JP6725647B2

JP6725647B2 - 無停電電源装置

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Publication number: JP6725647B2
Application number: JP2018511828A
Authority: JP
Inventors: 豊田　勝; 勝豊田
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2016-04-14
Filing date: 2016-04-14
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2036-04-14
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Description

この発明は無停電電源装置に関し、特に、交流電力を直流電力に変換する順変換器と、直流電力を交流電力に変換する逆変換器とを備えた無停電電源装置に関する。

特開２０１３−１５０３６９号公報（特許文献１）には、交流電源と直流母線の間に接続されたコンバータと、直流発電機と直流母線の間に接続された第１のＤＣ／ＤＣコンバータと、電力貯蔵装置と直流母線の間に接続された第２のＤＣ／ＤＣコンバータと、直流母線と負荷の間に接続されたインバータとを備えた電力変換システムが開示されている。

特開２０１３−１５０３６９号公報

特許文献１では、電力貯蔵装置が満充電されている場合に負荷で回生電力が発生すると、その回生電力がインバータ、直流母線、およびコンバータを介して交流電源に戻され、直流母線の電圧の上昇が抑制される。しかし、交流電源が自家用発電機である場合には、負荷で発生した回生電力を交流電源（すなわち自家用発電機）に戻すことができず、直流母線の電圧が上昇してしまう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、負荷で発生した回生電力を交流電源に戻すことなく直流母線の電圧の上昇を抑制することが可能な無停電電源装置を提供することである。

この発明に係る無停電電源装置は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換して直流母線に出力する順変換器と、直流母線から受けた直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する逆変換器と、直流母線と第１の電力貯蔵装置との間で直流電力を授受する第１の双方向チョッパと、直流母線と第２の電力貯蔵装置との間で直流電力を授受する第２の双方向チョッパと、交流電源から交流電力が正常に供給されている場合は、直流母線から第１の電力貯蔵装置に電流が流れるように第１の双方向チョッパを制御し、交流電源から交流電力が正常に供給されていない場合は、第１の電力貯蔵装置から直流母線に電流が流れるように第１の双方向チョッパを制御する第１の制御部と、第１のモードを実行する第２の制御部とを備えたものである。第１のモードにおいて第２の制御部は、負荷が回生運転している場合は、直流母線から第２の電力貯蔵装置に電流が流れるように第２の双方向チョッパを制御し、負荷が力行運転している場合は、第２の電力貯蔵装置から直流母線に電流が流れるように第２の双方向チョッパを制御する第１のモードを実行する。

この発明に係る他の無停電電源装置は、第１の負荷に接続される第１の端子と、第１の負荷で発生する回生電力を消費させるための第２の負荷に接続される第２の端子と、交流電源からの交流電力を直流電力に変換して直流母線に出力する順変換器と、直流母線から受けた直流電力を交流電力に変換して第１の端子に出力する逆変換器と、直流母線と電力貯蔵装置との間で直流電力を授受する双方向チョッパと、交流電源から交流電力が正常に供給されている場合は、直流母線から電力貯蔵装置に電流が流れるように双方向チョッパを制御し、交流電源から交流電力が正常に供給されていない場合は、電力貯蔵装置から直流母線に電流が流れるように双方向チョッパを制御する第１の制御部と、第１および第２の端子間に接続された第１のスイッチと、第１のモードを実行する第２の制御部とを備えたものである。第１のモードにおいて第２の制御部は、第１の負荷が回生運転している場合は第１のスイッチをオンさせ、第１の負荷が力行運転している場合は第１のスイッチをオフさせる第１のモードを実行する。

この発明に係る無停電電源装置では、直流母線と第２の電力貯蔵装置との間で直流電力を授受する第２の双方向チョッパを設け、負荷が回生運転している場合は第２の電力貯蔵装置を充電させ、負荷が力行運転している場合は第２の電力貯蔵装置を放電させる。したがって、負荷で発生した回生電力を交流電源に戻すことなく直流母線の電圧の上昇を抑制することができる。

この発明に係る他の無停電電源装置では、第１の負荷が接続される第１の端子と、第１の負荷で発生する回生電力を消費させる第２の負荷が接続される第２の端子との間に第１のスイッチを接続し、第１の負荷が回生運転している場合は第１のスイッチをオンさせ、第１の負荷が力行運転している場合は第１のスイッチをオフさせる。したがって、第１の負荷で発生した回生電力を交流電源に戻すことなく直流母線の電圧の上昇を抑制することができる。

