無停電電源装置
【課題】本発明は、大型化することなく、負荷へ安定した電力を供給することができる無停電電源装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る無停電電源装置１０は、蓄電池１の直流電圧を変換するＤＣ−ＤＣ電圧変換器２と、三相交流に変換した交流電力を出力するＤＣ−ＡＣ電力変換器３と、制御部５とを備える。ＤＣ−ＡＣ電力変換器３は、コンデンサＣ１，Ｃ２と、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１，Ｌ２とを有する。制御部５は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器２から出力する出力電圧値を制御する。
【解決手段】本発明に係る無停電電源装置１０は、蓄電池１の直流電圧を変換するＤＣ−ＤＣ電圧変換器２と、三相交流に変換した交流電力を出力するＤＣ−ＡＣ電力変換器３と、制御部５とを備える。ＤＣ−ＡＣ電力変換器３は、コンデンサＣ１，Ｃ２と、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２と、ダイオードＤ１，Ｄ２と、リアクトルＬ１，Ｌ２とを有する。制御部５は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、ＤＣ−ＤＣ電圧変換器２から出力する出力電圧値を制御する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置に関し、特に、直流電力を交流電力に変換する電力変換器を備える無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置は、常時、スイッチを介して上位側にある交流電源から負荷へ電力を供給するとともに、スイッチの下位側に接続してある交流直流電力変換器などを介して蓄電池に電力を充電する。そして、無停電電源装置は、上位側の交流電源に異常が発生したとき、スイッチを開放して、蓄電池に充電してある電力を交流直流電力変換器などを介して負荷へ供給する。
【０００３】
また、三相交流電力を直流電力に変換する電力変換器として、特許文献１に開示してあるようにＶ結線方式の電力変換器が開発されている。Ｖ結線方式の電力変換器は、出力する交流電力の相数より１相少ない相数分のスイッチを有し、スイッチを有していない１相を直流電力側の中点に接続した構成である。そのため、Ｖ結線方式の電力変換器は、不要となる１相分のスイッチ分だけ小型化することができ、１相分のスイッチによる動作損失を改善して高効率化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２２１８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、Ｖ結線方式の電力変換器は、スイッチを有していない１相を直流電力側の中点に接続しているため、直流電力側に設けたコンデンサに流入または流出する電流に比例した電圧が変動する。
【０００６】
Ｖ結線方式の電力変換器は、電圧の変動が大きいと、出力電圧が不足するため、Ｖ結線方式の電力変換器を備える無停電電源装置は、負荷を安定して駆動できる電力を供給することができなくなる可能性がある。
【０００７】
Ｖ結線方式の電力変換器の電圧の変動を小さくするために、直流電力側に設けたコンデンサの容量を大きくする構成や、電圧の変動を抑制するためのバランス回路を追加する構成が考えられている。
【０００８】
しかし、直流電力側に設けたコンデンサの容量を大きくするとＶ結線方式の電力変換器が大きくなり、無停電電源装置自体が大型化するという問題があった。また、電圧の変動を抑制するためのバランス回路を追加したＶ結線方式の電力変換器も大きくなり、無停電電源装置自体が大型化するという問題があった。さらに、バランス回路を追加した電力変換器は、バランス回路を駆動する分だけ損失が発生する。よって、バランス回路を追加したＶ結線方式の電力変換器を備える無停電電源装置自体も大型化し、効率化が低下する。
【０００９】
それゆえに、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、大型化することなく、負荷を安定して駆動できる電力を供給することができる無停電電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、三相交流電源から負荷に電力を供給する経路と、電力貯蔵部から負荷に電力を供給する経路とを切替えて負荷に常時電力を供給する無停電電源装置である。無停電電源装置は、電力貯蔵部に接続され、電力貯蔵部の直流電圧の入力電圧値を、正相、中性相、および負相の３線に出力する直流電圧の出力電圧値に変換する電圧変換部と、正相と中性相との間に接続した第１コンデンサと、中性相と負相との間に接続した第２コンデンサと、正相と負相との間に直列接続した２つの第１スイッチ素子と、第１スイッチ素子のそれぞれに逆並列接続した第１ダイオードと、２つの第１スイッチ素子の中点に接続した第１リアクトルと、正相と前記負相との間に直列接続した２つの第２スイッチ素子と、第２スイッチ素子のそれぞれに逆並列接続した第２ダイオードと、２つの第２スイッチ素子の中点に接続した第２リアクトルとを有し、第１リアクトルと接続した第一相、中性相と接続した第二相、および第２リアクトルと接続した第三相の３線から三相交流に変換した交流電力を出力する電力変換部と、正相と中性相との間、または中性相と負相との間の直流電圧の変動に基づいて、電圧変換部から出力する出力電圧値を制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る無停電電源装置によれば、正相と中性相との間、または中性相と負相との間の直流電圧の変動に基づいて、電圧変換部から出力する出力電圧値を制御するので、大型化することなく、負荷を安定して駆動できる電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置のＤＣ−ＡＣ変換器の構成を示す回路図である。
【図３】制御部で直流電圧の電圧値を制御しない場合の無停電電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】制御部で直流電圧の電圧値を制御する場合の無停電電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】本発明の変形例１に係る無停電電源装置の一部の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の変形例２に係る無停電電源装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示す概略図である。図１に示す無停電電源装置１０は、電力貯蔵部である蓄電池１、電圧変換部であるＤＣ−ＤＣ変換器２、電力変換部であるＤＣ−ＡＣ変換器３、スイッチ４、および制御部５を含んでいる。無停電電源装置１０は、三相交流電源である商用電源６から負荷７に電力を供給する経路と、蓄電池１から負荷７に電力を供給する経路とをスイッチ４で切替えて、負荷７に常時電力を供給する。
【００１４】
商用電源６が正常に運転している場合、無停電電源装置１０は、スイッチ４をオン状態にして商用電源６から負荷７に電力を供給するとともに、ＤＣ−ＡＣ変換器３およびＤＣ−ＤＣ変換器２を介して蓄電池１を充電している。しかし、商用電源６に異常が発生した場合、無停電電源装置１０は、スイッチ４をオフ状態にして商用電源６を負荷７から切離すとともに、ＤＣ−ＡＣ変換器３およびＤＣ−ＤＣ変換器２を介して蓄電池１から負荷７に電力を供給する。
