電力変換装置
【課題】停電動作時における伝導ノイズを低減する。
【解決手段】停電動作時に、整流部１１としてのスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１を構成する２つのスイッチング素子のうち、低電圧側のスイッチング素子Ｓｘを導通状態、高電圧側のスイッチング素子Ｓｕを遮断状態に保持する。これにより、スイッチング素子Ｓｘ及びＳｕが遮断状態に保持されることに起因して形成される共振経路が形成されなくなるため、この共振経路が形成されることに起因する伝導ノイズの発生が抑制され、その分、停電動作時における伝導ノイズを低減することができる。
【解決手段】停電動作時に、整流部１１としてのスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１を構成する２つのスイッチング素子のうち、低電圧側のスイッチング素子Ｓｘを導通状態、高電圧側のスイッチング素子Ｓｕを遮断状態に保持する。これにより、スイッチング素子Ｓｘ及びＳｕが遮断状態に保持されることに起因して形成される共振経路が形成されなくなるため、この共振経路が形成されることに起因する伝導ノイズの発生が抑制され、その分、停電動作時における伝導ノイズを低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源入力を整流部で整流して得た直流電力又は直流電力源の直流電力を、交流電力に変換して負荷に供給するようにした電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置が発生する伝導ノイズや、放射ノイズは、他機器に影響を及ぼす可能性があるため、これらノイズは、ＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）や、ＶＣＣＩ（情報処理装置等電波障害自主規制協議会）によって規制の対象となっている。
図１０は、ノイズ規制の対象となる無停電電源装置の雑音端子電圧測定システムの一例を示したものである。
【０００３】
図１０に示すように、この無停電電源装置の雑音端子電圧測定システムは、単相３線式で接続される単相の交流電源系統１と負荷２との間に、ＬＩＳＮ（擬似電源回路網）３、無停電電源装置４を備えて構成され、無停電電源装置４は、ノイズフィルタとしての入力フィルタ４ａ、主変換装置４ｂ、及びノイズフィルタとしての出力フィルタ４ｃを備えて構成される。
【０００４】
主変換装置４ｂは、整流部１１、直流中間電圧部１２、及びインバータ部１３を備えており、整流部１１及び直流中間電圧部１２間の接続端子ＢＡＴ＋、ＢＡＴ−には、例えば図１１に示すバックアップ回路１４が接続される。
図１０に示す無停電電源装置４の主変換装置４ｂは、例えば特許文献１や非特許文献１に記載されている一般的な回路構成である。
【０００５】
すなわち、単相交流電力のＲ相がノーマルモードリアクトルＬ１を介して整流部１１に接続され、単相交流電力のＲ相の電力ラインと単相交流電力のＳ相の電力ラインとの間の、ノーマルモードリアクトルＬ１よりも交流電源系統１側にフィルタコンデンサＣ１が接続され、このコンデンサＣ１とノーマルモードリアクトルＬ１とでスイッチングリプルを抑制するためのＬＣフィルタ回路が形成されている。また、これらノーマルモードリアクトルＬ１及びコンデンサＣ１により構成されるＬＣフィルタ回路と入力フィルタ４ａ（雑音端子電圧低減用）との間には、Ｒ相及びＳ相の電力ラインそれぞれを遮断するためのリレー回路Ｒｙが介挿されている。
【０００６】
整流部１１は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子とこのスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを１アームとし、スイッチング素子Ｓｕ及びダイオードＤｕからなるアームと、スイッチング素子Ｓｘ及びダイオードＤｘからなるアームとを直列に接続した構成を有する、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１で構成される。
同様に、インバータ部１３は、スイッチング素子Ｓｗ及びダイオードＤｗからなるアームと、スイッチング素子Ｓｚ及びダイオードＤｚとからなるアームとを直列に接続した構成を有する、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ２で構成される。
【０００７】
直流中間電圧部１２は、コンデンサＣdc１、Ｃdc２を直列に接続した構成を有するコンデンサ直列接続部ＣＡで構成され、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１とコンデンサ直列接続部ＣＡとスイッチングアーム直列接続部ＳＡ２とが、交流電源系統１側からこの順に並列に接続されている。
そして、ノーマルモードリアクトルＬ１の一端は、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１のスイッチング素子ＳｕとＳｘとの接続点に接続される。また、コンデンサ直列接続部ＣＡのコンデンサＣdc１とＣdc２との接続点に、Ｓ相の電力ラインが接続される。また、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ２のスイッチング素子ＳｗとＳｚとの接続点にリアクトルＬ２の一端が接続され、このリアクトルＬ２の他端がＲ相の電力ラインとして、出力フィルタ４ｃに接続される。
【０００８】
そして、リアクトルＬ２の他端とＳ相の電力ラインとの間にコンデンサＣ２が接続され、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２とでスイッチングリプルを抑制するＬＣフィルタ回路が形成されている。
また、図１１に示したバックアップ回路１４は、例えば、バッテリ１４ａ、コンデンサ１４ｂ、変圧機能部１４ｃ、コンデンサ１４ｄが並列に接続された構成を有する。変圧機能部１４ｃとしては、例えば昇圧チョッパ、フライバックコンバータ等、様々な回路構成が想定されるが、所定の直流電圧を生成することができればどのような回路構成でもよい。
【０００９】
このような構成において、交流電源系統１から負荷２へ電力供給する場合、交流電源系統１の出力電圧が正常である場合の無停電電源装置４の動作（以下、通常運転動作ともいう。）は次のような動作となる。
すなわち、ＬＩＳＮ３を介して無停電電源装置４に供給される、交流電源系統１からの交流電源入力は、ノーマルモードリアクトルＬ１及びコンデンサＣ１からなるＬＣフィルタ回路を介して、整流部１１に入力され、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１を構成する各スイッチング素子Ｓｕ及びＳｘをＰＷＭ制御し整流動作させることにより、入力電流が正弦波状に制御されると共に、コンデンサ直列接続部ＣＡを構成する各コンデンサＣdc１、Ｃdc２にエネルギを蓄積し、コンデンサ直列接続部ＣＡの両端電圧が規定電圧Ｖdcとなるように制御される。
【００１０】
そして、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ２を構成するスイッチング素子Ｓｗ、ＳｚをＰＷＭ制御しインバータ動作させることにより、平滑されたコンデンサ直列接続部ＣＡの両端の規定電圧Ｖｄｃから安定した任意の交流電圧を生成し、これを負荷２に供給する。
そして、各スイッチング素子のスイッチング動作によって発生する伝導ノイズ及び放射ノイズは、交流電源系統１側及び負荷２側に接続された、入力フィルタ４ａ及び出力フィルタ４ｃにより規制値以下に低減される。
【００１１】
一方、交流電源系統１が停電した場合等、無停電電源装置４に規定の交流電力が供給されない場合、すなわち停電運転動作時には、無停電電源装置４は次のような動作を行なう。
すなわち、交流電源系統１が停電した場合には、リレー回路Ｒｙにより主変換装置４ｂと入力フィルタ４ａとの間を遮断し、主変換装置４ｂと交流電源系統１とを切り離すと共に、図１１のバックアップ回路１４のバッテリ１４ａをエネルギ源として負荷２へ電力を供給する。つまり、バッテリ１４ａのバッテリ電圧を変圧機能部１４ｃにより変換し、これを主変換装置４ｂの端子ＢＡＴ＋、ＢＡＴ−に印加することにより、コンデンサＣdc１、Ｃdc２の充電電圧が規定電圧Ｖｄｃとなるように充電する。そして、スイッチング素子Ｓｗ、ＳｚをＰＷＭ制御しインバータ動作させることにより、コンデンサＣdc１及びＣdc２に蓄積したエネルギから所定の負荷電圧を生成し、これを負荷２に供給する。
【００１２】
このように、インバータ部１３のスイッチング素子Ｓｗ、Ｓｚは、入力電源系統１が停電しているか否かに関係なく、同様の動作を行なうが、整流部１１のスイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘは、交流電源系統１の状態によって異なり、交流電源系統１が停電しておらず正常運転動作を行なう時には整流動作を行なうが、交流電源系統１が停電しており停電運転動作を行なうときにはスイッチング動作を行なわない。つまり、スイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘは、遮断状態を維持する。
【００１３】
以上説明したように、停電動作時には、バックアップ回路１４のバッテリ１４ａをエネルギ源として負荷２への電力供給を行なうことによって、交流電源系統１に停電が生じた場合であっても負荷２への電力供給を継続して行なうようになっている。
【特許文献１】特開２００５−２７８２４１号公報（図６）
【非特許文献１】パワーエレクトロニクス回路 電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編 オーム社 Ｐ２３５ 図６・２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、スイッチング素子のスイッチング動作によって発生する伝導ノイズ及び放射ノイズは、通常運転時だけでなく、停電運転動作時であっても規制値以下に低減しなければならない。
