JPWO2020105172A1

JPWO2020105172A1 - 無停電電源装置

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Publication number: JPWO2020105172A1
Application number: JP2019519437A
Authority: JP
Inventors: 翔一阿部
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2021-02-15
Anticipated expiration: 2038-11-22
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Abstract

無停電電源装置では、インバータ給電モードおよびバイパス給電モードでは、コンデンサ（Ｃｄ）の端子間電圧（ＶＤＣ）が第１の参照電圧（ＶＤＣｒ１）になるようにコンバータ（１）を制御する。インバータ給電モードとバイパス給電モードとを切換える切換期間には、コンデンサの端子間電圧が第１の参照電圧よりも高い第２の参照電圧（ＶＤＣｒ２）になるようにコンバータを制御することにより、コンデンサなどを含む経路に循環電流（ＩＣ）が流れることを防止する。

Description

この発明は無停電電源装置に関し、特に、インバータから負荷に交流電力を供給するインバータ給電モードと、バイパス交流電源から負荷に交流電力を供給するバイパス給電モードと、インバータおよびバイパス交流電源の両方から負荷に交流電力を供給するラップ給電モードと有する無停電電源装置に関する。

たとえば国際公開第２０１７／０１７７１９号明細書（特許文献１）には、インバータ給電モード、バイパス給電モード、およびラップ給電モードを有する無停電電源装置が開示されている。この無停電電源装置は、商用交流電源から供給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、コンバータの直流出力電圧を平滑化するコンデンサと、コンデンサの端子間電圧を交流電圧に変換するインバータと、一方端子がインバータの交流出力電圧を受け、他方端子が負荷に接続される第１のスイッチと、一方端子がバイパス交流電源から供給される交流電圧を受け、他方端子が負荷に接続される第２のスイッチとを備える。

インバータ給電モード時には、第１のスイッチがオンされるとともに第２のスイッチがオフされる。バイパス給電モード時には、第２のスイッチがオンされるとともに第１のスイッチがオフされる。ラップ給電モード時には、第１および第２のスイッチがともにオンされる。ラップ給電モードは、インバータ給電モードとバイパス給電モードとを切換える切換期間に実行される。

国際公開第２０１７／０１７７１９号明細書

しかし、従来の無停電電源装置では、商用交流電源およびバイパス交流電源の各々が中性点に対して星形接続された三相の交流電源を含み、かつ商用交流電源およびバイパス交流電源の中性点がともに接地された場合には、ラップ給電モード時に、商用交流電源およびバイパス交流電源のうちのいずれか一方の交流電源からコンデンサを介して他方の交流電源に循環電流が流れる虞がある（図６、図７参照）。大きな循環電流が流れると、過電流が検出されたり、コンデンサの過電圧が検出されて無停電電源装置の運転が停止され、負荷の運転が停止されてしまう。

それゆえに、この発明の主たる目的は、第１および第２の交流電源の中性点が接地された場合でも、循環電流が流れることを防止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、順変換器と、コンデンサと、逆変換器と、第１のスイッチと、第２のスイッチと、第１の制御部と、第２の制御部とを備える。順変換器は、第１の交流電源から供給される三相交流電圧を直流電圧に変換する。コンデンサは、順変換器の直流出力電圧を平滑化する。逆変換器は、コンデンサの端子間電圧を三相交流電圧に変換する。第１のスイッチは、逆変換器から出力される三相交流電圧の各相に対応して設けられ、一方端子が対応する相の交流電圧を受け、他方端子が負荷に接続される。第２のスイッチは、第２の交流電源から供給される三相交流電圧の各相に対応して設けられ、一方端子が対応する相の交流電圧を受け、他方端子が負荷に接続される。第１の制御部は、逆変換器から負荷に三相交流電圧を供給する第１のモード時には、第１のスイッチをオンさせるとともに第２のスイッチをオフさせる。第１の制御部は、第２の交流電源から負荷に三相交流電圧を供給する第２のモード時には、第２のスイッチをオンさせるとともに第１のスイッチをオフさせる。第１の制御部は、第１および第２のモードのうちのいずれか一方のモードから他方のモードに切換える切換期間には、第１および第２のスイッチの両方をオンさせて逆変換器および第２の交流電源の両方から負荷に三相交流電圧を供給する第３のモードを実行する。第２の制御部は、第１および第２のモード時には、コンデンサの端子間電圧が第１の参照電圧になるように順変換器を制御する。第２の制御部は、切換期間には、コンデンサの端子間電圧が第１の参照電圧よりも高い第２の参照電圧になるように順変換器を制御する。第２の制御部は、第１および第２の交流電源のうちのいずれか一方の交流電源からコンデンサを介して他方の交流電源に循環電流が流れることを防止する。

この発明に係る無停電電源装置では、第１のモードと第２のモードとを切換える切換期間には、コンデンサの端子間電圧が第１の参照電圧よりも高い第２の参照電圧になるように順変換器を制御することにより、コンデンサなどを含む経路に循環電流が流れることを防止する。したがって、第１および第２の交流電源の中性点がともに接地された場合でも、循環電流が流れることを防止することができる。

この発明の一実施の形態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。図１に示したコンバータおよびインバータの構成を示す回路図である。図１に示した商用交流電源の構成を示す等価回路図である。図１に示したバイパス交流電源の構成を示す等価回路図である。図３に示した商用交流電源の三相交流電圧とバイパス交流電源の三相交流電圧との関係を示す図である。本願発明の効果を説明するための回路ブロック図である。本願発明の効果を説明するための他の回路ブロック図である。図１に示した制御装置の要部を示すブロック図である。図８に示した制御部１５の構成を示す回路ブロック図である。図８に示した制御装置の動作を示すタイムチャートである。図８に示した制御装置の動作を示す他のタイムチャートである。

図１は、この発明の一実施の形態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。図１において、この無停電電源装置は、コンデンサＣ１〜Ｃ６，Ｃｄ、リアクトルＬ１〜Ｌ６、電流検出器ＣＴ１〜ＣＴ６、コンバータ１、直流正母線Ｌｐ、直流負母線Ｌｎ、双方向チョッパ２、インバータ３、スイッチＳ１〜Ｓ６、操作部４、および制御装置５を備える。

この無停電電源装置は、商用交流電源６およびバイパス交流電源７から商用周波数の三相交流電力を受け、負荷８に商用周波数の三相交流電力を供給する。商用交流電源６は、交流出力端子６ａ〜６ｃにそれぞれ三相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１を出力する。商用交流電源６の中性点端子６ｄは接地電圧ＧＮＤを受ける。

三相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の瞬時値は、制御装置５によって検出される。制御装置５は、商用交流電源６の交流出力電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１に基づいて、商用交流電源６の停電が発生したか否かを検出する。