この発明の実施の形態１による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。この発明の実施の形態２による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。この発明の実施の形態３による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。この発明の実施の形態４による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。この発明の実施の形態５による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。この発明の実施の形態６による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。

[実施の形態１]
図１は、この発明の実施の形態１による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。この無停電電源装置は、交流電源５１から供給される三相交流電力を直流電力に一旦変換し、その直流電力を三相交流電力に再変換して負荷５２に供給するものである。図１では、図面および説明の簡単化を図るため、一相分の回路のみが示されている。

この無停電電源装置は、入力端子Ｔ１、バイパス端子Ｔ２、直流端子Ｔ３，Ｔ４、および出力端子Ｔ５を備える。入力端子Ｔ１は、交流電源５１に接続される。交流電源５１は、商用交流電源でもよいし、自家用発電機でもよい。交流電源５１は、たとえば商用周波数の交流電力を無停電電源装置に供給する。

バイパス端子Ｔ２は、バイパス交流電源に接続される。バイパス交流電源は、商用交流電源でもよいし、自家用発電機でもよい。図１では、バイパス端子Ｔ２が入力端子Ｔ１とともに交流電源５１に接続されている場合が示されている。

直流端子Ｔ３は、蓄電池５３に接続される。蓄電池５３は、交流電源５１からの交流電力が正常に供給されている場合に充電され、交流電源５１からの交流電力が正常に供給されていない場合（たとえば停電時）に放電される。直流端子Ｔ４は、リチウムイオン電池５４に接続される。リチウムイオン電池５４は、負荷５２が回生運転している場合に充電され、負荷５２が力行運転している場合に放電される。

蓄電池５３は、安価であるという長所を有する反面、充放電に伴う劣化が大きく、多数回の充放電を行なうことができないという短所を有する。逆に、リチウムイオン電池５４は、高価であるという短所を有する反面、充放電に伴う劣化が小さく、多数回の充放電が可能であるという長所を有する。このため、停電が発生する回数は少ないが停電時には大きな電力を必要とするので、停電時に使用する直流電力を貯蔵する電池として蓄電池５３を使用している。負荷５２の回生運転と力行運転が切り換わる度に充放電が行なわれる電池としてリチウムイオン電池５４を使用している。

出力端子Ｔ５は、負荷５２に接続される。負荷５２は、たとえばモータであり、無停電電源装置から供給される交流電力によって駆動される。本実施の形態１では、負荷５２が力行運転される場合と、負荷５２が回生運転される場合とが交互に繰り返されるものとする。

この無停電電源装置は、スイッチ１，１０，１４，１５，１９、ヒューズ２、リアクトル３，８、コンバータ４、直流母線５、コンデンサ６，９、インバータ７、電流検出器１１、双方向チョッパ１２，１３、制御部１６，１７、および半導体スイッチ１８を備える。

スイッチ１、ヒューズ２、およびリアクトル３は、入力端子Ｔ１とコンバータ４の入力端子との間に直列接続される。スイッチ１は、無停電電源装置の使用時にオンされ、たとえば無停電電源装置のメンテナンス時にオフされる。ヒューズ２は、過電流が流れた場合にブローされ、無停電電源装置を保護する。リアクトル３は、交流電源５１からの交流電流をコンバータ４に通過させ、コンバータ４で発生するスイッチング周波数の信号の通過を禁止する。

コンバータ４は、交流電源５１からスイッチ１、ヒューズ２、およびリアクトル３を介して供給される交流電力を受ける。コンバータ４は、交流電源５１からの交流電力が正常に供給されている場合は、交流電源５１からの交流電力を直流電力に変換して直流母線５に出力する。コンバータ４は、負荷５２で発生した回生電力によって直流母線５の直流電圧ＶＤＣが定格電圧ＶＲよりも高くなった場合でも、回生電力を交流電源５１側に戻すことはない。交流電源５１からの交流電力が正常に供給されていない場合（すなわち停電時）には、コンバータ４の運転は停止される。

直流母線５は、コンバータ４の出力端子とインバータ７の入力端子との間に接続され、直流電力を伝達させる。コンデンサ６は、直流母線５に接続され、直流母線５の直流電圧ＶＤＣを安定化させる。インバータ７は、直流母線５から受けた直流電力をたとえば商用周波数の交流電力に変換して出力端子に出力する。

