JP6034267B2 - 無停電電源システム - Google Patents

Description

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

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

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

特開平５−３８０５５号公報 特表２００１−５０２５１９号公報

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

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

この発明に係る無停電電源システムは、商用交流電源から供給される交流電力を受ける１次巻線と、互いに絶縁された複数の２次巻線とを含む変圧器と、それぞれ複数の２次巻線に対応して設けられ、各々が、対応の２次巻線の端子間電圧を直流電圧に変換するコンバータと、コンバータで生成された直流電圧を交流電圧に変換するインバータとを含む複数の無停電電源装置とを備える。複数のインバータは負荷に対して直列接続され、各段のインバータは前段の出力電圧に自己の出力電圧を加算して次段に出力し、最終段のインバータは複数のインバータの出力電圧の総和の交流電圧を負荷に与える。この無停電電源システムは、さらに、商用交流電源から交流電力が正常に供給されている通常時は、商用交流電源から供給される交流電力をフライホイール装置の回転エネルギーに変換し、商用交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、フライホイール装置に蓄えられた回転エネルギーを交流電力に変換して変圧器の１次巻線に与えるエネルギー蓄積装置を備える。

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

この発明の実施の形態１による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。 図１に示した入力変圧器の構成を示す回路図である。 図１に示した高圧無停電電源装置の構成を示す回路図である。 図３に示した無停電電源装置の構成を示す回路図である。 図１に示した電力変換器の構成を示す回路図である。 実施の形態１の変更例を示す回路図である。 実施の形態１の他の変更例を示す回路図である。 この発明の実施の形態２による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。 図８に示した高圧無停電電源装置の構成を示す回路図である。 図９に示した無停電電源装置の構成を示す回路図である。 図９に示した高圧無停電電源装置のうちのＵ相に関連する部分の動作を示すタイムチャートである。 実施の形態２の変更例を示す回路図である。 実施の形態２の他の変更例を示す回路図である。 この発明の実施の形態３による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図である。

[実施の形態１]
本発明の実施の形態１による無停電電源システムは、図１に示すように、入力端子Ｔ１、バイパス端子Ｔ２、出力端子Ｔ３、スイッチＳ１〜Ｓ８、入力変圧器１、高圧無停電電源装置２、無瞬断スイッチ３、およびエネルギー蓄積装置４を備える。この無停電電源システムは、商用交流電源１０およびバイパス交流電源１１から三相三線式の商用交流電力を受けて、三相三線式の商用周波数の交流電力を負荷１２に出力する。たとえば、商用交流電力の線間電圧は３３００Ｖであり、相電圧は１９０５Ｖである。ただし、図面および説明の簡単化のため、図１では一相一線分の回路が示されている。

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

図２は、入力変圧器１の構成を示す回路図である。図２において、入力変圧器１は、３個の１次巻線ＣＲ，ＣＳ，ＣＴと、互いに絶縁された９個の２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３，ＣＶ１〜ＣＶ３，ＣＷ１〜ＣＷ３とを含む。１次巻線ＣＲ，ＣＳ，ＣＴの一方端子はそれぞれＲ相、Ｓ相、およびＴ相の交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴを受け、それらの他方端子は互いに接続されている。交流電圧ＶＲ，ＶＳ，ＶＴは、ともに１９０５Ｖであり、それらの位相は１２０度ずつずれている。

２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３は、１次巻線ＣＲと電磁結合されている。２次巻線ＣＶ１〜ＣＶ３は、１次巻線ＣＳと電磁結合されている。２次巻線ＣＷ１〜ＣＷ３は、１次巻線ＣＴと電磁結合されている。２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３の端子間には、それぞれＵ相の交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ３が出力される。２次巻線ＣＶ１〜ＣＶ３の端子間には、それぞれＶ相の交流電圧ＶＶ１〜ＶＶ３が出力される。２次巻線ＣＷ１〜ＣＷ３の端子間には、それぞれＷ相の交流電圧ＶＷ１〜ＶＷ３が出力される。交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ３，ＶＶ１〜ＶＶ３，ＶＷ１〜ＶＷ３は、ともに６３５Ｖである。Ｕ相の交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ３とＶ相の交流電圧ＶＶ１〜ＶＶ３とＷ相の交流電圧ＶＷ１〜ＶＷ３の位相は１２０度ずつずれている。

図３は、高圧無停電電源装置２の構成を示す回路ブロック図である。図３において、高圧無停電電源装置２は、制御回路１５と、９個の無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３と、３個の出力端子ＴＵ，ＴＶ，ＴＷを含む。制御回路１５は、高圧無停電電源装置２全体を制御する。たとえば制御回路１５は、高圧無停電電源装置２の出力電圧ＶＵ，ＶＶ，ＶＷが目標電圧になるように無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３を制御する。

無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３は、それぞれ２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３，ＣＶ１〜ＣＶ３，ＣＷ１〜ＣＷ３に接続される。無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３は、それぞれ２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３から受けた交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を商用周波数の交流電力に再変換する。

無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３の出力端子Ｔｃ，Ｔｄ間には、それぞれ商用周波数で定電圧（６３５Ｖ）の交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３が出力される。無停電電源装置ＵＵ１の出力端子Ｔｄは中性点ＮＰに接続され、無停電電源装置ＵＵ１，ＵＵ２の出力端子Ｔｃはそれぞれ無停電電源装置ＵＵ２，ＵＵ３の出力端子Ｔｄに接続され、無停電電源装置ＵＵ３の出力端子Ｔｃは出力端子ＴＵに接続される。

すなわち、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３は出力端子ＴＵおよび中性点ＮＰ間に直列接続される。無停電電源装置ＵＵ２は、前段の無停電電源装置ＵＵ１の出力電圧ＶＵ１１に自己の出力電圧ＶＵ１２を加算して次段に出力する。無停電電源装置ＵＵ３は、前段の無停電電源装置ＵＵ２の出力電圧ＶＵ１１＋ＶＵ１２に自己の出力電圧ＶＵ１３を加算して出力端子ＴＵに出力する。結局、出力端子ＴＵには、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３の出力電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３の総和の交流電圧ＶＵ＝ＶＵ１１＋ＶＵ１２＋ＶＵ１３が出力される。交流電圧ＶＵすなわちＵ相電圧ＶＵは、６３５×３＝１９０５Ｖである。

