CN107112793B - 不间断电源装置 - Google Patents

Abstract

不间断电源装置(1)从第一电力转换装置(3)的第一逆变器(14)及第二电力转换装置(4)的第二逆变器(34)中的任一方的逆变器向负载(8)供给交流电力，在该逆变器发生了故障的情况下从另一方的逆变器向负载(8)供给交流电力。第二电力转换装置(4)在第二逆变器(34)被提供的直流电压(VDC2)高于下限电压(VL)的情况下，输出正弦波状的、且为负载(LDn)的允许输入电压范围内的交流电压，在直流电压(VDC2)低于下限电压(VL)的情况下，输出具有对于负载(LDn)而言为允许范围内的波形失真、且为负载(LDn)的允许输入电压范围内的交流电压。

Description

不间断电源装置

技术领域

本发明涉及一种不间断电源装置，特别涉及从第一及第二交流电源接受交流电力的不间断电源装置。

背景技术

以往，不间断电源装置具备：转换器，将从第一交流电源供给的交流电力转换为直流电力；逆变器，将直流电力转换为交流电力；以及切换电路，将由逆变器生成的交流电力及从第二交流电源供给的交流电力中的任一方的交流电力提供给负载。在从第一交流电源供给有交流电力的情况下，由第一转换器生成的直流电力被蓄积于电池并且向逆变器供给，由逆变器生成的交流电力被向负载供给。

在来自第一交流电源的交流电力的供给停止的停电时，电池的直流电力被向逆变器供给，由逆变器生成的交流电力被向负载供给。在逆变器发生了故障的情况下，来自第二交流电源的交流电力经由切换电路被向负载供给。因此，即使在停电时、逆变器发生了故障的情况下，也能够使负载的运转继续。这样的不间断电源装置例如在日本特开2010-124557号公报(专利文献1)中公开。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-124557号公报

发明内容

发明要解决的课题

在以往的不间断电源装置中，在逆变器发生了故障的情况下，第二交流电源的输出电压直接被施加至负载，因此在第二交流电源的输出电压上升得大于负载的允许输入电压范围的情况下，负载有可能损坏。相反，在第二交流电源的输出电压降低得低于负载的允许输入电压范围的情况下，负载的运转有可能停止。

因此，本发明的主要目的在于，提供一种不间断电源装置，即使在逆变器发生故障且交流电源的输出电压发生变动的情况下也能够使负载的运转继续。

用于解决课题的手段

本发明所涉及的不间断电源装置具备第一及第二电力转换装置。第一电力转换装置包括：第一转换器，将来自第一交流电源的交流电力转换为直流电力；第一逆变器，将直流电力转换为交流电力；以及第一控制装置，对第一转换器及第一逆变器进行控制，以使第一电力转换装置的输出电压成为交流电压。在从第一交流电源供给有交流电力的情况下，由第一转换器生成的直流电力被蓄积于电力积蓄装置并且被向第一逆变器供给，在来自第一交流电源的交流电力的供给停止的情况下，电力积蓄装置的直流电力被向第一逆变器供给。第二电力转换装置包括：第二转换器，将来自第二交流电源的交流电力转换为直流电力；第二逆变器，将由第二转换器生成的直流电力转换为交流电力；以及第二控制装置，对第二转换器及第二逆变器中的至少第二逆变器进行控制，以使在第二逆变器被提供的直流电压高于预定的第一电压的第一情况下，第二电力转换装置的输出电压成为正弦波状的、且为负载的允许输入电压范围内的交流电压，在第二逆变器被提供的直流电压低于预定的第一电压的第二情况下，第二电力转换装置的输出电压成为具有对于负载而言为允许范围内的波形失真、且为负载的允许输入电压范围内的交流电压。在从第一及第二逆变器中的任一方的逆变器向负载供给交流电力、而该一方的逆变器发生了故障的情况下，从另一方的逆变器向负载供给交流电力。

发明效果

在本发明所涉及的不间断电源装置中，除了第一转换器及第一逆变器的第一电力转换装置之外，还包括第二转换器及第二逆变器，设置有输出负载的允许输入电压范围内的交流电压的第二电力转换装置，从第一及第二逆变器中的任一方的逆变器向负载供给交流电力，在该逆变器发生了故障的情况下，从另一方的逆变器向负载供给交流电力。因此，即使在第一或者第二逆变器发生故障、且交流电源的交流电压发生变动的情况，也能够使负载的运转继续。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的不间断电源装置的构成的框图。

图2是表示图1所示的电力转换装置3的构成的电路框图。

图3是表示图2所示的转换器及逆变器的构成的电路图。

图4是表示图1所示的电力转换装置4的构成的电路框图。

图5是表示图4所示的转换器及逆变器的构成的电路图。

图6是表示图4所示的电力转换装置4的动作的时序图。

图7是将图1所示的电力转换装置3的效率与电力转换装置4的效率进行比较的图。

图8是表示本发明的实施方式2的不间断电源装置中包含的电力转换装置的构成的框图。

图9是表示本发明的实施方式3的不间断电源装置中包含的电力转换装置的构成的框图。

图10是表示本发明的实施方式4的不间断电源装置中包含的电力转换装置的构成的框图。

图11是表示图10所示的转换器及逆变器的构成的电路图。

具体实施方式

[实施方式1]

图1是表示本发明的实施方式1的不间断电源装置1的构成的框图。在图1中，该不间断电源装置1具有交流输入端子T1、旁路输入端子T2、电池端子T3、交流输出端子T4、操作部2、以及电力转换装置3、4。

交流输入端子T1从商用交流电源5接受商用频率的交流电力。旁路输入端子T2从旁路交流电源6接受商用频率的交流电力。电池端子T3与电池(电力积蓄装置)7连接。也可以代替电池7而连接有电容器。交流输出端子T4与负载8连接。负载8由交流电力驱动。

旁路交流电源6可以与商用交流电源5相同、也可以不同。在此，设为商用交流电源5与旁路交流电源6相同。商用交流电源5及旁路交流电源6的输出电压即使是通常时也有时会变动(增减)。优选通过无波形失真的正弦波状的额定电压的交流电压来驱动负载8，但是只要对于负载8而言为允许的范围内，那么也能够通过具有波形失真、且对于负载8而言为允许的输入电压范围内的交流电压来驱动负载8。

