WO2024111083A1

WO2024111083A1 - 電源装置

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Publication number: WO2024111083A1
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Inventors: 伸行百地; 治義森
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Abstract

この無停電電源装置の制御装置（１５）は、インバータ給電モードの実行中にテストモードを実行し、バイパス回路（８）を導通状態にさせるとともにインバータ（５）の出力電流（ＩＯ）を減少させ、インバータの出力電圧（ＶＯ）に基づいてバイパス回路が正常に動作するか否かを判定する。したがって、バイパス回路が正常に動作しない場合には、バイパス回路を修理、交換することにより、インバータが故障した場合に負荷（２３）の運転が停止されることを未然に防止できる。

Description

電源装置

　本開示は電源装置に関し、逆変換器およびバイパス回路を備える電源装置に関する。

　たとえば特開２０２２－１４３９６７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逆変換器と、交流電源と負荷の間に接続されるバイパス回路と、逆変換器およびバイパス回路を制御する制御装置とを備えた電源装置が開示されている。

　制御装置は、逆変換器が正常に動作する場合には、バイパス回路を非導通状態にさせるとともに、逆変換器から負荷に交流電力を供給させる第１の給電モードを実行する。また制御装置は、逆変換器が正常に動作しない場合には、バイパス回路を導通状態にさせるとともに、逆変換器の運転を停止させる第２の給電モードを実行する。したがって、逆変換器が故障した場合でも、負荷の運転を継続することができる。

特開２０２２－１４３９６７号公報

　このような電源装置では、第１の給電モードの実行中にバイパス回路が故障する場合がある。この場合は、逆変換器が故障したときにバイパス回路を導通状態にさせることができず、負荷の運転が停止してしまうという問題がある。

　それゆえに、本開示の主たる目的は、負荷の運転が停止されることを未然に防止することが可能な電源装置を提供することである。

　本開示の電源装置は、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逆変換器と、交流電源と負荷の間に接続されるバイパス回路と、逆変換器およびバイパス回路を制御する制御装置とを備えたものである。制御装置は、逆変換器が正常に動作する場合には、バイパス回路を非導通状態にさせるとともに、逆変換器から負荷に交流電力を供給させる第１の給電モードを実行する。また、制御装置は、逆変換器が正常に動作しない場合には、バイパス回路を導通状態にさせるとともに、逆変換器の運転を停止させる第２の給電モードを実行する。また、制御装置は、第１の給電モードの実行中に、バイパス回路を導通状態にさせ、逆変換器の出力電圧に基づいてバイパス回路が正常に動作するか否かを判定する第３の給電モードを実行する。

　本開示の電源装置では、第１の給電モードの実行中に、バイパス回路を導通状態にさせ、逆変換器の出力電圧に基づいてバイパス回路が正常に動作するか否かを判定する第３の給電モードを実行する。したがって、バイパス回路が正常に動作しないと判定された場合には、バイパス回路を修理するか新品と交換することにより、逆変換器が故障した場合に負荷の運転が停止されることを未然に防止することができる。

本開示の一実施の形態に従う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に示す制御装置の要部を示すブロック図である。図２に示す制御回路のうちの半導体スイッチおよびインバータ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３に示す制御部４７の構成を示すブロック図である。図４に示す電流指令部の動作を示すタイムチャートである。図２～図５に示す制御回路の動作を示すフローチャートである。図６に示すテストモード時の動作を示すフローチャートである。

　図１は、本開示の一実施の形態に従う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、バッテリ端子Ｔ２、出力端子Ｔ３、電流検出器ＣＤ１～ＣＤ３、コンバータ１、直流ライン２、コンデンサ３、双方向チョッパ４、インバータ５、スイッチ６，７、バイパス回路８、操作部１４、および制御装置１５を備える。

　入力端子Ｔ１は、商用交流電源２１から商用周波数の交流電力を受ける。バッテリ端子Ｔ２は、バッテリ２２に接続される。バッテリ２２（電力貯蔵装置）は、直流電力を蓄える。バッテリ２２の代わりにコンデンサが接続されていても構わない。出力端子Ｔ３は、負荷２３に接続される。負荷２３は、無停電電源装置から供給される商用周波数の交流電力によって駆動される。

　コンバータ１、直流ライン２、およびインバータ５は、入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ３の間に直列接続される。コンデンサ３は、直流ライン２に接続され、直流ライン２の直流電圧ＶＤを平滑化および安定化させる。双方向チョッパ４は、バッテリ端子Ｔ２と直流ライン２との間に接続される。

　商用交流電源２１から供給される交流入力電圧ＶＩの瞬時値は、制御装置１５によって検出される。制御装置１５は、交流入力電圧ＶＩの瞬時値に基づいて、商用交流電源２１から交流電圧ＶＩが正常に供給されているか否かを判別する。

　また、負荷２３に印加される交流出力電圧ＶＯの瞬時値は、制御装置１５によって検出される。直流ライン２の直流電圧ＶＤの瞬時値は、制御装置１５によって検出される。バッテリ２２の端子間電圧ＶＢの瞬時値は、制御装置１５によって検出される。

　電流検出器ＣＤ１は、商用交流電源２１とコンバータ１の間に流れる交流入力電流Ｉｉを検出し、その検出値を示す信号Ｉｉｆを制御装置１５に与える。電流検出器ＣＤ２は、バッテリ２２と双方向チョッパ４との間に流れる直流電流ＩＢを検出し、その検出値を示す信号ＩＢｆを制御装置１５に与える。電流検出器ＣＤ３は、無停電電源装置から負荷２３に流れる負荷電流ＩＬを検出し、その検出値を示す信号ＩＬｆを制御装置１５に与える。

