CN111279576B - 不间断电源装置 - Google Patents

Abstract

第1供电模式构成为，使第1开关(14)接通并且使第2开关(15)关断，将逆变器(10)所输出的交流电力向负载(22)供给。第2供电模式构成为，使第1开关(14)关断并且使第2开关(15)接通，将来自交流电源(21)的交流电力向负载(22)供给。控制装置(18)在第2供电模式的执行中检测到交流电源(21)的电压降低时，切换为第1供电模式。控制装置(18)在从检测到交流电源(21)的电压降低时起的规定期间，以将电力蓄存装置(23)所输出的直流电力变换为交流电力的方式使转换器(6)执行逆向变换，并且，以使从转换器(6)输出的交流电压的瞬时值成为从逆变器(10)输出的交流电压的瞬时值以上的方式控制转换器(6)中的逆向变换。

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

在不间断电源装置中，广泛采用具备下述各部分的构成：转换器，将来自流电源的交流电力变换为直流电力；逆变器，将由转换器生成的直流电力或者电力蓄存装置的直流电力变换为交流电力而向负载供给；及旁路电路，在交流电源及负载之间与转换器及逆变器的串联电路并联连接。

在上述不间断电源装置中，在从交流电源正常地供给交流电力的通常时，使用转换器及逆变器。在来自交流电源的交流电力的供给停止的停电时，利用逆变器使供电继续。这样的供电方式也被称作逆变器始终供电方式。逆变器始终供电方式由于无论是交流电源正常时还是停电时都是经由直流链路从逆变器向负载供电，因此，无关于输入电源的品质而容易确保输出的电源品质，所以对负载的供电稳定性优良。另一方面，逆变器始终供电方式中，在通常时能量经过转换器及逆变器，因而产生电力损失，运转效率的提高成为课题。

近年来，作为效率化的对策，提出了具备节能模式的不间断电源装置(例如参照美国专利第7372177号说明书(专利文献1))。据此，不间断电源装置在通常时执行从交流电源经由作为旁路电路的半导体开关向负载供给交流电力的旁路供电。半导体开关使用将一对晶闸管反并联地连接而构成的晶闸管开关。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:美国专利第7372177号说明书

发明内容

发明要解决的课题

在具备上述节能模式的不间断电源装置中，在旁路供电的执行中产生了从交流电源供给的交流电压降低的电压降低、或者产生了停电的情况下，为了防止负载设备的破损及运转停止，期望无瞬间间断地从旁路供电向逆变器供电切换。为此，需要高速地切断晶闸管开关并且使逆变器供电开始。

然而，构成晶闸管开关的晶闸管若门极信号被切断，则在晶闸管中流动的电流达到零时被关断。换言之，在门极信号被切断后、电流尚未达到零时，晶闸管开关成为接通状态。因此，即使在检测到交流电源的电压降低时切断了晶闸管开关的门极信号，根据切断门极信号的定时，可能存在晶闸管开关未被立即关断、不间断电源装置的交流输出端子与交流输入端子经由晶闸管开关电连接的状态继续的情况。

该情况下，与从交流电源向交流输入端子供给的交流电压相比，从逆变器向交流输出端子输出的交流电压更高，因此，存在从逆变器输出的交流电流的一部分经由晶闸管开关向交流输入端子流入的可能性。作为其结果，供给至负载的电流会减少，因此很可能在负载中引起电力不足。

本发明为了解决这样的课题而做出，其目的在于提供一种不间断电源装置，能够抑制从节能模式向逆变器供电模式切换时的负载电流的减少。

用于解决课题的手段

根据本发明的某个方面，一种连接在交流电源与负载之间的间断电源装置，具备转换器、逆变器、第1开关、第2开关及控制装置。转换器将从交流电源供给的交流电力顺向变换为直流电力。逆变器将转换器所输出的直流电力或者电力蓄存装置所输出的直流电力逆向变换为交流电力。第1开关连接在逆变器与负载之间。第2开关连接在交流电源与负载之间。控制装置控制转换器、逆变器、第1开关及第2开关。不间断电源装置具有第1供电模式和第2供电模式。第1供电模式构成为，使第1开关接通并且使第2开关关断，将逆变器所输出的交流电力向负载供给。第2供电模式构成为，使第1开关关断并且使第2开关接通，将来自交流电源的交流电力向负载供给。控制装置构成为，在执行第2供电模式的情况下检测到了交流电源的电压降低时，切换为第1供电模式。控制装置在从检测到交流电源的电压降低时起的规定期间，以将电力蓄存装置所输出的直流电力变换为交流电力的方式使转换器执行逆向变换，并且，以使从转换器输出的交流电压的瞬时值成为从逆变器输出的交流电压的瞬时值以上的方式控制转换器中的逆向变换。

发明效果

根据本发明，能够提供一种能够减少从节能模式向逆变器供电模式切换时的负载电流的减少的不间断电源装置。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式的不间断电源装置的构成的电路框图。

图2是表示图1所示的不间断电源装置的主要部分的电路图。

图3是用于说明节能模式中的电力的流动的图。

图4是用于说明逆变器供电模式中的电力的流动的图。

图5是用于说明从节能模式向逆变器供电模式切换时的电力的流动的图。

图6是从节能模式向逆变器供电模式切换时的不间断电源装置的动作的波形图。

图7是用于说明从节能模式向逆变器供电模式切换时的电力的流动的图。

图8是用于说明从节能模式向逆变器供电模式切换时的不间断电源装置的动作的波形图。

图9是用于说明由控制装置构成的不间断电源装置的控制构成的框图。

图10是用于说明由控制装置进行的不间断电源装置的控制处理的流程图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。另外，以下，对于图中的相同或者相当的部分赋予相同附图标记，原则上不重复其说明。

