CN110249500A - 不间断电源装置 - Google Patents

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Abstract

在用来向负载(1A)供给直流电力的不间断电源装置(100)中，控制装置(16)构成为，在负载(1A)进行动力运转的情况下，使第2开关(15)导通而从二极管整流器(12)向负载(1A)供给直流电力，并且使第1开关(7)断开，对变换器(5)进行控制以抑制在从交流电源(1)向二极管整流器(12)流动的交流电流中所包含的高次谐波电流。控制装置(16)构成为，在负载(1A)进行再生运转的情况下，使第2开关(15)断开并使第1开关(7)导通，并且对变换器(5)进行控制以将负载(1A)产生的再生电力变换为交流电力。

Description

不间断电源装置
技术领域
本发明涉及不间断电源装置。
背景技术
不间断电源装置(Uninterruptible Power Supply：UPS)如日本特开2014－7929号公报(专利文献1)中所示那样，通常具有将交流电力变换为直流电力的变换器、和将直流电力变换为交流电力的逆变器的结构。此外，上述不间断电源装置连接着蓄电池，从该蓄电池向不间断电源装置供给直流电力。
在上述不间断电源装置中，变换器将来自商用交流电源的交流电力变换为直流电力。逆变器将来自变换器的直流电力或来自蓄电池的直流电力变换为一定频率及一定电压的交流电力，将变换后的交流电力向AC(Alternating Current：交流)负载供给。
此外，在商用交流电源发生异常(停电、瞬低等)时，从蓄电池向逆变器供给直流电力。由此，在商用交流电源发生异常时，不间断电源装置不间断地向AC负载供给交流电力。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2014－7929号公报
发明内容
发明要解决的课题
在使用上述不间断电源装置向DC(Direct Current：直流)负载供给的情况下，通常采用将由逆变器生成的交流电力通过设置在装置外部的AC适配器变换为与DC负载匹配的直流电力、将变换后的直流电力向DC负载供给的结构。但是，在上述结构中，由于在逆变器及AC适配器的各自中发生电力损失，所以效率有可能变低。
此外，在DC负载处产生再生电力的情况下，不间断电源装置需要用来将再生电力回收的机制。
本发明是为了解决上述那样的课题而做出的，其目的是提供一种能够以高的效率向直流负载供给电力、并且能够将直流负载处产生的再生电力回收的不间断电源装置。
用来解决课题的手段
根据本发明的一技术方案，不间断电源装置构成为，向负载供给直流电力。不间断电源装置具备与负载连接的直流母线、变换器、二极管整流器、DC/DC变换器、第1开关、第2开关和控制装置。变换器连接在交流电源及直流母线之间。二极管整流器与变换器并联地连接在交流电源及直流母线之间。DC/DC变换器构成为，在储存直流电力的电力储存装置及直流母线之间执行直流电压变换。第1开关电连接在变换器及直流母线之间。第2开关电连接在二极管整流器及直流母线之间。控制装置构成为，控制变换器、DC/DC变换器、第1及第2开关。控制装置在负载进行动力运转的情况下，将第2开关导通并从二极管整流器向负载供给直流电力。控制装置还对变换器进行控制，以将第1开关断开，抑制从交流电源向二极管整流器流动的交流电流中所包含的高次谐波电流。在负载进行再生运转的情况下，控制装置对变换器进行控制，以将第2开关断开并将第1开关导通，并且将负载产生的再生电力变换为交流电力。
发明效果
根据本发明，能够提供一种能够高效率地向直流负载供给电力、并且能够将直流负载处产生的再生电力回收的不间断电源装置。
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结构的电路框图。
图2是表示从交流电源正常地供给交流电力的情况下的电力的流动的图。
图3是表示在从交流电源供给的交流电力中发生了异常的情况下的电力的流动的图。
图4是表示负载处产生的再生电力的流动的图。
图5是表示变换器控制电路的结构的电路框图。
图6是用来说明由变换器控制电路执行的控制的流程图。
图7是表示本发明的实施方式2的不间断电源装置的结构的电路框图。
图8是用来说明由变换器控制电路执行的控制的流程图。
图9是表示本发明的实施方式3的不间断电源装置的结构的电路框图。
图10是用来说明由变换器控制电路执行的控制的流程图。
图11是表示本发明的实施方式4的不间断电源装置的结构的电路框图。
图12是表示在二极管整流器中发生了异常的情况下的电力的流动的图。
图13是用来说明由变换器控制电路执行的控制的流程图。
图14是表示本发明的实施方式5的不间断电源装置的结构的电路框图。
图15是用来说明由变换器控制电路执行的控制的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式详细地进行说明。另外，对相同或相当的部分赋予相同的标号，不重复其说明。
[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100的结构的电路框图。参照图1，本实施方式1的不间断电源装置100连接在交流电源1及DC负载1A(以下，简单称作负载1A)之间，构成为，向负载1A供给直流电力。
交流电源1例如是商用交流电源，将商用频率的交流电力向不间断电源装置100供给。不间断电源装置100实际上从交流电源1接受三相交流电力，但为了实现图面及说明的简单化，在图1中仅表示了一相的电路。