　コンバータ１（順変換器）は、制御装置１５によって制御され、商用交流電源２１から交流電力が正常に供給されている場合（商用交流電源２１の健全時）に、商用交流電源２１からの交流電力を直流電力に変換して直流ライン２に出力する。コンバータ１は、複数組のＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）およびダイオードを含む周知のものである。

　商用交流電源２１の健全時には、制御装置１５は、直流ライン２の直流電圧ＶＤが参照直流電圧ＶＤＲになるようにコンバータ１を制御する。商用交流電源２１からの交流電力の供給が停止された場合（商用交流電源２１の停電時）には、制御装置１５はコンバータ１の運転を停止させる。

　双方向チョッパ４は、制御装置１５によって制御され、直流ライン２とバッテリ２２との間で直流電力を授受する。双方向チョッパ４は、複数組のＩＧＢＴおよびダイオードと、リアクトルとを含む周知のものである。

　商用交流電源２１の健全時には、制御装置１５は、バッテリ電圧ＶＢが参照直流電圧ＶＢＲになるように双方向チョッパ４を制御する。商用交流電源２１の停電時には、制御装置１５は、直流ライン２の直流電圧ＶＤが参照直流電圧ＶＤＲになるように双方向チョッパ４を制御する。コンバータ１，双方向チョッパ４、およびバッテリ２２は、インバータ５に直流電力を供給する「直流電源」の一実施例を構成する。

　インバータ５（逆変換器）は、制御装置１５によって制御され、コンバータ１および双方向チョッパ４から直流ライン２を介して供給される直流電力を商用周波数の交流電力に変換して負荷２３に供給する。インバータ５は、複数組のＩＧＢＴおよびダイオードを含む周知のものである。

　インバータ５が正常に動作する場合には、インバータ５から負荷２３に交流電力が供給される。インバータ５が正常に動作しない場合には、インバータ５の運転は停止される。インバータ５の制御方法については、後で詳細に説明する。

　スイッチ６、バイパス回路８、およびスイッチ７は、入力端子Ｔ１とインバータ５の出力ノード５ａとの間に直列接続される。スイッチ６，７は、制御装置１５によって制御される。スイッチ６，７は、無停電電源装置の使用時にオンされ、バイパス回路８を入力端子Ｔ１とインバータ５の出力ノード５ａとの間に接続する。

　また、スイッチ６，７は、バイパス回路８のメンテナンス時にオフされ、バイパス回路８を商用交流電源２１および負荷２３から電気的に切り離す。これにより、バイパス回路８の修理、交換が可能となる。

　バイパス回路８は、スイッチ６の一方端子とスイッチ７の一方端子との間に直列接続されたヒューズ９、遮断部１０、および半導体スイッチ１１を含む。ヒューズ９は、過電流が流れた場合にブローされ、バイパス回路８、負荷２３などを保護する。

　遮断部１０は、無停電電源装置の使用時に、制御装置１５によってオン状態にされる。商用交流電源２１の停電が発生して交流入力電圧ＶＩが下限電圧よりも低下すると、遮断部１０はオフ状態になり、インバータ５によって生成される交流電力が商用交流電源２１側に逆流することを防止する。

　半導体スイッチ１１は、互いに逆並列に接続された一対のサイリスタ１２，１３を含み、制御装置１５によって制御される。インバータ５が正常に動作している場合には、半導体スイッチ１１はオフされる。インバータ５が正常に動作しない場合には、半導体スイッチ１１はオンされ、商用交流電源２１からスイッチ６、バイパス回路８、およびスイッチ７を介して負荷２３に交流電力が供給される。

　操作部１４は、複数のボタン、複数のスイッチ、画像表示部を含む。無停電電源装置の使用者は、操作部１４を操作することにより、無停電電源装置を自動運転させたり、所望の給電モードを選択して実行させることができる。操作部１４は、使用者によって操作された内容を示す信号および情報を制御装置１５に出力する。

　制御装置１５は、操作部１４からの信号、交流入力電圧ＶＩ、交流出力電圧ＶＯ、直流電圧ＶＤ、バッテリ電圧ＶＢ、交流入力電流Ｉｉ、交流出力電流ＩＯに基づいて、コンバータ１、双方向チョッパ４、インバータ５、バイパス回路８、およびスイッチ６，７を制御する。

　図２は、制御装置１５の要部を示すブロック図である。図２において、制御装置１５は、電圧検出器３１～３４、停電検出器３５、故障検出器３６、タイマー３７、報知部３８、および制御回路３９を含む。

　電圧検出器３１は、商用交流電源２１から供給される交流入力電圧ＶＩの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＩｆを停電検出器３５および制御回路３９に出力する。電圧検出器３２は、負荷２３に印加される交流出力電圧ＶＯの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＯｆを制御回路３９に出力する。

　電圧検出器３３は、直流ライン２の直流電圧ＶＤの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＤｆを制御回路３９に出力する。電圧検出器３４は、バッテリ２２の端子間電圧ＶＢの瞬時値を検出し、その検出値を示す信号ＶＢｆを制御回路３９に出力する。電流検出器ＣＤ１～ＣＤ３（図１）の出力信号Ｉｉｆ，ＩＢｆ，ＩＬｆは、制御回路３９に与えられる。