【００１５】
蓄電池１は、商用電源６が正常に運転している場合に電力を貯蔵し、商用電源６に異常が発生した場合に電力を出力する電力貯蔵部である。蓄電池１は、たとえば鉛蓄電池からなるバッテリである。なお、蓄電池１は、これに限定されるものではなく、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン電池など、電力を貯蔵することができるものであればよい。
【００１６】
ＤＣ−ＤＣ変換器２は、蓄電池１に接続され、蓄電池１の直流電圧の入力電圧値を、正相、中性相、および負相の３線に出力する直流電圧の出力電圧値に変換する。後述するように、無停電電源装置１０は、Ｖ結線方式の電力変換器（ＤＣ−ＡＣ変換器３）を用いる場合、他の方式のＤＣ−ＡＣ変換器に比べて高い電圧値を必要とするため、ＤＣ−ＡＣ変換器３と蓄電池１との間にＤＣ−ＤＣ変換器２を接続して、電圧値を昇圧する。
【００１７】
ＤＣ−ＡＣ変換器３は、ＤＣ−ＤＣ変換器２に接続され、直流電力を交流電力に変換するＶ結線方式の電力変換器である。図２は、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置のＤＣ−ＡＣ変換器３の構成を示す回路図である。
【００１８】
図２に示すＤＣ−ＡＣ変換器３は、正相Ｐと中性相Ｃとの間に接続したコンデンサＣ１と、中性相Ｃと負相Ｎとの間に接続したコンデンサＣ２と、正相Ｐと負相Ｎとの間に直列接続した２つのスイッチ素子Ｓ１と、スイッチ素子Ｓ１のそれぞれに逆並列接続したダイオードＤ１と、２つのスイッチ素子Ｓ１の中点Ｐ１に接続したリアクトルＬ１とを含んでいる。さらに、ＤＣ−ＡＣ変換器３は、正相Ｐと負相Ｎとの間に直列接続した２つのスイッチ素子Ｓ２と、スイッチ素子Ｓ２のそれぞれに逆並列接続したダイオードＤ２と、２つのスイッチ素子Ｓ２の中点Ｐ２に接続したリアクトルＬ２とを含んでいる。なお、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２には、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いる。また、ダイオードＤ１，Ｄ２は、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）とも呼ばれる。
【００１９】
そして、ＤＣ−ＡＣ変換器３は、正相、中性相、および負相の３線から入力した直流電力を、リアクトルＬ１と接続した第一相、中性相Ｃと接続した第二相、およびリアクトルＬ２と接続した第三相の３線から三相交流に変換して、交流電力を出力する。
【００２０】
制御部５は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御する。制御部５は、たとえば、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動がある閾値より大きくなると、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を大きな値に切替える簡単な切替回路である。なお、制御部５は、正相Ｐのみに接続してあるが、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧をモニタすることが可能であるものとする。また、制御部５は、ＤＣ−ＤＣ変換器２と別の構成である必要はなく、ＤＣ−ＤＣ変換器２内に同様の機能を有していてもよい。
【００２１】
次に、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置１０の動作について説明する。まず、従来の無停電電源装置と同様、制御部５で直流電圧の電圧値を制御しない場合の無停電電源装置１０の動作について説明する。図３は、制御部５で直流電圧の電圧値を制御しない場合の無停電電源装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。図３に示すタイミングチャートには、商用電源６の変化、スイッチ４の状態、ＤＣ−ＡＣ変換器３の動作、商用電源６からの入力電流、負荷電流、ＤＣ−ＡＣ変換器の電流、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧を図示してある。
【００２２】
図３に示すように、商用電源６が正常な状態から異常な状態に変化すると、スイッチ４の状態もオン状態からオフ状態に変化する。つまり、無停電電源装置１０は、負荷７に電力を供給する経路を、商用電源６から負荷７に電力を供給する経路から、蓄電池１から負荷７に電力を供給する経路へとスイッチ４で切替えている。
【００２３】
そのため、ＤＣ−ＡＣ変換器３の動作は、商用電源６の交流電力を直流電流に変換して蓄電池１に充電する動作から、蓄電池１の直流電力を交流に変換して負荷７に供給する動作に切替わる。また、商用電源６の入力電力が０Ａになると、略同時にＤＣ−ＡＣ変換器の電流が所定の値になることで、負荷７に流れる電流（負荷電流）が、商用電源６の状態の変化前後でも一定値となる。よって、無停電電源装置１０は、負荷７に常時電力を供給することができる。
【００２４】
ＤＣ−ＡＣ変換器３は、商用電源６が正常な状態で蓄電池１を充電する程度の電流が流れるとき、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動は小さい。しかし、ＤＣ−ＡＣ変換器３は、商用電源６が異常な状態となり、蓄電池１から負荷７に電力を供給するため流れる電流が大きくなると、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動が大きくなる。
【００２５】
直流電圧の変動ΔＶは、以下の式１で表すことができる。
ΔＶ＝Ｉｐ×Ｔ／π／Ｃ・・・・（式１）
ここで、ΔＶは直流電圧の変動、ＩｐはＤＣ−ＡＣ変換器３の入出力電流のピーク値、Ｔ（＝１／ｆ）は交流電力の周期、ｆは交流電力の周波数、ＣはコンデンサＣ１，Ｃ２の容量である。
【００２６】
図３に示すように、商用電源６が異常な状態となると、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧（絶対値）が、図３の破線で示す電圧より小さくなる期間が発生する。正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧（絶対値）が、図３の破線で示す電圧より小さくなると、ＤＣ−ＡＣ変換器３は、負荷７への出力電圧が不足して、負荷７を安定して駆動できる電力を供給することができなくなる。
【００２７】
そこで、無停電電源装置１０は、制御部５でＤＣ−ＤＣ変換器から出力する出力電圧値を制御して、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧（絶対値）が、図３の破線で示す電圧より小さくならないようにしてある。
【００２８】
図４は、制御部５で直流電圧の電圧値を制御する場合の無停電電源装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。図４に示すタイミングチャートにも、商用電源６の変化、スイッチ４の状態、ＤＣ−ＡＣ変換器３の動作、商用電源６からの入力電流、負荷電流、ＤＣ−ＡＣ変換器の電流、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧を図示してある。
【００２９】
なお、図４に示す商用電源６の変化、スイッチ４の状態、ＤＣ−ＡＣ変換器３の動作、商用電源６からの入力電流、負荷電流、およびＤＣ−ＡＣ変換器の電流のタイミングチャートは、図３に示すタイミングチャートと同じであるため詳細な説明を繰返さない。