バイパス交流電源７は、交流出力端子７ａ〜７ｃにそれぞれ三相交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２を出力する。バイパス交流電源７の中性点端子７ｄは接地電圧ＧＮＤを受ける。三相交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の瞬時値は、制御装置５によって検出される。負荷８の交流入力端子８ａ〜８ｃは、無停電電源装置から三相交流電圧を受ける。負荷８は、無停電電源装置から供給される三相交流電力によって駆動される。

コンデンサＣ１〜Ｃ３の一方電極はそれぞれ商用交流電源６の交流出力端子６ａ〜６ｃに接続され、それらの他方電極は互いに接続される。リアクトルＬ１〜Ｌ３の一方端子はそれぞれ商用交流電源６の交流出力端子６ａ〜６ｃに接続され、それらの他方端子はコンバータ１の３つの入力ノードにそれぞれ接続される。

コンデンサＣ１〜Ｃ３およびリアクトルＬ１〜Ｌ３は交流フィルタＦ１を構成する。交流フィルタＦ１は、低域通過フィルタであり、商用交流電源６からコンバータ１に商用周波数の交流電流を流し、コンバータ１から商用交流電源６にスイッチング周波数の信号が流れることを防止する。電流検出器ＣＴ１〜ＣＴ３は、それぞれリアクトルＬ１〜Ｌ３に流れる交流電流Ｉ１〜Ｉ３を検出し、検出値を示す信号を制御装置５に与える。

コンバータ１の正側出力ノードは、直流正母線Ｌｐを介してインバータ３の正側入力ノードに接続される。コンバータ１の負側出力ノードは、直流負母線Ｌｎを介してインバータ３の負側入力ノードに接続される。コンデンサＣｄは、母線Ｌｐ，Ｌｎ間に接続され、母線Ｌｐ，Ｌｎ間の直流電圧ＶＤＣを平滑化させる。直流電圧ＶＤＣの瞬時値は、制御装置５によって検出される。

コンバータ１は、制御装置５によって制御され、商用交流電源６から三相交流電力が正常に供給されている場合（商用交流電源６の健全時）には、商用交流電源６からの三相交流電力を直流電力に変換する。コンバータ１によって生成された直流電力は、母線Ｌｐ，Ｌｎを介して双方向チョッパ２およびインバータ３に供給される。

制御装置５は、商用交流電源６の健全時には、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１になるようにコンバータ１を制御する。また、制御装置５は、インバータ３から負荷８に交流電力を供給するインバータ給電モードと、バイパス交流電源７から負荷８に交流電力を供給するバイパス給電モードとを切換える切換期間には、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１よりも高い参照電圧ＶＤＣｒ２になるようにコンバータ１を制御することにより、上記循環電流が流れることを防止する。

参照電圧ＶＤＣｒ１は、商用交流電源６の三相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１のピーク値の２倍の電圧よりも低い電圧に設定されている。参照電圧ＶＤＣｒ２は、商用交流電源６の三相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１のピーク値の２倍の電圧以上の電圧に設定されている。参照電圧ＶＤＣｒ１，ＶＤＣｒ２と循環電流との関係については後で詳細に説明する。

商用交流電源６からの三相交流電力の供給が停止された場合（商用交流電源６の停電時）には、コンバータ１の運転は停止される。交流フィルタＦ１およびコンバータ１は、商用交流電源６からの三相交流電力を直流電力に変換する順変換器を構成する。

双方向チョッパ２は、制御装置５によって制御され、商用交流電源６の健全時には、コンバータ１によって生成された直流電力をバッテリＢ１に蓄え、商用交流電源６の停電が発生したことに応じて、バッテリＢ１の直流電力を母線Ｌｐ，Ｌｎを介してインバータ３に供給する。バッテリＢ１の端子間電圧ＶＢの瞬時値は、制御装置５によって検出される。

制御装置５は、商用交流電源６の健全時には、バッテリＢ１の端子間電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるように双方向チョッパ２を制御し、商用交流電源６の停電時には、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１になるように双方向チョッパ２を制御する。

インバータ３は、制御装置５によって制御され、コンバータ１および双方向チョッパ２から供給される直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。

インバータ３の３つの出力ノードは、それぞれリアクトルＬ４〜Ｌ６の一方端子に接続される。リアクトルＬ４〜Ｌ６の他方端子はそれぞれスイッチＳ１〜Ｓ３の一方端子に接続され、スイッチＳ１〜Ｓ３の他方端子はそれぞれ負荷８の３つの交流入力端子８ａ〜８ｃに接続される。スイッチＳ１〜Ｓ３は「第１のスイッチ」の一実施例に対応する。コンデンサＣ４〜Ｃ６の一方電極はそれぞれリアクトルＬ４〜Ｌ６の他方端子に接続され、コンデンサＣ４〜Ｃ６の他方電極はともにコンデンサＣ１〜Ｃ３の他方電極に接続される。

コンデンサＣ４〜Ｃ６およびリアクトルＬ４〜Ｌ６は交流フィルタＦ２を構成する。交流フィルタＦ２は、低域通過フィルタであり、インバータ３から負荷８に商用周波数の交流電流を流し、インバータ３から負荷８にスイッチング周波数の信号が流れることを防止する。換言すると、交流フィルタＦ２は、インバータ３から出力される三相矩形波電圧を正弦波状の三相交流電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに変換する。

三相交流電圧Ｖａ〜Ｖｃの瞬時値は、制御装置５によって検出される。電流検出器ＣＴ４〜ＣＴ６は、それぞれリアクトルＬ４〜Ｌ６に流れる交流電流Ｉ４〜Ｉ６を検出し、検出値を示す信号を制御装置５に与える。

制御装置５は、インバータ３の交流出力電圧Ｖａ〜Ｖｃ、バイパス交流電源７の交流出力電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２、交流電流Ｉ４〜Ｉ６に基づき、交流出力電圧Ｖａ〜Ｖｃがそれぞれ交流出力電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２になるようにインバータ３を制御する。

スイッチＳ４〜Ｓ６の一方端子はそれぞれバイパス交流電源７の交流出力端子７ａ〜７ｃに接続され、それらの他方端子はそれぞれ負荷８の交流入力端子８ａ〜８ｃに接続される。スイッチＳ１〜Ｓ６は、制御装置５によって制御される。スイッチＳ４〜Ｓ６は「第２のスイッチ」の一実施例に対応する。

インバータ３によって生成される三相交流電力を負荷８に供給するインバータ給電モード（第１の給電モード）時には、制御装置５は、スイッチＳ１〜Ｓ３をオンさせるとともにスイッチＳ４〜Ｓ６をオフさせる。