负载1A是由直流电力驱动的电气设备等。负载1A被从不间断电源装置100供给的直流电力驱动。负载1A能够交替地进行动力运转及再生运转。
不间断电源装置100具备输入端子T1、输出端子T2及电池端子T3。输入端子T1接受从交流电源1供给的交流电力。输出端子T2连接在负载1A。负载1A能够通过从不间断电源装置100供给的直流电力进行动力运转。
电池端子T3连接在蓄电池11。蓄电池11是能够进行直流电力的充电及放电的电池。蓄电池11与储存直流电力的“电力储存装置”的一实施例对应。在电池端子T3上，也可以代替蓄电池11而连接电容器(双电层电容器、电解电容器等)。
不间断电源装置100还具备开关2、7、10、15、熔丝3、电抗器4、13、变换器5、电容器6、14、直流母线8、二极管整流器12、双向斩波器9、电流检测器20～22、电压检测器23～26、变换器控制电路16及斩波器控制电路17。开关2、熔丝3、电抗器4、变换器5、开关7及直流母线8串联连接在输入端子T1及输出端子T2之间。
开关2连接在输入端子T1与变换器5之间。开关2在被从交流电源1正常地供给交流电力的通常情况被闭合(导通)，例如在不间断电源装置100的维护时被开放(断开)。开关2的导通断开由斩波器控制电路17控制。
熔丝3为了防止过电流从交流电源1流入而***在输入端子T1与变换器5之间的通电路径中。电抗器4使来自交流电源1的交流电力通过，为了防止变换器5处产生的开关频率的信号传输给交流电源1而设置。
变换器5构成为，将从交流电源1供给的交流电力变换(顺变换)为直流电力。变换器5生成的直流电力被向直流母线8输出。此时，变换器5将直流电流向直流母线8输出，以使直流母线8的电压VDC成为规定的参考电压VDCR。
此外，在经由直流母线8被供给负载1A处产生的再生电力(直流电力)的情况下，变换器5能够将该再生电力变换(逆变换)为商用频率的交流电力。变换器5中的电力变换由变换器控制电路16控制。
变换器5还能够作为减少从交流电源1流向二极管整流器12的交流电流I3中所包含的高次谐波的有源滤波器发挥功能。
变换器5由半导体开关元件构成。作为半导体开关元件，例如采用IGBT(InsulatedGate Bipolar Transistor)。作为半导体开关元件的控制方式，可以采用PWM(Pulse WidthModulation)控制。
直流母线8与输出端子T2连接，并且经由双向斩波器9及开关10与电池端子T3连接。电容器6与直流母线8连接，使直流母线8的电压VDC平滑化。开关10在不间断电源装置100的运转时被导通，在蓄电池11及不间断电源装置100的维护时被断开。开关10的导通断开由斩波器控制电路17控制。
双向斩波器9构成为，执行双向的直流电压变换(升压及降压)。在从交流电源1正常地供给交流电力的情况下，双向斩波器9将由变换器5生成的直流电力储存到蓄电池11。此时，双向斩波器9将直流电流向蓄电池11供给，以使蓄电池11的端子间电压(电池端子T3的电压)成为目标电池电压。
相对于此，在从交流电源1供给的交流电力中发生了异常的情况下(例如发生了停电的情况下)，双向斩波器9将蓄电池11的直流电力向负载1A供给。此时，电流从蓄电池11经由双向斩波器9向输出端子T2流动，以使直流母线8的电压VDC成为参考电压VDCR。双向斩波器9中的直流电压变换受斩波器控制电路17控制。双向斩波器9与“DC/DC变换器”的一实施例对应。
二极管整流器12在输入端子T1及输出端子T2之间与变换器5电气地并联连接。具体而言，二极管整流器12连接在输入端子T1与直流母线8之间。二极管整流器12构成为，在从交流电源1正常地供给了交流电力的情况下，将从交流电源1供给的交流电力变换为直流电力。二极管整流器12的交流端子连接在电抗器4的一方端子。
电抗器13的一方端子连接在二极管整流器12的直流端子，另一方端子连接在直流母线8上的节点N。电容器14连接在电抗器13的另一方端子。电抗器13及电容器14构成用来将从二极管整流器12输出的直流电力中所包含的高次谐波成分除去的滤波器。
开关7连接在变换器5的直流端子与直流母线8之间。开关7的一方端子连接在变换器5的直流端子，其另一方端子连接在节点N。开关7是半导体开关，例如是晶闸管开关。晶闸管的阳极及阴极分别连接在节点N及变换器5的直流端子。如果将开关7导通，则通过晶闸管的整流作用，电流从节点N朝向变换器5流动。开关7如后述那样，在负载1A的动力运转时断开，在负载1A的再生运转时导通。开关7的导通断开由变换器控制电路16控制。开关7与“第1开关”的一实施例对应。
开关15连接在二极管整流器12的直流端子与直流母线8之间。开关15的一方端子连接在电抗器13的另一方端子，其另一方端子连接在节点N。开关15是接触器等的机械式开关。开关15如后述那样，在负载1A的动力运转时导通，在负载1A的再生运转时断开。开关15的导通断开由变换器控制电路16控制。开关15与“第2开关”的一实施例对应。
电流检测器20检测从交流电源1流向变换器5的交流电流I1，向变换器控制电路16给予表示检测值的信号。电流检测器21检测流向负载1A的直流电流(以下也称作负载电流)I2，向变换器控制电路16给予表示检测值的信号。电流检测器22检测从交流电源1流向二极管整流器12的交流电流I3，向变换器控制电路16给予表示检测值的信号。
电压检测器23检测交流电源1的电压(以下，也称作交流电源电压)VAC，向斩波器控制电路17及变换器控制电路16给予表示检测值的信号。电压检测器24在开关7导通时检测直流母线8的电压VDC，向变换器控制电路16给予检测值。电压检测器25检测直流母线8的电压VDC，向斩波器控制电路17给予表示检测值的信号。电压检测器26在开关15导通时检测直流母线8的电压VDC，向变换器控制电路16给予检测值。