特に、停電運転時の交流電源系統１への伝導ノイズ（雑音端子電圧）であっても規制の対象となっている。
しかしながら、停電時には主変換装置４ｂと交流電源系統１との間がリレー回路Ｒｙによって切り離されており、理想的には交流電源系統１側へは伝導ノイズが伝播しない場合であっても、各部に形成される浮遊容量を介して伝導ノイズが流出することが多い。
【００１５】
また、交流電源系統１側の伝導ノイズと負荷側の伝導ノイズとは相互干渉することから、停電時に負荷側の伝導ノイズが上昇する場合もある。したがって、交流電源系統１側、負荷２側のどちらの伝導ノイズであっても停電運転時には、通常運転時と主回路動作や伝導ノイズ経路が異なり、規制を超過する可能性がある。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題点に着目してなされたものであり、整流部の直流電力への変換動作を停止した状態で負荷への電力供給を行なう場合であっても、交流電源入力系統側及び負荷側への伝導ノイズを低減することの可能な電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電力変換装置によれば、交流電源入力を直流電力に変換する第１の状態と前記直流電力への変換動作を停止する第２の状態とのうちの何れかの状態を選択可能な整流部と、直流電力を交流電力に変換して負荷供給用の交流電力を生成し前記負荷供給用の交流電力を負荷に供給するインバータ部と、直流電力源と、を有し、前記インバータ部は、前記整流部で前記第１の状態が選択されているときには前記整流部で変換した直流電力から前記負荷供給用の交流電力を生成し、前記第２の状態が選択されているときには前記直流電力源の直流電力から前記負荷供給用の交流電力を生成するようになっている電力変換装置において、前記整流部及び前記インバータ部は、スイッチング素子とこのスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを１アームとして２つのアームが直列に接続されたスイッチングアーム直列接続部を、それぞれ少なくとも１つ有し、前記整流部で前記第２の状態が選択されているときには、前記整流部の少なくとも１つのスイッチングアーム直列接続部において何れか一方のスイッチング素子のみを導通状態に保持することを特徴としている。
【００１７】
また、請求項２に係る電力変換装置は、前記整流部の前記スイッチングアーム直列接続部を構成する２つのスイッチング素子のうち、低電圧側のスイッチング素子のみを導通状態に保持することを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電力変換装置は、前記整流部は、前記交流電源入力が非停電状態であると判断されるときには前記第１の状態を選択し、前記交流電源入力が停電状態であると判断されるときには前記第２の状態を選択することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、整流部で、直流電力への変換動作を停止する第２の状態が選択されているときには、整流部を構成するスイッチングアーム直列接続部を構成する２つのスイッチング素子のうち何れか一方のみを導通状態に保持し、このスイッチングアーム直列接続部が変換動作を停止したことに起因する共振経路が形成されることを回避する構成としたため、この共振経路の発生に起因して生じる伝導ノイズを抑制することができ、非正常時における伝導ノイズを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した無停電電源装置の一例を示す概略構成図である。
この図１は、図１０に示す無停電電源装置４と基本的な構成は同一であるので同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
図１において、無停電電源装置４は、単相の交流電源系統１と単相交流モータ等の負荷２との間に接続される。無停電電源装置４は、入力フィルタ４ａ、主変換装置４ｂ、出力フィルタ４ｃを備え、入力フィルタ４ａと主変換装置４ｂとの間には、Ｒ相の電力ライン及びＳ相の電力ラインを遮断するリレー回路Ｒｙが介挿されている。
【００２０】
主変換装置４ｂは、コンデンサＣ１及びノーマルモードリアクトルＬ１からなるＬＣフィルタ回路、整流動作を行なうスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１、直流中間電圧を規定電圧に維持するコンデンサ直列接続部ＣＡ、インバータ動作を行なうスイッチングアーム直列接続部ＳＡ２、リアクトルＬ２及びコンデンサＣ２からなるＬＣフィルタ回路で構成される。
【００２１】
また、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１とコンデンサ直列接続部ＣＡとの間に、前記図１１に示す、直流電力源としてのバックアップ回路１４が接続される。
そして、入力フィルタ４ａとリレー回路Ｒｙとの間に、交流電源電圧を検出しこれに基づき交流電源系統１の停電を検出する停電検出器２１と、この停電検出器２１の検出結果に基づき各部を制御する制御部２２と、を備えている。
【００２２】
この制御部２２は、停電検出器２１により停電が検出されないときには、リレー回路Ｒｙを導通状態に制御する。また、整流部１１を整流動作させコンデンサ直列接続部ＣＡの両端電圧が規定電圧Ｖdcとなるようにスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１の各スイッチング素子Ｓｕ及びＳｘをＰＷＭ制御すると共に、負荷２への供給電圧が所定の交流電圧となるようにインバータ部１３を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ２の各スイッチング素子Ｓｗ及びＳｚをＰＷＭ制御する。一方、停電検出器２１により停電が検出されたときには、リレー回路Ｒｙを遮断状態に切り替え、主変換装置４ｂを交流電源系統１側から切り離すと共に、バックアップ回路１４の変圧機能部１４ｃを動作させ、バッテリ１４ａのエネルギを利用してコンデンサ直列接続部ＣＡの両端電圧が規定電圧Ｖdcとなるように制御すると共に、負荷２への供給電圧が所定の交流電圧となるようにインバータを構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ２の各スイッチング素子Ｓｗ及びＳｚをＰＷＭ制御する。また、停電が検出されたときには、整流回路を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１のスイッチング素子Ｓｕ及びＳｘのＰＷＭ制御を停止し、スイッチング素子Ｓｕを遮断状態、スイッチング素子Ｓｘを導通状態に保持する。
【００２３】
図２は、制御部２２の演算処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
制御部２２は、停電検出器２１の検出結果を読み込み、停電が検出されていなければ、ステップＳ１からステップＳ２に移行し、リレー回路Ｒｙを導通状態（ＯＮ）に維持する。そして、ステップＳ３に移行し、整流部１１を構成する各スイッチング素子をＰＷＭ制御して整流動作させ、さらにインバータ部１３を構成する各スイッチング素子をＰＷＭ制御してインバータ動作させる。
【００２４】
一方、停電が検出されたときには、ステップＳ１からステップＳ５に移行し、リレー回路Ｒｙを遮断状態（ＯＦＦ）に切り替える。そして、ステップＳ６に移行し、整流部１１を構成するスイッチング素子のうち、スイッチング素子Ｓｘを導通（ＯＮ）状態に保持すると共に、スイッチング素子Ｓｕを遮断（ＯＦＦ）状態に保持する。
次いで、ステップＳ７に移行し、インバータ部１３を構成する各スイッチング素子をＰＷＭ制御してインバータ動作させると共に、バックアップ回路１４の変圧機能部１４ｃを動作させ、コンデンサ直列接続部ＣＡの両端電圧を規定電圧Ｖｄｃに維持させる。
【００２５】
次に、図１の無停電電源装置４において、停電運転動作時に発生する共振経路について説明する。
図３は、図１の無停電電源装置４の構成を簡略化して共振経路を表したものである。
図３に示すように、停電運転時には、リレー回路Ｒｙは遮断状態を維持する。
仮に、停電運転時に整流動作を行なうスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１のスイッチング素子Ｓｕ及びＳｘを共に遮断状態に保持する構成とした場合（遮断状態を保持していることから、図３では、スイッチング素子Ｓｕ及びＳｘは出力容量（コンデンサ）で記載）、コンデンサＣ１、ノーマルモードリアクトルＬ１、スイッチング素子Ｓｕ、スイッチング素子Ｓｗ、リアクトルＬ２、コンデンサＣ２、そしてコンデンサＣ１に至る経路と、ノーマルモードリアクトルＬ１、スイッチング素子Ｓｘ、コンデンサＣdc２、Ｃdc１、スイッチング素子Ｓｗに至る経路とからなる共振経路が形成され共振が発生する。
【００２６】
また、この共振経路の中で、最も小さいコンデンサは、スイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘの出力容量であるから、共振周波数は主にスイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘの出力容量と、リアクトルＬ１及びＬ２のインダクタンスとで決定される。このようにして設定される共振周波数においては、大きな電流が流れることから伝導ノイズが増加する原因となる。
図４は、停電動作時に、図１のシステムにおいて生じる浮遊容量を表したものである。
【００２７】