图1是表示本发明的实施方式的不间断电源装置1的构成的电路框图。不间断电源装置1用于将来自工业交流电源21的三相交流电力暂时变换为直流电力，再将该直流电力变换为三相交流电力而向负载22供给。图1中，为了简化附图及说明，仅示出了与三相(U相、V相、W相)中的一相(例如U相)对应的部分的电路。

不间断电源装置1具有逆变器供电模式、旁路供电模式。逆变器供电模式是从逆变器10向负载22供给交流电力的运转模式。旁路供电模式是从工业交流电源21经由半导体开关15向负载22供给交流电力的运转模式。

在逆变器供电模式中，将从工业交流电源21供给的交流电力由转换器6变换为直流电力，将该直流电力由逆变器10变换为交流电力而向负载22供给。因此，逆变器供电模式在向负载22的供电稳定性方面优良。

与此相对，在旁路供电模式中，将从工业交流电源21供给的交流电力，经由半导体开关15(第2开关)，换言之不经由转换器6及逆变器10，向负载22供给。因此，抑制了在转换器6及逆变器10中产生电力损失，结果，能够提高不间断电源装置1的运转效率。以下的说明中，将旁路供电模式也称为作为重视不间断电源装置1的高效率运转的运转模式的“节能模式”。逆变器供电模式对应于“第1供电模式”，旁路供电模式(节能模式)对应于“第2供电模式”。

在图1中，不间断电源装置1具备交流输入端子T1、交流输出端子T2及电池端子T3。交流输入端子T1从工业交流电源21接受工业频率的交流电力。

交流输出端子T2连接于负载22。负载22通过交流电力而被驱动。电池端子T3连接于电池(电力蓄存装置)23。电池23蓄存直流电力。也可以代替电池23而连接有电容器。

不间断电源装置1还具备电磁接触器2、8、14、电流检测器3、11、电容器4、9、13、电抗器5、12、转换器6、双向斩波器7、逆变器10、半导体开关15、操作部17、以及控制装置18。

电磁接触器2及电抗器5在交流输入端子T1与转换器6的输入节点之间串联连接。电容器4连接于电磁接触器2与电抗器5之间的节点N1。电磁接触器2在不间断电源装置1的使用时被接通，例如在不间断电源装置1的维护时被关断。

节点N1处出现的交流输入电压Vin的瞬时值由控制装置18检测。基于交流输入电压Vin的瞬时值，判别瞬时电压降低及停电的产生的有无等。电流检测器3检测节点N1处流动的交流输入电流Iin，将表示其检测值的信号Iin提供给控制装置18。

电容器4及电抗器5构成低通滤波器，使工业频率的交流电力从工业交流电源21向转换器6通过，防止由转换器6产生的开关频率的信号向工业交流电源21通过。

转换器6由控制装置18控制，在被从工业交流电源21供给交流电力的通常时，将三相交流电力变换(顺向变换)为直流电力而向直流导线L1输出。在来自工业交流电源21的交流电力的供给停止的停电时，转换器6的运转被停止。转换器6的输出电压能够控制为所希望的值。

电容器9连接于直流导线L1，使直流导线L1的电压平滑化。直流导线L1中出现的直流电压VDC的瞬时值由控制装置18检测。直流导线L1连接于双向斩波器7的高电压侧节点，双向斩波器7的低电压侧节点经由电磁接触器8连接于电池端子T3。

电磁接触器8在不间断电源装置1的使用时被接通，例如在不间断电源装置1及电池23的维护时被关断。电池端子T3处出现的电池23的端子间电压VB的瞬时值由控制装置18检测。

双向斩波器7由控制装置18控制，在从工业交流电源21供给交流电力的通常时，将由转换器6生成的直流电力蓄存于电池23，在产生了瞬时电压降低或者停电时，将电池23的直流电力经由直流导线L1向逆变器10供给。

双向斩波器7在将直流电力蓄存于电池23的情况下，对直流导线L1的直流电压VDC进行降压而提供给电池23。此外，双向斩波器7在将电池23的直流电力向逆变器10供给的情况下，对电池23的端子间电压VB进行升压而向直流导线L1输出。直流导线L1连接于逆变器10的输入节点。

逆变器10由控制装置18控制，将从转换器6或者双向斩波器7经由直流导线L1供给的直流电力变换(逆向变换)为工业频率的三相交流电力而输出。即，逆变器10在通常时将从转换器6经由直流导线L1供给的直流电力变换为三相交流电力，在瞬时电压降低或者停电时，将从电池23经由双向斩波器7供给的直流电力变换为三相交流电力。逆变器10的输出电压能够控制为所希望的值。

逆变器10的输出节点10a连接于电抗器12的一方端子，电抗器12的另一方端子经由电磁接触器14而连接于交流输出端子T2。电容器13连接于电磁接触器14与交流输出端子T2之间的节点N2。

电流检测器11检测逆变器10的输出电流(以下，也称为“逆变器输出电流”)Iinv的瞬时值，将表示其检测值的信号Iinv提供给控制装置18。节点N2处出现的交流输出电压Vout的瞬时值由控制装置18检测。

电抗器12及电容器13构成低通滤波器，使由逆变器10生成的工业频率的交流电力向交流输出端子T2通过，防止由逆变器10产生的开关频率的信号向交流输出端子T2通过。

电磁接触器14由控制装置18控制，在逆变器供电模式时被接通，在节能模式时被关断。电磁接触器14对应于用于将逆变器10的输出电力向负载22供给的“第1开关”的一实施例。

半导体开关15是具有反并联地连接的一对晶闸管的晶闸管开关，连接于交流输入端子T1与交流输出端子T2之间。半导体开关15由控制装置18控制，在逆变器供电模式时被关断，在节能模式时被接通。

