JPH0898537A

JPH0898537A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JPH0898537A
Application number: JP6231418A
Authority: JP
Inventors: Haruyoshi Mori; 治義森
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1994-09-27
Filing date: 1994-09-27
Publication date: 1996-04-12
Anticipated expiration: 2013-07-23
Also published as: JP2778485B2

Abstract

(57)【要約】【目的】第１の目的は回生負荷がある場合でも、直流
電圧の最大値を低くできる無停電電源装置を得るもので
ある。【構成】直流母線間に半導体スイッチ６ａと抵抗６ｂ
の直列回路から構成される回生エネルギー処理回路６を
設け、停電時などで交流直流変換器９が停止し、蓄電池
１０が放電するモードにある時だけ回生エネルギー処理
回路６の半導体スイッチ６ａを動作させる開閉制御回路
２５を設けるとともに、この開閉制御回路２５の特性を
直流母線電圧が第１の規定の電圧以上になった時に半導
体スイッチ６ａを閉路し第２の規定の電圧以下になった
時に開路するようにした。そしてこの第１の規定電圧を
蓄電池１０を定電圧充電する電圧よりも低くし、第２の
規定電圧を蓄電池１０の内部起電力の最大値よりも高く
した。【効果】交直変換器９にかかる直流電圧の最大値が低
くなるので交直変換器を構成する半導体素子の耐電圧定
格を低いものにすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、電力回生を行うこと
のある負荷（回生負荷）を有する無停電電源装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図９は例えばインバータ応用マニュアル
（（株）電気書院昭和６０年９月発行) の１９９ページ
に示された回生負荷を有するインバータ装置の構成であ
り、図において１は交流電源、２はダイオードで構成さ
れ交流を直流に変換する整流回路である。３は平滑用の
コンデンサ、４は半導体スイッチ（例えばトランジス
タ）で構成され直流を交流に変換し負荷に電力を供給す
るインバータ、５は負荷のモータ、６は回生エネルギー
処理回路であり、半導体スイッチ６ａと抵抗６ｂとで構
成される。

【０００３】次に図９の動作について説明する。負荷に
電力を供給しているときは、整流回路２で直流に変換さ
れた電力はコンデンサ３で平滑され、インバータ４を通
して負荷５へ供給される。一方、負荷のモータ５に制動
をかける場合には負荷５からインバータを介して直流回
路へエネルギーが回生される。整流回路２には回生能力
がないのでこの回生エネルギー量が大きい場合は直流電
圧が上昇し装置各部が故障するため、直流電圧が規定値
を超えた場合は図示しない電圧検出回路によって検出し
た後、半導体スイッチ６ａをオンして抵抗６ｂに電流を
流し、回生エネルギーを回生エネルギー処理回路６で消
費させて、直流電圧の過大な上昇を防いでいる。ここで
半導体スイッチ６ａには高速動作が可能なスイッチング
周波数の速いものを用い直流電圧の制御に遅れが生じな
いようにすることが要求されている。

【０００４】また、もう一つの従来例として、例えば三
菱電機技報ＶＯＬ．６４ＮＯ．１０．１９９０の２８ペ
ージに示された図１０に示す高力率コンバータ（トラン
ジスタコンバータ）を用いた回路がある、図において７
はスイッチ、８はリアクトル、９は半導体スイッチで構
成された交流直流変換器（以下交直変換器ともいう）で
あり、回生能力を有するものである。

【０００５】次に図１０の回路の動作を説明する。図に
おいて、負荷５に電力を供給しているときは、交流直流
変換器９で直流に変換された電力はコンデンサ３で平滑
され、インバータ４を通して負荷５へ供給される。この
交流直流変換器９はＰＷＭ制御を行うことによって、リ
アクトル８を介して交流電源から任意の位相の電流を流
し込むことができるが、通常は力率を１に近く制御して
入力ＶＡを少なくしている。また、この交流直流変換器
９は直流電圧を制御することができる。

【０００６】一方、負荷のモータ４に制動をかける場合
には負荷５からインバータ４を介して直流回路へエネル
ギーが回生される。この回生エネルギー量が大きい場合
は直流電圧が上昇するため、直流電圧が上昇した場合は
交流直流変換器９へ交流電源から流入している電流の力
率を負にして電源側へエネルギーを回生することによっ
て直流電圧の過大な上昇を防いでいる。

【０００７】なお、入力スイッチ７は装置起動時の突入
電流を抑制するために、一般に設けられるもので、起動
時にはこのスイッチを開路しておき、図には示していな
い充電開路でコンデンサ３を予備充電してから閉路す
る。また、図１０の回路においては、交流電源から供給
される電流を任意の位相に制御するためには、交流直流
変換器９の交流側電圧の振幅が交流電源電圧の振幅より
も大きいことが必要である。そのため、一般に図１０の
回路の直流電圧即ちコンデンサ３の両端電圧は整流回路
２で構成した図９の回路の対応する部分の直流電圧より
も高くなるように設計する必要がある。

