JP4389387B2 - 無停電電源装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電源電圧を安定化しながら負荷に電力供給を行うと共に、前記交流電源の停電時には、エネルギ蓄積手段に蓄えられたエネルギを用いて負荷に電力供給を行うようにした無停電電源装置に関し、特に、通常運転時における効率を向上させるようにした無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の無停電電源装置は、例えば図１１に示すように構成されている。すなわち、交流電源１の交流出力を、コンデンサＣ１及びリアクトルＬ１からなるフィルタを通した後、例えば逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ４がそれぞれ接続された４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４から構成される整流回路２０を用いてＰＷＭ制御を行って一定平滑な直流出力に変換し、これを平滑コンデンサＣｄを介して平滑化した後、例えば逆並列にダイオードＤ５及びＤ６がそれぞれ接続されたスイッチング素子Ｓ５及びＳ６からなるハーフブリッジ形のインバータ回路３０においてＰＷＭ制御を行い、一定平滑な直流出力から安定した交流電源を、リアクトルＬ２及びコンデンサＣ２から構成されるフィルタを通して、負荷６へ供給するようにしている。
【０００３】
そして、交流電源１が停電した時には、蓄電手段５の直流出力を、例えば逆並列にダイオードＤ９及びＤ１０がそれぞれ接続されたスイッチング素子Ｓ９及びＳ１０とリアクトルＬ３とから構成されるチョッパ回路４０を用いて増幅し、平滑コンデンサＣｄの両端電圧と直流電圧の整合をとった後、これを前述のインバータ回路２０においてＰＷＭ制御を行って負荷６に電力供給を行うようにしている。
【０００４】
このようにすることによって、交流電源１が停電した場合であっても、負荷６に対して継続して電力供給を行うことができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の無停電電源装置にあっては、交流電源１と負荷６との間に、整流回路２０、インバータ回路３０、チョッパ回路４０からなる変換回路５０が直列に挿入された状態となっている。このため、この変換回路５０では、常に負荷６が要求する電力相当の電力を変換していることになる。このため、ＰＷＭ制御によるスイッチング損失や、導通損失が負荷電力相当分発生し、定常時の変換効率が低下するという問題がある。
【０００６】
また、交流電源１の交流出力の電圧変動に対しては、先の変換効率の低下を防止するために、定格電圧の±１０％程度を補償するようにし、この補償範囲を越えるときには、交流電源１が停電状態であるとみなすようにしている。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、通常運転時における効率向上を図ると共に、その補償範囲をより広げることの可能な無停電電源装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る無停電電源装置は、交流電源が健全なときには当該交流電源から負荷に給電を行い、前記交流電源が停電したときには蓄電手段から負荷に給電を行うようにした無停電電源装置において、前記交流電源と前記負荷との間に介挿され前記交流電源が健全でないとき前記交流電源と前記負荷とを切り離す切り離しスイッチと、当該切り離しスイッチと前記負荷との間に接続され且つ前記負荷と並列にその一次側が接続された変圧器と、当該変圧器の二次側に入力側が接続され、出力側が前記切り離しスイッチ及び前記負荷間に直列に接続される電力変換手段と、当該電力変換手段に接続された蓄電手段と、を備え、前記変圧器は一次側が高圧側、二次側が低圧側となる変圧比を有し、前記電力変換手段は、前記交流電源が健全なときには、前記変圧器からの入力電圧を前記交流電源の出力電圧と前記負荷に供給すべき規定電圧との差からなる交流電圧に変換して前記出力側から出力し、前記交流電源が停電したときには、前記蓄電手段の蓄電電圧を所定の交流電圧に変換しこれを前記入力側から出力して前記変圧器の二次側を励磁するようになっていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に係る無停電電源装置は、上記請求項１記載の無停電電源装置において、前記電力変換手段は、整流動作及びインバータ動作が可能な双方向コンバータ部と、当該双方向コンバータ部と並列に接続されたインバータ部と、を備えることを特徴としている。
また、請求項３に係る無停電電源装置は、上記請求項１記載の無停電電源装置において、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第４の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続される第１のコンデンサと、前記第４の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第１乃至第４の直列接続部と並列に接続され、且つ逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つ接続された第５の直列接続部及び平滑コンデンサと、当該第５の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続される第３のリアクトルと、を備え、前記第３のリアクトルの他端と前記平滑コンデンサの低電位側との間に前記蓄電手段を接続するようになっていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４に係る無停電電源装置は、上記請求項１に記載の無停電電源装置において、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第４の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第４の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第１乃至第４の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサとの間に介挿され且つ前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサ又は前記第３の直列接続部の低電位側に接続された前記蓄電手段との接続を選択的に切り替える切り替え手段と、を備え、当該切り替え手段は、前記交流電源が停電している間、前記第２のリアクトルと前記蓄電手段とを接続するようになっていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５に係る無停電電源装置は、上記請求項１記載の無停電電源装置において、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第３の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部と並列に接続され且つ同一容量値を有する二つのコンデンサが直列に接続されたコンデンサ接続部と、当該コンデンサ接続部のコンデンサどうしの接続点と前記第３のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第１乃至第３の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、当該平滑コンデンサと並列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つ接続された第５の直列接続部と、当該第５の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第３のリアクトルとを備え、当該第３のリアクトルの他端と前記第５の直列接続部の低電位側との間に前記蓄電手段を接続するようになっていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項６に係る無停電電源装置は、上記請求項１記載の無停電電源装置において、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第３の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部と並列に接続され且つ同一容量値を有する二つのコンデンサが直列に接続されたコンデンサ接続部と、当該コンデンサ接続部のコンデンサどうしの接続点と前記第３のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサとの間に介挿され且つ前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサ又は前記第３の直列接続部の低電位側に接続された前記蓄電手段との接続を選択的に切り替える切り替え手段と、を備え、当該切り替え手段は、前記交流電源が停電している間、前記第２のリアクトルと前記蓄電手段とを接続するようになっていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７に係る無停電電源装置は、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第４の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第４の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第１乃至第４の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、を備え、当該平滑コンデンサと並列に前記蓄電手段を接続するようになっていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項８に係る無停電電源装置は、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第３の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部と並列に接続され且つ同一容量値を有する二つのコンデンサが直列に接続されたコンデンサ接続部と、当該コンデンサ接続部のコンデンサどうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第１乃至第３の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、当該平滑コンデンサと並列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された二つのスイッチング素子が直列に接続された第５の直列接続部と、当該第５の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記コンデンサ接続部の両端に接続された前記蓄電手段の高電位側との間に接続される第３のリアクトルと、を備えることを特徴としている。
また、本願発明の請求項９に係る無停電電源装置は、交流電源が健全なときには当該交流電源から負荷に給電を行い、前記交流電源が停電したときには蓄電手段から負荷に給電を行うようにした無停電電源装置において、前記交流電源と前記負荷との間に介挿され前記交流電源が健全でないとき前記交流電源と前記負荷とを切り離す切り離しスイッチと、当該切り離しスイッチと前記負荷との間にその一次側が直列に接続された変圧器と、入力側が前記切り離しスイッチ及び前記負荷間に前記負荷と並列に接続され、出力側が前記変圧器の二次側に接続される電力変換手段と、当該電力変換手段に接続された蓄電手段と、を備え、前記電力変換手段は、前記交流電源が健全なときには、前記交流電源からの入力電圧を前記交流電源の出力電圧と前記負荷に供給すべき規定電圧との差に応じた交流電圧に変換しこれを前記出力側から出力して前記変圧器の二次側を励磁し、前記交流電源が停電したときには、前記蓄電手段の蓄電電圧を所定の交流電圧に変換しこれを前記入力側から出力して前記負荷に供給し、さらに、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第４の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第４の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第１乃至第４の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサとの間に介挿され且つ前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサ又は前記第３の直列接続部の低電位側に接続された前記蓄電手段との接続を選択的に切り替える切り替え手段と、を備え、前記切り替え手段は、前記交流電源が停電している間、前記第２のリアクトルと前記蓄電手段とを接続することを特徴としている。
さらに、本発明の請求項１０に係る無停電電源装置は、交流電源が健全なときには当該交流電源から負荷に給電を行い、前記交流電源が停電したときには蓄電手段から負荷に給電を行うようにした無停電電源装置において、前記交流電源と前記負荷との間に介挿され前記交流電源が健全でないとき前記交流電源と前記負荷とを切り離す切り離しスイッチと、当該切り離しスイッチと前記負荷との間にその一次側が直列に接続された変圧器と、入力側が前記切り離しスイッチ及び前記負荷間に前記負荷と並列に接続され、出力側が前記変圧器の二次側に接続される電力変換手段と、当該電力変換手段に接続された蓄電手段と、を備え、前記電力変換手段は、前記交流電源が健全なときには、前記交流電源からの入力電圧を前記交流電源の出力電圧と前記負荷に供給すべき規定電圧との差に応じた交流電圧に変換しこれを前記出力側から出力して前記変圧器の二次側を励磁し、前記交流電源が停電したときには、前記蓄電手段の蓄電電圧を所定の交流電圧に変換しこれを前記入力側から出力して前記負荷に供給し、さらに、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第３の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部と並列に接続され且つ同一容量値を有する二つのコンデンサが直列に接続されたコンデンサ接続部と、当該コンデンサ接続部のコンデンサどうしの接続点と前記第３のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサとの間に介挿され且つ前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサ又は前記第３の直列接続部の低電位側に接続された前記蓄電手段との接続を選択的に切り替える切り替え手段と、を備え、前記切り替え手段は、前記交流電源が停電している間、前記第２のリアクトルと前記蓄電手段とを接続することを特徴としている。
【００１５】
この請求項１から請求項１０に係る発明においては、交流電源に対して直列又は並列に変圧器が接続され、この変圧器を介して電力変換手段において交流電源の出力電圧変動を補償するための出力電圧変動分に相当する補正用電圧が生成され、この補正用電圧と交流電源の出力電圧とが負荷に作用して、負荷には、一定の負荷電圧が供給される。
【００１６】
特に、請求項１から請求項８に係る発明においては、電力変換手段は、出力変動分に相当する補正用電圧を出力することができればよいから、その容量は負荷への供給電圧に相当する容量を有する必要はなく、出力電圧変動分相当の容量でよい。よって、電力変換手段においてスイッチング素子を用いてＰＷＭ制御を行なう場合には、スイッチング損失や導通損失が生じるが、電力変換手段の容量は、交流電源の出力電圧変動分相当の容量でよいから、装置全体の効率を向上させることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、第１の実施の形態における無停電電源装置を示す概略構成図である。
図１に示すように、この無停電電源装置１００は、交流電源１と負荷６との間の交流電源１の両極に、連動して作動する一対の切り離しスイッチ７が設けられている。また、切り離しスイッチ７と負荷６との間に、変圧器２の一次側が負荷６と並列に接続され、その二次側には、前記交流電源１が出力した実出力電圧ＶREL を、前記負荷６に供給すべき規定電圧Ｖ* に補正するための補正電圧ΔＶを出力するための変換器３が接続されている。そして、この変換器３の前記補正電圧ΔＶの出力側は、前記切り離しスイッチ７と負荷６との間の前記変圧器２の一次側の接続点よりも負荷６側に直列に接続されている。また、この変換器３には、昇降圧部４を介してバッテリ等の蓄電手段５が接続されている。
【００１８】
前記変換器３は、例えば図２に示すように、トランジスタ等の自己消孤形のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８がそれぞれ二つずつ直列に接続された直列接続部１１〜１４が、４組、並列に接続されている。また各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８には、それぞれ逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ８が接続されている。そして、直列接続部１１及び１２が、整流動作及びインバータ動作が可能な双方向のコンバータＣＮＶを構成し、直列接続部１３及び１４が、インバータＩＮＶを構成し、これら双方向コンバータＣＮＶとインバータＩＮＶとの間に、これらと並列に平滑コンデンサＣｄが接続されている。そして、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２の直列接続点にリアクトルＬ１が接続され、このリアクトルＬ１の他端と、スイッチング素子Ｓ３及びＳ４の直列接続点との間に、コンデンサＣ１が接続され、リアクトルＬ１とコンデンサＣとでフィルタを構成している。そして、コンデンサＣ１の両端が前記変圧器２の二次側に接続されている。
