CN107112794A - 不间断电源系统 - Google Patents

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Abstract

不间断电源系统具备将交流电力向负载(LDn)供给的常用不间断电源装置(Un)、和在常用不间断电源装置(Un)的故障时向负载(LDn)供给交流电力的预备用电力变换装置(B1)。预备用电力变换装置(B1)包括变换器(24)和逆变器(27)，在由变换器(24)生成的直流电压(VDC2)比下限电压(VL)高的情况下，输出正弦波状且负载(LDn)的容许输入电压范围内的交流电压(VO)，在直流电压(VDC2)比下限电压(VL)低的情况下，输出对于负载(LDn)而言具有容许范围内的波形畸变且负载(LDn)的容许输入电压范围内的交流电压(VO)。

Description

不间断电源系统
技术领域
本发明涉及不间断电源系统，特别涉及具备在常用不间断电源装置的故障时向负载供给交流电力的预备用电力变换装置的不间断电源系统。
背景技术
例如在日本特开2005－218200号公报(专利文献1)中，公开了一种具备常用不间断电源装置和预备用不间断电源装置的不间断电源系统。在从商用交流电源供给交流电力的通常时，常用不间断电源装置将来自商用交流电源的交流电力变换为直流电力，将该直流电力蓄积到电池中，并变换为交流电力而向负载供给。在来自商用交流电源的交流电力的供给被停止的停电时，常用不间断电源装置将电池的直流电力变换为交流电力并向负载供给。在常用不间断电源装置的故障时，预备用不间断电源装置代替常用不间断电源装置而将交流电力向负载供给。因而，即使是停电时或常用不间断电源装置的故障时也能够继续负载的运转。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－218200号公报
发明内容
发明要解决的课题
在以往的不间断电源系统中，由于设有常用和预备用的不间断电源装置，所以有系统为大型、成本变高的问题。所以，可以考虑用不使用电池的简单结构的电力变换装置替换预备用不间断电源装置。但是，单单仅通过将预备用不间断电源装置用简单结构的电力变换装置替换，在从交流电源供给的交流电压下降的情况下电力变换装置的输出电压也下降，负载的运转停止。
所以，本发明的主要的目的是提供一种即使在从交流电源供给的交流电压变动的情况下也能够继续负载的运转的小型、低成本的不间断电源系统。
用来解决课题的手段
有关本发明的不间断电源系统具备：常用不间断电源装置，在被从第1交流电源供给交流电力的通常时，将来自第1交流电源的交流电力变换为直流电力，将该直流电力向电力蓄积装置蓄积并变换为交流电力而向负载供给，在来自第1交流电源的交流电力的供给被停止的停电时，将电力蓄积装置的直流电力变换为交流电力而向负载供给；以及预备用电力变换装置，将从第2交流电源供给的交流电力变换为直流电力，将该直流电力变换为交流电力，将该交流电力在常用不间断电源装置的故障时向负载供给。预备用电力变换装置包括：第1变换器，将从第2交流电源供给的交流电力变换为直流电力；第1逆变器，将由第1变换器生成的直流电力变换为交流电力；以及第1控制装置，控制第1变换器及第1逆变器中的至少第1逆变器，以使得在由第1变换器生成的直流电压比预先设定的电压高的第1情况下，预备用电力变换装置的输出电压成为正弦波状且负载的容许输入电压范围内的交流电压，在由第1变换器生成的直流电压比预先设定的电压低的第2情况下，预备用电力变换装置的输出电压成为对于负载而言具有容许范围内的波形畸变且负载的容许输入电压范围内的交流电压。
发明的效果
在有关本发明的不间断电源系统中，由于设有不使用电力蓄积装置的预备用电力变换装置，所以能够实现系统的小型化及低成本化。进而，预备用电力变换装置即使在由第1变换器生成的直流电压比预先设定的电压低的情况下，也使交流电压产生对于负载而言为容许范围内的波形畸变，输出负载的容许输入电压范围内的交流电压。因而，即使在从第2交流电源供给的交流电压发生了变动的情况下也能够继续负载的运转。
附图说明
图1是表示该发明的实施方式1的不间断电源系统的结构的块图。
图2是表示图1所示的常用不间断电源装置的结构的电路块图。
图3是表示图2所示的变换器及逆变器的结构的电路图。
图4是表示图1所示的预备用电力变换装置的结构的电路块图。
图5是表示图4所示的变换器及逆变器的结构的电路图。
图6是表示图4所示的预备用电力变换装置的动作的时序图。
图7是将图1所示的常用不间断电源装置的效率与预备用电力变换装置的效率进行比较的图。
图8是表示该发明的实施方式2的不间断电源系统的结构的块图。
图9是表示图8所示的预备用电力变换装置的结构的电路块图。
图10是表示该发明的实施方式3的不间断电源系统的结构的块图。
图11是表示图10所示的预备用电力变换装置的结构的电路块图。
图12是表示图11所示的变换器及逆变器的结构的电路图。
具体实施方式
[实施方式1]
