JP6585833B2 - 無停電電源装置 - Google Patents

Description

この発明は無停電電源装置に関し、特に、インバータによって生成された交流電力を負荷に供給するインバータ給電モードと、交流電源からの交流電力を負荷に供給するバイパス給電モードとを有する無停電電源装置に関する。

特開平１１−４５４４号公報（特許文献１）には、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、インバータと負荷の間に接続された第１のスイッチと、交流電源と負荷の間に接続された第２のスイッチとを備えた無停電電源装置が開示されている。インバータ給電モードでは、第１のスイッチがオンされ、インバータから第１のスイッチを介して負荷に交流電力が供給される。バイパス給電モードでは、第２のスイッチがオンされ、交流電源から第２のスイッチを介して負荷に交流電力が供給される。インバータ給電モードからバイパス給電モードに移行する移行期間では、第１のスイッチに加えて第２のスイッチがオンされた後に第１のスイッチがオフされる。

特開平１１−４５４４号公報

しかし、特許文献１では、インバータ給電モードからバイパス給電モードに移行する場合において、第２のスイッチが故障してオンしない場合には、第１のスイッチをオフさせたときに負荷への交流電力の供給が停止され、負荷の運転が停止してしまうという問題がある。

この対策として、第２のスイッチに流れる電流を検出する電流検出器を設け、第２のスイッチに電流が流れたことを確認した後に第１のスイッチをオフさせる方法が考えられる。しかし、この方法では、負荷電流が小さい場合、第２のスイッチに電流が流れているか否かを正確かつ迅速に判別することができず、インバータ給電モードからバイパス給電モードに迅速に移行することができないという問題がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、負荷電流が小さい場合でも、インバータ給電モードからバイパス給電モードに迅速に移行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、直流電源または第１の交流電源から供給される電力を用いて、交流電力を負荷に供給する無停電電源装置であって、直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、一方端子がインバータの出力端子に接続されたリアクトルと、リアクトルの他方端子に接続されたコンデンサと、リアクトルの他方端子と負荷との間に接続される第１のスイッチと、第１の交流電源と負荷との間に接続される第２のスイッチと、第２のスイッチに流れる電流を検出する電流検出器と、電流検出器の検出値に基づいてインバータ、第１のスイッチ、および第２のスイッチを制御する制御回路とを備えたものである。インバータによって生成された交流電力を負荷に供給するインバータ給電モード時において制御回路は、第１のスイッチをオンさせ、第２のスイッチをオフさせ、インバータを制御してリアクトルおよびコンデンサに無効電流を供給させるとともに負荷に駆動電流を供給させる。第１の交流電源からの交流電力を第２のスイッチを介して負荷に供給するバイパス給電モード時において制御回路は、第１のスイッチをオフさせ、第２のスイッチをオンさせ、インバータを制御してリアクトルおよびコンデンサに無効電流を供給させる。インバータ給電モードからバイパス給電モードに移行する移行期間において制御回路は、第２のスイッチをオンさせ、インバータを制御してコンデンサに供給する無効電流を減少させ、電流検出器の検出値が予め定められたしきい値を超えたことに応じて第１のスイッチをオフさせ、インバータを制御してコンデンサに供給する無効電流を増大させる。

この発明に係る無停電電源装置では、インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行期間において、第２のスイッチをオンさせ、インバータからコンデンサに供給される無効電流を減少させる。第２のスイッチが正常である場合には、第２の交流電源から第２のスイッチおよび第１のスイッチを介してコンデンサに無効電流が流れるとともに、第２の交流電源から第２のスイッチを介して負荷に駆動電流が流れる。したがって、第２のスイッチにはコンデンサへの無効電流と負荷への駆動電流とが流れるので、負荷電流が小さい場合でも、第２のスイッチに流れる電流を確保することができる。よって、第２のスイッチに電流が流れているか否かを正確かつ迅速に判別することができ、インバータ給電モードからバイパス給電モードに迅速に移行することができる。

