JP6085243B2 - Uninterruptible power supply system - Google Patents

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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。   The present invention relates to an uninterruptible power supply system, and more particularly to an uninterruptible power supply system that outputs a high voltage.

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)。   2. Description of the Related Art Conventionally, an uninterruptible power supply system that boosts an output voltage of an uninterruptible power supply device with a transformer and supplies the boosted voltage to a load is known (see, for example, Patent Document 1).

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)。   An uninterruptible power supply system is also known in which a generator is activated by an energy storage device including a flywheel device when a main AC power supply fails (see, for example, Patent Document 2).

特開平5−38055号公報JP-A-5-38055 特表2001−502519号公報JP-T-2001-502519

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。   However, the conventional uninterruptible power supply has a problem that the power loss in the transformer is large and the efficiency is low.

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。   Therefore, a main object of the present invention is to provide an uninterruptible power supply system capable of outputting a high voltage and having high efficiency.

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たものである。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、負荷と並列接続され、複数のインバータから交流電力が正常に供給されている場合は、複数のインバータ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、複数のインバータからの交流電力の供給が停止された場合は、フライホイール装置に蓄えられた回転エネルギーを交流電力に変換して負荷に与えるエネルギー蓄積装置を備える。   An uninterruptible power supply system according to the present invention includes a transformer including a primary winding that receives AC power supplied from a commercial AC power supply, a plurality of secondary windings insulated from each other, and a plurality of secondary windings. A plurality of inverters each including a converter that converts a voltage between terminals of a corresponding secondary winding into a DC voltage, and an inverter that converts a DC voltage generated by the converter into an AC voltage. It is equipped with a power failure power supply device. Multiple inverters are connected in series to the load, each stage's inverter adds its output voltage to the previous stage's output voltage and outputs it to the next stage, and the final stage's inverter is the sum of the output voltages of the multiple inverters. Apply AC voltage to the load. This uninterruptible power supply system is further connected in parallel with the load, and when AC power is normally supplied from a plurality of inverters, the AC power supplied from the plurality of inverters is converted into rotational energy of the flywheel device. When the supply of AC power from a plurality of inverters is stopped, an energy storage device is provided that converts rotational energy stored in the flywheel device into AC power and applies it to the load.

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。   In the uninterruptible power supply system according to the present invention, a high voltage is supplied to the load by connecting a plurality of inverters in series with the load. Therefore, since no output transformer is used, high efficiency can be obtained.

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。It is a circuit block diagram which shows the structure of the uninterruptible power supply system by Embodiment 1 of this invention. 図1に示した入力変圧器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the input transformer shown in FIG. 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。It is a circuit diagram which shows the structure of the high voltage uninterruptible power supply shown in FIG. 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。It is a circuit diagram which shows the structure of the uninterruptible power supply device shown in FIG. 図1に示した電力変換器の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram which shows the structure of the power converter shown in FIG. 実施の形態1の変更例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram showing a modification of the first embodiment. 実施の形態1の他の変更例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing another modification of the first embodiment. 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。It is a circuit block diagram which shows the structure of the uninterruptible power supply system by Embodiment 2 of this invention. 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。It is a circuit diagram which shows the structure of the high voltage uninterruptible power supply shown in FIG. 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。It is a circuit diagram which shows the structure of the uninterruptible power supply shown in FIG. 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。10 is a time chart showing an operation of a portion related to the U phase in the high voltage uninterruptible power supply shown in FIG. 9. 実施の形態2の変更例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing a modification of the second embodiment. 実施の形態2の他の変更例を示す回路図である。FIG. 10 is a circuit diagram showing another modification of the second embodiment. 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。It is a circuit block diagram which shows the structure of the uninterruptible power supply system by Embodiment 3 of this invention.

[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。
[Embodiment 1]
As shown in FIG. 1, the uninterruptible power supply system according to Embodiment 1 of the present invention includes an input terminal T1, a bypass terminal T2, an output terminal T3, switches S1 to S8, an input transformer 1, a high-voltage uninterruptible power supply device 2, A non-instantaneous switch 3 and an energy storage device 4 are provided. The uninterruptible power supply system receives a three-phase three-wire commercial AC power from the commercial AC power supply 10 and the bypass AC power supply 11 and outputs a three-phase three-wire commercial frequency AC power to the load 12. For example, the line voltage of commercial AC power is 3300V, and the phase voltage is 1905V. However, for simplification of the drawings and description, FIG. 1 shows a circuit for one phase and one line.

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。   Input terminal T <b> 1 receives commercial AC power from commercial AC power supply 10. The bypass terminal T <b> 2 receives commercial AC power from the bypass AC power supply 11. The output terminal T3 is connected to the load 12. The switch S1 is a breaker, for example, and is connected between the input terminal T1 and the primary winding of the input transformer 1, and is normally turned on and turned off during maintenance of the uninterruptible power supply system.

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。   FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration of the input transformer 1. In FIG. 2, the input transformer 1 includes three primary windings CR, CS, and CT, and nine secondary windings CU1 to CU3, CV1 to CV3, and CW1 to CW3 that are insulated from each other. One terminals of the primary windings CR, CS, and CT receive R-phase, S-phase, and T-phase AC voltages VR, VS, and VT, respectively, and the other terminals are connected to each other. AC voltages VR, VS, and VT are all 1905 V, and their phases are shifted by 120 degrees.

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。   Secondary windings CU1-CU3 are electromagnetically coupled to primary winding CR. The secondary windings CV1 to CV3 are electromagnetically coupled to the primary winding CS. The secondary windings CW1 to CW3 are electromagnetically coupled to the primary winding CT. U-phase AC voltages VU1 to VU3 are output between terminals of secondary windings CU1 to CU3, respectively. Between the terminals of the secondary windings CV1 to CV3, V-phase AC voltages VV1 to VV3 are output, respectively. Between the terminals of the secondary windings CW1 to CW3, W-phase AC voltages VW1 to VW3 are output, respectively. AC voltages VU1 to VU3, VV1 to VV3, and VW1 to VW3 are all 635V. The phases of the U-phase AC voltages VU1 to VU3, the V-phase AC voltages VV1 to VV3, and the W-phase AC voltages VW1 to VW3 are shifted by 120 degrees.

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。   FIG. 3 is a circuit block diagram showing the configuration of the high-voltage uninterruptible power supply 2. In FIG. 3, the high voltage uninterruptible power supply 2 includes a control circuit 15, nine uninterruptible power supplies UU1 to UU3, UV1 to UV3, UW1 to UW3, and three output terminals TU, TV, and TW. The control circuit 15 controls the entire high voltage uninterruptible power supply 2. For example, the control circuit 15 controls the uninterruptible power supply devices UU1 to UU3, UV1 to UV3, UW1 to UW3 so that the output voltages VU, VV, and VW of the high-voltage uninterruptible power supply device 2 become target voltages.

無停電電源装置UU1〜UU3,UV1〜UV3,UW1〜UW3の入力端子Ta,Tbは、それぞれ2次巻線CU1〜CU3,CV1〜CV3,CW1〜CW3の一方端子および他方端子に接続される。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。   Input terminals Ta and Tb of uninterruptible power supply devices UU1 to UU3, UV1 to UV3, UW1 to UW3 are connected to one terminal and the other terminal of secondary windings CU1 to CU3, CV1 to CV3 and CW1 to CW3, respectively. Uninterruptible power supply units UU1 to UU3 convert AC power received from secondary windings CU1 to CU3, respectively, into DC power, and reconvert the DC power into commercial frequency AC power.