　停電検出器３５は、電圧検出器３１の出力信号ＶＩｆに基づいて商用交流電源２１の停電が発生しているか否かを検出し、その検出結果を示す停電検出信号φ３５を制御回路３９に出力する。商用交流電源２１が健全である場合には、停電検出信号φ３５は非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。商用交流電源２１の停電が発生している場合には、停電検出信号φ３５は活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。

　たとえば、停電検出器３５は、交流入力電圧ＶＩが下限値よりも高い場合には、商用交流電源２１は健全であると判定し、停電検出信号φ３５を非活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。また、停電検出器３５は、交流入力電圧ＶＩが下限値よりも低い場合には、商用交流電源２１の停電が発生したと判定し、停電検出信号φ３５を活性化レベルの「Ｌ」レベルにする。

　故障検出器３６は、インバータ５が正常に動作するか否かを判定し、判定結果を示す故障検出信号φ３６を制御回路３９に出力する。インバータ５が正常に動作している場合には、故障検出信号φ３６は非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。インバータ５が正常に動作していない場合には、故障検出信号φ３６は活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。

　たとえば、故障検出器３６は、インバータ５を制御する制御信号の波形と、インバータ５の交流出力電圧ＶＯまたは負荷電流ＩＬの波形とを比較し、比較結果に基づいてインバータ５が正常に動作するか否かを判定する。

　タイマー３７は、制御回路３９からのリセット信号ＲＳＴが所定時間だけ活性化レベルの「Ｈ」レベルにされた場合にリセットされ、リセットされてから経過した時間ＴＤを計測し、計測した時間ＴＤを示す信号ＴＤｆを制御回路３９に出力する。

　報知部３８は、故障検出信号φ３６が活性化レベルの「Ｈ」レベルにされた場合に、インバータ５が故障した旨を音、光、画像などを用いて無停電電源装置の使用者に報知する。また報知部３８は、制御回路３９からの故障検出信号φＢＰが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされた場合に、バイパス回路８が故障した旨を音、光、画像などを用いて無停電電源装置の使用者に報知する。故障検出信号φＢＰについては後述する。

　制御回路３９は、電圧検出器３１～３４の出力信号ＶＩｆ，ＶＯｆ，ＶＤｆ，ＶＢｆ、電流検出器ＣＤ１～ＣＤ３の出力信号Ｉｉｆ，ＩＢｆ，ＩＯｆ、停電検出信号φ３５、故障検出信号φ３６，φＢＰ、タイマー３７の出力信号ＴＤｆ、操作部１４からの信号に基づいて、無停電電源装置全体を制御する。

　すなわち、商用交流電源２１が健全であり、インバータ５が正常に動作する場合には（φ３５＝Ｌ，φ３６＝Ｌ）、制御回路３９はインバータ給電モード（第１の給電モード）を実行する。このとき制御回路３９は、半導体スイッチ１１をオフさせてバイパス回路８を非導通状態にさせるとともに、交流出力電圧ＶＯが所定値になるようにインバータ５を制御する。この場合は、インバータ５から負荷２３に交流電力が供給される。

　また、商用交流電源２１が健全であり、インバータ５が正常に動作しない場合には（φ３５＝Ｌ，φ３６＝Ｈ）、制御回路３９はバイパス給電モード（第２の給電モード）を実行する。このとき制御回路３９は、半導体スイッチ１１をオンさせてバイパス回路８を導通状態にさせるとともに、インバータ５の運転を停止させる。この場合は、商用交流電源２１からスイッチ６、バイパス回路８、およびスイッチ７を介して負荷２３に交流電力が供給される。したがって、インバータ５が故障した場合でも、負荷２３の運転を継続することができる。

　また制御回路３９は、インバータ給電モードの実行中に、タイマー３７の出力信号ＴＤｆによって示される時間ＴＤが所定時間Ｔｃを超えた場合にテストモード（第３の給電モード）を実行する。このとき制御回路３９は、半導体スイッチ１１をオンさせてバイパス回路８を導通状態にさせるとともに、インバータ５の交流出力電流ＩＯが所定値になるようにインバータ５を制御する。この場合、バイパス回路８に流れる電流ＩＢＰとインバータ５の出力電流ＩＯとの和が負荷電流ＩＬ＝ＩＢＰ＋ＩＯとなる。

　そして制御回路３９は、負荷２３に供給する交流電力ＰＬを一定に維持しながら、インバータ５の出力電流ＩＯを減少させる。バイパス回路８が正常に動作して導通状態になっている場合には、インバータ５の出力電流ＩＯを減少させるとバイパス回路８に流れる電流ＩＢＰが増大し、負荷電流ＩＬおよび交流出力電圧ＶＯは変化せず、ＶＯ＝ＶＩとなる。この場合、制御回路３９は、故障検出信号φＢＰを非活性化レベルの「Ｌ」レベルにする。

　バイパス回路８が正常に動作せずに非導通状態になっている場合には、バイパス回路８に流れる電流ＩＢＰは０Ａとなり、インバータ５の出力電流ＩＯを減少させると負荷電流ＩＬが減少し、負荷２３に供給する交流電力ＰＬを一定値に維持するためにインバータ５の交流出力電圧ＶＯが上昇する。