バイパス交流電源７からの三相交流電力を負荷８に供給するバイパス給電モード（第２の給電モード）時には、制御装置５は、スイッチＳ１〜Ｓ３をオフさせるとともにスイッチＳ４〜Ｓ６をオンさせる。インバータ３およびバイパス交流電源７の両方からの三相交流電力を負荷８に供給するラップ給電モード（第３の給電モード）時には、制御装置５は、スイッチＳ１〜Ｓ６をオンさせる。

操作部４（選択部）は、無停電電源装置の使用者によって操作される複数のボタン、種々の情報を表示する画像表示部などを含む。使用者が操作部４を操作することにより、無停電電源装置の電源をオンおよびオフしたり、自動運転モード、バイパス給電モード、およびインバータ給電モードのうちのいずれかのモードを選択することが可能となっている。

制御装置５は、操作部４からの信号、商用交流電源６の交流出力電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１、交流入力電流Ｉ１〜Ｉ３、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣ、バッテリＢ１の端子間電圧ＶＢ、交流出力電流Ｉ４〜Ｉ６、交流出力電圧Ｖａ〜Ｖｃ、バイパス交流電源７の交流出力電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２などに基づいて無停電電源装置全体を制御する。

ここで、この無停電電源装置の動作について簡単に説明する。商用交流電源６の健全時において操作部４を用いて自動運転モードが選択された場合には、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１になるようにコンバータ１が制御され、バッテリＢ１の端子間電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるように双方向チョッパ２が制御され、交流出力電圧Ｖａ〜Ｖｃがそれぞれバイパス交流電源７の交流出力電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２になるようにインバータ３が制御される。

また、スイッチＳ１〜Ｓ３がオンされるとともにスイッチＳ４〜Ｓ６がオフされ、インバータ３が交流フィルタＦ２およびスイッチＳ１〜Ｓ３を介して負荷８に接続される。これにより、交流出力電圧Ｖａ〜ＶｃがスイッチＳ１〜Ｓ３を介して負荷８に供給され、負荷８が駆動される。

商用交流電源６の停電が発生した場合には、コンバータ１の運転が停止され、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１になるように双方向チョッパ２が制御され、交流出力電圧Ｖａ〜Ｖｃがそれぞれバイパス交流電源７の交流出力電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２になるようにインバータ３が制御される。

バッテリＢ１の直流電力が消費され、バッテリＢ１の端子間電圧ＶＢが下限値に到達した場合には、双方向チョッパ２およびインバータ３の運転が停止される。したがって、商用交流電源６の停電が発生した場合でも、バッテリＢ１の端子間電圧ＶＢが下限値に到達するまでの期間は負荷８の運転を継続することができる。

また、商用交流電源６の健全時において操作部４を用いてインバータ給電モードが選択された場合には、上記自動運転モード時と同様に、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１になるようにコンバータ１が制御され、バッテリＢ１の端子間電圧ＶＢが参照電圧ＶＢｒになるように双方向チョッパ２が制御される。また、交流出力電圧Ｖａ〜Ｖｃがそれぞれバイパス交流電源７の交流出力電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２になるようにインバータ３が制御され、スイッチＳ１〜Ｓ３がオンされるとともにスイッチＳ４〜Ｓ６がオフされる。

インバータ給電モード時において操作部４を用いてバイパス給電モードが選択された場合には、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１よりも高い参照電圧ＶＤＣｒ２になるようにコンバータ１が制御される。

ＶＤＣ＝ＶＤＣｒ２になると、所定時間だけラップ給電モードが実行され、全スイッチＳ１〜Ｓ６がオンされ、インバータ３およびバイパス交流電源７の両方から負荷８に三相交流電力が供給される。このとき、ＶＤＣ＝ＶＤＣｒ２となっているので、無停電電源装置に循環電流が流れることはない。

ラップ給電モードが終了すると、スイッチＳ１〜Ｓ３がオフされてスイッチＳ４〜Ｓ６のみがオンされる。また、コンバータ１が制御されてコンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１に下げられ、インバータ給電モードからバイパス給電モードへの切換が完了する。バイパス給電モードでは、バイパス交流電源７からスイッチＳ４〜Ｓ６を介して負荷８に三相交流電力が供給され、負荷８が駆動される。バイパス給電モード時には、たとえば、コンバータ１、双方向チョッパ２、インバータ３、バッテリＢ１などの修理、定期点検などが行なわれれる。

また、バイパス給電モード時において操作部４を用いてインバータ給電モードが選択された場合には、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１よりも高い参照電圧ＶＤＣｒ２になるようにコンバータ１が制御される。

ＶＤＣ＝ＶＤＣｒ２になると、所定時間だけラップ給電モードが実行され、全スイッチＳ１〜Ｓ６がオンされ、インバータ３およびバイパス交流電源７の両方から負荷８に三相交流電力が供給される。

ラップ給電モードが終了すると、スイッチＳ４〜Ｓ６がオフされてスイッチＳ１〜Ｓ３のみがオンされ、コンバータ１によってコンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１に下げられて、バイパス給電モードからインバータ給電モードへの切換が完了する。

次に、このような無停電電源装置に流れる循環電流と参照電圧ＶＤＣｒ１，ＶＤＣｒ２との関係について詳細に説明する。図２は、コンバータ１およびインバータ３の構成を示す回路図である。図２において、コンバータ１は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）Ｑ１〜Ｑ６およびダイオードＤ１〜Ｄ６を含む。ＩＧＢＴは、スイッチング素子を構成する。ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ３のコレクタはともに直流正母線Ｌｐに接続され、それらのエミッタはそれぞれ入力ノード１ａ，１ｂ，１ｃに接続される。

入力ノード１ａ，１ｂ，１ｃは、それぞれリアクトルＬ１〜Ｌ３（図１）の他方端子に接続される。ＩＧＢＴＱ４〜Ｑ６のコレクタはそれぞれ入力ノード１ａ，１ｂ，１ｃに接続され、それらのエミッタはともに直流負母線Ｌｎに接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ６は、それぞれＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６に逆並列に接続される。

ＩＧＢＴＱ１，Ｑ４はそれぞれゲート信号Ａ１，Ｂ１によって制御され、ＩＧＢＴＱ２，Ｑ５はそれぞれゲート信号Ａ２，Ｂ２によって制御され、ＩＧＢＴＱ３，Ｑ６はそれぞれゲート信号Ａ３，Ｂ３によって制御される。ゲート信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は、それぞれゲート信号Ａ１，Ａ２，Ａ３の反転信号である。

ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ３は、それぞれゲート信号Ａ１，Ａ２，Ａ３が「Ｈ」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ａ１，Ａ２，Ａ３が「Ｌ」レベルにされた場合にオフする。ＩＧＢＴＱ４〜Ｑ６は、それぞれゲート信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が「Ｈ」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３が「Ｌ」レベルにされた場合にオフする。