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。   Between the output terminals Tc and Td of the uninterruptible power supply devices UU1 to UU3, AC voltages VU11 to VU13 having a constant voltage (635 V) are output at commercial frequencies, respectively. The output terminal Td of the uninterruptible power supply UU1 is connected to the neutral point NP, and the output terminals Tc of the uninterruptible power supply UU1 and UU2 are connected to the output terminals Td of the uninterruptible power supply UU2 and UU3, respectively. The output terminal Tc of UU3 is connected to the output terminal TU.

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。   That is, uninterruptible power supply devices UU1 to UU3 are connected in series between output terminal TU and neutral point NP. The uninterruptible power supply UU2 adds its own output voltage VU12 to the output voltage VU11 of the previous uninterruptible power supply UU1, and outputs it to the next stage. The uninterruptible power supply UU3 adds its own output voltage VU13 to the output voltage VU11 + VU12 of the previous uninterruptible power supply UU2, and outputs it to the output terminal TU. Eventually, the total AC voltage VU = VU11 + VU12 + VU13 of the output voltages VU11 to VU13 of the uninterruptible power supply devices UU1 to UU3 is output to the output terminal TU. The AC voltage VU, that is, the U-phase voltage VU is 635 × 3 = 1905V.

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。   Similarly, uninterruptible power supply devices UV1 to UV3 convert AC power received from secondary windings CV1 to CV3 into DC power, respectively, and reconvert the DC power into commercial frequency AC power. Between the output terminals Tc and Td of the uninterruptible power supply devices UV1 to UV3, constant voltages (635V) AC voltages VV11 to VV13 are output at commercial frequencies, respectively. The output terminal Td of the uninterruptible power supply UV1 is connected to the neutral point NP, and the output terminals Tc of the uninterruptible power supply UV1 and UV2 are connected to the output terminals Td of the uninterruptible power supply UV2 and UV3, respectively. The UV3 output terminal Tc is connected to the output terminal TV.

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。   That is, uninterruptible power supply devices UV1 to UV3 are connected in series between output terminal TV and neutral point NP. The uninterruptible power supply UV2 adds its own output voltage VV12 to the output voltage VV11 of the previous uninterruptible power supply UV1 and outputs it to the next stage. The uninterruptible power supply UV3 adds its own output voltage VV13 to the output voltage VV11 + VV12 of the previous uninterruptible power supply UV2 and outputs it to the output terminal TV. Eventually, the AC voltage VV = VV11 + VV12 + VV13, which is the sum of the output voltages VV11 to VV13 of the uninterruptible power supply devices UV1 to UV3, is output to the output terminal TV. The AC voltage VV, that is, the V-phase voltage VV is 635 × 3 = 1905V.

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。   Similarly, uninterruptible power supply devices UW1 to UW3 convert AC power received from secondary windings CW1 to CW3 to DC power, respectively, and reconvert the DC power to AC power of commercial frequency. Between the output terminals Tc and Td of the uninterruptible power supply devices UW1 to UW3, AC voltages VW11 to VW13 having a constant voltage (635 V) are output at commercial frequencies, respectively. The output terminal Td of the uninterruptible power supply UW1 is connected to the neutral point NP, and the output terminals Tc of the uninterruptible power supply UW1 and UW2 are connected to the output terminals Td of the uninterruptible power supply UW2 and UW3, respectively. The output terminal Tc of UW3 is connected to the output terminal TW.

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。   That is, uninterruptible power supply devices UW1 to UW3 are connected in series between output terminal TW and neutral point NP. The uninterruptible power supply UW2 adds its own output voltage VW12 to the output voltage VW11 of the previous uninterruptible power supply UW1, and outputs it to the next stage. The uninterruptible power supply UW3 adds its own output voltage VW13 to the output voltage VW11 + VW12 of the previous uninterruptible power supply UW2, and outputs it to the output terminal TW. Eventually, the total AC voltage VW = VW11 + VW12 + VW13 of the output voltages VW11 to VW13 of the uninterruptible power supply devices UW1 to UW3 is output to the output terminal TW. The AC voltage VW, that is, the W-phase voltage VW is 635 × 3 = 1905V.

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。   The voltage VU−VV between the terminals TU and TV, that is, the line voltage VUV is 1905 × √3≈3300V. The voltage VV−VW between the terminals TV and TW, that is, the line voltage VVW is 1905 × √3≈3300V. The voltage VW−VU between the terminals TW and TU, that is, the line voltage VWU is 1905 × √3≈3300V. The phases of the line voltages VUV, VVW, VWU are shifted by 120 degrees.

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。   FIG. 4 is a circuit diagram showing a configuration of uninterruptible power supply UU1. In FIG. 4, uninterruptible power supply UU1 includes input terminals Ta and Tb, capacitors C1 to C4, reactors L1 and L2, transistors Q1 to Q8, Q11 to Q18, diodes D1 to D8, D11 to D18, D21 to D24, and D31. To D34, DC positive bus PL, DC neutral point bus NPL, DC negative bus NL, and output terminals Tc and Td.

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。   Transistors Q1, Q5, Q7, and Q3 are connected in series between buses PL and NL, and transistors Q2, Q6, Q8, and Q4 are connected in series between buses PL and NL. Diodes D1-D8 are connected in antiparallel to transistors Q1-Q8, respectively. The anodes of diodes D21 and D22 are both connected to DC neutral point bus NPL, and their cathodes are connected to the collectors of transistors Q5 and Q6, respectively. The anodes of diodes D23 and D24 are connected to the emitters of transistors Q7 and Q8, respectively, and the cathodes thereof are both connected to DC neutral point bus NPL.

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。   Transistors Q1-Q8 and diodes D1-D8, D21-D24 constitute a three-level converter 21. Capacitor C3 is connected between DC positive bus PL and DC neutral point bus NPL, and capacitor C4 is connected between DC neutral point bus NPL and DC negative bus NL. Capacitors C3 and C4 smooth and stabilize the DC voltage generated by converter 21.

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。   Reactor L1 is connected between input terminal Ta and the emitter of transistor Q5. One electrode of the capacitor C1 is connected to the input terminal Ta, and the other electrode is connected to the input terminal Tb and the emitter of the transistor Q6. Reactor L1 and capacitor C1 constitute input filter 20.

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。   The input filter 20 is a low-pass filter, and allows the commercial frequency AC voltage VU1 to pass through the converter 21 and prohibits the switching frequency signal generated by the converter 21 from passing to the input terminals Ta and Tb.

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。   Converter 21 converts AC power supplied from the corresponding secondary winding via input filter 20 to DC power. In other words, the converter 21 converts the AC voltage supplied from the corresponding secondary winding through the input filter 20 into a positive voltage, a neutral point voltage, and a negative voltage to convert the DC positive bus PL and the DC neutrality, respectively. This is applied to the point bus NLP and the DC negative bus NL.