同様に、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３は、それぞれ２次巻線ＣＶ１〜ＣＶ３から受けた交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を商用周波数の交流電力に再変換する。無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３の出力端子Ｔｃ，Ｔｄ間には、それぞれ商用周波数で定電圧（６３５Ｖ）の交流電圧ＶＶ１１〜ＶＶ１３が出力される。無停電電源装置ＵＶ１の出力端子Ｔｄは中性点ＮＰに接続され、無停電電源装置ＵＶ１，ＵＶ２の出力端子Ｔｃはそれぞれ無停電電源装置ＵＶ２，ＵＶ３の出力端子Ｔｄに接続され、無停電電源装置ＵＶ３の出力端子Ｔｃは出力端子ＴＶに接続される。

すなわち、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３は出力端子ＴＶおよび中性点ＮＰ間に直列接続される。無停電電源装置ＵＶ２は、前段の無停電電源装置ＵＶ１の出力電圧ＶＶ１１に自己の出力電圧ＶＶ１２を加算して次段に出力する。無停電電源装置ＵＶ３は、前段の無停電電源装置ＵＶ２の出力電圧ＶＶ１１＋ＶＶ１２に自己の出力電圧ＶＶ１３を加算して出力端子ＴＶに出力する。結局、出力端子ＴＶには、無停電電源装置ＵＶ１〜ＵＶ３の出力電圧ＶＶ１１〜ＶＶ１３の総和の交流電圧ＶＶ＝ＶＶ１１＋ＶＶ１２＋ＶＶ１３が出力される。交流電圧ＶＶすなわちＶ相電圧ＶＶは、６３５×３＝１９０５Ｖである。

同様に、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３は、それぞれ２次巻線ＣＷ１〜ＣＷ３から受けた交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を商用周波数の交流電力に再変換する。無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３の出力端子Ｔｃ，Ｔｄ間には、それぞれ商用周波数で定電圧（６３５Ｖ）の交流電圧ＶＷ１１〜ＶＷ１３が出力される。無停電電源装置ＵＷ１の出力端子Ｔｄは中性点ＮＰに接続され、無停電電源装置ＵＷ１，ＵＷ２の出力端子Ｔｃはそれぞれ無停電電源装置ＵＷ２，ＵＷ３の出力端子Ｔｄに接続され、無停電電源装置ＵＷ３の出力端子Ｔｃは出力端子ＴＷに接続される。

すなわち、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３は出力端子ＴＷおよび中性点ＮＰ間に直列接続される。無停電電源装置ＵＷ２は、前段の無停電電源装置ＵＷ１の出力電圧ＶＷ１１に自己の出力電圧ＶＷ１２を加算して次段に出力する。無停電電源装置ＵＷ３は、前段の無停電電源装置ＵＷ２の出力電圧ＶＷ１１＋ＶＷ１２に自己の出力電圧ＶＷ１３を加算して出力端子ＴＷに出力する。結局、出力端子ＴＷには、無停電電源装置ＵＷ１〜ＵＷ３の出力電圧ＶＷ１１〜ＶＷ１３の総和の交流電圧ＶＷ＝ＶＷ１１＋ＶＷ１２＋ＶＷ１３が出力される。交流電圧ＶＷすなわちＷ相電圧ＶＷは、６３５×３＝１９０５Ｖである。

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

図４は、無停電電源装置ＵＵ１の構成を示す回路図である。図４において、無停電電源装置ＵＵ１は、入力端子Ｔａ，Ｔｂ、コンデンサＣ１〜Ｃ４、リアクトルＬ１，Ｌ２、トランジスタＱ１〜Ｑ８，Ｑ１１〜Ｑ１８、ダイオードＤ１〜Ｄ８，Ｄ１１〜Ｄ１８，Ｄ２１〜Ｄ２４，Ｄ３１〜Ｄ３４、直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＰＬ、直流負母線ＮＬ、および出力端子Ｔｃ，Ｔｄを含む。

トランジスタＱ１，Ｑ５，Ｑ７，Ｑ３は母線ＰＬ，ＮＬ間に直列接続され、トランジスタＱ２，Ｑ６，Ｑ８，Ｑ４は母線ＰＬ，ＮＬ間に直列接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ８は、それぞれトランジスタＱ１〜Ｑ８に逆並列に接続される。ダイオードＤ２１，Ｄ２２のアノードはともに直流中性点母線ＮＰＬに接続され、それらのカソードはそれぞれトランジスタＱ５，Ｑ６のコレクタに接続される。ダイオードＤ２３，Ｄ２４のアノードはそれぞれトランジスタＱ７，Ｑ８のエミッタに接続され、それらのカソードはともに直流中性点母線ＮＰＬに接続される。

トランジスタＱ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８，Ｄ２１〜Ｄ２４は、３レベルのコンバータ２１を構成する。コンデンサＣ３は直流正母線ＰＬと直流中性点母線ＮＰＬの間に接続され、コンデンサＣ４は直流中性点母線ＮＰＬと直流負母線ＮＬの間に接続される。コンデンサＣ３，Ｃ４は、コンバータ２１によって生成された直流電圧を平滑化および安定化させる。

リアクトルＬ１は、入力端子ＴａとトランジスタＱ５のエミッタとの間に接続される。コンデンサＣ１の一方電極は入力端子Ｔａに接続され、その他方電極は入力端子ＴｂおよびトランジスタＱ６のエミッタに接続される。リアクトルＬ１およびコンデンサＣ１は、入力フィルタ２０を構成する。

入力フィルタ２０は、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧ＶＵ１をコンバータ２１に通過させ、コンバータ２１で発生するスイッチング周波数の信号が入力端子Ｔａ，Ｔｂ側に通過するのを禁止する。

コンバータ２１は、対応の２次巻線から入力フィルタ２０を介して供給される交流電力を直流電力に変換する。換言すると、コンバータ２１は、対応の２次巻線から入力フィルタ２０を介して供給される交流電圧を正電圧、中性点電圧、および負電圧に変換してそれぞれ直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＬＰ、および直流負母線ＮＬに与える。