リアクトル８は、インバータ７の出力端子とスイッチ１０の一方端子との間に接続される。コンデンサ９は、スイッチ１０の一方端子に接続される。スイッチ１０の他方端子は、出力端子Ｔ５に接続される。

リアクトル８およびコンデンサ９は、低域通過フィルタを構成し、インバータ７によって生成されたたとえば商用周波数の交流電力を通過させ、インバータ７で発生するスイッチング周波数の信号の通過を禁止する。換言すると、リアクトル８およびコンデンサ９は、インバータ７から出力される矩形波状の交流電圧を正弦波状の交流電圧に変換する。

スイッチ１０は、インバータ７からの交流電力を負荷５２に供給するインバータ給電モード時にはオンされ、交流電源５１からバイパス端子Ｔ２を介して供給される交流電力を負荷５２に供給するバイパス給電モード時にはオフされる。電流検出器１１は、スイッチ１０の他方端子と出力端子Ｔ５との間に流れる交流電流の瞬時値を検出し、その検出値を示す信号を制御部１７に出力する。

双方向チョッパ１２およびスイッチ１４は、直流母線５と直流端子Ｔ３との間に直列接続される。スイッチ１４は、無停電電源装置の使用時にはオンされ、たとえば蓄電池５３のメンテナンス時にオフされる。双方向チョッパ１２は、制御部１６によって制御され、直流母線５と蓄電池５３の間で直流電力を授受する。

制御部１６は、交流電源５１から供給される交流電圧ＶＡＣに基づいて双方向チョッパ１２を制御する。制御部１６は、たとえばヒューズ２とリアクトル３の間のノードの電圧を交流電圧ＶＡＣとして検出する。

制御部１６は、交流電圧ＶＡＣが正常である場合（すなわち、交流電源５１から交流電力が正常に供給されている場合）は、直流母線５から蓄電池５３に直流電流が流れるように双方向チョッパ１２を制御し、蓄電池５３を充電させる。

制御部１６は、交流電圧ＶＡＣが正常でない場合（すなわち、交流電源５１から交流電力が正常に供給されていない場合）には、蓄電池５３から直流母線５に直流電流が流れるように双方向チョッパ１２を制御し、蓄電池５３を放電させる。

双方向チョッパ１３およびスイッチ１５は、直流母線５と直流端子Ｔ４との間に直列接続される。スイッチ１５は、無停電電源装置の使用時にはオンされ、たとえばリチウムイオン電池５４のメンテナンス時にオフされる。双方向チョッパ１３は、制御部１７によって制御され、直流母線５とリチウムイオン電池５４との間で直流電力を授受する。

制御部１７は、電流検出器１１の出力信号と、直流母線５の直流電圧ＶＤＣとに基づいて双方向チョッパ１３を制御する。制御部１７は、電流検出器１１の出力信号に基づいて負荷５２が回生運転しているか力行運転しているかを判定する。制御部１７は、たとえば、３つの電流検出器１１の出力信号から得られる三相交流電流を三相−二相変換（たとえばｄｑ変換）して有効電流および無効電流を求める。制御部１７は、有効電流が正の値である場合（すなわち有効電流がインバータ７から負荷５２に流れている場合）は負荷５２が力行運転していると判定し、有効電流が負の値である場合（すなわち有効電流が負荷５２からインバータ７に流れている場合）は負荷５２が回生運転していると判定する。

制御部１７は、負荷５２が回生運転しており、かつ直流母線５の直流電圧ＶＤＣがしきい値電圧Ｖｔｈを超えた場合に、直流母線５からリチウムイオン電池５４に電流が流れるように双方向チョッパ１３を制御し、リチウムイオン電池５４を充電させる。しきい値電圧Ｖｔｈは、直流電圧ＶＤＣの定格電圧ＶＲよりも予め定められた電圧だけ高い電圧に設定されている。

リチウムイオン電池５４の充電を開始した場合、制御部１７は、直流母線５の直流電圧ＶＤＣがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低下したときでも、リチウムイオン電池５４の充電を継続させる。

制御部１７は、負荷５２が力行運転している場合は、リチウムイオン電池５４から直流母線５に直流電流が流れるように双方向チョッパ１３を制御し、リチウムイオン電池５４を放電させる。