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。   For example, when the voltage at the input terminal Ta is higher than the voltage at the input terminal Tb, the transistors Q5, Q1, and Q6 among the transistors Q1 to Q8 are turned on. As a result, a current flows from the input terminal Ta to the input terminal Tb through the reactor L1, the transistors Q5 and Q1, the capacitor C3, the diode D22, and the transistor Q6, and the capacitor C3 is charged. Also, transistors Q7, Q4, Q8 among transistors Q1-Q8 are turned on. As a result, a current flows from the input terminal Ta to the input terminal Tb through the reactor L1, the transistor Q7, the diode D23, the capacitor C4, and the transistors Q4 and Q8, and the capacitor C4 is charged.

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。   When the voltage at the input terminal Ta is lower than the voltage at the input terminal Tb, the transistors Q6, Q2, and Q5 among the transistors Q1 to Q8 are turned on. Thereby, a current flows from the input terminal Tb to the input terminal Ta through the transistors Q6 and Q2, the capacitor C3, the diode D21, the transistor Q5, and the reactor L1, and the capacitor C3 is charged. Also, transistors Q8, Q3, Q7 of transistors Q1-Q8 are turned on. As a result, a current flows from the input terminal Tb to the input terminal Ta through the transistor Q8, the diode D24, the capacitor C4, the transistors Q3 and Q7, and the reactor L1, and the capacitor C4 is charged.

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。   When the voltages at the input terminals Ta and Tb are substantially equal, only the transistors Q5 and Q8 or the transistors Q6 and Q7 are turned on. When only the transistors Q5 and Q8 are turned on, a current flows from the input terminal Tb to the input terminal Ta via the transistor Q8, the diodes D24 and D21, the transistor Q5, and the reactor L1. When only the transistors Q6 and Q7 are turned on, a current flows from the input terminal Ta to the input terminal Tb via the reactor L1, the transistor Q7, the diodes D23 and D22, and the transistor Q6. In this way, DC positive bus PL, DC neutral point bus NPL, and DC negative bus NL are set to a positive voltage, a neutral point voltage, and a negative voltage, respectively.

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。   Transistors Q11, Q15, Q17, Q13 are connected in series between buses PL, NL, and transistors Q12, Q16, Q18, Q14 are connected in series between buses PL, NL. Diodes D11-D18 are connected in antiparallel to transistors Q11-Q18, respectively. The anodes of diodes D31 and D32 are both connected to DC neutral point bus NPL, and their cathodes are connected to the collectors of transistors Q15 and Q16, respectively. The anodes of diodes D33 and D34 are connected to the emitters of transistors Q17 and Q18, respectively, and the cathodes thereof are both connected to DC neutral point bus NPL.

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。   Transistors Q11 to Q18 and diodes D11 to D18, D31 to D34 constitute a three-level inverter 22. Reactor L2 is connected between the emitter of transistor Q15 and output terminal Tc. One electrode of the capacitor C2 is connected to the output terminal Tc, and the other electrode is connected to the emitter of the transistor Q16 and the output terminal Td. Reactor L2 and capacitor C2 constitute output filter 23.

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。   Inverter 22 converts the DC power generated by converter 21 into AC power. In other words, inverter 22 has positive voltage, 0 V, and negative voltage based on the positive voltage, neutral point voltage, and negative voltage received from DC positive bus PL, DC neutral point bus NPL, and DC negative bus NL. 3 levels of alternating voltage are generated.

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。   For example, transistors Q11, Q15, Q18 among transistors Q11-Q18 are turned on. Thus, DC positive bus PL is connected to output terminal Tc via transistors Q11 and Q15 and reactor L2, and output terminal Td is connected to DC neutral point bus NPL via transistor Q18 and diode D34. A difference voltage (that is, a positive voltage) between the voltage and the neutral point voltage is supplied to the output filter 23.

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。   Further, transistors Q15, Q18, Q14 of transistors Q11-Q18 are turned on. Thereby, DC neutral point bus NPL is connected to output terminal Tc via diode D31, transistor Q15, and reactor L2, and output terminal Td is connected to DC negative bus NL via transistors Q18 and Q14. A differential voltage (that is, a positive voltage) between the neutral point voltage and the negative voltage is supplied to the output filter 23.

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。   In addition, transistors Q12, Q16, Q17 of transistors Q11-Q18 are turned on. Thereby, DC positive bus PL is connected to output terminal Td via transistors Q12 and Q16, and output terminal Tc is connected to DC neutral point bus NPL via reactor L2, transistor Q17, and diode D17. A voltage (that is, a negative voltage) between the neutral point voltage and the positive voltage is supplied to the output filter 23.

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。   Further, transistors Q16, Q17, Q13 among transistors Q11-Q18 are turned on. Thereby, DC neutral point bus NPL is supplied to output terminal Td via diode D32 and transistor Q16, and output terminal Tc is connected to DC negative bus NL via reactor L2 and transistors Q17 and Q13, and negative. A difference voltage (that is, a negative voltage) between the voltage and the neutral point voltage is supplied to the output filter 23.

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。   Further, only the transistors Q15 and Q18 or the transistors Q16 and Q17 are turned on. When only transistors Q15 and Q18 are turned on, DC neutral point bus NPL is connected to output terminal Tc via diode D31, transistor Q15, and reactor L2, and output terminal Td is connected to transistor Q18 and diode D34. To the DC neutral point bus NPL, and the voltage of the difference between the neutral point voltage and the neutral point voltage (that is, 0 V) is applied to the output filter 23.

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。   When only transistors Q16 and Q17 are turned on, DC neutral point bus NPL is connected to output terminal Td via diode D32 and transistor Q16, and output terminal Tc is connected to reactor L2, transistor Q17 and diode D33. Is connected to the DC neutral point bus NPL, and a voltage (that is, 0 V) of the difference between the neutral point voltage and the neutral point voltage is applied to the output filter 23.

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。   Therefore, by controlling the transistors Q11 to Q18, a desired voltage of positive voltage, 0V, and negative voltage can be supplied between the output terminals Tc and Td, and the positive voltage, 0V, and negative voltage 3 can be supplied. An alternating voltage that varies with the level can be generated.

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。   The output filter 23 is a low-pass filter, and passes an AC voltage having a commercial frequency to the output terminals Tc and Td, and prohibits a signal having a switching frequency generated by the inverter 22 from passing to the output terminals Tc and Td. In other words, the output filter 23 converts the waveform of the three-level AC voltage generated by the inverter 22 into a sine wave, and outputs the AC voltage of the sine wave between the output terminals Tc and Td.

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。   Each of the other uninterruptible power supply devices UU2, UU3, UV1 to UV3, UW1 to UW3 is the same as uninterruptible power supply device UU1, and therefore description thereof will not be repeated.

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。   Returning to FIG. 1, the switches S2 and S3 are connected in series between the output terminal (for example, TU) of the high-voltage uninterruptible power supply 2 and the output terminal T3. The switch S2 is a contactor, for example, and is turned on in the inverter power supply mode for supplying AC power from the inverter 22 to the load 12, and in the bypass power supply mode for supplying AC power from the bypass AC power supply 11 to the load 12 via the bypass terminal T2. Turned off.