たとえば、入力端子Ｔａの電圧が入力端子Ｔｂの電圧よりも高い場合は、トランジスタＱ１〜Ｑ８のうちのトランジスタＱ５，Ｑ１，Ｑ６をオンさせる。これにより、入力端子ＴａからリアクトルＬ１、トランジスタＱ５，Ｑ１、コンデンサＣ３、ダイオードＤ２２、およびトランジスタＱ６を介して入力端子Ｔｂに電流が流れ、コンデンサＣ３が充電される。また、トランジスタＱ１〜Ｑ８のうちのトランジスタＱ７，Ｑ４，Ｑ８をオンさせる。これにより、入力端子ＴａからリアクトルＬ１、トランジスタＱ７、ダイオードＤ２３、コンデンサＣ４、およびトランジスタＱ４，Ｑ８を介して入力端子Ｔｂに電流が流れ、コンデンサＣ４が充電される。

入力端子Ｔａの電圧が入力端子Ｔｂの電圧よりも低い場合は、トランジスタＱ１〜Ｑ８のうちのトランジスタＱ６，Ｑ２，Ｑ５をオンさせる。これにより、入力端子ＴｂからトランジスタＱ６，Ｑ２、コンデンサＣ３、ダイオードＤ２１、トランジスタＱ５、およびリアクトルＬ１を介して入力端子Ｔａに電流が流れ、コンデンサＣ３が充電される。また、トランジスタＱ１〜Ｑ８のうちのトランジスタＱ８，Ｑ３，Ｑ７をオンさせる。これにより、入力端子ＴｂからトランジスタＱ８、ダイオードＤ２４、コンデンサＣ４、トランジスタＱ３，Ｑ７、およびリアクトルＬ１を介して入力端子Ｔａに電流が流れ、コンデンサＣ４が充電される。

また、入力端子Ｔａ，Ｔｂの電圧が略等しい場合は、トランジスタＱ５，Ｑ８またはトランジスタＱ６，Ｑ７のみをオンさせる。トランジスタＱ５，Ｑ８のみをオンさせた場合は、入力端子ＴｂからトランジスタＱ８、ダイオードＤ２４，Ｄ２１、トランジスタＱ５，およびリアクトルＬ１を介して入力端子Ｔａに電流が流れる。また、トランジスタＱ６，Ｑ７のみをオンさせた場合は、入力端子ＴａからリアクトルＬ１、トランジスタＱ７、ダイオードＤ２３，Ｄ２２、トランジスタＱ６を介して入力端子Ｔｂに電流が流れる。このようにして、直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＰＬ、および直流負母線ＮＬがそれぞれ正電圧、中性点電圧、および負電圧にされる。

トランジスタＱ１１，Ｑ１５，Ｑ１７，Ｑ１３は母線ＰＬ，ＮＬ間に直列接続され、トランジスタＱ１２，Ｑ１６，Ｑ１８，Ｑ１４は母線ＰＬ，ＮＬ間に直列接続される。ダイオードＤ１１〜Ｄ１８は、それぞれトランジスタＱ１１〜Ｑ１８に逆並列に接続される。ダイオードＤ３１，Ｄ３２のアノードはともに直流中性点母線ＮＰＬに接続され、それらのカソードはそれぞれトランジスタＱ１５，Ｑ１６のコレクタに接続される。ダイオードＤ３３，Ｄ３４のアノードはそれぞれトランジスタＱ１７，Ｑ１８のエミッタに接続され、それらのカソードはともに直流中性点母線ＮＰＬに接続される。

トランジスタＱ１１〜Ｑ１８およびダイオードＤ１１〜Ｄ１８，Ｄ３１〜Ｄ３４は、３レベルのインバータ２２を構成する。リアクトルＬ２は、トランジスタＱ１５のエミッタと出力端子Ｔｃとの間に接続される。コンデンサＣ２の一方電極は出力端子Ｔｃに接続され、その他方電極はトランジスタＱ１６のエミッタと出力端子Ｔｄに接続される。リアクトルＬ２およびコンデンサＣ２は、出力フィルタ２３を構成する。

インバータ２２は、コンバータ２１で生成された直流電力を交流電力に変換する。換言すると、インバータ２２は、直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＰＬ、および直流負母線ＮＬから受けた正電圧、中性点電圧、および負電圧に基づいて、正電圧、０Ｖ、および負電圧を含む３レベルの交流電圧を生成する。

たとえば、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８のうちのトランジスタＱ１１，Ｑ１５，Ｑ１８をオンさせる。これにより、直流正母線ＰＬがトランジスタＱ１１，Ｑ１５およびリアクトルＬ２を介して出力端子Ｔｃに接続されるとともに、出力端子ＴｄがトランジスタＱ１８およびダイオードＤ３４を介して直流中性点母線ＮＰＬに接続され、正電圧および中性点電圧の差電圧（すなわち正電圧）が出力フィルタ２３に与えられる。

また、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８のうちのトランジスタＱ１５，Ｑ１８，Ｑ１４をオンさせる。これにより、直流中性点母線ＮＰＬがダイオードＤ３１、トランジスタＱ１５、およびリアクトルＬ２を介して出力端子Ｔｃに接続されるとともに、出力端子ＴｄがトランジスタＱ１８，Ｑ１４を介して直流負母線ＮＬに接続され、中性点電圧および負電圧の差電圧（すなわち正電圧）が出力フィルタ２３に与えられる。

また、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８のうちのトランジスタＱ１２，Ｑ１６，Ｑ１７をオンさせる。これにより、直流正母線ＰＬがトランジスタＱ１２，Ｑ１６を介して出力端子Ｔｄに接続されるとともに、出力端子ＴｃがリアクトルＬ２、トランジスタＱ１７、およびダイオードＤ１７を介して直流中性点母線ＮＰＬに接続され、中性点電圧および正電圧の差の電圧（すなわち負電圧）が出力フィルタ２３に与えられる。

また、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８のうちのトランジスタＱ１６，Ｑ１７，Ｑ１３をオンさせる。これにより、直流中性点母線ＮＰＬがダイオードＤ３２およびトランジスタＱ１６を介して出力端子Ｔｄに供給されるとともに、出力端子ＴｃがリアクトルＬ２およびトランジスタＱ１７，Ｑ１３を介して直流負母線ＮＬに接続され、負電圧および中性点電圧の差の電圧（すなわち負電圧）が出力フィルタ２３に与えられる。