具体地说，构成晶闸管开关的一对晶闸管响应于从控制装置18输入(接通)的门极信号而接通。然后，接通后的晶闸管在门极信号被切断(关断)的状态下响应于电流成为零这一情况而关断。一对晶闸管在被施加门极信号的期间，根据电流的极性，每隔电流的正弦波波形中的半周期期间而交替地成为接通状态。半导体开关15对应于“第2开关”的一实施例。例如，半导体开关15在逆变器供电模式时逆变器10发生了故障的情况下瞬时接通，将来自工业交流电源21的三相交流电力向负载22供给。

操作部17包括供不间断电源装置1的使用者操作的多个按钮、显示各种信息的图像显示部等。通过使用者对操作部17进行操作，能够使不间断电源装置1的电源接通及关断，或者能够选择节能模式及逆变器供电模式之中的任意一方的模式。

控制装置18基于来自操作部17的信号、交流输入电压Vin、交流输入电流Iin、直流电压VDC、电池23的端子间电压VB、逆变器输出电流Iinv、以及交流输出电压Vout等，控制不间断电源装置1整体。控制装置18对不间断电源装置1的控制留待后述。

控制装置18例如能够由微型计算机等构成。作为一个例子，控制装置18内置有未图示的存储器及CPU(Central Processing Unit)，能够通过由CPU执行预先保存于存储器的程序而进行的软件处理，执行后述的控制动作。或者，关于该控制动作的一部分或者全部，也能够取代软件处理，而通过使用了内置的专用电子电路等的硬件处理来实现。

图2是表示图1所示的不间断电源装置1的主要部分的电路图。图1中仅示出了与三相交流电之中的一相关联的部分，图2中示出了与三相关联的部分。此外，省略了电磁接触器2、14、半导体开关15、操作部17、以及控制装置18的图示。

在图2中，不间断电源装置1具备交流输入端子T1a、T1b、T1c、交流输出端子T2a、T2b、T2c，电流检测器3、11，电容器4a、4b、4c、13a、13b、13c，电抗器5a、5b、5c、12a、12b、12c、转换器6，直流导线L1、L2、以及逆变器10。

交流输入端子T1a、T1b、T1c分别接受来自工业交流电源21(图1)的三相交流电压(U相交流电压、V相交流电压及W相交流电压)。交流输出端子T2a、T2b、T2c被输出有与来自工业交流电源21的三相交流电压同步的三相交流电压。负载22通过来自交流输出端子T2a、T2b、T2c的三相交流电压而被驱动。

电抗器5a、5b、5c的一方端子分别连接于交流输入端子T1a、T1b、T1c它们的另一方端子分别连接于转换器6的输入节点6a、6b、6c。电容器4a、4b、4c的一方电极分别连接于电抗器5a～5c的一方端子，它们的另一方电极均连接于中性点NP。

电容器4a～4c及电抗器5a～5c构成低通滤波器，从交流输入端子T1a、T1b、T1c向转换器6使工业频率的三相交流电力通过，而将由转换器6产生的开关频率的信号遮挡。在电抗器5a的一方端子处出现的交流输入电压Vin的瞬时值由控制装置18(图1)检测。电流检测器3检测在节点N1(即交流输入端子T1a)处流动的交流输入电流Iin，将表示其检测值的信号Iin提供给控制装置18。

转换器6包含IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)Q1～Q6及二极管D1～D6。IGBT构成“开关元件”。IGBTQ1～Q3的集电极均连接于直流导线L1，它们的发射极分别连接于输入节点6a、6b、6c。IGBTQ4～Q6的集电极分别连接于输入节点6a、6b、6c，它们的发射极均连接于直流导线L2。二极管D1～D6分别与IGBTQ1～Q6反并联地连接。

IGBTQ1、Q4分别由门极信号Au、Bu控制，IGBTQ2、Q5分别由门极信号Av、Bv控制，IGBTQ3、Q6分别由门极信号Aw、Bw控制。门极信号Bu、Bv、Bw分别为门极信号Au、Av、Aw的反转信号。

IGBTQ1～Q3分别在门极信号Au、Av、Aw被设为“H(逻辑高)”电平的情况下接通，分别在门极信号Au、Av、Aw被设为“L(逻辑低)”电平的情况下关断。IGBTQ4～Q6分别在门极信号Bu、Bv、Bw被设为“H”电平的情况下接通，分别在门极信号Bu、Bv、Bw被设为“L”电平的情况下关断。

门极信号Au、Bu、Av、Bv、Aw、Bw分别为脉冲信号串，是PWM(Pulse WidthModulation)信号。门极信号Au、Bu的相位、门极信号Av、Bv的相位、门极信号Aw、Bw的相位各错开120度。门极信号Au、Bu、Av、Bv、Aw、Bw由控制装置18生成。

例如，在交流输入端子T1a的电压电平比交流输入端子T1b的电压电平高的情况下，IGBTQ1、Q5接通，从交流输入端子T1a经由电抗器5a、IGBTQ1、直流导线L1、电容器9、直流导线L2、IGBTQ5及电抗器5b向交流输入端子T1b流动电流，电容器9被充电为正电压。

相反，在交流输入端子T1b的电压电平比交流输入端子T1a的电压电平高的情况下，IGBTQ2、Q4接通，从交流输入端子T1b经由电抗器5b、IGBTQ2、直流导线L1、电容器9、直流导线L2、IGBTQ4及电抗器5a向交流输入端子T1a流动电流，电容器9被充电为正电压。其他情况也同样。