【００１９】
また、スイッチング素子Ｓ７及びＳ８の直列接続点にリアクトルＬ２が接続され、このリアクトルＬ２の他端と、前記スイッチング素子Ｓ５及びＳ６の直列接続点との間にコンデンサＣ２が接続され、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２とでフィルタを構成している。そして、コンデンサＣ２の両端が、変圧器２の一次側の一方と負荷６との間に直列に接続されている。
【００２０】
また、前記昇降圧部４は、図２に示すように、二つの自己消孤形のスイッチング素子Ｓ９及びＳ１０が直列に接続されて直列接続部１５を構成し、これら各スイッチング素子Ｓ９及びＳ１０にはダイオードＤ９及びＤ１０がそれぞれ逆並列に接続されている。そして、これらスイッチング素子Ｓ９及びＳ１０の直列接続点にリアクトルＬ３が接続され、このリアクトルＬ３の他端と直列接続部１５の低電位側との間に蓄電手段５が接続され、直列接続部１５とリアクトルＬ３とでいわゆるチョッパ回路を構成している。そして、直列接続部１５の高電位側が前記平滑コンデンサＣｄの高電位側と前記直列接続部１３の高電位側との間に接続され、直列接続部１５の低電位側が前記平滑コンデンサＣｄの低電位側と前記直列接続部１２の低電位側との間に接続されている。
【００２１】
そして、これらスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０は、制御回路１０によって制御されるようになっている。
この制御回路１０は、前記交流電源１と切り離しスイッチ７との間に設けられた交流電源１の出力電圧を検出する停電検出器８で検出される交流電源１の実出力電圧ＶREL に基づいて、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０を制御する。つまり、実出力電圧ＶREL が、予め設定した許容範囲を越えて変動しないときには、切り離しスイッチ７を導通状態に制御すると共に、前記双方向コンバータＣＮＶを整流動作させると共に、インバータＩＮＶを制御し、その出力電圧が、負荷６に供給すべき規定電圧Ｖ* と前記停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL との差となるように制御する。
【００２２】
また、蓄電手段５の蓄電圧を検出するための電圧検出器９で蓄電手段５が満充電状態でないことを検出したときには、前記昇降圧部４を降圧チョッパ回路として動作させ、蓄電手段５への充電を行う。
一方、前記実出力電圧ＶREL が許容範囲を越え、つまり、交流電源１の出力電圧の変動が大きいとき、或いは交流電源１が停電しているときには、前記切り離しスイッチ７を非導通状態に制御すると共に、前記昇降圧部４を昇圧チョッパ回路として動作させ、蓄電手段５の蓄電電圧を平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧し、これを平滑コンデンサＣｄの両端に印加させると共に、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させる。
【００２３】
なお、前記変圧器２の変圧比は、例えば、実出力電圧ＶREL を補正し得る補正電圧ΔＶを、変圧器２の二次側電圧から変換器３が生成可能な変圧比に設定される。また、前記実出力電圧ＶREL の許容範囲は、例えば前記変換器３で出力可能な補正電圧ΔＶ等に応じて設定される。
ここで、変換器３及び昇降圧部４が電力変換手段に対応し、直列接続部１１が第１の直列接続部に対応し、直列接続部１２が第２の直列接続部に対応し、直列接続部１３が第３の直列接続部に対応し、直列接続部１４が第４の直列接続部に対応し、直列接続部１５が第５の直列接続部に対応し、リアクトルＬ１が第１のリアクトルに対応し、コンデンサＣ１が第１のコンデンサに対応し、リアクトルＬ２が第２のリアクトルに対応し、コンデンサＣ２が第２のコンデンサに対応し、リアクトルＬ３が第３のリアクトルに対応している。
【００２４】
次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。
今、交流電源１が正常に動作しており、停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL が許容範囲内にある場合には、制御回路１０は、前記切り離しスイッチ７を導通状態に制御すると共に、前記双方向コンバータＣＮＶを整流動作させ、変圧器２の二次側の交流電圧を直流電圧に変換させる。また、インバータＩＮＶを制御し、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも低い場合には、実出力電圧ＶREL と同相の、実出力電圧ＶREL 及び規定電圧Ｖ* との差である補正電圧ΔＶを出力させ、逆に、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも大きい場合には、実出力電圧ＶREL と逆相の、補正電圧ΔＶを出力させる。
【００２５】
これによって、交流電源１の出力電圧は、変圧器２で予め設定された変圧比で降圧され、この降圧された交流電圧は、コンデンサＣ１及びリアクトルＬ１からなるフィルタを介して双方向コンバータＣＮＶに供給され、ここで整流されて直流電圧に変換され、平滑コンデンサＣｄで平滑化された後、インバータＩＮＶに供給されて、実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差に応じた補正電圧ΔＶが出力され、これがリアクトルＬ２及びコンデンサＣ２からなるフィルタを介して出力され、交流電源１と負荷６との間の変圧器２の接続点よりも負荷６側に直列に印加される。
【００２６】
したがって、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも低い場合には、実出力電圧ＶREL と同相の補正電圧ΔＶが出力されることになって、実出力電圧ＶREL と補正電圧ΔＶとの和、つまり、規定電圧Ｖ* が負荷６の両端に印加されることになる。逆に、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも高い場合には、実出力電圧ＶREL と逆相の補正電圧ΔＶが変換器３から出力されることになって、実出力電圧ＶREL から補正電圧ΔＶを減算した電圧、つまり、規定電圧Ｖ* が負荷６の両端に印加されることになる。
【００２７】
よって、実出力電圧ＶREL が変動した場合であっても、その変動分が補正電圧ΔＶによって補正されることになって、負荷６には、実出力電圧ＶREL の変動に係わらず規定電圧Ｖ* が印加されることになる。
この状態から、交流電源１が停電する等によって、その出力電圧が著しく低下すると、実出力電圧ＶREL が許容範囲外となることから、制御回路１０では、切り離しスイッチ７を非導通状態にし、インバータＩＮＶの動作を停止する。また、昇降圧部４を昇圧チョッパ回路として動作させ、蓄電電圧の出力電圧を平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧すると共に、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させる。
【００２８】
これによって、交流電源１が負荷６から切り離され、蓄電手段５の蓄電電圧が昇降圧部４によって昇圧されてこれが平滑コンデンサＣｄの両端に印加され、この両端電圧を、双方向コンバータＣＮＶがインバータ動作することによって交流電圧に変換し、これがリアクトルＬ１及びコンデンサＣ１からなるフィルタを介して変圧器２の二次側に印加され、変圧器２で所定の変圧比で昇圧され、これが規定電圧Ｖ* となって負荷６に印加される。
【００２９】
したがって、交流電源１が停電した場合等その出力電圧が許容範囲外となった場合には、蓄電手段５の蓄電電圧をもとに負荷６に規定電圧Ｖ* が印加されることになって、負荷６には継続して規定電圧Ｖ* が印加されることになる。
そして、この状態から、交流電源１が停電から復旧した場合等には、実出力電圧ＶREL が許容範囲内に収まるようになるから、制御回路１０では再度切り離しスイッチ７を導通状態に切り替え、昇降圧部４の昇圧動作を停止する。また、双方向コンバータＣＮＶを整流動作させると共に、実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差を出力するようインバータＩＮＶを制御する。これによって、交流電源１の交流出力電圧が、規定電圧Ｖ* となるように補正されて負荷６に印加されるようになる。
【００３０】
また、このとき、交流電源１の停電時において蓄電手段５の放電が行われたため、電圧検出器９で検出される検出電圧に基づき充電手段５が満充電状態ではないと判定されるときには、昇降圧部４を降圧チョッパ回路として作動させ、双方向コンバータＣＮＶで整流した電圧を所定電圧に降圧して蓄電手段５を充電する。そして、この充電によって蓄電手段５が満充電状態となったとき、昇降圧部４の降圧動作を停止する。
【００３１】
ここで、変換器３の容量は、直列補償の原理を用いることで、交流電源１の出力電圧変動の補償範囲分相当の容量でよく、無停電電源装置全体のシステム容量に比べて十分低く設定することができる。したがって、変換器３におけるスイッチング損失或いは導通損失等の損失を大幅に低減することができ、定常運転時の効率を大幅に改善することができる。
【００３２】
また、変圧器２の変圧比を補償範囲に応じて設定することによって、交流電源１の出力電圧の補償範囲を広く取りつつ高効率化を図ることができる。また、補償電圧をより広く設定することができるから、停電と判定されて停電時の動作へ移行する頻度、つまり、蓄電手段５による給電に切り替える頻度を低減することができ、蓄電手段５の使用頻度を低減させ、信頼性をより向上させることができる。
【００３３】
なお、整流後の電圧は、一定平滑に限らず脈動を持っていても動作上の問題はない。特に、全波整流状にすることによってより高効率化を図ることができる。
また、図２に示すように、変換器３は左右対象に構成されているから、コンデンサＣ１とＣ２との接続先を逆にした場合であっても適用することができる。この場合には、直列接続部１１及び１２をインバータＩＮＶとして動作させ、直列接続部１３及び１４を双方向コンバータＣＮＶとして動作させるようにすればよい。
【００３４】
また、上記第１の形態においては、変換器３において、双方向コンバータＣＮＶを４つのスイッチング素子を直列に二つずつ接続して構成した場合について説明したがこれに限るものではなく、整流動作及びインバータ動作を行うことができればよい。
同様に、インバータＩＮＶについても、フルブリッジ形のインバータに限るものではなく、インバータ動作を行うことができればよく、また、昇降圧部４は、チョッパ回路に限らず、昇圧及び降圧動作が可能であればどのような構成であってもよい。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、交流電源１及び負荷６に対する変圧器２及び変換器３の接続を逆にしたこと以外は同様であるので、同一部の詳細な説明は省略する。
すなわち、この第２の実施の形態においては、図３に示すように、交流電源１と負荷６との間の交流電源１の両極に、連動して作動する一対の切り離しスイッチ７が設けられている。また、切り離しスイッチ７と負荷６との間に、変圧器２の一次側が負荷６と並列に接続され、その二次側に、負荷６へ供給すべき規定電圧Ｖ* と交流電源１の実際の出力電圧ＶREL との差である補正電圧ΔＶを出力する変換器３が接続されている。そして、この変換器３の前記補正電圧ΔＶの出力側は、切り離しスイッチ７と負荷６との間の、前記変圧器２の一次側の接続点よりも前記切り離しスイッチ７側に直列に接続されている。また、この変換器３には、昇降圧部４を介して蓄電手段５が接続されている。
【００３６】
そして、この場合も、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０及び切り離しスイッチ７を上記第１の実施の形態と同様に制御することによって、交流電源１が正常な時には、交流電源１の実出力電圧ＶREL が補正電圧ΔＶによって補正され、これが負荷６に印加されて負荷６への供給電圧は規定電圧Ｖ* に維持される。一方、交流電源１が停電した時には、蓄電手段５の蓄電電圧が昇降圧部４において昇圧された後、変換器３の双方向コンバータＣＮＶにおいて交流電圧に変換され、これが変圧器２で所定の変圧比で昇圧され、規定電圧Ｖ* となって負荷６に印加される。
【００３７】
したがって、この場合も、上記第１の実施の形態と同様に、変換器３の容量は、交流電源１の出力電圧変動の補償範囲分相当でよいから、上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
この第３の実施の形態における無停電電源装置１００は、図４に示すように、交流電源１と負荷６との間の交流電源１の両極に、連動して作動する一対の切り離しスイッチ７が設けられている。また、切り離しスイッチ７と負荷６との間に負荷６と並列に上記第１の実施の形態と同様に構成された変換器３が接続されているが、この第３の実施の形態における変換器３は、前記交流電源１の実出力電圧ＶREL を前記負荷６への規定電圧Ｖ* に補正するための補正電圧ΔＶを変圧器２から出力するための補助電圧Ｖ′を出力するようになっている。
【００３８】
そして、この変換器３の前記補助電圧Ｖ′の出力側が、変圧器２の二次側に接続され、その一次側は、切り離しスイッチ７と負荷６との間の、前記変換器３の並列接続点よりも負荷６側に直列に接続されている。また、この変換器３には、昇降圧部４を介して蓄電手段５が接続されている。
そして、前記変換器３は上記第１の実施の形態と同様に構成され、そのコンデンサＣ１の両端が切り離しスイッチ７と負荷６との間に負荷６と並列に接続され、コンデンサＣ２が変圧器２の二次側に接続されている。
【００３９】
そして、制御回路１０は、上記第１の実施の形態と同様に、前記交流電源１と切り離しスイッチ７との間に設けられた停電検出器８で検出される交流電源１の実出力電圧ＶREL に基づいて、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０を制御し、実出力電圧ＶREL が、予め設定した許容範囲を越えて変動しないときには、切り離しスイッチ７を導通状態に制御し、前記双方向コンバータＣＮＶを整流動作させると共に、インバータＩＮＶを制御し、インバータＩＮＶの出力電圧が、このインバータＩＮＶの出力電圧を変圧器２で変圧したときの変圧器２の一次側の電圧が、負荷６に供給すべき規定電圧Ｖ* と前記停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL との差、つまり補正電圧ΔＶとなるように、インバータＩＮＶを制御する。
【００４０】
また、電圧検出器９の検出電圧に基づき蓄電手段５が満充電状態でないことを検出したときには、前記昇降圧部４を降圧チョッパ回路として動作させ、蓄電手段５への充電を行う。
一方、前記実出力電圧ＶREL が許容範囲を越え、つまり、交流電源１の出力電圧の変動が大きいとき、或いは交流電源１が停電しているときには、前記切り離しスイッチ７を非導通状態に制御し、インバータＩＮＶを停止させる。そして、前記昇降圧部４を昇圧チョッパ回路として動作させ、蓄電手段５の蓄電電圧を平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧してこれを平滑コンデンサＣｄの両端に印加させ、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させて、平滑コンデンサＣｄの両端の直流電圧を交流電圧に変換する。このとき、双方向コンバータＣＮＶにおいて交流電圧が規定電圧Ｖ* となるようにインバータ動作を行わせる。
【００４１】
なお、前記変圧器２の変圧比は、例えば前記変換器３で出力可能な補助電圧Ｖ′と前記負荷６への規定電圧Ｖ* 及び交流電源１の実出力電圧ＶREL とに基づいて、補助電圧Ｖ′を規定電圧Ｖ* と実出力電圧ＶREL との差である補正電圧ΔＶに変換し得る変圧比に設定される。
次に、上記第３の実施の形態の動作を説明する。
【００４２】
今、交流電源１が正常に動作している場合には、停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL が許容範囲内にあるから、制御回路１０は、前記切り離しスイッチ７を導通状態に制御すると共に、前記双方向コンバータＣＮＶを整流動作させる。また、インバータＩＮＶを制御し、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも低い場合には、変圧器２の一次側電圧が、実出力電圧ＶREL と同相であり且つ実出力電圧ＶREL 及び規定電圧Ｖ* との差である補正電圧ΔＶとなるような、補助電圧Ｖ′を出力させ、逆に、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも大きい場合には、変圧器２の一次側電圧が、実出力電圧ＶREL と逆相であり且つ補正電圧ΔＶとなるような、補助電圧Ｖ′を出力させる。
【００４３】
これによって、交流電源１の出力電圧は、変換器３の双方向コンバータＣＮＶによって整流されて直流電圧に変換され、平滑コンデンサＣｄで平滑化された後、インバータＩＮＶに供給される。そして、このインバータＩＮＶで交流電圧に変換されてこれが、補助電圧Ｖ′として変圧器２の二次側に印加される。そして、変圧器２で予め設定された変圧比で降圧され、これが、実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差である補正電圧ΔＶとなって、交流電源１と負荷６との間の変換器３の接続点よりも負荷６側に直列に印加される。
【００４４】