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に示した制御回路１４の動作を示すフローチャートである。 インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行動作の具体例１を示すタイムチャートである。 インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行動作の比較例１を示すタイムチャートである。 インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行動作の具体例２を示すタイムチャートである。 インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行動作の比較例２を示す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、入力端子Ｔ１、バイパス端子Ｔ２、直流端子Ｔ３、および出力端子Ｔ４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５２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。バイパス端子Ｔ２が入力端子Ｔ１とともに交流電源５１に接続されていても構わない。

直流端子Ｔ３は、蓄電池５３（電力貯蔵装置）に接続される。蓄電池５３は、直流電力を蓄える。蓄電池５３は、交流電源５１から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。蓄電池５３の代わりにコンデンサを接続しても構わない。蓄電池５３が無停電電源装置に含まれていても構わない。出力端子Ｔ４は、負荷５４に接続される。負荷５４は、無停電電源装置から供給されるたとえば商用周波数の交流電力によって駆動される。

この無停電電源装置は、さらに、コンタクタ１，１０，１２、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ＣＤ１〜ＣＤ３、双方向チョッパ１１、制御回路１３，１４、操作部１５、およびサイリスタスイッチ１６を備える。

コンタクタ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。コンタクタ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からの商用周波数の交流電力をコンバータ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からコンタクタ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、制御回路１３によって制御され、交流電源５１から交流電力が正常に供給されている場合に、交流電源５１からの交流電力を直流電力に変換して出力端子に出力する。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（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。コンデンサ６は、直流母線５とたとえば中性点（または基準電圧のライン）との間に接続される。インバータ７は、制御回路１４によって制御され、直流母線５から受けた直流電力を交流電力に変換して出力端子に出力する。電流検出器ＣＤ１は、インバータ７の出力電流Ｉ１を検出し、検出値を示す信号を制御回路１４に出力する。

リアクトル８は、インバータ７の出力端子とコンタクタ１０の一方端子との間に接続される。コンデンサ９は、コンタクタ１０の一方端子とたとえば中性点（または基準電圧のライン）との間に接続される。コンタクタ１０の他方端子は、出力端子Ｔ４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。

コンタクタ１０は、制御回路１４によって制御され、インバータ７からの交流電力を負荷５４に供給するインバータ給電モード時にはオンされ、バイパス交流電源５２からの交流電力をサイリスタスイッチ１６を介して負荷５４に供給するバイパス給電モード時にはオフされる。コンタクタ１０は、第１のスイッチを構成する。電流検出器ＣＤ２は、負荷５４に流れる電流（すなわち負荷電流）Ｉ２を検出し、検出値を示す信号を制御回路１４に出力する。

双方向チョッパ１１およびコンタクタ１２は、直流母線５と直流端子Ｔ３との間に直列接続される。コンタクタ１２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１１は、制御回路１３によって制御され、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から受けた直流電力を蓄電池５３に蓄え、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（すなわち停電時）には、蓄電池５３の直流電力を直流母線５に供給する。双方向チョッパ１１は、直流母線５の直流電圧ＶＤＣを降圧して蓄電池５３に蓄え、蓄電池５３の端子間電圧を昇圧して直流母線５に与える。

制御回路１３は、交流電源５１から供給される交流電圧ＶＡＣに基づいて、コンバータ４および双方向チョッパ１１を制御する。制御回路１３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。

制御回路１３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、コンバータ４を制御して交流電力を直流電力に変換させるとともに、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１１を制御し、蓄電池５３を充電させる。

制御回路１３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、コンバータ４の運転を停止させるとともに、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１１を制御し、蓄電池５３を放電させる。

サイリスタスイッチ１６は、バイパス端子Ｔ２とコンタクタ１０の他方端子との間に接続され、制御回路１４によって制御される。サイリスタスイッチ１６は、２つのサイリスタを含む。１つのサイリスタのアノードおよびカソードはそれぞれバイパス端子Ｔ２およびコンタクタ１０の他方端子に接続され、もう１つのサイリスタのアノードおよびカソードはそれぞれコンタクタ１０の他方端子およびバイパス端子Ｔ２に接続される。

サイリスタスイッチ１６は、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。さらに、サイリスタスイッチ１６は、インバータ７が故障した場合に瞬時にオンされる。サイリスタスイッチ１６がオンされると、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６を介して負荷５４に交流電力が供給される。サイリスタスイッチ１６は、第２のスイッチを構成する。電流検出器ＣＤ３は、サイリスタスイッチ１６に流れる電流Ｉ３を検出し、検出値を示す信号を制御回路１４に出力する。