操作部2包括供不间断电源装置1的使用者操作的多个按钮、显示各种信息的图像显示部等。通过使用者对操作部2进行操作，由此能够选择第一模式及第二模式中的任一方的模式，该第一模式为使不间断电源装置1的电源接通/断开、或者使电力转换装置3作为常用而使电力转换装置4作为备用的模式，该第二模式为使电力转换装置4作为常用而使电力转换装置3作为备用的模式。

电力转换装置3在从商用交流电源5供给有交流电力的通常时，将交流电力转换为直流电力，将该直流电力蓄积于电池7并且转换为交流电力，在来自商用交流电源5的交流电力的供给停止的停电时将电池7的直流电力转换为交流电力。电力转换装置3即使在商用交流电源5的输出电压发生变动的情况下，也使用电池7的直流电力输出无波形失真的正弦波状的额定电压的交流电压。

电力转换装置4将从旁路交流电源6供给的交流电力转换为直流电力，并将该直流电力转换为交流电力。电力转换装置4在旁路交流电源6的输出电压足够高的情况下，输出无波形失真的正弦波状的、且为负载8的允许输入电压范围内的交流电压。电力转换装置4在旁路交流电源6的输出电压降低的情况下，输出具有对于负载8而言为允许范围内的波形失真、且负载8的允许输入电压范围内的交流电压。电力转换装置3的效率低于电力转换装置4的效率。

电力转换装置3与电力转换装置4通过通信线路L1相互连接，经由通信线路L1进行信息的收发。例如，电力转换装置3在电力转换装置3发生了故障的情况下，将表示其含义的信号向电力转换装置4发送。电力转换装置4在电力转换装置4发生了故障的情况下，将表示其含义的信号向电力转换装置3发送。换言之，电力转换装置3监视电力转换装置4是否在正常地动作，电力转换装置4监视电力转换装置3是否在正常地动作。

接下来，对该不间断电源装置1的动作进行说明。在使用操作部2选择了第一模式的情况下，在电力转换装置3正常时，从电力转换装置3向负载8供给交流电力，在电力转换装置3发生了故障的情况下，从电力转换装置4向负载8供给交流电力。在来自商用交流电源5的交流电力的供给停止的停电时，电力转换装置3将电池7的直流电力转换为交流电力并向负载8供给。

在使用操作部2选择了第二模式的情况下，在电力转换装置4正常时，从电力转换装置4向负载8供给交流电力，在电力转换装置4发生了故障的情况下，从电力转换装置3向负载8供给交流电力。在来自旁路交流电源6的交流电力的供给停止的停电时，电力转换装置3将电池7的直流电力转换为交流电力并向负载8供给。

因此，即使在发生停电的情况、常用的电力转换装置3或者4发生了故障的情况下，也能够使负载8的运转继续。即使在交流电源5、6的输出电压发生变动的情况下，也能够使负载8的运转继续。并且，即使在旁路交流电源6的输出电压降低的情况下，电力转换装置4也能够使交流电压产生对于负载8而言为允许范围内的波形失真地输出负载8的允许输入电压范围内的交流电压。由此，即使在旁路交流电源6的输出电压降低的情况下，也能够使负载8的运转继续。

图2是表示电力转换装置3的构成的电路框图。电力转换装置3将来自商用交流电源5的三相交流电力暂时转换为直流电力、再将该直流电力转换为三相交流电力而向负载8供给，但是为了使附图及说明简化，在图2中仅表示出一相的电路。

在图2中，该电力转换装置3具备电磁接触器11、16、21、熔断器12、15、交流电抗器13、19、转换器14、平滑用电解电容器17、逆变器18、电容器20、以及控制装置22。

电磁接触器11、熔断器12及交流电抗器13串联连接在交流输入端子T1与转换器14的输入节点之间。电磁接触器11由控制装置22控制，在电力转换装置3的使用时接通，例如在电力转换装置3的维护及检查时断开。熔断器12在流动过电流的情况下熔断，对商用交流电源5、电力转换装置3等进行保护。在电磁接触器11与熔断器12之间的节点N1出现的交流输入电压VI1的瞬时值，由控制装置22检测。基于交流输入电压VI1的检测值，判别是否从商用交流电源5正常地供给有交流电力(即是否产生停电)等。

交流电抗器13构成低通滤波器，使商用频率的交流电力从商用交流电源5向转换器14通过，防止由转换器14产生的开关频率的信号向商用交流电源5通过。

转换器14为正向变换器且由控制装置22控制，在从商用交流电源5供给有交流电力的通常时，将交流电力转换为直流电力而向电源节点N2输出。转换器14的输出电压能够控制为所希望的值。在来自商用交流电源5的交流电力的供给停止的停电时，转换器14的运转停止。

电源节点N2经由熔断器15及电磁接触器16而与电池端子T3连接。熔断器15在流动过电流的情况下熔断，对电力转换装置3、电池7等进行保护。电磁接触器16由控制装置22控制，在电力转换装置3的使用时接通，例如在电力转换装置3及电池7的维护及检查时断开。平滑用电解电容器17与电源节点N2连接，使电源节点N2的电压平滑化。在电源节点N2出现的直流电压VDC1的瞬时值由控制装置22检测。

逆变器18为反向变换器且由控制装置22控制，将由转换器14生成的直流电力或者电池7的直流电力转换为商用频率的交流电力而向输出节点18a输出。即，逆变器18在通常时将从转换器14经由电源节点N2供给的直流电力转换为交流电力，在停电时将从电池7供给的直流电力转换为交流电力。逆变器18的输出电压能够控制为所希望的值。

逆变器18的输出节点18a经由交流电抗器19而与电磁接触器21的一个端子连接，电磁接触器21的另一个端子与交流输出端子T4连接。电容器20与电磁接触器21的一个端子连接。交流电抗器19及电容器20构成低通滤波器，使由逆变器18生成的商用频率的交流电力向交流输出端子T4通过，防止由逆变器18产生的开关频率的信号向交流输出端子T4通过。