また、トランジスタＱ１５，Ｑ１８またはトランジスタＱ１６，Ｑ１７のみをオンさせる。トランジスタＱ１５，Ｑ１８のみをオンさせた場合は、直流中性点母線ＮＰＬがダイオードＤ３１、トランジスタＱ１５、およびリアクトルＬ２を介して出力端子Ｔｃに接続されるとともに、出力端子ＴｄがトランジスタＱ１８およびダイオードＤ３４を介して直流中性点母線ＮＰＬに接続され、中性点電圧および中性点電圧の差の電圧（すなわち０Ｖ）が出力フィルタ２３に与えられる。

また、トランジスタＱ１６，Ｑ１７のみをオンさせた場合は、直流中性点母線ＮＰＬがダイオードＤ３２およびトランジスタＱ１６を介して出力端子Ｔｄに接続されるとともに、出力端子ＴｃがリアクトルＬ２、トランジスタＱ１７およびダイオードＤ３３を介して直流中性点母線ＮＰＬに接続され、中性点電圧および中性点電圧の差の電圧（すなわち０Ｖ）が出力フィルタ２３に与えられる。

したがって、トランジスタＱ１１〜Ｑ１８を制御することにより、出力端子Ｔｃ，Ｔｄ間に正電圧、０Ｖ、および負電圧のうちの所望の電圧を供給することができ、正電圧、０Ｖ、および負電圧の３レベルで変化する交流電圧を生成することができる。

出力フィルタ２３は、ローパスフィルタであり、商用周波数の交流電圧を出力端子Ｔｃ，Ｔｄに通過させ、インバータ２２で発生したスイッチング周波数の信号が出力端子Ｔｃ，Ｔｄに通過するのを禁止する。換言すると、出力フィルタ２３は、インバータ２２で生成された３レベルの交流電圧の波形を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧を出力端子Ｔｃ，Ｔｄ間に出力する。

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

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

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

スイッチＳ５の一方端子はバイパス端子Ｔ２に接続され、その他方端子はスイッチＳ６を介してスイッチＳ２，Ｓ３間のノードＮ１に接続される。スイッチＳ５は、たとえばブレーカであり、通常はオンされ、メンテナンス時にオフされる。スイッチＳ６は、たとえばコンタクタであり、バイパス給電モード時にオンされ、インバータ給電モード時にオフされる。無瞬断スイッチ３は、スイッチＳ６に並列接続され、高圧無停電電源装置２が正常である場合はオフし、高圧無停電電源装置２が故障したときに瞬時にオンする。スイッチＳ５，Ｓ６，Ｓ３および無瞬断スイッチ３は、バイパススイッチを構成する。スイッチＳ７は、たとえばブレーカであり、バイパス端子Ｔ２と出力端子Ｔ３との間に接続され、通常はオフされ、メンテナンス時にオンされる。

エネルギー蓄積装置４は、変圧器５、電力変換器６、モータ７、およびフライホイール装置８を含む。エネルギー蓄積装置４は、インバータ給電モード時において、商用交流電源１０から交流電力が正常に供給されている通常時は、商用交流電源１０から供給される交流電力をフライホイール装置８の回転エネルギーに変換し、商用交流電源１０からの交流電力の供給が停止された停電時は、フライホイール装置８に蓄えられた回転エネルギーを交流電力に変換して入力変圧器１の１次巻線に与える。

また、エネルギー蓄積装置４は、バイパス給電モード時はスイッチＳ４によってバイパス端子Ｔ２に接続され、バイパス交流電源１１から交流電力が正常に供給されている場合は、バイパス交流電源１１から供給される交流電力をフライホイール装置８の回転エネルギーに変換し、バイパス交流電源１１からの交流電力の供給が正常でない場合は、フライホイール装置８に蓄えられた回転エネルギーを交流電力に変換してバイパス端子Ｔ２に与える。バイパス端子Ｔ２に与えられた交流電力は、スイッチＳ５，Ｓ６，Ｓ３を介して負荷１２に供給される。

すなわち、スイッチＳ８は、たとえばブレーカであり、入力端子Ｔ１と変圧器５の１次巻線との間に接続され、通常はオンされ、メンテナンス時にオフされる。変圧器５の２次巻線は、電力変換器６に接続される。変圧器５は、商用交流電源１０から交流電力が供給されている通常時は、商用交流電源１０からの交流電力を電力変換器６に供給し、商用交流電源１０からの交流電力の供給が停止された停電時は、電力変換器６から供給される交流電力を入力変圧器１の１次巻線に供給する。

図５は、電力変換器６の構成を示す回路図であって、図４と対比される図である。図５から分かるように、電力変換器６は無停電電源装置ＵＵ１と同じ構成である。リアクトルＬ１およびコンデンサＣ１はフィルタ３０を構成する。トランジスタＱ１〜Ｑ８およびダイオードＤ１〜Ｄ８，Ｄ２１〜Ｄ２４は、コンバータ３１を構成する。トランジスタＱ１１〜Ｑ１８およびダイオードＤ１１〜Ｄ１８，Ｄ３１〜Ｄ３４は、コンバータ３２を構成する。リアクトルＬ２およびコンデンサＣ２はフィルタ３３を構成する。

商用交流電源１０またはバイパス交流電源１１から交流電力が正常に供給されている場合には、コンバータ３１は、商用交流電源１０またはバイパス交流電源１１から変圧器５およびフィルタ３０を介して供給される交流電力を直流電力に変換する。換言すると、コンバータ３１は、商用交流電源１０から変圧器５およびフィルタ３０を介して供給される交流電圧を正電圧、中性点電圧、および負電圧に変換してそれぞれ直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＬＰ、および直流負母線ＮＬに与える。このとき、フィルタ３１は、コンバータ３１で発生するスイッチング周波数のノイズが変圧器５側に漏れるのを防止する。