したがって、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも低い場合には、変圧器２からは、実出力電圧ＶREL と同相の補正電圧ΔＶが出力されることになって、実出力電圧ＶREL と補正電圧ΔＶとの和、つまり、規定電圧Ｖ* が負荷６の両端に印加されることになる。逆に、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも高い場合には、実出力電圧ＶREL と逆相の補正電圧ΔＶが変圧器２から出力されることになって、実出力電圧ＶREL から補正電圧ΔＶを減算した電圧、つまり、規定電圧Ｖ* が負荷６の両端に印加されることになる。よって、実出力電圧ＶREL が変動した場合であっても、その変動分が補正電圧ΔＶによって補正されることになって、負荷６には、実出力電圧ＶREL の変動に係わらず規定電圧Ｖ* が印加されることになる。
【００４５】
この状態から、交流電源１が停電する等によって、その出力電圧が著しく低下すると、実出力電圧ＶREL が許容範囲外となることから、制御回路１０では、切り離しスイッチ７を非導通状態にし、インバータＩＮＶを停止させ、昇降圧部４を昇圧チョッパ回路として動作させると共に、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させる。
【００４６】
これによって、交流電源１が負荷６から切り離され、蓄電手段５の蓄電電圧が昇降圧部４によって平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧され、この両端電圧が、双方向コンバータＣＮＶによって規定電圧Ｖ* の交流電圧に変換されてこれが負荷６に供給される。
したがって、交流電源１が停電した場合等その出力電圧が許容範囲外となった場合には、蓄電手段５の蓄電電圧をもとに負荷６に規定電圧Ｖ* が印加されることになって、負荷６には継続して規定電圧Ｖ* が印加されることになる。
【００４７】
そして、この状態から、交流電源１が停電から復旧した場合等には、実出力電圧ＶREL が許容範囲内に収まるようになるから、制御回路１０では、再度切り離しスイッチ７を導通状態に切り替え、双方向コンバータＣＮＶを整流動作させると共に、変圧器２の一次側電圧が実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差ΔＶとなり得る、補助電圧Ｖ′を出力するようインバータＩＮＶを制御する。また、昇降圧部４の昇圧動作を停止する。
【００４８】
これによって、交流電源１からの交流出力が規定電圧Ｖ* となるように補正されて負荷６に印加されるようになる。
また、このとき、先の交流電源１の停電によって、蓄電手段５の放電が行われて電圧検出器９からの検出電圧に基づいて充電手段５が満充電状態ではないと判定されるときには、昇降圧部４を降圧チョッパ回路として動作させ、双方向コンバータＣＮＶで整流した電圧を降圧して蓄電手段５を充電する。そして、この充電によって蓄電手段５が満充電状態となったとき、昇降圧部４の降圧動作を停止する。
【００４９】
したがって、この場合も、上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
この第４の実施の形態は、上記第３の実施の形態において、交流電源１及び負荷６に対する変圧器２及び変換器３の接続を逆にしたこと以外は同様であるので、同一部の詳細な説明は省略する。
【００５０】
すなわち、この第４の実施の形態においては、図５に示すように、交流電源１と負荷６との間の交流電源１の両極に、連動して作動する一対の切り離しスイッチ７が設けられている。また、切り離しスイッチ７と負荷６との間に、負荷６と並列に、前記補助電圧Ｖ′を出力するための変換器３が接続されている。そして、この変換器３の補助電圧Ｖ′の出力側が、変圧器２の二次側に接続され、その一次側は、切り離しスイッチ７と前記負荷６との間の、前記変換器３の並列接続点よりも切り離しスイッチ７側に直列に接続されている。また、この変換器３には、昇降圧部４を介して蓄電手段５が接続されている。
【００５１】
そして、前記変換器３は上記第１の実施の形態と同様に構成され、コンデンサＣ１の両端が切り離しスイッチ７と負荷６との間に負荷６と並列に接続され、コンデンサＣ２が変圧器２の二次側に接続されている。
そして、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０及び切り離しスイッチ７を上記第３の実施の形態と同様に制御することによって、交流電源１が正常時には、交流電源１の実出力電圧ＶREL が、双方向コンバータＣＮＶで整流されて直流電圧に変換されこれがインバータＩＮＶで、補助電圧Ｖ′に補正されて変圧器２の二次側に印加され、これが変圧器２で変圧されて補正電圧ΔＶとして出力されこれによって、交流電源１の実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* に補正されて負荷６に印加される。そして、停電時には、蓄電手段５の蓄電電圧が昇圧された後、双方向コンバータＣＮＶによって規定電圧Ｖ* の交流電圧に変換され、これが負荷６に印加される。
【００５２】
したがって、この場合も、上記第３の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。
この第５の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、変換器３及び昇降圧部４の構成が異なること以外は上記第１の実施の形態と同様であるので、同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
【００５３】
すなわち、この第５の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４は、図６に示すように、二つずつ直列に接続されたトランジスタ等の自己消孤形のスイッチング素子の直列接続部１１〜１４が、４組、並列に接続されている。また、また各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８には、それぞれ逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ８が接続されている。
【００５４】
そして、上記第１の実施の形態と同様に、直列接続部１１及び１２が整流動作及びインバータ動作が可能な双方向コンバータＣＮＶを構成し、直列接続部１３及び１４が、インバータＩＮＶを構成し、これら双方向コンバータＣＮＶとインバータＩＮＶとの間に、これらと並列に平滑コンデンサＣｄが接続されている。そして、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２の直列接続点にリアクトルＬ１が接続され、このリアクトルＬ１の他端と、スイッチング素子Ｓ３及びＳ４の直列接続点との間にコンデンサＣ１が接続され、リアクトルＬ１とコンデンサＣ１とでフィルタを構成している。そして、コンデンサＣ１の両端が前記変圧器２の二次側に接続されている。
【００５５】
また、スイッチング素子Ｓ７及びＳ８の直列接続点にリアクトルＬ２が接続され、このリアクトルＬ２の他端と、前記スイッチング素子Ｓ５及びＳ６の直列接続点との間にコンデンサＣ２が接続され、さらに、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２との間に切り替えスイッチＳＷ１が設けられ、その接点ａがリアクトルＬ２と接続され、接点ｂがコンデンサＣ２と接続されている。そして、切り替えスイッチＳＷ１の接点ｃと、直列接続部１３及び１４の低電位側との間に蓄電手段５が接続され、切り替えスイッチＳＷ１は、リアクトルＬ２と、コンデンサＣ２又は蓄電手段５との接続を選択的に切り替えるようになっている。
【００５６】
そして、切り替えスイッチＳＷ１によって、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２とが接続されているときには、直列接続部１３及び１４によってインバータを構成すると共に、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２とでフィルタを構成する。逆に、切り替えスイッチＳＷ１によって、リアクトルＬ２と蓄電手段５とが接続されているときには、直列接続部１４とリアクトルＬ２とでチョッパ回路を構成するようになっている。
【００５７】
そして、これらスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８及び切り替えスイッチＳＷ１を、制御回路１０によって制御するようになっている。
つまり、制御回路１０は、停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL が許容範囲を越えて変動しないときには、切り離しスイッチ７を導通状態、切り替えスイッチＳＷ１を、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２とを接続するように制御すると共に、前記双方向コンバータＣＮＶを整流動作させ、直列接続部１３及び１４をインバータとして制御し、その出力電圧が、負荷６に供給すべき規定電圧Ｖ* と前記停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL との差となるように制御する。
【００５８】
一方、前記実出力電圧ＶREL が許容範囲を越え、つまり、交流電源１の出力電圧の変動が大きいとき、或いは交流電源１が停電しているときには、前記切り離しスイッチ７を非導通状態に制御すると共に、前記切り替えスイッチＳＷ１を制御してリアクトルＬ２と蓄電手段５とを接続し、前記直列接続部１４及びリアクトルＬ２とでチョッパ回路を構成し、これを昇圧チョッパ回路として動作させて、蓄電手段５の蓄電電圧を、平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧し、これを平滑コンデンサＣｄの両端に印加させると共に、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させ、双方向コンバータＣＮＶの交流出力を変圧器２で昇圧して、これを負荷６に印加する。
【００５９】
そして、この状態から、交流電源１が正常状態に復帰すると、実出力電圧ＶREL が許容範囲内に収まることから、切り離しスイッチ７を導通状態に制御すると共に、切り替えスイッチＳＷ１を制御してリアクトルＬ２とコンデンサＣ２とを接続し、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させると共に、直列接続部１３及び１４をインバータとして動作させる。
【００６０】
また、蓄電手段５の蓄電圧を検出するための電圧検出器９で検出される検出電圧から蓄電手段５が満充電状態でないことを検出したときには、図６に示すように、蓄電手段５の両端に充電器５ａを接続し、この充電器５ａを図示しない交流電源を電力源として作動させて前記蓄電手段５への蓄電を行う。
したがって、この場合、直列接続部１３及び１４とでインバータＩＮＶを構成し、また、インバータＩＮＶを構成する直列接続部１４と、フィルタを構成するリアクトルＬ２とでチョッパ回路つまり昇降圧部４を構成するようにし、直列接続部１４及びリアクトルＬ２を切り替えて使用するようにしたから、その分、変換器３を構成する素子数の削減を図ることができる。
【００６１】
また、このとき、交流電源１が正常な場合にのみ、インバータＩＮＶを必要とし、交流電源１が異常な場合にのみ昇降圧部を必要としているから、これらを切り替えるようにしても何ら問題はない。
なお、整流後の電圧は、一定平滑に限らず脈動を持っていても動作上の問題はない。特に、全波整流状にすることによってより高効率化を図ることができる。
【００６２】
また、上記第５の実施の形態においては、本発明における変換器３及び昇降圧部４を第１の実施の形態に適用した場合について説明したが、第２から第４の実施の形態に適用できることはいうまでもない。
この場合、前記第２の実施の形態に適用した場合には、第５の実施の形態と同様に、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８及び切り替えスイッチＳＷ１を制御すればよい。また、前記第３及び第４の実施の形態に適用した場合にも、上記第５の実施の形態と同様に制御を行えばよいが、第３及び第４の実施の形態に適用した場合には、インバータＩＮＶでは、双方向コンバータＣＮＶからの直流電圧を、実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差に応じた補助電圧Ｖ′に変換する。そして、これが変圧器２に出力されて補正電圧ΔＶに降圧されて、交流電源１と負荷６との間に直列に印加される。一方、停電時には、蓄電手段５の蓄電電圧を平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧し、これを双方向コンバータＣＮＶで交流電圧に変換してこれを規定電圧Ｖ* として負荷６に供給する。
【００６３】
ここで、変換器３及び昇降圧部４が電力変換手段に対応し、直列接続部１１が第１の直列接続部に対応し、直列接続部１２が第２の直列接続部に対応し、直列接続部１３が第３の直列接続部に対応し、直列接続部１４が第４の直列接続部に対応し、リアクトルＬ１が第１のリアクトルに対応し、コンデンサＣ１が第１のコンデンサに対応し、リアクトルＬ２が第２のリアクトルに対応し、コンデンサＣ２が第２のコンデンサに対応し、切り替えスイッチＳＷ１が切り替え手段に対応している。
【００６４】
次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。
この第６の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、変換器３の構成が異なること以外は、上記第１の実施の形態と同様であるので、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
すなわち、この第６の実施の形態における変換器３は、図７に示すように、前記図２に示す第１の実施の形態における変換器３において、インバータＩＮＶを構成するスイッチング素子Ｓ５及びＳ６の直列接続部１３に替えて、同一容量値を有する二つのコンデンサＣ３及びＣ４を直列に接続したコンデンサ接続部１７が設けられている。そして、このコンデンサ接続部１７とスイッチング素子Ｓ７及びＳ８の直列接続部１４とでインバータＩＮＶが構成されている。
【００６５】
ここで、変換器３の出力側は、交流電源１の出力電圧変動分を補償できる電圧を出力できれば十分であるから、インバータＩＮＶをいわゆるハーフブリッジ構成とすることで、スイッチング素子数の低減を図ることができる。
また、この場合も入力及び出力を反転しても適用可能であるが、一般には反転せずに適用したほうが、本実施例の特徴をいかすことができる。
【００６６】
なお、上記第６の実施の形態においては、前記第１の実施の形態における変換器３に適用した場合について説明したが、上記第２から第４の実施の形態に適用することができることはいうまでもない。
次に、本発明の第７の実施の形態を説明する。
この第７の実施の形態は、前記第５の実施の形態における変換器３において、インバータＩＮＶをハーフブリッジ構成としたものである。すなわち、図８に示すように、図６に示す第５の実施の形態における直列接続部１３に替えて、同一容量値を有する二つのコンデンサＣ３及びＣ４が直列に接続されたコンデンサ接続部１７を接続し、この直列接続部１３とコンデンサ接続部１７とでインバータＩＮＶを構成する。
【００６７】
この場合も、変換器３の出力側は、交流電源１の出力電圧変動分を補償できる電圧を出力できれば十分であるから、インバータＩＮＶをいわゆるハーフブリッジ構成とすることで、スイッチング素子数の低減を図ることができる。
次に、本発明の第８の実施の形態を説明する。
この第８の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、昇降圧部４が削除され、変換器３の構成が異なること以外は、上記第１の実施の形態と同様であるので、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
【００６８】
すなわち、この第８の実施の形態における変換器３は、図９に示すように、二つずつ直列に接続されたトランジスタ等の自己消孤形のスイッチング素子の直列接続部１１〜１４が、並列に接続されている。また各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８には、それぞれ逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ８が接続されている。また、直列接続部１２と直列接続部１３との間には、平滑コンデンサＣｄがこれらと並列に接続され、さらに、この平滑コンデンサＣｄと直列接続部１２との間にこれらと並列に、蓄電手段５が接続されている。
【００６９】
そして、前記直列接続部１１及び１２から双方向コンバータＣＮＶを構成し、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２の直列接続点がリアクトルＬ１を介してコンデンサＣ１の一端に接続され、その他端はスイッチング素子Ｓ３及びＳ４の直列接続点に接続されている。
また、前記直列接続部１３及び１４でインバータＩＮＶを構成し、スイッチング素子Ｓ５及びＳ６の直列接続点がリアクトルＬ２を介してコンデンサＣ２の一端に接続され、その他端はスイッチング素子Ｓ７及びＳ８の直列接続点に接続されている。
【００７０】
そして、これらのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８は、制御回路１０によって制御されるようになっている。すなわち、交流電源１が正常である場合には、双方向コンバータＣＮＶを整流動作させ、インバータＩＮＶを、その出力が、交流電源１の実出力電圧ＶREL と負荷に供給すべき規定電圧Ｖ* との差である補正電圧ΔＶとなるように制御する。このとき、蓄電手段５が満充電状態でないときには、蓄電手段５への充電が行われる。