通过由门极信号Au、Bu、Av、Bv、Aw、Bw使IGBTQ1～Q6分别在规定的定时接通及关断，并且调整IGBTQ1～Q6各自的接通时间，从而能够将提供至输入节点6a～6c的三相交流电压变换为直流电压VDC(电容器9的端子间电压)。

逆变器10包含IGBTQ11～Q16及二极管D11～D16。IGBT构成“开关元件”。IGBTQ11～Q13的集电极均连接于直流导线L1，它们的发射极分别连接于输出节点10a、10b、10c。IGBTQ14～Q16的集电极分别连接于输出节点10a、10b、10c，它们的发射极均连接于直流导线L2。二极管D11～D16分别与IGBTQ11～Q16反并联地连接。

IGBTQ11、Q14分别由门极信号Xu、Yu控制，IGBTQ12、Q15分别由门极信号Xv、Yv控制，IGBTQ13、Q16分别由门极信号Xw、Yw控制。门极信号Yu、Yv、Yw分别为门极信号Xu、Xv、Xw的反转信号。

IGBTQ11～Q13分别在门极信号Xu、Xv、Xw被设为H电平的情况下接通，分别在门极信号Xu、Xv、Xw被设为L电平的情况下关断。IGBTQ14～Q16分别在门极信号Yu、Yv、Yw被设为H电平的情况下接通，分别在门极信号Yu、Yv、Yw被设为L电平的情况下关断。

门极信号Xu、Yu、Xv、Yv、Xw、Yw分别为脉冲信号串，是PWM信号。门极信号Xu、Yu的相位、门极信号Xv、Yv的相位、门极信号Xw、Yw的相位各错开120度。门极信号Xu、Yu、Xv、Yv、Xw、Yw由控制装置18生成。

例如，若IGBTQ11、Q15接通，则正侧的直流导线L1经由IGBTQ11而被连接于输出节点10a，并且，输出节点10b经由IGBTQ15而被连接于负侧的直流导线L2，输出节点10a、10b间被输出正电压。

此外，若IGBTQ12、Q14接通，则正侧的直流导线L1经由IGBTQ12而被连接于输出节点10b，并且，输出节点10a经由IGBTQ14而被连接于负侧的直流导线L2，输出节点10a、10b间被输出负电压。

通过由门极信号Xu、Yu、Xv、Yv、Xw、Yw使IGBTQ11～Q16分别在规定的定时接通及关断，并且调整IGBTQ11～Q16各自的接通时间，从而，能够将直流导线L1、L2间的直流电压变换为三相交流电压。

电抗器12a～12c的一方端子分别连接于逆变器10的输出节点10a、10b、10c，它们的另一方端子分别连接于交流输出端子T2a、T2b、T2c。电容器13a、13b、13c的一方电极分别连接于电抗器12a～12c的另一方端子，它们的另一方电极均连接于中性点NP。

电抗器12a～12c及电容器13a、13b、13c构成低通滤波器，从逆变器10向交流输出端子T2a、T2b、T2c，使工业频率的三相交流电力通过而将由逆变器10产生的开关频率的信号遮挡。

电流检测器11检测电抗器12a中流动的逆变器输出电流Iinv，将表示其检测值的信号Iinv提供给控制装置18。在电抗器12a的另一方端子(节点N2)处出现的交流输出电压Vout的瞬时值由控制装置18(图1)检测。

接下来，说明图1所示的不间断电源装置1的动作。

图3是用于说明节能模式中的电力的流动的图。在节能模式中，半导体开关15接通，电磁接触器14关断。由此，如图3中由黑色箭头所示那样，从工业交流电源21供给的三相交流电力经由半导体开关15而被供给至负载22。即，不经由转换器6及逆变器10地向负载22供给电力。因此，抑制了转换器6及逆变器10中的电力损失的产生，因而能够提高不间断电源装置1的运转效率。

另外，在节能模式中也是，根据需要使转换器6及双向斩波器7运转，如图3中由白色箭头所示那样，能够向电池23蓄存直流电力。

返回图1，控制装置18在使用者对操作部17进行了操作时，将不间断电源装置1从逆变器供电模式切换为节能模式。具体地说，控制装置18以形成图3所示的电力路线的方式，控制电磁接触器14及半导体开关15的接通关断。控制装置18使半导体开关15接通而使电磁接触器14关断。

控制装置18在节能模式中，以使电池23的端子间电压VB成为所希望的目标电压VBr的方式，控制转换器6及双向斩波器7。转换器6将来自工业交流电源21的三相交流电力变换为直流电力而向直流导线L1输出。双向斩波器7对直流导线L1的直流电压VDC进行降压而提供给电池23。

在节能模式中，控制装置18还检测在节点N1处出现的交流输入电压Vin的瞬时值，基于检测值来检测工业交流电源21的电压降低。具体地说，控制装置18基于交流输入电压Vin的实际值与基准电压的偏差，计算工业交流电源21的电压降低度(单位：％)。基准电压例如被设定为工业交流电源21的额定电压。电压降低度由交流输入电压Vin的实际值与基准电压的偏差/基准电压来定义。在工业交流电源21的电压降低度达到了阈值的情况下，控制装置18将不间断电源装置1从节能模式切换为逆变器供电模式。阈值例如被设定为10％。

图4是用于说明逆变器供电模式中的电力的流动的图。若在节能模式中检测到工业交流电源21的电压降低，则控制装置18使电磁接触器14接通而使半导体开关15关断。

控制装置18以使逆变器10起动并且将从直流导线L1供给的直流电力变换为工业频率的三相交流电力的方式，控制逆变器10。控制装置18还以对电池23的端子间电压VB进行升压而向直流导线L1输出的方式控制双向斩波器7。由此，如图4中由黑色箭头所示那样，电池23的直流电力被变换为工业频率的三相交流电力，经由电磁接触器14向负载22供给。另外，转换器6的运转停止。控制装置18在电池23的剩余容量达到了预定的下限值时使逆变器10的运转停止。由此，不间断电源装置1结束逆变器供电。