例えば、Ｒ相の電力ラインに介挿されたリレー回路Ｒｙの２つの固定端子間及びＳ相の電力ラインに介挿されたリレー回路Ｒｙの２つの固定端子間に、それぞれの固定端子間を横断するように浮遊容量ｃｃ１、ｃｃ２が形成される。また、リアクトルは巻線構造のため、周囲との浮遊容量が形成されやすい。このため、ノーマルモードリアクトルＬ１と筐体等のアースとの間に浮遊容量ｃｃ３が形成される。
【００２８】
また、整流部１１のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１を構成する下側のスイッチング素子Ｓｘのコレクタ側と図示しない冷却フィン或いは筐体等のアースとの間に浮遊容量ｃｃ４が形成される。同様に、インバータ部１３のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ２を構成する下側のスイッチング素子Ｓｚのコレクタ側と図示しない冷却フィン或いは筐体側のアースとの間に浮遊容量ｃｃ５が形成される。
【００２９】
このため、負荷２側だけでなく、図４の各所に形成される浮遊容量を介して交流電源系統１側の伝導ノイズも増加する可能性がある。
ここで、本願発明では、図１に示すように停電動作時には、整流部１１のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１において、上側のスイッチング素子Ｓｕを遮断状態、下側のスイッチング素子Ｓｘを導通状態に保持している。
このため、スイッチング素子Ｓｘを導通する経路が支配的となり、スイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘの出力容量を導通する経路が消滅する。
【００３０】
逆に、停電動作時に、上側のスイッチング素子Ｓｕを導通状態、下側のスイッチング素子Ｓｘを遮断状態に保持する構成とした場合には、スイッチング素子Ｓｕを導通する経路が支配的となり、スイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘの出力容量を導通する経路が消滅する。
このように、スイッチング素子Ｓｕ又はＳｘの何れかを導通状態とすることにより、スイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘの出力容量を導通する経路が消滅する。このため、停電動作時に、スイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘがスイッチング動作しないことに起因する伝導ノイズの増加を抑制することができる。
【００３１】
また、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１のスイッチング素子の出力容量を導通する共振回路が消滅したとしても、主に、フィルタ回路を構成するリアクトルＬ１、Ｌ２、コンデンサＣ１、Ｃ２間では共振が発生することになるが、この場合の共振周波数は、図３に示す、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１のスイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘの出力容量を導通する共振回路における共振周波数よりも周波数が低く、一般的にスイッチングリプル除去用のフィルタ共振に近いことから、大きな問題とはならない。
したがって、以上の構成とすることにより停電運転時における伝導ノイズ低減を図ることができ、停電運転時の伝導ノイズを規制値以下とすることの可能な無停電電源装置をより容易に実現することができる。
【００３２】
また、図１に示すように停電動作時には、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１において、低圧側のスイッチング素子Ｓｘを導通状態に維持し、高圧側のスイッチング素子Ｓｕは遮断状態としている。ここで、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１の場合、高圧側のスイッチング素子Ｓｕのエミッタ端子が高周波で電位変動するのに対し、低圧側のスイッチング素子Ｓｘのエミッタ端子は安定電位となることから、低圧側のスイッチング素子Ｓｘのエミッタ端子の電位を、制御部２２の基準電位とする場合が多い。このような場合、高圧側のスイッチング素子Ｓｕを導通状態で保持し続けるよりも、低圧側のスイッチング素子Ｓｘを導通状態で保持し続ける方が容易である。
【００３３】
特に高圧側のスイッチング素子Ｓｕを駆動するための電源をブートストラップで構成している場合などには、高圧側のスイッチング素子Ｓｕを導通状態に長時間保持し続けることは困難である。
したがって、図１に示すように、停電動作時には、低圧側のスイッチング素子Ｓｘを導通状態に保持し、高圧側のスイッチング素子Ｓｕを遮断状態に保持する構成とすることによって、停電動作時における伝導ノイズを容易に低減することができる。
【００３４】
なお、上記実施の形態においては、図１に示すように、入力フィルタ４ａとノーマルモードリアクトルＬ１及びコンデンサＣ１からなるＬＣフィルタ回路との間にリレー回路Ｒｙが介挿された場合について説明したが、これに限るものではない。
例えば、入力フィルタ４ａに適用される一般的なノイズフィルタは、図５に示すように、コモンモードチョークコイル３１や、線間コンデンサ３２、接地コンデンサ３３、３４を含む構成をとる。
【００３５】
この場合、停電動作時の交流電源系統１側遮断用のリレー回路Ｒｙを、入力フィルタ４ａを構成する素子の中間に挿入することになり、例えば、線間コンデンサ３２とコモンモードチョークコイル３１との間、或いはコモンモードチョークコイル３１と接地コンデンサとの間に挿入することになるが、この場合も上記と同様に、入力フィルタ４ａの構成素子を介する共振経路が発生することになる。
しかしながら、図５に示すような一般的なノイズフィルタの中間にリレー回路Ｒｙを挿入する構成とした場合であっても、図１に示すように、停電動作時には、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１の低圧側のスイッチング素子Ｓｘを導通状態、高圧側のスイッチング素子Ｓｕを遮断状態とすることにより、停電動作時における伝導ノイズの低減を図ることができる。
【００３６】
言い換えれば、図１に示すように、停電動作時に、共振経路を形成する要因となる整流部のスイッチングアーム直列接続部を構成するスイッチング素子の一方のみを導通状態に保持し、スイッチングアーム直列接続部を構成するスイッチング素子を経由して形成される共振経路が形成されないようにしたため、仮に、スイッチングアーム直列接続部と共に共振経路を形成し得るＬＣフィルタ回路やノイズフィルタ等が接続されている場合であっても、共振経路の形成を回避することができ、すなわちこの共振経路の発生に伴う伝導ノイズの発生を回避することができる。
【００３７】
また、上記実施の形態においては、図１に示すように、主変換装置４ｂが、ノーマルモードリアクトルＬ１及びコンデンサＣ１からなるＬＣフィルタ回路、整流用のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１、直流中間電圧生成用のコンデンサ直列接続部ＣＡ、インバータ用のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ２、リアクトルＬ２及びコンデンサＣ２からなるフィルタ回路で構成される場合について説明したが、これに限るものではない。
【００３８】
例えば、図６から図８に示すように、入力側及び出力側のＬＣフィルタ回路、単相の整流回路及び単相のインバータの機能を併せ持ち、整流回路及びインバータはそれぞれスイッチングアーム直列接続部を有する構成の主変換装置４ｂを備えた無停電電源装置であれば、同様に停電動作時に伝導ノイズが増加する問題が生じることから、これら構成の無停電電源装置であっても、共振経路を形成するスイッチングアーム直列接続部のスイッチング素子の何れか一方のみを上記と同様に導通状態に保持することによって、停電動作時における伝導ノイズの低減を図ることができる。
【００３９】
図６の無停電電源装置は、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のそれぞれに逆並列に接続されたダイオードＤ１、Ｄ２とからなるスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１と、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１の両端に並列に接続された平滑コンデンサＣdcと、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ５、Ｓ６と各スイッチング素子Ｓ５、Ｓ６のそれぞれに逆並列に接続されたダイオードＤ５、Ｄ６とからなるスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１２とからなる、整流動作を行なう整流部４１と、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ７、Ｓ８と各スイッチング素子Ｓ７、Ｓ８のそれぞれに逆並列に接続されたダイオードＤ７、Ｄ８とからなるスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１３と、整流部４１を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１２とから構成されるＰＷＭインバータ部４２とを備えている。
【００４０】