电磁接触器21由控制装置22控制，在电力转换装置3的使用时接通，例如在逆变器18的故障时、电力转换装置3的维护及检查时断开。在交流输出端子T4出现的交流输出电压VO的瞬时值，由控制装置22检测。

控制装置22基于来自操作部2的信号及从电力转换装置4的控制装置38(参照图4)经由通信线路L1提供的信号而进行动作，对交流输入电压VI1、直流电压VDC1及交流输出电压VO的瞬时值进行检测，并基于这些检测值对电力转换装置3整体进行控制。即，控制装置22基于交流输入电压VI1的检测值来检测来自商用交流电源5的交流电力的供给是否被停止了。控制装置22在第一模式时(或者在第二模式时电力转换装置4发生了故障的情况下)，在从商用交流电源5供给有交流电力的情况下，与交流输入电压VI1的相位同步地对转换器14及逆变器18进行控制。

控制装置22对转换器14进行控制，以使直流电压VDC1成为所希望的目标直流电压VDCT1。控制装置22对逆变器18进行控制，以使输出电压VO以无波形失真的正弦波状变化、且成为额定电压。控制装置22对逆变器18进行控制，以使输出电压VO的相位与输入电压VI1的相位一致。

控制装置22在第一模式时(或者在第二模式时电力转换装置4发生了故障的情况下)，在来自商用交流电源5的交流电力的供给停止的情况下，使转换器14的运转停止并且使逆变器18的运转继续。在直流电压VDC1降低得低于电池7的放电终止电压的情况下，使逆变器18的运转停止。

并且，控制装置22在第一模式时逆变器18发生了故障的情况下，将表示其含义的信号经由通信线路L1向电力转换装置4的控制装置38发送。控制装置22在第二模式时从控制装置38经由通信线路L1发送了表示逆变器34(参照图4)发生故障的含义的信号的情况下，瞬时使逆变器18驱动。

图3是表示转换器14及逆变器18的构成的电路图。在图3中，转换器14包括输入节点14a～14c、开关元件S1～S6及二极管D1～D6，逆变器18包括开关元件S11～S16、二极管D11～D16及输出节点18a～18c。

转换器14的输入节点14a～14c分别接受来自商用交流电源5的三相交流电压。开关元件S1～S3的一个电极与直流正母线LP1连接，它们的另一个电极分别与输入节点14a～14c连接。开关元件S4～S6的一个电极分别与输入节点14a～14c连接，它们的另一个电极与直流负母线LN1连接。二极管D1～D6分别与开关元件S1～S6反向并联连接。平滑用电解电容器17连接在直流正母线LP1与直流负母线LN1之间，使母线LP1、LN1间的直流电压VDC1平滑化。

逆变器18的开关元件S11～S13的一个电极与直流正母线LP1连接，它们的另一个电极分别与输出节点18a～18c连接。开关元件S14～S16的一个电极分别与输出节点18a～18c连接，它们的另一个电极与直流负母线LN1连接。二极管D11～D16分别与开关元件S11～S16反向并联连接。

开关元件S1～S6、S11～S16分别由控制装置22控制，与来自商用交流电源5的三相交流电压VI1同步地在规定的定时接通/断开。开关元件S1～S3与三相交流电压VI1同步地接通/断开，在开关元件S1～S3接通/断开时各个开关元件S4～S6断开/接通。开关元件S11～S13与三相交流电压VI1同步地接通/断开，在开关元件S11～S13接通/断开时各个开关元件S14～S16断开/接通。

通过调整来自商用交流电源5的三相交流电压VI1与使开关元件S1～S6接通/断开的定时之间的相位差，由此能够将直流电压VDC1调整为所希望的电压。此外，通过调整使开关元件S11～S16分别接通的时间，由此能够将输出电压VO调整为所希望的电压。

控制装置22在使转换器14及逆变器18运转的情况下，以使直流电压VDC1成为规定的目标电压VDCT1的方式使转换器14的开关元件S1～S6分别接通/断开，并且，以使输出电压VO成为无波形失真的正弦波状的、且为额定电压的交流电压的方式使逆变器18的开关元件S11～S16分别接通/断开。输出电压VO的振幅被设为小于VDCT1/2的值。并且，控制装置22以使输出电压VO的相位与输入电压VI1的相位一致的方式使逆变器18的开关元件S11～S16分别接通/断开。

在此，对电力转换装置3的动作进行说明。首先，对使用操作部2选择第一模式、电力转换装置3向负载8输出交流电力的情况进行说明。在从商用交流电源5供给有交流电力的通常时，电磁接触器11、16、21接通。从商用交流电源5供给的交流电力由转换器14转换为直流电力。由转换器14生成的直流电力蓄积于电池7，并且由逆变器18转换为交流电力而向负载8供给。

电力转换装置3的输出电压VO被维持为无波形失真的正弦波状的、且为额定电压的交流电压。即使在商用交流电源5的输出电压暂时降低的情况下，电源节点N2的电压VDC1也通过电池7而被维持为一定电压，输出电压VO被维持为正弦波状的、且为额定电压的交流电压。

在来自商用交流电源5的交流电力的供给停止的停电时，转换器14的运转停止，电池7的直流电力被向逆变器18供给。逆变器18将从电池7供给的直流电力转换为交流电力而向负载8供给。由此，即使在发生停电的情况下，在电池7中蓄积有直流电力的期间也能够使负载8的运转继续。

在通常时逆变器18发生了故障的情况下，逆变器18的开关元件S11～S16固定于断开状态，并且，逆变器18发生故障的含义的信号被发送给电力转换装置4而从电力转换装置4向负载8供给交流电力。此外，电力转换装置4的输出电压的相位与电力转换装置3的输出电压VO的相位同步，因此在从电力转换装置4向负载8供给交流电力时，不会流动过电流。

在使用操作部2选择了第二模式的情况下，从电力转换装置4向负载8供给交流电力。在电力转换装置4正常的情况下，转换器14运转而直流电压VDC1被维持于目标电压VDCT，并且，逆变器18的运转停止，逆变器18的开关元件S11～S16被固定于断开状态。