【０００８】次に、上記の図９および図１０の回路を用
いて無停電電源装置を構成した従来の例を図１１に示
す。なお、図１１においては先に述べたインバータ４と
負荷５をまとめて直流回路に接続された負荷１１として
示している。

【０００９】図において１０は蓄電池、１１は前述の回
生することがある負荷であり図９および図１０に記載し
たインバータ４および負荷５を含む。１２ａから１２ｆ
は交流直流変換器９を構成する半導体スイッチ９ａから
９ｆをスイッチングさせる駆動回路、１３は駆動回路１
２ａ〜１２ｆにオンオフ信号を与えるＰＷＭ回路であ
る。また、１４は直流電圧センサ、１５は直流電圧セン
サ１４からの信号と、あらかじめ定めた規定の信号とを
比較するヒステリシスコンパレータ、１６は回生エネル
ギー処理回路６内の半導体スイッチ６ａをスイッチング
させる駆動回路である。

【００１０】次に、図１１の回路の動作について説明す
る。図において、交流電源１が正常で交流直流変換器９
が正常に動作しているときは、交流直流変換器９で直流
に変換された電力はコンデンサ３で平滑されて負荷１１
へ供給される。この交流直流変換器９はＰＷＭ制御を行
うことによって、交流電源１から任意の位相の電流を負
荷１１に、あるいはその逆方向に流すことができる。ま
た、この交流直流変換器９は常時は直流電圧を定電圧制
御して蓄電池１０の充電を行っている。一方、交流電源
１が停電したとき、あるいは交流直流変換器９の故障な
ど、交流直流変換器９が正常に動作できないときは、入
力スイッチ７を開路するとともに蓄電池１０が放電する
ことによって負荷１１へ電力を供給する。当然であるが
蓄電池１０が放電するときの電圧は充電を行っている間
の電圧よりも低い値になる。

【００１１】なお、負荷１１がモータなどの場合は直流
回路へエネルギーが回生されることがある。この場合、
回生エネルギーの一部は蓄電池の充電に使用されるが、
回生エネルギー量が大きい場合は直流電圧が上昇する。
交流電源１と交流直流変換器９が正常な時には直流電圧
が上昇しても交流直流変換器９を制御することにより、
交流電源１から流入する電流の力率を負にして交流電源
１の側へエネルギーを回生し、直流電圧の過大な上昇を
防ぐことができる。しかし、停電などで交流電源１への
回生を行えない場合は回生エネルギー処理回路６を働か
せて負荷からの回生エネルギーを消費する必要がある。

【００１２】そのため、直流電圧が規定値（ＶＤ１）以
上に上昇したことをコンパレータ１５が検出すると、半
導体スイッチ６ａをオンさせ、抵抗６ｂに電流を流すこ
とによって回生エネルギーを消費し、直流電圧が規定値
（ＶＤ２）以下に下がってくると半導体スイッチ６ａを
オフするようにコンパレータ１５にヒステリシスを持た
せて半導体スイッチを安定にオンオフし、直流電圧の過
大な上昇を抑えている。

【００１３】なお、図１１の蓄電池を有する構成の場
合、半導体スイッチ６ａをオンするコンパレートレベル
ＶＤ１およびオフするコンパレートレベルＶＤ２は、前
述した交直変換器９が蓄電池１０を定電圧充電するため
の直流電圧レベルＶ０よりも高く設定しておく（理論上
はＶＤ２が定電圧充電する電圧より少しでも高ければよ
いのだが、実際の回路設計上は誤差やばらつきを考慮し
て定電圧充電する電圧より１０％程度高く設定する必要
がある。すると当然ＶＤ１は更に高い値例えば２０％以
上高い値となる。）、もし低いレベルに設定すると回生
動作でないときでも半導体スイッチ６ａがオンしっぱな
しになる恐れがある。そのため直流電圧の最大値は、図
１２に示すように図９の回路の直流電圧最大値（ＶＤ１
０１）、図１０の回路の直流電圧最大値（ＶＤ１０
２）、図１１の回路の直流電圧最大値（ＶＤ１０３）の
関係は、下記の式１のようになり、蓄電池１０を設け
て、これに充電を行うように構成した場合が最も高いレ
ベルとなる。この関係を図１２に示す。ＶＤ１０１＜ＶＤ１０２＜ＶＤ１０３ ………… （１）

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】従来の回生負荷を有す
る無停電電源装置は以上のように回生エネルギー処理回
路の中のスイッチの開閉を行う直流電圧のレベルは、と
もに蓄電池の充電中の電圧よりも高くする必要がある。
それにともなって交流直流変換器やインバータにかかる
電圧の最大値は高くなるから使用する半導体スイッチは
耐圧の高いものが必要となると言う問題があった。また
停電や交直変換器の故障時において、負荷からの回生エ
ネルギーを直流電圧が上昇するのを防止するために高速
度でＯＮ−ＯＦＦする必要があり、スイッチング周波数
の速い半導体スイッチを使用して、しかも回路を交直変
換回路とは別に設ける必要があるために部品点数が多
く、かつ高価になると言う問題があった。

