JP2000270498A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ダイオード整流回路を備えた無停電電源装置
において、簡単でかつ経済的な交流入力電力の急変を抑
制する回路を提供する。 【解決手段】 交流電源１にダイオード整流回路２とバ
ッテリ充電回路を備えた無停電電源装置において、バッ
テリ充電用であるサイリスタ整流器１０をバッテリ９か
ら一時的に切り離すスイッチ１５と、サイリスタ整流器
１０の出力電圧がバッテリ９に印加されないようにする
ためのダイオード１６を付加し、交流電源１の復電時、
サイリスタ整流器１０に一時的にインバータ負荷を負わ
せることによって、バッテリ電力から交流入力電源電力
への移行を円滑にする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、電力用半導体素
子を使用した無停電電源装置（ＵＰＳ；Uninterruptibl
e power supply）の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】この種の無停電電源装置としては、従
来、電気学会技術報告（２部、第３７２号「無停電電源
装置の動向」第２９頁、４．３１図（ａ））に記載され
たものがあり、これを図６に基づいて説明する。

【０００３】図６の無停電電源装置において、交流電源
１は交流を直流に変換するためのダイオード整流器２に
接続され、ダイオード整流器２はその出力電圧を平滑に
するためのリアクトル３及びコンデンサ４に接続され、
さらにインバータ６に接続されている。このインバータ
６は直流を交流に変換して負荷に電力を供給する役割を
果すものであり、上記資料に記載はないが無停電電源装
置の説明上必要であるため付記した。

【０００４】一方、交流電源１は、上記ダイオード整流
器２とは並列に、サイリスタを純ブリッジ構成としたサ
イリスタ整流器１０に接続され、更にサイリスタ整流器
１０の直流出力電圧を平滑にするためのリアクトル１１
及びコンデンサ１２に接続されている。バッテリ９は交
流電源１が停電した時にインバータ６に直流電力を供給
する役割を果し、サイリスタスイッチ１３はダイオード
整流器２の一定でない直流電圧出力がバッテリ９に印加
されないようにするため、あるいはバッテリ９が不要に
放電しないようにするために設けられている。なお、
７，１４は交流側に挿入されたトランスである。

【０００５】次に、図６の無停電電源装置の動作につい
て説明する。交流電源１が正常である場合、ダイオード
整流器２は交流電源１から得られる交流電力を直流電力
に変換して、インバータ６に直流電力を供給する。同時
にサイリスタ整流器１０は交流電源１からの交流電力を
直流電力に変換してバッテリ９を充電する。バッテリ充
電電圧はバッテリセル数に応じて一定電圧に制御する必
要があり、サイリスタ整流器１０はサイリスタの位相制
御によって直流電圧を一定に保ちながらバッテリ９を充
電する。

【０００６】一方、交流電源１に停電が発生した場合、
サイリスタスイッチ１３を点弧させ、バッテリ９からイ
ンバータ６への電力供給がなされる。交流電源１が復電
した場合、サイリスタスイッチ１３をＯＦＦし、ダイオ
ード整流器２からの運転に切り換える。

【０００７】以上のようなダイオード整流器２を有する
無停電電源装置においては、交流電源１が停電状態にあ
りバッテリ９からインバータ６への電力供給がなされて
いる状態で復電した場合、バッテリ９の出力電力から交
流電力への切換えが瞬時に行われるため、交流電源１に
インバータ６の負荷電力が急激に加わることになる。特
に非常用電源システムの場合、交流電源１として商用電
源とエンジン発電機等の非常用電源を並列にして構成す
る場合があり、商用電源が停電した時、上記発電機に切
り換え、交流電源を復電させる構成となっている。発電
機を立上げ復電する際に、上述のごとき急激な電力急変
があると、発電機がノッキングを起こし、バッテリ電力
から交流電源電力への移行が円滑に行われない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上のようにダイオー
ド整流器を備えた従来の無停電電源装置においては、バ
ッテリ運転から交流電源運転への切換えが、場合によっ
ては円滑に行うことができないという問題があった。