　交流出力電圧ＶＯが所定の電圧ＶＯＨ以上になった場合には、制御回路３９は、バイパス回路８は正常に動作していないと判定し、故障検出信号φＢＰを活性化レベルの「Ｈ」レベルにする。バイパス回路８が正常に動作しない場合としては、ヒューズ９がブローされている場合、遮断部１０がオフ状態になっている場合、半導体スイッチ１１が破損している場合がある。

　テストモードの実行が終了した場合には、制御回路３９は、リセット信号ＲＳＴを所定時間だけ活性化レベルの「Ｈ」レベルにしてタイマー３７をリセットし、再びインバータ給電モードを実行する。

　また、インバータ給電モードの実行中に商用交流電源２１の停電が発生した場合には、制御回路３９はバッテリ給電モード（第４の給電モード）を実行する。このとき制御回路３９は、コンバータ１の運転を停止させ、直流ライン２の直流電圧ＶＤが参照直流電圧ＶＤＲになるように双方向チョッパ４を制御する。

　この場合は、バッテリ２２の直流電力が双方向チョッパ４を介してインバータ５に供給され、交流電力に変換されて負荷２３に供給される。したがって、商用交流電源２１の停電が発生した場合でも、バッテリ２２に直流電力が蓄えられている期間は負荷２３の運転を継続することができる。

　図３は、制御回路３９のうちの半導体スイッチ１１およびインバータ５の制御に関連する部分を示すブロック図である。図３において、制御回路３９は、比較部４１～４４および制御部４５～４７を含む。

　比較部４１は、タイマー３７（図２）の出力信号ＴＤｆによって示される時間ＴＤと所定時間Ｔｃとの長短を比較し、比較結果を示す信号φ４１を制御部４５に出力する。ＴＤ＜Ｔｃである場合には、信号φ４１は「Ｌ」レベルにされる。ＴＤ≧Ｔｃである場合には、信号φ４１は「Ｈ」レベルにされる。所定時間Ｔｃは、インバータ給電モードの実行中にテストモードを実行する周期である。

　比較部４２は、電圧検出器３１（図２）の出力信号ＶＩｆによって示される交流入力電圧ＶＩと下限電圧ＶＩＬとの高低を比較し、比較結果を示す信号φ４２を制御部４５に出力する。ＶＩ≧ＶＩＬである場合には、信号φ４２は「Ｈ」レベルにされる。ＶＩ＜ＶＩＬである場合には、信号φ４２は「Ｌ」レベルにされる。

　下限電圧ＶＩＬは、負荷２３を正常に動作させるために最低限必要な電圧である。バイパス回路８を導通状態にさせるとＶＯ＝ＶＩとなるので、信号φ４２が「Ｌ」レベルである場合には（ＶＩ＜ＶＩＬ）、バイパス回路８を導通状態にさせることが防止される。

　比較部４３は、電圧検出器３２（図２）の出力信号ＶＯｆによって示される交流出力電圧ＶＯと所定電圧ＶＯＨとの高低を比較し、比較結果を示す信号φ４３を制御部４５に出力する。ＶＯ＜ＶＯＨである場合には、信号φ４３は「Ｌ」レベルにされる。ＶＯ≧ＶＯＨである場合には、信号φ４３は「Ｈ」レベルにされる。テストモード時に交流出力電圧ＶＯが上昇して信号φ４３が「Ｈ」レベルになった場合には、バイパス回路８が正常に動作しないと判定される。

　比較部４４は、制御部４７においてテストモード時に生成される電流指令値Ｉｃ１と下限値Ｉｃ１Ｌとの大小を比較し、比較結果を示す信号φ４４を制御部４５に出力する。Ｉｃ１＞Ｉｃ１Ｌである場合には、信号φ４４は「Ｈ」レベルにされる。Ｉｃ１≦Ｉｃ１Ｌである場合には、信号φ４４は「Ｌ」レベルにされる。信号φ４４が「Ｌ」レベルにされたとき、インバータ５の出力電流ＩＯを減少させる動作が停止される。

　制御部４５は、停電検出信号φ３５（図２）、故障検出信号φ３６（図２）、および比較部４１～４４の出力信号φ４１～φ４４に基づいて、テスト信号ＴＥ、故障検出信号φＢＰ、およびリセット信号ＲＳＴを生成する。

　すなわち制御部４５は、商用交流電源２１が健全であり（φ３５＝Ｌ）、インバータ５が正常に動作し（φ３６＝Ｌ）、タイマー３７の計測時間ＴＤが所定時間Ｔｃ以上であり（φ４１＝Ｈ）、かつ交流入力電圧ＶＩが下限電圧ＶＩＬよりも高い（φ４２＝Ｈ）場合に、テスト信号ＴＥを活性化レベルの「Ｈ」レベルにしてテストモードの実行を開始する。テスト信号ＴＥは、制御部４６，４７に与えられる。

　テストモード時に交流出力電圧ＶＯが所定電圧ＶＯＨ以上に上昇した場合（φ４３＝Ｈ）には、制御部４５は、バイパス回路８は正常に動作しないと判定して故障検出信号φＢＰを活性化レベルの「Ｈ」レベルにし、テスト信号ＴＥを「Ｌ」レベルにし、リセット信号ＲＳＴを所定時間だけ「Ｈ」レベルにしてタイマー３７をリセットさせる。