图1是表示该发明的实施方式1的不间断电源系统的结构的块图。在图1中，该不间断电源系统具备N台(其中，N是1以上的整数)常用不间断电源装置U1～UN、和预备用电力变换装置B1。
常用不间断电源装置Un(其中，n是1以上且N以下的整数)在被从商用交流电源PS1供给交流电力的通常时，将交流电力变换为直流电力，将该直流电力蓄积到电池中并变换为交流电力，向负载LDn供给。常用不间断电源装置Un在来自商用交流电源PS1的交流电力的供给被停止的停电时，将电池的直流电力变换为交流电力，向负载LDn供给。
预备用电力变换装置B1将从旁通交流电源PS2供给的交流电力变换为直流电力，将该直流电力变换为交流电力，在常用不间断电源装置U1～UN中的某个常用不间断电源装置Un的故障时或维护点检时，代替该常用不间断电源装置Un而将交流电力向负载LDn供给。因而，在发生了停电的情况下，或在常用不间断电源装置Un的故障时及维护点检时，也能够继续负载LD1～LDN的运转。
旁通交流电源PS2既可以是与商用交流电源PS1相同的结构，也可以是不同的结构。这里，假设商用交流电源PS1和旁通交流电源PS2是相同的结构。商用交流电源PS1及旁通交流电源PS2的输出电压在通常时也有变动(增减)的情况。优选的是以没有波形畸变的正弦波状通过额定电压的交流电压使负载LDn驱动，但只要是对于负载LDn而言被容许的范围内，也能够通过具有波形畸变并且对于负载LDn而言被容许的输入电压范围内的交流电压使负载LDn驱动。
常用不间断电源装置Un即使是商用交流电源PS1的输出电压发生了变动的情况，也使用电池的直流电力以没有波形畸变的正弦波状输出额定电压的交流电压。预备用电力变换装置B1在旁通交流电源PS2的输出电压充分高的情况下，以没有波形畸变的正弦波状输出负载LDn的容许输入电压范围内的交流电压。预备用电力变换装置B1在旁通交流电源PS2的输出电压下降的情况下，输出对于负载LDn而言具有容许范围内的波形畸变、并且负载LDn的容许输入电压范围内的交流电压。
因而，由于设有不使用电池的简单的结构的预备用电力变换装置B1，所以与设有使用电池的预备用不间断电源装置的以往相比，能够实现装置的小型化、低成本化。
进而，预备用电力变换装置B1即使是旁通交流电源PS2的输出电压下降的情况，也使交流电压产生对于负载LDn而言为容许范围内的波形畸变，输出负载LDn的容许输入电压范围内的交流电压。因而，即使是从旁通交流电源PS2供给的交流电压变动的情况，也能够继续负载LDn的运转。
图2是表示常用不间断电源装置Un的结构的电路块图。常用不间断电源装置Un是将来自商用交流电源PS1的三相交流电力先变换为直流电力、再将该直流电力变换为三相交流电力而向负载LDn供给的装置，但为了附图及说明的简单化，在图2中仅表示了一相的电路。
在图2中，该常用不间断电源装置Un具备交流输入端子T1、旁通输入端子T2及交流输出端子T3。交流输入端子T1从商用交流电源PS1接受商用频率的交流电力。旁通输入端子T2从预备用电力变换装置B1接受商用频率的交流电力。交流输出端子T3连接在负载LDn上。负载LDn被交流电力驱动。
该常用不间断电源装置Un还具备断路器1、13、电磁接触器2、5、11、15、交流电抗器3、9、变换器4、电池6、平滑用电解电容器7、逆变器8、电容器10、电流检测器12、半导体开关14、操作部16及控制装置17。
断路器1、电磁接触器2及交流电抗器3被串联连接在交流输入端子T1与变换器4的输入节点之间。断路器1及电磁接触器2在常用不间断电源装置Un的使用时被接通，例如在常用不间断电源装置Un的维护及点检时被断开。在电磁接触器2与交流电抗器3之间的节点N1处显现的交流输入电压VI1的瞬时值被控制装置17检测。基于交流输入电压VI1的检测值，判别停电的发生的有无等。
交流电抗器3构成低通滤波器，使商用频率的交流电力从商用交流电源PS1向变换器4通过，防止由变换器4产生的开关频率的信号向商用交流电源PS1通过。
变换器4是顺向式变换器，被控制装置17控制，在从商用交流电源PS1供给交流电力的通常时，将交流电力变换为直流电力并向电源节点N2输出。变换器4的输出电压能够控制为希望的值。在来自商用交流电源PS1的交流电力的供给被停止的停电时，变换器4的运转被停止。平滑用电解电容器7连接在电源节点N2上，使电源节点N2的电压平滑化。在电源节点N2处显现的直流电压VDC1的瞬时值被控制装置17检测。
电源节点N2经由电磁接触器5连接在电池6上。电磁接触器5在常用不间断电源装置Un的使用时被接通，例如在常用不间断电源装置Un及电池6的维护及点检时被断开。电池(电力蓄积装置)6将由变换器4生成的直流电力蓄积。也可以代替电池6而连接电容器。
逆变器8是逆变换器，被控制装置17控制，将由变换器4生成的直流电力或电池6的直流电力变换为商用频率的交流电力并向输出节点8a输出。即，逆变器8在通常时将从变换器4经由电源节点N2供给的直流电力变换为交流电力，在停电时将从电池6供给的直流电力变换为交流电力。逆变器8的输出电压能够控制为希望的值。