これにより、負荷５２からの回生電力を交流電源５１に供給することなく、直流母線５の直流電圧ＶＤＣを下げることが可能となる。したがって、交流電源５１が自家用発電機である場合でも、直流母線５の直流電圧ＶＤＣの上昇を抑制することができる。しかも、負荷５２からの回生電力を有効に利用できるので、無停電電源装置の効率の向上を図ることができる。さらに、リチウムイオン電池５４を放電させることにより、次に負荷５２が回生運転したときに、リチウムイオン電池５４を充電することが可能となる。

半導体スイッチ１８は、バイパス端子Ｔ２とスイッチ１０の他方端子との間に接続され、インバータ７が故障した場合に瞬時にオンされ、所定時間後にオフされる。スイッチ１９は、半導体スイッチ１８に並列接続され、インバータ７が故障した場合にオンされる。インバータ７が故障した場合は、半導体スイッチ１８が瞬時にオンされ、スイッチ１９がオンされるとともにスイッチ１０がオフされた後、半導体スイッチ１８がオフされる。これにより、交流電源５１からスイッチ１９を介して負荷５２に交流電力が供給され、負荷５２の運転が継続される。

なお、半導体スイッチ１８を所定時間だけオンさせるのは、半導体スイッチ１８が熱により破損することを防止するためである。スイッチ１９は、インバータ７が故障した場合だけでなく、交流電源５１の交流電力を負荷５２に直接供給するバイパス給電モード時にもオンされる。

次に、この無停電電源装置の動作について説明する。インバータ給電モードが選択され、スイッチ１，１０，１４，１５がオンされ、半導体スイッチ１８およびスイッチ１９がオフされているものとする。交流電源５１から交流電力が正常に供給されている場合は、交流電源５１からの交流電力は、スイッチ１、ヒューズ２、およびリアクトル３を介してコンバータ４に供給され、直流電力に変換される。コンバータ４で生成された直流電力は、直流母線５を介してインバータ７に供給され、交流電力に変換される。インバータ７によって生成された交流電力は、リアクトル８およびスイッチ１０を介して負荷５２に供給される。

この場合は、交流電源５１から交流電圧ＶＡＣが正常に供給されているので、制御部１６は、直流母線５から蓄電池５３に電流が流れるように双方向チョッパ１２を制御し、蓄電池５３を充電させる。蓄電池５３の端子間電圧は、所定の目標電圧に設定される。

負荷５２が回生運転すると、負荷５２で発生した回生電力が、スイッチ１０、リアクトル８、およびインバータ７を逆流して直流電力となり、直流母線５に供給される。電流検出器１１の出力信号に基づいて負の有効電流が流れたこと（すなわち負荷５２が回生運転したこと）を検出し、かつ直流母線５の直流電圧ＶＤＣがしきい値電圧Ｖｔｈを超えたことを検出した場合、制御部１７は、直流母線５からリチウムイオン電池５４に電流が流れるように双方向チョッパ１３を制御し、リチウムイオン電池５４を充電させる。

リチウムイオン電池５４の充電を開始した場合、制御部１７は、直流母線５の直流電圧ＶＤＣがしきい値電圧Ｖｔｈを下回った場合でも、負荷５２が回生運転しているときはリチウムイオン電池５４の充電を継続する。

電流検出器１１の出力信号に基づいて正の有効電流が流れたこと（すなわち負荷５２が力行運転したこと）を検出した場合、制御部１７は、リチウムイオン電池５４から直流母線５に直流電流が流れるように双方向チョッパ１３を制御し、リチウムイオン電池５４を放電させる。リチウムイオン電池５４から直流母線５に供給された直流電力は、インバータ７によって交流電力に変換されて負荷５２に供給される。

インバータ７が故障した場合は、半導体スイッチ１８が瞬時にオンされ、交流電源５１からの交流電力が半導体スイッチ１８を介して負荷５２に供給される。スイッチ１０がオフされ、スイッチ１９がオンされた後、半導体スイッチ１８がオフされる。これにより、交流電源５１からの交流電力がスイッチ１９を介して負荷５２に供給され、負荷５２の運転が継続される。

交流電源５１から交流電力が正常に供給されていない場合は、コンバータ４の運転が停止される。この場合は、交流電源５１からの交流電圧ＶＡＣが異常になるので、制御部１６は、蓄電池５３から直流母線５に電流が流れるように双方向チョッパ１２を制御し、蓄電池５３を放電させる。蓄電池５３から直流母線５に供給された直流電力は、インバータ７によって交流電力に変換されて負荷５２に供給される。したがって、蓄電池５３に直流電力が蓄えられている限りは、負荷５２の運転を継続することができる。