【００１５】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたものであり、第１の目的は、常時充電する
蓄電池と回生負荷とを有する構成の無停電電源装置にお
いて、直流電圧の最大値を低くできる無停電電源装置を
得るものである。また第２の目的は部品点数がより少な
くできる無停電電源装置を得るものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】第１の発明に係る無停電
電源装置は、半導体スイッチと抵抗の直列回路から構成
される回生エネルギー処理回路の半導体スイッチの開閉
制御回路を設け、停電又は故障などで交流直流変換器が
その動作を停止している時だけ、回生エネルギー処理回
路を動作させるようにし、上記半導体スイッチを閉路す
る第１の規定電圧を定電圧充電の電圧以下に、また開路
する第２の規定電圧を蓄電池の内部起電力以上にしたも
のである。

【００１７】第２の発明に係る無停電電源装置は、交流
直流変換器を交流電源から切り放すための第１の開閉器
と、交直変換器の直流出力端子に接続された回生エネル
ギーを消費するための抵抗およびこの抵抗と直列接続さ
れた第２の開閉器とを有し、この抵抗と第２の開閉器と
の直列接続回路の一方を交流直流変換器の交流入力端子
の１つに接続し、上記交流入力端子の１つと直流出力端
子の他方との間にある交直変換器のアームを構成する半
導体スイッチを、第１の開閉器が開路しており、且つ、
直流母線電圧が第１の規定の電圧以上になった時に閉路
し、第１の規定電圧より低い第２の規定電圧以下になっ
た時に開路する開閉制御回路を設けたものである。

【００１８】第３の発明に係る無停電電源装置は、交流
直流変換器を交流電源から切り放すための第１の開閉器
と、この第１の開閉器が開路している間、交流直流変換
器を構成する半導体スイッチの内、蓄電池の一方の極に
接続されるものを活性領域で動作させる活性制御回路
と、上記の半導体スイッチと直列接続され蓄電池のもう
一方の極に接続された交流直流変換器を構成する半導体
スイッチを直流母線電圧が第１の規定の電圧以上になっ
た時には閉路し第２の規定の電圧以下になった時に開路
する開閉制御回路とを設けたものである。

【００１９】第４の発明に係る無停電電源装置は、交流
直流変換器を交流電源から切り放すための第１の開閉器
と、この第１の開閉器が開路しており、且つ、直流電圧
が第１の規定電圧以上になってから第２の規定電圧以下
になるまでの間、交流直流変換器を構成する半導体スイ
ッチの内、直流側の両極間に直列に接続されるものを活
性領域で動作させる活性制御回路を設けたものである。

【００２０】第５の発明に係る無停電電源装置は、第３
又は第４の発明の手段に更に加えて交直変換器のアーム
を構成する半導体スイッチの内、片方の直流出力端子に
接続される全ての半導体スイッチを同時に直流母線電圧
が第１の規定電圧以上になった時に活性領域で動作する
ように駆動し、第２の規定の電圧以下になった時に開路
する活性制御回路を設けたものである。

【００２１】第６の発明の無停電電源装置は、第３又は
第４の発明の手段に加えて、開閉制御又は活性制御する
素子のアームを短い時間間隔で順次切り替え選択する選
択回路を設けたものである。

【００２２】第７の発明に係る無停電電源装置は、交流
直流変換器の入力側に設けたリアクトルの交流入力側を
短絡する第３の開閉器を設けたものである。

【００２３】第８の発明は第２ないし第７の発明の手段
に加えて、第１の規定電圧を蓄電池の充電中の電圧以下
で第２の規定電圧よりも高い値とし、又、第２の規定電
圧は蓄電池の内部起電力電圧の最高値以上としたもので
ある。

【００２４】

【作用】第１の発明に係る無停電電源装置は、停電時な
どで交流直流変換器が停止し、蓄電池が充電モードにな
い時だけ回生エネルギー処理回路が動作するようにした
ので、見かけ上蓄電池の端子電圧が低下し、その分だけ
エネルギー処理回路の動作電圧を下げることができる。
即ち、第１の規定電圧を蓄電池の充電中の電圧以下と
し、第２の規定電圧は、第１の規定電圧より低く、かつ
蓄電池の内部起電力電圧以上としたので直流電圧の最大
値を下げることができる。

【００２５】第２の発明に係る無停電電源装置は、回生
エネルギー処理回路の半導体スイッチとして交流直流変
換器を構成する半導体スイッチを流用するものであり、
その分だけ部品点数を減らすことができる。