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、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。   Switch S3 is, for example, a breaker, and is normally turned on and turned off during maintenance of the uninterruptible power supply system. The switch S4 is, for example, a breaker, and is connected between the input terminal T1 and the bypass terminal T2, normally turned off, and when it is desired to short-circuit between the terminals T1 and T2, for example, the bypass AC power supply because the commercial AC power supply 10 has failed. 11 is turned on when AC power is supplied to the input transformer 1.

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。   One terminal of the switch S5 is connected to the bypass terminal T2, and the other terminal is connected to the node N1 between the switches S2 and S3 via the switch S6. The switch S5 is a breaker, for example, and is normally turned on and turned off during maintenance. Switch S6 is, for example, a contactor, and is turned on in the bypass power supply mode and turned off in the inverter power supply mode.

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。また、無瞬断スイッチ3は、商用交流電源10から交流電力が正常に供給されている通常時はオフし、商用交流電源10からの交流電力の供給が停止した場合は瞬時にオンする。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。   The uninterruptible switch 3 is connected in parallel to the switch S6, and is turned off when the high-voltage uninterruptible power supply 2 is normal, and is turned on instantaneously when the high-voltage uninterruptible power supply 2 fails. The uninterruptible switch 3 is turned off during normal times when the AC power is normally supplied from the commercial AC power supply 10 and is turned on instantaneously when the supply of AC power from the commercial AC power supply 10 is stopped. The switches S5, S6, S3 and the uninterruptible switch 3 constitute a bypass switch. The switch S7 is a breaker, for example, and is connected between the bypass terminal T2 and the output terminal T3, normally turned off, and turned on during maintenance.

エネルギー蓄積装置4は、変圧器5、電力変換器6、モータ7、およびフライホイール装置8を含む。エネルギー蓄積装置4は、高圧無停電電源装置2またはバイパス交流電源11から交流電力が正常に供給されている場合は、高圧無停電電源装置2またはバイパス交流電源11から供給される交流電力をフライホイール装置8の回転エネルギーに変換し、高圧無停電電源装置2およびバイパス交流電源11からの交流電力の供給が停止された場合は、フライホイール装置8に蓄えられた回転エネルギーを交流電力に変換して負荷12に与える。   The energy storage device 4 includes a transformer 5, a power converter 6, a motor 7, and a flywheel device 8. When the AC power is normally supplied from the high-voltage uninterruptible power supply 2 or the bypass AC power supply 11, the energy storage device 4 uses the AC power supplied from the high-voltage uninterruptible power supply 2 or the bypass AC power supply 11 as a flywheel. When the supply of AC power from the high-voltage uninterruptible power supply 2 and the bypass AC power supply 11 is stopped, the rotational energy stored in the flywheel device 8 is converted into AC power. Apply to load 12.

すなわち、スイッチS8は、たとえばブレーカであり、出力端子T3と変圧器5の1次巻線との間に接続され、通常はオンされ、メンテナンス時にオフされる。変圧器5の2次巻線は、電力変換器6に接続される。変圧器5は、高圧無停電電源装置2またはバイパス交流電源11から交流電力が正常に供給されている場合は、高圧無停電電源装置2またはバイパス交流電源11からの交流電力を電力変換器6に供給し、高圧無停電電源装置2およびバイパス交流電源11からの交流電力の供給が停止された停電時は、電力変換器6から供給される交流電力を出力端子T3を介して負荷12に供給する。   That is, the switch S8 is, for example, a breaker, and is connected between the output terminal T3 and the primary winding of the transformer 5, normally turned on, and turned off during maintenance. The secondary winding of the transformer 5 is connected to the power converter 6. When the AC power is normally supplied from the high-voltage uninterruptible power supply 2 or the bypass AC power supply 11, the transformer 5 converts the AC power from the high-voltage uninterruptible power supply 2 or the bypass AC power supply 11 to the power converter 6. When the supply of AC power from the high-voltage uninterruptible power supply 2 and the bypass AC power supply 11 is stopped, the AC power supplied from the power converter 6 is supplied to the load 12 via the output terminal T3. .

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。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a configuration of the power converter 6 and is a diagram to be compared with FIG. As can be seen from FIG. 5, power converter 6 has the same configuration as uninterruptible power supply UU1. Reactor L1 and capacitor C1 constitute filter 30. Transistors Q1-Q8 and diodes D1-D8, D21-D24 constitute converter 31. Transistors Q11 to Q18 and diodes D11 to D18, D31 to D34 constitute a converter 32. Reactor L2 and capacitor C2 constitute filter 33.

高圧無停電電源装置2またはバイパス交流電源11から交流電力が正常に供給されている場合には、コンバータ31は、高圧無停電電源装置2またはバイパス交流電源11から変圧器5およびフィルタ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、高圧無停電電源装置2またはバイパス交流電源11から変圧器5およびフィルタ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。   When the AC power is normally supplied from the high-voltage uninterruptible power supply 2 or the bypass AC power supply 11, the converter 31 is supplied from the high-voltage uninterruptible power supply 2 or the bypass AC power supply 11 via the transformer 5 and the filter 30. The supplied AC power is converted to DC power. In other words, converter 31 converts the AC voltage supplied from high-voltage uninterruptible power supply 2 or bypass AC power supply 11 through transformer 5 and filter 30 into a positive voltage, a neutral point voltage, and a negative voltage, respectively. This is applied to DC positive bus PL, DC neutral point bus NLP, and DC negative bus NL. At this time, the filter 31 prevents the noise of the switching frequency generated in the converter 31 from leaking to the transformer 5 side.

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。   Converter 32 operates as an inverter and converts the DC power generated by converter 31 into AC power. In other words, converter 32 has positive voltage, 0 V, and negative voltage based on the positive voltage, neutral point voltage, and negative voltage received from DC positive bus PL, DC neutral point bus NPL, and DC negative bus NL. 3 levels of alternating voltage are generated. At this time, the filter 33 converts the waveform of the three-level AC voltage generated by the converter 32 into a sine wave, and outputs the AC voltage of the sine wave between the output terminals Tc and Td.

また、高圧無停電電源装置2およびバイパス交流電源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。   When AC power is not normally supplied from high-voltage uninterruptible power supply 2 and bypass AC power supply 11, converter 32 converts AC power supplied from motor 7 into DC power. In other words, the converter 32 converts the AC voltage supplied from the motor 7 into a positive voltage, a neutral point voltage, and a negative voltage to the DC positive bus PL, the DC neutral point bus NLP, and the DC negative bus NL, respectively. give. At this time, the filter 33 prevents the noise of the switching frequency generated in the converter 32 from leaking to the motor 7 side.

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。   Converter 31 operates as an inverter and converts the DC power generated by converter 32 into AC power. In other words, converter 31 has positive voltage, 0 V, and negative voltage based on the positive voltage, neutral point voltage, and negative voltage received from DC positive bus PL, DC neutral point bus NPL, and DC negative bus NL. 3 levels of alternating voltage are generated. At this time, the filter 30 converts the waveform of the three-level AC voltage generated by the converter 31 into a sine wave, and outputs the AC voltage of the sine wave between the input terminals Ta and Tb.