　テストモード時に交流出力電圧ＶＯが所定電圧ＶＯＨよりも低い場合（φ４３＝Ｌ）には、制御部４５は、バイパス回路８は正常に動作する判定して故障検出信号φＢＰを非活性化レベルの「Ｌ」レベルにし、電流指令値Ｉｃ１が下限値Ｉｃ１Ｌ以下になった場合に（φ４４＝Ｌ）、テスト信号ＴＥを「Ｌ」レベルにし、リセット信号ＲＳＴを所定時間だけ「Ｈ」レベルにしてタイマー３７をリセットさせる。

　制御部４６は、停電検出信号φ３５（図２）、故障検出信号φ３６（図２）、およびテスト信号ＴＥに従って半導体スイッチ１１を制御する。制御部４６は、商用交流電源２１が健全であり（φ３５＝Ｌ）、インバータ５が正常に動作し（φ３６＝Ｌ）、テスト信号ＴＥが「Ｌ」レベルである場合には、半導体スイッチ１１をオフさせる。

　制御部４６は、商用交流電源２１が健全であり（φ３５＝Ｌ）、インバータ５が正常に動作し（φ３６＝Ｌ）、テスト信号ＴＥが「Ｈ」レベルである場合には、半導体スイッチ１１をオンさせる。

　制御部４６は、商用交流電源２１の健全時にインバータ５が故障した場合には（φ３５＝Ｌ、φ３６＝Ｈ）、半導体スイッチ１１をオンさせる。制御部４６は、商用交流電源２１の停電時には（φ３５＝Ｈ）、半導体スイッチ１１をオフさせる。

　制御部４７は、テスト信号ＴＥ、故障検出信号φ３６（図２）、電圧検出器３１（図２）の出力信号ＶＩｆ、電圧検出器３２（図２）の出力信号ＶＯｆ、および電流検出器ＣＤ３（図１）の出力信号ＩＬｆに従ってインバータ５を制御する。制御部４７は、信号ＶＩｆによって示される交流入力電圧ＶＩに同期して動作する。

　制御部４７は、インバータ５が正常に動作し（φ３６＝Ｌ）、テスト信号ＴＥが「Ｌ」レベルである場合には、信号ＶＯｆによって示される交流出力電圧ＶＯが電圧指令値Ｖｃになるようにインバータ５を制御する。

　制御部４７は、インバータ５が正常に動作し（φ３６＝Ｌ）、テスト信号ＴＥが「Ｈ」レベルである場合には、信号ＩＬｆによって示される交流出力電流ＩＬｆが電流指令値Ｉｃ１になり、かつ信号ＶＯｆ，ＩＬｆから求められる電力ＰＬが電力指令値Ｐｃになるようにインバータ５を制御しながら、電流指令値Ｉｃ１を減少させる。制御部４７は、インバータ５が正常に動作しない場合には（φ３６＝Ｈ）、インバータ５の運転を停止させる。

　図４は、制御部４７の構成を示すブロック図である。図４において、制御部４７は、電圧指令部５１、電流制御部５２，６７、電圧制御部５３，６２，６５、ＰＷＭ（Pulse　Width　Modulation）制御部５４，６８、セレクタ５５、電流指令部６１、電力指令部６３、電力検出部６４、加算器６６を備える。

　電圧指令部５１は、所定の電圧指令値Ｖｃを出力する。電圧指令値Ｖｃは、商用交流電源２１の健全時における交流入力電圧ＶＩと同じ周波数で同じ位相の正弦波信号である。電流制御部５２は、電圧指令値Ｖｃと、電圧検出器３２（図２）の出力信号ＶＯｆによって示される交流出力電圧ＶＯとの偏差ΔＶ＝Ｖｃ－ＶＯを求め、その偏差ΔＶがなくなるように電流制御値Ｉｃを生成する。

　電圧制御部５３は、電流制御部５２からの電流制御値Ｉｃと、電流検出器ＣＤ３の出力信号ＩＬｆによって示される負荷電流ＩＬとの偏差ΔＩ＝Ｉｃ－ＩＬを求め、その偏差ΔＩがなくなるように電圧制御値Ｖｃ１を生成する。

　セレクタ５５は、テスト信号ＴＥが非活性化レベルの「Ｌ」レベルである場合には、ＰＷＭ制御部５４とインバータ５とを結合させ、テスト信号ＴＥが活性化レベルの「Ｈ」レベルである場合には、ＰＷＭ制御部６８とインバータ５とを結合させる。

　ＰＷＭ制御部５４は、テスト信号ＴＥが「Ｌ」レベルである場合に、セレクタ５５によってインバータ５に結合される。故障検出信号φ３６が非活性化レベルの「Ｌ」レベルである場合には、ＰＷＭ制御部５４は、電圧制御値Ｖｃ１に従ってＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号によってインバータ５を制御する。故障検出信号φ３６が活性化レベルの「Ｈ」レベルである場合には、ＰＷＭ制御部５４は、インバータ５の運転を停止させる。

　電流指令部６１は、所定の電流指令値Ｉｃ１を生成する。電流指令値Ｉｃ１は、負荷電流ＩＬと同じ周波数で同じ位相の正弦波信号である。電流指令部６１は、テスト信号ＴＥが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされたことに応じて、電流指令値Ｉｃ１を徐々に減少させる。