操作部１５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などを含む。使用者は、操作部１５を操作して、無停電電源装置を起動させたり、停止させたり、インバータ給電モードを実行させたり、バイパス給電モードを実行させる。操作部１５は、使用者の操作結果を示す信号を制御回路１４に出力する。

制御回路１４は、操作部１５の出力信号、電流検出器ＣＤ１〜ＣＤ３の出力信号などに基づいて、インバータ７、コンタクタ１０、およびサイリスタスイッチ１６を制御する。制御回路１４は、インバータ給電モードおよびバイパス交流電源５２のうちの操作部１５を用いて選択された給電モードを実行する。

制御回路１４は、操作部１５を用いてインバータ給電モードが選択された場合（すなわちインバータ給電モード時）には、コンタクタ１０をオンさせ、サイリスタスイッチ１６をオフさせ、インバータ７を制御してリアクトル８およびコンデンサ９に無効電流を供給させるとともに負荷５４に駆動電流を供給させる。

制御回路１４は、操作部１５を用いてバイパス給電モードが選択された場合（すなわちバイパス給電モード時）には、コンタクタ１０をオフさせ、サイリスタスイッチ１６をオンさせ、インバータ７を制御してリアクトル８およびコンデンサ９に無効電流を供給させる。この場合、インバータ７は、負荷５４に駆動電流を供給しない。

制御回路１４は、インバータ給電モードの実行中に操作部１５を用いてバイパス給電モードが選択された場合（すなわちインバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行時）には、サイリスタスイッチ１６をオンさせ、インバータ７を制御してコンデンサ９への無効電流の供給を停止させる。さらに制御回路１４は、電流検出器ＣＤ３の検出値が予め定められたしきい値を超えたことに応じてコンタクタ１０をオフさせ、インバータ７を制御してコンデンサ９への無効電流の供給を再開させる。

図２は、インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行時における制御回路１４の動作を示すフローチャートである。インバータ給電モードでは、サイリスタスイッチ１６がオフされ、コンタクタ１０がオンされ、インバータ７は、リアクトル８に無効電流−ｊＩ８を流し、コンデンサ９に無効電流ｊＩ９を流し、負荷５４に駆動電流ＩＬを供給しているものとする。したがって、インバータ７の出力電流Ｉ１は、Ｉ１＝ＩＬ−ｊＩ８＋ｊＩ９である。

ステップＳ１において制御回路１４は、操作部１５からの信号に基づいてバイパス給電モードが選択されたか否かを判別し、バイパス給電モードが選択されるまで待機する。ステップＳ１においてバイパス給電モードが選択された場合、ステップＳ２において制御回路１４は、サイリスタスイッチ１６に対してオン指令信号φ１６を出力する。

サイリスタスイッチ１６が正常である場合は、オン指令信号φ１６に応答してサイリスタスイッチ１６がオンする。この場合は、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６を介して負荷５４に負荷電流ＩＬが供給され、インバータ７の出力電流Ｉ１は−ｊＩ８＋ｊＩ９に減少する。このとき、負荷電流ＩＬが電流検出器ＣＤ３によって検出されるが、負荷電流ＩＬが小さい場合には、負荷電流ＩＬがサイリスタスイッチ１６に流れたか否かを制御回路１４が正確かつ迅速に判別することができない恐れがある。

サイリスタスイッチ１６が故障している場合は、オン指令信号φ１６に応答してサイリスタスイッチ１６はオンしない。この場合は、インバータ７の出力電流Ｉ１は、Ｉ１＝ＩＬ−ｊＩ８＋ｊＩ９のまま変化せず、負荷電流ＩＬは電流検出器ＣＤ３によって検出されない。

ステップＳ３において制御回路１４は、インバータ７を制御して、コンデンサ９に流す無効電流ｊＩ９を０Ａに減少させ、インバータ７の出力電流Ｉ１をＩＬ−ｊＩ８に減少させる。サイリスタスイッチ１６が正常にオンしている場合には、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６を介して負荷５４に負荷電流ＩＬが供給されるとともに、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６およびコンタクタ１０を介してコンデンサ９に無効電流ｊＩ９が供給される。