变换器控制电路16基于电流检测器20、21及电压检测器23、24、26的输出信号，对开关7、15的导通断开及变换器5进行控制。具体而言，变换器控制电路16基于直流母线8的电压VDC判定负载1A是在进行动力运转还是在进行再生运转，基于其判定结果，对开关7、15的导通断开及变换器5进行控制。关于变换器控制电路16的控制结构在后面叙述。
斩波器控制电路17基于电压检测器23、25的输出信号对双向斩波器9进行控制。斩波器控制电路17对双向斩波器9进行控制，以使直流母线8的电压VDC成为参考电压VDCR，并且对双向斩波器9进行控制，以使蓄电池11的端子间电压成为上限电压以下。变换器控制电路16及斩波器控制电路17与“控制装置”的一实施例对应。
接着，对本实施方式1的不间断电源装置100的动作进行说明。首先，参照图2及图3，对负载1A在进行动力运转的情况下的动作进行说明。
图2是表示从交流电源1正常地供给交流电力的情况下的电力的流动的图。在图2中，使用箭头L1表示电力的流动。
在此情况下，在不间断电源装置100中，开关15被导通，二极管整流器12与输出端子T2被电连接。另一方面，开关7被断开，变换器5与输出端子T2被电切断。由此，从交流电源1供给的交流电力被二极管整流器12变换为直流电力。由二极管整流器12生成的直流电力经由电抗器13及电容器14所构成的滤波器、开关15及直流母线8被从输出端子T2向负载1A供给。
另外，在蓄电池11的端子间电压比相当于规定的满电状态的电压低的情况下，二极管整流器12生成的直流电力被向负载1A供给，并且被双向斩波器9向蓄电池11供给。由此，蓄电池11在被充电为规定的满电状态之后成为待机状态。
如上述那样，变换器5构成为，将从交流电源1供给的交流电力变换(顺变换)为直流电力。因而，不间断电源装置100还能够使用变换器5向负载1A供给直流电力。但是，在顺变换的执行中，在变换器5中，由于半导体开关元件的导通断开而发生电力损失(导通损失、开关损失)。在变换器5中发生的电力损失导致不间断电源装置100的效率的下降。
相对于此，二极管整流器12由于不进行半导体开关元件的导通断开，所以与变换器5相比电力损失较少。本实施方式1的不间断电源装置100使用二极管整流器12向负载1A供给直流电力，从而能够得到较高的效率。
但是，另一方面，在流过二极管整流器12的交流侧的电流I3中较多地包含高次谐波。由于该高次谐波电流和电源阻抗而发生高次谐波电压，电压波形畸变。由此，有可能对与交流电源1相连的其他设备或器件带来振动、损伤、误动作等的影响。此外，如二极管整流器12那样，在电容器输入型整流器中，交流电流的导通角较窄，瞬间地流过大电流，所以有可能引起功率因数的下降。
这里，在二极管整流器12的动作中，通过开关7的断开，变换器5的直流侧与直流母线8被电切断。在本实施方式1中，通过使变换器5作为有源滤波器发挥功能，能够抑制高次谐波并改善功率因数。
具体而言，变换器5连接在作为高次谐波发生负载的二极管整流器12的交流侧。将变换器5作为能够产生任意波形的电流的电流源来掌握。变换器控制电路16从电流I3中提取高次谐波电流，由变换器5产生与提取出的高次谐波电流反相的高次谐波补偿电流，向与交流电源1的连接点注入。由此，高次谐波电流和高次谐波补偿电流相抵消，所以电流I3能够成为不包含高次谐波的正弦波。因而，能够降低对于与交流电源1相连的其他设备或器件带来的影响。
图3是表示在从交流电源1供给的交流电力中发生了异常的情况下的电力的流动的图。在图3中，使用箭头L2表示电力的流动。
在交流电源1停电的情况下，在不间断电源装置100中，开关15被断开，二极管整流器12和输出端子T2被电切断。此外，开关7被断开，变换器5和输出端子T2被电切断。
在此情况下，蓄电池11的直流电力通过双向斩波器9向负载1A供给。斩波器控制电路17基于电压检测器25的输出信号及蓄电池11的端子间电压，对双向斩波器9进行控制。双向斩波器9将蓄电池11的端子间电压升压，向直流母线8供给。斩波器控制电路17对双向斩波器9进行控制，以使直流母线8的电压VDC成为参考电压VDCR。
另外，在蓄电池11的端子间电压成为规定的下限电压的情况下，为了防止蓄电池11的过放电，将蓄电池11的放电停止。
这里，如果负载1A再生运转，则在负载1A中发生再生电力，再生电力从负载1A向输出端子T2流入。由此，直流母线8的电压VDC上升。变换器控制电路16基于电压检测器26的输出信号判定负载1A在进行再生运转，则通过将再生电力向交流电源1送回从而回收再生电力。
图4是表示负载1A产生的再生电力的流动的图。在图4中，将再生电力的流动用箭头L3表示。
在不间断电源装置100中，开关15被断开，二极管整流器12和输出端子T2被电切断。另一方面，开关7被导通，变换器5和输出端子T2被电连接。通过开关7的整流作用，负载1A产生的再生电力被向变换器5供给。变换器5将再生电力变换为商用频率的交流电力。由此，再生电力被向交流电源1送回。变换器控制电路16对变换器5进行控制，以使直流母线8的电压VDC成为参考电压VDCR。
如以上说明，变换器控制电路16在负载1A的动力运转时，使用变换器5作为有源滤波器。另一方面，在负载1A的再生运转时，变换器控制电路16能够使用变换器5将再生电力向交流电源1送回。
图5是表示变换器控制电路16的结构的电路框图。参照图5，变换器控制电路16包括高次谐波控制部30、电力变换控制部40、切换控制部60和切换电路62。