また、コンバータ３２は、インバータとして動作し、コンバータ３１で生成された直流電力を交流電力に変換する。換言すると、コンバータ３２は、直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＰＬ、および直流負母線ＮＬから受けた正電圧、中性点電圧、および負電圧に基づいて、正電圧、０Ｖ、および負電圧を含む３レベルの交流電圧を生成する。このとき、フィルタ３３は、コンバータ３２で生成された３レベルの交流電圧の波形を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧を出力端子Ｔｃ，Ｔｄ間に出力する。

また、商用交流電源１０またはバイパス交流電源１１から交流電力が正常に供給されていない場合には、コンバータ３２は、モータ７から供給される交流電力を直流電力に変換する。換言すると、コンバータ３２は、モータ７から供給される交流電圧を正電圧、中性点電圧、および負電圧に変換してそれぞれ直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＬＰ、および直流負母線ＮＬに与える。このとき、フィルタ３３は、コンバータ３２で発生するスイッチング周波数のノイズがモータ７側に漏れるのを防止する。

また、コンバータ３１は、インバータとして動作し、コンバータ３２で生成された直流電力を交流電力に変換する。換言すると、コンバータ３１は、直流正母線ＰＬ、直流中性点母線ＮＰＬ、および直流負母線ＮＬから受けた正電圧、中性点電圧、および負電圧に基づいて、正電圧、０Ｖ、および負電圧を含む３レベルの交流電圧を生成する。このとき、フィルタ３０は、コンバータ３１で生成された３レベルの交流電圧の波形を正弦波に変換し、正弦波の交流電圧を入力端子Ｔａ，Ｔｂ間に出力する。

モータ７は、商用交流電源１０またはバイパス交流電源１１から交流電力が正常に供給されている場合には、商用交流電源１０またはバイパス交流電源１１から変圧器５および電力変換器６を介して供給される交流電力によって駆動され、フライホイール装置８を回転駆動させてフライホイール装置８に回転エネルギーを蓄えさせる。

また、モータ７は、商用交流電源１０またはバイパス交流電源１１からの交流電力の供給が正常でない場合には、回転エネルギーによって回転し続けるフライホイール装置８によって回転駆動され、交流電力を生成して電力変換器６に供給する。

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

次に、この無停電電源システムの動作について説明する。ただし、説明の簡単化のため、Ｒ相およびＵ相に関連する部分の動作のみについて説明する。通常は、スイッチＳ１〜Ｓ３，Ｓ５，Ｓ８がオンされ、スイッチＳ４，Ｓ６，Ｓ７はオフされる。商用交流電源１０から入力端子Ｔ１およびスイッチＳ１を介して入力変圧器１の１次巻線ＣＲに交流電圧ＶＲが供給される。これにより、入力変圧器１の２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３にそれぞれ交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ３が出力される。

無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３は、それぞれ交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ３によって駆動され、それぞれ正弦波形の交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３を出力する。交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３は、加算されて高圧の交流電圧ＶＵとなる。高圧の交流電圧ＶＵは、スイッチＳ２，Ｓ３および出力端子Ｔ３を介して負荷１２に供給される。この状態は、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のインバータ２２から負荷１２に交流電力が供給されるので、インバータ給電モードと呼ばれる。

また、このとき、商用交流電源１０から入力端子Ｔ１およびスイッチＳ８を介してエネルギー蓄積装置４に交流電力が供給され、モータ７によってフライホイール装置８が回転駆動されて回転エネルギーが蓄えられる。

インバータ給電モード時において、商用交流電源１０からの交流電力の供給が停止されると、すなわち停電が発生すると、フライホイール装置８の回転エネルギーがモータ７によって交流電力に変換される。モータ７によって生成された交流電力は、電力変換器６および変圧器５によって商用交流電力と同じ電圧および周波数の交流電力に変換され、スイッチＳ８，Ｓ１を介して入力変圧器１の１次巻線ＣＲに与えられる。これにより、入力変圧器１の２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３に交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ３が発生し、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３に与えられる。

無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のコンバータ２１は、入力変圧器１の２次巻線ＣＵ１〜ＣＵ３からの交流電圧ＶＵ１〜ＶＵ３を正電圧、中性点電圧、および負電圧に変換し、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３のインバータ２２は正電圧、０Ｖ、および負電圧を含む３レベルの交流電圧を生成し、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３の出力フィルタ２３はそれぞれ正弦波形の交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３を出力する。交流電圧ＶＵ１１〜ＶＵ１３は、加算されて高圧の交流電圧ＶＵとなる。高圧の交流電圧ＶＵは、スイッチＳ２，Ｓ３および出力端子Ｔ３を介して負荷１２に供給される。したがって、停電が発生した場合でも、エネルギー蓄積装置にエネルギーが蓄えられている限りは、負荷１２の運転を継続することができる。

なお、インバータ給電モード時において商用交流電源１０の出力電圧が瞬間的に低下した場合、いわゆる瞬低が発生した場合は、コンデンサＣ３，Ｃ４によって正電圧、中性点電圧、および負電圧が維持され、安定した交流電圧が負荷１２に供給され、負荷１２が安定に運転される。

インバータ給電モード時において、高圧無停電電源装置２が故障した場合は、無瞬断スイッチ３が瞬時にオンし、バイパス交流電源１１からバイパス端子Ｔ２、スイッチＳ５、無瞬断スイッチ３、スイッチＳ３、および出力端子Ｔ３を介して負荷１２に交流電力が供給され、負荷１２の運転が継続される。無瞬断スイッチ３に続いてスイッチＳ６がオンするとともにスイッチＳ１，Ｓ２がオフすると、無瞬断スイッチ３がオフされる。これにより、バイパス交流電源１１からバイパス端子Ｔ２、スイッチＳ５，Ｓ６，Ｓ３、および出力端子Ｔ３を介して負荷１２に交流電力が供給され、負荷１２の運転が継続される。これは、無瞬断スイッチ３における電力損失を削減するためである。この状態は、バイパス交流電源１１から負荷１２に交流電力が供給されるので、バイパス給電モードと呼ばれる。

また、このとき、スイッチＳ４がオンされてエネルギー蓄積装置４がバイパス端子Ｔ２に接続され、バイパス交流電源１１からバイパス端子Ｔ２およびスイッチＳ４，Ｓ８を介してエネルギー蓄積装置４に交流電力が供給され、モータ７によってフライホイール装置８が回転駆動されて回転エネルギーが蓄えられる。