【００２６】第３の発明に係る無停電電源装置は、回生
エネルギー処理回路の抵抗の機能を交流直流変換器を構
成する半導体スイッチを活性化領域で使用することによ
り代行させるものであり、その分だけ部品点数を減らす
ことができる。

【００２７】第４の発明に係る無停電電源装置は、回生
エネルギー処理回路の半導体スイッチおよび抵抗の機能
を交流直流変換器を構成する半導体スイッチを開閉又は
活性領域で用いることにより代行させるものであり、そ
の分だけ回路部品点数を減らすことができる。

【００２８】第５の発明は、交直変換器の直流出力端子
の１つに接続されるアームの全ての半導体スイッチを同
時に活性領域で使用するので回生エネルギーを分散する
ことができ、より多くの回生エネルギーを処理すること
ができる。

【００２９】第６の発明は交直変換器のアームの半導体
スイッチを順次切り換えて使用するので回生エネルギー
を分散することができ、より多くの回生エネルギーを処
理することができる。

【００３０】第５の発明に係わる無停電電源装置は、回
生エネルギー処理回路として抵抗器と半導体スイッチの
代わりに交流直流変換器を構成する半導体スイッチとリ
アクトルを用いるようにしたものであり、回生エネルギ
ーの消費を分散させることができ、その分部品点数を減
らすことができる。

【００３１】第８の発明は第２ないし第７の発明の作用
に加えて、交直変換器にかかる直流電圧の最大値を従来
より低くすることができるので、半導体スイッチの耐電
圧定格のより低いものを使用することができる。

【００３２】

【実施例】

実施例１．図１はこの装置の一実施例である無停電電源
装置を示すもので、図において１〜１６は前記従来実施
例と同一のものであり、その説明を省略する。１７は交
流直流変換器９が正常に動作をしているときは回生エネ
ルギー処理回路６が動作しないようにし、交流直流変換
動作を行うことができないときは回生エネルギー処理回
路６が動作可能であるように制御する制御回路である。
２３は制御回路１７の指令入力信号線を示す。２５は開
閉制御回路であり、２０はこの発明によるコンパレータ
であってその特性は後述する。

【００３３】このように構成された無停電電源装置にお
いては、交流電源１及び交直変換器９が正常のときは従
来実施例と同じ動作を行うため説明は省略する。交流電
源１が停電あるいは交直変換器９が故障した場合には交
流直流変換器９は停止し、代わりに蓄電池１０から負荷
装置にエネルギーが供給され運転が継続される。このと
き負荷回路１１からのエネルギー回生が起こると直流電
圧が上昇し第１の規定電圧（ＶＤ１）まで上昇すると、
コンパレータ２０が動作して信号を出力し、回生エネル
ギー処理回路６を構成する半導体スイッチ６ａが閉路し
て、回生されたエネルギーを抵抗６ｂで消費する。直流
電圧が低下して第２の規定電圧（ＶＤ２）まで低下して
くるとコンパレータ２０が信号を停止して半導体スイッ
チ６ａが開路するので直流電圧はそれ以下には低下しな
い。

【００３４】これらの動作を繰り返して直流電圧の過大
な上昇を防止する。前述のとおりエネルギー処理回路６
は交流直流変換器９が停止している時、即ち蓄電池１０
が非充電状態にある時だけ動作する。蓄電池の非充電中
の電圧は充電中の電圧よりも低いため、回生エネルギー
処理回路６内の半導体スイッチ６ａを開閉する動作電圧
レベルＶＤ１、ＶＤ２は図２に示すように蓄電池の内部
起電力電圧以上であればよいため直流電圧以下に設定す
ることができ、直流電圧の最大値を従来装置よりも低く
することができる。

【００３５】即ちコンパレータ２０に設定されるＶＤ
１、ＶＤ２はそれぞれ次のように決定する。ＶＤ１：蓄電池が交直変換器９によって定電圧充電中の
電圧の値以下とする。ＶＤ２：ＶＤ１よりも低く、かつ、蓄電池の内部起電力
電圧の最高の値より高くする。

【００３６】蓄電池の充電電圧とコンパレータ２０の動
作設定レベルＶＤ１及びＶＤ２との関係について、図２
により、さらに詳しく説明する。そもそも、無停電電源
装置に用いられる蓄電池１０には種々のものがあるが、
例えば鉛バッテリ、ニッカドバッテリ等が代表的であ
る。これらのバッテリはその種類により、その特性は異
るのであるが、定性的にはどの種類の蓄電池でも内部起
電力Ｅ、内部抵抗Ｒ、充（放）電電流＋（−）Ｉ、端子
電圧Ｖ、とするときＥ＋（−）ＩＲ＝Ｖが成立する。