高次谐波控制部30构成为，生成用来对变换器5进行控制的控制信号以产生高次谐波补偿电流。高次谐波控制部30包括滤波器31、减法器32、36、电流控制部33、电压控制部37、加法器34及PWM控制部35。
滤波器31将电流检测器22检测出的交流电流I2分离为基本波电流和高次谐波电流。滤波器31提取高次谐波电流，向减法器32输出。即，滤波器31从交流电流I2将基本波电流除去。
减法器32从流到变换器5的交流电流I1的检测值减去滤波器31提取出的高次谐波电流，向电流控制部33给予表示减法结果ΔI的信号。
减法器36从直流母线8的电压VDC的检测值减去参考电压VDCR，向电压控制部37给予表示减法结果VDC－VDCR的信号。电压控制部37生成用来使VDC－VDCR成为0的电流指令值，向电流控制部33给予该电流指令值。
电流控制部33基于减法结果ΔI及电流指令值生成电压指令值，将该电压指令值给予加法器34。加法器34将电压检测器23检测出的交流电压VAC和电压指令值进行换算，生成电压指令值。
PWM控制部35在从加法器34接受到电压指令值的情况下，将电压指令值与三角波的载波信号进行比较，从而生成用来将变换器5的半导体开关元件导通断开的控制信号。由PWM控制部35生成的控制信号被给予切换电路62的第1输入端子I。
电力变换控制部40构成为，生成用来对变换器5进行控制的控制信号以将负载1A产生的再生电力变换为交流电力。电力变换控制部40包括减法器41、43、46、48、电压控制部47、电流控制部42、49、加法器50、坐标变换部44、51、运算器52、PLL部53及PWM控制部45。
减法器46从直流母线8的电压VDC的检测值减去参考电压VDCR，将表示减法结果VDC－VDCR的信号给予电压控制部47。电压控制部47生成用来使VDC－VDCR为0的电流指令值，将其电流指令值作为有效电流指令值(d轴电流指令值)id*给予减法器48。
向减法器41给予无效电流指令值(q轴电流指令值)iq*。设为iq*＝0，如果以成为q轴电流iq＝0的方式进行控制，则仅流过d轴电流，所以交流输入电流能够成为与交流电源电压VAC同相位的正弦波电流。即，能够将不间断电源装置100的输入功率因数控制为1.0。
PLL部53对交流电源电压VAC的相位θ进行检测。在本实施方式中，将交流电源电压设为d轴成分而进行检测。运算器52根据相位θ计算交流电源1的角频率ω。
坐标变换部51通过使用了相位θ的坐标变换(三相/二相变换)，将由电流检测器20检测出的三相交流电流I1变换为d轴电流Id及q轴电流Iq。d轴电流Id与三相交流电流的有效电流对应，q轴电流Iq与三相交流电流的无效电流对应。d轴电流id及q轴电流iq分别被给予减法器48、41。
减法器41从q轴电流指令值iq*(例如设为0)减去q轴电流iq，将表示减法结果iq*－iq的信号给予电流控制部42。电流控制部42生成用来使iq*－iq为0的q轴电压指令值，将该q轴电压指令值给予减法器43。减法器43从q轴电压指令值减去ωidL，将减法结果作为q轴电压指令值Vq*给予坐标变换部44。
减法器48从d轴电流指令值id*减去d轴电流id，将表示减法结果id*－id的信号给予电流控制部49。电流控制部49生成用来使id*－id为0的电压指令值，将其电压指令值给予加法器50。加法器50对d轴电压指令值加上ωiqL及交流电源电压VAC，将加法结果作为d轴电压指令值Vd*给予坐标变换部44。
坐标变换部44通过使用了相位θ的坐标变换(二相/三相变换)，将d轴电压指令值Vd*及q轴电压指令值Vq*变换为三相电压指令值Vu*、Vv*、Vw*。PWM控制部45在从坐标变换部44接受到三相电压指令值的情况下，通过将三相电压指令值与三角波的载波信号进行比较，生成用来将变换器5的半导体开关元件导通断开的控制信号。由PWM控制部45生成的控制信号被给予切换电路62的第2输入端子II。
切换电路62在第1输入端子I接受由高次谐波控制部30生成的控制信号，在第2输入端子II接受由电力变换控制部40生成的控制信号。切换电路62按照来自切换控制部60的指示，选择这2个控制信号的某一方，向变换器5输出。
切换控制部60基于由电压检测器24、26检测的直流母线8的电压VDC，判定负载1A是在进行动力运转还是在进行再生运转。具体而言，当开关15导通且开关7断开时，由于电压检测器24的检测值是0V，所以切换控制部60基于电压检测器26的检测值来判定负载1A是在进行动力运转还是在进行再生运转。另一方面，当开关7导通且开关15断开时，由于电压检测器26的检测值是0V，所以切换控制部60基于电压检测器24的检测值，判定负载1A是在进行动力运转还是在进行再生运转。
切换控制部60在电压VDC是规定的上限电压VDCH(>VDCR)以下的情况下，判定为负载1A在进行动力运转。另一方面，在电压VDC比上限电压VDCH高的情况下，切换控制部60判定为负载1A在进行再生运转。
在判定为负载1A在进行动力运转的情况下，切换控制部60将开关15导通，并将开关7断开。由此，在交流电源1与负载1A之间电连接二极管整流器12，所以由二极管整流器12生成的直流电力被向负载1A供给。此时，切换控制部60对切换电路62指示，以将由高次谐波控制部30生成的控制信号输出。由此，变换器5起到有源滤波器的作用，所以能够改善功率因数，并且能够抑制交流输入电流中包含的高次谐波。
相对于此，在判定为负载1A进行再生运转的情况下，切换控制部60将开关7导通，并将开关15断开。由此，在交流电源1与负载1A之间电连接变换器5，所以能够将负载1A产生的再生电力向变换器5供给。此时，切换控制部60对切换电路62进行指示，以将由电力变换控制部40生成的控制信号输出。由此，能够将再生电力通过变换器5变换为交流电力，向交流电源1送回。