バイパス給電モード時において、バイパス交流電源１１からの交流電力の供給が停止されたり、バイパス交流電源１１の出力電圧が瞬間的に低下すると、フライホイール装置８の回転エネルギーがモータ７によって交流電力に変換される。モータ７によって生成された交流電力は、電力変換器６および変圧器５によって商用交流電力と同じ電圧および周波数の交流電力に変換され、スイッチＳ８，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ３を介して負荷１２に供給され、負荷１２の運転が継続される。

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

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

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

また、入力変圧器１の複数の２次巻線（たとえばＣＵ１〜ＣＵ３）をそれぞれ複数の無停電電源装置（たとえばＵＵ１〜ＵＵ３）に接続することによって複数の無停電電源装置（たとえばＵＵ１〜ＵＵ３）同士を絶縁したので、低耐圧のトランジスタＱ、ダイオードＤなどを使用することができ、装置の低コスト化を図ることができる。

また、エネルギー蓄積装置４を設けたので、停電時間が長い場合でも、負荷１２の運転を継続することができる。

図６は、実施の形態１の変更例となる無停電電源システムの要部を示す回路図であって、図４と対比される図である。図６を参照して、この無停電電源システムが実施の形態１と異なる点は、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３の各々に対応してバッテリ３５，３６が設けられている点である。図６では、無停電電源装置ＵＵ１とバッテリ３５，３６が示されている。

バッテリ３５の正極および負極は、それぞれ直流正母線ＰＬおよび直流中性点母線ＮＰＬに接続される。バッテリ３６の正極および負極は、それぞれ直流中性点母線ＮＰＬおよび直流負母線ＮＬに接続される。

コンバータ２１は、商用交流電源１０またはエネルギー蓄積装置４から交流電力が供給されている場合は、対応の２次巻線ＣＵ１から受けた交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をバッテリ３５，３６に蓄えるとともにインバータ２２に供給し、商用交流電源１０およびエネルギー蓄積装置４からの交流電力の供給が停止された場合は停止する。

インバータ２２は、商用交流電源１０またはエネルギー蓄積装置４から交流電力が供給されている場合は、コンバータ２１で生成された直流電力を交流電力に変換し、商用交流電源１０およびエネルギー蓄積装置４からの交流電力の供給が停止された場合は、バッテリ３５，３６の直流電力を交流電力に変換する。

この変更例では、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３の各々にバッテリ３５，３６を設けたので、停電が発生した場合に、実施の形態１よりも長い時間、負荷１２の運転を継続することができる。

図７は、実施の形態１の他の変更例となる無停電電源システムの要部を示す回路図であって、図６と対比される図である。図７を参照して、この変更例が図６の変更例と異なる点は、バッテリ３５，３６がそれぞれ電気二重層コンデンサ３７，３８で置換されている点である。各無停電電源装置は、商用交流電源１０またはエネルギー蓄積装置４から交流電力が供給されている場合は、生成した直流電力を対応の電気二重層コンデンサ３７，３８に蓄え、商用交流電源１０およびエネルギー蓄積装置４からの交流電力の供給が停止された場合は、電気二重層コンデンサ３７，３８の直流電力を交流電力に変換する。この変更例では、電気二重層コンデンサ３７，３８を使用するので、バッテリ３５，３６を使用する場合に比べ、装置の長寿命化および小型化を図ることができる。

なお、この実施の形態１では、商用交流電源１０からの３．３ＫＶの交流電圧を６３５Ｖの交流電圧に降圧し、３段の無停電電源装置で１９０５Ｖの相電圧を生成し、３．３ＫＶの線間電圧を再生したが、無停電電源装置の段数を増やすことにより、さらに高圧の無停電電源システムを構成することができる。たとえば、商用交流電源からの６．６ＫＶの交流電圧を６３５Ｖの交流電圧に降圧し、６段の無停電電源装置で３８１０Ｖの相電圧を生成し、６．６ＫＶの線間電圧を再生してもよい。

[実施の形態２]
図８は、この発明の実施の形態２による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図８を参照して、この無停電電源システムが図１の無停電電源システムと異なる点は、高圧無停電電源装置２が高圧無停電電源装置４０で置換されている点である。

図９は、高圧無停電電源装置４０の構成を示す回路ブロック図であって、図３と対比される図である。図９を参照して、この高圧無停電電源装置４０が高圧無停電電源装置２と異なる点は、無停電電源装置ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３が無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａ，ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａ，ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａで置換され、リアクトルＬＵ，ＬＶ，ＬＷおよびコンデンサＣＵ，ＣＶ，ＣＷが追加されている点である。

図１０は、無停電電源装置ＵＵ１Ａの構成を示す回路図であって、図４と対比される図である。図１０を参照して、無停電電源装置ＵＵ１Ａは、無停電電源装置ＵＵ１からリアクトルＬ１，Ｌ２およびコンデンサＣ１，Ｃ２、すなわち入力フィルタ２０および出力フィルタ２３を除去したものである。トランジスタＱ５のエミッタは入力端子Ｔａに直接接続され、トランジスタＱ１５のエミッタは出力端子Ｔｃに直接接続されている。このため、無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力電圧ＶＵ１１Ａは、正弦波にはならず、パルス信号列となる。他の無停電電源装置ＵＵ２Ａ，ＵＵ３Ａ，ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａ，ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａの各々も、無停電電源装置ＵＵ１Ａと同じ構成である。

図９に戻って、無停電電源装置ＵＵ３Ａの出力端子Ｔｃと無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力端子Ｔｄの間には、無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａの出力パルス信号列を加算したパルス信号列が出力される。制御回路１５は、加算したパルス信号列の波形を正弦波に近付けるために、無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａのインバータ２２を所定角度ずつ位相をずらせて制御する。リアクトルＬＵは無停電電源装置ＵＵ３Ａの出力端子Ｔｃと出力端子ＴＵとの間に接続され、コンデンサＣＵは出力端子Ｔｃと中性点ＮＰとの間に接続される。リアクトルＬＵおよびコンデンサＣＵは、出力フィルタを構成する。