　図５は、電流指令部６１の動作を示すタイムチャートである。図５において、電流指令部６１は、電流指令値Ｉｃ１を一定に維持する待機動作（期間ＴＡ）と、電流指令値Ｉｃ１を所定速度で減少させる制御動作（期間ＴＢ）とを交互に繰り返し、電流指令値Ｉｃ１を徐々に低下させる。なお、電流指令部６１が電流指令値Ｉｃ１を一定速度で減少させても構わない。

　電圧制御部６２は、電流指令部６１からの電流指令値Ｉｃ１と、電流検出器ＣＤ３の出力信号ＩＬｆによって示される負荷電流ＩＬとの偏差ΔＩ＝Ｉｃ１－ＩＬを求め、その偏差ΔＩがなくなるように電圧制御値Ｖｃ２を生成する。

　電力指令部６３は、所定の電力指令値Ｐｃを出力する。電力検出部６４は、電圧検出器３２（図２）の出力信号ＶＯｆによって示される交流出力電圧ＶＯと、電流検出器ＣＤ３（図１）の出力信号ＩＬｆによって示される負荷電流ＩＬとに基づいて、負荷２３に供給される交流電力ＰＬ＝ＶＯ×ＩＬを検出し、その検出値を示す信号ＰＬｆを出力する。

　電圧制御部６５は、電力指令値Ｐｃと、電力検出部６４の出力信号ＰＬｆによって示される交流電力ＰＬとの偏差ΔＰ＝Ｐｃ－ＰＬがなくなるように電圧制御値ΔＶｃ２を生成する。加算器６６は、電圧制御部６２によって生成される電圧制御値Ｖｃ２と、電圧制御部６５によって生成される電圧制御値ΔＶｃ２とを加算して電圧制御値Ｖｃ３＝Ｖｃ２＋ΔＶｃ２を生成する。

　電流制御部６７は、加算器６６によって生成される電圧制御値Ｖｃ３と、電圧検出器３２（図２）の出力信号ＶＯｆによって示される交流出力電圧ＶＯとの偏差ΔＶ＝Ｖｃ３－ＶＯを求め、その偏差ΔＶがなくなるように電流制御値Ｉｃを生成する。

　ＰＷＭ制御部６８は、テスト信号ＴＥが「Ｈ」レベルである場合に、セレクタ５５によってインバータ５に結合される。故障検出信号φ３６が非活性化レベルの「Ｌ」レベルである場合には、ＰＷＭ制御部６８は、電流指令値Ｉｃに従ってＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号によってインバータ５を制御する。故障検出信号φ３６が活性化レベルの「Ｈ」レベルである場合には、ＰＷＭ制御部６８は、インバータ５の運転を停止させる。

　図６は、図２～図５で示した制御回路３９の動作を示すフローチャートである。図６のステップＳ１において制御回路３９は、停電検出信号φ３５に基づいて商用交流電源２１は健全であるか否かを判別する。商用交流電源２１が健全である場合には（φ３５＝Ｌ）、ステップＳ２において制御回路３９は、故障検出信号φ３６に基づいてインバータ５が正常に動作するか否かを判別する。

　インバータ５が正常に動作する場合には（φ３６＝Ｌ）、ステップＳ３において制御回路３９は、タイマー３７の出力信号ＴＤｆによって示される時間ＴＤが所定時間Ｔｃよりも短いか否かを判定する。

　ＴＤ＜Ｔｃである場合には、ステップＳ４において制御回路３９は、インバータ給電モードを実行し、半導体スイッチ１１をオフさせ、インバータ５によって生成される交流電力を負荷２３に供給させる。

　すなわちＴＤ＜Ｔｃである場合には、比較部４１（図３）の出力信号φ４１が「Ｌ」レベルにされ、制御部４５によってテスト信号ＴＥが非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。テスト信号ＴＥが「Ｌ」レベルにされると、制御部４６によって半導体スイッチ１１がオフされ、ＰＷＭ制御部５４（図４）がセレクタ５５によってインバータ５に結合される。

　電圧指令部５１から電圧指令値Ｖｃが出力され、その電圧指令値Ｖｃと交流出力電圧ＶＯとの偏差がなくなるように電流制御部５２によって電流制御値Ｉｃが生成され、その電流制御値Ｉｃと負荷電流ＩＬとの偏差がなくなるように電圧制御部５３によって電圧制御値Ｖｃ１が生成される。ＰＷＭ制御部５４は、電圧制御値Ｖｃ１に従ってインバータ５を制御する。これにより、交流出力電圧ＶＯは、所定の電圧に維持される。

　制御回路３９は、インバータ給電モードを実行しながら、ステップＳ１～Ｓ４を繰り返し実行する。ステップＳ３においてＴＤ＜Ｔｃでないと判別した場合には、ステップＳ５において制御回路３９は、交流入力電圧ＶＩが下限電圧ＶＩＬ以上であるか否かを判別する。ＶＩ≧ＶＩＬでない場合には、ステップＳ４に戻る。Ｉ≧ＶＩＬである場合には、ステップＳ６において制御回路３９はテストモードを実行してステップＳ４に戻る。

　図７は、テストモード時における制御回路３９の動作を示すフローチャートある。図７のステップＳ１１において制御回路３９内の制御部４５（図３）は、テスト信号ＴＥを活性レベルの「Ｈ」レベルにする。

　テスト信号ＴＥが「Ｈ」レベルにされると、ステップＳ１２において制御部４６（図３）は半導体スイッチ１１をオンさせる。ステップＳ１３において制御部４７（図３）は、一定電圧制御から一定電流制御に移行する。