逆变器8的输出节点8a经由交流电抗器9连接在电磁接触器11的一方端子上，电磁接触器11的另一方端子(节点N3)连接在交流输出端子T3上。电容器10连接在电磁接触器11的一方端子上。交流电抗器9及电容器10构成低通滤波器，使由逆变器8生成的商用频率的交流电力向交流输出端子T3通过，防止由逆变器8产生的开关频率的信号向交流输出端子T3通过。
电磁接触器11被控制装置17控制，在将由逆变器8生成的交流电力向负载LDn供给的逆变器供电模式时被接通，在将来自预备用电力变换装置B1的交流电力向负载LDn供给的旁通供电模式时被断开。
在节点N3处显现的交流输出电压VO1的瞬时值被控制装置17检测。电流检测器12检测流过节点N3与交流输出端子T3之间的负载电流IO1，将表示该检测值的信号向控制装置17给出。
断路器13及半导体开关14被串联连接在旁通输入端子T2与节点N3之间。断路器13在常用不间断电源装置Un的使用时被接通，例如在常用不间断电源装置Un的维护及点检时被断开。半导体开关14包括晶闸管，被控制装置17控制。半导体开关14通常断开，在逆变器8故障的情况下瞬时接通，将来自预备用电力变换装置B1的交流电力向负载LDn供给。半导体开关14在从接通起经过规定时间后断开。
电磁接触器15并联连接在半导体开关14上，被控制装置17控制。电磁接触器15在将由逆变器8生成的交流电力向负载LDn供给的逆变器供电模式时被断开，在将来自预备用电力变换装置B1的交流电力向负载LDn供给的旁通供电模式时被接通。此外，电磁接触器15在逆变器8故障的情况下接通，将来自预备用电力变换装置B1的交流电力向负载LDn供给。即，在逆变器8故障的情况下，半导体开关14瞬时以规定时间接通，并且电磁接触器15接通。这是为了防止半导体开关14过热而损坏。
操作部16包括被不间断电源系统的使用者操作的多个按钮、显示各种各样的信息的图像显示部等。通过使用者将操作部16操作，能够将不间断电源装置Un的电源接通/断开，或选择旁通供电模式及逆变器供电模式中的某个模式，或使控制装置17存储各种各样的参数。
控制装置17基于来自操作部16的信号而动作，检测交流输入电压VI1、直流电压VDC1、交流输出电压VO1及负载电流IO1的瞬时值，基于这些检测值控制不间断电源装置Un整体。即，控制装置17基于交流输入电压VI1的检测值来检测是否发生了停电，与交流输入电压VI1的相位同步地控制变换器4及逆变器8。
进而，控制装置17控制变换器4，以使直流电压VDC1成为希望的目标直流电压VDCT1。进而，控制装置17控制逆变器8，以使输出电压VO1变化为没有波形畸变的正弦波状、并且成为额定电压。进而，控制装置17控制逆变器8，以使输出电压VO1的相位与输入电压VI1的相位一致。
图3是表示变换器4及逆变器8的结构的电路图。在图3中，变换器4包括输入节点4a～4c、开关元件S1～S6及二极管D1～D6，逆变器8包括开关元件S11～S16、二极管D11～D16及输出节点8a～8c。
变换器4的输入节点4a～4c分别接受来自商用交流电源PS1的三相交流电压。开关元件S1～S3的一方电极连接在直流正母线LP1上，它们的另一方电极分别连接在输入节点4a～4c上。开关元件S4～S6的一方电极分别连接在输入节点4a～4c上，它们的另一方电极连接在直流负母线LN1上。二极管D1～D6分别与开关元件S1～S6逆并联地连接。平滑用电解电容器7连接在直流正母线LP1与直流负母线LN1之间，使母线LP1、LN1间的直流电压VDC1平滑化。
逆变器8的开关元件S11～S13的一方电极连接在直流正母线LP1上，它们的另一方电极分别连接在输出节点8a～8c上。开关元件S14～S16的一方电极分别连接在输出节点8a～8c上，它们的另一方电极连接在直流负母线LN1上。二极管D11～D16分别与开关元件S11～S16逆并联地连接。
开关元件S1～S6、S11～S16分别被控制装置17控制，与来自商用交流电源PS1的三相交流电压VI同步而在规定的定时被接通/断开。开关元件S1～S3与三相交流电压VI1同步而被接通/断开，在开关元件S1～S3被接通/断开时，开关元件S4～S6分别被断开/接通。开关元件S11～S13与三相交流电压VI1同步而被接通/断开，当开关元件S11～S13被接通/断开时，开关元件S14～S16分别被断开/接通。
通过调整来自商用交流电源PS1的三相交流电压VI1与使开关元件S1～S6接通/断开的定时的相位差，能够将直流电压VDC1调整为希望的电压。此外，通过调整使开关元件S11～S16分别接通的时间，能够将输出电压VO1调整为希望的电压。
控制装置17使变换器4的开关元件S1～S6分别接通/断开，以使直流电压VDC1成为规定的目标电压VDCT1，并且使逆变器8的开关元件S11～S16分别接通/断开以使输出电压VO1成为没有波形畸变的正弦波状且额定电压的交流电压。输出电压VO1的振幅成为比VDCT1/2小的值。进而，控制装置17以使输出电压VO1的相位与输入电压VI1的相位一致的方式使逆变器8的开关元件S11～S16分别接通/断开。