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

同様に、無停電電源装置ＵＶ３Ａの出力端子Ｔｃと無停電電源装置ＵＶ１Ａの出力端子Ｔｄの間には、無停電電源装置ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａの出力パルス信号列を加算したパルス信号列が出力される。制御回路１５は、加算したパルス信号列の波形を正弦波に近付けるために、無停電電源装置ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａのインバータ２２を所定角度ずつ位相をずらせて制御する。リアクトルＬＶは無停電電源装置ＵＶ３Ａの出力端子Ｔｃと出力端子ＴＶとの間に接続され、コンデンサＣＶは出力端子Ｔｃと中性点ＮＰとの間に接続される。リアクトルＬＶおよびコンデンサＣＶは、出力フィルタを構成する。

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

同様に、無停電電源装置ＵＷ３Ａの出力端子Ｔｃと無停電電源装置ＵＷ１Ａの出力端子Ｔｄの間には、無停電電源装置ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａの出力パルス信号列を加算したパルス信号列が出力される。制御回路１５は、加算したパルス信号列の波形を正弦波に近付けるために、無停電電源装置ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａのインバータ２２を所定角度ずつ位相をずらせて制御する。リアクトルＬＷは無停電電源装置ＵＷ３Ａの出力端子Ｔｃと出力端子ＴＷとの間に接続され、コンデンサＣＷは出力端子Ｔｃと中性点ＮＰとの間に接続される。リアクトルＬＷおよびコンデンサＣＷは、出力フィルタを構成する。

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

図１１（ａ）〜（ｄ）は、図９および図１０に示した高圧無停電電源装置２のうちのＵ相に関連する部分の動作を示すタイムチャートである。図１１（ａ）は無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａの波形を示し、図１１（ｂ）は無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａ〜ＶＵ１３Ａを加算したＵ相電圧ＶＵの波形を示し、図１１（ｃ）はＵ相とＶ相の線間電圧ＶＵＶの波形を示し、図１１（ｄ）はＵ相電流ＩＵの波形を示している。

図１１（ａ）に示すように、無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａは、０〜１８０度では正のパルス信号列となり、１８０〜３６０度では負のパルス信号列となる。正弦波のピークとなる９０度および２７０度付近ではパルス幅は最大になり、正弦波の０点となる０度および１８０度付近ではパルス幅は最小となる。

また図１１（ｂ）に示すように、位相のずれた無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａ〜ＶＵ１３Ａを加算したＵ相電圧ＶＵの波形は、無停電電源装置ＵＵ１Ａの出力電圧ＶＵ１1Ａの波形よりも正弦波に近くなる。また図１１（ｃ）に示すように、線間電圧ＶＵＶの波形はさらに正弦波に近くなる。また図１１（ｄ）に示すように、負荷１２に流れるＵ相電流ＩＵの波形はほぼ正弦波になる。Ｖ相、Ｗ相に関連する部分の動作も、Ｕ相に関連する部分の動作と同じであるので、その説明は繰り返さない。また、他の構成および動作は、実施の形態１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

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

図１２は、実施の形態２の変更例となる無停電電源システムの要部を示す回路図であって、図１０と対比される図である。図１２を参照して、この無停電電源システムが実施の形態２と異なる点は、無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａ，ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａ，ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａの各々に対応してバッテリ３５，３６が設けられている点である。図１２では、無停電電源装置ＵＵ１Ａとバッテリ３５，３６が示されている。

バッテリ３５の正極および負極は、それぞれ直流正母線ＰＬおよび直流中性点母線ＮＰＬに接続される。バッテリ３６の正極および負極は、それぞれ直流中性点母線ＮＰＬおよび直流負母線ＮＬに接続される。

コンバータ２１は、商用交流電源１０またはエネルギー蓄積装置４から交流電力が供給されている場合は、対応の２次巻線ＣＵ１から受けた交流電力を直流電力に変換し、その直流電力をバッテリ３５，３６に蓄えるとともにインバータ２２に供給し、商用交流電源１０およびエネルギー蓄積装置４からの交流電力の供給が停止された場合は停止する。

インバータ２２は、商用交流電源１０またはエネルギー蓄積装置４から交流電力が供給されている場合は、コンバータ２１で生成された直流電力を交流電力に変換し、商用交流電源１０およびエネルギー蓄積装置４からの交流電力の供給が停止された場合は、バッテリ３５，３６の直流電力を交流電力に変換する。

この変更例では、無停電電源装置ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａ，ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａ，ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａの各々にバッテリ３５，３６を設けたので、停電が発生した場合に、実施の形態２よりも長い時間、負荷１２の運転を継続することができる。

図１３は、実施の形態２の他の変更例となる無停電電源システムの要部を示す回路図であって、図１２と対比される図である。図１３を参照して、この変更例が図１２の変更例と異なる点は、バッテリ３５，３６がそれぞれ電気二重層コンデンサ３７，３８で置換されている点である。各無停電電源装置は、商用交流電源１０またはエネルギー蓄積装置４から交流電力が供給されている場合は、生成した直流電力を対応の電気二重層コンデンサ３７，３８に蓄え、商用交流電源１０およびエネルギー蓄積装置４からの交流電力の供給が停止された場合は、電気二重層コンデンサ３７，３８の直流電力を交流電力に変換する。この変更例では、電気二重層コンデンサ３７，３８を使用するので、バッテリ３５，３６を使用する場合に比べ、装置の長寿命化および小型化を図ることができる。

[実施の形態３]
図１４は、この発明の実施の形態３による無停電電源システムの構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図１４を参照して、この無停電電源システムが図１の無停電電源システムと異なる点は、バイパス交流電源１１が発電機４１で置換されている点である。

発電機４１は、たとえばディーゼル発電機であり、バイパス端子Ｔ２に接続される。発電機４１を運転させるためには、所定時間だけ交流電力を供給して発電機４１を始動させる必要がある。スイッチＳ４は、通常はオンされ、メンテナンス時にオフされる。したがって、商用交流電源４１はバイパス交流電源を兼ねている。商用交流電源４１から交流電力が供給されている通常時は、発電機４１の運転は停止されており、無停電電源システムは実施の形態１と同様に動作し、フライホイール装置８に回転エネルギーが蓄積される。