【０００９】また、バッテリ電圧とダイオード整流器の
直流出力電圧に差がある場合、バッテリ電力から交流電
源電力への切換え時、直流電圧変動が生じてインバータ
出力特性に影響を与えるという問題点もあった。

【００１０】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたものであり、交流電源の復電時、バッ
テリ電力から交流電源電力への切換えを円滑に行う回路
を備えた無停電電源装置を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
交流電源を入力として交流を直流に変換するダイオード
整流器と、ダイオード整流器の直流出力を交流に変換し
負荷に交流電力を供給するインバータと、交流電源が停
電した場合に前記インバータに直流電力を供給するバッ
テリと、前記交流電源に接続されバッテリを充電する機
能を持つサイリスタ整流器とで構成される無停電電源装
置において、前記交流電源の復電の際に、前記サイリス
タ整流器を前記バッテリ電力からダイオード整流器出力
への切換時に介在させ、前記サイリスタ整流器から前記
負荷に供給する出力電力を漸増させることを特徴とす
る。

【００１２】請求項２記載の発明は、交流電源を入力と
して交流を直流に変換するダイオード整流器と、ダイオ
ード整流器の直流出力を交流に変換し負荷に交流電力を
供給するインバータと、交流電源が停電した場合に前記
インバータに直流電力を供給するバッテリと、前記交流
電源に接続されバッテリを充電する機能を持つサイリス
タ整流器とで構成される無停電電源装置において、前記
バッテリを前記サイリスタ整流回路から切り離すスイツ
チと、このスイツチによって前記サイリスタ整流回路が
切り離されたときに前記サイリスタ整流器の直流出力電
圧のバッテリヘの印加を阻止するダイオードを備えたこ
とを特徴とする。

【００１３】請求項３記載の発明は、前記サイリスタ整
流器の平滑回路をスイッチとバッテリの間に配設したこ
とを特徴とする。

【００１４】請求項４記載の発明は、前記サイリスタ整
流器の平滑回路と前記バッテリの間にダイオードを備え
たことを特徴とする。

【００１５】請求項５記載の発明は、前記バッテリを前
記サイリスタ整流回路から切り離すスイッチとして自己
消弧形半導体スイツチを使用したことを特徴とする。

【００１６】請求項６記載の発明は、交流電源を入力と
して交流を直流に変換するダイオード整流器と、ダイオ
ード整流器の直流出力を交流に変換し負荷に交流電力を
供給するインバータと、交流電源が停電した場合に前記
インバータに直流電力を供給するバッテリと、交流電源
に接続され前記バッテリを充電する機能を持つサイリス
タ整流器とで構成される無停電電源装置において、前記
バッテリを前記サイリスタ整流回路から切り離すスイツ
チと、前記サイリスタ整流器の出力と前記ダイオード整
流器出力端の間にサイリスタスイッチを備えたことを特
徴とする。

【００１７】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１による無停電電源装置を示す回路構成図で
ある。図において、図６と同一符号を付した構成要素は
従来例と同様の機能を有するものであり、交流電源１は
交流を直流に変換するためのダイオード整流器２に、ダ
イオード整流器２はその出力電圧を平滑にするためのリ
アクトル３及びコンデンサ４を介して、直流を交流に変
換して負荷に電力を供給するインバータ６に接続されて
いる。一方、交流電源１は、ダイオード整流器２とは並
列に、サイリスタを純ブリッジ構成としたサイリスタ整
流器１０に接続され、更にサイリスタ整流器１０の直流
出力電圧を平滑にするためのリアクトル１１及びコンデ
ンサ１２に接続されている。バッテリ９は交流電源１が
停電した時にインバータ６に直流電力を供給する役割を
果し、サイリスタスイッチ１３はダイオード整流器２の
一定でない直流電圧出力がバッテリ９に印加されないよ
うにするため、あるいはバッテリ９が不要に放電しない
ようにするために設けられている。なお、７，１４は交
流側に挿入されたトランスである。