そして、Ｒ相の電力ラインが、ノーマルモードリアクトルＬ１を介してスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１のスイッチング素子どうしの接続点に接続され、Ｒ相の電力ラインとＳ相の電力ラインとの間にノーマルモードリアクトルＬ１と共に、雑音端子電圧の増加を抑制するＬＣフィルタ回路を構成するコンデンサＣ１が接続されている。また、インバータ部４２を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１３のスイッチング素子どうしの接続点にリアクトルＬ２が接続され、他端がＲ相の電力ラインとして負荷２に接続される。また、Ｒ相の電力ラインとＳ相の電力ラインとの間にコンデンサＣ２が接続されリアクトルＬ２とコンデンサＣ２とでＬＣフィルタ回路を形成する。
【００４１】
そして、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１と平滑コンデンサＣdcとの間にこれらと並列に、図１１に示す図示しないバックアップ回路１４が接続され、停電動作時には、整流部４１を構成する一方のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１はスイッチング動作を停止し、高圧側のスイッチング素子Ｓ１は遮断状態、低圧側のスイッチング素子Ｓ２は導通状態に制御される。
【００４２】
したがって、図６の構成の場合も、仮に停電動作時にスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１の各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を共に遮断状態に保持する構成とした場合には、ＬＣフィルタ回路を構成するコンデンサＣ１及びノーマルモードリアクトルＬ１と、整流部４１を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１の各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と、平滑コンデンサＣdcと、インバータ部４２を構成するスイッチング素子Ｓ７、リアクトルＬ２、コンデンサＣ２を通る経路からなる共振経路が形成されることになるが、停電動作時には、図１と同様にスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１の低圧側のスイッチング素子Ｓ２を導通状態、高圧側のスイッチング素子Ｓ１を遮断状態とすることによって、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を通る共振経路が消滅する。したがって、この場合も、整流部４１のスイッチング素子がスイッチング動作せず遮断状態に保持されることに起因する停電動作時の伝導ノイズの増加を抑制することができる。
【００４３】
また、図７は、図６において、コンデンサＣ１と整流部４１を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１との間に接続されていたノーマルモードリアクトルＬ１を、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１３のスイッチング素子どうしの接続点とＳ相の電力ラインとの間にノーマルモードリアクトルＬ１′として接続したものである。
また、図８は、図７において、インバータ部４２を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１３とコンデンサＣ２との間に接続されていたリアクトルＬ２を、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１のスイッチング素子どうしの接続点とＲ相の電力ラインとの間にリアクトルＬ２′として接続したものである。
【００４４】
これら図７及び図８は、リアクトルＬ１′、Ｌ２′の接続位置が異なるものの、各部は図６と同様に動作し、仮に停電動作時に整流部４１のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１のスイッチング素子を遮断状態のまま保持した場合には、これらスイッチング素子を経由する共振経路が形成され、これに伴って伝導ノイズが生じることになるが、図１の場合と同様に、低圧側のスイッチング素子Ｓ２は導通状態、高圧側のスイッチング素子Ｓ１は遮断状態に保持することによって、スイッチング素子を経由する共振経路が消滅するため、停電動作時における伝導ノイズの増加を抑制することができる。
【００４５】
次に、図９は、三相３線式の無停電電源装置の一例を示したものである。
三相３線式の場合、無停電電源装置は、図９に示すように、３相の相間それぞれに接続された相間コンデンサＣ３１〜Ｃ３３及び各相の電力ラインに介挿されたリアクトルＬ３１〜Ｌ３３とで構成されスイッチングリプルを抑制するＬＣフィルタ回路と、整流部５１と、整流部５１と並列に接続された平滑コンデンサを備えた直流中間電圧部５２と、インバータ部５３と、各相の電力ラインに介挿されたリアクトルＬ３４〜Ｌ３６及び各相間に接続される相間コンデンサＣ３４〜Ｃ３６とで構成されスイッチングリプルを抑制するＬＣフィルタ回路と、から構成される。前記整流部５１及びインバータ部５３は、それぞれ例えばスイッチング素子とこれに逆並列に接続されたダイオードとからなるアームが直列に２つ接続されたスイッチングアーム直列接続部が３つ並列に接続された構成を有する。
【００４６】
このような三相３線式の無停電電源装置において、仮に停電動作時に整流部５１のスイッチングアーム直列接続部を遮断状態に保持する構成とした場合、この場合も上記と同様に、遮断状態に保持したスイッチングアーム直列接続部を経由する共振経路が形成されることになる。しかしながら、この場合も整流回路を構成するスイッチングアーム直列接続部の、直列に接続されたスイッチング素子のうちの低圧側のスイッチング素子のみを導通状態に保持することにより、上記と同様に、停電動作時における伝導ノイズの増加を抑制することができる。
【００４７】
ここで、三相３線式の無停電電源装置の場合には、リレー回路Ｒｙの接続位置やリレー回路の接続相などにより整流部５１を構成する３つのスイッチングアーム直列接続部のうち全てについて一方のスイッチング素子を導通状態に保持しなければならない場合と、１つ、もしくは２つのスイッチングアーム直列接続部において何れか一方のスイッチング素子のみを導通状態に保持すればよい場合とがある。
【００４８】
例えば、図１１のバックアップ回路１４の変圧機能部１４ｃがスイッチングアームを含んで構成され、この変圧機能部１４ｃのスイッチングアームと、整流部５１のスイッチングアームとを共用する構成である場合には、１つ、もしくは２つのスイッチングアーム直列接続部において何れか一方のスイッチング素子のみを導通状態に保持することになる。この整流部５１のスイッチングアームと変圧機能部１４ｃのスイッチングアームの共用数は装置構成によって異なるものの、停電時にスイッチングして電力変換を行う機能を付加されたスイッチングアームを除き、その他すべてのスイッチングアームについて、何れか一方のスイッチング素子を導通状態に保持すれば良い。
【００４９】
また、上記実施の形態においては、無停電電源装置に適用した場合について説明したが、整流部は、必ずしも、非停電状態と停電状態とで整流部の動作が交流電源入力を交流電力に変換する状態（第１の状態）と、直流電力への変換動作を停止する状態（第２の状態）との何れかを選択する構成である必要はなく、整流部が、前記第１の状態と前記第２の状態との何れかを選択して動作する構成であれば適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明を適用した無停電電源装置の一例を示す構成図である。
【図２】図１の制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】共振経路の一例を示す説明図である。
【図４】浮遊容量の形成位置の一例を示す説明図である。
【図５】ノイズフィルタの一例である。
【図６】無停電電源装置のその他の例である。
【図７】無停電電源装置のその他の例である。
【図８】無停電電源装置のその他の例である。
【図９】無停電電源装置のその他の例である。
【図１０】無停電電源装置を被検査対象とする雑音端子電圧測定システムの一例である。
【図１１】バックアップ回路の一例である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 交流電源系統
２ 負荷
４ 無停電電源装置
４ａ 入力フィルタ
４ｂ 主変換装置
４ｃ 出力フィルタ
１１ 整流部
１２ 直流中間電圧部
１３ インバータ部
１４ バックアップ回路
２１ 停電検出器
２２ 制御部
ＳＡ１、ＳＡ２ スイッチングアーム直列接続部
Ｒｙ リレー回路
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交流電源入力を整流部で整流して得た直流電力又は直流電力源の直流電力を、交流電力に変換して負荷に供給するようにした電力変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電力変換装置が発生する伝導ノイズや、放射ノイズは、他機器に影響を及ぼす可能性があるため、これらノイズは、ＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）や、ＶＣＣＩ（情報処理装置等電波障害自主規制協議会）によって規制の対象となっている。
図１０は、ノイズ規制の対象となる無停電電源装置の雑音端子電圧測定システムの一例を示したものである。
【０００３】
図１０に示すように、この無停電電源装置の雑音端子電圧測定システムは、単相３線式で接続される単相の交流電源系統１と負荷２との間に、ＬＩＳＮ（擬似電源回路網）３、無停電電源装置４を備えて構成され、無停電電源装置４は、ノイズフィルタとしての入力フィルタ４ａ、主変換装置４ｂ、及びノイズフィルタとしての出力フィルタ４ｃを備えて構成される。
【０００４】