图6是用来说明由图1所示的变换器控制电路16执行的控制的流程图。图6以后的流程图的处理每一定时间或每当规定的条件成立就被从主程序调用并执行。
参照图6，变换器控制电路16通过步骤S01，基于电压检测器24、26的输出信号而取得直流母线8的电压VDC。变换器控制电路16通过步骤S02，基于电压VDC，判定负载1A是在进行动力运转还是在进行再生运转。
在VDC≤VDCH的情况下(S02中是)，变换器控制电路16判定为负载1A在进行动力运转。在此情况下，变换器控制电路16通过步骤S03将开关15导通，并通过步骤S04将开关7断开。
通过步骤S05，从交流电源1供给的交流电力被二极管整流器12变换为直流电力。变换器控制电路16通过步骤S06，对切换电路62(图5)进行指示，以将由高次谐波控制部30生成的控制信号输出。由此，在步骤S07中，由二极管整流器12生成的直流电力被向负载1A供给。在二极管整流器12的交流侧，由变换器5抑制高次谐波并且改善功率因数。
相对于此，在VDC>VDCH的情况下(S02中否)，变换器控制电路16判定为负载1A在进行再生运转。在此情况下，变换器控制电路16通过步骤S08将开关7导通，并通过步骤S09将开关15断开。
变换器控制电路16通过步骤S10，对切换电路62指示，以输出由电力变换控制部40生成的控制信号。结果，通过步骤S11，将负载1A产生的再生电力通过变换器5变换为交流电力，向交流电源1送回。
如以上说明，根据本实施方式1的不间断电源装置，能够一边实施高次谐波对策一边高效率地向负载供给直流电力。不间断电源装置还能够将负载产生的再生电力通过交流电源进行回收。
[实施方式2]
图7是表示本发明的实施方式2的不间断电源装置102的结构的电路框图。参照图7，实施方式2的不间断电源装置102相对于图1所示的实施方式1的不间断电源装置100，在不具备电压检测器26这一点上不同。
在实施方式2的不间断电源装置102中，变换器控制电路16构成为，基于电流检测器21的检测值判定负载1A是在进行动力运转还是在进行再生运转。
具体而言，变换器控制电路16在根据电流检测器21的检测值得到的负载电流I2是正值的情况下(即负载电流I2向负载1A流入的情况下)，判定为负载1A在进行动力运转。另一方面，在负载电流I2是负值的情况下(即负载电流I2从负载1A流出的情况下)，判定为负载1A在进行再生运转。变换器控制电路16基于判定结果，对开关7、15的导通断开及变换器5进行控制。
图8是用来说明由图7所示的变换器控制电路16执行的控制的流程图。图8所示的流程图是将图6所示的流程图的步骤S01、S02的处理替换为步骤S011、S021的处理后的流程图。
参照图8，变换器控制电路16通过步骤S011，基于电流检测器21的检测值取得负载电流I2。变换器控制电路16通过步骤S021，基于负载电流I2判定负载1A是在进行动力运转还是在进行再生运转。
在I2≧0的情况下(S021中是)，变换器控制电路16判定为负载1A在进行动力运转。在此情况下，变换器控制电路16通过执行与图6相同的步骤S03～S07的处理，使用二极管整流器12向负载1A供给直流电力，并且使用变换器5，抑制交流输入电流中所包含的高次谐波并改善功率因数。
相对于此，在I2<0的情况下(S021中否)，变换器控制电路16判定为负载1A在进行再生运转。在此情况下，变换器控制电路16通过执行与图6相同的步骤S08～S11的处理，将负载1A产生的再生电力使用变换器5向交流电源1送回。
如以上说明，根据本发明的实施方式2的不间断电源装置，能够得到与实施方式1的不间断电源装置同样的效果。
[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104的结构的电路框图。参照图9，实施方式3的不间断电源装置104相对于图1所示的实施方式1的不间断电源装置100追加了开关18。
开关18与作为半导体开关的开关7并联连接。开关18例如是接触器等的机械式开关。开关18的导通断开由变换器控制电路16控制。开关7、18的并联电路与“第1开关”的一实施例对应。
在实施方式3的不间断电源装置104中，在负载1A在进行动力运转的情况下，开关15被导通而二极管整流器12与输出端子T2被电连接，另一方面，开关7、18都被断开，变换器5和输出端子T2被电切断。
如果负载1A从动力运转切换为再生运转，则变换器控制电路16将开关7导通，另一方面将开关15断开。由此，变换器5与输出端子T2经由开关7被电连接。
变换器控制电路16具有用来计测负载1A再生运转的时间(以下也称作再生运转时间)的计时器。变换器控制电路16在负载1A切换为再生运转的时点启动计时器，开始再生运转时间的计测。如果负载1A从再生运转切换为动力运转，则变换器控制电路16将计时器的计数值CNT设定为初始值(CNT＝0)。
如果计时器的计数值CNT达到设定值，即如果再生运转时间达到设定时间，则变换器控制电路16进一步将开关18导通，另一方面将开关7断开。通过将开关7断开，经由开关18将再生电力向变换器5供给。
半导体开关如果被通电大电流，则发生较大的损失。另一方面，机械式开关几乎不发生由于通电导致的损失。因而，开关7(半导体开关)与开关18(机械式开关)相比能够进行不间断切换，然而另一方面，却有因通电而发生的损失较大这样的不良状况。因此，如果在再生运转中使开关7持续导通，则有可能因损失而开关7损伤。另外，为了防止开关7的损伤，需要用来将开关7冷却的装置(冷却风扇、散热片等)，装置有可能大型化。