【００７１】
これによって、交流電源１の出力電圧が直流電圧に変換され、平滑コンデンサＣｄの両端電圧は前記蓄電手段５の蓄電電圧と同一に保たれるように制御され、この両端電圧がインバータＩＮＶによって交流の補正電圧ΔＶに変換されて、交流電源１と負荷６との間に直列に印加されて、負荷６には規定電圧Ｖ* が印加される。
【００７２】
逆に、交流電源１が停電した場合等正常でない場合には、インバータＩＮＶの動作を停止し、双方向コンバータＣＮＶをインバータとして動作させることによって、蓄電手段５の蓄電電圧が双方向コンバータＣＮＶにおいて交流電力に変換されて変圧器２の二次側に印加され、これが所定の変圧比で増圧されて負荷６に供給される。
【００７３】
なお、この場合、前記蓄電手段５の電圧は、入力電圧に応じて設定するようにすればよい。
したがって、この場合も、上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
なお、上記第８の実施の形態においては、上記第１の実施の形態に適用した場合について説明したが、第２乃至第４の実施の形態に適用することも可能である。特に、前記第１及び第２の実施の形態に適用した場合には、蓄電手段５の電圧をより低くすることが可能である。
【００７４】
そして、前記第２の実施の形態に適用する場合には、上記第８の実施の形態と同様に制御を行えばよい。また、前記第３及び第４の実施の形態に適用する場合にも、上記第８の実施の形態と同様に制御を行えばよいが、第３及び第４の実施の形態に適用した場合には、インバータＩＮＶでは、双方向コンバータＣＮＶからの直流電圧を、実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差に応じた補助電圧Ｖ′に変換する。そして、これが変圧器２に出力されて補正電圧ΔＶに降圧されて、交流電源１と負荷６との間に直列に印加される。一方、停電時には、蓄電手段５の蓄電電圧を双方向コンバータＣＮＶで交流電圧に変換し規定電圧Ｖ* として負荷６に供給する。
【００７５】
ここで、変換器３が電力変換手段に対応し、直列接続部１１が第１の直列接続部に対応し、直列接続部１２が第２の直列接続部に対応し、直列接続部１３が第３の直列接続部に対応し、直列接続部１４が第４の直列接続部に対応し、リアクトルＬ１が第１のリアクトルに対応し、コンデンサＣ１が第１のコンデンサに対応し、リアクトルＬ２が第２のリアクトルに対応し、コンデンサＣ２が第２のコンデンサに対応している。
【００７６】
次に、本発明の第９の実施の形態を説明する。
この第９の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、変換器３及び昇降圧部４の構成が異なること以外は、上記第１の実施の形態と同様であるので、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
すなわち、この第９の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４は、図１０に示すように、二つずつ直列に接続されたトランジスタ等の自己消孤形のスイッチング素子の直列接続部１１〜１３が、並列に接続されている。また、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４及びＳ７，Ｓ８には、それぞれ逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ４，Ｓ７，Ｄ８が接続されている。
【００７７】
また、直列接続部１２と直列接続部１４との間には、平滑コンデンサＣｄがこれらと並列に接続され、さらに、この平滑コンデンサＣｄと直列接続部１４との間にこれらと並列に、直列に接続された同一容量値を有するコンデンサＣ３及びＣ４からなるコンデンサ接続部１７が接続されている。
さらに、逆並列にダイオードＤ９及びＤ１０がそれぞれに接続されたスイッチング素子Ｓ９及びＳ１０からなる直列接続部１５が、平滑コンデンサＣｄとコンデンサ接続部１７との間にこれらと並列に接続され、直列接続部１５のスイッチング素子Ｓ９及びＳ１０の直列接続点がリアクトルＬ３を介して、コンデンサ接続部１７の両端に接続された蓄電手段５の高電位側に接続されている。
【００７８】
そして、前記直列接続部１１及び１２が双方向コンバータＣＮＶを構成し、直列接続部１１のスイッチング素子Ｓ１及びＳ２の直列接続点がリアクトルＬ１を介してコンデンサＣ１の一端に接続され、その他端は、直列接続部１２のスイッチング素子Ｓ３及びＳ４の直列接続点に接続されている。そして、コンデンサＣ１の両端が前記変圧器２の二次側に接続されている。
【００７９】
また、前記直列接続部１５とリアクトルＬ３とで昇降圧部４を形成している。さらに、前記コンデンサ接続部１７と直列接続部１３とでハーフブリッジ形のインバータＩＮＶを構成し、直列接続部１３のスイッチング素子Ｓ７及びＳ８の直列接続点がリアクトルＬ２を介してコンデンサＣ２の一端に接続され、その他端は、コンデンサ接続部１７のコンデンサどうしの直列接続点に接続されている。
【００８０】
そして、これらスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４及びＳ７〜Ｓ１０を制御回路１０によって制御するようになっている。
つまり、制御回路１０は、停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL が、許容範囲を越えて変動しないときには、双方向コンバータＣＮＶを整流動作させ、昇降圧部４を降圧チョッパ回路として動作させ、インバータＩＮＶを、その出力電圧が、負荷６に供給すべき規定電圧Ｖ* と、前記停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL との差である補正電圧ΔＶとなるように制御する。
【００８１】
これによって、交流電源１の出力電圧は双方向コンバータＣＮＶで直流電圧に変換され、昇降圧部４で蓄電手段５の満充電電圧に変換されて、必要に応じて充電が行われ、この蓄電手段５の両端電圧が、インバータＩＮＶによって、交流の補正電圧ΔＶに変換される。
一方、前記実出力電圧ＶREL が許容範囲を越え、つまり、交流電源１の出力電圧の変動が大きいとき、或いは交流電源１が停電しているときには、インバータＩＮＶの動作を停止し、昇降圧部４を昇圧チョッパ回路として動作させて蓄電手段５の蓄電電圧を昇圧し、平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧する。そして、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させることによって、平滑コンデンサＣｄの両端電位を交流電圧、つまり、変圧器２の一次側が規定電圧Ｖ* となり得る交流電圧に変換する。
【００８２】
したがって、この場合も上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
なお、この場合も、上記第２乃至第４の実施の形態に適用することが可能である。特に、第１及び第２の実施の形態に適用した場合には、変圧器２の変圧比を適切に設定することによって、スイッチング素子としての半導体素子の耐圧を低くすることができるから、導通損失を低減することができ、より一層の高効率化を図ることができる。
【００８３】
そして、前記第２の実施の形態に適用する場合には、上記第９の実施の形態と同様に制御を行えばよい。また、前記第３及び第４の実施の形態に適用する場合にも、上記第９の実施の形態と同様に制御を行えばよいが、第３及び第４の実施の形態に適用した場合には、インバータＩＮＶでは、双方向コンバータＣＮＶからの直流電圧を、実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差に応じた補助電圧Ｖ′に変換する。そして、これが変圧器２に出力されて補正電圧ΔＶに降圧されて、交流電源１と負荷６との間に直列に印加される。一方、停電時には、蓄電手段５の蓄電電圧を平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧し、これを双方向コンバータＣＮＶで交流電圧に変換し規定電圧Ｖ* として負荷６に供給する。
【００８４】
ここで、変換器３及び昇降圧部４が電力変換手段に対応し、直列接続部１１が第１の直列接続部に対応し、直列接続部１２が第２の直列接続部に対応し、直列接続部１４が第３の直列接続部に対応し、直列接続部１５が第５の直列接続部に対応し、リアクトルＬ１が第１のリアクトルに対応し、コンデンサＣ１が第１のコンデンサに対応し、リアクトルＬ２が第２のリアクトルに対応し、コンデンサＣ２が第２のコンデンサに対応し、リアクトルＬ３が第３のリアクトルに対応している。
【００８５】
なお、上記第５〜第９の実施の形態においては、変換器３の双方向コンバータＣＮＶを４つのスイッチング素子を直列に二つずつ接続して構成した場合について説明したがこれに限るものではなく、整流動作及びインバータ動作を行うことができればよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１乃至請求項１０に係る無停電電源装置によれば
交流電源の出力電圧変動に対する補償範囲を広げることができ、蓄電手段の使用頻度を削減し信頼性を向上させることができる。特に請求項１から請求項８記載の発明によれば、電力変換手段の容量を、交流電源の出力電圧変動分に相当する容量とすることができるから、損失低減を図ることができ、定常運転時の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における無停電電源装置の概略構成図である。
【図２】図１の変換器３及び昇降圧部４の一例を示す構成図である。
【図３】第２の実施の形態における無停電電源装置の概略構成図である。
【図４】第３の実施の形態における無停電電源装置の概略構成図である。
【図５】第４の実施の形態における無停電電源装置の概略構成図である。
【図６】第５の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４を示す構成図である。
【図７】第６の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４を示す構成図である。
【図８】第７の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４を示す構成図である。
【図９】第８の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４を示す構成図である。
【図１０】第９の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４を示す構成図である。
【図１１】従来の無停電電源装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ 交流電源
２ 変圧器
３ 変換器
４ 昇降圧部
５ 蓄電手段
６ 負荷
７ 切り離しスイッチ
８ 停電検出器
９ 電圧検出器
１０ 制御回路
１１〜１５ スイッチング素子の直列接続部
１７ コンデンサ接続部
【発明の属する技術分野】
この発明は、交流電源電圧を安定化しながら負荷に電力供給を行うと共に、前記交流電源の停電時には、エネルギ蓄積手段に蓄えられたエネルギを用いて負荷に電力供給を行うようにした無停電電源装置に関し、特に、通常運転時における効率を向上させるようにした無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の無停電電源装置は、例えば図１１に示すように構成されている。すなわち、交流電源１の交流出力を、コンデンサＣ１及びリアクトルＬ１からなるフィルタを通した後、例えば逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ４がそれぞれ接続された４つのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４から構成される整流回路２０を用いてＰＷＭ制御を行って一定平滑な直流出力に変換し、これを平滑コンデンサＣｄを介して平滑化した後、例えば逆並列にダイオードＤ５及びＤ６がそれぞれ接続されたスイッチング素子Ｓ５及びＳ６からなるハーフブリッジ形のインバータ回路３０においてＰＷＭ制御を行い、一定平滑な直流出力から安定した交流電源を、リアクトルＬ２及びコンデンサＣ２から構成されるフィルタを通して、負荷６へ供給するようにしている。
【０００３】
そして、交流電源１が停電した時には、蓄電手段５の直流出力を、例えば逆並列にダイオードＤ９及びＤ１０がそれぞれ接続されたスイッチング素子Ｓ９及びＳ１０とリアクトルＬ３とから構成されるチョッパ回路４０を用いて増幅し、平滑コンデンサＣｄの両端電圧と直流電圧の整合をとった後、これを前述のインバータ回路２０においてＰＷＭ制御を行って負荷６に電力供給を行うようにしている。
【０００４】
このようにすることによって、交流電源１が停電した場合であっても、負荷６に対して継続して電力供給を行うことができるようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の無停電電源装置にあっては、交流電源１と負荷６との間に、整流回路２０、インバータ回路３０、チョッパ回路４０からなる変換回路５０が直列に挿入された状態となっている。このため、この変換回路５０では、常に負荷６が要求する電力相当の電力を変換していることになる。このため、ＰＷＭ制御によるスイッチング損失や、導通損失が負荷電力相当分発生し、定常時の変換効率が低下するという問題がある。
【０００６】
また、交流電源１の交流出力の電圧変動に対しては、先の変換効率の低下を防止するために、定格電圧の±１０％程度を補償するようにし、この補償範囲を越えるときには、交流電源１が停電状態であるとみなすようにしている。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題に着目してなされたものであり、通常運転時における効率向上を図ると共に、その補償範囲をより広げることの可能な無停電電源装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る無停電電源装置は、交流電源が健全なときには当該交流電源から負荷に給電を行い、前記交流電源が停電したときには蓄電手段から負荷に給電を行うようにした無停電電源装置において、前記交流電源と前記負荷との間に介挿され前記交流電源が健全でないとき前記交流電源と前記負荷とを切り離す切り離しスイッチと、当該切り離しスイッチと前記負荷との間に接続され且つ前記負荷と並列にその一次側が接続された変圧器と、当該変圧器の二次側に入力側が接続され、出力側が前記切り離しスイッチ及び前記負荷間に直列に接続される電力変換手段と、当該電力変換手段に接続された蓄電手段と、を備え、前記変圧器は一次側が高圧側、二次側が低圧側となる変圧比を有し、前記電力変換手段は、前記交流電源が健全なときには、前記変圧器からの入力電圧を前記交流電源の出力電圧と前記負荷に供給すべき規定電圧との差からなる交流電圧に変換して前記出力側から出力し、前記交流電源が停電したときには、前記蓄電手段の蓄電電圧を所定の交流電圧に変換しこれを前記入力側から出力して前記変圧器の二次側を励磁するようになっていることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に係る無停電電源装置は、上記請求項１記載の無停電電源装置において、前記電力変換手段は、整流動作及びインバータ動作が可能な双方向コンバータ部と、当該双方向コンバータ部と並列に接続されたインバータ部と、を備えることを特徴としている。
また、請求項３に係る無停電電源装置は、上記請求項１記載の無停電電源装置において、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第４の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続される第１のコンデンサと、前記第４の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第１乃至第４の直列接続部と並列に接続され、且つ逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つ接続された第５の直列接続部及び平滑コンデンサと、当該第５の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続される第３のリアクトルと、を備え、前記第３のリアクトルの他端と前記平滑コンデンサの低電位側との間に前記蓄電手段を接続するようになっていることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項４に係る無停電電源装置は、上記請求項１に記載の無停電電源装置において、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第４の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第４の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第１乃至第４の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサとの間に介挿され且つ前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサ又は前記第３の直列接続部の低電位側に接続された前記蓄電手段との接続を選択的に切り替える切り替え手段と、を備え、当該切り替え手段は、前記交流電源が停電している間、前記第２のリアクトルと前記蓄電手段とを接続するようになっていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項５に係る無停電電源装置は、上記請求項１記載の無停電電源装置において、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第３の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部と並列に接続され且つ同一容量値を有する二つのコンデンサが直列に接続されたコンデンサ接続部と、当該コンデンサ接続部のコンデンサどうしの接続点と前記第３のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第１乃至第３の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、当該平滑コンデンサと並列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つ接続された第５の直列接続部と、当該第５の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第３のリアクトルとを備え、当該第３のリアクトルの他端と前記第５の直列接続部の低電位側との間に前記蓄電手段を接続するようになっていることを特徴としている。