主変換装置４ｂは、整流部１１、直流中間電圧部１２、及びインバータ部１３を備えており、整流部１１及び直流中間電圧部１２間の接続端子ＢＡＴ＋、ＢＡＴ−には、例えば図１１に示すバックアップ回路１４が接続される。
図１０に示す無停電電源装置４の主変換装置４ｂは、例えば特許文献１や非特許文献１に記載されている一般的な回路構成である。
【０００５】
すなわち、単相交流電力のＲ相がノーマルモードリアクトルＬ１を介して整流部１１に接続され、単相交流電力のＲ相の電力ラインと単相交流電力のＳ相の電力ラインとの間の、ノーマルモードリアクトルＬ１よりも交流電源系統１側にフィルタコンデンサＣ１が接続され、このコンデンサＣ１とノーマルモードリアクトルＬ１とでスイッチングリプルを抑制するためのＬＣフィルタ回路が形成されている。また、これらノーマルモードリアクトルＬ１及びコンデンサＣ１により構成されるＬＣフィルタ回路と入力フィルタ４ａ（雑音端子電圧低減用）との間には、Ｒ相及びＳ相の電力ラインそれぞれを遮断するためのリレー回路Ｒｙが介挿されている。
【０００６】
整流部１１は、ＩＧＢＴ等のスイッチング素子とこのスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを１アームとし、スイッチング素子Ｓｕ及びダイオードＤｕからなるアームと、スイッチング素子Ｓｘ及びダイオードＤｘからなるアームとを直列に接続した構成を有する、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１で構成される。
同様に、インバータ部１３は、スイッチング素子Ｓｗ及びダイオードＤｗからなるアームと、スイッチング素子Ｓｚ及びダイオードＤｚとからなるアームとを直列に接続した構成を有する、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ２で構成される。
【０００７】
直流中間電圧部１２は、コンデンサＣdc１、Ｃdc２を直列に接続した構成を有するコンデンサ直列接続部ＣＡで構成され、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１とコンデンサ直列接続部ＣＡとスイッチングアーム直列接続部ＳＡ２とが、交流電源系統１側からこの順に並列に接続されている。
そして、ノーマルモードリアクトルＬ１の一端は、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１のスイッチング素子ＳｕとＳｘとの接続点に接続される。また、コンデンサ直列接続部ＣＡのコンデンサＣdc１とＣdc２との接続点に、Ｓ相の電力ラインが接続される。また、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ２のスイッチング素子ＳｗとＳｚとの接続点にリアクトルＬ２の一端が接続され、このリアクトルＬ２の他端がＲ相の電力ラインとして、出力フィルタ４ｃに接続される。
【０００８】
そして、リアクトルＬ２の他端とＳ相の電力ラインとの間にコンデンサＣ２が接続され、リアクトルＬ２とコンデンサＣ２とでスイッチングリプルを抑制するＬＣフィルタ回路が形成されている。
また、図１１に示したバックアップ回路１４は、例えば、バッテリ１４ａ、コンデンサ１４ｂ、変圧機能部１４ｃ、コンデンサ１４ｄが並列に接続された構成を有する。変圧機能部１４ｃとしては、例えば昇圧チョッパ、フライバックコンバータ等、様々な回路構成が想定されるが、所定の直流電圧を生成することができればどのような回路構成でもよい。
【０００９】
このような構成において、交流電源系統１から負荷２へ電力供給する場合、交流電源系統１の出力電圧が正常である場合の無停電電源装置４の動作（以下、通常運転動作ともいう。）は次のような動作となる。
すなわち、ＬＩＳＮ３を介して無停電電源装置４に供給される、交流電源系統１からの交流電源入力は、ノーマルモードリアクトルＬ１及びコンデンサＣ１からなるＬＣフィルタ回路を介して、整流部１１に入力され、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１を構成する各スイッチング素子Ｓｕ及びＳｘをＰＷＭ制御し整流動作させることにより、入力電流が正弦波状に制御されると共に、コンデンサ直列接続部ＣＡを構成する各コンデンサＣdc１、Ｃdc２にエネルギを蓄積し、コンデンサ直列接続部ＣＡの両端電圧が規定電圧Ｖdcとなるように制御される。
【００１０】
そして、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ２を構成するスイッチング素子Ｓｗ、ＳｚをＰＷＭ制御しインバータ動作させることにより、平滑されたコンデンサ直列接続部ＣＡの両端の規定電圧Ｖｄｃから安定した任意の交流電圧を生成し、これを負荷２に供給する。
そして、各スイッチング素子のスイッチング動作によって発生する伝導ノイズ及び放射ノイズは、交流電源系統１側及び負荷２側に接続された、入力フィルタ４ａ及び出力フィルタ４ｃにより規制値以下に低減される。
【００１１】
一方、交流電源系統１が停電した場合等、無停電電源装置４に規定の交流電力が供給されない場合、すなわち停電運転動作時には、無停電電源装置４は次のような動作を行なう。
すなわち、交流電源系統１が停電した場合には、リレー回路Ｒｙにより主変換装置４ｂと入力フィルタ４ａとの間を遮断し、主変換装置４ｂと交流電源系統１とを切り離すと共に、図１１のバックアップ回路１４のバッテリ１４ａをエネルギ源として負荷２へ電力を供給する。つまり、バッテリ１４ａのバッテリ電圧を変圧機能部１４ｃにより変換し、これを主変換装置４ｂの端子ＢＡＴ＋、ＢＡＴ−に印加することにより、コンデンサＣdc１、Ｃdc２の充電電圧が規定電圧Ｖｄｃとなるように充電する。そして、スイッチング素子Ｓｗ、ＳｚをＰＷＭ制御しインバータ動作させることにより、コンデンサＣdc１及びＣdc２に蓄積したエネルギから所定の負荷電圧を生成し、これを負荷２に供給する。
【００１２】
このように、インバータ部１３のスイッチング素子Ｓｗ、Ｓｚは、入力電源系統１が停電しているか否かに関係なく、同様の動作を行なうが、整流部１１のスイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘは、交流電源系統１の状態によって異なり、交流電源系統１が停電しておらず正常運転動作を行なう時には整流動作を行なうが、交流電源系統１が停電しており停電運転動作を行なうときにはスイッチング動作を行なわない。つまり、スイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘは、遮断状態を維持する。
【００１３】
以上説明したように、停電動作時には、バックアップ回路１４のバッテリ１４ａをエネルギ源として負荷２への電力供給を行なうことによって、交流電源系統１に停電が生じた場合であっても負荷２への電力供給を継続して行なうようになっている。
【特許文献１】特開２００５−２７８２４１号公報（図６）
【非特許文献１】パワーエレクトロニクス回路 電気学会・半導体電力変換システム調査専門委員会編 オーム社 Ｐ２３５ 図６・２７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ところで、スイッチング素子のスイッチング動作によって発生する伝導ノイズ及び放射ノイズは、通常運転時だけでなく、停電運転動作時であっても規制値以下に低減しなければならない。
特に、停電運転時の交流電源系統１への伝導ノイズ（雑音端子電圧）であっても規制の対象となっている。
しかしながら、停電時には主変換装置４ｂと交流電源系統１との間がリレー回路Ｒｙによって切り離されており、理想的には交流電源系統１側へは伝導ノイズが伝播しない場合であっても、各部に形成される浮遊容量を介して伝導ノイズが流出することが多い。
【００１５】
また、交流電源系統１側の伝導ノイズと負荷側の伝導ノイズとは相互干渉することから、停電時に負荷側の伝導ノイズが上昇する場合もある。したがって、交流電源系統１側、負荷２側のどちらの伝導ノイズであっても停電運転時には、通常運転時と主回路動作や伝導ノイズ経路が異なり、規制を超過する可能性がある。
そこで、この発明は、上記従来の未解決の問題点に着目してなされたものであり、整流部の直流電力への変換動作を停止した状態で負荷への電力供給を行なう場合であっても、交流電源入力系統側及び負荷側への伝導ノイズを低減することの可能な電力変換装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る電力変換装置によれば、交流電源入力を直流電力に変換する第１の状態と前記直流電力への変換動作を停止する第２の状態とのうちの何れかの状態を選択可能な整流部と、直流電力を交流電力に変換して負荷供給用の交流電力を生成し前記負荷供給用の交流電力を負荷に供給するインバータ部と、直流電力源と、を有し、前記インバータ部は、前記整流部で前記第１の状態が選択されているときには前記整流部で変換した直流電力から前記負荷供給用の交流電力を生成し、前記第２の状態が選択されているときには前記直流電力源の直流電力から前記負荷供給用の交流電力を生成するようになっている電力変換装置において、前記整流部及び前記インバータ部は、スイッチング素子とこのスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを１アームとして２つのアームが直列に接続されたスイッチングアーム直列接続部を、それぞれ少なくとも１つ有し、前記整流部で前記第２の状態が選択されているときには、前記整流部の少なくとも１つのスイッチングアーム直列接続部において何れか一方のスイッチング素子のみを導通状態に保持することを特徴としている。
【００１７】
また、請求項２に係る電力変換装置は、前記整流部の前記スイッチングアーム直列接続部を構成する２つのスイッチング素子のうち、低電圧側のスイッチング素子のみを導通状態に保持することを特徴としている。