モータ7は、高圧無停電電源装置2またはバイパス交流電源11から交流電力が正常に供給されている場合には、高圧無停電電源装置2またはバイパス交流電源11から変圧器5および電力変換器6を介して供給される交流電力によって駆動され、フライホイール装置8を回転駆動させてフライホイール装置8に回転エネルギーを蓄えさせる。   When the AC power is normally supplied from the high-voltage uninterruptible power supply 2 or the bypass AC power supply 11, the motor 7 supplies the transformer 5 and the power converter 6 from the high-voltage uninterruptible power supply 2 or the bypass AC power supply 11. The flywheel device 8 is driven to rotate, and the flywheel device 8 is rotationally driven to store rotational energy in the flywheel device 8.

また、モータ7は、高圧無停電電源装置2またはバイパス交流電源11からの交流電力の供給が正常でない場合には、回転エネルギーによって回転し続けるフライホイール装置8によって回転駆動され、交流電力を生成して電力変換器6に供給する。   In addition, when the supply of AC power from the high-voltage uninterruptible power supply 2 or the bypass AC power supply 11 is not normal, the motor 7 is rotationally driven by a flywheel device 8 that continues to rotate by rotational energy to generate AC power. To the power converter 6.

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。   The flywheel device 8 accumulates rotational energy by being rotationally driven by the motor 7, and releases rotational energy by rotationally driving the motor 7.

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。   Next, the operation of this uninterruptible power supply system will be described. However, for simplification of description, only the operation of the portion related to the R phase and the U phase will be described. Normally, the switches S1 to S3, S5, and S8 are turned on, and the switches S4, S6, and S7 are turned off. An AC voltage VR is supplied from the commercial AC power supply 10 to the primary winding CR of the input transformer 1 via the input terminal T1 and the switch S1. As a result, AC voltages VU1 to VU3 are output to the secondary windings CU1 to CU3 of the input transformer 1, respectively.

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。   Uninterruptible power supply devices UU1 to UU3 are driven by AC voltages VU1 to VU3, respectively, and output AC voltages VU11 to VU13 having sinusoidal waveforms, respectively. The AC voltages VU11 to VU13 are added to become a high-voltage AC voltage VU. The high-voltage AC voltage VU is supplied to the load 12 via the switches S2 and S3 and the output terminal T3. This state is called an inverter power supply mode because AC power is supplied from the inverter 22 of the uninterruptible power supply devices UU1 to UU3 to the load 12.

また、このとき、無停電電源装置UU1〜UU3からスイッチS2,S3,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。   At this time, AC power is supplied from the uninterruptible power supply devices UU1 to UU3 to the energy storage device 4 via the switches S2, S3, and S8, and the flywheel device 8 is rotationally driven by the motor 7 to store rotational energy. .

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。   When the output voltage of the commercial AC power supply 10 drops momentarily in the inverter power supply mode, that is, when a so-called instantaneous drop occurs, the positive voltage, the neutral point voltage, and the negative voltage are maintained by the capacitors C3 and C4. The AC voltage thus supplied is supplied to the load 12, and the load 12 is stably operated.

インバータ給電モード時において、商用交流電源10からの交流電力の供給が停止された場合(すなわち停電が発生した場合)、または高圧無停電電源装置2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。なお、停電時は、コンバータ21およびインバータ22の運転が停止される。   In the inverter power supply mode, when the supply of AC power from the commercial AC power supply 10 is stopped (that is, when a power failure occurs), or when the high-voltage uninterruptible power supply 2 fails, the uninterruptible switch 3 is instantaneously The AC power is supplied to the load 12 from the bypass AC power supply 11 via the bypass terminal T2, the switch S5, the uninterruptible switch 3, the switch S3, and the output terminal T3, and the operation of the load 12 is continued. Note that the operation of converter 21 and inverter 22 is stopped during a power failure.

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。   When the switch S6 is turned on following the uninterruptible switch 3 and the switches S1 and S2 are turned off, the uninterruptible switch 3 is turned off. Thereby, AC power is supplied from the bypass AC power source 11 to the load 12 via the bypass terminal T2, the switches S5, S6, S3, and the output terminal T3, and the operation of the load 12 is continued. This is to reduce power loss in the uninterruptible switch 3. This state is called bypass power supply mode because AC power is supplied from the bypass AC power supply 11 to the load 12.

また、このとき、バイパス交流電源11からバイパス端子T2およびスイッチS5,S6,S3,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。   At this time, AC power is supplied from the bypass AC power supply 11 to the energy storage device 4 via the bypass terminal T2 and the switches S5, S6, S3, and S8, and the flywheel device 8 is rotationally driven by the motor 7 to rotate energy. Is stored.

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および出力端子T3を介して負荷12に供給され、負荷12の運転が継続される。   In the bypass power supply mode, when the supply of AC power from the bypass AC power supply 11 is stopped or the output voltage of the bypass AC power supply 11 decreases momentarily, the rotational energy of the flywheel device 8 is converted into AC power by the motor 7. Is done. The AC power generated by the motor 7 is converted into AC power having the same voltage and frequency as the commercial AC power by the power converter 6 and the transformer 5 and supplied to the load 12 via the switch S8 and the output terminal T3. 12 operations are continued.

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。   At the time of maintenance, only the switch S7 is turned on, the other switches S1 to S6, S8 are turned off, and AC power is supplied from the bypass AC power supply 11 to the load 12 via the bypass terminal T2, the switch S7, and the output terminal T3. The load 12 is operated. When one of the AC power supplies 10 and 11 fails, the switch S4 is turned on, and the other AC power supply also functions as an AC power supply that has failed.

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。   In the first embodiment, a high voltage is supplied to the load 12 by connecting a plurality of uninterruptible power supply devices (for example, UU1 to UU3) in series to the load 12. Therefore, since no output transformer is used, high efficiency can be obtained.

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。   In addition, when the output transformer is driven by a low-voltage uninterruptible power supply, an uninterruptible power supply with a large rated current is required. It can consist of a small uninterruptible power supply.

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。   Further, a plurality of uninterruptible power supply devices (for example, UU1 to UU3) are connected by connecting a plurality of secondary windings (for example, CU1 to CU3) of the input transformer 1 to a plurality of uninterruptible power supply devices (for example, UU1 to UU3), respectively. Since they are insulated from each other, it is possible to use a low-breakdown-voltage transistor Q, a diode D, and the like, and to reduce the cost of the device.

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。   Moreover, since the energy storage device 4 is provided, the operation of the load 12 can be continued even when the power failure time is long.

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。   FIG. 6 is a circuit diagram showing the main part of an uninterruptible power supply system that is a modification of the first embodiment, and is a diagram contrasted with FIG. 4. Referring to FIG. 6, this uninterruptible power supply system is different from the first embodiment in that batteries 35 and 36 are provided corresponding to uninterruptible power supply devices UU1 to UU3, UV1 to UV3, UW1 to UW3, respectively. It is a point. In FIG. 6, the uninterruptible power supply UU1 and the batteries 35 and 36 are shown.

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。   A positive electrode and a negative electrode of battery 35 are connected to DC positive bus PL and DC neutral point bus NPL, respectively. The positive electrode and the negative electrode of battery 36 are connected to DC neutral point bus NPL and DC negative bus NL, respectively.

コンバータ21は、商用交流電源10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からの交流電力の供給が停止された場合は停止する。   When AC power is supplied from commercial AC power supply 10, converter 21 converts AC power received from corresponding secondary winding CU1 into DC power, and stores the DC power in batteries 35 and 36 and an inverter. When the supply of AC power from the commercial AC power supply 10 is stopped, it is stopped.