此时，控制装置22在内部生成用于与交流电压VI1同步地控制开关元件S11～S16的控制信号，并以在电力转换装置4发生了故障的情况下能够立即控制开关元件S11～S16的状态待机。因此，若从电力转换装置4的控制装置38通知了电力转换装置4发生故障的含义，则瞬时从电力转换装置3向负载8供给交流电力。

图4是表示电力转换装置4的构成的电路框图。电力转换装置4将来自旁路交流电源6的三相交流电力暂时转换为直流电力，再将该直流电力转换为三相交流电力，但是为了使附图及说明简化，在图4中仅表示出一相的电路。

在图4中，该电力转换装置4具备交流电抗器31、35、转换器32、平滑用电解电容器33、逆变器34、电容器36、电磁接触器37、以及控制装置38。

交流电抗器31连接在旁路输入端子T2与转换器32的输入节点之间。交流电抗器31构成低通滤波器，使商用频率的交流电力从旁路交流电源6向转换器32通过，防止由转换器32产生的开关频率的信号向旁路交流电源6通过。在旁路输入端子T2出现的交流输入电压VI2的瞬时值，由控制装置38检测。

转换器32为整流器，将交流电力转换为直流电力而向电源节点N12输出。转换器32的输出电压根据旁路交流电源6的输出电压而变化。平滑用电解电容器33与电源节点N12连接，使电源节点N12的电压平滑化。在电源节点N12出现的直流电压VDC2的瞬时值由控制装置38检测。

逆变器34为反向变换器且由控制装置38控制，将由转换器32生成的直流电力转换为商用频率的交流电力而向输出节点34a输出。逆变器34的输出电压能够控制为所希望的值。

逆变器34的输出节点34a经由交流电抗器35而与电磁接触器37的一个端子连接，电磁接触器37的另一个端子与交流输出端子T4连接。电容器36与电磁接触器37的一个端子连接。交流电抗器35及电容器36构成低通滤波器，使由逆变器34生成的商用频率的交流电力向交流输出端子T4通过，并防止由逆变器34产生的开关频率的信号向交流输出端子T4通过。

电磁接触器37在电力转换装置4的使用时接通，例如在逆变器34的故障时、电力转换装置4的维护及检查时断开。在交流输出端子T4出现的交流输出电压VO的瞬时值由控制装置38检测。

控制装置38基于来自操作部2的信号及从电力转换装置3的控制装置22经由通信线路L1提供的信号来进行动作，对交流输入电压VI2、直流电压VDC2及交流输出电压VO的瞬时值进行检测，并基于这些检测值对电力转换装置4整体进行控制。

即，控制装置38基于交流输入电压VI2的检测值来检测来自旁路交流电源6的交流电力的供给是否被停止了。控制装置38在第二模式时(或者在第一模式时电力转换装置3发生了故障的情况下)，在从旁路交流电源6供给有交流电力的情况下，与交流输入电压VI2的相位同步地控制逆变器34。此时，控制装置38对逆变器34进行控制，以使输出电压VO的相位与输入电压VI2的相位一致。在此，商用交流电源5与旁路交流电源6相同，因此电力转换装置4的输出电压VO的相位与电力转换装置3的输出电压VO的相位一致。

控制装置38对逆变器34进行控制，以使在电源节点N12的直流电压VDC2高于预定的下限电压VL的情况下，输出无波形失真的正弦波状的、且为负载8的允许输入电压范围内的交流电压VO。控制装置38对逆变器34进行控制，以使在电源节点N12的直流电压VDC2低于预定的下限电压VL的情况下，输出具有对于负载8而言为允许范围内的波形失真、且为负载8的允许输入电压范围内的交流电压VO。下限电压VL是电力转换装置4为了输出负载8的允许输入电压范围的下限值的交流电压VO而需要的最低限度的直流电压。

并且，控制装置38在第二模式时来自旁路交流电源6的交流电力的供给停止的情况下，将表示其含义的信号经由通信线路L1向电力转换装置3的控制装置22发送。控制装置38在第二模式时逆变器34发生了故障的情况下，将表示其含义的信号经由通信线路L1向电力转换装置3的控制装置22发送。控制装置22在第一模式时从控制装置22经由通信线路L1发送了逆变器18发生故障的含义的信号的情况下，瞬时使逆变器34驱动。

图5是表示转换器32及逆变器34的构成的电路图。在图5中，转换器32包括输入节点32a～32c及二极管D21～D26，逆变器34包括开关元件S31～S36、二极管D31～D36及输出节点34a～34c。

转换器32的输入节点32a～32c分别接受来自旁路交流电源6的三相交流电压。二极管D21～D23的阳极分别与输入节点32a～32c连接，它们的阴极均与直流正母线LP2连接。二极管D24～D26的阳极与直流负母线LN2连接，它们的阴极分别与输入节点32a～32c连接。来自旁路交流电源6的三相交流电压由二极管D21～D26进行全波整流而转换为直流电压VDC2。平滑用电解电容器33连接在直流正母线LP2与直流负母线LN2之间，使母线LP2、LN2间的直流电压VDC2平滑化。

逆变器34的开关元件S31～S33的一个电极与直流正母线LP2连接，它们的另一个电极分别与输出节点34a～34c连接。开关元件S34～S36的一个电极分别与输出节点34a～34c连接，它们的另一个电极与直流负母线LN2连接。二极管D31～D36分别与开关元件S31～S36反向并联连接。

开关元件S31～S36分别由控制装置38控制，与来自旁路交流电源6的三相交流电压VI2同步地在规定的定时接通/断开。开关元件S31～S33与三相交流电压VI2同步地接通/断开，在开关元件S31～S33接通/断开时各个开关元件S34～S36断开/接通。通过调整使开关元件S31～S36分别接通的时间，由此能够将输出电压VO调整为所希望的电压。

控制装置38在使逆变器34运转的情况下，以使输出电压VO的相位与输入电压VI2的相位一致的方式使开关元件S31～S36分别接通/断开。控制装置38在电源节点N12的直流电压VDC2高于下限电压VL的情况下，以输出无波形失真的正弦波状的、且为负载8的允许输入电压范围内的交流电压VO的方式使开关元件S31～S36分别接通/断开。