ゲート信号Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ２，Ｂ２の各々は、パルス信号列であり、ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）信号である。ゲート信号Ａ１，Ｂ１の位相とゲート信号Ａ２，Ｂ２の位相とゲート信号Ａ３，Ｂ３の位相とは、基本的には１２０度ずつずれている。ゲート信号Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３は、制御装置５によって生成される。たとえば、交流入力電圧Ｖｕ１のレベルが交流入力電圧Ｖｖ１のレベルよりも高い場合は、ＩＧＢＴＱ１，Ｑ５がオンされ、入力ノード１ａからＩＧＢＴＱ１、直流正母線Ｌｐ、コンデンサＣｄ、直流負母線Ｌｎ、およびＩＧＢＴＱ５を介して入力ノード１ｂに電流が流れ、コンデンサＣｄが充電される。

逆に、交流入力電圧Ｖｖ１のレベルが交流入力電圧Ｖｕ１のレベルよりも高い場合は、ＩＧＢＴＱ２，Ｑ４がオンされ、入力ノード１ｂからＩＧＢＴＱ２、直流正母線Ｌｐ、コンデンサＣｄ、直流負母線Ｌｎ、およびＩＧＢＴＱ４を介して入力ノード１ａに電流が流れ、コンデンサＣｄが充電される。他の場合も同様である。

ゲート信号Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ３，Ｂ３によってＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の各々を所定のタイミングでオンおよびオフさせるとともに、ＩＧＢＴＱ１〜Ｑ６の各々のオン時間を調整することにより、入力ノード６ａ〜６ｃに与えられた三相交流電圧を直流電圧ＶＤＣ（コンデンサＣｄの端子間電圧）に変換することが可能となっている。

インバータ３は、ＩＧＢＴＱ１１〜Ｑ１６およびダイオードＤ１１〜Ｄ１６を含む。ＩＧＢＴは、スイッチング素子を構成する。ＩＧＢＴＱ１１〜Ｑ１３のコレクタはともに直流正母線Ｌｐに接続され、それらのエミッタはそれぞれ出力ノード３ａ，３ｂ，３ｃに接続される。出力ノード３ａ，３ｂ，３ｃは、それぞれリアクトルＬ４〜Ｌ６（図１）の一方端子に接続される。ＩＧＢＴＱ１４〜Ｑ１６のコレクタはそれぞれ出力ノード３ａ，３ｂ，３ｃに接続され、それらのエミッタはともに直流負母線Ｌｎに接続される。ダイオードＤ１１〜Ｄ１６は、それぞれＩＧＢＴＱ１１〜Ｑ１６に逆並列に接続される。

ＩＧＢＴＱ１１，Ｑ１４はそれぞれゲート信号Ｘ１，Ｙ１によって制御され、ＩＧＢＴＱ１２，Ｑ１５はそれぞれゲート信号Ｘ２，Ｙ２によって制御され、ＩＧＢＴＱ１３，Ｑ１６はそれぞれゲート信号Ｘ３，Ｙ３によって制御される。ゲート信号Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３は、それぞれゲート信号Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３の反転信号である。

ＩＧＢＴＱ１１〜Ｑ１３は、それぞれゲート信号Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３が「Ｈ」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ｘ１，Ｘ２，Ｘ３が「Ｌ」レベルにされた場合にオフする。ＩＧＢＴＱ１４〜Ｑ１６は、それぞれゲート信号Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３が「Ｈ」レベルにされた場合にオンし、それぞれゲート信号Ｙ１，Ｙ２，Ｙ３が「Ｌ」レベルにされた場合にオフする。

ゲート信号Ｘ１，Ｙ２，Ｘ３，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ３の各々は、パルス信号列であり、ＰＷＭ信号である。ゲート信号Ｘ１，Ｙ１の位相とゲート信号Ｘ２，Ｙ２の位相とゲート信号Ｘ３，Ｙ３の位相とは、基本的には１２０度ずつずれている。ゲート信号Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２，Ｘ３，Ｙ３は、制御装置５によって生成される。

たとえば、ＩＧＢＴＱ１１，Ｑ１５がオンすると、直流正母線ＬｐがＩＧＢＴＱ１１を介して出力ノード３ａに接続されるとともに、出力ノード３ｂがＩＧＢＴＱ１５を介して直流負母線Ｌｎに接続され、出力ノード３ａ，３ｂ間に正電圧が出力される。

また、ＩＧＢＴＱ１２，Ｑ１４がオンすると、直流正母線ＬｐがＩＧＢＴＱ１２を介して出力ノード３ｂに接続されるとともに、出力ノード３ａがＩＧＢＴＱ１４を介して直流負母線Ｌｎに接続され、出力ノード３ａ，３ｂ間に負電圧が出力される。

ゲート信号Ｘ１，Ｙ１，Ｘ２，Ｙ２，Ｘ３，Ｙ３によってＩＧＢＴＱ１１〜Ｑ１６の各々を所定のタイミングでオンおよびオフさせるとともに、ＩＧＢＴＱ１１〜Ｑ１６の各々のオン時間を調整することにより、母線Ｌｐ，Ｌｎ間の直流電圧ＶＤＣを三相交流電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃに変換することが可能となっている。

図３は、商用交流電源６の構成を示す等価回路図である。図３において、商用交流電源６は、中性点端子６ｄに対して星形接続（Ｙ接続）された３相の交流電源６Ｕ，６Ｖ，６Ｗを含む。交流電源６Ｕは、交流出力端子６ａと中性点端子６ｄとの間に接続され、交流出力端子６ａに交流電圧Ｖｕ１を出力する。交流電源６Ｖは、交流出力端子６ｂと中性点端子６ｄとの間に接続され、交流出力端子６ｂに交流電圧Ｖｖ１を出力する。交流電源６Ｗは、交流出力端子６ｃと中性点端子６ｄとの間に接続され、交流出力端子６ｃに交流電圧Ｖｗ１を出力する。

交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の各々は商用周波数（たとえば６０Ｈｚ）で正弦波状に変化する。交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１のピーク値（実効値の√２倍）は同一であり、それらの位相は１２０度ずつずれている。交流電源６Ｕ，６Ｖ，６Ｗは、たとえば、商用交流電源６の最終段の三相変圧器に含まれる最終段の三相の巻線に対応している。

図４は、バイパス交流電源７の構成を示す等価回路図である。図４において、バイパス交流電源７は、中性点端子７ｄに対して星形接続された３相の交流電源７Ｕ，７Ｖ，７Ｗを含む。交流電源７Ｕは、交流出力端子７ａと中性点端子７ｄとの間に接続され、交流出力端子７ａに交流電圧Ｖｕ２を出力する。交流電源７Ｖは、交流出力端子７ｂと中性点端子７ｄとの間に接続され、交流出力端子７ｂに交流電圧Ｖｖ２を出力する。交流電源７Ｗは、交流出力端子７ｃと中性点端子７ｄとの間に接続され、交流出力端子７ｃに交流電圧Ｖｗ２を出力する。

