている点を除いて図２においてこれ等に対応するものと実質的に同一である。従って、 この実施例５によっても実施例１と同一の効果を得ることができる。

図１９は実施例６に従う第２の制御回路の一部を示す。即ち、図７の第２の制御回路８の比較器６２及びこれよりも前の部分に相当する部分を示す。図１９の比較器６２よりも後の部分は図７と同一に構成されている。実施例６に従う第２の制御回路の大部分は図７と同一であるので、同一の部分には同一の符号を付し、その説明を省略する。
図１９の実施例６に従う第２の制御回路は、電圧帰還制御信号を形成すために電圧検出ライン３４に整流平滑回路３４ａが接続され、この整流平滑回路３４ａの出力端子が誤差増幅器１００の一方の入力端子に接続されている。誤差増幅器１００の他方の入力端子には基準電圧源１０１が接続されている。従って、誤差増幅器１００から出力電圧を定電圧制御すための直流の電圧帰還制御信号が得られる。誤差増幅器１００と乗算器１０３との間に本発明に従う補正手段７６ａの減算器１０２が接続されている。補正手段７６ａは電流検出手段８０に接続された補正信号形成手段７８ａと減算器１０２とから成る。補正信号形成手段７８ａは電流検出手段８０から得られる電流検出信号Ｖｉに対して反比例的に変化する補正信号を形成して減算器１０２に送る。この補正信号は図１１の補正指令信号Ａと同様なものである。従って、出力電流が増大すると、減算器１０２の出力レベルが低下し、図１の直流―交流変換器７の出力電圧を下げる動作が生じ、出力電流が減少する。図１９の乗算器１０３には減算器１０２と基準正弦波発生器６０とが接続されているので、基準正弦波の振幅が減算器１０２の出力即ち補正後の電圧帰還制御信号で変調される。これにより、乗算器１０３から出力電圧を定電圧制御する情報と電流バランスを制御する情報とを含む目標電圧指令信号が得られ、実施例１と同様に比較器６２から直流―交流変換器７の制御信号を得ることができる。この結果、実施例６によっても実施例１と同様な効果を得ることができる。

本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例えば次の変形が可能なものである。
（１） 双方向電力変換器５、５ａ，５ｂの代わりにこれらと同様な機能を有する別の双方向電力変換器を使用することができる。また、直流―交流変換器７、７ａ、７ｂ，７ｃの代わりにこれらと同様な機能を有する別の直流―交流変換器を使用することができる。
（２） 第１〜第６のスイッチＱ1 〜Ｑ6 、第１〜第６の変換用スイッチＳ1 〜Ｓ6 をトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）等の別の半導体スイッチとすることができる。
（３） 第１〜第６のダイオードＤ1 〜Ｄ6 、第１〜第６の並列ダイオードＤ11〜Ｄ16を第１〜第６のスイッチＱ1 〜Ｑ6 、第１〜第６の変換用スイッチＳ1 〜Ｓ6 の内蔵ダイオード即ち寄生ダイオードとすることができる。
（４） 第１及び第２の 制御回路６，６ａ，８，８ａをこれらと同様な機能を有する別の制御回路とすることができる。また、第１及び第２の 制御回路６，６ａ，８，８ａの一部又は全部をデジタル回路にすることができる。
（５） 第１の制御回路６、６ａの一部を第２の制御回路８，８ａで兼用するように構成することができる。例えば、３つの三角波発生器５１、５６、６３を２つ又は１つに減らして共用すること、又は３つの基準正弦波発生器４３、５３、６０を２つ又は１つに減らして共用することができる。
（６） 図５の比較器５０、ＮＯＴ回路５２、波形整形回路５０ａ、５２ａの一部又は全部を直流―交流変換制御回路３７で兼用することができる。
（７） 停電期間が短い場合には蓄電池１０を省いてコンデンサ９、又は９ａ、９ｂで停電時の電力供給を行うことができる。
（８） 図７の補正手段７６を第１及び第２の交流無停電電源装置ＵＰＳ−１、ＵＰＳ−２の内に一方のみに設けることができる。
（９） ３台以上の交流無停電電源装置を並列接続することができる。また、複数台の交流無停電電源装置を並列接続せずに１台の交流無停電電源装置のみで使用することもできる。１台の交流無停電電源装置のみで使用する場合には、補正手段７６が電流制限に寄与する。
（１０） 交流電源１の正常時において第１及び第２の交流出力端子４ａ，４ｂに第１及び第２の交流入力端子２ａ，２ｂよりも常に高い電圧を得るように構成することができる。この場合には、電圧調整手段７０，７０´から常に加算電圧を発生させ、且つ電圧調整手段７０，７０´の電圧調整範囲のほぼ中心で定格交流出力電圧が得られるように電圧調整手段７０，７０´及び直流―交流変換器７、７´、７ａ、７ｂ、７ｃ及び第２の制御回路 ８、８ａ を構成する。
（11）電源スイッチ１６を、トライアック以外のサイリスタ、トランジスタ、ＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の別の半導体スイッチ、又はこれ等とダイオードとの組み合わせとすることができる。