これにより、サイリスタスイッチ１６に流れる電流Ｉ３がＩＬ＋ｊＩ９に増大し、インバータ７の出力電流Ｉ１は−ｊＩ８に減少する。したがって、負荷電流ＩＬが小さい場合であってもサイリスタスイッチ１６に流れる電流量を確保することができるので、負荷電流ＩＬおよび無効電流ｊＩ９がサイリスタスイッチ１６に流れたか否かを制御回路１４は正確かつ迅速に判別することが可能となる。

サイリスタスイッチ１６が故障してオフしている場合には、オン指令信号φ１６に応答してサイリスタスイッチ１６はオンしない。この場合は、インバータ７の出力電流Ｉ１はＩＬ−ｊＩ８に減少し、負荷電流ＩＬは電流検出器ＣＤ３によって検出されない。

ステップＳ４において制御回路１４は、電流検出器ＣＤ３の検出結果に基づき、サイリスタスイッチ１６に流れる電流Ｉ３がしきい値電流Ｉｔｈよりも大きいか否かを判別する。このしきい値電流Ｉｔｈは、サイリスタスイッチ１６が実際にオンし、インバータ７の出力電流Ｉ１から無効電流ｊＩ９を減少させた場合にサイリスタスイッチ１６に流れる電流Ｉ３＝ＩＬ＋ｊＩ９よりも小さな値に設定されている。したがって、サイリスタスイッチ１６が正常である場合（すなわち実際にオンした場合）はＩ３＞Ｉｔｈとなり、サイリスタスイッチ１６が故障している場合（すなわちオンしない場合）はＩ３＝０＜Ｉｔｈとなる。

ステップＳ４においてＩ３＞Ｉｔｈである場合（すなわちサイリスタスイッチ１６がオンした場合）には、ステップＳ５において制御回路１４は、インバータ７を制御して、コンデンサ９に流す無効電流ｊＩ９を所定値ｊＩＲに増大させる。ステップＳ６において制御回路１４は、コンタクタ１０をオフさせる。これにより、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６を介して負荷５４に負荷電流ＩＬが供給され、負荷５４が駆動される。

ステップＳ７において制御回路１４は、インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行が完了したことを無停電電源装置の使用者に通知するための信号を出力し、処理を終了する。インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行が完了したことを、たとえば音、光、画像などを用いて無停電電源装置の使用者に通知する装置を設けてもよい。

ステップＳ４においてＩ３＞Ｉｔｈでない場合（すなわちサイリスタスイッチ１６がオンしない場合）には、ステップＳ８において制御回路１４は、インバータ７を制御して、コンデンサ９に流す無効電流ｊＩ９を所定値ｊＩＲに増大させる。これによりインバータ給電モードが続行され、負荷５４の運転が継続される。ステップＳ９において制御回路１４は、サイリスタスイッチ１６に故障が発生したことを無停電電源装置の使用者に通知するための信号を出力し、処理を終了する。サイリスタスイッチ１６に故障が発生したことを、たとえば音、光、画像などを用いて無停電電源装置の使用者に通知する装置を設けてもよい。

[具体例１]
図３（ａ）〜（ｌ）は、インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行動作の具体例１を示すタイムチャートである。特に、図３（ａ）はサイリスタスイッチ１６をオンさせるためのオン指令信号ＣＯＮを示し、図３（ｂ）はサイリスタスイッチ１６がオンしているか否かを判定する期間を規定するオン判定信号ＤＯＮを示し、図３（ｃ）はコンタクタ１０をオフさせるためのオフ指令信号ＣＯＦＦを示している。

図３（ｄ）（ｅ）は、サイリスタスイッチ１６に流れる電流Ｉ３のうちの有効電流Ｉ３cosθおよび無効電流Ｉ３sinθをそれぞれ示している。図３（ｆ）（ｇ）は、インバータ７の出力電流Ｉ１のうちの有効電流Ｉ１cosθおよび無効電流Ｉ１sinθをそれぞれ示している。図３（ｈ）（ｉ）は、負荷５４に流れる電流Ｉ２のうちの有効電流Ｉ２cosθおよび無効電流Ｉ２sinθをそれぞれ示している。