【００３０】
図４に示すように、商用電源６が異常な状態となると、無停電電源装置１０は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、制御部５がＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御する。具体的に、制御部５は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧（絶対値）が、図４の破線で示す電圧以上となるように、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値（絶対値）を大きくする。
【００３１】
つまり、制御部５は、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動ΔＶの１／２分だけ昇圧または降圧するように制御する。そのため、無停電電源装置１０は、商用電源６が異常な状態となっても、負荷７への出力電圧が不足することがない。また、無停電電源装置１０は、簡単な回路構成の制御部５を設ける以外、乗算器や演算増幅器などを含む複雑なバランス回路を設ける必要も、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を大きくする必要もない。
【００３２】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置１０は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、制御部５がＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御するので、大型化することなく、負荷７を安定して駆動できる電力を供給することができる。
【００３３】
無停電電源装置１０は、商用電源６が正常な状態で、蓄電池１を充電する程度の電流の場合、ＤＣ−ＤＣ変換器２で変換する直流電圧の電圧値を小さくして、装置の発生損失を低減する。そして、無停電電源装置１０は、商用電源６が異常な状態で、蓄電池１から負荷７に電力を供給する場合、ＤＣ−ＤＣ変換器２で変換する直流電圧の電圧値を大きくして、負荷７への出力電圧が不足しないようにする。
【００３４】
なお、制御部５は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御してもよい。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態１に係る無停電電源装置１０では、負荷７に供給する電流が一定の場合について説明した。本発明の実施の形態に係る無停電電源装置では、商用電源６が正常な状態から異常な状態に変化した後、負荷７に供給する電流が変化する場合について説明する。なお、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置の構成は、図１に示す無停電電源装置１０の構成と同じであるため、同じ構成要素について同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置１０の動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５に示すタイミングチャートにも、商用電源６の変化、スイッチ４の状態、ＤＣ−ＡＣ変換器３の動作、商用電源６からの入力電流、負荷電流、ＤＣ−ＡＣ変換器の電流、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧を図示してある。
【００３７】
図５に示すように、商用電源６は異常な状態で、スイッチ４の状態がオフ状態である。つまり、無停電電源装置１０は、負荷７に電力を供給する経路を、蓄電池１から負荷７に電力を供給する経路にしてある。
【００３８】
そのため、ＤＣ−ＡＣ変換器３の動作は、蓄電池１の直流電力を交流に変換して負荷７に供給する動作となり、商用電源６の入力電力も０Ａとなる。
【００３９】
しかし、本発明の実施の形態２では、負荷７に流れる電流（負荷電流）が、図５のある時点で大きく変化し、ＤＣ−ＡＣ変換器の電流も当該時点から大きくなる。
【００４０】
ＤＣ−ＡＣ変換器３は、流れる電流が小さいとき、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動が小さいが、流れる電流が大きいとき、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動が大きくなる。
【００４１】
そこで、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置１０では、制御部５でＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御して、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧（絶対値）が、図５の破線で示す電圧より小さくならないようにしている。
【００４２】
つまり、図５に示すように負荷電流が大きくなると、無停電電源装置１０は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、制御部５がＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御する。具体的に、制御部５は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧（絶対値）が、図５の破線で示す電圧以上となるように、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値（絶対値）を大きくする。
【００４３】
制御部５は、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動ΔＶの１／２分だけ昇圧または降圧するように制御する。そのため、無停電電源装置１０は、負荷電流が大きくなっても、負荷７への出力電圧が不足することがない。
【００４４】
以上のように、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置１０は、蓄電池１から負荷７に電力を供給するときに負荷７への電流が変化することで変動した正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧に基づいて、ＤＣ−ＤＣ電圧変換部から出力する出力電圧値を制御するので、大型化することなく、負荷７を安定して駆動できる電力を供給することができる。
【００４５】
なお、制御部５は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御してもよい。
【００４６】
（変形例１）
図６は、本発明の変形例１に係る無停電電源装置１０の一部の構成を示す概略図である。図６に示す無停電電源装置１０は、蓄電池１、ＤＣ−ＤＣ変換器２、制御部５、およびセレクタ５ａのみ図示してあり、図１に示すＤＣ−ＡＣ変換器３、およびスイッチ４の図示を省略してある。また、図６に示す無停電電源装置１０は、セレクタ５ａを含む以外、図１に示す無停電電源装置１０の構成と同じであるため、同じ構成要素について同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。
【００４７】