本発明の実施例１に従う並列接続された第１及び第２の交流無停電電源装置の主回路部分を示すブロック図である。 図１の第１の交流無停電電源装置を示す回路図である。 図２の第１の交流無停電電源装置の主回路部分を詳しく示す回路図である。 図２の第１の制御回路を示すブロック図である。 図４の交流―直流変換制御回路を詳しく示す回路図である。 図４の直流―交流変換制御回路を詳しく示す回路図である。 図２の第２の制御回路を詳しく示す回路図である。 図５の各部の状態を原理的に示す波形図である。 図６の各部の状態を示す波形図である。 図７の各部の状態を示す波形図である。 図７の電流検出信号Ｖｉと出力電圧Ｖｏ及び補正指令信号Ａとの関係を示す図である。 図１の第１及び第２の交流無停電電源装置の並列接続回路の等価回路である。 補正指令信号形成手段の変形例を示す回路図である。 実施例２の交流無停電電源装置の主回路部分を示す回路図である。 実施例３の交流無停電電源装置の主回路部分を示す回路図である。 実施例４の交流無停電電源装置の主回路部分を示す回路図である。 実施例５の３相の交流無停電電源装置を図２と同様に示すブロック図である。 図１７の交流無停電電源装置の主回路部分を詳しく示す回路図である。 実施例６の第２の制御回路の一部をすブロック図である。

符号の説明

５、５´、５ａ、５ｂ 双方向電力変換器
６、６ａ 第１の制御回路
７、７´、７ａ、７ｂ、７ｃ 直流―交流変換器
８、８ａ 第２の制御回路
１０ 蓄電池
７０，７０´ 電圧調整手段
７６ 補正手段

Claims (5)