制御部１７は、交流電源５１からの交流電圧ＶＡＣが正常である場合と同様に動作し、負荷５２が回生運転している場合はリチウムイオン電池５４を充電させ、負荷５２が力行運転している場合はリチウムイオン電池５４を放電させる。

蓄電池５３の端子間電圧が放電終止電圧に低下した場合は蓄電池５３の放電が停止され、リチウムイオン電池５４の端子間電圧が放電終止電圧に低下した場合はリチウムイオン電池５４の放電が停止され、インバータ７の運転が停止されて負荷５２の運転が停止される。

以上のように、この実施の形態１では、直流母線５が双方向チョッパ１３を介してリチウムイオン電池５４に接続され、負荷５２が回生運転している場合はリチウムイオン電池５４を充電させ、負荷が力行運転している場合はリチウムイオン電池５４を放電させる。したがって、負荷５２で発生した回生電力を交流電源５１に戻すことなく直流母線５の直流電圧ＶＤＣの上昇を抑制することができる。しかも、負荷５２で発生した回生電力を有効に利用できるので、無停電電源装置の効率の向上を図ることができる。

なお、リチウムイオン電池５４の代わりに、電気二重層コンデンサを設けてもいし、電解コンデンサを設けてもよい。

[実施の形態２]
一般に、無停電電源装置には回生運転しない負荷が接続される場合が多く、回生運転する負荷が接続される場合は少ない。回生運転しない負荷が無停電電源装置に接続された場合、実施の形態１の無停電電源装置では、双方向チョッパ１３およびリチウムイオン電池５４が使用されず、無駄になる。この実施の形態２では、この問題の解決が図られる。

図２は、この発明の実施の形態２による無停電電源装置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２を参照して、この無停電電源装置が図１の無停電電源装置と異なる点は、制御部１７の代わりに監視部２０および制御部２１が設けられている点である。

監視部２０は、電流検出器１１の出力信号に基づいて負荷５２が回生運転しているか力行運転しているかを判定し、所定時間内に負荷５２の回生運転が行なわれる場合は制御信号ＣＮＴを「Ｌ」レベルにする。監視部２０は、所定時間が経過しても負荷５２の回生運転が行なわれない場合には制御信号ＣＮＴを「Ｈ」レベルにする。所定時間が経過しても負荷５２の回生運転が行われない場合は、力行運転のみを行なう負荷５２が接続されたと推定されるからである。

制御部２１は、制御信号ＣＮＴが「Ｌ」レベルである場合は、実施の形態１の制御部１７と同様に動作する（すなわち第１のモードを実行する）。制御部２１は、電流検出器１１の出力信号と、直流母線５の直流電圧ＶＤＣとに基づいて双方向チョッパ１３を制御する。制御部２１は、電流検出器１１の出力信号に基づいて、負荷５２が回生運転しているか力行運転しているかを判定する。

制御部２１は、負荷５２が回生運転しており、かつ直流母線５の直流電圧ＶＤＣがしきい値電圧Ｖｔｈを超えた場合に、直流母線５からリチウムイオン電池５４に電流が流れるように双方向チョッパ１３を制御し、リチウムイオン電池５４を充電させる。リチウムイオン電池５４の充電を開始した場合、制御部２１は、直流母線５の直流電圧ＶＤＣがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低下したときでも、リチウムイオン電池５４の充電を継続させる。

制御部２１は、負荷５２が力行運転している場合は、リチウムイオン電池５４から直流母線５に直流電流が流れるように双方向チョッパ１３を制御し、リチウムイオン電池５４を放電させる。

制御部２１は、制御信号ＣＮＴが「Ｈ」レベルである場合は、制御部１６と同様に動作する（すなわち第２のモードを実行する）。制御部２１は、交流電源５１から供給される交流電圧ＶＡＣに基づいて双方向チョッパ１３を制御する。制御部２１は、交流電圧ＶＡＣが正常である場合（すなわち、交流電源５１から交流電力が正常に供給されている場合）は、直流母線５からリチウムイオン電池５４に直流電流が流れるように双方向チョッパ１３を制御し、リチウムイオン電池５４を充電させる。