図３（ｊ）は、サイリスタスイッチ１６に流れる電流ベクトルＩ３ｖ＝Ｉ３cosθ＋ｊＩ３sinθを示している。図３（ｋ）は、インバータ７の出力電流ベクトルＩ１ｖ＝Ｉ１cosθ＋ｊＩ１sinθを示している。図３（ｌ）は、負荷５４に流れる電流ベクトルＩ２ｖ＝Ｉ２cosθ＋ｊＩ２sinθを示している。

図３（ａ）〜（ｌ）では、負荷５４に有効電流Ｉ２cosθ＝ＩＬのみが流れる場合が示されている。インバータ給電モードでは、サイリスタスイッチ１６がオフされ、コンタクタ１０はオンされ、インバータ７は、リアクトル８、コンデンサ９、および負荷５４にそれぞれ無効電流（−ｊＩ８）、無効電流（ｊＩ９）、および有効電流（ＩＬ）を供給する。

インバータ給電モードでは、オン指令信号ＣＯＮ、オン判定信号ＤＯＮ、およびオフ指令信号ＣＯＦＦはともに非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされ（図３（ａ）〜（ｃ）参照）、サイリスタスイッチ１６に流れる電流Ｉ３は０Ａである（図３（ｄ）（ｅ）（ｊ）参照）。インバータ７は、有効電流（Ｉ１cosθ＝ＩＬ）および無効電流（Ｉ１sinθ＝−ｊＩ８＋ｊＩ９）を出力する（図３（ｆ）（ｇ）（ｋ））。負荷５４には、有効電流（Ｉ２cosθ＝ＩＬ）のみが流れ、無効電流（Ｉ２sinθ＝０）は流れない（図３（ｈ）（ｉ）（ｌ）参照）。

インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行期間では、まずオン指令信号ＣＯＮが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされるとともに、インバータ７からコンデンサ９への無効電流（ｊＩ９）の供給が停止される（図３（ａ）（ｇ）参照）。

サイリスタスイッチ１６が正常である場合は、オン指令信号ＣＯＮに応答してサイリスタスイッチ１６が実際にオンする。サイリスタスイッチ１６が故障している場合は、オン指令信号ＣＯＮに応答してサイリスタスイッチ１６はオンしない。図３（ａ）〜（ｌ）では、サイリスタスイッチ１６が正常である場合が示されている。

サイリスタスイッチ１６がオンすると、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６およびコンタクタ１０を介してコンデンサ９に無効電流（Ｉ３sinθ＝Ｉ９）が流れる（図３（ｅ）参照）。さらに、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６を介して負荷５４に有効電流（Ｉ３cosθ＝ＩＬ）が流れるとともに、インバータ７から負荷５４に流れる有効電流（Ｉ１cosθ＝ＩＬ）が減少する（図３（ｄ）（ｆ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）参照）。

次に、オン指令信号ＣＯＮが非活性化レベルの「Ｌ」レベルに立ち下げられるとともに、オン判定信号ＤＯＮが活性化レベルの「Ｈ」レベルに立ち上げられ、サイリスタスイッチ１６がオンしているか否かが判定される（図３（ａ）（ｂ）参照）。制御回路１４は、電流検出器ＣＤ３によって検出された電流Ｉ３＝ＩＬ＋ｊＩ９がしきい値電流Ｉｔｈよりも大きいか否かを判定する（図３（ｂ）（ｄ）（ｅ）参照）。

ここでは、Ｉ３＞Ｉｔｈであるので、オン判定信号ＤＯＮが非活性化レベルの「Ｌ」レベルに立ち下げられるとともに、オフ指令信号ＣＯＦＦが活性化レベルの「Ｈ」レベルに立ち上げられ、コンタクタ１０がオフされる（図３（ｂ）（ｃ）参照）。コンタクタ１０がオフされると、インバータ７からコンデンサ９への無効電流（Ｉ１sinθ＝Ｉ９）の供給が再開され、バイパス交流電源５２からコンデンサ９への無効電流（Ｉ３sinθ＝Ｉ９）の供給は停止され、バイパス給電モードへの移行が完了する（図３（ｅ）（ｇ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）参照）。