交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の各々は商用周波数で正弦波状に変化する。交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２のピーク値は同一であり、それらの位相は１２０度ずつずれている。交流電源７Ｕ，７Ｖ，７Ｗは、たとえば、自家発電機の三相のコイルに対応している。

インバータ給電モードおよびバイパス給電モードでは、バイパス交流電源７の交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の位相（およびピーク値）は、それぞれ商用交流電源６の交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の位相（およびピーク値）に一致している。この状態では、無停電電源装置に循環電流は流れない。

しかし、ラップ給電モードでは、スイッチＳ１〜Ｓ３またはスイッチＳ４〜Ｓ６をオンしたときにバイパス交流電源７の負荷電流が大きく変動し、交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の位相、ピーク値が変動する。このため、交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２がそれぞれ交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１に一致しなくなる。

図５（Ａ）〜（Ｃ）は、商用交流電源６の交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１とバイパス交流電源７の交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２との関係を示す図である。交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１，Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の各々は、ベクトル表示されている。交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の位相は１２０度ずつずれ、交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の位相は１２０度ずつずれている。図５（Ａ）は、交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の位相がそれぞれ交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の位相に一致している場合を示している。

図５（Ｂ）は、交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の位相がそれぞれ交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の位相よりも６０度遅れている場合を示している。たとえば、交流電圧Ｖｕ１の位相と交流電圧Ｖｗ２の位相とは１８０度ずれている。交流電圧Ｖｕ１が正のピーク値となり、交流電圧Ｖｗ２が負のピーク値となったとき、交流電圧Ｖｕ１と交流電圧Ｖｗ２の差の電圧ΔＶ１２＝Ｖｕ１−Ｖｗ２は、交流電圧Ｖｕ１，Ｖｗ２のピーク値の和となる。逆に、交流電圧Ｖｕ１が負のピーク値となり、交流電圧Ｖｗ２が正のピーク値となったとき、交流電圧Ｖｗ２と交流電圧Ｖｕ１の差の電圧ΔＶ２１＝Ｖｗ２−Ｖｕ１は、交流電圧Ｖｕ１，Ｖｗ２のピーク値の和となる。

図５（Ｃ）は、交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２の位相がそれぞれ交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｖ１の位相よりも６０度進んでいる場合を示している。たとえば、交流電圧Ｖｕ１の位相と交流電圧Ｖｖ２の位相とは１８０度ずれている。交流電圧Ｖｕ１が正のピーク値となり、交流電圧Ｖｖ２が負のピーク値となったとき、交流電圧Ｖｕ１と交流電圧Ｖｖ２の差の電圧ΔＶ１２＝Ｖｕ１−Ｖｖ２は、交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ２のピーク値の和となる。逆に、交流電圧Ｖｕ１が負のピーク値となり、交流電圧Ｖｖ２が正のピーク値となったとき、交流電圧Ｖｖ２と交流電圧Ｖｕ１の差の電圧ΔＶ２１＝Ｖｖ２−Ｖｕ１は、交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ２のピーク値の和となる。

もし、ラップ給電モード時において、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１のピーク値と交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２のピーク値との和よりも小さい場合には、次のような問題が発生する。たとえば、図５（Ｂ）で示したように、交流電圧Ｖｕ１，Ｖｗ２の位相が１８０度ずれ、交流電圧Ｖｕ１，Ｖｗ２の差の電圧ΔＶ１２＝Ｖｕ１−Ｖｗ２が交流電圧Ｖｕ１，Ｖｗ２のピーク値の和となった場合、図６で示される経路に循環電流ＩＣが流れる。

すなわち、交流電源６Ｕの一方端子（出力端子６ａ）からコンバータ１の入力ノード１ａ、ダイオードＤ１（図２）、直流正母線Ｌｐ、コンデンサＣｄ、直流負母線Ｌｎ、ダイオードＤ１６（図２）、インバータ３の出力ノード３ｃ、交流電源７Ｗ、中性点端子７ｄ、接地電圧ＧＮＤのライン、および中性点端子６ｄを介して交流電源６Ｕの他方端子に至る経路に循環電流ＩＣが流れてしまう。なお、図６では、図面および説明の簡単化のため、フィルタＦ１，Ｆ２、オンされたスイッチＳ１〜Ｓ６などの図示は省略されている。

逆に、交流電圧Ｖｗ２，Ｖｕ１の差の電圧ΔＶ２１＝Ｖｗ２−Ｖｕ１が交流電圧Ｖｕ１，Ｖｗ２のピーク値の和となった場合、図７で示される経路に循環電流ＩＣが流れる。すなわち、交流電源７Ｕの一方端子（出力端子７ａ）からインバータ３の出力ノード３ｃ、ダイオードＤ１３（図２）、直流正母線Ｌｐ、コンデンサＣｄ、直流負母線Ｌｎ、ダイオードＤ４（図２）、コンバータ１の入力ノード１ａ、交流電源６Ｕ、中性点端子６ｄ、接地電圧ＧＮＤのライン、および中性点端子７ｄを介して交流電源７Ｕの他方端子に至る経路に循環電流ＩＣが流れる。

循環電流ＩＣが流れると、循環電流ＩＣによってコンデンサＣｄが充電され、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが上限値ＶＤＣＨを超え、制御装置５によって異常が発生したと判別されて無停電電源装置の運転が停止され、負荷８の運転が停止される場合がある。また、電流検出器ＣＴ１〜ＣＴ６の検出値が上限値ＩＨを超え、制御装置５によって異常が発生したと判別されて無停電電源装置の運転が停止され、負荷８の運転が停止される場合がある。

そこで、本実施の形態では、ラップ給電モード時には、交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１のピーク値と交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２のピーク値との和の電圧以上の参照電圧ＶＤＣｒ２にコンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣを設定することにより、無停電電源装置に循環電流ＩＣが流れることを防止している。

また、本実施の形態では、インバータ給電モード時およびバイパス給電モード時には、交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１のピーク値と交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２のピーク値との和の電圧よりも低い参照電圧ＶＤＣｒ１にコンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣを設定することにより、消費電力の低減化、効率の向上を図っている。

バイパス交流電源７が安定している場合には、バイパス交流電源７の交流出力電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２は商用交流電源６の交流出力電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１に一致しているので、交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１のピーク値と交流電圧Ｖｕ２，Ｖｖ２，Ｖｗ２のピーク値との和の電圧は、交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１のピーク値の２倍の電圧に等しい。また、交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１のピーク値は同じ値である。