【００３７】そして内部起電力Ｅは、この電池の充電状
態により数％〜数１０％変動する。これを図２に示す。
図２に於てＥ_MINは放電終期における内部起電力を、Ｅ
_FULLは充電完了状態での内部起電力を示している。そし
て充放電時の蓄電池端子電圧を内部起電力がＥ_MINの場
合と、Ｅ_FULLの場合の両方について示している。

【００３８】このような特性の蓄電池に、交直変換器９
から、定電圧で充電を行うとき、この定電圧をＶ₀とし
て図２中に示すと、内部起電力がＥ_MINの時はＩ₁の充
電電流が流れ、充電が進むとともに電流が減少し、内部
起電力がＥ_FULLに達した時Ｉ₂となる。

【００３９】そして前述したＶＤ₁、ＶＤ₂は図２中に
示すように、Ｖ₀＞ＶＤ₁＞ＶＤ₂＞Ｅ_FULL のように設定するのである。

【００４０】実施例２．図３はこの装置の別の実施例で
ある無停電電源装置を示すもので、実施例１における回
生エネルギー処理回路６の内、半導体スイッチ部分を図
３に示すように交流直流変換器を構成する半導体スイッ
チ９ｆを流用して回生エネルギーの処理を行うことがで
きるものである。１８は第２の開閉器である。なお制御
回路１７は図１のそれと全く同一ではないが類似のもの
であるので説明は省略する。

【００４１】図３の場合には交流直流変換器９が停止
（動作できない状態）している時はスイッチ７を開路し
第２の開閉器１８を閉路する。この状態で負荷回路１１
からのエネルギー回生が起こると直流電圧が上昇し第１
の規定電圧まで上昇すると交流直流変換器９を構成する
半導体スイッチ９ｆを開閉制御回路２５が閉路すること
により、抵抗６ｂでエネルギーを消費する。直流電圧が
低下して第２の規定電圧まで低下してくると半導体スイ
ッチ９ｆが開閉制御回路２５により開路するので直流電
圧は再度上昇する。これらの動作を繰り返して直流電圧
の過大な上昇を防止する。スイッチ７は第１の開閉器で
ある。

【００４２】実施例３．図４はこの装置の別の実施例で
ある無停電電源装置を示すもので、実施例２では回生エ
ネルギー処理回路として専用の抵抗６ｂと第２の開閉器
１８を設けていたが、図４に示すように交流直流変換器
を構成する半導体スイッチを利用して回生エネルギーの
処理を行うことができる。１９は半導体スイッチ９ｅを
駆動する活性制御回路であり、その詳細例を図５に示
す。図５において１９ａ、１９ｂはフォトカプラであり
１９ａは入力に電圧が印加されると出力が正になり、電
圧が印加されないと出力が負になる。また、フォトカプ
ラ１９ｂは入力に電圧が印加されると出力が開路し電圧
が印加されないと出力が閉路する。１９ｃ〜１９ｆは抵
抗である。

【００４３】この場合には交流直流変換器９が停止し第
１の開閉器７が開路している時は半導体スイッチ活性制
御開路１９のＡ入力及びＢ入力に電圧が印加され半導体
スイッチ９ｅのゲート（Ｇ）入力には電圧ＶＧ１を抵抗
１９ｃと１９ｄで分圧した電圧が印加される。このゲー
ト印加電圧を半導体スイッチング素子が活性領域（バイ
アス電流によって電流が流れるとコレクタエミッタ間電
圧が適度な値を持ち抵抗特性を示す領域）に入るように
設定しておけば半導体スイッチ９ｅはあたかも抵抗のよ
うにエネルギーを消費できる。

【００４４】第１の開閉器７が開のとき負荷回路１１か
らのエネルギー回生が起こると直流電圧が上昇し、規定
の直流電圧ＶＤ１まで上昇すると開閉制御回路２５によ
り交流直流変換器９を構成するスイッチ９ｆを閉路して
半導体スイッチ９ｅでエネルギーを消費するので直流電
圧は低下する。直流電圧が低下して規定の直流電圧ＶＤ
２まで低下してくると半導体スイッチ９ｆが開路するの
で直流電圧は再度上昇する。これらの動作を繰り返して
直流電圧の過大な上昇を防止する。

【００４５】実施例４．図６はこの装置の別の実施例で
ある無停電電源装置を示すもので、実施例３では活性領
域で動作させる半導体スイッチと、スイッチングを行い
直流電圧を調整する半導体スイッチング素子は別にして
いたが、実施例３の図５で示した活性制御開路１９を、
交直変換器９の直流側の両極間に並列に接続される２つ
の半導体スイッチに対して適用し、２つの半導体スイッ
チング素子９ｅと９ｆとを同時に活性領域で動作させて
も同等の効果を得ることができる。活性領域で動作させ
るための直流電圧条件は実施例３と同じである。