【００１２】
また、請求項６に係る無停電電源装置は、上記請求項１記載の無停電電源装置において、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第３の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部と並列に接続され且つ同一容量値を有する二つのコンデンサが直列に接続されたコンデンサ接続部と、当該コンデンサ接続部のコンデンサどうしの接続点と前記第３のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサとの間に介挿され且つ前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサ又は前記第３の直列接続部の低電位側に接続された前記蓄電手段との接続を選択的に切り替える切り替え手段と、を備え、当該切り替え手段は、前記交流電源が停電している間、前記第２のリアクトルと前記蓄電手段とを接続するようになっていることを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７に係る無停電電源装置は、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第４の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第４の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第１乃至第４の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、を備え、当該平滑コンデンサと並列に前記蓄電手段を接続するようになっていることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項８に係る無停電電源装置は、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第３の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部と並列に接続され且つ同一容量値を有する二つのコンデンサが直列に接続されたコンデンサ接続部と、当該コンデンサ接続部のコンデンサどうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第１乃至第３の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、当該平滑コンデンサと並列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された二つのスイッチング素子が直列に接続された第５の直列接続部と、当該第５の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記コンデンサ接続部の両端に接続された前記蓄電手段の高電位側との間に接続される第３のリアクトルと、を備えることを特徴としている。
また、本願発明の請求項９に係る無停電電源装置は、交流電源が健全なときには当該交流電源から負荷に給電を行い、前記交流電源が停電したときには蓄電手段から負荷に給電を行うようにした無停電電源装置において、前記交流電源と前記負荷との間に介挿され前記交流電源が健全でないとき前記交流電源と前記負荷とを切り離す切り離しスイッチと、当該切り離しスイッチと前記負荷との間にその一次側が直列に接続された変圧器と、入力側が前記切り離しスイッチ及び前記負荷間に前記負荷と並列に接続され、出力側が前記変圧器の二次側に接続される電力変換手段と、当該電力変換手段に接続された蓄電手段と、を備え、前記電力変換手段は、前記交流電源が健全なときには、前記交流電源からの入力電圧を前記交流電源の出力電圧と前記負荷に供給すべき規定電圧との差に応じた交流電圧に変換しこれを前記出力側から出力して前記変圧器の二次側を励磁し、前記交流電源が停電したときには、前記蓄電手段の蓄電電圧を所定の交流電圧に変換しこれを前記入力側から出力して前記負荷に供給し、さらに、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第４の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第４の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第１乃至第４の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサとの間に介挿され且つ前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサ又は前記第３の直列接続部の低電位側に接続された前記蓄電手段との接続を選択的に切り替える切り替え手段と、を備え、前記切り替え手段は、前記交流電源が停電している間、前記第２のリアクトルと前記蓄電手段とを接続することを特徴としている。
さらに、本発明の請求項１０に係る無停電電源装置は、交流電源が健全なときには当該交流電源から負荷に給電を行い、前記交流電源が停電したときには蓄電手段から負荷に給電を行うようにした無停電電源装置において、前記交流電源と前記負荷との間に介挿され前記交流電源が健全でないとき前記交流電源と前記負荷とを切り離す切り離しスイッチと、当該切り離しスイッチと前記負荷との間にその一次側が直列に接続された変圧器と、入力側が前記切り離しスイッチ及び前記負荷間に前記負荷と並列に接続され、出力側が前記変圧器の二次側に接続される電力変換手段と、当該電力変換手段に接続された蓄電手段と、を備え、前記電力変換手段は、前記交流電源が健全なときには、前記交流電源からの入力電圧を前記交流電源の出力電圧と前記負荷に供給すべき規定電圧との差に応じた交流電圧に変換しこれを前記出力側から出力して前記変圧器の二次側を励磁し、前記交流電源が停電したときには、前記蓄電手段の蓄電電圧を所定の交流電圧に変換しこれを前記入力側から出力して前記負荷に供給し、さらに、前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第３の直列接続部と、前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部と並列に接続され且つ同一容量値を有する二つのコンデンサが直列に接続されたコンデンサ接続部と、当該コンデンサ接続部のコンデンサどうしの接続点と前記第３のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサとの間に介挿され且つ前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサ又は前記第３の直列接続部の低電位側に接続された前記蓄電手段との接続を選択的に切り替える切り替え手段と、を備え、前記切り替え手段は、前記交流電源が停電している間、前記第２のリアクトルと前記蓄電手段とを接続することを特徴としている。
【００１５】
この請求項１から請求項１０に係る発明においては、交流電源に対して直列又は並列に変圧器が接続され、この変圧器を介して電力変換手段において交流電源の出力電圧変動を補償するための出力電圧変動分に相当する補正用電圧が生成され、この補正用電圧と交流電源の出力電圧とが負荷に作用して、負荷には、一定の負荷電圧が供給される。
【００１６】
特に、請求項１から請求項８に係る発明においては、電力変換手段は、出力変動分に相当する補正用電圧を出力することができればよいから、その容量は負荷への供給電圧に相当する容量を有する必要はなく、出力電圧変動分相当の容量でよい。よって、電力変換手段においてスイッチング素子を用いてＰＷＭ制御を行なう場合には、スイッチング損失や導通損失が生じるが、電力変換手段の容量は、交流電源の出力電圧変動分相当の容量でよいから、装置全体の効率を向上させることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、第１の実施の形態における無停電電源装置を示す概略構成図である。
図１に示すように、この無停電電源装置１００は、交流電源１と負荷６との間の交流電源１の両極に、連動して作動する一対の切り離しスイッチ７が設けられている。また、切り離しスイッチ７と負荷６との間に、変圧器２の一次側が負荷６と並列に接続され、その二次側には、前記交流電源１が出力した実出力電圧ＶREL を、前記負荷６に供給すべき規定電圧Ｖ* に補正するための補正電圧ΔＶを出力するための変換器３が接続されている。そして、この変換器３の前記補正電圧ΔＶの出力側は、前記切り離しスイッチ７と負荷６との間の前記変圧器２の一次側の接続点よりも負荷６側に直列に接続されている。また、この変換器３には、昇降圧部４を介してバッテリ等の蓄電手段５が接続されている。
【００１８】
前記変換器３は、例えば図２に示すように、トランジスタ等の自己消孤形のスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８がそれぞれ二つずつ直列に接続された直列接続部１１〜１４が、４組、並列に接続されている。また各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８には、それぞれ逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ８が接続されている。そして、直列接続部１１及び１２が、整流動作及びインバータ動作が可能な双方向のコンバータＣＮＶを構成し、直列接続部１３及び１４が、インバータＩＮＶを構成し、これら双方向コンバータＣＮＶとインバータＩＮＶとの間に、これらと並列に平滑コンデンサＣｄが接続されている。そして、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２の直列接続点にリアクトルＬ１が接続され、このリアクトルＬ１の他端と、スイッチング素子Ｓ３及びＳ４の直列接続点との間に、コンデンサＣ１が接続され、リアクトルＬ１とコンデンサＣとでフィルタを構成している。そして、コンデンサＣ１の両端が前記変圧器２の二次側に接続されている。
【００１９】
また、スイッチング素子Ｓ７及びＳ８の直列接続点にリアクトルＬ２が接続され、このリアクトルＬ２の他端と、前記スイッチング素子Ｓ５及びＳ６の直列接続点との間にコンデンサＣ２が接続され、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２とでフィルタを構成している。そして、コンデンサＣ２の両端が、変圧器２の一次側の一方と負荷６との間に直列に接続されている。
【００２０】
また、前記昇降圧部４は、図２に示すように、二つの自己消孤形のスイッチング素子Ｓ９及びＳ１０が直列に接続されて直列接続部１５を構成し、これら各スイッチング素子Ｓ９及びＳ１０にはダイオードＤ９及びＤ１０がそれぞれ逆並列に接続されている。そして、これらスイッチング素子Ｓ９及びＳ１０の直列接続点にリアクトルＬ３が接続され、このリアクトルＬ３の他端と直列接続部１５の低電位側との間に蓄電手段５が接続され、直列接続部１５とリアクトルＬ３とでいわゆるチョッパ回路を構成している。そして、直列接続部１５の高電位側が前記平滑コンデンサＣｄの高電位側と前記直列接続部１３の高電位側との間に接続され、直列接続部１５の低電位側が前記平滑コンデンサＣｄの低電位側と前記直列接続部１２の低電位側との間に接続されている。
【００２１】
そして、これらスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０は、制御回路１０によって制御されるようになっている。
この制御回路１０は、前記交流電源１と切り離しスイッチ７との間に設けられた交流電源１の出力電圧を検出する停電検出器８で検出される交流電源１の実出力電圧ＶREL に基づいて、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０を制御する。つまり、実出力電圧ＶREL が、予め設定した許容範囲を越えて変動しないときには、切り離しスイッチ７を導通状態に制御すると共に、前記双方向コンバータＣＮＶを整流動作させると共に、インバータＩＮＶを制御し、その出力電圧が、負荷６に供給すべき規定電圧Ｖ* と前記停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL との差となるように制御する。
【００２２】
また、蓄電手段５の蓄電圧を検出するための電圧検出器９で蓄電手段５が満充電状態でないことを検出したときには、前記昇降圧部４を降圧チョッパ回路として動作させ、蓄電手段５への充電を行う。
一方、前記実出力電圧ＶREL が許容範囲を越え、つまり、交流電源１の出力電圧の変動が大きいとき、或いは交流電源１が停電しているときには、前記切り離しスイッチ７を非導通状態に制御すると共に、前記昇降圧部４を昇圧チョッパ回路として動作させ、蓄電手段５の蓄電電圧を平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧し、これを平滑コンデンサＣｄの両端に印加させると共に、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させる。
【００２３】
なお、前記変圧器２の変圧比は、例えば、実出力電圧ＶREL を補正し得る補正電圧ΔＶを、変圧器２の二次側電圧から変換器３が生成可能な変圧比に設定される。また、前記実出力電圧ＶREL の許容範囲は、例えば前記変換器３で出力可能な補正電圧ΔＶ等に応じて設定される。
ここで、変換器３及び昇降圧部４が電力変換手段に対応し、直列接続部１１が第１の直列接続部に対応し、直列接続部１２が第２の直列接続部に対応し、直列接続部１３が第３の直列接続部に対応し、直列接続部１４が第４の直列接続部に対応し、直列接続部１５が第５の直列接続部に対応し、リアクトルＬ１が第１のリアクトルに対応し、コンデンサＣ１が第１のコンデンサに対応し、リアクトルＬ２が第２のリアクトルに対応し、コンデンサＣ２が第２のコンデンサに対応し、リアクトルＬ３が第３のリアクトルに対応している。
【００２４】
次に、上記第１の実施の形態の動作を説明する。
今、交流電源１が正常に動作しており、停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL が許容範囲内にある場合には、制御回路１０は、前記切り離しスイッチ７を導通状態に制御すると共に、前記双方向コンバータＣＮＶを整流動作させ、変圧器２の二次側の交流電圧を直流電圧に変換させる。また、インバータＩＮＶを制御し、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも低い場合には、実出力電圧ＶREL と同相の、実出力電圧ＶREL 及び規定電圧Ｖ* との差である補正電圧ΔＶを出力させ、逆に、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも大きい場合には、実出力電圧ＶREL と逆相の、補正電圧ΔＶを出力させる。
【００２５】
これによって、交流電源１の出力電圧は、変圧器２で予め設定された変圧比で降圧され、この降圧された交流電圧は、コンデンサＣ１及びリアクトルＬ１からなるフィルタを介して双方向コンバータＣＮＶに供給され、ここで整流されて直流電圧に変換され、平滑コンデンサＣｄで平滑化された後、インバータＩＮＶに供給されて、実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差に応じた補正電圧ΔＶが出力され、これがリアクトルＬ２及びコンデンサＣ２からなるフィルタを介して出力され、交流電源１と負荷６との間の変圧器２の接続点よりも負荷６側に直列に印加される。
【００２６】
したがって、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも低い場合には、実出力電圧ＶREL と同相の補正電圧ΔＶが出力されることになって、実出力電圧ＶREL と補正電圧ΔＶとの和、つまり、規定電圧Ｖ* が負荷６の両端に印加されることになる。逆に、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも高い場合には、実出力電圧ＶREL と逆相の補正電圧ΔＶが変換器３から出力されることになって、実出力電圧ＶREL から補正電圧ΔＶを減算した電圧、つまり、規定電圧Ｖ* が負荷６の両端に印加されることになる。
【００２７】
よって、実出力電圧ＶREL が変動した場合であっても、その変動分が補正電圧ΔＶによって補正されることになって、負荷６には、実出力電圧ＶREL の変動に係わらず規定電圧Ｖ* が印加されることになる。