セレクタ５ａは、ＤＣ−ＤＣ変換器２および制御部５に接続され、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に応じて制御部５に出力する指令が異なる。制御部５は、セレクタ５ａからの指令により、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御する。
【００４８】
具体的に、セレクタ５ａは、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動（変動率）が、０％〜５０％の場合、５１％〜８０％の場合、８１％〜９０％の場合、９１％〜１００％の場合のそれぞれに対して異なる指令を制御部５に出力する。なお、変動率は、基準の直流電圧値に対する正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動の割合である。
【００４９】
制御部５は、セレクタ５ａからの指令により、４つの異なる電圧値にＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御することができる。そのため、図６に示す無停電電源装置１０は、セレクタ５ａを含むことで、制御部５が、変動した正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の電圧値に応じて、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を複数の値の中から切替えるように制御することができる。
【００５０】
以上のように、本発明の変形例１に係る無停電電源装置１０は、制御部５が、変動した正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の電圧値に応じて、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を複数の値の中から切替えるように制御することで、負荷７を安定して駆動できる電力を供給するために必要となる分だけ、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を変更することができる。
【００５１】
（変形例２）
本発明に係る無停電電源装置は、図１に示すスイッチ４を介して商用電源６を負荷７に接続した構成に限定されるものではない。図７は、本発明の変形例２に係る無停電電源装置の構成を示す概略図である。
【００５２】
図７に示す無停電電源装置１１は、電力貯蔵部である蓄電池１、電圧変換部であるＤＣ−ＤＣ変換器２、電力変換部であるＤＣ−ＡＣ変換器３、ＡＣ−ＤＣ変換器３ａ、スイッチ４、および制御部５を含んでいる。無停電電源装置１１は、三相交流電源である商用電源６からＤＣ−ＡＣ変換器３およびＡＣ−ＤＣ変換器３ａを介して負荷７に電力を供給する経路と、蓄電池１からＤＣ−ＤＣ変換器２およびＤＣ−ＡＣ変換器３を介して負荷７に電力を供給する経路とをスイッチ４で切替えて、負荷７に常時電力を供給する。
【００５３】
商用電源６が正常に運転している場合、無停電電源装置１１は、スイッチ４をオン状態にして商用電源６から負荷７に電力を供給するとともに、ＡＣ−ＤＣ変換器３ａおよびＤＣ−ＤＣ変換器２を介して蓄電池１を充電している。しかし、商用電源６に異常が発生した場合、無停電電源装置１１は、スイッチ４をオフ状態にして商用電源６およびＡＣ−ＤＣ変換器３ａを負荷７から切離すとともに、ＤＣ−ＡＣ変換器３およびＤＣ−ＤＣ変換器２を介して蓄電池１から負荷７に電力を供給する。
【００５４】
なお、図７に示す無停電電源装置１１は、ＡＣ−ＤＣ変換器３ａを含む以外、図１に示す無停電電源装置１０と同じ構成要素を含んでおり、同じ構成要素について同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。
【００５５】
ＡＣ−ＤＣ変換器３ａは、商用電源６に接続され、交流電力を直流電力に変換するＶ結線方式の電力変換器である。スイッチ４がオン状態の場合、ＡＣ−ＤＣ変換器３ａで変換した直流電力は、ＤＣ−ＤＣ変換器２で電圧を変換して蓄電池１を充電し、ＤＣ−ＡＣ変換器３で交流電力に再変換して負荷７に供給される。スイッチ４がオフ状態の場合、実施の形態１で説明した経路と同じであるため詳細な説明を繰返さない。
【００５６】
以上のように、図７に示す構成の無停電電源装置１１であっても、大型化することなく、負荷７を安定して駆動できる電力を供給することができる。
【００５７】
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、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【００５８】
１ 蓄電池、２ ＤＣ−ＤＣ変換器、３ ＤＣ−ＡＣ変換器、３ａ ＡＣ−ＤＣ変換器、４ スイッチ、５ 制御部、５ａ セレクタ、６ 商用電源、７ 負荷、１０，１１ 無停電電源装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無停電電源装置に関し、特に、直流電力を交流電力に変換する電力変換器を備える無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置は、常時、スイッチを介して上位側にある交流電源から負荷へ電力を供給するとともに、スイッチの下位側に接続してある交流直流電力変換器などを介して蓄電池に電力を充電する。そして、無停電電源装置は、上位側の交流電源に異常が発生したとき、スイッチを開放して、蓄電池に充電してある電力を交流直流電力変換器などを介して負荷へ供給する。
【０００３】
また、三相交流電力を直流電力に変換する電力変換器として、特許文献１に開示してあるようにＶ結線方式の電力変換器が開発されている。Ｖ結線方式の電力変換器は、出力する交流電力の相数より１相少ない相数分のスイッチを有し、スイッチを有していない１相を直流電力側の中点に接続した構成である。そのため、Ｖ結線方式の電力変換器は、不要となる１相分のスイッチ分だけ小型化することができ、１相分のスイッチによる動作損失を改善して高効率化することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３２２１８２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、Ｖ結線方式の電力変換器は、スイッチを有していない１相を直流電力側の中点に接続しているため、直流電力側に設けたコンデンサに流入または流出する電流に比例した電圧が変動する。
【０００６】
Ｖ結線方式の電力変換器は、電圧の変動が大きいと、出力電圧が不足するため、Ｖ結線方式の電力変換器を備える無停電電源装置は、負荷を安定して駆動できる電力を供給することができなくなる可能性がある。
【０００７】
Ｖ結線方式の電力変換器の電圧の変動を小さくするために、直流電力側に設けたコンデンサの容量を大きくする構成や、電圧の変動を抑制するためのバランス回路を追加する構成が考えられている。
【０００８】
しかし、直流電力側に設けたコンデンサの容量を大きくするとＶ結線方式の電力変換器が大きくなり、無停電電源装置自体が大型化するという問題があった。また、電圧の変動を抑制するためのバランス回路を追加したＶ結線方式の電力変換器も大きくなり、無停電電源装置自体が大型化するという問題があった。さらに、バランス回路を追加した電力変換器は、バランス回路を駆動する分だけ損失が発生する。よって、バランス回路を追加したＶ結線方式の電力変換器を備える無停電電源装置自体も大型化し、効率化が低下する。
【０００９】