【００４６】実施例５．本発明の第５の発明について実
施例により説明する。実施例３の図４、または実施例４
の図６、において、活性領域で動作する半導体スイッチ
は回生動作の時発熱する。１個の半導体スイッチが処理
できる単位時間当りエネルギーは限界があるのでより多
くの回生エネルギーを処理するためには、同時に活性領
域で動作する半導体スイッチの数が多いほどよい。そこ
で例えば図４の半導体スイッチ９ｅに適用されている活
性制御回路１９を半導体スイッチ９ａ、９ｃにも適用す
る。この場合半導体スイッチ９ｂ，９ｄは９ｆと同様に
スイッチング制御される必要がある。図６の場合は、例
えば全ての半導体スイッチ９ａ〜９ｆを同時に活性領域
で制御する。

【００４７】実施例６．本発明の第６の発明について図
７により説明する。図７において２６は、活性制御回路
１９の信号出力を半導体スイッチ９ｅ、９ｃ、９ａの
内、いづれか１つに送る選択スイッチである。２７は選
択スイッチ２６を一定の速さ、即ち半導体スイッチ９
ｅ、９ｃ、９ａ等の熱時定数に比して短い時間の間に順
次切換える駆動回路であり、選択スイッチ２６と駆動回
路２７によってアーム選択回路２８を構成している。

【００４８】図７の各半導体スイッチはきわめて短い時
間の間にＯＮ−ＯＦＦ（但し、ここで言うＯＮは、活性
領域で動作することを言う）をくり返えすので、熱的に
平均すれば各半導体スイッチは、それぞれ全処理エネル
ギーの１／３を負うこととなる。よってただ１個の半導
体スイッチを活性領域で使用する場合に比べて、より多
くのエネルギーを処理することができる。

【００４９】実施例７．図８はこの装置の別の実施例で
ある無停電電源装置を示すもので、１８ａはリアクトル
８の一次側を短絡するように接続され、第１の開閉器７
が開路し交流直流変換器９が停止している時に閉路する
第３の開閉器である。また第２の電圧コンパレータ２４
は交流直流変換器９が交流直流変換動作を停止している
ときに直流電圧が低下し第４の規定電圧を下回ると交流
直流変換器を構成する半導体スイッチ９ｃを開路し、直
流母線電圧が上昇して第３の規定電圧を上回ると半導体
スイッチ９ｃを閉路する。このときに第２のコンパレー
タ２４が動作する第３の規定の直流電圧及び第４の規定
の直流電圧は、コンパレータ１５の比較直流電圧である
第１の規定電圧および第２の規定電圧よりも低く設定さ
れている。

【００５０】図８の場合は交流直流変換器９が停止して
第１の開閉器７が開路しているときには第３の開閉器１
８ａが閉路し、かつ、直流電圧が規程の直流電圧３のレ
ベルよりも高いときには、交流直流変換器９を構成する
半導体スイッチ９ｃが閉路する。負荷回路からのエネル
ギー回生が起こると直流電圧が上昇し第１の規定の直流
電圧ＶＤ１まで上昇すると交流直流変換器９を構成する
スイッチ９ｆを閉路することにより直流回路のエネルギ
ーがリアクトル８に蓄えられる（９ｃ、リアクトル、９
ｆと流れる）ので直流電圧は低下する。直流電圧が低下
して第２の規定の電圧ＶＤ２まで低下してくると半導体
スイッチ９ｆが開路するのでリアクトル８へのエネルギ
ーの蓄積は止まるため直流電圧は再度上昇する。これら
の動作を繰り返して直流電圧の過大な上昇を防止する。
このとき直流電圧が前記の第３の規定電圧レベルと第２
の規定電圧との間にある間は、半導体スイッチ９ｃのみ
が閉となっている。そして流れていたリアクトル８の電
流はリアクトル８、半導体スイッチ９ｅの並列ダイオー
ド、半導体スイッチ９ｃ、リアクトルと回り続けてエネ
ルギーが保存される。

【００５１】負荷回路１１からの電力回生が無くなると
直流母線の電圧が前記第４の規定電圧のレベルまで低下
してくるため、第２の電圧コンパレータ２４の作用によ
り半導体スイッチ９ｃが開路してリアクトルの両端に電
圧が発生する。そこで今度はリアクトル、半導体スイッ
チ９ｅの並列ダイオード、負荷、半導体スイッチ９ｄの
並列ダイオード、リアクトルの回路で電流が流れ、リア
クトル８に蓄積されていたエネルギーを直流回路に放出
させて、負荷装置１１へ供給させることもできる。

【００５２】なお、上記各実施例の説明では負荷装置１
１としてエネルギー回生を行うモーターの場合について
述べたが、負荷装置としては抵抗やコンデンサやリアク
トルや整流器などであってもよいことはいうまでもな
い。

【００５３】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に示すような効果を奏する。

【００５４】第１の発明によれば回生エネルギー処理装
置を動作させる電圧値を従来よりも低くすることができ
るため、交流直流変換器や直流交流変換器などに使用す
る半導体素子の耐電圧定格を低くしたり、あるいは電圧
余裕を大きくすることができる。