たとえば、交流電圧Ｖｕ１の実効値は２７７Ｖであり、そのピーク値は３９２Ｖである。交流電圧Ｖｕ１のピーク値の２倍の電圧は７８４Ｖである。参照電圧ＶＤＣｒ１は、７８４Ｖよりも低い７５０Ｖに設定される。参照電圧ＶＤＣｒ２は、７８４Ｖよりも高い９２０Ｖに設定される。なお、参照電圧ＶＤＣｒ２は、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣの上限値ＶＤＣＨ（たとえば１０００Ｖ）よりも低い値に設定される。

この結果、ラップ給電モード時に、たとえば、交流電圧Ｖｕ１が正のピーク値（＋３９２Ｖ）となり、交流電圧Ｖｗ２が負のピーク値（−３９２Ｖ）となった場合でも、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣ＝ＶＤＣｒ２（９２０Ｖ）が交流電圧Ｖｕ１，Ｖｗ２のピーク値の和の電圧（７８４Ｖ）よりも高いので、ダイオードＤ１，Ｄ１６（図２）がオンせず、循環電流ＩＣは流れない。

逆に、交流電圧Ｖｕ１が負のピーク値（−３９２Ｖ）となり、交流電圧Ｖｗ２が正のピーク値（＋３９２Ｖ）となった場合でも、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣ＝ＶＤＣｒ２（９２０Ｖ）が交流電圧Ｖｕ１，Ｖｗ２のピーク値の和の電圧（７８４Ｖ）よりも高いので、ダイオードＤ１３，Ｄ４（図２）がオンせず、循環電流ＩＣは流れない。循環電流ＩＣが流れないので、過電流やコンデンサＣｄの過電圧が検出されて無停電電源装置の運転が停止され、負荷８の運転が停止されることはない。

次に、コンバータ１およびスイッチＳ１〜Ｓ６の制御方法について説明する。図８は、制御装置５のうちのコンバータ１およびスイッチＳ１〜Ｓ６の制御に関連する部分の構成を示すブロック図である。図８において、制御装置５は、信号発生回路１１、タイマー１２、制御部１３，１５、および参照電圧発生回路１４を含む。

操作部４（図１）は、無停電電源装置の使用者によってインバータ給電モードが選択された場合には、モード選択信号ＭＳを「Ｌ」レベルにし、バイパス給電モードが選択された場合には、モード選択信号ＭＳを「Ｈ」レベルにする。信号発生回路１１は、操作部４からのモード選択信号ＭＳの立ち上がりエッジおよび立下りエッジの各々に応答して、切換指令信号ＰＣを所定時間だけ「Ｈ」レベルに立ち上げる。

タイマー１２は、切換指令信号ＰＣの立ち上がりエッジに応答して、第１の時間Ｔ１、第２の時間Ｔ２、および第３の時間Ｔ３を順次計測する。また、タイマー１２は、切換指令信号ＰＣの立ち上がりエッジから第３の時間Ｔ３まで、切換信号φＣを活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。さらに、タイマー１２は、第１の時間Ｔ１から第２の時間Ｔ２まで、オーバーラップ指令信号φＯＬを活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。

制御部１３は、モード選択信号ＭＳおよびオーバーラップ指令信号φＯＬに従ってスイッチＳ１〜Ｓ６を制御する。モード選択信号ＭＳおよびオーバーラップ指令信号φＯＬがともに「Ｌ」レベルである場合、制御部１３は、スイッチＳ１〜Ｓ３をオンさせるとともにスイッチＳ４〜Ｓ６をオフさせる。制御部１３は「第１の制御部」の一実施例に対応する。

オーバーラップ指令信号φＯＬが「Ｈ」レベルである場合、制御部１３は全スイッチＳ１〜Ｓ６をオンさせる。モード選択信号ＭＳが「Ｈ」レベルであり、オーバーラップ指令信号φＯＬが「Ｌ」レベルである場合、制御部１３は、スイッチＳ４〜Ｓ６をオンさせるとともにスイッチＳ１〜Ｓ３をオフさせる。

参照電圧発生回路１４は、タイマー１２からの切換信号φＣに基づいて参照電圧ＶＤＣｒを出力する。切換信号φＣが非活性化レベルの「Ｌ」レベルである場合には、参照電圧ＶＤＣｒは参照電圧ＶＤＣｒ１にされる。切換信号φＣが活性化レベルの「Ｈ」レベルである場合には、参照電圧ＶＤＣｒは参照電圧ＶＤＣｒ２にされる。

制御部１５は、交流入力電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１、三相入力電流Ｉ１〜Ｉ３、直流電圧ＶＤＣ、および参照電圧発生回路１４の出力電圧ＶＤＣｒ１（またはＶＤＣｒ２）に基づいて動作し、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧発生回路１４の出力電圧ＶＤＣｒ１（またはＶＤＣｒ２）に一致するように、コンバータ１を制御する。制御部１５は「第２の制御部」の一実施例に対応する。

図９は、制御部１５の構成を示す回路ブロック図である。図９において、制御部１５は、電圧検出器２１，２８、減算器２２，２６Ａ〜２６Ｃ、直流電圧制御回路２３、正弦波発生回路２４、乗算器２５Ａ〜２５Ｃ、電流制御回路２７、加算器２９Ａ〜２９Ｃ、ＰＷＭ回路３０、およびゲート回路３１を含む。

電圧検出器２１は、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣを検出し、その検出値を示す信号を出力する。減算器１５は、参照電圧ＶＤＣｒからコンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣを減算し、参照電圧ＶＤＣｒと直流電圧ＶＤＣの偏差ΔＶＤＣ＝ＶＤＣｒ−ＶＤＣを求める。

直流電圧制御回路２３は、偏差ΔＶＤＣ＝ＶＤＣｒ−ＶＤＣが０となるようにコンバータ１の交流入力電流Ｉ１〜Ｉ３を制御するための電流指令値Ｉｃを算出する。直流電圧制御回路２３は、たとえば、偏差ΔＶＤＣを比例演算または比例積分演算することにより電流指令値Ｉｃを算出する。

正弦波発生回路２４は、商用交流電源６からの三相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１と同相の三相正弦波信号を生成する。乗算器２５Ａ〜２５Ｃは、それぞれ三相正弦波信号に電流指令値Ｉｃを乗算して、三相電流指令値Ｉ１ｃ〜Ｉ３ｃを生成する。