1. 互いに並列接続された複数の交流無停電電源装置を有する交流電源装置において、前記複数の交流無停電電源装置のそれぞれは、
   交流入力端子と、
   交流出力端子と、
   前記交流入力端子と前記交流出力端子との間に接続され且つ前記交流入力端子から前記交流出力端子に供給する電圧を所望値に調整する機能を有している電圧調整手段と、
   直流電圧を出力することができる蓄電装置と、
   前記交流出力端子と前記蓄電装置との間に接続された双方向電力変換器と、
   前記蓄電装置と前記電圧調整手段との間に接続され且つ前記交流入力端子から前記交流出力端子に供給する電圧を所望値に調整するための電圧を前記電圧調整手段に供給する機能を有している直流−交流変換器と、
   前記双方向電力変換器に接続され、前記交流入力端子から前記交流出力端子に交流電圧が供給されている時に前記双方向電力変換器を交流−直流変換動作させ、且つ前記交流入力端子から前記交流出力端子に交流電圧が供給されていない時に前記双方向電力変換器を直流−交流変換動作させるための制御信号を形成する第１の制御回路と、
   前記交流入力端子から前記交流出力端子に向かって流れる電流の実効値又は前記電圧調整手段を流れる無効電流を検出する電流検出手段と、
   前記直流−交流変換器を動作させる制御信号を形成するものであって、前記直流−交流変換器と前記電流検出手段とに接続され、前記交流入力端子から前記交流出力端子に交流電圧が供給されている時に前記電圧調整手段の電圧を前記電流の実効値又は前記無効電流に対して反比例的に変化させることができる制御信号を形成する第２の制御回路と
   を備えていることを特徴とする交流電源装置。
2. 前記第２の制御回路は、
   前記交流入力端子から供給する電圧と同一周波数を有する基準正弦波を発生する基準正弦波発生器と、
   前記交流出力端子の電圧を示す交流出力電圧検出信号を得るための交流出力電圧検出手段と、
   前記基準正弦波と前記交流出力電圧検出信号とに基づいて前記交流出力端子の電圧を一定に制御するための電圧帰還制御信号を作成する電圧帰還制御信号形成手段と、
   前記電流検出手段に接続され、前記電流検出手段の出力に応答して前記電圧調整手段の電圧を前記電流の実効値又は前記無効電流に対して反比例的に変化させることができるように前記電圧帰還制御信号を補正する補正手段と、
   前記基準正弦波よりも十分に高い周波数で三角波又は鋸波から成る比較波を発生する比較波発生器と、
   前記補正手段で補正された後の前記電圧帰還制御信号と前記比較波とを比較して前記直流−交流変換器の変換用スイッチをオン・オフ制御する制御パルスを形成する比較器と
   を有することを特徴とする請求項１記載の交流電源装置。
3. 前記補正手段は、
   前記電流検出手段の出力に対して反比例的に変化する補正指令信号を形成する補正指令信号形成手段と、
   前記補正指令信号形成手段に接続され、前記基準正弦波又はこれと同一位相の正弦波の振幅を前記補正指令信号によって調整して電流調整用の補正信号を形成する補正信号形成手段と、
   前記電圧帰還制御信号形成手段と前記補正信号形成手段とに接続され、前記電圧帰還制御信号を前記補正信号で補正する手段と
   から成ることを特徴とする請求項２記載の交流電源装置。
4. 前記第２の制御回路は、
   前記交流出力端子の電圧を示す交流出力電圧検出信号を得るための交流出力電圧検出手段と、
   前記交流出力電圧の基準を示す基準電圧を発生する基準電圧源と、
   前記基準電圧と前記交流出力電圧検出信号とに基づいて前記交流出力端子の電圧を一定に制御するための電圧帰還制御信号を作成する電圧帰還制御信号形成手段と、
   前記電流検出手段と前記電圧帰還制御信号形成手段とに接続され、前記電圧帰還制御信号の値を前記電流の実効値又は前記無効電流に対して反比例的に変化させる補正手段と、
   前記交流入力端子から供給する電圧と同一周波数を有する基準正弦波を発生する基準正弦波発生器と、
   前記補正手段と前記基準正弦波発生器とに接続され、前記基準正弦波の振幅を前記補正手段で補正された前記電圧帰還制御信号で補正する基準正弦波補正手段と、
   前記基準正弦波よりも十分に高い周波数で三角波又は鋸波から成る比較波を発生する比較波発生器と、
   前記基準正弦波補正手段の出力と前記比較波とを比較して前記直流−交流変換器の変換用スイッチをオン・オフ制御する制御パルスを形成する比較器と
   を有することを特徴とする請求項１記載の交流電源装置。
5. 前記補正信号による補正量は、前記交流出力端子の電圧の許容変動範囲内の電圧調整をするための量であることを特徴とする請求項２又は３又は４記載の交流電源装置。

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