　すなわち、セレクタ５５（図４）によってＰＷＭ制御部６８とインバータ５が結合され、電流指令部６１が電流指令値Ｉｃ１を出力する。その電流指令値Ｉｃ１と負荷電流ＩＬの偏差がなくなるように電圧制御部６２によって電圧制御値Ｖｃ２が生成される。

　また、電力指令部６３から電力指令値Ｐｃが出力され、電力検出部６４によって交流出力電力ＰＬが検出され、電力指令値Ｐｃと交流出力電力ＰＬの偏差がなくなるように電圧制御部６５によって電圧制御値ΔＶｃ２が生成される。

　加算器６６によって電圧制御値Ｖｃ２と電圧制御値ΔＶｃ２が加算されて電圧制御値Ｖｃ３が生成され、その電圧制御値Ｖｃ３と交流出力電圧ＶＯの偏差がなくなるように電流制御値Ｉｃ２が生成される。ＰＷＭ制御部６８は、電流制御値Ｉｃ２に従ってインバータ５を制御する。これにより、負荷電流ＩＬは、所定の電流値に維持される。

　ステップＳ１４において電流指令部６１は、テスト信号ＴＥが活性化レベルの「Ｈ」レベルにされると、電流指令値Ｉｃ１を徐々に減少させる（図５）。電流指令値Ｉｃ１を減少させると、インバータ５の出力電流ＩＯ（図１）は減少する。

　バイパス回路８（図１）が正常に動作して導通状態になっている場合には、インバータ５の出力電流ＩＯが減少した分の電流が、商用交流電源２１からスイッチ６、バイパス回路８、およびスイッチ７を介して負荷２３に流れる。

　このとき、負荷電流ＩＬは、インバータの出力電流ＩＯと、バイパス回路８に流れる電流ＩＢＰとの和になる（ＩＬ＝ＩＯ＋ＩＢＰ）。また、交流入力電圧ＶＩがスイッチ６、バイパス回路８、およびスイッチ７を介して負荷２３に与えられ、ＶＯ＝ＶＩとなる。したがって、電流指令値Ｉｃ１を減少させても、負荷２３に供給される交流電力ＰＬは電力指令値Ｐｃに維持され、電力指令値ΔＶｃ１は０となり、交流出力電圧ＶＯは変化しない。

　これに対してバイパス回路８が正常に動作せずに非導通状態になっている場合には、インバータ５の出力電流ＩＯが減少した分の電流がバイパス回路８側から補充されず、インバータ５の出力電流ＩＯが負荷電流ＩＬとなる（ＩＬ＝ＩＯ）。したがって、負荷２３に供給される交流電力ＰＬが減少し、電圧指令値ΔＶｃ１が増大し、交流出力電圧ＶＯが上昇する。

　ステップＳ１５において制御部４５（図３）は、比較部４３の出力信号φ４３に基づいて、交流出力電圧ＶＯがしきい値電圧ＶＯＨよりも高いか否かを判別する。ＶＯ≧ＶＯＨである場合には（φ４３＝Ｈ）、制御部４５は、バイパス回路８が正常に動作しないと判別して故障検出信号φＢＰを活性化レベルの「Ｈ」レベルにし、ステップＳ１９に進む。

　故障検出信号φＢＰが「Ｈ」レベルにされると、バイパス回路８が故障している旨が報知部３８（図２）によって無停電電源装置の使用者に報知される。使用者は、操作部１４を操作してスイッチ６，７をオフさせ、バイパス回路８を商用交流電源２１、インバータ５および負荷２３から電気的に切り離し、バイパス回路８を修理するか新品と交換し、操作部１４を操作してスイッチ６，７をオンさせる。したがって、インバータ５が故障したときにバイパス回路８が導通状態にならず、負荷２３の運転が停止されることを未然に防止することができる。

　ステップＳ１５においてＶＯ＜ＶＯＨである場合には（φ４３＝Ｌ）、ステップＳ１７において制御部４５は、バイパス回路８が正常に動作すると判別して故障検出信号φＢＰを非活性化レベルの「Ｌ」レベルにし、ステップＳ１８に進む。

　ステップＳ１８において制御部４５は、比較部４４の出力信号φ４４に基づいて、電流指令値Ｉｃ１が下限値Ｉｃ１Ｌよりも小さいか否かを判別する。Ｉｃ１＞Ｉｃ１Ｌである場合には（φ４４＝Ｈ）、制御部４５は、電流指令値Ｉｃ１がまだ十分に減少されていないと判別してステップＳ１４に戻る。Ｉｃ１≦Ｉｃ１Ｌである場合には（φ４４＝Ｌ）、制御部４５は、電流指令値Ｉｃ１が十分に減少されたと判別してステップＳ１９に進む。

　ステップＳ１９において制御部４５は、テスト信号ＴＥを非活性化レベルの「Ｌ」レベルにする。ステップＳ２０において制御部４６（図３）は、半導体スイッチ１１をオフさせる。

　ステップＳ２１において制御部４７（図３）は、一定電流制御から一定電圧制御に移行する。一定電圧制御では、ＰＷＭ制御部５４（図４）がセレクタ５５によってインバータ５に結合され、交流出力電圧ＶＯが電圧指令値Ｖｃになるようにインバータ５が制御される。