这里，对常用不间断电源装置Un的动作进行说明。在从商用交流电源PS1供给交流电力的通常时，断路器1、13及电磁接触器2、5、11被接通，半导体开关14及电磁接触器15被断开。从商用交流电源PS1供给的交流电力被变换器4变换为直流电力。由变换器4生成的直流电力被蓄积到电池6中，并且被逆变器8变换为交流电力并向负载LDn供给。
常用不间断电源装置Un的输出电压VO1被以没有波形畸变的正弦波状维持为额定电压的交流电压。即使是商用交流电源PS1的输出电压暂时下降的情况，电源节点N2的电压VDC1也被电池6维持为一定电压，输出电压VO1以正弦波状被维持为额定电压的交流电压。
在来自商用交流电源PS1的交流电力的供给被停止的停电时，变换器4的运转被停止，电池6的直流电力被向逆变器8供给。逆变器8将从电池6供给的直流电力变换为交流电力，向负载LDn供给。因而，即使是发生了停电的情况下，在电池6中蓄积有直流电力的期间中，也能够继续负载LDn的运转。
在通常时，在逆变器8故障的情况下，半导体开关14瞬时接通，从预备用电力变换装置B1经由半导体开关14向负载LDn供给交流电力。接着，电磁接触器15接通并且电磁接触器11断开，半导体开关14断开。由此，从预备用电力变换装置B1经由电磁接触器15向负载LDn供给交流电力。另外，由于预备用电力变换装置B1的输出电压的相位与常用不间断电源装置U1～UN的输出电压VO1的相位同步，所以在半导体开关14接通时不会流过过电流。
图4是表示预备用电力变换装置B1的结构的电路块图。预备用电力变换装置B1是将来自旁通交流电源PS2的三相交流电力先变换为直流电力、再将该直流电力变换为三相交流电力而向常用不间断电源装置U1～UN分别供给的，但为了附图及说明的简单化，在图4中仅表示了一相的电路。
在图4中，该预备用电力变换装置B1具备交流输入端子T5及交流输出端子T6。交流输入端子T5从旁通交流电源PS2接受商用频率的交流电力。交流输出端子T6连接在常用不间断电源装置U1～UN的旁通输入端子T2上。
该预备用电力变换装置B1还具备断路器21、电磁接触器22、30、交流电抗器23、28、变换器24、平滑用电解电容器26、逆变器27、电容器29、电流检测器31、操作部32及控制装置33。
断路器21、电磁接触器22及交流电抗器23被串联连接在交流输入端子T5与变换器24的输入节点之间。断路器21及电磁接触器22在预备用电力变换装置B1的使用时被接通，例如在预备用电力变换装置B1的维护及点检时被断开。在电磁接触器22与交流电抗器23之间的节点N11处显现的交流输入电压VI2的瞬时值被控制装置33检测。
交流电抗器23构成低通滤波器，使商用频率的交流电力从旁通交流电源PS2向变换器24通过，防止由变换器24产生的开关频率的信号向旁通交流电源PS2通过。
变换器24是整流器，将交流电力变换为直流电力并向电源节点N12输出。变换器24的输出电压与旁通交流电源PS2的输出电压对应而变化。平滑用电解电容器26连接在电源节点N12上，使电源节点N12的电压平滑化。在电源节点N12处显现的直流电压VDC2的瞬时值被控制装置33检测。
逆变器27是逆变换器，被控制装置33控制，将由变换器24生成的直流电力变换为商用频率的交流电力，向输出节点27a输出。逆变器27的输出电压能够控制为希望的值。
逆变器27的输出节点27a经由交流电抗器28连接在电磁接触器30的一方端子上，电磁接触器30的另一方端子(节点N13)连接在交流输出端子T6上。电容器29连接在电磁接触器30的一方端子上。交流电抗器28及电容器29构成低通滤波器，使由逆变器27生成的商用频率的交流电力向交流输出端子T6通过，防止由逆变器27产生的开关频率的信号向交流输出端子T6通过。
电磁接触器30在预备用电力变换装置B1的使用时被接通，例如在预备用电力变换装置B1的维护及点检时被断开。在节点N13处显现的交流输出电压VO2的瞬时值被控制装置33检测。电流检测器31检测流过节点N13与交流输出端子T6之间的负载电流IO2，将表示其检测值的信号向控制装置33提供。
操作部32包括被不间断电源系统的使用者操作的多个按钮、显示各种各样的信息的图像显示部等。通过使用者操作操作部32，能够将预备用电力变换装置B1的电源接通/断开，或使控制装置33存储各种各样的参数。
控制装置33基于来自操作部32的信号而动作，检测交流输入电压VI2、直流电压VDC2、交流输出电压VO2及负载电流IO2的瞬时值，基于这些检测值来控制预备用电力变换装置B1整体。即，控制装置33以使输出电压VO2的相位与输入电压VI2的相位一致的方式控制逆变器27。这里，由于使商用交流电源PS1和旁通交流电源PS2是相同的结构，所以预备用电力变换装置B1的输出电压VO2的相位与常用不间断电源装置U1～UN的输出电压VO1的相位一致。