[比較例１]
図４（ａ）〜（ｌ）は、インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行動作の比較例１を示すタイムチャートであって、図３（ａ）〜（ｌ）と対比される図である。図４（ａ）〜（ｌ）を参照して、この比較例１が図３（ａ）〜（ｌ）の具体例１と異なる点は、インバータ７からコンデンサ９に無効電流（Ｉ９）が供給され続ける点である（図４（ｇ）（ｋ）参照）。このため、オン判定期間においてサイリスタスイッチ１６に流れる負荷電流ＩＬが小さい場合には、サイリスタスイッチ１６に電流が流れているか否かを正確かつ迅速に判定することができなくなる恐れがある（図４（ｂ）（ｄ）（ｅ）参照）。

これに対して具体例１では、移行期間においてインバータ７からコンデンサ９への無効電流（Ｉ９）の供給を停止し、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６を介してコンデンサ９に無効電流（Ｉ９）を供給するので、負荷電流ＩＬが小さい場合でも、サイリスタスイッチ１６に電流が流れているか否かを正確かつ迅速に判定することができる（図３（ｂ）（ｄ）（ｅ）参照）。

[具体例２]
図５（ａ）〜（ｌ）は、インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行動作の他の具体例２を示すタイムチャートであって、図３（ａ）〜（ｌ）と対比される図である。図５（ａ）〜（ｌ）を参照して、この具体例２が図３（ａ）〜（ｌ）の具体例１と異なる点は、負荷５４に有効電流（ＩＬ）および無効電流（−ＩＡ）が流れ、かつ負荷５４に流れる無効電流（−ＩＡ）とコンデンサ９に流れる無効電流（Ｉ９）との和（Ｉ９−ＩＡ）が略０になる点である。換言すると、負荷５４で発生する無効電流（ＩＡ）とコンデンサ９に流れる無効電流（Ｉ９）とが略等しくなっている。

インバータ給電モードでは、サイリスタスイッチ１６がオフされ、コンタクタ１０はオンされ、インバータ７は、リアクトル８およびコンデンサ９にそれぞれ無効電流（−Ｉ８）および無効電流（Ｉ９）を供給するとともに、負荷５４に有効電流（ＩＬ）および無効電流（−ＩＡ）を供給する。

インバータ給電モードでは、オン指令信号ＣＯＮ、オン判定信号ＤＯＮ、およびオフ指令信号ＣＯＦＦはともに非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされ（図５（ａ）〜（ｃ）参照）、サイリスタスイッチ１６に流れる電流Ｉ３は０Ａである（図５（ｄ）（ｅ）（ｊ）参照）。インバータ７は、有効電流（Ｉ１cosθ＝ＩＬ）および無効電流（Ｉ１sinθ＝−Ｉ８＋Ｉ９−ＩＡ）を出力する（図５（ｆ）（ｇ）（ｋ））。負荷５４には、有効電流（Ｉ２cosθ＝ＩＬ）および無効電流（Ｉ２sinθ＝−ＩＡ）が流れる（図５（ｈ）（ｉ）（ｌ）参照）。

インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行期間では、まずオン指令信号ＣＯＮが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされるとともに、インバータ７からコンデンサ９への無効電流（ｊＩ９）の供給が停止される（図５（ａ）（ｇ）参照）。

サイリスタスイッチ１６が正常である場合は、オン指令信号ＣＯＮに応答してサイリスタスイッチ１６が実際にオンする。サイリスタスイッチ１６が故障している場合は、オン指令信号ＣＯＮに応答してサイリスタスイッチ１６はオンしない。図５（ａ）〜（ｌ）では、サイリスタスイッチ１６が正常である場合が示されている。

サイリスタスイッチ１６がオンすると、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６およびコンタクタ１０を介してコンデンサ９に無効電流（Ｉ３sinθ＝Ｉ９）が流れる（図５（ｅ）参照）。さらに、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６を介して負荷５４に有効電流（Ｉ３cosθ＝ＩＬ）が流れるとともに、インバータ７から負荷５４に流れる有効電流（Ｉ１cosθ＝ＩＬ）が減少する（図５（ｄ）（ｆ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）参照）。