【００１８】この発明の実施の形態１においては、交流
電源１とダイオード整流器２との間に交流スイッチ５を
挿入し、また、バッテリ９とサイリスタ整流器１０の間
に直流スイッチ１５を挿入している。ダイオード１６は
直流スイッチ１５がＯＦＦの時にサイリスタ整流器１０
の出力電圧がバッテリ９に印加されるのを阻止するため
に設置されている。さらに、遮断器８はバッテリ９の接
続スイッチとバッテリ回路の保護を兼ね備えたものであ
る。

【００１９】次に、実施の形態１の無停電電源装置の動
作を説明する。まず、交流電源１が正常である場合、交
流スイッチ５はＯＮ状態にあり、交流電源１の交流電力
はダイオード整流器２により直流電圧に変換され、リア
クトル３及びコンデンサ４により平滑化されて、インバ
ータ６に電力が供給される。また、直流スイツチ１５は
ＯＮ状態にあり、交流電源１の交流電力はサイリスタ整
流器１０及び平滑化手段（リアクトル１１及びコンデン
サ１２）を介してバッテリ９に供給され、バッテリ９は
一定電圧で充電される。

【００２０】交流電源１に停電が発生した場合は、サイ
リスタスイッチ１３を点弧させ、バッテリ９よりインバ
ータ６に直流電力を供給する。この時、交流スイッチ５
及び直流スイッチ１５をＯＦＦさせる。バッテリ放電電
流はダイオード１６を介してインバータ６に流れること
になる。

【００２１】一方、交流電源１か復電すると、交流スイ
ッチ５及び直流スイッチ１５をＯＦＦした状態で、サイ
リス夕整流器１０はサイリスタの位相制御によってその
導通角を徐々に拡げるように制御する。サイリスタ整流
器１０の出力電圧がバッテリ９の電圧と同じになるに至
って、インバータ６への負荷供給は交流電源１とバッテ
リ９とで分担することになる。更にサイリスタ整流器１
０のサイリスタの導通角を緩やかに拡げると、インバー
タ負荷への電力供給源は、バッテリ９からサイリスタ整
流器１０を通して交流電源１に移行する。上記導通角が
１８０度に至った時、サイリスタ整流器１０はダイオー
ド整流器として動作しており、ダイオード整流器２が出
力する電圧と同一レベルとなっている。なお、上記、サ
イリスタの導通角が０度から１８０度に至るまでの動作
は、予め設定された時間内に完了するように制御され
る。

【００２２】上記状態で交流スイツチ５をＯＮさせる
が、インバータ負荷に必要な電力は既に交流電源１から
サイリスタ整流器１０を介して供給されており、この
時、交流電源１に対する負荷急変は生じ得ない。この状
態でサイリスタ整流器１０のサイリスタの導通角を絞り
込み、且つサイリスタスイッチ１３のゲート指令をＯＦ
Ｆすることによって、バッテリ電力から交流電源１の電
力への移行を完了する。

【００２３】以上のように実施の形態１では、従来、バ
ッテリ充電機能としてのみ動作させていたサイリスタ整
流器１０を、復電時の、バッテリ電力からダイオード整
流器出力への切換時に介在させ、サイリスタ整流器１０
の出力電力、すなわち交流電源電力を漸増させることに
よって、復電時の交流電源１へのストレスを低減するこ
とができる。

【００２４】バッテリ充電器としての機能を果たすサイ
リスタ整流器１０の定格はインバータ電力より小さい
が、本実施の形態に適用する場合の電流定格は、バッテ
リ運転からダイオード整流器２を通じての交流電源運転
に至るまでの短時間定格として考えればよく、また、直
流スイッチ１５とダイオード１６を付加するだけで上述
の機能を容易に得ることができ経済的である。

【００２５】また、ダイオード整流器を有する無停電電
源装置の起動時においては、コンデンサ４の初期充電の
インラツシュを避けるため、交流スイツチ５と並列に抵
抗を接続し、該抵抗を通じて上記コンデンサ４を充電し
その後交流スイツチ５を投ずる方法が一般的である。実
施の形態１の発明によれば、直流スイッチ１５をＯＦＦ
の状態にて、サイリスタ整流器１０のサイリスタの導通
角を徐々に大きくすることによって、該コンデンサの初
期充電がインラツシュなく可能となり、上記インラッシ
ュ電流抑制用の抵抗が不要となる第２の効果が得られ
る。