若这样在节能模式中检测到工业交流电源21的电压降低，则使电磁接触器14接通并使半导体开关15关断，并且使逆变器10执行逆向变换，从而，能够无瞬间间断地从节能模式向逆变器供电模式切换。

然而，在半导体开关15中，构成晶闸管开关的晶闸管当门极信号被切断时，在晶闸管中流动的电流到达零时被关断。换言之，在门极信号被切断后但电流尚未到达零时晶闸管开关成为接通状态。因此，在检测到工业交流电源21的电压降低时即使将半导体开关15的门极信号切断，根据切断门极信号的定时，可能会产生半导体开关15未被立即关断、节点N1与节点N2经由半导体开关15电连接的状态继续的情况。若产生这样的情况，则如图5所示那样，在半导体开关15被关断为止的期间，可能从节点N2向节点N1流动电流。

图5是用于说明从节能模式向逆变器供电模式切换时的电力的流动的图。图5示出了在检测到工业交流电源21的电压降低后从节能模式向逆变器供电模式切换时的电力的流动。

如图4所说明的那样，通过使电磁接触器14接通而使逆变器10及双向斩波器7起动，从而如黑色箭头所示那样，电池23的直流电力被变换为工业频率的三相交流电力，经由电磁接触器14向负载22供给。

逆变器10能够将向节点N2输出的交流输出电压Vout控制成与工业交流电源21健全时从工业交流电源21供给的交流电压同步。由此，在从节能模式向逆变器供电模式切换时，能够抑制向交流输出端子T2输出的电压(交流输出电压Vout)瞬间降低。

另一方面，半导体开关15构成为虽然门极信号被切断了、但电流还未成为零，因此仍为接通状态。图5中，将半导体开关15中流动的电流记做“Ists”。将从节点N1朝向节点N2的方向设为电流Ists的正方向，将从节点N2朝向节点N1的方向设为电流Ists的负方向。

由于产生了工业交流电源21的电压降低，因而在节点N1处出现的交流输入电压Vin与工业交流电源21健全时的交流输入电压Vin相比降低。因此，在节点N2处出现的交流输出电压Vout与在节点N1处出现的交流输入电压Vin之间产生了Vout＞Vin的关系。

由于在半导体开关15接通的状态下产生Vout＞Vin的关系，因而如图5中虚线箭头所示那样，存在逆变器输出电流Iinv的一部分从节点N2朝向节点N1流动的情况。由于逆变器输出电流Iinv的一部分经由半导体开关15及节点N1被引导至交流输入端子T1，因而导致向负载22供给的电流(以下，也称为“负载电流”)Iout减少。作为其结果，可能在负载22中引起电力不足。

图6是用于说明从节能模式向逆变器供电模式切换时的不间断电源装置1的动作的波形图。图6中示出了交流输出电压Vout、交流输入电压Vin、施加至半导体开关15的门极信号、半导体开关15中流动的电流Ists、逆变器输出电流Iinv及负载电流Iout的波形。

参照图6，在时刻t0～t1的期间，工业交流电源21健全，执行节能模式。在该期间，构成半导体开关15的一对晶闸管被施加门极信号。一对晶闸管在被施加门极信号的状态下，根据电流Ists的极性，每隔电流Ists的正弦波波形的半周期期间而交替地成为接通状态。由此，在节点N2处出现与交流输入电压Vin同步的交流输出电压Vout。电流Ists作为负载电流Iout而被供给至负载22。

在时刻t1，产生了工业交流电源21的电压降低(例如停电)。控制装置18当检测到工业交流电源21的电压降低时，使电磁接触器14接通，并且切断半导体开关15的门极信号。控制装置18还使逆变器10起动。逆变器10将蓄存于电池23的直流电力变换为工业频率的三相交流电力。逆变器10输出与在电压降低产生前原本从工业交流电源21供给的交流电压同步的交流电压。因此，在时刻t1以后也能够维持交流输出电压Vout。但是，在时刻t1以后，在交流输入电压Vin与交流输出电压Vout之间产生Vout＞Vin的关系。

在半导体开关15中，在门极信号被切断了的时刻t1，根据电流Ists的极性，一对晶闸管的一方成为接通状态。在图6的例子中，在电流Ists的负的半周期期间，一方的晶闸管成为接通状态。若在时刻t1之后电流Ists成为0，则该一方的晶闸管关断，因此，半导体开关15成为关断状态。另外，图6的波形k1示出了电流Ists以与时刻t1前的电流Ists相同的频率及振幅进行变化的样子。该情况下，在从时刻t1起经过了大致负的半周期期间的时刻t2，电流Ists成为零，半导体开关15关断。

然而，实际上，由于在时刻t1以后产生了Vout＞Vin的关系，因而如图5中虚线箭头所示那样，逆变器输出电流Iinv的一部分从节点N2经由半导体开关15朝向节点N1流入。作为其结果，如图6的波形k2那样，负方向的电流Ists增加。然后，若在比时刻t2靠后的时刻t3，电流Ists成为零，则半导体开关15关断。

这样，根据半导体开关15的门极信号被切断的时刻(时刻t1)的电流Ists的相位，从该时刻起至电流Ists成为零的时刻为止产生时间差。然后，在相当于该时间差的期间，起因于Vout＞Vin的关系，逆变器输出电流Iinv流入半导体开关15，因此，暂时导致负载电流Iout减少。由于负载电流Iout暂时减少，可能在负载22中引起电力不足。