进而，控制装置33在电源节点N12的直流电压VDC2比预先设定的下限电压VL高的情况下，控制逆变器27，以便以没有波形畸变的正弦波状、输出负载LDn的容许输入电压范围内的交流电压VO2。进而，控制装置33在电源节点N12的直流电压VDC2比预先设定的下限电压VL低的情况下，控制逆变器27，以输出对于负载LDn而言具有容许范围内的波形畸变、并且负载LDn的容许输入电压范围内的交流电压VO2。下限电压VL是预备用电力变换装置B1输出负载LDn的容许输入电压范围的下限值的交流电压VO所需要的最低限度的直流电压。
图5是表示变换器24及逆变器27的结构的电路图。在图5中，变换器24包括输入节点24a～24c及二极管D21～D26，逆变器27包括开关元件S31～S36、二极管D31～D36及输出节点27a～27c。
变换器24的输入节点24a～24c分别接受来自旁通交流电源PS2的三相交流电压。二极管D21～D23的阳极分别连接在输入节点24a～24c上，它们的阴极都连接在直流正母线LP2上。二极管D24～D26的阳极连接在直流负母线LN2上，它们的阴极分别连接在输入节点24a～24c上。来自旁通交流电源PS2的三相交流电压被二极管D21～D26全波整流而变换为直流电压VDC2。平滑用电解电容器26连接在直流正母线LP2与直流负母线LN2之间，使母线LP2、LN2间的直流电压VDC2平滑化。
逆变器27的开关元件S31～S33的一方电极连接在直流正母线LP2上，它们的另一方电极分别连接在输出节点27a～27c上。开关元件S34～S36的一方电极分别连接在输出节点27a～27c上，它们的另一方电极连接在直流负母线LN2上。二极管D31～D36分别逆并联地连接在开关元件S31～S36上。
开关元件S31～S36分别被控制装置33控制，与来自旁通交流电源PS2的三相交流电压VI2同步而以规定的定时被接通/断开。开关元件S31～S33与三相交流电压VI2同步地被接通/断开，在开关元件S31～S33被接通/断开时，开关元件S34～S36分别被断开/接通。通过调整使开关元件S31～S36各自接通的时间，能够将输出电压VO2调整为希望的电压。
控制装置33以使输出电压VO2的相位与输入电压VI2的相位一致的方式使开关元件S31～S36分别接通/断开。进而，控制装置33在电源节点N12的直流电压VDC2比下限电压VL高的情况下，以用没有波形畸变的正弦波状输出负载LDn的容许输入电压范围内的交流电压VO2的方式，使开关元件S31～S36分别接通/断开。
进而，控制装置33在电源节点N12的直流电压VDC2比下限电压VL低的情况下，以输出对于负载LDn而言具有容许范围内的波形畸变、并且在负载LDn的容许输入电压范围内的交流电压VO2的方式，使开关元件S31～S36分别接通/断开，。
图6(a)、图6(b)是表示预备用电力变换装置B1的输出电压VO2的波形的时序图。图6(a)表示直流电压VDC2比下限电压VL高的情况下的输出电压VO2的波形，图6(b)表示直流电压VDC2比下限电压VL低的情况下的输出电压VO2的波形。
如图6(a)所示，在VDC2>VL的情况下，直流电压VDC2为与输入电压VI2对应的水平的电压2×V1。控制装置33以输出振幅比V1小的规定值为A1的正弦波状的交流电压VO2的方式，控制逆变器27。输出电压VO2被维持为负载LDn的容许输入电压范围内的电压。在此情况下，由于直流电压V1比交流电压VO2的振幅A1大，所以输出电压VO2为没有畸变的正弦波。
如图6(b)所示，在VDC2<VL的情况下，直流电压VDC2成为与输入电压VI2对应的水平的电压2×V2。V2<V1。在此情况下，如果以输出振幅比V2小的规定值的正弦波状的交流电压VO2的方式控制逆变器27，则输出电压VO2比负载LDn的容许输入电压范围的下限值低。
所以，控制装置33以输出振幅比V2大的规定值为A2的正弦波状的交流电压VO2的方式控制逆变器27。在此情况下，由于直流电压V2比交流电压VO2的振幅A2小，所以输出电压VO2被限制在－V2～+V2的范围内，输出电压VO2的波形不是正弦波状而成为梯形波状。在使振幅相同的情况下，梯形波状的交流电压的电压值变得比正弦波状的交流电压的电压值(有效值)大。因而，能够将输出电压VO2维持为负载LDn的容许输入电压范围内的电压。
图7是将常用不间断电源装置Un的效率η(％)与预备用电力变换装置B1的效率η(％)比较的图。图7的横轴表示负载电容PL相对于装置Un、B1的额定电容PR的比例PL/PR(％)，图7的纵轴表示装置Un、B1的效率η(％)。效率η是向负载LDn供给的交流电力PO相对于从交流电源PS1、PS2供给的交流电力PI的比例PO/PI(％)。在常用不间断电源装置Un中，如果将PL/PR设定为20％、40％、60％、80％、100％，则效率η分别成为94.5％、96.4％、96.8％、96.9％、96.8％。
相对于此，在预备用电力变换装置B1中，如果将PL/PR设定为20％、40％、60％、80％、100％，则效率η分别成为94.4％、96.5％、97.0％、97.1％、97.1％。即，在PL/PR是40％～100％的通常的使用范围中，预备用电力变换装置B1的效率η变得比常用不间断电源装置Un的效率η高。这是因为，在常用不间断电源装置Un中，在变换器4的开关元件S1～S6中发生开关损失及导通损失，相对于此，在预备用电力变换装置B1中，在变换器24中不包含开关元件。因而，与如以往那样设置预备用的不间断电源装置相比，使用预备用电力变换装置B1其效率η变高。