并且，控制装置38在电源节点N12的直流电压VDC2低于下限电压VL的情况下，以输出具有对于负载8而言为允许范围内的波形失真、且为负载8的允许输入电压范围内的交流电压VO的方式使开关元件S31～S36分别接通/断开。

图6(a)、图6(b)是表示电力转换装置4的输出电压VO的波形的时序图。图6(a)表示直流电压VDC2高于下限电压VL的情况下的输出电压VO的波形，图6(b)表示直流电压VDC2低于下限电压VL的情况下的输出电压VO的波形。

如图6(a)所示那样，在VDC2＞VL的情况下，直流电压VDC2成为与输入电压VI2相对应的电平的电压2×V1。控制装置38对逆变器34进行控制，以输出振幅比V1小的规定值A1的正弦波状的交流电压VO。输出电压VO被维持为负载8的允许输入电压范围内的电压。在该情况下，直流电压V1的振幅大于交流电压VO的振幅A1，因此输出电压VO成为无失真的正弦波。

如图6(b)所示那样，在VDC2＜VL的情况下，直流电压VDC2成为与输入电压VI2相对应的电平的电压2×V2。V2＜V1。在该情况下，若以输出振幅比V2小的规定值的正弦波状的交流电压VO的方式控制逆变器34，则输出电压VO会降低得低于负载8的允许输入电压范围的下限值。

因此，控制装置38对逆变器34进行控制，以输出振幅比V2大的规定值A2的正弦波状的交流电压VO。在该情况下，直流电压V2的振幅小于交流电压VO的振幅A2，因此，输出电压VO被限制在-V2～+V2的范围内，输出电压VO的波形不是正弦波状而成为梯形波状。在使振幅相同的情况下，与正弦波状的交流电压的电压值(实际值)相比，梯形波状的交流电压的电压值更大。因此，能够将输出电压VO维持为负载8的允许输入电压范围内的电压。

图7是将电力转换装置3的效率η(％)与电力转换装置4的效率η(％)进行比较的图。图7的横轴表示负载容量PL相对于电力转换装置3、4的额定容量PR的比例PL/PR(％)，图7的纵轴表示电力转换装置3、4的效率η(％)。效率η是向负载8供给的交流电力PO相对于从交流电源5、6供给的交流电力PI的比例PO/PI(％)。曲线C1、C2分别表示电力转换装置3、4的效率η。在电力转换装置3中，当将PL/PR设为20、40、60、80、100％时，效率η分别成为94.5、96.4、96.8、96.9、96.8％。

与此相对，在电力转换装置4中、当将PL/PR设为20、40、60、80、100％时，效率η分别成为94.4、96.5、97.0、97.1、97.1％。即，在PL/PR为40～100％的通常的使用范围内，与电力转换装置3的效率η相比电力转换装置4的效率η更高。其原因在于，在电力转换装置3中，在转换器14的开关元件S1～S6中产生开关损失及导通损失，而在电力转换装置4中转换器32不含有开关元件。

接下来，对图1～图7所示的不间断电源装置的动作进行说明。在初始状态下，设为电力转换装置3、4正常、从商用交流电源5及旁路交流电源6分别供给有交流电力。首先，对由使用者对操作部2进行操作而选择了第一模式的情况进行说明。

在该情况下，在电力转换装置3中，从商用交流电源5供给的交流电力被转换为直流电力，该直流电力被蓄积于电池7并且被转换为交流电力而向负载8供给。电力转换装置3的输出电压VO成为无波形失真的正弦波状的交流电压，并被维持为一定的额定电压。

即使在商用交流电源5的输出电压VI1暂时降低的情况下，也通过电池7将电源节点N2的直流电压VDC1维持为一定，电力转换装置3的输出电压VO被维持为一定的额定电压。负载8由从电力转换装置3供给的交流电力驱动。

在正通过电力转换装置3使负载8驱动的情况下，在来自商用交流电源5的交流电力的供给停止时、即发生停电时，在电力转换装置3中转换器14的运转停止，电池7的直流电力由逆变器18转换为交流电力而向负载8供给。由此，即使在发生停电的情况下，在电池7中蓄积有直流电力的期间也能够使负载8的运转继续。

在正通过电力转换装置3使负载8驱动的情况下，在逆变器18发生了故障的情况下，电力转换装置4的逆变器34瞬时进行动作，将由电力转换装置4生成的交流电力向负载8供给，使负载8的运转继续。并且，电磁接触器21被断开而逆变器18与交流输出端子T4之间被电分离。

在电力转换装置4中，从旁路交流电源6供给的交流电力被转换为直流电力，该直流电力被转换为交流电力而向负载8供给。在旁路交流电源6的输出电压VI2足够高的情况下，VDC2＞VL，电力转换装置4的输出电压VO成为无波形失真的正弦波状的交流电压，并被维持为负载8的允许输入电压范围内的电压。

在旁路交流电源6的输出电压VI2降低而成为VDC2＜VL的情况下，电力转换装置4的输出电压VO成为具有对于负载8而言为允许范围内的波形失真的交流电压，并被维持为负载8的允许输入电压范围内的电压。

接下来，对由使用者对操作部2进行操作而选择了第二模式的情况进行说明。在该情况下，在电力转换装置4中，从旁路交流电源6供给的交流电力被转换为直流电力，该直流电力被转换为交流电力而向负载8供给。在旁路交流电源6的输出电压VI2足够高的情况下，VDC2＞VL，向负载8供给无波形失真的正弦波状的、且为负载8的允许输入电压范围内的交流电压VO。在旁路交流电源6的输出电压VI2降低而成为VDC2＜VL的情况下，向负载8供给具有对于负载8而言为允许范围内的波形失真、且为负载8的允许输入电压范围内的交流电压VO。