次に、オン指令信号ＣＯＮが非活性化レベルの「Ｌ」レベルに立ち下げられるとともに、オン判定信号ＤＯＮが活性化レベルの「Ｈ」レベルに立ち上げられ、サイリスタスイッチ１６がオンしているか否かが判定される（図５（ａ）（ｂ）参照）。制御回路１４は、電流検出器ＣＤ３によって検出された電流Ｉ３＝ＩＬ＋ｊＩ９がしきい値電流Ｉｔｈよりも大きいか否かを判定する（図５（ｂ）（ｄ）（ｅ）参照）。

ここでは、Ｉ３＞Ｉｔｈであるので、オン判定信号ＤＯＮが非活性化レベルの「Ｌ」レベルに立ち下げられるとともに、オフ指令信号ＣＯＦＦが活性化レベルの「Ｈ」レベルに立ち上げられ、コンタクタ１０がオフされる（図５（ｂ）（ｃ）参照）。コンタクタ１０がオフされると、バイパス交流電源５２からコンデンサ９への無効電流（Ｉ３sinθ＝Ｉ９）の供給は停止され、インバータ７からコンデンサ９への無効電流（Ｉ１sinθ＝Ｉ９）の供給が再開され、バイパス給電モードへの移行が完了する（図５（ｅ）（ｇ）（ｊ）（ｋ）（ｌ）参照）。

[比較例２]
図６（ａ）〜（ｌ）は、インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行動作の比較例２を示すタイムチャートであって、図５（ａ）〜（ｌ）と対比される図である。図６（ａ）〜（ｌ）を参照して、この比較例２が図５（ａ）〜（ｌ）の具体例２と異なる点は、移行期間において、インバータ７からコンデンサ９への無効電流（Ｉ９）の供給が停止された後、さらにインバータ７から負荷５４への無効電流（−ＩＡ）の供給が停止される点である（図６（ｇ）（ｋ）参照）。

インバータ７からコンデンサ９および負荷５４への無効電流（Ｉ９−ＩＡ）の供給が停止されると、バイパス交流電源５２からコンデンサ９および負荷５４に無効電流（Ｉ９−ＩＡ）が供給される。ここで、Ｉ９−ＩＡ≒０Ａであるので、サイリスタスイッチ１６には負荷電流Ｉ３のうちの有効電流ＩＬのみが流れる。このため、オン判定期間においてサイリスタスイッチ１６に流れる負荷電流ＩＬが小さい場合には、サイリスタスイッチ１６に電流が流れているか否かを正確かつ迅速に判定することができなくなる恐れがある（図６（ｂ）（ｄ）（ｅ）参照）。

これに対して具体例２では、移行期間においてインバータ７からコンデンサ９への無効電流（Ｉ９）の供給を停止し、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６を介してコンデンサ９に無効電流（Ｉ９）を供給するので、Ｉ９≒ＩＡであり、かつ負荷電流ＩＬが小さい場合でも、サイリスタスイッチ１６に電流が流れているか否かを正確かつ迅速に判定することができる（図５（ｂ）（ｄ）（ｅ）参照）。

以上のように、本実施の形態では、インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行期間には、サイリスタスイッチ１６をオンさせ、インバータ７からコンデンサ９への無効電流の供給を停止させる。サイリスタスイッチ１６が正常である場合には、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６およびコンタクタ１０を介してコンデンサ９に無効電流が流れるとともに、バイパス交流電源５２からサイリスタスイッチ１６を介して負荷５４に電流が流れる。したがって、サイリスタスイッチ１６にはコンデンサ９への無効電流と負荷５４への負荷電流とが流れるので、負荷電流が小さい場合でも、サイリスタスイッチ１６に電流が流れているか否かを正確かつ迅速に判別することができ、インバータ給電モードからバイパス給電モードに迅速に移行することができる。

さらに、バイパス端子Ｔ２と出力端子Ｔ４の間にサイリスタスイッチ１６のみを接続したので、バイパス端子Ｔ２と出力端子Ｔ４の間にサイリスタスイッチ１６とコンタクタを並列接続する場合に比べ、装置の小型化を図ることができる。