【００２６】実施の形態２．上記実施の形態１では、直
流スイツチ１５をＯＦＦし、サイリスタ整流器１０によ
ってインバータ６に直流電力を供給する際に、バッテリ
充電時より大きい電流が要求され、その電流が短時間で
はあるが直流平滑リアクトル１１およびコンデンサ１２
に流れるため、該リアクトル１１およびコンデンサ１２
が過大となる可能性がある。

【００２７】実施の形態２はこのような課題を解決する
ためになされたものである。図２はこの発明の実施の形
態２の無停電電源装置の回路図を示したもので、実施の
形態１に対してサイリスタ整流器１０後段の平滑リアク
トル１１および平滑コンデンサ１２を直流スイッチ１５
の後段に配置する。なお、その他の回路構成は実施の形
態１と同じである。

【００２８】図２に示すように、平滑リアクトル７及び
平滑コンデンサ８を直流スイッチ１５の後段に配置する
ことにより、バッテリ充電時の電流のみを考慮すればよ
く、該平滑リアクトル７及び平滑コンデンサ８を大きく
する必要が無く、経済的である。なお、直流スイツチ１
５をＯＦＦした状態でサイリスタ整流器１０がインバー
タ６ヘの電力を供給している際には、サイリスタ整流器
１０の直流電圧は平滑リアクトル３および平滑コンデン
サ４により平滑化される。

【００２９】実施の形態３．上記実施の形態２では直流
スイツチ１５とバッテリ９の間に平滑リアクトル１１及
び平滑コンデンサ１２を配置したが、交流電源１が停電
しバッテリ９が放電状態に転じた時、直流スイッチ１５
が開放するまでの間、バッテリ９の放電電流がダイオー
ド１６とのインピーダンス分流として流れるため、該リ
アクトル１１の破壊の可能性がある。また、遮断器８が
投入されたとき、平清コンデンサ１２へのインラツシュ
電流が流れ遮断器８がトリップする可能性かある。

【００３０】実施の形態３はこのような課題を解決する
ためになされたものである。図３はこの発明の実施の形
態３の無停電電源装置の回路図を示したもので、直流ス
イツチ１５とバッテリ９の間に平滑リアクトル１１と平
滑コンデンサ１２を配置すると共に、平滑コンデンサ１
２とバッテリ９の間にダイオード１７を備え、バッテリ
９の放電電流を阻止するようにしたものである。なお、
その他の回路構成は実施の形態２と同じである。

【００３１】図３に示すように、平滑コンデンサ１２と
バッテリ９の間に第２のダイオード１７を備えることに
よって、バッテリ９の放電電流あるいは遮断器８を投入
した時のインラッシュ電流が平滑リアクトル１１あるい
は平滑コンデンサ９に流れず、信頼性ある無停電電源装
置が得られる。

【００３２】実施の形態４．上記実施の形態では、バッ
テリ９とサイリスタ整流器１０を接続・遮断する直流ス
イッチ１５として双方向性である機械スイツチを使用し
ており、交流電源１の停電時、直流スイッチ１５をＯＦ
Ｆするまでの間ダイオード１６がＯＮせず、バッテリ９
からの放電電流が双方向性の直流スイッチ１５を通じて
流れるため、直流スイツチ１５の容量を大きく選定する
必要がある。また、充放電に伴ってスイッチ開閉が頻繁
に行われることが考えられ、寿命が短くなりランニング
コストの面で経済的でない。

【００３３】実施の形態４はこのような課題を解決する
ためになされたものである。図４はこの発明の実施の形
態４による無停電電源装置の回路図を示したもので、サ
イリスタ整流器１０からのバッテリ充電電流をＯＮ／Ｏ
ＦＦするための直流スイッチとして、トランジスタ等の
半導体スイツチ１８を適用している。

【００３４】すなわち、交流電源１が停電した時は、半
導体スイッチ１８のベース遮断をかけ半導体スイツチ１
８をＯＦＦし、バッテリ９の放電電流がダイオード１６
を通じて流れる。