在正通过电力转换装置4使负载8驱动的情况下，在来自旁路交流电源6的交流电力的供给停止时、即在发生停电时，在电力转换装置3中使转换器14的运转停止，电池7的直流电力由逆变器18转换为交流电力而向负载8供给。因此，即使在发生停电的情况下，在电池7中蓄积有直流电力的期间也能够使负载8的运转继续。电力转换装置3的输出电压VO成为无波形失真的正弦波状的交流电压，并被维持为一定的额定电压。

在正通过电力转换装置4使负载8驱动的情况下，在逆变器34发生了故障的情况下，电力转换装置3的逆变器18瞬时进行动作，将由电力转换装置3生成的交流电力向负载8供给，使负载8的运转继续。并且，电磁接触器37断开而逆变器34与交流输出端子T4之间被电分离。电力转换装置3的输出电压VO成为无波形失真的正弦波状的交流电压，并被维持为一定的额定电压。

即使在商用交流电源5的输出电压VI1暂时降低的情况下，也通过电池7将电源节点N2的直流电压VDC1维持为一定，电力转换装置3的输出电压VO被维持为一定的额定电压。负载8由从电力转换装置3供给的交流电力驱动。

在正通过电力转换装置3使负载8驱动的情况下，在来自商用交流电源5的交流电力的供给停止时、即在发生停电时，在电力转换装置3中使转换器14的运转停止，电池7的直流电力由逆变器18转换为交流电力而向负载8供给。由此，即使在发生停电的情况下，在电池7中蓄积有直流电力的期间也能够使负载8的运转继续。

如以上那样，在该实施方式1中，设置有将商用交流电源5的输出电压转换为正弦波状的额定电压的电力转换装置3、以及将旁路交流电源6的输出电压转换为负载8的允许输入电压范围内的电压的电力转换装置4，从电力转换装置3、4中的任一方的电力转换装置向负载8供给交流电力，在该电力转换装置发生了故障的情况下，从另一方的电力转换装置向负载8供给交流电力。因此，即使在交流电源5、6的输出电压发生变动、且电力转换装置3、4中的任一方的电力转换装置发生了故障的情况下，也能够使负载8的运转继续。

并且，电力转换装置4为，即使在由转换器32生成的直流电压VDC2降低到低于下限电压VL的情况下，也使交流电压产生对于负载8而言为允许范围内的波形失真而输出负载8的允许输入电压范围内的交流电压VO。因此，即使在旁路交流电源6的输出电压降低的情况下，也能够使负载8的运转继续。

并且，执行使电力转换装置3作为常用、在电力转换装置3发生了故障的情况下使用电力转换装置4的第一模式、以及使电力转换装置4作为常用、在电力转换装置4发生了故障的情况下使用电力转换装置3的第二模式当中被选择的模式。因此，能够根据负载8的规格来改变向负载8供给的交流电力的品质。

并且，作为转换器32而使用了包括6个二极管D21～D26的整流器，因此能够将转换器32中的电力损失抑制得较小。

此外，在直流电压VDC2降低到低于下限电压VL的情况下，也可以进一步降低使逆变器34的开关元件S31～S36接通/断开的开关频率而使电力转换装置4的输出电压VO产生波形失真。在该情况下，减少使逆变器34的开关元件S31～S36接通/断开的次数，因此能够减少开关元件S31～S36中的开关损失，能够进一步提高电力转换装置4的效率η。

在本实施方式1中，电力转换装置3常时输出无波形失真的正弦波状的、且为额定电压的交流电压VO，但不限定于此，也可以为，在电源节点N2的直流电压VDC1降低到低于下限电压VL的情况下，与电力转换装置4同样，输出具有对于负载8而言为允许范围内的波形失真、且为负载8的允许输入电压范围内的交流电压VO。在该情况下，能够使停电时的负载8的运转时间变长。

并且，电力转换装置3也可以为，即使在电源节点N2的直流电压VDC1高于下限电压VL的情况下，也与电力转换装置4同样，输出正弦波状的、且为负载8的允许输入电压范围内的交流电压VO。在该情况下，提高使直流电压VDC1降低，由此能够降低开关元件S1～S6、S11～S16中的导通损失及开关损失。

在本实施方式1中，说明了商用交流电源5的输出电压的相位与旁路交流电源6的输出电压的相位相同的情况，但本申请发明也能够应用于商用交流电源5的输出电压的相位与旁路交流电源6的输出电压的相位不同的情况。但是，在该情况下，需要电力转换装置4的控制装置38与商用交流电源5的输出电压的相位同步地对逆变器34的开关元件S31～S36进行控制，或者电力转换装置3的控制装置22与旁路交流电源6的输出电压的相位同步地对逆变器18的开关元件S11～S16进行控制。由此，即使在交流电源5、6的输出电压的相位不一致的情况下，也能够使电力转换装置3、4的输出电压的相位一致，即使在电力转换装置3、4中的一方的电力转换装置的逆变器发生故障而使另一方的电力转换装置的逆变器动作的情况下，也不会流动过电流。

[实施方式2]

图8是表示本发明的实施方式2的不间断电源装置所包含的电力转换装置40的构成的电路框图，且是与图4对比的图。参照图8，该电力转换装置40与图4的电力转换装置4的不同点在于，在电源节点N12连接有双电荷层电容器41。

在该电力转换装置40中，在从旁路交流电源6供给有交流电力的通常时，来自旁路交流电源6的交流电力由转换器32被转换为直流电力，该直流电力被蓄积于双电荷层电容器41，并且被向逆变器34供给。在来自旁路交流电源6的交流电力的供给暂时停止的瞬停时，双电荷层电容器41的直流电力被向逆变器34供给。其他构成及动作与实施方式1相同，因此不重复其说明。

在该实施方式2中，除了能够得到与实施方式1相同的效果以外，在通过由电力转换装置40生成的交流电力驱动负载8的情况下，即使在来自旁路交流电源6的交流电力的供给暂时停止的情况下，在双电荷层电容器41中蓄积有直流电力的期间也能够使负载8的运转继续。

此外，双电荷层电容器41所蓄积的直流电力小于电池7所蓄积的直流电力，因此本实施方式2为，在旁路交流电源6的瞬间或者短时间(例如几秒钟)的停电时能够使负载8的运转继续，但在长时间的停电时不能够使负载8的运转继续。