インバータ22は、商用交流電源10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し、バッテリ35,36の端子間電圧が放電終止電圧まで低下した場合は停止する。   When the AC power is supplied from the commercial AC power source 10, the inverter 22 converts the DC power generated by the converter 21 into AC power, and when the AC power supply from the commercial AC power source 10 is stopped. When the DC power of the batteries 35 and 36 is converted into AC power and the voltage between the terminals of the batteries 35 and 36 is reduced to the discharge end voltage, the battery 35 and 36 is stopped.

この変更例では、商用交流電源10からの交流電力の供給が停止された場合でも、バッテリ35,36に直流電力が蓄えられている間は高圧無停電電源装置2は交流電力を供給し続ける。したがって、無瞬断スイッチ3は、商用交流電源10からの交流電力の供給が停止された時点ではオンせず、インバータ22が停止した時点でオンする。   In this modified example, even when the supply of AC power from the commercial AC power supply 10 is stopped, the high-voltage uninterruptible power supply 2 continues to supply AC power while the DC power is stored in the batteries 35 and 36. Accordingly, the uninterruptible switch 3 is not turned on when the supply of AC power from the commercial AC power supply 10 is stopped, and is turned on when the inverter 22 is stopped.

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。   In this modified example, the batteries 35 and 36 are provided in the uninterruptible power supply devices UU1 to UU3, UV1 to UV3, and UW1 to UW3. Therefore, when a power failure occurs, the load 12 is longer than that in the first embodiment. Can continue driving.

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。   FIG. 7 is a circuit diagram showing a main part of an uninterruptible power supply system which is another modification of the first embodiment, and is a diagram compared with FIG. Referring to FIG. 7, this modified example is different from the modified example of FIG. 6 in that batteries 35 and 36 are replaced by electric double layer capacitors 37 and 38, respectively. When the AC power is supplied from the commercial AC power supply 10, each uninterruptible power supply stores the generated DC power in the corresponding electric double layer capacitors 37 and 38, and the AC power is supplied from the commercial AC power supply 10. When stopped, the DC power of the electric double layer capacitors 37 and 38 is converted into AC power. In this modified example, since the electric double layer capacitors 37 and 38 are used, the life of the device can be extended and the size can be reduced as compared with the case where the batteries 35 and 36 are used.

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。   In the first embodiment, the AC voltage of 3.3 KV from the commercial AC power supply 10 is stepped down to an AC voltage of 635 V, a phase voltage of 1905 V is generated by a three-stage uninterruptible power supply, and 3.3 KV of Although the line voltage is regenerated, an even higher voltage uninterruptible power supply system can be constructed by increasing the number of stages of the uninterruptible power supply. For example, even if a 6.6 KV AC voltage from a commercial AC power supply is stepped down to a 635 V AC voltage, a phase voltage of 3810 V is generated by a 6-stage uninterruptible power supply, and a 6.6 KV line voltage is regenerated. Good.

[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。
[Embodiment 2]
FIG. 8 is a circuit block diagram showing a configuration of an uninterruptible power supply system according to Embodiment 2 of the present invention, and is a diagram compared with FIG. Referring to FIG. 8, this uninterruptible power supply system is different from the uninterruptible power supply system of FIG. 1 in that high voltage uninterruptible power supply 2 is replaced with high voltage uninterruptible power supply 40.

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。   FIG. 9 is a circuit block diagram showing the configuration of the high-voltage uninterruptible power supply 40, which is compared with FIG. Referring to FIG. 9, high-voltage uninterruptible power supply 40 is different from high-voltage uninterruptible power supply 2 in that uninterruptible power supply UU1-UU3, UV1-UV3, UW1-UW3 are uninterruptible power-supply UU1A-UU3A, It is replaced by UV1A to UV3A, UW1A to UW3A, and reactors LU, LV, and LW and capacitors CU, CV, and CW are added.

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。   FIG. 10 is a circuit diagram showing a configuration of uninterruptible power supply UU1A, and is a diagram contrasted with FIG. Referring to FIG. 10, uninterruptible power supply UU1A is obtained by removing reactors L1, L2 and capacitors C1, C2, that is, input filter 20 and output filter 23, from uninterruptible power supply UU1. The emitter of the transistor Q5 is directly connected to the input terminal Ta, and the emitter of the transistor Q15 is directly connected to the output terminal Tc. For this reason, the output voltage VU11A of the uninterruptible power supply UU1A is not a sine wave but a pulse signal string. Each of other uninterruptible power supply devices UU2A, UU3A, UV1A to UV3A, UW1A to UW3A has the same configuration as uninterruptible power supply UU1A.

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。   Returning to FIG. 9, a pulse signal sequence obtained by adding the output pulse signal sequences of the uninterruptible power supply devices UU1A to UU3A is output between the output terminal Tc of the uninterruptible power supply device UU3A and the output terminal Td of the uninterruptible power supply device UU1A. Is done. The control circuit 15 controls the inverter 22 of the uninterruptible power supply devices UU1A to UU3A by shifting the phase by a predetermined angle in order to make the waveform of the added pulse signal sequence approach a sine wave. Reactor LU is connected between output terminal Tc and output terminal TU of uninterruptible power supply UU3A, and capacitor CU is connected between output terminal Tc and neutral point NP. Reactor LU and capacitor CU constitute an output filter.

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。   This output filter is a low-pass filter, which passes an AC voltage of commercial frequency between the output terminal TU and the neutral point NP, and a switching frequency signal generated by the inverter 22 passes between the output terminal TU and the neutral point NP. It is prohibited to do. In other words, the output filter composed of the reactor LU and the capacitor CU converts the added output pulse signal sequence of the uninterruptible power supply units UU1A to UU3A into a sine wave, and converts the sinusoidal AC voltage VU into the output terminal TU and the neutral point. Output between NPs.

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。   Similarly, a pulse signal sequence obtained by adding the output pulse signal sequences of the uninterruptible power supply devices UV1A to UV3A is output between the output terminal Tc of the uninterruptible power supply device UV3A and the output terminal Td of the uninterruptible power supply device UV1A. The control circuit 15 controls the inverter 22 of the uninterruptible power supply UV1A to UV3A by shifting the phase by a predetermined angle in order to bring the waveform of the added pulse signal sequence closer to a sine wave. Reactor LV is connected between output terminal Tc and output terminal TV of uninterruptible power supply UV3A, and capacitor CV is connected between output terminal Tc and neutral point NP. Reactor LV and capacitor CV constitute an output filter.

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。   This output filter is a low-pass filter, and passes an AC voltage of commercial frequency between the output terminal TV and the neutral point NP, and a switching frequency signal generated by the inverter 22 passes between the output terminal TV and the neutral point NP. It is prohibited to do. In other words, the output filter composed of the reactor LV and the capacitor CV converts the added output pulse signal sequence of the uninterruptible power supply UV1A to UV3A into a sine wave, and converts the sinusoidal AC voltage VV into the output terminal TV and the neutral point. Output between NPs.