なお、本実施の形態では、インバータ給電モードからバイパス給電モードへの移行時にコンデンサ９への無効電流Ｉ９の供給を停止したが、これに限るものではなく、コンデンサ９に供給する無効電流Ｉ９を、たとえば数十％だけ減少させてもよい。この場合でも、減少させた分の無効電流Ｉ９がサイリスタスイッチ１６に流れるので、サイリスタスイッチ１６に電流が流れているか否かを容易かつ正確に判定することができる。

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 直流端子、Ｔ４ 出力端子、１，１０，１２ コンタクタ、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、ＣＤ１〜ＣＤ３ 電流検出器、１１ 双方向チョッパ、１３，１４ 制御回路、１５ 操作部、１６ サイリスタスイッチ、５１ 交流電源、５２ バイパス交流電源、５３ 蓄電池、５４ 負荷。

Claims (6)

1. 直流電源または第１の交流電源から供給される電力を用いて、交流電力を負荷に供給する無停電電源装置であって、
   前記直流電源から供給される直流電力を交流電力に変換するインバータと、
   一方端子が前記インバータの出力端子に接続されたリアクトルと、
   前記リアクトルの他方端子に接続されたコンデンサと、
   前記リアクトルの他方端子と前記負荷との間に接続される第１のスイッチと、
   前記第１の交流電源と前記負荷との間に接続される第２のスイッチと、
   前記第２のスイッチに流れる電流を検出する電流検出器と、
   前記電流検出器の検出値に基づいて前記インバータ、前記第１のスイッチ、および前記第２のスイッチを制御する制御回路とを備え、
   前記インバータによって生成された交流電力を前記負荷に供給するインバータ給電モード時において前記制御回路は、前記第１のスイッチをオンさせ、前記第２のスイッチをオフさせ、前記インバータを制御して前記リアクトルおよび前記コンデンサに無効電流を供給させるとともに前記負荷に駆動電流を供給させ、
   前記第１の交流電源からの交流電力を前記第２のスイッチを介して前記負荷に供給するバイパス給電モード時において前記制御回路は、前記第１のスイッチをオフさせ、前記第２のスイッチをオンさせ、前記インバータを制御して前記リアクトルおよび前記コンデンサに無効電流を供給させ、
   前記インバータ給電モードから前記バイパス給電モードに移行する移行期間において前記制御回路は、前記第２のスイッチをオンさせ、前記インバータを制御して前記コンデンサに供給する無効電流を減少させ、前記電流検出器の検出値が予め定められたしきい値を超えたことに応じて前記第１のスイッチをオフさせ、前記インバータを制御して前記コンデンサに供給する無効電流を増大させる、無停電電源装置。
2. 前記移行期間において前記制御回路は、前記第２のスイッチをオンさせ、前記インバータを制御して前記コンデンサへの無効電流の供給を停止させ、前記電流検出器の検出値が予め定められたしきい値を超えたことに応じて前記第１のスイッチをオフさせ、前記インバータを制御して前記コンデンサへの無効電流の供給を再開させる、請求項１に記載の無停電電源装置。
3. 前記移行期間において前記制御回路は、前記電流検出器の検出値が前記予め定められたしきい値よりも小さい場合には、前記第１のスイッチをオフさせずに前記インバータから前記負荷への駆動電流の供給を継続させる、請求項１に記載の無停電電源装置。
4. 前記移行期間において前記制御回路は、前記電流検出器の検出値が前記予め定められたしきい値よりも小さい場合には、前記第１のスイッチをオフさせずに、故障が発生したことを示す信号を出力する、請求項１に記載の無停電電源装置。
5. 前記第２のスイッチは、前記移行期間および前記バイパス給電モード時にオンされるサイリスタスイッチを含む、請求項１に記載の無停電電源装置。
6. 前記無停電電源装置は、前記直流電源、前記第１の交流電源、または第２の交流電源から供給される電力を用いて、交流電力を負荷に供給し、
   前記直流電源は、
   前記第２の交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記コンバータによって生成された直流電力を蓄える電力貯蔵装置とを含み、
   前記インバータは、前記コンバータによって生成された直流電力また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に記載の無停電電源装置。

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