[实施方式3]

图9是表示本发明的实施方式3的不间断电源装置中包含的电力转换装置50的构成的电路框图，且是与图4对比的图。参照图9，该电力转换装置50与图4的电力转换装置4的不同点在于，追加了电磁接触器51、53及半导体开关52。

电磁接触器51的一个端子与旁路输入端子T2连接，其另一个端子经由交流电抗器31而与转换器32的输入节点连接。电磁接触器51由控制装置38控制，在电力转换装置50的使用时接通，例如在电力转换装置50的维护及检查时断开。

半导体开关52连接在旁路输入端子T2与交流输出端子T4之间。半导体开关52包括晶闸管，并由控制装置38控制。半导体开关52通常断开，在第二模式时逆变器34发生了故障的情况下瞬时接通，使来自旁路交流电源6的交流电力向交流输出端子T4通过。半导体开关52从接通起经过规定时间之后断开。

电磁接触器53与半导体开关52并联连接，由控制装置38控制。电磁接触器53在将由逆变器34生成的交流电力向交流输出端子T4提供的逆变器供电模式时断开，在将来自旁路交流电源6的交流电力向交流输出端子T4提供的旁路供电模式时接通。电磁接触器37在逆变器供电模式时接通，在旁路供电模式时断开。

此外，电磁接触器53在第二模式时逆变器34发生了故障的情况下接通，将来自旁路交流电源6的交流电力向交流输出端子T4提供。电磁接触器37在逆变器34发生了故障的情况下断开。即，在逆变器34发生了故障的情况下，半导体开关52瞬时接通规定时间并且电磁接触器53接通，电磁接触器37断开。这是为了防止半导体开关52过热而损坏。通过对操作部2进行操作，由此还能够手动地选择逆变器供电模式和旁路供电模式中的任一个供电模式。其他构成及动作与实施方式1相同，因此不重复其说明。

在该实施方式3中，除了能够得到与实施方式1相同的效果以外，在第二模式时，即使在电力转换装置3的逆变器18发生故障之后电力转换装置4的逆变器34向负载8供给交流电力的情况下逆变器34也发生了故障的情况下，也能够从旁路交流电源6向负载8供给交流电力，能够使负载8的运转继续。

[实施方式4]

图10是表示本发明的实施方式4的不间断电源装置中包含的电力转换装置55的构成的电路框图，且是与图4对比的图。参照图10，该电力转换装置55与图4的电力转换装置4的不同点在于，转换器32及控制装置38分别被置换为转换器56及控制装置57。

控制装置57与输入电压VI2(旁路交流电源6的输出电压)同步地控制转换器56。转换器56由控制装置57控制，将来自旁路交流电源6的交流电力转换为直流电力而向电源节点N12输出。转换器56输出与输入电压VI2的振幅相对应的电平的直流电压VDC2。

图11是表示转换器56及逆变器34的构成的电路图，且是与图5对比的图。逆变器34的构成如图5所示那样。转换器56包括输入节点56a～56c、开关元件S21～S26及二极管D21～D26。

转换器56的输入节点56a～56c分别接受来自旁路交流电源6的三相交流电压。开关元件S21～S23的一个电极与直流正母线LP2连接，它们的另一个电极分别与输入节点37a～37c连接。开关元件S24～S26的一个电极分别与输入节点37a～37c连接，它们的另一个电极与直流负母线LN2连接。二极管D21～D26分别与开关元件S21～S26反向并联连接。平滑用电解电容器33连接在直流正母线LP2与直流负母线LN2之间，使母线LP2、LN2间的直流电压VDC2平滑化。

开关元件S21～S26分别由控制装置57控制，与来自旁路交流电源6的三相交流电压VI2同步地在规定的定时接通/断开。开关元件S21～S23与三相交流电压VI2同步地接通/断开，在开关元件S21～S23接通/断开时开关元件S24～S26分别断开/接通。由此，生成与交流电压VI2的振幅相对应的电平的直流电压VDC2。

该转换器56的输出电压VDC2与图5的转换器32的输出电压VDC2相比，高出二极管D的顺向的电压降的2倍的量。因此，能够与该量相应地使能够使负载8驱动的输入电压VI2(旁路交流电源6的输出电压)的下限值降低。其他构成及动作与实施方式1相同，因此不重复其说明。

在该实施方式4中，除了能够得到与实施方式1相同的效果以外，能够使能够驱动负载8的输入电压VI2(旁路交流电源6的输出电压)的下限值降低。

此外，在该实施方式4中，根据输入电压VI2的振幅的电平使转换器56的输出电压VDC2变化，但不限定于此，也可以为，在输入电压VI2高于规定值的情况下，将转换器56的输出电压VDC2维持为一定值，在输入电压VI2低于规定值的情况下，使转换器56的输出电压VDC2成为尽可能大的值。通过调整交流电压VI2的相位与使开关元件S21～S26接通/断开的定时的相位之差，由此能够将转换器56的输出电压VDC2调整为所希望的值。

应该认为此次公开的实施方式在全部方面都为例示、而不具有限制性。本发明的范围不由上述的说明而由权利要求书来示出，包括与权利要求书等同的含义及其范围内的全部变形。

符号的说明

1不间断电源装置；2操作部；3、4、40、50、55电力转换装置；L1通信线路；5商用交流电源；6旁路交流电源；7电池；8负载；T1交流输入端子；T2旁路输入端子；T3电池端子；T4交流输出端子；11、16、21、37、51、53电磁接触器；12、15熔断器；13、19、31、35交流电抗器；14、32、56转换器；17、33平滑用电解电容器；18、34逆变器；20、36电容器；22、38、57控制装置；S1～S6、S11～S16、S21～S26、S31～S36开关元件；D1～D6、D11～D16、D21～D26、D31～D36二极管；41双电荷层电容器；52半导体开关。

Claims (19)