それゆえに、本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、大型化することなく、負荷を安定して駆動できる電力を供給することができる無停電電源装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明は、三相交流電源から負荷に電力を供給する経路と、電力貯蔵部から負荷に電力を供給する経路とを切替えて負荷に常時電力を供給する無停電電源装置である。無停電電源装置は、電力貯蔵部に接続され、電力貯蔵部の直流電圧の入力電圧値を、正相、中性相、および負相の３線に出力する直流電圧の出力電圧値に変換する電圧変換部と、正相と中性相との間に接続した第１コンデンサと、中性相と負相との間に接続した第２コンデンサと、正相と負相との間に直列接続した２つの第１スイッチ素子と、第１スイッチ素子のそれぞれに逆並列接続した第１ダイオードと、２つの第１スイッチ素子の中点に接続した第１リアクトルと、正相と前記負相との間に直列接続した２つの第２スイッチ素子と、第２スイッチ素子のそれぞれに逆並列接続した第２ダイオードと、２つの第２スイッチ素子の中点に接続した第２リアクトルとを有し、第１リアクトルと接続した第一相、中性相と接続した第二相、および第２リアクトルと接続した第三相の３線から三相交流に変換した交流電力を出力する電力変換部と、正相と中性相との間、または中性相と負相との間の直流電圧の変動に基づいて、電圧変換部から出力する出力電圧値を制御する制御部とを備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る無停電電源装置によれば、正相と中性相との間、または中性相と負相との間の直流電圧の変動に基づいて、電圧変換部から出力する出力電圧値を制御するので、大型化することなく、負荷を安定して駆動できる電力を供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置のＤＣ−ＡＣ変換器の構成を示す回路図である。
【図３】制御部で直流電圧の電圧値を制御しない場合の無停電電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図４】制御部で直流電圧の電圧値を制御する場合の無停電電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図５】本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図６】本発明の変形例１に係る無停電電源装置の一部の構成を示す概略図である。
【図７】本発明の変形例２に係る無停電電源装置の構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明に係る実施の形態について図面を参照して説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置の構成を示す概略図である。図１に示す無停電電源装置１０は、電力貯蔵部である蓄電池１、電圧変換部であるＤＣ−ＤＣ変換器２、電力変換部であるＤＣ−ＡＣ変換器３、スイッチ４、および制御部５を含んでいる。無停電電源装置１０は、三相交流電源である商用電源６から負荷７に電力を供給する経路と、蓄電池１から負荷７に電力を供給する経路とをスイッチ４で切替えて、負荷７に常時電力を供給する。
【００１４】
商用電源６が正常に運転している場合、無停電電源装置１０は、スイッチ４をオン状態にして商用電源６から負荷７に電力を供給するとともに、ＤＣ−ＡＣ変換器３およびＤＣ−ＤＣ変換器２を介して蓄電池１を充電している。しかし、商用電源６に異常が発生した場合、無停電電源装置１０は、スイッチ４をオフ状態にして商用電源６を負荷７から切離すとともに、ＤＣ−ＡＣ変換器３およびＤＣ−ＤＣ変換器２を介して蓄電池１から負荷７に電力を供給する。
【００１５】
蓄電池１は、商用電源６が正常に運転している場合に電力を貯蔵し、商用電源６に異常が発生した場合に電力を出力する電力貯蔵部である。蓄電池１は、たとえば鉛蓄電池からなるバッテリである。なお、蓄電池１は、これに限定されるものではなく、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン電池など、電力を貯蔵することができるものであればよい。
【００１６】
ＤＣ−ＤＣ変換器２は、蓄電池１に接続され、蓄電池１の直流電圧の入力電圧値を、正相、中性相、および負相の３線に出力する直流電圧の出力電圧値に変換する。後述するように、無停電電源装置１０は、Ｖ結線方式の電力変換器（ＤＣ−ＡＣ変換器３）を用いる場合、他の方式のＤＣ−ＡＣ変換器に比べて高い電圧値を必要とするため、ＤＣ−ＡＣ変換器３と蓄電池１との間にＤＣ−ＤＣ変換器２を接続して、電圧値を昇圧する。
【００１７】
ＤＣ−ＡＣ変換器３は、ＤＣ−ＤＣ変換器２に接続され、直流電力を交流電力に変換するＶ結線方式の電力変換器である。図２は、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置のＤＣ−ＡＣ変換器３の構成を示す回路図である。
【００１８】
図２に示すＤＣ−ＡＣ変換器３は、正相Ｐと中性相Ｃとの間に接続したコンデンサＣ１と、中性相Ｃと負相Ｎとの間に接続したコンデンサＣ２と、正相Ｐと負相Ｎとの間に直列接続した２つのスイッチ素子Ｓ１と、スイッチ素子Ｓ１のそれぞれに逆並列接続したダイオードＤ１と、２つのスイッチ素子Ｓ１の中点Ｐ１に接続したリアクトルＬ１とを含んでいる。さらに、ＤＣ−ＡＣ変換器３は、正相Ｐと負相Ｎとの間に直列接続した２つのスイッチ素子Ｓ２と、スイッチ素子Ｓ２のそれぞれに逆並列接続したダイオードＤ２と、２つのスイッチ素子Ｓ２の中点Ｐ２に接続したリアクトルＬ２とを含んでいる。なお、スイッチ素子Ｓ１，Ｓ２には、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いる。また、ダイオードＤ１，Ｄ２は、ＦＷＤ（Free Wheeling Diode）とも呼ばれる。
【００１９】
そして、ＤＣ−ＡＣ変換器３は、正相、中性相、および負相の３線から入力した直流電力を、リアクトルＬ１と接続した第一相、中性相Ｃと接続した第二相、およびリアクトルＬ２と接続した第三相の３線から三相交流に変換して、交流電力を出力する。
【００２０】
制御部５は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御する。制御部５は、たとえば、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動がある閾値より大きくなると、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を大きな値に切替える簡単な切替回路である。なお、制御部５は、正相Ｐのみに接続してあるが、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧をモニタすることが可能であるものとする。また、制御部５は、ＤＣ−ＤＣ変換器２と別の構成である必要はなく、ＤＣ−ＤＣ変換器２内に同様の機能を有していてもよい。
【００２１】
次に、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置１０の動作について説明する。まず、従来の無停電電源装置と同様、制御部５で直流電圧の電圧値を制御しない場合の無停電電源装置１０の動作について説明する。図３は、制御部５で直流電圧の電圧値を制御しない場合の無停電電源装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。図３に示すタイミングチャートには、商用電源６の変化、スイッチ４の状態、ＤＣ−ＡＣ変換器３の動作、商用電源６からの入力電流、負荷電流、ＤＣ−ＡＣ変換器の電流、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧を図示してある。