さらに、請求項３に係る電力変換装置は、前記整流部は、前記交流電源入力が非停電状態であると判断されるときには前記第１の状態を選択し、前記交流電源入力が停電状態であると判断されるときには前記第２の状態を選択することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、整流部で、直流電力への変換動作を停止する第２の状態が選択されているときには、整流部を構成するスイッチングアーム直列接続部を構成する２つのスイッチング素子のうち何れか一方のみを導通状態に保持し、このスイッチングアーム直列接続部が変換動作を停止したことに起因する共振経路が形成されることを回避する構成としたため、この共振経路の発生に起因して生じる伝導ノイズを抑制することができ、非正常時における伝導ノイズを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明を適用した無停電電源装置の一例を示す概略構成図である。
この図１は、図１０に示す無停電電源装置４と基本的な構成は同一であるので同一部には同一符号を付与し、その詳細な説明は省略する。
図１において、無停電電源装置４は、単相の交流電源系統１と単相交流モータ等の負荷２との間に接続される。無停電電源装置４は、入力フィルタ４ａ、主変換装置４ｂ、出力フィルタ４ｃを備え、入力フィルタ４ａと主変換装置４ｂとの間には、Ｒ相の電力ライン及びＳ相の電力ラインを遮断するリレー回路Ｒｙが介挿されている。
【００２０】
主変換装置４ｂは、コンデンサＣ１及びノーマルモードリアクトルＬ１からなるＬＣフィルタ回路、整流動作を行なうスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１、直流中間電圧を規定電圧に維持するコンデンサ直列接続部ＣＡ、インバータ動作を行なうスイッチングアーム直列接続部ＳＡ２、リアクトルＬ２及びコンデンサＣ２からなるＬＣフィルタ回路で構成される。
【００２１】
また、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１とコンデンサ直列接続部ＣＡとの間に、前記図１１に示す、直流電力源としてのバックアップ回路１４が接続される。
そして、入力フィルタ４ａとリレー回路Ｒｙとの間に、交流電源電圧を検出しこれに基づき交流電源系統１の停電を検出する停電検出器２１と、この停電検出器２１の検出結果に基づき各部を制御する制御部２２と、を備えている。
【００２２】
この制御部２２は、停電検出器２１により停電が検出されないときには、リレー回路Ｒｙを導通状態に制御する。また、整流部１１を整流動作させコンデンサ直列接続部ＣＡの両端電圧が規定電圧Ｖdcとなるようにスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１の各スイッチング素子Ｓｕ及びＳｘをＰＷＭ制御すると共に、負荷２への供給電圧が所定の交流電圧となるようにインバータ部１３を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ２の各スイッチング素子Ｓｗ及びＳｚをＰＷＭ制御する。一方、停電検出器２１により停電が検出されたときには、リレー回路Ｒｙを遮断状態に切り替え、主変換装置４ｂを交流電源系統１側から切り離すと共に、バックアップ回路１４の変圧機能部１４ｃを動作させ、バッテリ１４ａのエネルギを利用してコンデンサ直列接続部ＣＡの両端電圧が規定電圧Ｖdcとなるように制御すると共に、負荷２への供給電圧が所定の交流電圧となるようにインバータを構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ２の各スイッチング素子Ｓｗ及びＳｚをＰＷＭ制御する。また、停電が検出されたときには、整流回路を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１のスイッチング素子Ｓｕ及びＳｘのＰＷＭ制御を停止し、スイッチング素子Ｓｕを遮断状態、スイッチング素子Ｓｘを導通状態に保持する。
【００２３】
図２は、制御部２２の演算処理の処理手順の一例を示すフローチャートである。
制御部２２は、停電検出器２１の検出結果を読み込み、停電が検出されていなければ、ステップＳ１からステップＳ２に移行し、リレー回路Ｒｙを導通状態（ＯＮ）に維持する。そして、ステップＳ３に移行し、整流部１１を構成する各スイッチング素子をＰＷＭ制御して整流動作させ、さらにインバータ部１３を構成する各スイッチング素子をＰＷＭ制御してインバータ動作させる。
【００２４】
一方、停電が検出されたときには、ステップＳ１からステップＳ５に移行し、リレー回路Ｒｙを遮断状態（ＯＦＦ）に切り替える。そして、ステップＳ６に移行し、整流部１１を構成するスイッチング素子のうち、スイッチング素子Ｓｘを導通（ＯＮ）状態に保持すると共に、スイッチング素子Ｓｕを遮断（ＯＦＦ）状態に保持する。
次いで、ステップＳ７に移行し、インバータ部１３を構成する各スイッチング素子をＰＷＭ制御してインバータ動作させると共に、バックアップ回路１４の変圧機能部１４ｃを動作させ、コンデンサ直列接続部ＣＡの両端電圧を規定電圧Ｖｄｃに維持させる。
【００２５】
次に、図１の無停電電源装置４において、停電運転動作時に発生する共振経路について説明する。
図３は、図１の無停電電源装置４の構成を簡略化して共振経路を表したものである。
図３に示すように、停電運転時には、リレー回路Ｒｙは遮断状態を維持する。
仮に、停電運転時に整流動作を行なうスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１のスイッチング素子Ｓｕ及びＳｘを共に遮断状態に保持する構成とした場合（遮断状態を保持していることから、図３では、スイッチング素子Ｓｕ及びＳｘは出力容量（コンデンサ）で記載）、コンデンサＣ１、ノーマルモードリアクトルＬ１、スイッチング素子Ｓｕ、スイッチング素子Ｓｗ、リアクトルＬ２、コンデンサＣ２、そしてコンデンサＣ１に至る経路と、ノーマルモードリアクトルＬ１、スイッチング素子Ｓｘ、コンデンサＣdc２、Ｃdc１、スイッチング素子Ｓｗに至る経路とからなる共振経路が形成され共振が発生する。
【００２６】
また、この共振経路の中で、最も小さいコンデンサは、スイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘの出力容量であるから、共振周波数は主にスイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘの出力容量と、リアクトルＬ１及びＬ２のインダクタンスとで決定される。このようにして設定される共振周波数においては、大きな電流が流れることから伝導ノイズが増加する原因となる。
図４は、停電動作時に、図１のシステムにおいて生じる浮遊容量を表したものである。
【００２７】
例えば、Ｒ相の電力ラインに介挿されたリレー回路Ｒｙの２つの固定端子間及びＳ相の電力ラインに介挿されたリレー回路Ｒｙの２つの固定端子間に、それぞれの固定端子間を横断するように浮遊容量ｃｃ１、ｃｃ２が形成される。また、リアクトルは巻線構造のため、周囲との浮遊容量が形成されやすい。このため、ノーマルモードリアクトルＬ１と筐体等のアースとの間に浮遊容量ｃｃ３が形成される。
【００２８】
また、整流部１１のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１を構成する下側のスイッチング素子Ｓｘのコレクタ側と図示しない冷却フィン或いは筐体等のアースとの間に浮遊容量ｃｃ４が形成される。同様に、インバータ部１３のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ２を構成する下側のスイッチング素子Ｓｚのコレクタ側と図示しない冷却フィン或いは筐体側のアースとの間に浮遊容量ｃｃ５が形成される。
【００２９】
このため、負荷２側だけでなく、図４の各所に形成される浮遊容量を介して交流電源系統１側の伝導ノイズも増加する可能性がある。
ここで、本願発明では、図１に示すように停電動作時には、整流部１１のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１において、上側のスイッチング素子Ｓｕを遮断状態、下側のスイッチング素子Ｓｘを導通状態に保持している。
このため、スイッチング素子Ｓｘを導通する経路が支配的となり、スイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘの出力容量を導通する経路が消滅する。
【００３０】
逆に、停電動作時に、上側のスイッチング素子Ｓｕを導通状態、下側のスイッチング素子Ｓｘを遮断状態に保持する構成とした場合には、スイッチング素子Ｓｕを導通する経路が支配的となり、スイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘの出力容量を導通する経路が消滅する。
このように、スイッチング素子Ｓｕ又はＳｘの何れかを導通状態とすることにより、スイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘの出力容量を導通する経路が消滅する。このため、停電動作時に、スイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘがスイッチング動作しないことに起因する伝導ノイズの増加を抑制することができる。
【００３１】
また、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１のスイッチング素子の出力容量を導通する共振回路が消滅したとしても、主に、フィルタ回路を構成するリアクトルＬ１、Ｌ２、コンデンサＣ１、Ｃ２間では共振が発生することになるが、この場合の共振周波数は、図３に示す、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１のスイッチング素子Ｓｕ、Ｓｘの出力容量を導通する共振回路における共振周波数よりも周波数が低く、一般的にスイッチングリプル除去用のフィルタ共振に近いことから、大きな問題とはならない。