制御部２１は、交流電圧ＶＡＣが正常でない場合（すなわち、交流電源５１から交流電力が正常に供給されていない場合）には、リチウムイオン電池５４から直流母線５に直流電流が流れるように双方向チョッパ１３を制御し、リチウムイオン電池５４を放電させる。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、実施の形態１と同じ効果が得られる他、力行運転のみを行なう負荷５２が接続された場合でも、双方向チョッパ１３およびリチウムイオン電池５４を有効に使用することができ、停電時に供給可能な電力を増やすことができる。

[実施の形態３]
実施の形態２では、電流検出器１１の検出結果に基づいて負荷５２が回生運転しているか力行運転しているかを判定し、回生運転していない時間が所定時間を超えた場合にはリチウムイオン電池５４を停電時に電力を供給するための電池として使用した。しかし、負荷５２を運転しなくても負荷５２が回生運転するか否かが明らかな場合は、監視部２０が無駄になり、コスト高になる。この実施の形態３では、この問題の解決が図られる。

図３は、この発明の実施の形態３による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図であって、図２と対比される図である。図３を参照して、この無停電電源装置が図２の無停電電源装置と異なる点は、監視部２０が設定部２２で置換されている点である。

設定部２２は、無停電電源装置の使用者によって操作されるボタンなどを含み、負荷５２が回生運転するか否かを設定するために使用される。設定部２２は、使用者によって負荷５２が回生運転するものであることが設定された場合には、制御信号ＣＮＴを「Ｌ」レベルにする。設定部２２は、使用者によって負荷５２が回生運転しないものであることが設定された場合には、制御信号ＣＮＴを「Ｈ」レベルにする。設定部２２は、第１のモードと第２のモードとのうちのいずれか１つのモードを選択する選択部を構成する。

制御部２１は、図２で示したものであり、制御信号ＣＮＴおよび交流電圧ＶＡＣに基づいて双方向チョッパ１３を制御する。他の構成および動作は、実施の形態２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３では、実施の形態２と比べ、低コスト化を図ることができる。
[実施の形態４]
図４は、この発明の実施の形態４による無停電電源装置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４を参照して、この無停電電源装置が図３の無停電電源装置と異なる点は、監視部２３が追加されている点である。

設定部２２は、使用者によって負荷５２が回生運転するものであることが設定された場合には、制御信号ＣＮＴ１を「Ｌ」レベルにする。監視部２３は、設定部２２からの制御信号ＣＮＴ１が「Ｌ」レベルである場合は、図２の監視部２０と同様に動作し、所定時間内に負荷５２の回生運転が行なわれる場合は制御信号ＣＮＴを「Ｌ」レベルにし、所定時間が経過しても負荷５２の回生運転が行なわれない場合には制御信号ＣＮＴを「Ｈ」レベルにする。

監視部２３は、設定部２２からの制御信号ＣＮＴ１が「Ｈ」レベルである場合は、制御信号ＣＮＴを「Ｈ」レベルにする。監視部２３は、設定部２２からの制御信号ＣＮＴ１が「Ｈ」レベルである場合であっても、負荷５２の回生運転が行なわれた場合には、図２の監視部２０と同様に動作し、所定時間内に負荷５２の回生運転が行なわれた場合は制御信号ＣＮＴを「Ｌ」レベルにし、所定時間が経過しても負荷５２の回生運転が行なわれない場合には制御信号ＣＮＴを「Ｈ」レベルにする。他の構成および動作は、実施の形態２，３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４では、回生運転する負荷と回生運転しない負荷とのうちのいずれか一方の負荷を接続した後、一方の負荷を他方の負荷に変更した場合でも、設定部２２を操作することなく、制御部２１の動作を切換えることができる。したがって、一方の負荷を他方の負荷に変更した場合において、設定部２２の操作を忘れた場合でも制御部２１の動作を自動的に切り換えることができる。

[実施の形態５]
図５は、この発明の実施の形態５による無停電電源装置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５を参照して、この無停電電源装置が図３の無停電電源装置と異なる点は、双方向チョッパ１３、スイッチ１５、直流端子Ｔ４、および制御部２１の代わりに、制御部３０、スイッチ３１、および負荷端子Ｔ６が設けられている点である。

スイッチ３１は、出力端子Ｔ５と負荷端子Ｔ６の間に接続され、制御部３０によって制御される。負荷端子Ｔ６には、負荷５２で発生する回生電力を消費させるための負荷５５が接続される。負荷５５は、たとえば抵抗素子、インダクタなどである。