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。   Similarly, a pulse signal sequence obtained by adding the output pulse signal sequences of the uninterruptible power supply devices UW1A to UW3A is output between the output terminal Tc of the uninterruptible power supply device UW3A and the output terminal Td of the uninterruptible power supply device UW1A. The control circuit 15 controls the inverters 22 of the uninterruptible power supply devices UW1A to UW3A by shifting their phases by a predetermined angle in order to make the waveform of the added pulse signal sequence approach a sine wave. Reactor LW is connected between output terminal Tc and output terminal TW of uninterruptible power supply UW3A, and capacitor CW is connected between output terminal Tc and neutral point NP. Reactor LW and capacitor CW constitute an output filter.

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。   This output filter is a low-pass filter, which passes an AC voltage of commercial frequency between the output terminal TW and the neutral point NP, and a switching frequency signal generated by the inverter 22 passes between the output terminal TW and the neutral point NP. It is prohibited to do. In other words, the output filter consisting of the reactor LW and the capacitor CW converts the added output pulse signal sequence of the uninterruptible power supply devices UW1A to UW3A into a sine wave, and converts the AC voltage VW of the sine wave into the output terminal TW and the neutral point. Output between NPs.

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40のうちのU相に関連する部分の動作を示すタイムチャートである。図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。   FIGS. 11A to 11D are time charts showing the operation of the portion related to the U phase in the high voltage uninterruptible power supply 40 shown in FIGS. 9 and 10. 11A shows the waveform of the output voltage VU11A of the uninterruptible power supply UU1A, and FIG. 11B shows the waveform of the U-phase voltage VU obtained by adding the output voltages VU11A to VU13A of the uninterruptible power supply UU1A to UU3A. FIG. 11 (c) shows the waveform of the U-phase and V-phase line voltage VUV, and FIG. 11 (d) shows the waveform of the U-phase current IU.

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。   As shown in FIG. 11A, the output voltage VU11A of the uninterruptible power supply UU1A is a positive pulse signal sequence at 0 to 180 degrees and a negative pulse signal sequence at 180 to 360 degrees. The pulse width is maximum near 90 ° and 270 °, which are the peaks of the sine wave, and the pulse width is minimum near 0 ° and 180 °, which is the zero point of the sine wave.

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。   Also, as shown in FIG. 11B, the waveform of the U-phase voltage VU obtained by adding the output voltages VU11A to VU13A of the uninterruptible uninterruptible power supply devices UU1A to UU3A is the waveform of the output voltage VU11A of the uninterruptible power supply UU1A. Is closer to a sine wave. Further, as shown in FIG. 11C, the waveform of the line voltage VUV is closer to a sine wave. Further, as shown in FIG. 11D, the waveform of the U-phase current IU flowing through the load 12 is substantially a sine wave. Since the operation of the portion related to the V phase and the W phase is the same as the operation of the portion related to the U phase, the description thereof will not be repeated. Other configurations and operations are the same as those in the first embodiment, and thus description thereof will not be repeated.

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。   In the second embodiment, the output filter is provided in common for the three uninterruptible power supply devices in each phase, and the input filter is removed, so that the circuit area can be reduced.

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。   FIG. 12 is a circuit diagram showing a main part of an uninterruptible power supply system which is a modified example of the second embodiment, and is a diagram compared with FIG. Referring to FIG. 12, this uninterruptible power supply system is different from the second embodiment in that batteries 35 and 36 are provided corresponding to uninterruptible power supply devices UU1A to UU3A, UV1A to UV3A, UW1A to UW3A, respectively. It is a point. In FIG. 12, uninterruptible power supply UU1A and batteries 35 and 36 are shown.

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。   A positive electrode and a negative electrode of battery 35 are connected to DC positive bus PL and DC neutral point bus NPL, respectively. The positive electrode and the negative electrode of battery 36 are connected to DC neutral point bus NPL and DC negative bus NL, respectively.

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からの交流電力の供給が停止された場合は停止する。   When the AC power is supplied from the commercial AC power supply 10 or the energy storage device 4, the converter 21 converts the AC power received from the corresponding secondary winding CU1 into DC power, and converts the DC power into the battery 35, When the supply of AC power from the commercial AC power supply 10 is stopped, it is stopped.

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し、バッテリ35,36の端子間電圧が放電終止電圧まで低下した場合は停止する。   When the AC power is supplied from the commercial AC power supply 10 or the energy storage device 4, the inverter 22 converts the DC power generated by the converter 21 into AC power, and the AC power is supplied from the commercial AC power supply 10. When stopped, the DC power of the batteries 35 and 36 is converted into AC power, and when the voltage between the terminals of the batteries 35 and 36 drops to the discharge end voltage, the battery 35 and 36 stops.

この変更例では、商用交流電源10からの交流電力の供給が停止された場合でも、バッテリ35,36に直流電力が蓄えられている間は高圧無停電電源装置40は交流電力を供給し続ける。したがって、無瞬断スイッチ3は、商用交流電源10からの交流電力の供給が停止された時点ではオンせず、インバータ22が停止した時点でオンする。   In this modified example, even when the supply of AC power from the commercial AC power supply 10 is stopped, the high voltage uninterruptible power supply 40 continues to supply AC power while the DC power is stored in the batteries 35 and 36. Accordingly, the uninterruptible switch 3 is not turned on when the supply of AC power from the commercial AC power supply 10 is stopped, and is turned on when the inverter 22 is stopped.

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。   In this modified example, the batteries 35 and 36 are provided in the uninterruptible power supply devices UU1A to UU3A, UV1A to UV3A, and UW1A to UW3A. Therefore, when a power failure occurs, the load 12 is longer than that in the second embodiment. Can continue driving.

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。   FIG. 13 is a circuit diagram showing the main part of an uninterruptible power supply system which is another modification of the second embodiment, and is a figure compared with FIG. Referring to FIG. 13, this modified example is different from the modified example of FIG. 12 in that batteries 35 and 36 are replaced with electric double layer capacitors 37 and 38, respectively. When the AC power is supplied from the commercial AC power supply 10, each uninterruptible power supply stores the generated DC power in the corresponding electric double layer capacitors 37 and 38, and the AC power is supplied from the commercial AC power supply 10. When stopped, the DC power of the electric double layer capacitors 37 and 38 is converted into AC power. In this modified example, since the electric double layer capacitors 37 and 38 are used, the life of the device can be extended and the size can be reduced as compared with the case where the batteries 35 and 36 are used.

[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。
[Embodiment 3]
FIG. 14 is a circuit block diagram showing a configuration of an uninterruptible power supply system according to Embodiment 3 of the present invention, and is compared with FIG. Referring to FIG. 14, this uninterruptible power supply system is different from the uninterruptible power supply system of FIG. 1 in that bypass AC power supply 11 is replaced with a generator 41.

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10はバイパス交流電源を兼ねている。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、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。   The generator 41 is a diesel generator, for example, and is connected to the bypass terminal T2. In order to operate the generator 41, it is necessary to start the generator 41 by supplying AC power for a predetermined time. The switch S4 is normally turned on and turned off during maintenance. Therefore, the commercial AC power supply 10 also serves as a bypass AC power supply. During normal times when AC power is supplied from the commercial AC power supply 10, the operation of the generator 41 is stopped, the uninterruptible power supply system operates in the same manner as in the first embodiment, and rotational energy is supplied to the flywheel device 8. Accumulated.