この状態から、交流電源１が停電する等によって、その出力電圧が著しく低下すると、実出力電圧ＶREL が許容範囲外となることから、制御回路１０では、切り離しスイッチ７を非導通状態にし、インバータＩＮＶの動作を停止する。また、昇降圧部４を昇圧チョッパ回路として動作させ、蓄電電圧の出力電圧を平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧すると共に、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させる。
【００２８】
これによって、交流電源１が負荷６から切り離され、蓄電手段５の蓄電電圧が昇降圧部４によって昇圧されてこれが平滑コンデンサＣｄの両端に印加され、この両端電圧を、双方向コンバータＣＮＶがインバータ動作することによって交流電圧に変換し、これがリアクトルＬ１及びコンデンサＣ１からなるフィルタを介して変圧器２の二次側に印加され、変圧器２で所定の変圧比で昇圧され、これが規定電圧Ｖ* となって負荷６に印加される。
【００２９】
したがって、交流電源１が停電した場合等その出力電圧が許容範囲外となった場合には、蓄電手段５の蓄電電圧をもとに負荷６に規定電圧Ｖ* が印加されることになって、負荷６には継続して規定電圧Ｖ* が印加されることになる。
そして、この状態から、交流電源１が停電から復旧した場合等には、実出力電圧ＶREL が許容範囲内に収まるようになるから、制御回路１０では再度切り離しスイッチ７を導通状態に切り替え、昇降圧部４の昇圧動作を停止する。また、双方向コンバータＣＮＶを整流動作させると共に、実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差を出力するようインバータＩＮＶを制御する。これによって、交流電源１の交流出力電圧が、規定電圧Ｖ* となるように補正されて負荷６に印加されるようになる。
【００３０】
また、このとき、交流電源１の停電時において蓄電手段５の放電が行われたため、電圧検出器９で検出される検出電圧に基づき充電手段５が満充電状態ではないと判定されるときには、昇降圧部４を降圧チョッパ回路として作動させ、双方向コンバータＣＮＶで整流した電圧を所定電圧に降圧して蓄電手段５を充電する。そして、この充電によって蓄電手段５が満充電状態となったとき、昇降圧部４の降圧動作を停止する。
【００３１】
ここで、変換器３の容量は、直列補償の原理を用いることで、交流電源１の出力電圧変動の補償範囲分相当の容量でよく、無停電電源装置全体のシステム容量に比べて十分低く設定することができる。したがって、変換器３におけるスイッチング損失或いは導通損失等の損失を大幅に低減することができ、定常運転時の効率を大幅に改善することができる。
【００３２】
また、変圧器２の変圧比を補償範囲に応じて設定することによって、交流電源１の出力電圧の補償範囲を広く取りつつ高効率化を図ることができる。また、補償電圧をより広く設定することができるから、停電と判定されて停電時の動作へ移行する頻度、つまり、蓄電手段５による給電に切り替える頻度を低減することができ、蓄電手段５の使用頻度を低減させ、信頼性をより向上させることができる。
【００３３】
なお、整流後の電圧は、一定平滑に限らず脈動を持っていても動作上の問題はない。特に、全波整流状にすることによってより高効率化を図ることができる。
また、図２に示すように、変換器３は左右対象に構成されているから、コンデンサＣ１とＣ２との接続先を逆にした場合であっても適用することができる。この場合には、直列接続部１１及び１２をインバータＩＮＶとして動作させ、直列接続部１３及び１４を双方向コンバータＣＮＶとして動作させるようにすればよい。
【００３４】
また、上記第１の形態においては、変換器３において、双方向コンバータＣＮＶを４つのスイッチング素子を直列に二つずつ接続して構成した場合について説明したがこれに限るものではなく、整流動作及びインバータ動作を行うことができればよい。
同様に、インバータＩＮＶについても、フルブリッジ形のインバータに限るものではなく、インバータ動作を行うことができればよく、また、昇降圧部４は、チョッパ回路に限らず、昇圧及び降圧動作が可能であればどのような構成であってもよい。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
この第２の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、交流電源１及び負荷６に対する変圧器２及び変換器３の接続を逆にしたこと以外は同様であるので、同一部の詳細な説明は省略する。
すなわち、この第２の実施の形態においては、図３に示すように、交流電源１と負荷６との間の交流電源１の両極に、連動して作動する一対の切り離しスイッチ７が設けられている。また、切り離しスイッチ７と負荷６との間に、変圧器２の一次側が負荷６と並列に接続され、その二次側に、負荷６へ供給すべき規定電圧Ｖ* と交流電源１の実際の出力電圧ＶREL との差である補正電圧ΔＶを出力する変換器３が接続されている。そして、この変換器３の前記補正電圧ΔＶの出力側は、切り離しスイッチ７と負荷６との間の、前記変圧器２の一次側の接続点よりも前記切り離しスイッチ７側に直列に接続されている。また、この変換器３には、昇降圧部４を介して蓄電手段５が接続されている。
【００３６】
そして、この場合も、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０及び切り離しスイッチ７を上記第１の実施の形態と同様に制御することによって、交流電源１が正常な時には、交流電源１の実出力電圧ＶREL が補正電圧ΔＶによって補正され、これが負荷６に印加されて負荷６への供給電圧は規定電圧Ｖ* に維持される。一方、交流電源１が停電した時には、蓄電手段５の蓄電電圧が昇降圧部４において昇圧された後、変換器３の双方向コンバータＣＮＶにおいて交流電圧に変換され、これが変圧器２で所定の変圧比で昇圧され、規定電圧Ｖ* となって負荷６に印加される。
【００３７】
したがって、この場合も、上記第１の実施の形態と同様に、変換器３の容量は、交流電源１の出力電圧変動の補償範囲分相当でよいから、上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
この第３の実施の形態における無停電電源装置１００は、図４に示すように、交流電源１と負荷６との間の交流電源１の両極に、連動して作動する一対の切り離しスイッチ７が設けられている。また、切り離しスイッチ７と負荷６との間に負荷６と並列に上記第１の実施の形態と同様に構成された変換器３が接続されているが、この第３の実施の形態における変換器３は、前記交流電源１の実出力電圧ＶREL を前記負荷６への規定電圧Ｖ* に補正するための補正電圧ΔＶを変圧器２から出力するための補助電圧Ｖ′を出力するようになっている。
【００３８】
そして、この変換器３の前記補助電圧Ｖ′の出力側が、変圧器２の二次側に接続され、その一次側は、切り離しスイッチ７と負荷６との間の、前記変換器３の並列接続点よりも負荷６側に直列に接続されている。また、この変換器３には、昇降圧部４を介して蓄電手段５が接続されている。
そして、前記変換器３は上記第１の実施の形態と同様に構成され、そのコンデンサＣ１の両端が切り離しスイッチ７と負荷６との間に負荷６と並列に接続され、コンデンサＣ２が変圧器２の二次側に接続されている。
【００３９】
そして、制御回路１０は、上記第１の実施の形態と同様に、前記交流電源１と切り離しスイッチ７との間に設けられた停電検出器８で検出される交流電源１の実出力電圧ＶREL に基づいて、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０を制御し、実出力電圧ＶREL が、予め設定した許容範囲を越えて変動しないときには、切り離しスイッチ７を導通状態に制御し、前記双方向コンバータＣＮＶを整流動作させると共に、インバータＩＮＶを制御し、インバータＩＮＶの出力電圧が、このインバータＩＮＶの出力電圧を変圧器２で変圧したときの変圧器２の一次側の電圧が、負荷６に供給すべき規定電圧Ｖ* と前記停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL との差、つまり補正電圧ΔＶとなるように、インバータＩＮＶを制御する。
【００４０】
また、電圧検出器９の検出電圧に基づき蓄電手段５が満充電状態でないことを検出したときには、前記昇降圧部４を降圧チョッパ回路として動作させ、蓄電手段５への充電を行う。
一方、前記実出力電圧ＶREL が許容範囲を越え、つまり、交流電源１の出力電圧の変動が大きいとき、或いは交流電源１が停電しているときには、前記切り離しスイッチ７を非導通状態に制御し、インバータＩＮＶを停止させる。そして、前記昇降圧部４を昇圧チョッパ回路として動作させ、蓄電手段５の蓄電電圧を平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧してこれを平滑コンデンサＣｄの両端に印加させ、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させて、平滑コンデンサＣｄの両端の直流電圧を交流電圧に変換する。このとき、双方向コンバータＣＮＶにおいて交流電圧が規定電圧Ｖ* となるようにインバータ動作を行わせる。
【００４１】
なお、前記変圧器２の変圧比は、例えば前記変換器３で出力可能な補助電圧Ｖ′と前記負荷６への規定電圧Ｖ* 及び交流電源１の実出力電圧ＶREL とに基づいて、補助電圧Ｖ′を規定電圧Ｖ* と実出力電圧ＶREL との差である補正電圧ΔＶに変換し得る変圧比に設定される。
次に、上記第３の実施の形態の動作を説明する。
【００４２】
今、交流電源１が正常に動作している場合には、停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL が許容範囲内にあるから、制御回路１０は、前記切り離しスイッチ７を導通状態に制御すると共に、前記双方向コンバータＣＮＶを整流動作させる。また、インバータＩＮＶを制御し、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも低い場合には、変圧器２の一次側電圧が、実出力電圧ＶREL と同相であり且つ実出力電圧ＶREL 及び規定電圧Ｖ* との差である補正電圧ΔＶとなるような、補助電圧Ｖ′を出力させ、逆に、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも大きい場合には、変圧器２の一次側電圧が、実出力電圧ＶREL と逆相であり且つ補正電圧ΔＶとなるような、補助電圧Ｖ′を出力させる。
【００４３】
これによって、交流電源１の出力電圧は、変換器３の双方向コンバータＣＮＶによって整流されて直流電圧に変換され、平滑コンデンサＣｄで平滑化された後、インバータＩＮＶに供給される。そして、このインバータＩＮＶで交流電圧に変換されてこれが、補助電圧Ｖ′として変圧器２の二次側に印加される。そして、変圧器２で予め設定された変圧比で降圧され、これが、実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差である補正電圧ΔＶとなって、交流電源１と負荷６との間の変換器３の接続点よりも負荷６側に直列に印加される。
【００４４】
したがって、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも低い場合には、変圧器２からは、実出力電圧ＶREL と同相の補正電圧ΔＶが出力されることになって、実出力電圧ＶREL と補正電圧ΔＶとの和、つまり、規定電圧Ｖ* が負荷６の両端に印加されることになる。逆に、実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* よりも高い場合には、実出力電圧ＶREL と逆相の補正電圧ΔＶが変圧器２から出力されることになって、実出力電圧ＶREL から補正電圧ΔＶを減算した電圧、つまり、規定電圧Ｖ* が負荷６の両端に印加されることになる。よって、実出力電圧ＶREL が変動した場合であっても、その変動分が補正電圧ΔＶによって補正されることになって、負荷６には、実出力電圧ＶREL の変動に係わらず規定電圧Ｖ* が印加されることになる。
【００４５】
この状態から、交流電源１が停電する等によって、その出力電圧が著しく低下すると、実出力電圧ＶREL が許容範囲外となることから、制御回路１０では、切り離しスイッチ７を非導通状態にし、インバータＩＮＶを停止させ、昇降圧部４を昇圧チョッパ回路として動作させると共に、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させる。
【００４６】
これによって、交流電源１が負荷６から切り離され、蓄電手段５の蓄電電圧が昇降圧部４によって平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧され、この両端電圧が、双方向コンバータＣＮＶによって規定電圧Ｖ* の交流電圧に変換されてこれが負荷６に供給される。
したがって、交流電源１が停電した場合等その出力電圧が許容範囲外となった場合には、蓄電手段５の蓄電電圧をもとに負荷６に規定電圧Ｖ* が印加されることになって、負荷６には継続して規定電圧Ｖ* が印加されることになる。
【００４７】
そして、この状態から、交流電源１が停電から復旧した場合等には、実出力電圧ＶREL が許容範囲内に収まるようになるから、制御回路１０では、再度切り離しスイッチ７を導通状態に切り替え、双方向コンバータＣＮＶを整流動作させると共に、変圧器２の一次側電圧が実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差ΔＶとなり得る、補助電圧Ｖ′を出力するようインバータＩＮＶを制御する。また、昇降圧部４の昇圧動作を停止する。
【００４８】
これによって、交流電源１からの交流出力が規定電圧Ｖ* となるように補正されて負荷６に印加されるようになる。
また、このとき、先の交流電源１の停電によって、蓄電手段５の放電が行われて電圧検出器９からの検出電圧に基づいて充電手段５が満充電状態ではないと判定されるときには、昇降圧部４を降圧チョッパ回路として動作させ、双方向コンバータＣＮＶで整流した電圧を降圧して蓄電手段５を充電する。そして、この充電によって蓄電手段５が満充電状態となったとき、昇降圧部４の降圧動作を停止する。
【００４９】
したがって、この場合も、上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
この第４の実施の形態は、上記第３の実施の形態において、交流電源１及び負荷６に対する変圧器２及び変換器３の接続を逆にしたこと以外は同様であるので、同一部の詳細な説明は省略する。
【００５０】
すなわち、この第４の実施の形態においては、図５に示すように、交流電源１と負荷６との間の交流電源１の両極に、連動して作動する一対の切り離しスイッチ７が設けられている。また、切り離しスイッチ７と負荷６との間に、負荷６と並列に、前記補助電圧Ｖ′を出力するための変換器３が接続されている。そして、この変換器３の補助電圧Ｖ′の出力側が、変圧器２の二次側に接続され、その一次側は、切り離しスイッチ７と前記負荷６との間の、前記変換器３の並列接続点よりも切り離しスイッチ７側に直列に接続されている。また、この変換器３には、昇降圧部４を介して蓄電手段５が接続されている。
【００５１】
そして、前記変換器３は上記第１の実施の形態と同様に構成され、コンデンサＣ１の両端が切り離しスイッチ７と負荷６との間に負荷６と並列に接続され、コンデンサＣ２が変圧器２の二次側に接続されている。
そして、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ１０及び切り離しスイッチ７を上記第３の実施の形態と同様に制御することによって、交流電源１が正常時には、交流電源１の実出力電圧ＶREL が、双方向コンバータＣＮＶで整流されて直流電圧に変換されこれがインバータＩＮＶで、補助電圧Ｖ′に補正されて変圧器２の二次側に印加され、これが変圧器２で変圧されて補正電圧ΔＶとして出力されこれによって、交流電源１の実出力電圧ＶREL が規定電圧Ｖ* に補正されて負荷６に印加される。そして、停電時には、蓄電手段５の蓄電電圧が昇圧された後、双方向コンバータＣＮＶによって規定電圧Ｖ* の交流電圧に変換され、これが負荷６に印加される。
【００５２】
したがって、この場合も、上記第３の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。
この第５の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、変換器３及び昇降圧部４の構成が異なること以外は上記第１の実施の形態と同様であるので、同一部には同一符号を付与しその詳細な説明は省略する。
【００５３】
すなわち、この第５の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４は、図６に示すように、二つずつ直列に接続されたトランジスタ等の自己消孤形のスイッチング素子の直列接続部１１〜１４が、４組、並列に接続されている。また、また各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８には、それぞれ逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ８が接続されている。
【００５４】
そして、上記第１の実施の形態と同様に、直列接続部１１及び１２が整流動作及びインバータ動作が可能な双方向コンバータＣＮＶを構成し、直列接続部１３及び１４が、インバータＩＮＶを構成し、これら双方向コンバータＣＮＶとインバータＩＮＶとの間に、これらと並列に平滑コンデンサＣｄが接続されている。そして、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２の直列接続点にリアクトルＬ１が接続され、このリアクトルＬ１の他端と、スイッチング素子Ｓ３及びＳ４の直列接続点との間にコンデンサＣ１が接続され、リアクトルＬ１とコンデンサＣ１とでフィルタを構成している。そして、コンデンサＣ１の両端が前記変圧器２の二次側に接続されている。
【００５５】