設定部２２は、図３で示したものであり、使用者によって負荷５２が回生運転するものであることが設定された場合には、制御信号ＣＮＴを「Ｌ」レベルにする。設定部２２は、使用者によって負荷５２が回生運転しないものであることが設定された場合には、制御信号ＣＮＴを「Ｈ」レベルにする。

制御部３０は、制御信号ＣＮＴが「Ｌ」レベルである場合は、電流検出器１１の出力信号と、直流母線５の直流電圧ＶＤＣとに基づいてスイッチ３１を制御する。制御部３０は、電流検出器１１の出力信号に基づいて、負荷５２が回生運転しているか力行運転しているかを判定する。

制御部３０は、負荷５２が回生運転しており、かつ直流母線５の直流電圧ＶＤＣがしきい値電圧Ｖｔｈを超えた場合には、スイッチ３１をオンさせる。これにより、負荷５２で発生した回生電力の少なくとも一部がスイッチ３１を介して負荷５５に供給され、負荷５５で消費される。スイッチ３１をオンさせた場合、制御部３０は、直流母線５の直流電圧ＶＤＣがしきい値電圧Ｖｔｈよりも低下したときでも、スイッチ３１をオンさせ続ける。

制御部３０は、負荷５２が力行運転している場合は、スイッチ３１をオフさせる。制御部３０は、制御信号ＣＮＴが「Ｈ」レベルである場合は、スイッチ３１をオフ状態にする。制御部３０は、制御信号ＣＮＴが「Ｈ」レベルである場合でも、負荷５２が回生運転した場合にはスイッチ３１をオンさせる。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５では、負荷５２が接続される出力端子Ｔ５と、負荷５２で発生する回生電力を消費させるための負荷５５が接続される負荷端子Ｔ６との間にスイッチ３１を接続し、負荷５２が回生運転している場合はスイッチ３１をオンさせ、負荷５２が力行運転している場合はスイッチ３１をオフさせる。したがって、負荷５２で発生した回生電力を交流電源５１に戻すことなく直流母線５の直流電圧ＶＤＣの上昇を抑制することができる。

[実施の形態６]
図６は、この発明の実施の形態６による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図であって、図５と対比される図である。図６を参照して、この無停電電源装置が図５の無停電電源装置と異なる点は、制御部３０が制御部３３で置換され、スイッチ３２および負荷端子Ｔ７が追加されている点である。

スイッチ３２は、出力端子Ｔ５と負荷端子Ｔ７の間に接続され、制御部３３によって制御される。負荷端子Ｔ７には、負荷５２で発生する回生電力を消費させるための負荷５６が接続される。負荷５６は、たとえば抵抗素子、インダクタなどである。

制御部３３は、制御信号ＣＮＴが「Ｌ」レベルである場合は、電流検出器１１の出力信号と、直流母線５の直流電圧ＶＤＣとに基づいてスイッチ３１，３２を制御する。制御部３３は、３つの電流検出器１１の出力信号に基づいて負荷５２に流れる有効電流を求め、その有効電流が負の値である場合（すなわち有効電流が負荷５２から流出している場合）は負荷５２が回生運転していると判定し、その有効電流が正の値である場合（すなわち有効電流が負荷５２に流入している場合）は負荷５２が力行運転していると判定する。

制御部３３は、負荷５２が回生運転しており、かつ直流母線５の直流電圧ＶＤＣがしきい値電圧Ｖｔｈを超えた場合には、有効電流の絶対値がしきい値電流よりも小さいときはスイッチ３１，３２のうちのスイッチ３１のみをオンさせ、有効電流の絶対値がしきい値電流よりも大きいときは両方のスイッチ３１，３２をオンさせる。これにより、負荷５２で発生する回生電流が比較的小さいときは回生電流を負荷５５のみで消費させ、負荷５２で発生する回生電流が比較的大きいときは回生電流を負荷５５，５６で消費させることができる。他の構成および動作は、実施の形態５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６では、実施の形態５と同じ効果が得られる他、負荷５２で発生する回生電流の大きさに応じて、回生電力消費用の負荷の数を変えるので、スイッチ３１，３２のオン／オフに伴う出力端子Ｔ５の電圧の変動を小さく抑制することができる。

なお、この実施の形態６では、２組のスイッチ３１，３２および負荷５５，５６を設けたが、これに限るものではなく、３組以上のスイッチおよび負荷を設け、負荷５２で発生する回生電流の大きさに応じてオンさせるスイッチ数を変えてもよい。