したがって、以上の構成とすることにより停電運転時における伝導ノイズ低減を図ることができ、停電運転時の伝導ノイズを規制値以下とすることの可能な無停電電源装置をより容易に実現することができる。
【００３２】
また、図１に示すように停電動作時には、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１において、低圧側のスイッチング素子Ｓｘを導通状態に維持し、高圧側のスイッチング素子Ｓｕは遮断状態としている。ここで、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１の場合、高圧側のスイッチング素子Ｓｕのエミッタ端子が高周波で電位変動するのに対し、低圧側のスイッチング素子Ｓｘのエミッタ端子は安定電位となることから、低圧側のスイッチング素子Ｓｘのエミッタ端子の電位を、制御部２２の基準電位とする場合が多い。このような場合、高圧側のスイッチング素子Ｓｕを導通状態で保持し続けるよりも、低圧側のスイッチング素子Ｓｘを導通状態で保持し続ける方が容易である。
【００３３】
特に高圧側のスイッチング素子Ｓｕを駆動するための電源をブートストラップで構成している場合などには、高圧側のスイッチング素子Ｓｕを導通状態に長時間保持し続けることは困難である。
したがって、図１に示すように、停電動作時には、低圧側のスイッチング素子Ｓｘを導通状態に保持し、高圧側のスイッチング素子Ｓｕを遮断状態に保持する構成とすることによって、停電動作時における伝導ノイズを容易に低減することができる。
【００３４】
なお、上記実施の形態においては、図１に示すように、入力フィルタ４ａとノーマルモードリアクトルＬ１及びコンデンサＣ１からなるＬＣフィルタ回路との間にリレー回路Ｒｙが介挿された場合について説明したが、これに限るものではない。
例えば、入力フィルタ４ａに適用される一般的なノイズフィルタは、図５に示すように、コモンモードチョークコイル３１や、線間コンデンサ３２、接地コンデンサ３３、３４を含む構成をとる。
【００３５】
この場合、停電動作時の交流電源系統１側遮断用のリレー回路Ｒｙを、入力フィルタ４ａを構成する素子の中間に挿入することになり、例えば、線間コンデンサ３２とコモンモードチョークコイル３１との間、或いはコモンモードチョークコイル３１と接地コンデンサとの間に挿入することになるが、この場合も上記と同様に、入力フィルタ４ａの構成素子を介する共振経路が発生することになる。
しかしながら、図５に示すような一般的なノイズフィルタの中間にリレー回路Ｒｙを挿入する構成とした場合であっても、図１に示すように、停電動作時には、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１の低圧側のスイッチング素子Ｓｘを導通状態、高圧側のスイッチング素子Ｓｕを遮断状態とすることにより、停電動作時における伝導ノイズの低減を図ることができる。
【００３６】
言い換えれば、図１に示すように、停電動作時に、共振経路を形成する要因となる整流部のスイッチングアーム直列接続部を構成するスイッチング素子の一方のみを導通状態に保持し、スイッチングアーム直列接続部を構成するスイッチング素子を経由して形成される共振経路が形成されないようにしたため、仮に、スイッチングアーム直列接続部と共に共振経路を形成し得るＬＣフィルタ回路やノイズフィルタ等が接続されている場合であっても、共振経路の形成を回避することができ、すなわちこの共振経路の発生に伴う伝導ノイズの発生を回避することができる。
【００３７】
また、上記実施の形態においては、図１に示すように、主変換装置４ｂが、ノーマルモードリアクトルＬ１及びコンデンサＣ１からなるＬＣフィルタ回路、整流用のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１、直流中間電圧生成用のコンデンサ直列接続部ＣＡ、インバータ用のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ２、リアクトルＬ２及びコンデンサＣ２からなるフィルタ回路で構成される場合について説明したが、これに限るものではない。
【００３８】
例えば、図６から図８に示すように、入力側及び出力側のＬＣフィルタ回路、単相の整流回路及び単相のインバータの機能を併せ持ち、整流回路及びインバータはそれぞれスイッチングアーム直列接続部を有する構成の主変換装置４ｂを備えた無停電電源装置であれば、同様に停電動作時に伝導ノイズが増加する問題が生じることから、これら構成の無停電電源装置であっても、共振経路を形成するスイッチングアーム直列接続部のスイッチング素子の何れか一方のみを上記と同様に導通状態に保持することによって、停電動作時における伝導ノイズの低減を図ることができる。
【００３９】
図６の無停電電源装置は、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２のそれぞれに逆並列に接続されたダイオードＤ１、Ｄ２とからなるスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１と、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１の両端に並列に接続された平滑コンデンサＣdcと、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ５、Ｓ６と各スイッチング素子Ｓ５、Ｓ６のそれぞれに逆並列に接続されたダイオードＤ５、Ｄ６とからなるスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１２とからなる、整流動作を行なう整流部４１と、直列に接続されたスイッチング素子Ｓ７、Ｓ８と各スイッチング素子Ｓ７、Ｓ８のそれぞれに逆並列に接続されたダイオードＤ７、Ｄ８とからなるスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１３と、整流部４１を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１２とから構成されるＰＷＭインバータ部４２とを備えている。
【００４０】
そして、Ｒ相の電力ラインが、ノーマルモードリアクトルＬ１を介してスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１のスイッチング素子どうしの接続点に接続され、Ｒ相の電力ラインとＳ相の電力ラインとの間にノーマルモードリアクトルＬ１と共に、雑音端子電圧の増加を抑制するＬＣフィルタ回路を構成するコンデンサＣ１が接続されている。また、インバータ部４２を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１３のスイッチング素子どうしの接続点にリアクトルＬ２が接続され、他端がＲ相の電力ラインとして負荷２に接続される。また、Ｒ相の電力ラインとＳ相の電力ラインとの間にコンデンサＣ２が接続されリアクトルＬ２とコンデンサＣ２とでＬＣフィルタ回路を形成する。
【００４１】
そして、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１と平滑コンデンサＣdcとの間にこれらと並列に、図１１に示す図示しないバックアップ回路１４が接続され、停電動作時には、整流部４１を構成する一方のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１はスイッチング動作を停止し、高圧側のスイッチング素子Ｓ１は遮断状態、低圧側のスイッチング素子Ｓ２は導通状態に制御される。
【００４２】
したがって、図６の構成の場合も、仮に停電動作時にスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１の各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を共に遮断状態に保持する構成とした場合には、ＬＣフィルタ回路を構成するコンデンサＣ１及びノーマルモードリアクトルＬ１と、整流部４１を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１の各スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２と、平滑コンデンサＣdcと、インバータ部４２を構成するスイッチング素子Ｓ７、リアクトルＬ２、コンデンサＣ２を通る経路からなる共振経路が形成されることになるが、停電動作時には、図１と同様にスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１の低圧側のスイッチング素子Ｓ２を導通状態、高圧側のスイッチング素子Ｓ１を遮断状態とすることによって、スイッチング素子Ｓ１、Ｓ２を通る共振経路が消滅する。したがって、この場合も、整流部４１のスイッチング素子がスイッチング動作せず遮断状態に保持されることに起因する停電動作時の伝導ノイズの増加を抑制することができる。
【００４３】
また、図７は、図６において、コンデンサＣ１と整流部４１を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１との間に接続されていたノーマルモードリアクトルＬ１を、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１３のスイッチング素子どうしの接続点とＳ相の電力ラインとの間にノーマルモードリアクトルＬ１′として接続したものである。