また、スイッチング素子Ｓ７及びＳ８の直列接続点にリアクトルＬ２が接続され、このリアクトルＬ２の他端と、前記スイッチング素子Ｓ５及びＳ６の直列接続点との間にコンデンサＣ２が接続され、さらに、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２との間に切り替えスイッチＳＷ１が設けられ、その接点ａがリアクトルＬ２と接続され、接点ｂがコンデンサＣ２と接続されている。そして、切り替えスイッチＳＷ１の接点ｃと、直列接続部１３及び１４の低電位側との間に蓄電手段５が接続され、切り替えスイッチＳＷ１は、リアクトルＬ２と、コンデンサＣ２又は蓄電手段５との接続を選択的に切り替えるようになっている。
【００５６】
そして、切り替えスイッチＳＷ１によって、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２とが接続されているときには、直列接続部１３及び１４によってインバータを構成すると共に、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２とでフィルタを構成する。逆に、切り替えスイッチＳＷ１によって、リアクトルＬ２と蓄電手段５とが接続されているときには、直列接続部１４とリアクトルＬ２とでチョッパ回路を構成するようになっている。
【００５７】
そして、これらスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８及び切り替えスイッチＳＷ１を、制御回路１０によって制御するようになっている。
つまり、制御回路１０は、停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL が許容範囲を越えて変動しないときには、切り離しスイッチ７を導通状態、切り替えスイッチＳＷ１を、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２とを接続するように制御すると共に、前記双方向コンバータＣＮＶを整流動作させ、直列接続部１３及び１４をインバータとして制御し、その出力電圧が、負荷６に供給すべき規定電圧Ｖ* と前記停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL との差となるように制御する。
【００５８】
一方、前記実出力電圧ＶREL が許容範囲を越え、つまり、交流電源１の出力電圧の変動が大きいとき、或いは交流電源１が停電しているときには、前記切り離しスイッチ７を非導通状態に制御すると共に、前記切り替えスイッチＳＷ１を制御してリアクトルＬ２と蓄電手段５とを接続し、前記直列接続部１４及びリアクトルＬ２とでチョッパ回路を構成し、これを昇圧チョッパ回路として動作させて、蓄電手段５の蓄電電圧を、平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧し、これを平滑コンデンサＣｄの両端に印加させると共に、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させ、双方向コンバータＣＮＶの交流出力を変圧器２で昇圧して、これを負荷６に印加する。
【００５９】
そして、この状態から、交流電源１が正常状態に復帰すると、実出力電圧ＶREL が許容範囲内に収まることから、切り離しスイッチ７を導通状態に制御すると共に、切り替えスイッチＳＷ１を制御してリアクトルＬ２とコンデンサＣ２とを接続し、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させると共に、直列接続部１３及び１４をインバータとして動作させる。
【００６０】
また、蓄電手段５の蓄電圧を検出するための電圧検出器９で検出される検出電圧から蓄電手段５が満充電状態でないことを検出したときには、図６に示すように、蓄電手段５の両端に充電器５ａを接続し、この充電器５ａを図示しない交流電源を電力源として作動させて前記蓄電手段５への蓄電を行う。
したがって、この場合、直列接続部１３及び１４とでインバータＩＮＶを構成し、また、インバータＩＮＶを構成する直列接続部１４と、フィルタを構成するリアクトルＬ２とでチョッパ回路つまり昇降圧部４を構成するようにし、直列接続部１４及びリアクトルＬ２を切り替えて使用するようにしたから、その分、変換器３を構成する素子数の削減を図ることができる。
【００６１】
また、このとき、交流電源１が正常な場合にのみ、インバータＩＮＶを必要とし、交流電源１が異常な場合にのみ昇降圧部を必要としているから、これらを切り替えるようにしても何ら問題はない。
なお、整流後の電圧は、一定平滑に限らず脈動を持っていても動作上の問題はない。特に、全波整流状にすることによってより高効率化を図ることができる。
【００６２】
また、上記第５の実施の形態においては、本発明における変換器３及び昇降圧部４を第１の実施の形態に適用した場合について説明したが、第２から第４の実施の形態に適用できることはいうまでもない。
この場合、前記第２の実施の形態に適用した場合には、第５の実施の形態と同様に、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８及び切り替えスイッチＳＷ１を制御すればよい。また、前記第３及び第４の実施の形態に適用した場合にも、上記第５の実施の形態と同様に制御を行えばよいが、第３及び第４の実施の形態に適用した場合には、インバータＩＮＶでは、双方向コンバータＣＮＶからの直流電圧を、実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差に応じた補助電圧Ｖ′に変換する。そして、これが変圧器２に出力されて補正電圧ΔＶに降圧されて、交流電源１と負荷６との間に直列に印加される。一方、停電時には、蓄電手段５の蓄電電圧を平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧し、これを双方向コンバータＣＮＶで交流電圧に変換してこれを規定電圧Ｖ* として負荷６に供給する。
【００６３】
ここで、変換器３及び昇降圧部４が電力変換手段に対応し、直列接続部１１が第１の直列接続部に対応し、直列接続部１２が第２の直列接続部に対応し、直列接続部１３が第３の直列接続部に対応し、直列接続部１４が第４の直列接続部に対応し、リアクトルＬ１が第１のリアクトルに対応し、コンデンサＣ１が第１のコンデンサに対応し、リアクトルＬ２が第２のリアクトルに対応し、コンデンサＣ２が第２のコンデンサに対応し、切り替えスイッチＳＷ１が切り替え手段に対応している。
【００６４】
次に、本発明の第６の実施の形態を説明する。
この第６の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、変換器３の構成が異なること以外は、上記第１の実施の形態と同様であるので、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
すなわち、この第６の実施の形態における変換器３は、図７に示すように、前記図２に示す第１の実施の形態における変換器３において、インバータＩＮＶを構成するスイッチング素子Ｓ５及びＳ６の直列接続部１３に替えて、同一容量値を有する二つのコンデンサＣ３及びＣ４を直列に接続したコンデンサ接続部１７が設けられている。そして、このコンデンサ接続部１７とスイッチング素子Ｓ７及びＳ８の直列接続部１４とでインバータＩＮＶが構成されている。
【００６５】
ここで、変換器３の出力側は、交流電源１の出力電圧変動分を補償できる電圧を出力できれば十分であるから、インバータＩＮＶをいわゆるハーフブリッジ構成とすることで、スイッチング素子数の低減を図ることができる。
また、この場合も入力及び出力を反転しても適用可能であるが、一般には反転せずに適用したほうが、本実施例の特徴をいかすことができる。
【００６６】
なお、上記第６の実施の形態においては、前記第１の実施の形態における変換器３に適用した場合について説明したが、上記第２から第４の実施の形態に適用することができることはいうまでもない。
次に、本発明の第７の実施の形態を説明する。
この第７の実施の形態は、前記第５の実施の形態における変換器３において、インバータＩＮＶをハーフブリッジ構成としたものである。すなわち、図８に示すように、図６に示す第５の実施の形態における直列接続部１３に替えて、同一容量値を有する二つのコンデンサＣ３及びＣ４が直列に接続されたコンデンサ接続部１７を接続し、この直列接続部１３とコンデンサ接続部１７とでインバータＩＮＶを構成する。
【００６７】
この場合も、変換器３の出力側は、交流電源１の出力電圧変動分を補償できる電圧を出力できれば十分であるから、インバータＩＮＶをいわゆるハーフブリッジ構成とすることで、スイッチング素子数の低減を図ることができる。
次に、本発明の第８の実施の形態を説明する。
この第８の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、昇降圧部４が削除され、変換器３の構成が異なること以外は、上記第１の実施の形態と同様であるので、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
【００６８】
すなわち、この第８の実施の形態における変換器３は、図９に示すように、二つずつ直列に接続されたトランジスタ等の自己消孤形のスイッチング素子の直列接続部１１〜１４が、並列に接続されている。また各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８には、それぞれ逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ８が接続されている。また、直列接続部１２と直列接続部１３との間には、平滑コンデンサＣｄがこれらと並列に接続され、さらに、この平滑コンデンサＣｄと直列接続部１２との間にこれらと並列に、蓄電手段５が接続されている。
【００６９】
そして、前記直列接続部１１及び１２から双方向コンバータＣＮＶを構成し、スイッチング素子Ｓ１及びＳ２の直列接続点がリアクトルＬ１を介してコンデンサＣ１の一端に接続され、その他端はスイッチング素子Ｓ３及びＳ４の直列接続点に接続されている。
また、前記直列接続部１３及び１４でインバータＩＮＶを構成し、スイッチング素子Ｓ５及びＳ６の直列接続点がリアクトルＬ２を介してコンデンサＣ２の一端に接続され、その他端はスイッチング素子Ｓ７及びＳ８の直列接続点に接続されている。
【００７０】
そして、これらのスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ８は、制御回路１０によって制御されるようになっている。すなわち、交流電源１が正常である場合には、双方向コンバータＣＮＶを整流動作させ、インバータＩＮＶを、その出力が、交流電源１の実出力電圧ＶREL と負荷に供給すべき規定電圧Ｖ* との差である補正電圧ΔＶとなるように制御する。このとき、蓄電手段５が満充電状態でないときには、蓄電手段５への充電が行われる。
【００７１】
これによって、交流電源１の出力電圧が直流電圧に変換され、平滑コンデンサＣｄの両端電圧は前記蓄電手段５の蓄電電圧と同一に保たれるように制御され、この両端電圧がインバータＩＮＶによって交流の補正電圧ΔＶに変換されて、交流電源１と負荷６との間に直列に印加されて、負荷６には規定電圧Ｖ* が印加される。
【００７２】
逆に、交流電源１が停電した場合等正常でない場合には、インバータＩＮＶの動作を停止し、双方向コンバータＣＮＶをインバータとして動作させることによって、蓄電手段５の蓄電電圧が双方向コンバータＣＮＶにおいて交流電力に変換されて変圧器２の二次側に印加され、これが所定の変圧比で増圧されて負荷６に供給される。
【００７３】
なお、この場合、前記蓄電手段５の電圧は、入力電圧に応じて設定するようにすればよい。
したがって、この場合も、上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
なお、上記第８の実施の形態においては、上記第１の実施の形態に適用した場合について説明したが、第２乃至第４の実施の形態に適用することも可能である。特に、前記第１及び第２の実施の形態に適用した場合には、蓄電手段５の電圧をより低くすることが可能である。
【００７４】
そして、前記第２の実施の形態に適用する場合には、上記第８の実施の形態と同様に制御を行えばよい。また、前記第３及び第４の実施の形態に適用する場合にも、上記第８の実施の形態と同様に制御を行えばよいが、第３及び第４の実施の形態に適用した場合には、インバータＩＮＶでは、双方向コンバータＣＮＶからの直流電圧を、実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差に応じた補助電圧Ｖ′に変換する。そして、これが変圧器２に出力されて補正電圧ΔＶに降圧されて、交流電源１と負荷６との間に直列に印加される。一方、停電時には、蓄電手段５の蓄電電圧を双方向コンバータＣＮＶで交流電圧に変換し規定電圧Ｖ* として負荷６に供給する。
【００７５】
ここで、変換器３が電力変換手段に対応し、直列接続部１１が第１の直列接続部に対応し、直列接続部１２が第２の直列接続部に対応し、直列接続部１３が第３の直列接続部に対応し、直列接続部１４が第４の直列接続部に対応し、リアクトルＬ１が第１のリアクトルに対応し、コンデンサＣ１が第１のコンデンサに対応し、リアクトルＬ２が第２のリアクトルに対応し、コンデンサＣ２が第２のコンデンサに対応している。
【００７６】
次に、本発明の第９の実施の形態を説明する。
この第９の実施の形態は、上記第１の実施の形態において、変換器３及び昇降圧部４の構成が異なること以外は、上記第１の実施の形態と同様であるので、同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
すなわち、この第９の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４は、図１０に示すように、二つずつ直列に接続されたトランジスタ等の自己消孤形のスイッチング素子の直列接続部１１〜１３が、並列に接続されている。また、各スイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４及びＳ７，Ｓ８には、それぞれ逆並列にダイオードＤ１〜Ｄ４，Ｓ７，Ｄ８が接続されている。
【００７７】
また、直列接続部１２と直列接続部１４との間には、平滑コンデンサＣｄがこれらと並列に接続され、さらに、この平滑コンデンサＣｄと直列接続部１４との間にこれらと並列に、直列に接続された同一容量値を有するコンデンサＣ３及びＣ４からなるコンデンサ接続部１７が接続されている。
さらに、逆並列にダイオードＤ９及びＤ１０がそれぞれに接続されたスイッチング素子Ｓ９及びＳ１０からなる直列接続部１５が、平滑コンデンサＣｄとコンデンサ接続部１７との間にこれらと並列に接続され、直列接続部１５のスイッチング素子Ｓ９及びＳ１０の直列接続点がリアクトルＬ３を介して、コンデンサ接続部１７の両端に接続された蓄電手段５の高電位側に接続されている。
【００７８】
そして、前記直列接続部１１及び１２が双方向コンバータＣＮＶを構成し、直列接続部１１のスイッチング素子Ｓ１及びＳ２の直列接続点がリアクトルＬ１を介してコンデンサＣ１の一端に接続され、その他端は、直列接続部１２のスイッチング素子Ｓ３及びＳ４の直列接続点に接続されている。そして、コンデンサＣ１の両端が前記変圧器２の二次側に接続されている。
【００７９】
また、前記直列接続部１５とリアクトルＬ３とで昇降圧部４を形成している。さらに、前記コンデンサ接続部１７と直列接続部１３とでハーフブリッジ形のインバータＩＮＶを構成し、直列接続部１３のスイッチング素子Ｓ７及びＳ８の直列接続点がリアクトルＬ２を介してコンデンサＣ２の一端に接続され、その他端は、コンデンサ接続部１７のコンデンサどうしの直列接続点に接続されている。
【００８０】
そして、これらスイッチング素子Ｓ１〜Ｓ４及びＳ７〜Ｓ１０を制御回路１０によって制御するようになっている。
つまり、制御回路１０は、停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL が、許容範囲を越えて変動しないときには、双方向コンバータＣＮＶを整流動作させ、昇降圧部４を降圧チョッパ回路として動作させ、インバータＩＮＶを、その出力電圧が、負荷６に供給すべき規定電圧Ｖ* と、前記停電検出器８で検出される実出力電圧ＶREL との差である補正電圧ΔＶとなるように制御する。
【００８１】
これによって、交流電源１の出力電圧は双方向コンバータＣＮＶで直流電圧に変換され、昇降圧部４で蓄電手段５の満充電電圧に変換されて、必要に応じて充電が行われ、この蓄電手段５の両端電圧が、インバータＩＮＶによって、交流の補正電圧ΔＶに変換される。
一方、前記実出力電圧ＶREL が許容範囲を越え、つまり、交流電源１の出力電圧の変動が大きいとき、或いは交流電源１が停電しているときには、インバータＩＮＶの動作を停止し、昇降圧部４を昇圧チョッパ回路として動作させて蓄電手段５の蓄電電圧を昇圧し、平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧する。そして、双方向コンバータＣＮＶをインバータ動作させることによって、平滑コンデンサＣｄの両端電位を交流電圧、つまり、変圧器２の一次側が規定電圧Ｖ* となり得る交流電圧に変換する。
【００８２】
したがって、この場合も上記第１の実施の形態と同等の作用効果を得ることができる。
なお、この場合も、上記第２乃至第４の実施の形態に適用することが可能である。特に、第１及び第２の実施の形態に適用した場合には、変圧器２の変圧比を適切に設定することによって、スイッチング素子としての半導体素子の耐圧を低くすることができるから、導通損失を低減することができ、より一層の高効率化を図ることができる。
【００８３】