【００２２】
図３に示すように、商用電源６が正常な状態から異常な状態に変化すると、スイッチ４の状態もオン状態からオフ状態に変化する。つまり、無停電電源装置１０は、負荷７に電力を供給する経路を、商用電源６から負荷７に電力を供給する経路から、蓄電池１から負荷７に電力を供給する経路へとスイッチ４で切替えている。
【００２３】
そのため、ＤＣ−ＡＣ変換器３の動作は、商用電源６の交流電力を直流電流に変換して蓄電池１に充電する動作から、蓄電池１の直流電力を交流に変換して負荷７に供給する動作に切替わる。また、商用電源６の入力電力が０Ａになると、略同時にＤＣ−ＡＣ変換器の電流が所定の値になることで、負荷７に流れる電流（負荷電流）が、商用電源６の状態の変化前後でも一定値となる。よって、無停電電源装置１０は、負荷７に常時電力を供給することができる。
【００２４】
ＤＣ−ＡＣ変換器３は、商用電源６が正常な状態で蓄電池１を充電する程度の電流が流れるとき、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動は小さい。しかし、ＤＣ−ＡＣ変換器３は、商用電源６が異常な状態となり、蓄電池１から負荷７に電力を供給するため流れる電流が大きくなると、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動が大きくなる。
【００２５】
直流電圧の変動ΔＶは、以下の式１で表すことができる。
ΔＶ＝Ｉｐ×Ｔ／π／Ｃ・・・・（式１）
ここで、ΔＶは直流電圧の変動、ＩｐはＤＣ−ＡＣ変換器３の入出力電流のピーク値、Ｔ（＝１／ｆ）は交流電力の周期、ｆは交流電力の周波数、ＣはコンデンサＣ１，Ｃ２の容量である。
【００２６】
図３に示すように、商用電源６が異常な状態となると、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧（絶対値）が、図３の破線で示す電圧より小さくなる期間が発生する。正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧（絶対値）が、図３の破線で示す電圧より小さくなると、ＤＣ−ＡＣ変換器３は、負荷７への出力電圧が不足して、負荷７を安定して駆動できる電力を供給することができなくなる。
【００２７】
そこで、無停電電源装置１０は、制御部５でＤＣ−ＤＣ変換器から出力する出力電圧値を制御して、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧（絶対値）が、図３の破線で示す電圧より小さくならないようにしてある。
【００２８】
図４は、制御部５で直流電圧の電圧値を制御する場合の無停電電源装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。図４に示すタイミングチャートにも、商用電源６の変化、スイッチ４の状態、ＤＣ−ＡＣ変換器３の動作、商用電源６からの入力電流、負荷電流、ＤＣ−ＡＣ変換器の電流、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧を図示してある。
【００２９】
なお、図４に示す商用電源６の変化、スイッチ４の状態、ＤＣ−ＡＣ変換器３の動作、商用電源６からの入力電流、負荷電流、およびＤＣ−ＡＣ変換器の電流のタイミングチャートは、図３に示すタイミングチャートと同じであるため詳細な説明を繰返さない。
【００３０】
図４に示すように、商用電源６が異常な状態となると、無停電電源装置１０は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、制御部５がＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御する。具体的に、制御部５は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧（絶対値）が、図４の破線で示す電圧以上となるように、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値（絶対値）を大きくする。
【００３１】
つまり、制御部５は、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動ΔＶの１／２分だけ昇圧または降圧するように制御する。そのため、無停電電源装置１０は、商用電源６が異常な状態となっても、負荷７への出力電圧が不足することがない。また、無停電電源装置１０は、簡単な回路構成の制御部５を設ける以外、乗算器や演算増幅器などを含む複雑なバランス回路を設ける必要も、コンデンサＣ１，Ｃ２の容量を大きくする必要もない。
【００３２】
以上のように、本発明の実施の形態１に係る無停電電源装置１０は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、制御部５がＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御するので、大型化することなく、負荷７を安定して駆動できる電力を供給することができる。
【００３３】
無停電電源装置１０は、商用電源６が正常な状態で、蓄電池１を充電する程度の電流の場合、ＤＣ−ＤＣ変換器２で変換する直流電圧の電圧値を小さくして、装置の発生損失を低減する。そして、無停電電源装置１０は、商用電源６が異常な状態で、蓄電池１から負荷７に電力を供給する場合、ＤＣ−ＤＣ変換器２で変換する直流電圧の電圧値を大きくして、負荷７への出力電圧が不足しないようにする。
【００３４】
なお、制御部５は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御してもよい。
【００３５】
（実施の形態２）
実施の形態１に係る無停電電源装置１０では、負荷７に供給する電流が一定の場合について説明した。本発明の実施の形態に係る無停電電源装置では、商用電源６が正常な状態から異常な状態に変化した後、負荷７に供給する電流が変化する場合について説明する。なお、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置の構成は、図１に示す無停電電源装置１０の構成と同じであるため、同じ構成要素について同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。
【００３６】
次に、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置１０の動作について説明する。図５は、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置１０の動作を説明するためのタイミングチャートである。図５に示すタイミングチャートにも、商用電源６の変化、スイッチ４の状態、ＤＣ−ＡＣ変換器３の動作、商用電源６からの入力電流、負荷電流、ＤＣ−ＡＣ変換器の電流、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧を図示してある。
【００３７】
図５に示すように、商用電源６は異常な状態で、スイッチ４の状態がオフ状態である。つまり、無停電電源装置１０は、負荷７に電力を供給する経路を、蓄電池１から負荷７に電力を供給する経路にしてある。
【００３８】
そのため、ＤＣ−ＡＣ変換器３の動作は、蓄電池１の直流電力を交流に変換して負荷７に供給する動作となり、商用電源６の入力電力も０Ａとなる。
【００３９】
しかし、本発明の実施の形態２では、負荷７に流れる電流（負荷電流）が、図５のある時点で大きく変化し、ＤＣ−ＡＣ変換器の電流も当該時点から大きくなる。