接着，对在图1～图7中表示的不间断电源系统的动作进行说明。在初始状态下，假设常用不间断电源装置U1～UN及预备用电力变换装置B1是正常的，从商用交流电源PS1及旁通交流电源PS2分别供给交流电力。
在此情况下，在各常用不间断电源装置Un中将从商用交流电源PS1供给的交流电力变换为直流电力，将该直流电力向电池6蓄积并变换为交流电力，向负载LDn供给。各常用不间断电源装置Un的输出电压VO1成为没有波形畸变的正弦波状的交流电压，被维持为一定的额定电压。
即使是商用交流电源PS1的输出电压VI1暂时下降的情况，也由电池6将电源节点N2的直流电压VDC1维持为一定，各常用不间断电源装置Un的输出电压VO1被维持为一定的额定电压。各负载LDn被从对应的常用不间断电源装置Un供给的交流电力驱动。
在预备用电力变换装置B1中，从旁通交流电源PS2供给的交流电力被变换为直流电力，该直流电力被变换为交流电力，并被向各常用不间断电源装置Un的旁通输入端子T2供给。在旁通交流电源PS2的输出电压VI2充分高的情况下，VDC2>VL，预备用电力变换装置B1的输出电压VO2成为没有波形畸变的正弦波状的交流电压，被维持为负载LDn的容许输入电压范围内的电压。
在旁通交流电源PS2的输出电压VI2下降而成为VDC2<VL的情况下，预备用电力变换装置B1的输出电压VO2成为对于负载LDn而言具有容许范围内的波形畸变的交流电压，被维持为负载LDn的容许输入电压范围内的电压。
在某个常用不间断电源装置Un中逆变器8故障的情况下，半导体开关14瞬时接通，由预备用电力变换装置B1生成的交流电力经由半导体开关14被向负载LDn供给。在电磁接触器11断开、电磁接触器15接通后，半导体开关14断开。由此，由预备用电力变换装置B1生成的交流电力经由电磁接触器15被向负载LDn供给，继续负载LDn的运转。
在进行常用不间断电源装置Un的维护及点检的情况下，使用操作部16从逆变器供电模式切换为旁通供电模式。在此情况下，也是半导体开关14接通，由预备用电力变换装置B1生成的交流电力经由半导体开关14被向负载LDn供给。在电磁接触器11断开、电磁接触器15接通后，半导体开关14断开。由此，由预备用电力变换装置B1生成的交流电力经由电磁接触器15被向负载LDn供给，继续负载LDn的运转，并且进行常用不间断电源装置Un的维护及点检。
在由常用不间断电源装置U1～UN驱动了负载LD1～LDN的情况下，当来自商用交流电源PS2的交流电力的供给被停止时，即发生了停电时，在各常用不间断电源装置Un中变换器4的运转被停止，电池6的直流电力被逆变器8变换为交流电力并向负载LDn供给。因而，即使在发生了停电的情况下，在电池6中蓄积有直流电力的期间，也能够继续负载LDn的运转。
如以上这样，在该实施方式1中，由于设有不使用电池的简单的结构的预备用电力变换装置B1，所以与设有与常用不间断电源装置Un相同结构的预备用不间断电源装置的以往相比，能够实现系统的小型化、低成本化、高效率化。
进而，预备用电力变换装置B1在由变换器24生成的直流电压VDC2与预先设定的下限电压VL相比降低的情况下，也使交流电压VO2产生对于负载LDn而言为容许范围内的波形畸变，输出负载LDn的容许输入电压范围内的交流电压VO2。因而，即使在从旁通交流电源PS2供给的交流电压发生了变动的情况下也能够继续负载LDn的运转。
另外，在直流电力VDC2与下限电压VL相比降低的情况下，还可以降低使逆变器27的开关元件S31～S36接通/断开的开关频率，而使预备用电力变换装置B1的输出电压VO2产生波形畸变。在此情况下，由于减少使逆变器27的开关元件S31～S36接通/断开的次数，所以能够降低开关元件S31～S36的开关损失，能够进一步提高预备用电力变换装置B1的效率η。
[实施方式2]
图8是表示该发明的实施方式2的不间断电源系统的结构的块图，是与图1对比的图。参照图8，该不间断电源系统与图1的不间断电源系统不同的点，是预备用电力变换装置B1被用预备用电力变换装置B2置换这一点。预备用电力变换装置B2包括从商用交流电源PS1接受交流电力的交流输入端子T5、从旁通交流电源PS2接受交流电力的旁通输入端子T7、和连接在常用不间断电源装置U1～UN的旁通输入端子T2上的交流输出端子T6。
图9是表示预备用电力变换装置B2的结构的电路块图，是与图4对比的图。参照图9，该预备用电力变换装置B2与图4的预备用电力变换装置B1不同的点，是追加了旁通输入端子T7、断路器34、半导体开关35及电磁接触器36这一点。由于交流输入端子T5接受商用交流电源PS1的输出电压，所以控制装置33与商用交流电源PS1的输出电压同步地控制逆变器27。因而，预备用电力变换装置B2的输出电压VO2的相位与商用交流电源PS1的输出电压的相位相同。