【００５５】第２の発明によれば回生エネルギー処理装
置のうち半導体スイッチ部分を交流直流変換器を構成す
る半導体スイッチを流用することによって半導体スイッ
チおよび駆動回路等を省略できるため装置の小形化を図
ることができる。

【００５６】第３の発明によれば回生エネルギー処理装
置のうち半導体スイッチ部分を交流直流変換器を構成す
る半導体スイッチを用い、また抵抗器を交流直流変換器
を構成する半導体スイッチを活性領域で動作させること
によって省略したため、装置の小形化を図ることができ
る。

【００５７】第４の発明によれば回生エネルギー処理装
置のうち半導体スイッチ部分および抵抗を交流直流変換
器を構成する半導体スイッチを活性領域で開閉動作させ
ることによって省略したため、装置の小形化を図ること
ができる。

【００５８】第５の発明によれば回生エネルギー処理装
置のうち半導体スイッチ部分を交流直流変換器を構成す
る半導体スイッチで代用し、また抵抗で回生エネルギー
を消費する代わりにリアクトルにエネルギーを蓄えエネ
ルギー回生が無くなったあとでリアクトルに蓄えたエネ
ルギーを再利用するようにしたため、エネルギーロスの
少ない装置を構成することができる。

【００５９】第６又は第７の発明によれば第３又は第４
の発明に比して処理することのできる回生エネルギー量
を増やすことができる。

【００６０】第８の発明によれば第２ないし第７の発明
において、用いる半導体素子の必要耐電圧定格を低くす
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例である無停電電源装置を
示す回路図である