因此，在本实施方式的不间断电源装置1中，若在节能模式中检测到工业交流电源21的电压降低，则使用转换器6，使交流输入电压Vin的瞬时值暂时增加到交流输出电压Vout的瞬时值以上。即，设为在交流输入电压Vin与交流输出电压Vout之间暂时制造出Vin≥Vout的关系。另外，“暂时”意思是指，在从检测到工业交流电源21的电压降低的时刻起至半导体开关15关断的时刻为止的期间制造出上述关系。这是为了在半导体开关15关断后，逆变器输出电流Iinv不会极快流入半导体开关15。

图7是用于说明从节能模式向逆变器供电模式切换时的不间断电源装置1的动作的图。图7是表示从节能模式向逆变器供电模式切换时的电力的流动的图，是与图5对比的图。

若在节能模式中检测到工业交流电源21的电压降低，则控制装置18使电磁接触器14接通，并且使逆变器10及双向斩波器7起动。由此，如黑色箭头所示，电池23的直流电力被变换为工业频率的三相交流电力，经由电磁接触器14向负载22供给。另一方面，半导体开关15由于虽然门极信号被切断、但是电流Ists还未成为零，因此仍然使接通状态。

在这种状态下，控制装置18以将从双向斩波器7经由直流导线L1供给的直流电力变换为三相交流电力(逆向变换)的方式，控制转换器6。转换器6的交流输出电压能够控制为所希望的值。如图7中白色箭头所示那样，电池23的直流电力由转换器6变换为三相交流电力后向节点N1供给。

在此，控制装置8以使在节点N1处出现的交流输入电压Vin的瞬时值成为交流输出电压Vout的瞬时值以上的方式控制转换器6中的逆向变换。通过利用从转换器6输出的交流电压对因工业交流电源21的瞬时电压降低或者停电引起的交流输入电压Vin的降低进行支援，从而能够延迟交流输入电压Vin的降低。而且，通过制造出Vin≥Vout的关系，即使半导体开关15为接通状态，也能够抑制电流Ists从节点N2朝向节点N1流动。作为其结果，如图7中黑色箭头所示那样，能够将逆变器输出电流Iinv原样作为负载电流Iout向负载22供给，因此，能够避免负载22的电力不足。

图8是用于说明从节能模式向逆变器供电模式切换时的不间断电源装置1的动作的波形图，是与图6对比的图。图8中示出了交流输出电压Vout、交流输入电压Vin、施加于半导体开关15的门极信号、半导体开关15中流动的电流Ists、逆变器输出电流Iinv及负载电流Iout的波形。

参照图8，在时刻t0～t1的期间，工业交流电源21健全，执行节能模式。半导体开关15被施加门极信号。通过半导体开关15接通，从而工业交流电源21及负载22经由半导体开关15而电连接。由此，在节点N2处出现与交流输入电压Vin同步的交流输出电压Vout。半导体开关15中流动的电流Ists作为负载电流Iout被供给至负载22。

在时刻t1，若产生工业交流电源21的电压降低，则控制装置18使电磁接触器14接通，并且切断半导体开关15的门极信号。控制装置18还使逆变器10起动。逆变器10将蓄存于电池23的直流电力变换为工业频率的三相交流电力。节点N2被输出有与在电压降低产生前原本从工业交流电源21供给的交流电压(交流输入电压Vin)同步的交流输出电压Vout。因此，在时刻t1以后也能够维持交流输出电压Vout。

在半导体开关15中，在门极信号被切断的时刻t1，根据电流Ists的极性，一对晶闸管的一方成为接通状态。在时刻t1后也是若电流Ists成为0，则该一方的晶闸管关断，半导体开关15整体成为关断状态。图8的波形k1、k2分别与图6所示的波形k1、k2相同。如图6所说明的那样，若在时刻t1以后产生Vout＞Vin的关系，则逆变器输出电流Iinv的一部分流入半导体开关15，因此导致负的电流Ists增加。

在图8的例子中，在时刻t1以后，控制装置18以在交流输入电压Vin的瞬时值与交流输出电压Vout的瞬时值之间制造出Vin＞Vout的关系的方式控制转换器6中的逆向变换。由此，节点N1与节点N2相比电压电平更高，因此，抑制了逆变器输出电流Iinv流入半导体开关15，结果，逆变器输出电流Iinv从交流输出端子T2作为负载电流Iout而被输出。

另外，通过设为Vin＞Vout，从而，与负方向的电流Ist相反朝向(正方向)的电流增加，因此，能够减少电流Ists。作为其结果，如图8的波形k3所示，与波形k1相比能够提早使电流Ists成为零。因此，能够缩短从半导体开关15的门极信号被切断的时刻(时刻t1)起至电流Ists成为零的时刻为止的时间差。由此，能够在产生工业交流电源21的电压降低后迅速地关断半导体开关15。

另外，如图8所示那样，转换器6中的逆向变换只要在从切断半导体开关15的门极信号起至半导体开关15被关断为止的期间暂时进行就足够。在本实施方式中，预先设定进行转换器6中的逆向变换的时间，控制装置18检测到工业交流电源21的电压降低时，使转换器6仅运转该规定时间。规定时间例如能够设定为从工业交流电源21供给的交流电压的1/2周期以下的长度。将规定时间的最大值设为交流电压的1/2周期是因为从切断门极信号起至半导体开关15的晶闸管的电流Ists成为0为止最长也就需要半周期期间。优选为，规定时间被设定为从工业交流电源21供给的交流电压的1/4周期以上且1/2周期以下的长度。

另外，在以制造出Vin＝Vout的关系的方式对转换器6中的逆向变换进行了控制的情况下，理想地讲在时刻t1以后也能够使交流输入电压Vin与交流输出电压Vout同步。因此，在图8的例子中，如波形k1所示那样，在从时刻t1起经过了大致负的半周期期间的时刻，电流Ists成为零，半导体开关15关断。