また、図８は、図７において、インバータ部４２を構成するスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１３とコンデンサＣ２との間に接続されていたリアクトルＬ２を、スイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１のスイッチング素子どうしの接続点とＲ相の電力ラインとの間にリアクトルＬ２′として接続したものである。
【００４４】
これら図７及び図８は、リアクトルＬ１′、Ｌ２′の接続位置が異なるものの、各部は図６と同様に動作し、仮に停電動作時に整流部４１のスイッチングアーム直列接続部ＳＡ１１のスイッチング素子を遮断状態のまま保持した場合には、これらスイッチング素子を経由する共振経路が形成され、これに伴って伝導ノイズが生じることになるが、図１の場合と同様に、低圧側のスイッチング素子Ｓ２は導通状態、高圧側のスイッチング素子Ｓ１は遮断状態に保持することによって、スイッチング素子を経由する共振経路が消滅するため、停電動作時における伝導ノイズの増加を抑制することができる。
【００４５】
次に、図９は、三相３線式の無停電電源装置の一例を示したものである。
三相３線式の場合、無停電電源装置は、図９に示すように、３相の相間それぞれに接続された相間コンデンサＣ３１〜Ｃ３３及び各相の電力ラインに介挿されたリアクトルＬ３１〜Ｌ３３とで構成されスイッチングリプルを抑制するＬＣフィルタ回路と、整流部５１と、整流部５１と並列に接続された平滑コンデンサを備えた直流中間電圧部５２と、インバータ部５３と、各相の電力ラインに介挿されたリアクトルＬ３４〜Ｌ３６及び各相間に接続される相間コンデンサＣ３４〜Ｃ３６とで構成されスイッチングリプルを抑制するＬＣフィルタ回路と、から構成される。前記整流部５１及びインバータ部５３は、それぞれ例えばスイッチング素子とこれに逆並列に接続されたダイオードとからなるアームが直列に２つ接続されたスイッチングアーム直列接続部が３つ並列に接続された構成を有する。
【００４６】
このような三相３線式の無停電電源装置において、仮に停電動作時に整流部５１のスイッチングアーム直列接続部を遮断状態に保持する構成とした場合、この場合も上記と同様に、遮断状態に保持したスイッチングアーム直列接続部を経由する共振経路が形成されることになる。しかしながら、この場合も整流回路を構成するスイッチングアーム直列接続部の、直列に接続されたスイッチング素子のうちの低圧側のスイッチング素子のみを導通状態に保持することにより、上記と同様に、停電動作時における伝導ノイズの増加を抑制することができる。
【００４７】
ここで、三相３線式の無停電電源装置の場合には、リレー回路Ｒｙの接続位置やリレー回路の接続相などにより整流部５１を構成する３つのスイッチングアーム直列接続部のうち全てについて一方のスイッチング素子を導通状態に保持しなければならない場合と、１つ、もしくは２つのスイッチングアーム直列接続部において何れか一方のスイッチング素子のみを導通状態に保持すればよい場合とがある。
【００４８】
例えば、図１１のバックアップ回路１４の変圧機能部１４ｃがスイッチングアームを含んで構成され、この変圧機能部１４ｃのスイッチングアームと、整流部５１のスイッチングアームとを共用する構成である場合には、１つ、もしくは２つのスイッチングアーム直列接続部において何れか一方のスイッチング素子のみを導通状態に保持することになる。この整流部５１のスイッチングアームと変圧機能部１４ｃのスイッチングアームの共用数は装置構成によって異なるものの、停電時にスイッチングして電力変換を行う機能を付加されたスイッチングアームを除き、その他すべてのスイッチングアームについて、何れか一方のスイッチング素子を導通状態に保持すれば良い。
【００４９】
また、上記実施の形態においては、無停電電源装置に適用した場合について説明したが、整流部は、必ずしも、非停電状態と停電状態とで整流部の動作が交流電源入力を交流電力に変換する状態（第１の状態）と、直流電力への変換動作を停止する状態（第２の状態）との何れかを選択する構成である必要はなく、整流部が、前記第１の状態と前記第２の状態との何れかを選択して動作する構成であれば適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明を適用した無停電電源装置の一例を示す構成図である。
【図２】図１の制御部の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図３】共振経路の一例を示す説明図である。
【図４】浮遊容量の形成位置の一例を示す説明図である。
【図５】ノイズフィルタの一例である。
【図６】無停電電源装置のその他の例である。
【図７】無停電電源装置のその他の例である。
【図８】無停電電源装置のその他の例である。
【図９】無停電電源装置のその他の例である。
【図１０】無停電電源装置を被検査対象とする雑音端子電圧測定システムの一例である。
【図１１】バックアップ回路の一例である。
【符号の説明】
【００５１】
１ 交流電源系統
２ 負荷
４ 無停電電源装置
４ａ 入力フィルタ
４ｂ 主変換装置
４ｃ 出力フィルタ
１１ 整流部
１２ 直流中間電圧部
１３ インバータ部
１４ バックアップ回路
２１ 停電検出器
２２ 制御部
ＳＡ１、ＳＡ２ スイッチングアーム直列接続部
Ｒｙ リレー回路
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源入力を直流電力に変換する第１の状態と前記直流電力への変換動作を停止する第２の状態とのうちの何れかの状態を選択可能な整流部と、
直流電力を交流電力に変換して負荷供給用の交流電力を生成し前記負荷供給用の交流電力を負荷に供給するインバータ部と、
直流電力源と、を有し、
前記インバータ部は、前記整流部で前記第１の状態が選択されているときには前記整流部で変換した直流電力から前記負荷供給用の交流電力を生成し、前記第２の状態が選択されているときには前記直流電力源の直流電力から前記負荷供給用の交流電力を生成するようになっている電力変換装置において、
前記整流部及び前記インバータ部は、スイッチング素子とこのスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを１アームとして２つのアームが直列に接続されたスイッチングアーム直列接続部を、それぞれ少なくとも１つ有し、
前記整流部で前記第２の状態が選択されているときには、前記整流部の少なくとも１つのスイッチングアーム直列接続部において何れか一方のスイッチング素子のみを導通状態に保持することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記整流部の前記スイッチングアーム直列接続部を構成する２つのスイッチング素子のうち、低電圧側のスイッチング素子のみを導通状態に保持することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記整流部は、前記交流電源入力が非停電状態であると判断されるときには前記第１の状態を選択し、前記交流電源入力が停電状態であると判断されるときには前記第２の状態を選択することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力変換装置。
【請求項１】
交流電源入力を直流電力に変換する第１の状態と前記直流電力への変換動作を停止する第２の状態とのうちの何れかの状態を選択可能な整流部と、
直流電力を交流電力に変換して負荷供給用の交流電力を生成し前記負荷供給用の交流電力を負荷に供給するインバータ部と、
直流電力源と、を有し、
前記インバータ部は、前記整流部で前記第１の状態が選択されているときには前記整流部で変換した直流電力から前記負荷供給用の交流電力を生成し、前記第２の状態が選択されているときには前記直流電力源の直流電力から前記負荷供給用の交流電力を生成するようになっている電力変換装置において、
前記整流部及び前記インバータ部は、スイッチング素子とこのスイッチング素子に逆並列に接続されたダイオードとを１アームとして２つのアームが直列に接続されたスイッチングアーム直列接続部を、それぞれ少なくとも１つ有し、
前記整流部で前記第２の状態が選択されているときには、前記整流部の少なくとも１つのスイッチングアーム直列接続部において何れか一方のスイッチング素子のみを導通状態に保持することを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】
前記整流部の前記スイッチングアーム直列接続部を構成する２つのスイッチング素子のうち、低電圧側のスイッチング素子のみを導通状態に保持することを特徴とする請求項１記載の電力変換装置。
【請求項３】
前記整流部は、前記交流電源入力が非停電状態であると判断されるときには前記第１の状態を選択し、前記交流電源入力が停電状態であると判断されるときには前記第２の状態を選択することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の電力変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１０−１４８２０４（Ｐ２０１０−１４８２０４Ａ）
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２０９３０（Ｐ２００８−３２０９３０）
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年７月１日（２０１０．７．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１７日（２００８．１２．１７）
【出願人】（５９１０８３２４４）富士電機システムズ株式会社 (1,717)
【Ｆターム（参考）】
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