所以，变换器控制电路16在负载1A从动力运转切换为再生运转时，最初将开关7导通。由此，能够从由二极管整流器12进行的供电向由变换器5进行的电力回收不间断地切换。并且，如果再生运转超过设定时间而继续，则变换器控制电路16为了保护开关7而将开关7断开，转移至使用开关18的电力回收。另外，设定时间(设定值CNT)可以基于在再生运转中流到开关7中的电流的大小、开关7的容许电流等来设定。
图10是用来说明由图9所示的变换器控制电路16执行的控制的流程图。图10所示的流程图相对于图6所示的流程图追加了步骤S022～S024、S041、S081～S083的处理。
参照图10，变换器控制电路16通过步骤S01，基于电压检测器24、26的输出信号，取得直流母线8的电压VDC。变换器控制电路16通过步骤S02，基于电压VDC判定负载1A是在进行动力运转还是在进行再生运转。
在VDC≤VDCH的情况下(S02中是)，变换器控制电路16判定负载1A在进行动力运转。在此情况下，变换器控制电路16通过步骤S022，将计时器的计数值CNT设定为初始值“0”。
变换器控制电路16接着通过步骤S03将开关15导通，并通过步骤S041将开关7、18断开。结果，通过步骤S05，从交流电源1供给的交流电力被二极管整流器12变换为直流电力。
变换器控制电路16通过步骤S06，对切换电路62(图5)指示，以输出由高次谐波控制部30生成的控制信号。由此，通过步骤S07，将由二极管整流器12生成的直流电力向负载1A供给。
相对于此，在VDC>VDCH的情况下(S02中否)，变换器控制电路16判定负载1A在进行再生运转。在此情况下，变换器控制电路16通过步骤S023，将计时器的计数值CNT递增(加“1”)。
变换器控制电路16通过步骤S024，判定计时器的计数值CNT是否达到了设定值CTH。在计数值CNT比设定值CTH小的情况下(S024中是)，变换器控制电路16判定为再生运转时间没有达到设定时间。变换器控制电路16通过步骤S08使开关7、18为导通状态，并通过步骤S09使开关15为断开状态。
另一方面，在步骤S04中计时器的计数值CNT是设定值CTH以上的情况下(S024中否)，变换器控制电路16判定为再生运转时间达到了设定时间。变换器控制电路16通过步骤S082将开关18设为导通状态，并通过步骤S083将开关7、15设为断开状态。
变换器控制电路16通过步骤S10，对切换电路62指示，以输出由电力变换控制部40生成的控制信号。结果，通过步骤S11，负载1A产生的再生电力通过变换器5被变换为交流电力，向交流电源1送回。
如以上说明，根据本发明的实施方式3的不间断电源装置，能够得到与实施方式1的不间断电源装置同样的效果。此外，由于能够保护用来从基于二极管整流器进行的供电向基于变换器进行的电力回收不间断地进行切换的半导体开关，所以能够提高不间断电源装置的可靠性。
[实施方式4]
图11是表示本发明的实施方式4的不间断电源装置106的结构的电路框图。参照图11，实施方式4的不间断电源装置106相对于图1所示的实施方式1的不间断电源装置100，开关7被替换为开关18、19的并联电路这一点不同。
开关19是具有2个晶闸管开关的半导体开关。2个晶闸管开关被逆并联地连接。开关18与开关19并联地连接。开关18例如是接触器等的机械式开关。开关18、19的并联电路与“第1开关”的一实施例对应。
如果在负载1A的动力运转中在二极管整流器12中发生异常，则向负载1A的电力供给被切断。实施方式4的不间断电源装置106构成为，在检测到二极管整流器12的异常的情况下，从由二极管整流器12进行的供电切换为由变换器5进行的供电。
图12是表示在二极管整流器12中发生了异常的情况下的电力的流动的图。在图12中，使用箭头L4表示电力的流动。
参照图12，变换器控制电路16在负载1A的动力运转中，基于电流检测器22及电压检测器26的至少一方的输出信号，判定二极管整流器12是否正常。例如，在流过交流电源1及二极管整流器12之间的电流I3超过了规定的上限电流的情况下，变换器控制电路16判定为在二极管整流器12中发生了异常。
如果在负载1A的动力运转中在二极管整流器12中发生异常，则变换器控制电路16将开关18、19导通，并将开关15断开。由此，在交流电源1及输出端子T2之间，代替二极管整流器12而电连接变换器5。开关19最初导通而开始变换器5进行的供电，然后，开关18成为导通，开关15成为断开，切换完成。
变换器控制电路16对变换器5进行控制，以将从交流电源1供给的交流电力变换为直流电力。变换器控制电路16对变换器5进行控制，以使直流母线8的电压VDC成为参考电压VDCR。结果，如图12所示，由变换器5生成的直流电力被向负载1A供给电力。在使用变换器5向负载1A供电的情况下，与使用二极管整流器12向负载1A供电的情况不同，能够将直流母线8的电压VDC控制为任意的电压。因而，能够将参考电压VDCR设定为比二极管整流器12输出的直流电压高的电压。例如，在交流电源1的输出交流电压是400V的情况下，二极管整流器12的输出直流电压为大致566V。在此情况下，能够将参考电压VDCR设定为比566V高的电压、例如700V。
图13是用来说明由图11所示的变换器控制电路16执行的控制的流程图。图13所示的流程图相对于图6所示的流程图追加了步骤S022～S028、S042、S081、S082、S084、S85的处理。
参照图13，变换器控制电路16如果通过步骤S01取得直流母线8的电压VDC，则通过步骤S02，基于电压VDC判定负载1A是在进行动力运转还是在进行再生运转。