【００４０】
ＤＣ−ＡＣ変換器３は、流れる電流が小さいとき、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動が小さいが、流れる電流が大きいとき、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動が大きくなる。
【００４１】
そこで、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置１０では、制御部５でＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御して、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧（絶対値）が、図５の破線で示す電圧より小さくならないようにしている。
【００４２】
つまり、図５に示すように負荷電流が大きくなると、無停電電源装置１０は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、制御部５がＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御する。具体的に、制御部５は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧（絶対値）が、図５の破線で示す電圧以上となるように、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値（絶対値）を大きくする。
【００４３】
制御部５は、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動ΔＶの１／２分だけ昇圧または降圧するように制御する。そのため、無停電電源装置１０は、負荷電流が大きくなっても、負荷７への出力電圧が不足することがない。
【００４４】
以上のように、本発明の実施の形態２に係る無停電電源装置１０は、蓄電池１から負荷７に電力を供給するときに負荷７への電流が変化することで変動した正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧に基づいて、ＤＣ−ＤＣ電圧変換部から出力する出力電圧値を制御するので、大型化することなく、負荷７を安定して駆動できる電力を供給することができる。
【００４５】
なお、制御部５は、正相Ｐと中性相Ｃとの間、および中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に基づいて、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御してもよい。
【００４６】
（変形例１）
図６は、本発明の変形例１に係る無停電電源装置１０の一部の構成を示す概略図である。図６に示す無停電電源装置１０は、蓄電池１、ＤＣ−ＤＣ変換器２、制御部５、およびセレクタ５ａのみ図示してあり、図１に示すＤＣ−ＡＣ変換器３、およびスイッチ４の図示を省略してある。また、図６に示す無停電電源装置１０は、セレクタ５ａを含む以外、図１に示す無停電電源装置１０の構成と同じであるため、同じ構成要素について同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。
【００４７】
セレクタ５ａは、ＤＣ−ＤＣ変換器２および制御部５に接続され、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動に応じて制御部５に出力する指令が異なる。制御部５は、セレクタ５ａからの指令により、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御する。
【００４８】
具体的に、セレクタ５ａは、正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動（変動率）が、０％〜５０％の場合、５１％〜８０％の場合、８１％〜９０％の場合、９１％〜１００％の場合のそれぞれに対して異なる指令を制御部５に出力する。なお、変動率は、基準の直流電圧値に対する正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の変動の割合である。
【００４９】
制御部５は、セレクタ５ａからの指令により、４つの異なる電圧値にＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を制御することができる。そのため、図６に示す無停電電源装置１０は、セレクタ５ａを含むことで、制御部５が、変動した正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の電圧値に応じて、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を複数の値の中から切替えるように制御することができる。
【００５０】
以上のように、本発明の変形例１に係る無停電電源装置１０は、制御部５が、変動した正相Ｐと中性相Ｃとの間、または中性相Ｃと負相Ｎとの間の直流電圧の電圧値に応じて、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を複数の値の中から切替えるように制御することで、負荷７を安定して駆動できる電力を供給するために必要となる分だけ、ＤＣ−ＤＣ変換器２から出力する出力電圧値を変更することができる。
【００５１】
（変形例２）
本発明に係る無停電電源装置は、図１に示すスイッチ４を介して商用電源６を負荷７に接続した構成に限定されるものではない。図７は、本発明の変形例２に係る無停電電源装置の構成を示す概略図である。
【００５２】
図７に示す無停電電源装置１１は、電力貯蔵部である蓄電池１、電圧変換部であるＤＣ−ＤＣ変換器２、電力変換部であるＤＣ−ＡＣ変換器３、ＡＣ−ＤＣ変換器３ａ、スイッチ４、および制御部５を含んでいる。無停電電源装置１１は、三相交流電源である商用電源６からＤＣ−ＡＣ変換器３およびＡＣ−ＤＣ変換器３ａを介して負荷７に電力を供給する経路と、蓄電池１からＤＣ−ＤＣ変換器２およびＤＣ−ＡＣ変換器３を介して負荷７に電力を供給する経路とをスイッチ４で切替えて、負荷７に常時電力を供給する。
【００５３】
商用電源６が正常に運転している場合、無停電電源装置１１は、スイッチ４をオン状態にして商用電源６から負荷７に電力を供給するとともに、ＡＣ−ＤＣ変換器３ａおよびＤＣ−ＤＣ変換器２を介して蓄電池１を充電している。しかし、商用電源６に異常が発生した場合、無停電電源装置１１は、スイッチ４をオフ状態にして商用電源６およびＡＣ−ＤＣ変換器３ａを負荷７から切離すとともに、ＤＣ−ＡＣ変換器３およびＤＣ−ＤＣ変換器２を介して蓄電池１から負荷７に電力を供給する。
【００５４】
なお、図７に示す無停電電源装置１１は、ＡＣ−ＤＣ変換器３ａを含む以外、図１に示す無停電電源装置１０と同じ構成要素を含んでおり、同じ構成要素について同じ符号を付して詳細な説明を繰返さない。
【００５５】
ＡＣ−ＤＣ変換器３ａは、商用電源６に接続され、交流電力を直流電力に変換するＶ結線方式の電力変換器である。スイッチ４がオン状態の場合、ＡＣ−ＤＣ変換器３ａで変換した直流電力は、ＤＣ−ＤＣ変換器２で電圧を変換して蓄電池１を充電し、ＤＣ−ＡＣ変換器３で交流電力に再変換して負荷７に供給される。スイッチ４がオフ状態の場合、実施の形態１で説明した経路と同じであるため詳細な説明を繰返さない。
【００５６】
以上のように、図７に示す構成の無停電電源装置１１であっても、大型化することなく、負荷７を安定して駆動できる電力を供給することができる。