【図２】図１の回路の動作電圧を示す説明図である。

【図３】この発明の第２の実施例を示す回路図であ
る。

【図４】この発明の第３の実施例を示す回路図であ
る。

【図５】図４の実施例に使用する駆動回路である。

【図６】この発明の第４の実施例を示す回路図であ
る。

【図７】この発明の第７の実施例を示す回路図であ
る。

【図８】この発明の第５の実施例を示す回路図であ
る。

【図９】従来の回生負荷を有するインバータ回路例で
ある。

【図１０】従来の回生機能をもった交流直流変換器を
有する変換回路例である。

【図１１】図９と図１０の例を適用して従来の無停電
電源装置を構成したときの回路図である。

【図１２】図９から図１１の回路の動作レベルを示す
図である。

【符号の説明】

１入力電源６回生エネ
ルギー処理回路６ａ半導体スイッチ６ｂ抵抗７第１の開閉器８リアクト
ル９交流直流変換器１０蓄電池１１負荷装置１２ａ〜ｆ
駆動回路１３ＰＷＭ回路１４電圧セ
ンサ１５コンパレータ１６駆動回
路１７制御回路１８第２の
開閉器１８ａ第３の開閉器１９活性制
御回路２０コンパレータ２４第２の
コンパレータ２５開閉制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源と、この交流電源に接続された
回生動作可能な交直変換器と、この交直変換器の直流出
力側に並列接続された蓄電池とで構成される無停電電源
装置であって、前記蓄電池に並列に接続した半導体スイッチと抵抗との
直列回路と、この半導体スイッチの制御回路であって、
上記交直変換器がその動作を停止しており、かつ前記負
荷の電圧が第１規定電圧以上になった時前記半導体スイ
ッチを閉路し、上記交直変換器が動作を行っているか、
又は、前記負荷の電圧が第２規定電圧以下になった時前
記半導体スイッチを開路する開閉制御回路とを有するも
のにおいて、第１の規定電圧は前記交直変換器が規定の一定電圧で前
記蓄電池に充電を行う際の充電電圧よりも低く、第２の
規定電圧は第１の規定電圧よりも低く、かつ、前記蓄電
池の内部起電力の最大値よりも高い値であることを特徴
とする無停電電源装置。
【請求項２】交流電源と、交流入力端子と直流出力端
子を有しこの交流電源に前記交流入力端子が接続され複
数の半導体スイッチで構成されて回生動作可能な交直変
換器と、この交直変換器の直流出力端子に並列接続され
た蓄電池とで構成される無停電電源装置であって、前記交流電源と前記交直変換器の交流入力端子間に直列
にその接点が挿入され前記交直変換器がその動作を停止
している間、開路される第１の開閉器と、前記蓄電池の一方の極に接続された抵抗器とこの抵抗器
の他方の極と前記交直変換器の交流入力端子の内の１つ
との間にその接点が接続され前記交直変換器がその動作
を停止している間閉路される第２の開閉器とからなる直
列回路と、前記交直変換器を構成する半導体スイッチの内、前記蓄
電池の他方の極と前記第２の開閉器と抵抗器との直列回
路が接続された交流入力端子との間に接続されている半
導体スイッチの制御回路であって、上記交直変換器がその動作を停止して、前記第１の開閉
器が開路しており、かつ前記負荷の電圧が第１規定電圧
以上になった時、前記半導体スイッチを閉路し、前記第
１の開閉器が開路して上記交直変換器が、動作を行って
いるか、又は、前記負荷の電圧が第１規定電圧より低い
第２規定電圧以下になった時、前記半導体スイッチを開
路する開閉制御回路とを有することを特徴とする無停電
電源装置。
【請求項３】交流電源と、この交流電源に接続された
回生動作可能な交直変換器と、この交直変換器の直流出
力側に並列接続された蓄電池とで構成される無停電電源
装置であって、前記交直変換器を構成する半導体スイッ
チが活性制御可能な素子で構成されたものにおいて、前記交流電源と前記交直変換器の間にその接点が直列に
接続され、前記交直変換器が交直変換動作を停止してい
る間、開路される第１の開閉器と、この第１の開閉器が開路されている間、前記交直変換器
を構成する半導体スイッチの内前記蓄電池の一方の極に
接続される半導体スイッチを活性領域に保持するよう制
御する活性制御回路と、前記交直変換器の半導体スイッ
チの内蓄電池の他方の極に接続されるとともに前記活性
領域に制御される半導体スイッチに直列に接続された半
導体スイッチを前記負荷の電圧が第１規定電圧以上にな
ったとき閉路し、前記負荷の電圧が第１規定電圧より低
い第２規定電圧以下となったとき開路する開閉制御回路
とを有することを特徴とする無停電電源装置。
【請求項４】交流電源と、この交流電源に接続された
回生動作可能な交直変換器と、この交直変換器の直流出
力側に並列接続された蓄電池とで構成される無停電電源
装置であって、前記交直変換器を構成する半導体スイッ
チが活性制御可能な素子で構成されたものにおいて、前記交流電源と前記交直変換器の間に直列に設けられ、
前記交直変換器が交直変換動作を停止している間、開路
される第１の開閉器と、この第１の開閉器が開路されている間前記交直変換器を
構成する半導体スイッチの内前記交直変換器の直流側の
両極間に直列に接続される半導体スイッチを、前記負荷
の電圧が第１規定電圧以上になったとき活性領域に保持
し、前記負荷の電圧が第１規定電圧より低い第２規定電
圧以下となったとき開路する活性制御回路とを有するこ
とを特徴とする無停電電源装置。
【請求項５】半導体スイッチ活性制御回路は交直変換
器のアームを構成する半導体スイッチの内、片方の直流
出力端子に接続される全ての半導体スイッチを同時に活
性領域に保持することを特徴とする請求項３又は４に記
載の無停電電源装置。
【請求項６】活性領域に保持する半導体スイッチ、又
は開閉制御する半導体スイッチは交直変換装置のアーム
を構成する複数の半導体スイッチ中から、この半導体ス
イッチの熱時定数よりも短いあらかじめ定めた時間間隔
で選択切換え使用するアーム選択回路を有する事を特徴
とする請求項３又は４に記載の無停電電源装置。
【請求項７】交流電源と、交流入力端子と直流出力端
子を有しこの交流電源に前記交流入力端子が接続され複
数の半導体スイッチで構成されて回生動作可能な交直変
換器と、この交直変換器の直流出力端子に並列接続され
た蓄電池とで構成される無停電電源装置であって、前記交流電源と前記交直変換器の交流入力端子間に直列
にその接点が挿入され前記交直変換器がその動作を停止
している間開路される第１の開閉器と、第１の開閉器と
前記交直変換器の交流入力端子との間に直列に挿入され
るリアクトルと、このリアクトルの前記第１の開閉器に
接続される各相の端子の少くとも２相間を短絡するよう
にその接点が接続された第３の開閉器を有するととも
に、第１の開閉器が開路されている間第３の開閉器を閉
路し、第１の開閉器が閉路されている間、第３の開閉器
を開路するよう制御するとともに、前記負荷の電圧が第
３の規定電圧を超えたとき前記交直変換器の直流出力端
子の一方の側に接続された半導体スイッチを閉路し、こ
の電圧が第３の規定電圧より低い第４の規定電圧を下回
るとき前記半導体スイッチを開路する開閉制御回路と、
前記負荷の電圧が第１規定電圧以上になったとき、前記
リアクトルを介して直列接続されていて前記交直変換器
の直流出力端子の他方の側に接続された半導体スイッチ
を閉路する開閉制御回路を有することを特徴とする無停
電電源装置。
【請求項８】第１の規定電圧は交直変換器が規定の定
電圧で蓄電池に充電を行う充電電圧よりも低く、第２の規定電圧は第１の規定電圧よりも低く、かつ、前
記蓄電池の内部起電力の最大値よりも高い値であること
を特徴とする請求項２ないし７のいずれかに記載の無停
電電源装置。