【００３５】以上のように実施の形態４によれば、バッ
テリ９とサイリスタ整流器１０を接続・遮断するための
直流スイッチとして半導体スイッチ１８を使用すること
により、半導体スイッチ１８は充電電流を一方向に流す
のみであり、また閉路／遮断に対する耐欠性も大きいこ
とからより経済的となる効果がある。

【００３６】実施の形態５．以下、この発明の実施の形
態５を図５に基づいて説明する。図５において、図６と
同一符号を付けたものは従来例と同様の機能を機能を有
するので説明は省略する。

【００３７】この実施の形態においては、交流電源１と
ダイオード整流器２の間に交流スイッチ５が挿入され、
バッテリ９とサイリスタ整流器１０の間に直流スイッチ
１５が挿入されている。また、１０はサイリスタ純ブリ
ツジで構成された整流器であり、１９はサイリスタ整流
器１０の出力とダイオード整流器２の出力の間に設けら
れたサイリスタスイツチである。

【００３８】次に、実施の形態５の動作について説明す
る。交流電源１が正常である場合、ダイオード整流器２
は交流電源１の交流を直流に変換し、平滑回路（リアク
トル３及びコンデンサ４）を介してインバータ６に直流
電力を供給する。一方、サイリスタ整流器１０はＯＮ状
態にある直流スイツチ１５を介して、バッテリ９を一定
電圧で充電する。以上の動作は実施の形態１と同様であ
る。

【００３９】交流電源１か停電した場合、交流スイッチ
５及び直流スイッチ１５をＯＦＦさせ、サイリスタスイ
ッチ１３をＯＮさせバッテリ９からインバータ６に電力
を供給する。交流電源１が復電したとき、サイリスタ整
流器１０は位相制御によって導通角を徐々に拡げ、バッ
テリ９から緩やかに電力のシフトを行う。サイリスタ整
流器１０の出力電圧かダイオード整流器動作時の電圧レ
ベルに至った時、サイリスタスイツチ１３のゲート指令
をＯＦＦさせ、交流スイツチ５をＯＮさせる。

【００４０】以上のように実施の形態５によれぱ、復電
の際、交流電源１において電力変動がほとんど発生せ
ず、円滑なバッテリ電力から交流電源電力への移行が可
能となる。実施の形態１に対して、バッテリ放電回路に
ダイオード１６が無く、これによる電圧ドロッブの考慮
が不要となる、バッテリ放電時の損失が小さくなる等の
メリットがある。

【００４１】

【発明の効果】請求項１及び請求項２の発明によれば、
従来バッテリ充電機能としてのみ動作させていたサイリ
スタ整流器を、交流電源の復電の際、バッテリ電力から
ダイオード整流器出力への切換時に介在させ、サイリス
タ整流器の出力電力、すなわち交流電源電力を漸増させ
ることによって、復電時の交流電源へのストレスを低減
することができる。その結果、バッテリ電力から交流電
源電力への円潜な移行が可能となる。

【００４２】特に、請求項２の発明によれば、直流スイ
ッチをＯＦＦの状態にて、サイリスタ整流器のサイリス
タの導通角を徐々に大きくすることによって、コンデン
サの初期充電がインラツシュなく可能となり、インラッ
シュ電流抑制用の抵抗が不要となる効果が得られる。

【００４３】請求項３の発明によれば、サイリスタ整流
器の平滑回路を直流スイッチとバッテリの間に配設した
ことより、該平滑手段に使用されるリアクトル及びコン
デンサ等の容量を大きくする必要が無く、経済的であ
る。

【００４４】請求項４の発明によれば、サイリスタ整流
器の平滑回路とバッテリの間にダイオードを備えること
によって、バッテリの放電電流あるいは遮断器を投入し
た時のインラッシュ電流が平滑回路に流れず、信頼性の
ある無停電電源装置が得られる。

【００４５】請求項５の発明によれば、バッテリをサイ
リスタ整流回路から切り離すスイッチとして自己消弧形
半導体スイツチを使用したので、充電電流を一方向にの
み流すことができ、また閉路／遮断に対する耐欠性も大
きいことからより経済的となる効果がある。