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なくて請求の範囲によって示され、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入力端子、Ｔ２バイパス端子、Ｔ３，Ｔ４直流端子、Ｔ５出力端子、Ｔ６，Ｔ７負荷端子、１，１０，１４，１５，１９，３１，３２スイッチ、２ヒューズ、３，８リアクトル、４コンバータ、５直流母線、６，９コンデンサ、７インバータ、１１電流検出器、１２，１３双方向チョッパ、１６，１７，２１，３０，３３制御部、１８半導体スイッチ、２０，２３監視部、２２設定部、５１交流電源、５２，５５，５６負荷、５３蓄電池、５４リチウムイオン電池。

Claims

交流電源からの交流電力を直流電力に変換して直流母線に出力する順変換器と、
前記直流母線から受けた直流電力を交流電力に変換して負荷に供給する逆変換器と、
前記直流母線と第１の電力貯蔵装置との間で直流電力を授受する第１の双方向チョッパと、
前記直流母線と第２の電力貯蔵装置との間で直流電力を授受する第２の双方向チョッパと、
前記交流電源から交流電力が正常に供給されている場合は、前記直流母線から前記第１の電力貯蔵装置に電流が流れるように前記第１の双方向チョッパを制御し、前記交流電源から交流電力が正常に供給されていない場合は、前記第１の電力貯蔵装置から前記直流母線に電流が流れるように前記第１の双方向チョッパを制御する第１の制御部と、
第１のモードを実行する第２の制御部とを備え、
前記第１のモードにおいて前記第２の制御部は、前記負荷が回生運転している場合は、前記直流母線から前記第２の電力貯蔵装置に電流が流れるように前記第２の双方向チョッパを制御し、前記負荷が力行運転している場合は、前記第２の電力貯蔵装置から前記直流母線に電流が流れるように前記第２の双方向チョッパを制御し、
前記第２の制御部は、前記負荷が回生運転していない時間が予め定められた時間よりも短い場合は前記第１のモードを実行し、前記負荷が回生運転していない時間が前記予め定められた時間よりも長い場合は第２のモードを実行し、
前記第２のモードにおいて前記第２の制御部は、前記交流電源から交流電力が正常に供給されている場合は、前記直流母線から前記第２の電力貯蔵装置に電流が流れるように前記第２の双方向チョッパを制御し、前記交流電源から交流電力が正常に供給されていない場合は、前記第２の電力貯蔵装置から前記直流母線に電流が流れるように前記第２の双方向チョッパを制御する、無停電電源装置。
さらに、前記逆変換器と前記負荷との間に流れる電流を検出する電流検出器を備え、
前記第２の制御部は、前記電流検出器の検出結果に基づいて前記負荷が回生運転しているか力行運転しているかを判定し、判定結果に基づいて前記第２の双方向チョッパを制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。
前記逆変換器は、前記直流母線から受けた直流電力を三相交流電力に変換して前記負荷に供給し、
前記電流検出器は、前記逆変換器と前記負荷との間に流れる三相交流電流を検出し、
前記第２の制御部は、前記電流検出器によって検出された三相交流電流を三相−二相変換して有効電流および無効電流を求め、前記有効電流が前記逆変換器から前記負荷に流れている場合は前記負荷が力行運転していると判定し、前記有効電流が前記負荷から前記逆変換器に流れている場合は前記負荷が回生運転していると判定する、請求項２に記載の無停電電源装置。
前記第２の制御部は、前記第１のモードにおいて、
前記負荷が回生運転し、かつ前記直流母線の電圧が予め定められたしきい値電圧を超えた場合に、前記直流母線から前記第２の電力貯蔵装置に電流が流れるように前記第２の双方向チョッパを制御し始め、
前記第２の双方向チョッパを制御し始めた後は、前記直流母線の電圧が前記予め定められたしきい値電圧を下回った場合でも、前記負荷が回生運転している場合は、前記直流母線から前記第２の電力貯蔵装置に電流が流れるように前記第２の双方向チョッパを制御し続ける、請求項１に記載の無停電電源装置。
前記第２の電力貯蔵装置はリチウムイオン電池である、請求項１に記載の無停電電源装置。
前記第２の電力貯蔵装置は電気二重層コンデンサである、請求項１に記載の無停電電源装置。
前記第２の電力貯蔵装置は電解コンデンサである、請求項１に記載の無停電電源装置。