【００５７】
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、上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許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。
【符号の説明】
【００５８】
１ 蓄電池、２ ＤＣ−ＤＣ変換器、３ ＤＣ−ＡＣ変換器、３ａ ＡＣ−ＤＣ変換器、４ スイッチ、５ 制御部、５ａ セレクタ、６ 商用電源、７ 負荷、１０，１１ 無停電電源装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三相交流電源から負荷に電力を供給する経路と、電力貯蔵部から前記負荷に電力を供給する経路とを切替えて前記負荷に常時電力を供給する無停電電源装置であって、
前記電力貯蔵部に接続され、前記電力貯蔵部の直流電圧の入力電圧値を、正相、中性相、および負相の３線に出力する直流電圧の出力電圧値に変換する電圧変換部と、
前記正相と前記中性相との間に接続した第１コンデンサと、前記中性相と前記負相との間に接続した第２コンデンサと、前記正相と前記負相との間に直列接続した２つの第１スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子のそれぞれに逆並列接続した第１ダイオードと、２つの前記第１スイッチ素子の中点に接続した第１リアクトルと、前記正相と前記負相との間に直列接続した２つの第２スイッチ素子と、前記第２スイッチ素子のそれぞれに逆並列接続した第２ダイオードと、２つの前記第２スイッチ素子の中点に接続した第２リアクトルとを有し、前記第１リアクトルと接続した第一相、前記中性相と接続した第二相、および前記第２リアクトルと接続した第三相の３線から三相交流に変換した交流電力を出力する電力変換部と、
前記正相と前記中性相との間、または前記中性相と前記負相との間の直流電圧の変動に基づいて、前記電圧変換部から出力する前記出力電圧値を制御する制御部と
を備える無停電電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記三相交流電源から前記負荷に電力を供給する経路から、前記電力貯蔵部から前記負荷に電力を供給する経路へ切替えることで変動した前記正相と前記中性相との間、または前記中性相と前記負相との間の直流電圧に基づいて、前記電圧変換部から出力する前記出力電圧値を制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電力貯蔵部から前記負荷に電力を供給するときに前記負荷への電流が変化することで変動した前記正相と前記中性相との間、または前記中性相と前記負相との間の直流電圧に基づいて、前記電圧変換部から出力する前記出力電圧値を制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記制御部は、変動した前記正相と前記中性相との間、または前記中性相と前記負相との間の直流電圧の電圧値に応じて、前記電圧変換部から出力する前記出力電圧値を複数の値の中から切替えて制御する、請求項３に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記電圧変換部から出力する前記出力電圧値を、前記正相と前記中性相との間、または前記中性相と前記負相との間の直流電圧の変動の１／２分だけ昇圧または降圧するように制御する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
【請求項６】
前記電力変換部は、前記電力貯蔵部から前記負荷に電力を供給する経路にのみ設けてある、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
【請求項１】
三相交流電源から負荷に電力を供給する経路と、電力貯蔵部から前記負荷に電力を供給する経路とを切替えて前記負荷に常時電力を供給する無停電電源装置であって、
前記電力貯蔵部に接続され、前記電力貯蔵部の直流電圧の入力電圧値を、正相、中性相、および負相の３線に出力する直流電圧の出力電圧値に変換する電圧変換部と、
前記正相と前記中性相との間に接続した第１コンデンサと、前記中性相と前記負相との間に接続した第２コンデンサと、前記正相と前記負相との間に直列接続した２つの第１スイッチ素子と、前記第１スイッチ素子のそれぞれに逆並列接続した第１ダイオードと、２つの前記第１スイッチ素子の中点に接続した第１リアクトルと、前記正相と前記負相との間に直列接続した２つの第２スイッチ素子と、前記第２スイッチ素子のそれぞれに逆並列接続した第２ダイオードと、２つの前記第２スイッチ素子の中点に接続した第２リアクトルとを有し、前記第１リアクトルと接続した第一相、前記中性相と接続した第二相、および前記第２リアクトルと接続した第三相の３線から三相交流に変換した交流電力を出力する電力変換部と、
前記正相と前記中性相との間、または前記中性相と前記負相との間の直流電圧の変動に基づいて、前記電圧変換部から出力する前記出力電圧値を制御する制御部と
を備える無停電電源装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記三相交流電源から前記負荷に電力を供給する経路から、前記電力貯蔵部から前記負荷に電力を供給する経路へ切替えることで変動した前記正相と前記中性相との間、または前記中性相と前記負相との間の直流電圧に基づいて、前記電圧変換部から出力する前記出力電圧値を制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記電力貯蔵部から前記負荷に電力を供給するときに前記負荷への電流が変化することで変動した前記正相と前記中性相との間、または前記中性相と前記負相との間の直流電圧に基づいて、前記電圧変換部から出力する前記出力電圧値を制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記制御部は、変動した前記正相と前記中性相との間、または前記中性相と前記負相との間の直流電圧の電圧値に応じて、前記電圧変換部から出力する前記出力電圧値を複数の値の中から切替えて制御する、請求項３に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記電圧変換部から出力する前記出力電圧値を、前記正相と前記中性相との間、または前記中性相と前記負相との間の直流電圧の変動の１／２分だけ昇圧または降圧するように制御する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
【請求項６】
前記電力変換部は、前記電力貯蔵部から前記負荷に電力を供給する経路にのみ設けてある、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−３８９４３（Ｐ２０１３−３８９４３Ａ）
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１７３７２７（Ｐ２０１１−１７３７２７）
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月２１日（２０１３．２．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月９日（２０１１．８．９）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
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