商用交流電源４１からの交流電力の供給が停止された停電時は、フライホイール装置８の回転エネルギーが交流電力に変換されて入力変圧器１および発電機４１に供給され、負荷１２の運転が継続されるとともに、発電機４１が始動される。始動された発電機４１は、交流電力を生成して入力変圧器１およびエネルギー蓄積装置４に供給する。したがって、負荷１２の運転が継続される。

この実施の形態３では、停電時はエネルギー蓄積装置４から交流電力を供給して発電機４１を運転するので、停電時でも負荷１２を長時間、運転することができる。

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

Ｔ１，Ｔａ，Ｔｂ 入力端子、Ｔ２ バイパス端子、Ｔ３，Ｔｃ，Ｔｄ，ＴＵ，ＴＶ，ＴＷ 出力端子、Ｓ１〜Ｓ８ スイッチ、１ 入力変圧器、２，４０ 高圧無停電電源装置、３ 無瞬断スイッチ、４ エネルギー蓄積装置、５ 変圧器、６ 電力変換器、７ モータ、８ フライホイール装置、１０ 商用交流電源、１１ バイパス交流電源、１２ 負荷、ＣＲ，ＣＳ，ＣＴ １次巻線、ＣＵ１〜ＣＵ３，ＣＶ１〜ＣＶ３，ＣＷ１〜ＣＷ３ ２次巻線、ＵＵ１〜ＵＵ３，ＵＶ１〜ＵＶ３，ＵＷ１〜ＵＷ３，ＵＵ１Ａ〜ＵＵ３Ａ，ＵＶ１Ａ〜ＵＶ３Ａ，ＵＷ１Ａ〜ＵＷ３Ａ 無停電電源装置、１５ 制御回路、Ｌ１，Ｌ２，ＬＵ，ＬＶ，ＬＷ リアクトル、Ｃ１〜Ｃ４，ＣＵ，ＣＶ，ＣＷ コンデンサ、Ｑ１〜Ｑ８，Ｑ１１〜Ｑ１８ トランジスタ，Ｄ１〜Ｄ８，Ｄ１１〜Ｄ１８，Ｄ２１〜Ｄ２４，Ｄ３１〜Ｄ３４ ダイオード、２０ 入力フィルタ、２１，３１，３２ コンバータ、２２ インバータ、２３ 出力フィルタ、３０，３３ フィルタ、３５，３６ バッテリ、３７，３８ 電気二重層コンデンサ、ＰＬ 直流正母線、ＮＰＬ 直流中性点母線、ＮＬ 直流負母線、４１ 発電機。

Claims (8)

1. 商用交流電源から供給される交流電力を受ける１次巻線と、互いに絶縁された複数の２次巻線とを含む変圧器と、
   それぞれ前記複数の２次巻線に対応して設けられ、各々が、対応の２次巻線の端子間電圧を直流電圧に変換するコンバータと、前記コンバータで生成された直流電圧を交流電圧に変換するインバータとを含む複数の無停電電源装置とを備え、
   複数の前記インバータは負荷に対して直列接続され、各段の前記インバータは前段の出力電圧に自己の出力電圧を加算して次段に出力し、最終段の前記インバータは複数の前記インバータの出力電圧の総和の交流電圧を前記負荷に与え、
   さらに、前記商用交流電源から交流電力が正常に供給されている通常時は、前記商用交流電源から供給される交流電力をフライホイール装置の回転エネルギーに変換し、前記商用交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、前記フライホイール装置に蓄えられた回転エネルギーを交流電力に変換して前記変圧器の１次巻線に与えるエネルギー蓄積装置を備え、
   さらに、一方端子がバイパス交流電源に接続され、他方端子が前記負荷に接続され、複数の前記インバータから前記負荷に交流電力を供給するインバータ給電モード時は非導通になり、前記バイパス交流電源から前記負荷に交流電力を供給するバイパス給電モード時は導通するバイパススイッチと、
   前記バイパス給電モード時に前記エネルギー蓄積装置を前記バイパススイッチの一方端子に接続する切換回路とを備え、
   前記エネルギー蓄積装置は、前記バイパス給電モード時は前記切換回路によって前記バイパススイッチの一方端子に接続され、前記バイパス交流電源から交流電力が正常に供給されている場合は、前記バイパス交流電源から供給される交流電力を前記フライホイール装置の回転エネルギーに変換し、前記バイパス交流電源からの交流電力が正常に供給されていない場合は、前記フライホイール装置に蓄えられた回転エネルギーを交流電力に変換して前記バイパススイッチの一方端子に与える、無停電電源システム。
2. さらに、前記通常時は、運転が停止され、前記停電時は、前記エネルギー蓄積装置によって生成された交流電力によって起動されて交流電力を生成し、生成した交流電力を前記変圧器の１次巻線に与える発電機を備える、請求項１に記載の無停電電源システム。
3. 前記コンバータは、前記商用交流電源または前記エネルギー蓄積装置から交流電力が供給されている場合は、対応の２次巻線から受けた交流電力を直流電力に変換し、その直流電力を電力貯蔵装置に蓄えるとともに前記インバータに供給し、前記商用交流電源および前記エネルギー蓄積装置からの交流電力の供給が停止された場合は停止し、
   前記インバータは、前記商用交流電源または前記エネルギー蓄積装置から交流電力が供給されている場合は、前記コンバータで生成された直流電力を交流電力に変換し、前記商用交流電源および前記エネルギー蓄積装置からの交流電力の供給が停止された場合は、前記電力貯蔵装置の直流電力を交流電力に変換する、請求項１または請求項２に記載の無停電電源システム。
4. 前記電力貯蔵装置は蓄電池である、請求項３に記載の無停電電源システム。
5. 前記電力貯蔵装置は電気二重層コンデンサである、請求項３に記載の無停電電源システム。
6. 各無停電電源装置は、さらに、前記インバータの出力電圧の波形を正弦波に変換するフィルタ回路を含み、
   前記複数の無停電電源装置に含まれる複数の前記フィルタ回路の出力電圧が加算されて前記負荷に与えられる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無停電電源システム。
7. さらに、加算された複数の前記インバータの出力電圧の波形を正弦波に変換して前記負荷に与えるフィルタ回路を備える、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の無停電電源システム。
8. 複数の前記インバータの出力電圧の位相は順次ずれている、請求項７に記載の無停電電源システム。

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