断路器34及半导体开关35被串联连接在旁通输入端子T7与节点N13之间。断路器34在预备用电力变换装置B2的使用时被接通，例如在预备用电力变换装置B2的维护及点检时被断开。半导体开关35包括晶闸管，被控制装置33控制。半导体开关35通常断开，在逆变器27故障的情况下瞬时接通，使来自旁通交流电源PS2的交流电力向交流输出端子T6通过。半导体开关35在从接通起经过规定时间后断开。
电磁接触器36与半导体开关35并联连接，被控制装置33控制。电磁接触器36在将由逆变器27生成的交流电力向交流输出端子T6施加的逆变器供电模式时被断开，在将来自旁通交流电源PS2的交流电力向交流输出端子T6提供的旁通供电模式时被接通。
此外，电磁接触器36在逆变器27故障的情况下接通，将来自旁通交流电源PS2的交流电力向交流输出端子T6提供。即，在逆变器27故障的情况下，半导体开关35瞬时地以规定时间接通，并且电磁接触器36接通。这是为了防止半导体开关35过热而损坏。通过将操作部32操作，还能够以手动选择逆变器供电模式和旁通供电模式中的某个供电模式。其他的结构及动作与实施方式1相同，所以不重复其说明。
在该实施方式2中，除了能够得到与实施方式1相同的效果以外，即使在预备用电力变换装置B2的逆变器27故障的情况下，也能够从旁通交流电源PS2向负载LDn供给交流电力而继续负载LDn的运转。
另外，在商用交流电源PS1的输出电压的相位与旁通交流电源PS2的输出电压的相位不同的情况下，当从逆变器供电模式切换为旁通供电模式时，优选的是，控制逆变器27，在使输出电压VO2的相位与旁通交流电源PS2的输出电压的相位一致后，使电磁接触器30断开并使电磁接触器36接通。
当从旁通供电模式切换为逆变器供电模式时，优选的是，控制逆变器27，在使输出电压VO2的相位与旁通交流电源PS2的输出电压的相位一致后，使电磁接触器36断开并使电磁接触器30接通，然后逐渐改变输出电压VO2的相位，使其与商用交流电源PS1的输出电压的相位一致。由此，能够防止流过过电流、或负载LDn的运转变得不稳定。
[实施方式3]
图10是表示该发明的实施方式3的不间断电源系统的结构的块图，是与图8对比的图。参照图10，该不间断电源系统与图8的不间断电源系统不同的点，是预备用电力变换装置B2被用预备用电力变换装置B3置换这一点。
图11是表示预备用电力变换装置B3的结构的电路块图，是与图9对比的图。参照图11，该预备用电力变换装置B3与图9的预备用电力变换装置B2不同的点，是变换器24及控制装置33被分别置换为变换器37及控制装置38这一点。
控制装置38与输入电压VI2(商用交流电源PS1的输出电压)同步地控制变换器24。变换器24被控制装置38控制，将来自商用交流电源PS1的交流电力变换为直流电力，向电源节点N12输出。变换器24输出与输入电压VI2的振幅相应的电平的直流电压VDC2。
图12是表示变换器37及逆变器27的结构的电路图，是与图5对比的图。逆变器27的结构是图5所示那样的。变换器37包括输入节点37a～37c、开关元件S21～S26及二极管D21～D26。
变换器37的输入节点37a～37c分别接受来自商用交流电源PS1的三相交流电压。开关元件S21～S23的一方电极连接在直流正母线LP2上，它们的另一方电极分别连接在输入节点37a～37c上。开关元件S24～S26的一方电极分别连接在输入节点37a～37c上，它们的另一方电极连接在直流负母线LN2上。二极管D21～D26分别逆并联地连接在开关元件S21～S26上。平滑用电解电容器26连接在直流正母线LP2与直流负母线LN2之间，使母线LP2、LN2间的直流电压VDC2平滑化。
开关元件S21～S26分别受控制装置38控制，与来自商用交流电源PS1的三相交流电压VI2同步地在规定的定时被接通/断开。开关元件S21～S23与三相交流电压VI2同步地被接通/断开，当开关元件S21～S23被接通/断开时，开关元件S24～S26分别被断开/接通。由此，生成与交流电压VI2的振幅相应的电平的直流电压VDC2。
该变换器37的输出电压VDC2比图9的变换器24的输出电压VDC2高出二极管D的正向压降的2倍。因而，能够使可驱动负载LDn的输入电压VI2(商用交流电源PS1的输出电压)的下限值变低相应量。其他的结构及动作与实施方式2是相同的，所以不重复其说明。
在该实施方式3中，除了能得到与实施方式2相同的效果以外，还能够使可驱动负载LDn的输入电压VI2(商用交流电源PS1的输出电压)的下限值变低。
另外，在该实施方式3中，与输入电压VI2的振幅的电平相应地使变换器37的输出电压VDC2变化，但并不限于此，也可以在输入电压VI2比规定值高的情况下将变换器37的输出电压VDC2维持为一定值，在输入电压VI比规定值低的情况下使变换器37的输出电压VDC2成为尽可能大的值。通过调整交流电压VI2的相位与使开关元件S21～S26接通/断开的定时的相位的差，能够将变换器37的输出电压VDC2调整为希望的值。