【００４６】請求項６の発明によれば、バッテリをサイ
リスタ整流回路から切り離すスイツチと、サイリスタ整
流器の出力とダイオード整流器出力端の間にサイリスタ
スイッチを配設したので、復電の際、交流電源において
電力変動がほとんど発生せず、円滑なバッテリ電力から
交流電源電力への移行が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１による無停電電源装
置を示す回路構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態２による無停電電源装
置を示す回路構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態３による無停電電源装
置を示す回路構成図である。

【図４】 この発明の実施の形態４による無停電電源装
置を示す回路構成図である。

【図５】 この発明の実施の形態５による無停電電源装
置を示す回路構成図である。

【図６】 従来の無停電電源装置を示す回路構成図であ
る。

【符号の説明】

１ 交流電源、２ ダイオード整流器、３ 直流平滑用
リアクトル、４ 直流平滑用コンデンサ、５ 交流スイ
ッチ、６ インバータ、７ トランス、８ 遮断器、９
バッテリ、１０ サイリスタ整流器、１１ 直流平滑
用リアクトル、１２ 直流平滑用コンデンサ、１３ サ
イリスタスイッチ、１４ トランス、１５ 直流スイッ
チ、１６ ダイオード、１７ ダイオード、１８ トラ
ンジスタスイツチ、１９ サイリスタスイッチ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電源を入力として交流を直流に変換
   するダイオード整流器と、ダイオード整流器の直流出力
   を交流に変換し負荷に交流電力を供給するインバータ
   と、交流電源が停電した場合に前記インバータに直流電
   力を供給するバッテリと、前記交流電源に接続され前記
   バッテリを充電する機能を持つサイリスタ整流器とで構
   成される無停電電源装置において、 前記交流電源の復電の際に、前記サイリスタ整流器を前
   記バッテリ電力からダイオード整流器出力への切換時に
   介在させ、前記サイリスタ整流器から前記負荷に供給す
   る出力電力を漸増させることを特徴とする無停電電源装
   置。
2. 【請求項２】 交流電源を入力として交流を直流に変換
   するダイオード整流器と、ダイオード整流器の直流出力
   を交流に変換し負荷に交流電力を供給するインバータ
   と、交流電源が停電した場合に前記インバータに直流電
   力を供給するバッテリと、前記交流電源に接続され前記
   バッテリを充電する機能を持つサイリスタ整流器とで構
   成される無停電電源装置において、 前記バッテリを前記サイリスタ整流回路から切り離すス
   イツチと、このスイツチによって前記サイリスタ整流回
   路が切り離されたときに前記サイリスタ整流器の直流出
   力電圧のバッテリヘの印加を阻止するダイオードを備え
   たことを特徴とする無停電電源装置。
3. 【請求項３】 前記サイリスタ整流器の平滑回路を前記
   スイッチとバッテリの間に配設したことを特徴とする請
   求項１又は請求項２記載の無停電電源装置。
4. 【請求項４】 前記サイリスタ整流器の平滑回路と前記
   バッテリの間にダイオードを備えたことを特徴とする請
   求項３記載の無停電電源装置。
5. 【請求項５】 前記バッテリを前記サイリスタ整流回路
   から切り離すスイッチとして自己消弧形半導体スイツチ
   を使用したことを特徴とする請求項１又は請求項２記載
   の無停電電源装置。
6. 【請求項６】 交流電源を入力として交流を直流に変換
   するダイオード整流器と、ダイオード整流器の直流出力
   を交流に変換し負荷に交流電力を供給するインバータ
   と、交流電源が停電した場合に前記インバータに直流電
   力を供給するバッテリと、交流電源に接続され前記バッ
   テリを充電する機能を持つサイリスタ整流器とで構成さ
   れる無停電電源装置において、 前記バッテリを前記サイリスタ整流回路から切り離すス
   イツチと、前記サイリスタ整流器の出力と前記ダイオー
   ド整流器出力端の間にサイリスタスイッチを備えたこと
   を特徴とする無停電電源装置。