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、スイッチS2がオフするとともにスイッチS6がオンし、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負荷12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負荷12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。   When the supply of AC power from the commercial AC power supply 10 is stopped, the switch S2 is turned off and the switch S6 is turned on. The rotational energy of the flywheel device 8 is converted into AC power, and the load 12 and the generator 41 are turned on. And the operation of the load 12 is continued, and the generator 41 is started. The started generator 41 generates AC power and supplies it to the load 12 and the energy storage device 4. Therefore, the operation of the load 12 is continued.

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を始動させるので、停電時でも負荷12を長時間、運転することができる。   In the third embodiment, since the AC power is supplied from the energy storage device 4 and the generator 41 is started during a power failure, the load 12 can be operated for a long time even during a power failure.

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。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

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。   T1, Ta, Tb input terminal, T2 bypass terminal, T3, Tc, Td, TU, TV, TW output terminal, S1-S8 switch, 1 input transformer, 2,40 high voltage uninterruptible power supply, 3 uninterruptible switch 4, energy storage device, 5 transformer, 6 power converter, 7 motor, 8 flywheel device, 10 commercial AC power supply, 11 bypass AC power supply, 12 load, CR, CS, CT primary winding, CU1-CU3 CV1-CV3, CW1-CW3 secondary winding, UU1-UU3, UV1-UV3, UW1-UW3, UU1A-UU3A, UV1A-UV3A, UW1A-UW3A uninterruptible power supply, 15 control circuit, L1, L2, LU, LV, LW reactor, C1-C4, CU, CV, CW capacitors, Q1-Q8, Q11-Q18 transistors, D D8, D11 to D18, D21 to D24, D31 to D34 Diode, 20 input filter, 21, 31, 32 converter, 22 inverter, 23 output filter, 30, 33 filter, 35, 36 battery, 37, 38 Electric double layer Capacitor, PL DC positive bus, NPL DC neutral point bus, NL DC negative bus, 41 generator.

Claims (10)

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平滑化するコンデンサと、前記コンデンサで平滑化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に接続され、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、前記負荷と並列接続された電力変換器を少なくとも含み、複数の前記インバータから交流電力が正常に供給されている場合は、複数の前記インバータから前記電力変換器を介して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、複数の前記インバータからの交流電力の供給が停止された場合は、前記フライホイール装置に蓄えられた回転エネルギーを交流電力に変換して前記負荷に与えるエネルギー蓄積装置を備える、無停電電源システム。
A transformer including a primary winding that receives AC power supplied from a commercial AC power source and a plurality of secondary windings that are insulated from each other;
A converter provided corresponding to each of the plurality of secondary windings, each of which converts a voltage between terminals of the corresponding secondary winding into a DC voltage, and a capacitor that smoothes the DC voltage generated by the converter And a plurality of uninterruptible power supplies including an inverter that converts the DC voltage smoothed by the capacitor into an AC voltage,
The plurality of inverters are connected in series with the load, the inverters at each stage add their own output voltage to the output voltage of the previous stage, and output to the next stage, and the inverter at the final stage includes the plurality of inverters Apply an alternating voltage of the total output voltage to the load,
Furthermore, when the AC power is included in at least a power converter connected in parallel with the load, and AC power is normally supplied from the plurality of inverters, AC power supplied from the plurality of inverters via the power converter Is converted into rotational energy of the flywheel device, and when the supply of AC power from the plurality of inverters is stopped, the rotational energy stored in the flywheel device is converted into AC power and given to the load Uninterruptible power supply system with storage device.
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備え、
前記エネルギー蓄積装置は、複数の前記インバータまたは前記バイパス交流電源から交流電力が正常に供給されている場合は、複数の前記インバータまたは前記バイパス交流電源から供給される交流電力をフライホイール装置の回転エネルギーに変換し、複数の前記インバータおよび前記バイパス交流電源からの交流電力の供給が停止された場合は、前記フライホイール装置に蓄えられた回転エネルギーを交流電力に変換して前記負荷に与える、請求項1に記載の無停電電源システム。
Furthermore, one terminal is connected to the bypass AC power supply, the other terminal is connected to the load, and the inverter power supply mode for supplying AC power from the plurality of inverters to the load is non-conductive, and the bypass AC power supply In the bypass power supply mode to supply AC power to the load
When the AC power is normally supplied from the plurality of inverters or the bypass AC power source, the energy storage device converts the AC power supplied from the plurality of inverters or the bypass AC power source to rotational energy of the flywheel device. When the supply of AC power from the plurality of inverters and the bypass AC power supply is stopped, the rotational energy stored in the flywheel device is converted into AC power and applied to the load. The uninterruptible power supply system according to 1.
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場合は、運転が停止され、前記商用交流電源からの交流電力の供給が停止された場合は、前記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始動されて交流電力を生成し、生成した交流電力を前記負荷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。   Further, when the AC power is normally supplied from the commercial AC power supply, the operation is stopped, and when the supply of AC power from the commercial AC power supply is stopped, the AC generated by the energy storage device The uninterruptible power supply system according to claim 1, further comprising a generator that is started by electric power to generate AC power and that supplies the generated AC power to the load. 前記コンバータは、前記商用交流電源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、前記商用交流電源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、前記商用交流電源からの交流電力の供給が停止された場合は停止する、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の無停電電源システム。
When the AC power is supplied from the commercial AC power source, the converter converts AC power received from the corresponding secondary winding into DC power, and the supply of AC power from the commercial AC power source is stopped. If it stops,
When the AC power is supplied from the commercial AC power source, the inverter converts the DC power generated by the converter into AC power, and when the AC power supply from the commercial AC power source is stopped. The uninterruptible power supply system according to any one of claims 1 to 3, which stops.
前記コンバータは、前記商用交流電源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から請求項3までのいずれか1項に記載の無停電電源システム。
When AC power is supplied from the commercial AC power source, the converter converts AC power received from a corresponding secondary winding into DC power, stores the DC power in a power storage device, and stores it in the inverter. If the supply of AC power from the commercial AC power supply is stopped,
When the AC power is supplied from the commercial AC power source, the inverter converts the DC power generated by the converter into AC power, and when the AC power supply from the commercial AC power source is stopped. The uninterruptible power supply system according to any one of claims 1 to 3, wherein DC power of the power storage device is converted into AC power.
前記電力貯蔵装置は蓄電池である、請求項5に記載の無停電電源システム。   The uninterruptible power supply system according to claim 5, wherein the power storage device is a storage battery. 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5に記載の無停電電源システム。   The uninterruptible power supply system according to claim 5, wherein the power storage device is an electric double layer capacitor. 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7までのいずれか1項に記載の無停電電源システム。
Each uninterruptible power supply further includes a filter circuit that converts the waveform of the output voltage of the inverter into a sine wave,
The uninterruptible power supply system according to any one of claims 1 to 7, wherein output voltages of a plurality of the filter circuits included in the plurality of uninterruptible power supply devices are added and given to the load.
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7までのいずれか1項に記載の無停電電源システム。   The uninterruptible power supply system according to any one of claims 1 to 7, further comprising a filter circuit that converts waveforms of the added output voltages of the plurality of inverters into a sine wave and applies the sine wave to the load. . 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9に記載の無停電電源システム。   The uninterruptible power supply system according to claim 9, wherein phases of output voltages of the plurality of inverters are sequentially shifted.
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