此次公开的实施方式在全部的点都是例示，而不应被认为是限制性的。本发明的范围不是由上述说明表示、而是由权利要求书表示，意味着包含与权利要求书等价的意义及范围内的全部变更。
标号说明
U1～UN常用不间断电源装置；B1～B3预备用电力变换装置；PS1商用交流电源；PS2旁通交流电源；LD1～LDN负载；T1、T5交流输入端子；T2、T7旁通输入端子；T3、T6交流输出端子；1、13、21、34断路器；2、5、11、15、22、30、36电磁接触器；3、9、23、28交流电抗器；4、24、37变换器；6电池；7、26平滑用电解电容器；8、27逆变器、10、29电容器；12、31电流检测器；14、35半导体开关；16、32操作部；17、33、38控制装置；S1～S6、S11～S16、S21～S26、S31～S36开关元件；D1～D6、D11～D16、D21～D26、D31～D36二极管。

Claims (11)

1.一种不间断电源系统，其中，
具备：
常用不间断电源装置，在被从第1交流电源供给交流电力的通常时，将来自上述第1交流电源的交流电力变换为直流电力，将该直流电力向电力蓄积装置蓄积并变换为交流电力而向负载供给，在来自上述第1交流电源的交流电力的供给被停止的停电时，将上述电力蓄积装置的直流电力变换为交流电力而向上述负载供给；以及
预备用电力变换装置，将从第2交流电源供给的交流电力变换为直流电力，将该直流电力变换为交流电力，将该交流电力在上述常用不间断电源装置的故障时向上述负载供给；
上述预备用电力变换装置包括：
第1变换器，将从上述第2交流电源供给的交流电力变换为直流电力；
第1逆变器，将由上述第1变换器生成的直流电力变换为交流电力；以及
第1控制装置，控制上述第1变换器及上述第1逆变器中的至少上述第1逆变器，以使得在由上述第1变换器生成的直流电压比预先设定的电压高的第1情况下，上述预备用电力变换装置的输出电压成为正弦波状且上述负载的容许输入电压范围内的交流电压，在由上述第1变换器生成的直流电压比上述预先设定的电压低的第2情况下，上述预备用电力变换装置的输出电压成为对于上述负载而言具有容许范围内的波形畸变且上述负载的容许输入电压范围内的交流电压。
2.如权利要求1所述的不间断电源系统，其中，
上述预先设定的电压是为了上述预备用电力变换装置输出上述负载的容许输入电压范围的下限值的交流电压所需要的最低限度的电压。
3.如权利要求1所述的不间断电源系统，其中，
具有上述波形畸变的交流电压的波形是梯形波状。
4.如权利要求1所述的不间断电源系统，其中，
上述第1控制装置，
在上述第1情况下，控制上述第1逆变器，以输出振幅比由上述第1变换器生成的直流电压的1/2小的正弦波状的交流电压；
在上述第2情况下，控制上述第1逆变器，以输出振幅比由上述第1变换器生成的直流电压的1/2大的正弦波状的交流电压。
5.如权利要求4所述的不间断电源系统，其中，
上述第1控制装置使上述第2情况下的上述第1逆变器的开关频率比上述第1情况下的上述第1逆变器的开关频率低。
6.如权利要求1所述的不间断电源系统，其中，
上述第1变换器包括对从上述第2交流电源供给的交流电压进行整流的整流器；
上述第1控制装置控制上述第1逆变器。
7.如权利要求1所述的不间断电源系统，其中，
上述第1变换器包括将从上述第2交流电源供给的交流电压变换为直流电压的多个开关元件；
上述第1控制装置控制上述第1变换器及上述第1逆变器。
8.如权利要求1所述的不间断电源系统，其中，
上述第1控制装置以使上述预备用电力变换装置的输出电压的相位与上述常用不间断电源装置的输出电压的相位一致的方式控制上述第1逆变器。
9.如权利要求1所述的不间断电源系统，其中，
上述常用不间断电源装置包括：
第2变换器，将从上述第1交流电源供给的交流电力变换为直流电力；
第2逆变器，将直流电力变换为交流电力；
第2控制装置，控制上述第2变换器及上述第2逆变器，以使上述常用不间断电源装置的输出电压成为正弦波状且额定电压的交流电压；
在上述通常时，由上述第2变换器生成的直流电力被蓄积在上述电力蓄积装置中并向上述第2逆变器供给，在上述停电时，上述电力蓄积装置的直流电力被向上述第2逆变器供给。
10.如权利要求9所述的不间断电源系统，其中，
上述常用不间断电源装置还包括第1切换电路，上述第1切换电路接受由上述第2逆变器生成的交流电力和来自上述预备用电力变换装置的交流电力，在上述第2逆变器是正常的情况下将由上述第2逆变器生成的交流电力向上述负载提供，在上述第2逆变器故障的情况下将来自上述预备用电力变换装置的交流电力向上述负载提供。
11.如权利要求10所述的不间断电源系统，其中，
上述预备用电力变换装置还包括第2切换电路，上述第2切换电路接受由上述第1逆变器生成的交流电力和从第3交流电源供给的交流电力，在上述第1逆变器是正常的情况下，将由上述第1逆变器生成的交流电力向上述第1切换电路提供，在上述第1逆变器故障的情况下，将从上述第3交流电源供给的交流电力向上述第1切换电路提供。
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