1.一种不间断电源装置，其中，

具备第一及第二电力转换装置，

上述第一电力转换装置包括：

第一转换器，将来自第一交流电源的交流电力转换为直流电力；

第一逆变器，将直流电力转换为交流电力；以及

第一控制装置，对上述第一转换器及上述第一逆变器进行控制，以使上述第一电力转换装置的输出电压成为交流电压，

在从上述第一交流电源供给有交流电力的情况下，由上述第一转换器生成的直流电力被蓄积于电力积蓄装置并且被向上述第一逆变器供给，在来自上述第一交流电源的交流电力的供给停止的情况下，上述电力积蓄装置的直流电力被向上述第一逆变器供给，

上述第二电力转换装置包括：

第二转换器，将来自第二交流电源的交流电力转换为直流电力；

第二逆变器，将由上述第二转换器生成的直流电力转换为交流电力；以及

第二控制装置，对上述第二转换器及上述第二逆变器中的至少上述第二逆变器进行控制，以使在上述第二逆变器被提供的直流电压高于预定的第一电压的第一情况下，上述第二电力转换装置的输出电压成为正弦波状的、且为负载的允许输入电压范围内的交流电压，在上述第二逆变器被提供的直流电压低于上述预定的第一电压的第二情况下，上述第二电力转换装置的输出电压成为具有对于上述负载而言为允许范围内的波形失真、且为上述负载的允许输入电压范围内的交流电压，

在从上述第一及第二逆变器中的任一方的逆变器向上述负载供给交流电力、而该一方的逆变器发生了故障的情况下，从另一方的逆变器向上述负载供给交流电力。

2.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

上述预定的第一电压是上述第二电力转换装置为了输出上述负载的允许输入电压范围的下限值的交流电压而需要的最低限度的电压。

3.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

具有上述波形失真的交流电压的波形为梯形波状。

4.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

上述第二控制装置为，

对上述第二逆变器进行控制，以使在上述第一情况下，输出振幅比上述第二逆变器被提供的直流电压的二分之一小的正弦波状的交流电压，

对上述第二逆变器进行控制，以使在上述第二情况下，输出振幅比上述第二逆变器被提供的直流电压的二分之一大的正弦波状的交流电压。

5.如权利要求4所述的不间断电源装置，其中，

上述第二控制装置使上述第二情况下的上述第二逆变器的开关频率比上述第一情况下的上述第二逆变器的开关频率降低。

6.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

上述第二转换器包括对从上述第二交流电源供给的交流电压进行整流的整流器，

上述第二控制装置对上述第二逆变器进行控制。

7.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

上述第二转换器包括将从上述第二交流电源供给的交流电压转换为直流电压的多个开关元件，

上述第二控制装置对上述第二转换器及上述第二逆变器进行控制。

8.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

上述第二电力转换装置还包括对由上述第二转换器生成的直流电力进行蓄积的双电荷层电容器，

在从上述第二交流电源供给有交流电力的情况下，由上述第二转换器生成的直流电力被蓄积于上述双电荷层电容器并且被向上述第二逆变器供给，在来自上述第二交流电源的交流电力的供给停止的情况下，上述双电荷层电容器的直流电力被向上述第二逆变器供给。

9.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

上述第二控制装置对上述第二逆变器进行控制，以使上述第二电力转换装置的输出电压的相位与上述第一电力转换装置的输出电压的相位一致。

10.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

在从上述第一逆变器向上述负载供给交流电力、而上述第一逆变器发生了故障的情况下，从上述第二逆变器向上述负载供给交流电力。

11.如权利要求10所述的不间断电源装置，其中，

上述第二电力转换装置还包括切换电路，该切换电路接受从上述第二交流电源供给的交流电力及由上述第二逆变器生成的交流电力，在上述第二逆变器正常的情况下，将由上述第二逆变器生成的交流电力向上述负载提供，在上述第二逆变器发生了故障的情况下，将从上述第二交流电源供给的交流电力向上述负载提供。

12.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

在从上述第二逆变器向上述负载供给交流电力、而上述第二逆变器发生了故障的情况下，从上述第一逆变器向上述负载供给交流电力。

13.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

在从上述第二交流电源供给交流电力的情况下，从上述第二逆变器向上述负载供给交流电力，在来自上述第二交流电源的交流电力的供给停止的情况下，从上述第一逆变器向上述负载供给交流电力。

14.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

执行第一模式及第二模式当中被选择的模式，该第一模式为，在从上述第一逆变器向上述负载供给交流电力、而上述第一逆变器发生了故障的情况下，从上述第二逆变器向上述负载供给交流电力，该第二模式为，在从上述第二逆变器向上述负载供给交流电力、而上述第二逆变器发生了故障的情况下或者来自上述第二交流电源的交流电力的供给停止的情况下，从上述第一逆变器向上述负载供给交流电力。

15.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

上述第一控制装置对上述第一转换器及上述第一逆变器进行控制，以使上述第一电力转换装置的输出电压成为正弦波状且额定电压。

16.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

上述第一控制装置对上述第一转换器及上述第一逆变器进行控制，以使在上述第一逆变器被提供的直流电压高于预定的第二电压的情况下，上述第一电力转换装置的输出电压成为正弦波状且额定电压，在上述第一逆变器被提供的直流电压低于上述第二电压的情况下，上述第一电力转换装置的输出电压成为具有对于上述负载而言为允许范围内的波形失真、且为上述负载的允许输入电压范围内的交流电压。

17.如权利要求16所述的不间断电源装置，其中，

上述预定的第二电压是上述第一电力转换装置为了输出上述负载的允许输入电压范围的下限值的交流电压而需要的最低限度的电压。

18.如权利要求1所述的不间断电源装置，其中，

上述第一控制装置对上述第一转换器及上述第一逆变器进行控制，以使在上述第一逆变器被提供的直流电压高于预定的第二电压的情况下，上述第一电力转换装置的输出电压成为正弦波状且为上述负载的允许输入电压范围内的交流电压，在上述第一逆变器被提供的直流电压低于上述第二电压的情况下，上述第一电力转换装置的输出电压成为具有对于上述负载而言为允许范围内的波形失真、且为上述负载的允许输入电压范围内的交流电压。

19.如权利要求18所述的不间断电源装置，其中，

上述预定的第二电压是上述第一电力转换装置为了输出上述负载的允许输入电压范围的下限值的交流电压而需要的最低限度的电压。

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