接下来，使用图9及图10，对由控制装置18构成的不间断电源装置1的控制构成进行说明。

图9是用于说明由控制装置18构成的不间断电源装置1的控制构成的框图。图9所示的各模块的功能能够通过由控制装置18进行的软件处理及硬件处理的至少一方而实现。

参照图9，控制装置18包含电压降低检测部30、转换器控制部32、斩波器控制部34、逆变器控制部36、开关控制部38。

电压降低检测部30检测在节点N1处出现的交流输入电压Vin的瞬时值，基于检测值检测工业交流电源21的电压降低。电压降低检测部30基于交流输入电压Vin的实际值与基准电压(额定电压)之间的偏差，计算工业交流电源21的电压降低度。在节能模式中，电压降低检测部30比较电压降低度与阈值(例如10％)。在工业交流电源21的电压降低度达到了阈值的情况下，电压降低检测部30将检测信号DT提供给转换器控制部32、斩波器控制部34、逆变器控制部36及开关控制部38

转换器控制部32基于来自操作部17的信号、交流输入电压Vin、交流输出电压Vout及直流电压VDC，控制转换器6。具体地说，转换器控制部32在逆变器供电模式中，以使直流电压VDC成为规定的参照电压VDCr的方式控制转换器6中的顺向变换。但是，在逆变器供电模式中从电压降低检测部30接受到检测信号DT的情况下(例如工业交流电源21的停电时)，转换器控制部32使转换器6的运转停止。

与此相对，在节能模式中，转换器控制部32使转换器6的运转停止。但是，通过根据需要使转换器6运转，能够预先向电池23蓄存直流电力。转换器控制部32还在节能模式中从电压降低检测部30接受到检测信号DT的情况下，以使交流输出电压Vout以上的交流输入电压Vin从转换器6向节点N1输出的方式，控制转换器6中的逆向变换。转换器控制部32从接受到检测信号DT后仅以规定时间来控制转换器6中的逆向变换，然后使转换器6的运转停止。

斩波器控制部34基于来自操作部17的信号、直流电压VDC及电池23的端子间电压VB，控制双向斩波器7。具体地说，在逆变器供电模式中，斩波器控制部34以使电池23的端子间电压VB成为目标电压VBr的方式控制双向斩波器7中的降压动作。若在逆变器供电模式中从电压降低检测部30接受到检测信号DT，则斩波器控制部34以使直流电压VDC成为参照电压VDCr的方式控制双向斩波器7中的升压动作。

与此相对，在节能模式中，斩波器控制部34使双向斩波器7的运转停止。但是，通过与转换器6的运转一起使双向斩波器7运转，能够预先向电池23蓄存直流电力。斩波器控制部34在节能模式中从电压降低检测部30接受到检测信号DT的情况下，以使直流电压VDC成为参照电压VDCr的方式控制双向斩波器7中的升压动作。

逆变器控制部36基于来自操作部17的信号、交流输出电压Vout及逆变器输出电流Iinv控制逆变器10。具体地说，在逆变器供电模式中，逆变器控制部36以从逆变器10输出与从工业交流电源21供给的交流电压同步的交流电压的方式控制逆变器10控制。

与此相对，在节能模式中，逆变器控制部36生成用于使构成逆变器10的半导体开关元件接通关断的门极信号。逆变器控制部36以使从逆变器10输出与从工业交流电源21供给的交流电压同步的交流电压的方式生成门极信号。但是，逆变器控制部36在节能模式中不将生成的门极信号向逆变器10输出。因此，逆变器10在节能模式中不运转，成为从逆变器控制部36输入门极信号为止的待机状态。

若在节能模式中从电压降低检测部30接受到检测信号DT，则逆变器控制部36使待机状态的逆变器10起动，将所生成的门极信号向逆变器10输出。由此，逆变器10起动，从节能模式切换为逆变器供电模式。

开关控制部38基于来自操作部17的信号控制电磁接触器14及半导体开关15的接通关断。在执行逆变器供电模式的情况下，开关控制部38使电磁接触器14接通，使半导体开关15关断。具体地说，开关控制部38切断向构成半导体开关15的一对晶闸管施加的门极信号。在门极信号的切断后，若晶闸管中流动的电流成为零，则半导体开关15关断。与此相对，在执行节能模式的情况下，开关控制部38通过向各晶闸管施加门极信号而使半导体开关15接通，使电磁接触器14关断。由此，工业交流电源21及负载22的间形成图2所示的电力路线。

若在节能模式中从电压降低检测部30接受到检测信号DT，则开关控制部38使电磁接触器14接通，使半导体开关15关断。另外，如上述那样，在从开关控制部38切断半导体开关15的各晶闸管的门极信号起的规定时间的期间，转换器控制部32控制转换器6中的逆向变换。由此，交流输入电压Vin增加为交流输出电压Vout以上的电压电平，因此，能够抑制逆变器输出电流Iinv经由半导体开关15流入节点N1。

图10是说明由控制装置18进行的不间断电源装置1的控制处理的流程图。通过由控制装置18执行图10所示的控制处理，从而在不间断电源装置1中实现了图9所示的控制装置18的功能。

参照图10，控制装置18利用步骤S01，判定不间断电源装置1是否为节能模式中。在使用者对操作部17进行操作而选择了节能模式的情况下，控制装置18判定为不间断电源装置1为节能模式中。在不间断电源装置1不是节能模式中的情况下，以后的步骤S02～S015的处理被跳过。

在不间断电源装置1为节能模式中的情况下(S01判定为是时)，控制装置18利用步骤S02，判定是否检测到了工业交流电源21的电压降低。控制装置18在工业交流电源21的电压降低度未达到阈值的情况下，判定为未检测到工业交流电源21的电压降低。