　ステップＳ２２において制御部４５（図３）は、リセット信号φＲＳＴを所定時間だけ「Ｈ」レベルにしてタイマー３７（図２）をリセットする。リセットされたタイマー３７は、時間ＴＤの計測を０秒から再開する。これにより、テストモードが終了し、ステップＳ４に戻る。

　再び図６を参照して、制御回路３９は、インバータ給電モードを再開し、インバータ給電モードを実行しながら、ステップＳ１～Ｓ４を繰り返し実行する。ステップＳ１において商用交流電源２１が健全でないと判別した場合には（φ３５＝Ｈ）、制御回路３９（図２）は、ステップＳ７においてバッテリ給電モードを実行し、コンバータ１（図１）の運転を停止させ、直流ライン２の直流電圧ＶＤが参照直流電圧ＶＤＲになるように双方向チョッパ４を制御する。

　インバータ５は、バッテリ２２から双方向チョッパ４および直流ライン２を介して供給される交流電力を直流電力に変換して負荷２３に供給する。したがって、商用交流電源２１の停電が発生した場合でも、バッテリ２２に直流電力が蓄えられている期間は負荷２３の運転を継続することができる。

　また、ステップＳ２においてインバータ５が正常に動作しない場合には（φ３６＝Ｈ）、ステップＳ７において制御回路３９は、バイパス給電モードを実行する。すなわち、制御部４６（図３）によって半導体スイッチ１１がオンされ、制御部４７によってインバータ５の運転が停止され、商用交流電源２１からスイッチ６、バイパス回路８、およびスイッチ７を介して負荷２３に交流電力が継続される。したがって、インバータ５が故障した場合でも、負荷２３の運転を継続することができる。

　以上のように、本実施の形態に従う無停電電源装置によれば、インバータ給電モードの実行中に、バイパス回路８を導通状態にさせ、インバータ５の出力電圧ＶＯに基づいてバイパス回路８が正常に動作するか否かを判定するテストモードを実行する。したがって、バイパス回路８が正常に動作しないと判定された場合には、バイパス回路８を修理するか新品と交換することにより、インバータ５が故障した場合に負荷２３の運転が停止されることを未然に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。本開示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。

　Ｔ１　入力端子、Ｔ２　バッテリ端子、Ｔ３　出力端子、ＣＤ１～ＣＤ３　電流検出器、１　コンバータ、２　直流ライン、３　コンデンサ、４　双方向チョッパ、５　インバータ、６，７　スイッチ、８　バイパス回路、９　ヒューズ、１０　遮断部、１１　半導体スイッチ、１２，１３　サイリスタ、１４　操作部、１５　制御装置、２１　商用交流電源、２２　バッテリ、２３　負荷、３１～３４　電圧検出器、３５　停電検出器、３６　故障検出器、３７　タイマー、３８　報知部、３９　制御回路、４１～４４　比較部、４５～４７　制御部、５１　電圧指令部、５２，６７　電流制御部、５３，６２，６５　電圧制御部、５４，６８　ＰＷＭ制御部、５５　セレクタ、６１　電流指令部、６３　電力指令部、６４　電力検出部、６６　加算器。

Claims

　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逆変換器と、
　交流電源と負荷の間に接続されるバイパス回路と、
　前記逆変換器および前記バイパス回路を制御する制御装置とを備え、
　前記制御装置は、
　前記逆変換器が正常に動作する場合には、前記バイパス回路を非導通状態にさせるとともに、前記逆変換器から前記負荷に交流電力を供給させる第１の給電モードを実行し、
　前記逆変換器が正常に動作しない場合には、前記バイパス回路を導通状態にさせるとともに、前記逆変換器の運転を停止させる第２の給電モードを実行し、
　前記第１の給電モードの実行中に、前記バイパス回路を導通状態にさせ、前記逆変換器の出力電圧に基づいて前記バイパス回路が正常に動作するか否かを判定する第３の給電モードを実行する、電源装置。
　前記第３の給電モード時に前記制御装置は、
　前記バイパス回路を導通状態にさせるとともに、前記負荷に供給する交流電力を一定に維持しながら前記逆変換器の出力電流を減少させ、
　前記逆変換器の出力電圧が上昇した場合に前記バイパス回路は正常に動作しないと判定する、請求項１に記載の電源装置。
　前記第１の給電モード時に前記制御装置は、前記逆変換器の出力電圧が電圧指令値になるように前記逆変換器を制御し、
　前記第３の給電モード時に前記制御装置は、前記逆変換器の出力電流が電流指令値になるように前記逆変換器を制御し、前記電流指令値を減少させることによって前記逆変換器の出力電流を減少させる、請求項２に記載の電源装置。
　前記制御装置は、前記第１の給電モードの実行中に予め定められた周期で前記第３の給電モードを実行する、請求項１に記載の電源装置。
　前記制御装置は、前記バイパス回路が正常に動作しないと判定した場合には、その旨を前記電源装置の使用者に報知する、請求項１に記載の電源装置。
　前記直流電源は、
　前記交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換する順変換器と、
　直流電力を蓄える電力貯蔵装置とを含み、
　前記交流電源の健全時には、前記順変換器によって生成される直流電力が前記逆変換器に供給されるとともに前記電力貯蔵装置に蓄えられ、
　前記第１の給電モードの実行中に前記交流電源の停電が発生した場合には、前記制御装置は、前記順変換器の運転を停止させ、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記逆変換器に供給させ、前記逆変換器から前記負荷に交流電力を供給させる第４の給電モードを実行する、請求項１に記載の電源装置。