そして、前記第２の実施の形態に適用する場合には、上記第９の実施の形態と同様に制御を行えばよい。また、前記第３及び第４の実施の形態に適用する場合にも、上記第９の実施の形態と同様に制御を行えばよいが、第３及び第４の実施の形態に適用した場合には、インバータＩＮＶでは、双方向コンバータＣＮＶからの直流電圧を、実出力電圧ＶREL と規定電圧Ｖ* との差に応じた補助電圧Ｖ′に変換する。そして、これが変圧器２に出力されて補正電圧ΔＶに降圧されて、交流電源１と負荷６との間に直列に印加される。一方、停電時には、蓄電手段５の蓄電電圧を平滑コンデンサＣｄの両端電位と整合をとるように昇圧し、これを双方向コンバータＣＮＶで交流電圧に変換し規定電圧Ｖ* として負荷６に供給する。
【００８４】
ここで、変換器３及び昇降圧部４が電力変換手段に対応し、直列接続部１１が第１の直列接続部に対応し、直列接続部１２が第２の直列接続部に対応し、直列接続部１４が第３の直列接続部に対応し、直列接続部１５が第５の直列接続部に対応し、リアクトルＬ１が第１のリアクトルに対応し、コンデンサＣ１が第１のコンデンサに対応し、リアクトルＬ２が第２のリアクトルに対応し、コンデンサＣ２が第２のコンデンサに対応し、リアクトルＬ３が第３のリアクトルに対応している。
【００８５】
なお、上記第５〜第９の実施の形態においては、変換器３の双方向コンバータＣＮＶを４つのスイッチング素子を直列に二つずつ接続して構成した場合について説明したがこれに限るものではなく、整流動作及びインバータ動作を行うことができればよい。
【００８６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１乃至請求項１０に係る無停電電源装置によれば
交流電源の出力電圧変動に対する補償範囲を広げることができ、蓄電手段の使用頻度を削減し信頼性を向上させることができる。特に請求項１から請求項８記載の発明によれば、電力変換手段の容量を、交流電源の出力電圧変動分に相当する容量とすることができるから、損失低減を図ることができ、定常運転時の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態における無停電電源装置の概略構成図である。
【図２】図１の変換器３及び昇降圧部４の一例を示す構成図である。
【図３】第２の実施の形態における無停電電源装置の概略構成図である。
【図４】第３の実施の形態における無停電電源装置の概略構成図である。
【図５】第４の実施の形態における無停電電源装置の概略構成図である。
【図６】第５の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４を示す構成図である。
【図７】第６の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４を示す構成図である。
【図８】第７の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４を示す構成図である。
【図９】第８の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４を示す構成図である。
【図１０】第９の実施の形態における変換器３及び昇降圧部４を示す構成図である。
【図１１】従来の無停電電源装置の一例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１ 交流電源
２ 変圧器
３ 変換器
４ 昇降圧部
５ 蓄電手段
６ 負荷
７ 切り離しスイッチ
８ 停電検出器
９ 電圧検出器
１０ 制御回路
１１〜１５ スイッチング素子の直列接続部
１７ コンデンサ接続部
Claims (10)
- 交流電源が健全なときには当該交流電源から負荷に給電を行い、前記交流電源が停電したときには蓄電手段から負荷に給電を行うようにした無停電電源装置において、
前記交流電源と前記負荷との間に介挿され前記交流電源が健全でないとき前記交流電源と前記負荷とを切り離す切り離しスイッチと、
当該切り離しスイッチと前記負荷との間に接続され且つ前記負荷と並列にその一次側が接続された変圧器と、
当該変圧器の二次側に入力側が接続され、出力側が前記切り離しスイッチ及び前記負荷間に直列に接続される電力変換手段と、
当該電力変換手段に接続された蓄電手段と、を備え、
前記変圧器は一次側が高圧側、二次側が低圧側となる変圧比を有し、
前記電力変換手段は、前記交流電源が健全なときには、前記変圧器からの入力電圧を前記交流電源の出力電圧と前記負荷に供給すべき規定電圧との差からなる交流電圧に変換して前記出力側から出力し、前記交流電源が停電したときには、前記蓄電手段の蓄電電圧を所定の交流電圧に変換しこれを前記入力側から出力して前記変圧器の二次側を励磁するようになっていることを特徴とする無停電電源装置。 - 前記電力変換手段は、整流動作及びインバータ動作が可能な双方向コンバータ部と、
当該双方向コンバータ部と並列に接続されたインバータ部と、を備えることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。 - 前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第４の直列接続部と、
前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、
前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続される第１のコンデンサと、
前記第４の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、
前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、
前記第１乃至第４の直列接続部と並列に接続され、且つ逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つ接続された第５の直列接続部及び平滑コンデンサと、
当該第５の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続される第３のリアクトルと、を備え、
前記第３のリアクトルの他端と前記平滑コンデンサの低電位側との間に前記蓄電手段を接続するようになっていることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。 - 前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第４の直列接続部と、
前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、
前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、
前記第４の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、
前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、
前記第１乃至第４の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、
前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサとの間に介挿され且つ前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサ又は前記第３の直列接続部の低電位側に接続された前記蓄電手段との接続を選択的に切り替える切り替え手段と、を備え、
当該切り替え手段は、前記交流電源が停電している間、前記第２のリアクトルと前記蓄電手段とを接続するようになっていることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。 - 前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第３の直列接続部と、
前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、
前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、
前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、前記第３の直列接続部と並列に接続され且つ同一容量値を有する二つのコンデンサが直列に接続されたコンデンサ接続部と、
当該コンデンサ接続部のコンデンサどうしの接続点と前記第３のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、
前記第１乃至第３の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、
当該平滑コンデンサと並列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つ接続された第５の直列接続部と、
当該第５の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第３のリアクトルとを備え、
当該第３のリアクトルの他端と前記第５の直列接続部の低電位側との間に前記蓄電手段を接続するようになっていることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。 - 前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第３の直列接続部と、
前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、
前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、
前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、
前記第３の直列接続部と並列に接続され且つ同一容量値を有する二つのコンデンサが直列に接続されたコンデンサ接続部と、
当該コンデンサ接続部のコンデンサどうしの接続点と前記第３のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、
前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサとの間に介挿され且つ前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサ又は前記第３の直列接続部の低電位側に接続された前記蓄電手段との接続を選択的に切り替える切り替え手段と、を備え、
当該切り替え手段は、前記交流電源が停電している間、前記第２のリアクトルと前記蓄電手段とを接続するようになっていることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。 - 前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第４の直列接続部と、
前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、
前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、
前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、
前記第４の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、
前記第１乃至第４の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、を備え、
当該平滑コンデンサと並列に前記蓄電手段を接続するようになっていることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。 - 前記電力変換手段は、逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第３の直列接続部と、
前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、
前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、
前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、
前記第３の直列接続部と並列に接続され且つ同一容量値を有する二つのコンデンサが直列に接続されたコンデンサ接続部と、
当該コンデンサ接続部のコンデンサどうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、
前記第１乃至第３の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、
当該平滑コンデンサと並列に接続され且つ逆並列にダイオードが接続された二つのスイッチング素子が直列に接続された第５の直列接続部と、
当該第５の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記コンデンサ接続部の両端に接続された前記蓄電手段の高電位側との間に接続される第３のリアクトルと、を備えることを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。 - 交流電源が健全なときには当該交流電源から負荷に給電を行い、前記交流電源が停電したときには蓄電手段から負荷に給電を行うようにした無停電電源装置において、
前記交流電源と前記負荷との間に介挿され前記交流電源が健全でないとき前記交流電源と前記負荷とを切り離す切り離しスイッチと、
当該切り離しスイッチと前記負荷との間にその一次側が直列に接続された変圧器と、
入力側が前記切り離しスイッチ及び前記負荷間に前記負荷と並列に接続され、出力側が前記変圧器の二次側に接続される電力変換手段と、
当該電力変換手段に接続された蓄電手段と、を備え、
前記電力変換手段は、
前記交流電源が健全なときには、前記交流電源からの入力電圧を前記交流電源の出力電圧と前記負荷に供給すべき規定電圧との差に応じた交流電圧に変換しこれを前記出力側から出力して前記変圧器の二次側を励磁し、前記交流電源が停電したときには、前記蓄電手段の蓄電電圧を所定の交流電圧に変換しこれを前記入力側から出力して前記負荷に供給し、
さらに、前記電力変換手段は、
逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第４の直列接続部と、
前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、
前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、
前記第４の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、
前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第２のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、
前記第１乃至第４の直列接続部と並列に接続された平滑コンデンサと、
前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサとの間に介挿され且つ前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサ又は前記第３の直列接続部の低電位側に接続された前記蓄電手段との接続を選択的に切り替える切り替え手段と、を備え、
前記切り替え手段は、前記交流電源が停電している間、前記第２のリアクトルと前記蓄電手段とを接続することを特徴とする無停電電源装置。 - 交流電源が健全なときには当該交流電源から負荷に給電を行い、前記交流電源が停電したときには蓄電手段から負荷に給電を行うようにした無停電電源装置において、
前記交流電源と前記負荷との間に介挿され前記交流電源が健全でないとき前記交流電源と前記負荷とを切り離す切り離しスイッチと、
当該切り離しスイッチと前記負荷との間にその一次側が直列に接続された変圧器と、
入力側が前記切り離しスイッチ及び前記負荷間に前記負荷と並列に接続され、出力側が前記変圧器の二次側に接続される電力変換手段と、当該電力変換手段に接続された蓄電手段と、を備え、
前記電力変換手段は、
前記交流電源が健全なときには、前記交流電源からの入力電圧を前記交流電源の出力電圧と前記負荷に供給すべき規定電圧との差に応じた交流電圧に変換しこれを前記出力側から出力して前記変圧器の二次側を励磁し、前記交流電源が停電したときには、前記蓄電手段の蓄電電圧を所定の交流電圧に変換しこれを前記入力側から出力して前記負荷に供給し、
さらに、前記電力変換手段は、
逆並列にダイオードが接続された自己消弧形のスイッチング素子が直列に二つずつ接続され且つこれらが並列に接続された第１乃至第３の直列接続部と、
前記第１の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第１のリアクトルと、
前記第２の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点と前記第１のリアクトルの他端との間に接続された第１のコンデンサと、
前記第３の直列接続部のスイッチング素子どうしの接続点に一端が接続された第２のリアクトルと、
前記第３の直列接続部と並列に接続され且つ同一容量値を有する二つのコンデンサが直列に接続されたコンデンサ接続部と、
当該コンデンサ接続部のコンデンサどうしの接続点と前記第３のリアクトルの他端との間に接続された第２のコンデンサと、
前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサとの間に介挿され且つ前記第２のリアクトルと前記第２のコンデンサ又は前記第３の直列接続部の低電位側に接続された前記蓄電手段との接続を選択的に切り替える切り替え手段と、を備え、
前記切り替え手段は、前記交流電源が停電している間、前記第２のリアクトルと前記蓄電手段とを接続することを特徴とする無停電電源装置。
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