在未检测到工业交流电源21的电压降低的情况下(S02判定为否时)，控制装置18使节能模式的执行继续。具体地说，控制装置18利用步骤S03，向半导体开关15施加门极信号，并且，利用步骤S04，使电磁接触器14关断。控制装置18还利用步骤S05，使逆变器10的运转停止。但是，控制装置18以使从逆变器10输出与从工业交流电源21供给的交流电压同步的交流电压的方式生成门极信号。控制装置18不将所生成的门极信号向逆变器10输出，将逆变器10设为门极信号被输入为止的待机状态。

接下来，控制装置18利用步骤S06，比较电池23的端子间电压VB与目标电压VBr。在电池23的端子间电压VB比目标电压VBr低的情况下(S06判定为是时)，控制装置18进入步骤S07，以使电池23的端子间电压VB成为目标电压VBr的方式控制转换器6中的顺向变换。控制装置18还利用步骤S08，以使电池23的端子间电压VB成为目标电压VBr的方式控制双向斩波器7中的降压动作。

与此相对，返回步骤S02，在检测到了工业交流电源21的电压降低的情况下(S02判定为是时)，控制装置18从节能模式切换为逆变器供电模式。具体地说，控制装置18利用步骤S09，使电磁接触器14接通，并且，利用步骤S10，切断半导体开关15的门极信号。

接下来，控制装置18利用步骤S11，使逆变器10运转。控制装置18使待机状态的逆变器10起动，将所生成的门极信号向逆变器10输出。控制装置18还利用步骤S12，以使直流电压VDC成为参照电压VDCr的方式控制双向斩波器7中的升压动作。

控制装置18利用步骤S13，以使交流输出电压Vout以上的交流输入电压Vin被从转换器6向节点N1输出的方式控制转换器6中的逆向变换。控制装置18利用步骤S14，判定检测到工业交流电源21的电压降低起是否经过了规定时间。在从电压降低起未经过规定时间的情况下(S14判定为否时)，控制装置18返回步骤S13，控制转换器6中的逆向变换。另一方面，如果从电压降低起经过了规定时间(S14判定为是时)，则控制装置18使转换器6的运转停止。

这样，根据本发明的实施方式的不间断电源装置，若在节能模式中检测到工业交流电源21的电压降低，则切断半导体开关15的门极信号，并且，仅以规定时间使转换器6执行逆向变换，使交流输入电压Vin的瞬时值增加到交流输出电压Vout的瞬时值以上。若这样构成，则即使从切断半导体开关15的门极信号起到半导体开关15关断为止存在时间差，也能够抑制逆变器输出电流Iinv经由半导体开关15向输入侧流动。因此，在从节能模式向逆变器供电模式切换时，能够将逆变器输出电流Iinv原样向负载22供给，因此能够避免负载22的电力不足。

应当认为这次公开的实施方式的全部方面都是示例而不构成限制。本发明的范围不是由上述的说明而是由权利要求书来示出，包含于权利要求等同的含义及范围内的全部变更。

附图标记的说明

1 不间断电源装置，2、8、14 电磁接触器，3、11 电流检测器、4、4a～4c，9、13、13a～13c 电容器、5、5a～5c、12、12a～12c 电抗器、6 转换器、6a～6c 输入节点，7 双向斩波器、10 逆变器、10a～10c输出节点、15 半导体开关、17 操作部、18 控制装置，21 工业交流电源，22 负载，23 电池(电力蓄存装置)，30 电压降低检测部，32转换器控制部，34 斩波器控制部，36 逆变器控制部，38 开关控制部、T1、T1a～T1c 交流输入端子、T2、T2a～T2c 交流输出端子、T3 电池端子、L1、L2 直流导线，Vin 交流输入电压，Vout 交流输出电压。

Claims (3)

1.一种不间断电源装置，连接在交流电源与负载之间，具备：

转换器，将从所述交流电源供给的交流电力，顺向变换为直流电力；

逆变器，将所述转换器所输出的直流电力或者电力蓄存装置所输出的直流电力，逆向变换为交流电力；

第1开关，连接在所述逆变器与所述负载之间；

第2开关，连接在所述交流电源与所述负载之间；以及

控制装置，控制所述转换器、所述逆变器、所述第1开关及所述第2开关，

所述不间断电源装置具有：使所述第1开关接通并且使所述第2开关关断，将所述逆变器所输出的交流电力向所述负载供给的第1供电模式；以及使所述第1开关关断并且使所述第2开关接通，将来自所述交流电源的交流电力向所述负载供给的第2供电模式，

所述控制装置构成为，在执行所述第2供电模式的情况下检测到了所述交流电源的电压降低时，切换为所述第1供电模式，

所述控制装置在从检测到所述交流电源的电压降低时起的规定期间，以将所述电力蓄存装置所输出的直流电力变换为交流电力的方式使所述转换器执行逆向变换，并且，以使从所述转换器输出的交流电压的瞬时值高于从所述逆变器输出的交流电压的瞬时值的方式控制所述转换器中的逆向变换，

所述第2开关为具有反并联地连接的1对晶闸管的晶闸管开关，

所述控制装置当检测到所述交流电源的电压降低时，使所述第1开关接通并且切断所述晶闸管开关的门极信号，并且，在所述规定期间，控制所述转换器中的逆向变换。

2.根据权利要求1记载的不间断电源装置，其中，

所述规定期间被设定为与从所述交流电源供给的交流电压的1/2周期以下相当的长度。

3.根据权利要求2记载的不间断电源装置，其中，

所述规定期间被设定为与从所述交流电源供给的交流电压的1/4周期以上且1/2周期以下相当的长度。

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