在VDC≤VDCH的情况下(S02中是)，变换器控制电路16判定为负载1A在进行动力运转。在此情况下，变换器控制电路16通过步骤S022，将计时器的计数值CNT设定为初始值“0”。
变换器控制电路16接着通过步骤S025，基于电流检测器22及电压检测器26的至少一方的输出信号，判定二极管整流器12是否正常。如果判定为二极管整流器12是正常(S025中是)，则变换器控制电路16通过步骤S03将开关S15导通，并通过步骤S042将开关18、19断开。
如果开关S15被导通，则通过步骤S05，二极管整流器12将从交流电源1供给的交流电力变换为直流电力。变换器控制电路16通过步骤S06，对切换电路62(图5)指示，以输出由高次谐波控制部30生成的控制信号。结果，通过步骤S07，将由二极管整流器12生成的直流电力向负载1A供给。此时，在二极管整流器12的交流侧，由变换器5抑制了高次谐波，并且改善了功率因数。
如果在步骤S025中判定为在二极管整流器12中发生了异常(S025中否)，则变换器控制电路16通过步骤S026将开关18、19导通，并且通过步骤S027将开关15断开。变换器控制电路16还通过步骤S028，对变换器5进行控制，以将从交流电源1供给的交流电力变换(顺变换)为直流电力。由此，在步骤S07中，将由变换器5生成的直流电力向负载1A供给。
另一方面、在VDC>VDCH的情况下(S02中否)，变换器控制电路16判定为负载1A在进行再生运转。在此情况下，变换器控制电路16通过步骤S023，将计时器的计数值CNT递增(加“1”)。
变换器控制电路16通过步骤S024，判定计时器的计数值CNT是否达到了设定值CTH。在计数值CNT比设定值CTH小的情况下(S024中是)，变换器控制电路16判定为再生运转时间没有到达设定时间。变换器控制电路16通过步骤S084使开关19成为导通状态，并且通过步骤S081使开关15、18成为断开状态。
另一方面，在步骤S024中计时器的计数值CNT是设定值CTH以上的情况下(S024中否)，变换器控制电路16判定为再生运转时间达到了设定时间。变换器控制电路16通过步骤S082使开关18成为导通状态，并且通过步骤S085使开关15、19成为断开状态。
变换器控制电路16通过步骤S10，对切换电路62指示，以输出由电力变换控制部40生成的控制信号。结果，通过步骤S11，负载1A产生的再生电力通过变换器5被变换为交流电力，向交流电源1送回。
如以上说明，根据本发明的实施方式4的不间断电源装置，能够得到与实施方式1的不间断电源装置同样的效果。此外，即使是在二极管整流器中发生了异常的情况，也能够使用变换器向负载供给直流电力。进而，能够保护用于从基于二极管整流器进行的供电向基于变换器进行的电力回收不间断地进行切换的半导体开关。由此，能够使不间断电源装置的可靠性提高。
另外，在本实施方式中，对在二极管整流器12中发生了异常的情况下将开关18、19导通而将由变换器5生成的直流电力向负载1A供给的结构进行了说明，但当负载1A的动力运转超过设定时间而继续时，为了保护开关19而将开关19断开，能够转移到使用了开关18的供电。设定时间可以基于在动力运转中流到开关19中的电流的大小、开关19的容许电流等来设定。
[实施方式5]
图14是表示本发明的实施方式5的不间断电源装置108的结构的电路框图。参照图14，实施方式5的不间断电源装置108相对于图1所示的实施方式1的不间断电源装置100，将开关7替换为开关27这一点不同。
开关27例如是接触器等的机械式开关。开关27与“第1开关”的一实施例对应。在负载1A的动力运转中二极管整流器12中发生了异常的情况下，变换器控制电路16将开关27导通，并将开关15断开。由此，在交流电源1及输出端子T2之间，代替二极管整流器12而电连接变换器5。
此外，如果在来自二极管整流器12的供电中负载1A从动力运转切换为再生运转，则变换器控制电路16将开关27导通，并将开关15断开。
在本实施方式5的不间断电源装置108中，由于开关15、27都是机械式开关，所以能够减小开关中发生的损失。另一方面，将由二极管整流器12进行的供电和由变换器5进行的供电不间断地切换有可能变得困难。关于从由二极管整流器12进行的供电向由变换器5进行的电力再生的切换也可以说是同样的。本实施方式5的不间断电源装置108能够适用于容许在切换时停止的负载。
图15是用来说明由图14所示的变换器控制电路16执行的控制的流程图。图15所示的流程图相对于图6所示的流程图，追加了步骤S025、S027～S029，并将步骤S04、S08分别替换为S043、S086。
参照图15，变换器控制电路16如果通过步骤S01取得直流母线8的电压VDC，则通过步骤S02，基于电压VDC判定负载1A是在进行动力运转还是在进行再生运转。
在VDC≤VDCH的情况下(S02中是)，变换器控制电路16判定为负载1A在进行动力运转。变换器控制电路16接着通过步骤S025，基于电流检测器22及电压检测器26的至少一方的输出信号，判定二极管整流器12是否正常。
如果判定为二极管整流器12是正常(S025中是)，则变换器控制电路16通过步骤S03将开关S15导通，并通过步骤S043将开关27断开。
如果开关S15被导通，则二极管整流器12通过步骤S05，将从交流电源1供给的交流电力变换为直流电力。变换器控制电路16通过步骤S06，对切换电路62(图5)指示，以输出由高次谐波控制部30生成的控制信号。结果，通过步骤S07，将由二极管整流器12生成的直流电力向负载1A供给。此时，在二极管整流器12的交流侧，由变换器5抑制了高次谐波并且改善了功率因数。