減算器２６Ａは、電流指令値Ｉ１ｃと電流検出器ＣＴ１により検出された交流電流Ｉ１との偏差ΔＩ１＝Ｉ１ｃ−Ｉ１を算出する。減算器２６Ｂは、電流指令値Ｉ２ｃと電流検出器ＣＴ２により検出された交流電流Ｉ２との偏差ΔＩ２＝Ｉ２ｃ−Ｉ２を算出する。減算器２６Ｃは、電流指令値Ｉ３ｃと電流検出器ＣＴ３により検出された交流電流Ｉ３との偏差ΔＩ３＝Ｉ３ｃ−Ｉ３を算出する。

電流制御回路２７は、偏差ΔＩ１，ΔＩ２，ΔＩ３の各々が０となるように電圧指令値Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，Ｖ３ａを生成する。電流制御回路２７は、たとえば、偏差ΔＩ１，ΔＩ２，ΔＩ３を比例制御または比例積分制御することにより電圧指令値Ｖ１ａ，Ｖ２ａ，Ｖ３ａを生成する。電圧検出器２８は、商用交流電源６からの三相交流電圧Ｖｕ１，Ｖｖ１，Ｖｗ１の瞬時値を検出し、それらの検出値を示す信号を出力する。

加算器２９Ａは、電圧指令値Ｖ１ａと電圧検出器２８により検出された交流電圧Ｖｕ１とを加算して電圧指令値Ｖ１ｃを生成する。加算器２９Ｂは、電圧指令値Ｖ２ａと電圧検出器２８により検出された交流電圧Ｖｖ１とを加算して電圧指令値Ｖ２ｃを生成する。加算器２９Ｃは、電圧指令値Ｖ３ａと電圧検出器２８により検出された交流電圧Ｖｗ１とを加算して電圧指令値Ｖ３ｃを生成する。

ＰＷＭ回路３０は、電圧指令値Ｖ１ｃ〜Ｖ３ｃに基づいて、コンバータ１を制御するためのＰＷＭ制御信号φ１〜φ３を生成する。ゲート回路３１は、ＰＷＭ制御信号φ１〜φ３に基づいてゲート信号Ａ１，Ｂ１，Ａ２，Ｂ２，Ａ２，Ｂ２（図２）を生成する。

図１０（Ａ）〜（Ｈ）は、図８に示した制御装置５の動作を示すタイムチャートである。図１０（Ａ）はモード選択信号ＭＳの波形を示し、図１０（Ｂ）は切換指令信号ＰＣの波形を示し、図１０（Ｃ）は切換信号φＣの波形を示し、図１０（Ｄ）はオーバーラップ指令信号φＯＬの波形を示している。

また、図１０（Ｅ）は参照電圧ＶＤＣｒを示し、図１０（Ｆ）はコンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣを示し、図１０（Ｇ）はスイッチＳ１〜Ｓ３の状態を示し、図１０（Ｈ）はスイッチＳ４〜Ｓ６の状態を示している。図１０（Ａ）〜（Ｈ）では、インバータ給電モードからバイパス給電モードに切換える場合の動作が示されている。

時刻ｔ０では、インバータ給電モードが実行されており、モード選択信号ＭＳ、切換指令信号ＰＣ、切換信号φＣ、およびオーバーラップ指令信号φＯＬはともに「Ｌ」レベルにされている。また、参照電圧ＶＤＣｒは参照電圧ＶＤＣｒ１にされ、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣは参照電圧ＶＤＣｒ１にされ、スイッチＳ１〜Ｓ３はオンされ、スイッチＳ４〜Ｓ６はオフされている。

ある時刻ｔ１において操作部４を用いてバイパス給電モードが選択されると、モード選択信号ＭＳが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられ、信号発生回路１１によって切換指令信号ＰＣが所定時間だけ「Ｈ」レベルに立ち上げられる。切換指令信号ＰＣの立ち上がりエッジに応答して、タイマー１２が第１の時間Ｔ１、第２の時間Ｔ２、および第３の時間Ｔ３を順次計測し、計時結果に基づいて切換信号φＣおよびオーバーラップ指令信号φＯＬを生成する。

切換信号φＣは、切換指令信号ＰＣの立ち上がりエッジ（時刻ｔ１）から第３の時間Ｔ３（時刻ｔ４）まで「Ｈ」レベルにされる。オーバーラップ指令信号φＯＬは、第１の時間Ｔ１（時刻ｔ２）から第２の時間Ｔ２（時刻ｔ３）まで「Ｈ」レベルにされる。

切換信号φＣが「Ｌ」レベルから「Ｈ」レベルに立ち上げられると（時刻ｔ１）、参照電圧ＶＤＣｒが参照電圧ＶＤＣｒ１から参照電圧ＶＤＣｒ２に上げられ、制御部１５によってコンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ２になるようにコンバータ１が制御される。

コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ２になっている期間内に、ラップ指令信号φＯＬが「Ｈ」レベルにされてラップ給電モードが実行される。ラップ指令信号φＯＬが「Ｈ」レベルに立ち上げられると（時刻ｔ２）、スイッチＳ４〜Ｓ６がオンされる。このとき、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ２に上げられているので、循環電流ＩＣ（図６、図７）が流れることはない。ラップ指令信号φＯＬが「Ｌ」レベルに立ち上げられると（時刻ｔ３）、スイッチＳ１〜Ｓ３がオフされ、ラップ給電モードが終了する。

切換信号φＣが「Ｌ」レベルに立ち下げられると（時刻ｔ４）、参照電圧ＶＤＣｒが参照電圧ＶＤＣｒ１に下げられ、コンデンサＣｄが放電される。コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１になると、インバータ給電モードからバイパス給電モードへの切換えが完了する。

図１１（Ａ）〜（Ｈ）は、図８に示した制御装置５の動作を示す他のタイムチャートであって、図１０（Ａ）〜（Ｈ）と対比される図である。図１１（Ａ）〜（Ｈ）では、バイパス給電モードからインバータ給電モードに切換える場合の動作が示されている。

時刻ｔ０では、バイパス給電モードが実行されており、モード選択信号ＭＳは「Ｈ」レベルにされ、切換指令信号ＰＣ、切換信号φＣ、およびオーバーラップ指令信号φＯＬはともに「Ｌ」レベルにされている。また、参照電圧ＶＤＣｒは参照電圧ＶＤＣｒ１にされ、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣは参照電圧ＶＤＣｒ１にされ、スイッチＳ１〜Ｓ３はオフされ、スイッチＳ４〜Ｓ６はオンされている。

ある時刻ｔ１において操作部４を用いてインバータ給電モードが選択されると、モード選択信号ＭＳが「Ｈ」レベルから「Ｌ」レベルに立ち下げられ、信号発生回路１１によって切換指令信号ＰＣが所定時間だけ「Ｈ」レベルに立ち上げられる。切換指令信号ＰＣの立ち上がりエッジに応答して、タイマー１２が第１の時間Ｔ１、第２の時間Ｔ２、および第３の時間Ｔ３を順次計測し、計時結果に基づいて切換信号φＣおよびオーバーラップ指令信号φＯＬを生成する。

コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ２になっている期間内に、ラップ指令信号φＯＬが「Ｈ」レベルにされてラップ給電モードが実行される。ラップ指令信号φＯＬが「Ｈ」レベルに立ち上げられると（時刻ｔ２）、スイッチＳ１〜Ｓ３がオンされる。このとき、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ２に上げられているので、循環電流ＩＣ（図６、図７）が流れることはない。ラップ指令信号φＯＬが「Ｌ」レベルに立ち上げられると（時刻ｔ３）、スイッチＳ４〜Ｓ６がオフされ、ラップ給電モードが終了する。

切換信号φＣが「Ｌ」レベルに立ち下げられると（時刻ｔ４）、参照電圧ＶＤＣｒが参照電圧ＶＤＣｒ１に下げられ、コンデンサＣｄが放電される。コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１になると、バイパス給電モードからインバータ給電モードへの切換えが完了する。

以上のように、本実施の形態では、インバータ給電モードとバイパス給電モードとを切換える切換期間には、コンデンサＣｄの端子間電圧ＶＤＣが参照電圧ＶＤＣｒ１よりも高い参照電圧ＶＤＣｒ２になるようにコンバータ１を制御することにより、コンデンサＣｄなどを含む経路に循環電流ＩＣが流れることを防止する。したがって、商用交流電源６の中性点端子６ｄおよびバイパス交流電源７の中性点端子７ｄがともに接地された場合でも、循環電流ＩＣが流れることを防止することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明は上記した説明では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。

Ｃ１〜Ｃ６，Ｃｄコンデンサ、Ｌ１〜Ｌ６リアクトル、ＣＴ１〜ＣＴ６電流検出器、１コンバータ、Ｌｐ直流正母線、Ｌｎ直流負母線、２双方向チョッパ、３インバータ、Ｓ１〜Ｓ６スイッチ、４操作部、５制御装置、６商用交流電源、６ｄ，７ｄ中性点端子、６Ｕ，６Ｖ，６Ｗ，７Ｕ，７Ｖ，７Ｗ交流電源、７バイパス交流電源、８負荷、Ｑ１〜Ｑ６，Ｑ１１〜Ｑ１６ＩＧＢＴ、Ｄ１〜Ｄ６，Ｄ１１〜Ｄ１６ダイオード、１１信号発生回路、１２タイマー、１３，１５制御部、１４参照電圧発生回路、２１，２８電圧検出器、２２，２６Ａ〜２６Ｃ減算器、２３直流電圧制御回路、２４正弦波発生回路、２５Ａ〜２５Ｃ乗算器、２７電流制御回路、２９Ａ〜２９Ｃ加算器、３０ＰＷＭ回路、３１ゲート回路。

Claims

第１の交流電源から供給される三相交流電圧を直流電圧に変換する順変換器と、
前記順変換器の直流出力電圧を平滑化するコンデンサと、
前記コンデンサの端子間電圧を三相交流電圧に変換する逆変換器と、
前記逆変換器から出力される三相交流電圧の各相に対応して設けられ、一方端子が対応する相の交流電圧を受け、他方端子が負荷に接続される第１のスイッチと、
第２の交流電源から供給される三相交流電圧の各相に対応して設けられ、一方端子が対応する相の交流電圧を受け、他方端子が前記負荷に接続される第２のスイッチと、
第１の制御部と、
第２の制御部とを備え、
前記第１の制御部は、
（ｉ）前記逆変換器から前記負荷に三相交流電圧を供給する第１のモード時には、前記第１のスイッチをオンさせるとともに前記第２のスイッチをオフさせ、
（ｉｉ）前記第２の交流電源から前記負荷に三相交流電圧を供給する第２のモード時には、前記第２のスイッチをオンさせるとともに前記第１のスイッチをオフさせ、
（ｉｉｉ）前記第１および第２のモードのうちのいずれか一方のモードから他方のモードに切換える切換期間には、前記第１および第２のスイッチの両方をオンさせて前記逆変換器および前記第２の交流電源の両方から前記負荷に三相交流電圧を供給する第３のモードを実行するように構成され、
前記第２の制御部は、
（ｉｖ）前記第１および第２のモード時には、前記コンデンサの端子間電圧が第１の参照電圧になるように前記順変換器を制御し、
（ｖ）前記切換期間には、前記コンデンサの端子間電圧が前記第１の参照電圧よりも高い第２の参照電圧になるように前記順変換器を制御することにより、
前記第１および第２の交流電源のうちのいずれか一方の交流電源から前記コンデンサを介して他方の交流電源に循環電流が流れることを防止するように構成される、無停電電源装置。
前記第１および第２の交流電源の各々は、中性点に対して星形接続された三相の交流電源を含み、
前記第１および第２の交流電源の中性点はともに接地され、
前記第１の参照電圧は、前記第１の交流電源から供給される三相交流電圧のピーク値の２倍の電圧よりも低く、
前記第２の参照電圧は、前記第１の交流電源から供給される三相交流電圧のピーク値の２倍の電圧以上である、請求項１に記載の無停電電源装置。
前記第１の交流電源は商用交流電源であり、
前記第２の交流電源は発電機である、請求項２に記載の無停電電源装置。
さらに、前記第１および第２のモードのうちのいずれか一方のモードを選択する選択部と、
前記選択部によって選択されるモードが一方のモードから他方のモードに変更されたことに応じて切換指令信号を出力する信号発生回路と、
前記切換指令信号に応答して、第１の時間、第２の時間、および第３の時間を順次計測するタイマーとを備え、
前記切換期間において前記第１の制御部は、前記タイマーによって前記第１の時間が計測されてから前記第２の時間が計測されるまで前記第３のモードを実行し、
前記切換期間において前記第２の制御部は、前記切換指令信号が出力されてから前記タイマーによって前記第３の時間が計測されるまで、前記コンデンサの端子間電圧が前記第２の参照電圧になるように前記順変換器を制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。
さらに、前記第１および第２のモード時には前記第１の参照電圧を出力し、前記切換指令信号が出力されてから前記タイマーによって前記第３の時間が計測されるまで前記第２の参照電圧を出力する参照電圧発生回路と、
前記コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出器とを備え、
前記第２の制御部は、前記電圧検出器の検出値が前記参照電圧発生回路の出力電圧になるように前記順変換器を制御する、請求項４に記載の無停電電源装置。
さらに、前記第１の交流電源の健全時には、前記順変換器によって生成された直流電力を電力貯蔵装置に蓄え、前記第１の交流電源の停電時には、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記逆変換器に供給する双方向チョッパを備える、請求項１に記載の無停電電源装置。