如果在步骤S025中判定为二极管整流器12中发生了异常(S025中否)，则变换器控制电路16通过步骤S029将开关27导通，并通过步骤S027将开关15断开。变换器控制电路16还通过步骤S028，对变换器5进行控制，以将从交流电源1供给的交流电力变换为直流电力。由此，在步骤S07中，将由变换器5生成的直流电力向负载1A供给。
另一方面，在VDC>VDCH的情况下(S02中否)，变换器控制电路16判定为负载1A在进行再生运转。在此情况下，变换器控制电路16通过步骤S086使开关27成为导通状态，并且通过步骤S09使开关15成为断开状态。
变换器控制电路16通过步骤S10，对切换电路62指示，以输出由电力变换控制部40生成的控制信号。结果，通过步骤S11，负载1A产生的再生电力被变换器5变换为交流电力，向交流电源1送回。
如以上说明，根据本发明的实施方式5的不间断电源装置，能够得到与实施方式1的不间断电源装置同样的效果。此外，即使是在二极管整流器中发生了异常的情况，也能够使用变换器向负载供给直流电力，所以能够使不间断电源装置的可靠性提高。
此次公开的实施方式是例示，并不仅限定于上述内容。本发明的范围通过权利要求书进行表示，意味着包含与权利要求等同的意义及范围内的全部变更。
标号说明
1交流电源；1A负载；2、7、10、15、27开关；3熔丝；4、13电抗器；5、14变换器；6电容器；8直流母线；9双向斩波器；11蓄电池；12二极管整流器；16变换器控制电路；17斩波器控制电路；20～22电流检测器；24～26电压检测器；30高次谐波控制；31滤波器；32、36、41、43、46、48减法器；33、49电流控制部；37、47电压控制部；34加法器；35、45PWM控制部；40电力变换控制部；44、51坐标变换部；50加法器；52运算器；53PLL部；60切换控制部；62切换电路；100、102、104、106、108不间断电源装置；T1输入端子；T2输出端子；T3电池端子。

Claims (12)

1.一种不间断电源装置，用来向负载供给直流电力，
具备：
直流母线，与上述负载连接；
变换器，被连接在交流电源与上述直流母线之间；
二极管整流器，与上述电力变换器并联地连接在上述交流电源与上述直流母线之间；
DC/DC变换器，构成为在储存直流电力的电力储存装置与上述直流母线之间执行直流电压变换；
第1开关，电连接在上述变换器与上述直流母线之间；
第2开关，电连接在上述二极管整流器与上述直流母线之间；以及
控制装置，构成为控制上述变换器、上述DC/DC变换器、上述第1开关及第2开关，
上述控制装置，
在上述负载进行动力运转的情况下，使上述第2开关导通而从上述二极管整流器向上述负载供给直流电力，并使上述第1开关断开，控制上述变换器以抑制从上述交流电源向上述二极管整流器流动的交流电流中所包含的高次谐波电流；
在上述负载进行再生运转的情况下，使上述第2开关断开并使上述第1开关导通，并且控制上述变换器以将上述负载产生的再生电力变换为交流电力。
2.如权利要求1所述的不间断电源装置，
在从上述交流电源没有正常地供给交流电力的情况下，上述控制装置使上述第1开关以及上述第2开关断开，并且控制上述DC/DC变换器以将上述电力储存装置的直流电力供给上述直流母线。
3.如权利要求1或2所述的不间断电源装置，
还具备电压检测器，该电压检测器构成为检测上述直流母线的电压；
上述控制装置基于上述电压检测器的检测值，判定上述负载是在进行动力运转还是在进行再生运转。
4.如权利要求1或2所述的不间断电源装置，
还具备电流检测器，该电流检测器构成为检测向上述负载流动的电流；
上述控制装置基于上述电流检测器的检测值，判定上述负载是在进行动力运转还是在进行再生运转。
5.如权利要求3或4所述的不间断电源装置，
上述控制装置包括：
第1控制部，构成为生成第1控制信号，该第1控制信号用来从上述变换器输出与上述高次谐波电流反相的补偿电流；
第2控制部，构成为生成第2控制信号，该第2控制信号用来使上述直流母线的电压与参考电压一致；以及
第3控制部，构成为基于上述负载是在进行动力运转还是在进行再生运转的判定结果，使上述第1开关及第2开关导通断开，并且切换上述第1控制信号及第2控制信号而向上述变换器输出。
6.如权利要求1～5中任一项所述的不间断电源装置，
上述第1开关包括构成为在导通状态下使电流从上述直流母线向上述变换器流动的半导体开关。
7.如权利要求6所述的不间断电源装置，
上述第1开关还包括与上述半导体开关并联地连接的机械式开关。
8.如权利要求7所述的不间断电源装置，
上述控制装置，当上述负载从动力运转切换为再生运转时，使上述半导体开关导通，在该再生运转持续了设定时间以上的情况下，使上述机械式开关导通并使上述半导体开关断开。
9.如权利要求1～5中任一项所述的不间断电源装置，
上述第1开关具有：具有逆并联连接的2个半导体元件的半导体开关；以及与上述半导体开关并联地连接的机械式开关。
10.如权利要求9所述的不间断电源装置，
当上述负载进行动力运转的情况下上述二极管整流器成为异常时，上述控制装置使上述半导体开关及上述机械式开关导通并使上述第2开关断开，并且控制上述变换器以将上述交流电源供给的交流电力变换为直流电力。
11.如权利要求1～5中任一项所述的不间断电源装置，
上述第1开关是机械式开关。
12.如权利要求11所述的不间断电源装置，其特征在于，
在上述直流负载的动力运转时上述二极管整流器成为异常的情况下，上述控制装置使上述机械式开关导通并使上述第2开关断开，并且控制上述变换器以将上述交流电源供给的交流电力变换为直流电力。
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