JP2000278882A

JP2000278882A - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP2000278882A
Application number: JP11079524A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Sekino; 吉宏関野; Muneo Fukita; 宗男吹田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd; Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 1999-03-24
Publication date: 2000-10-06

Abstract

(57)【要約】【課題】効率の改善や交流電源の不安定時や装置の異
常時でも負荷えの給電を続行、瞬断時間の短縮等、給電
に関するＵＰＳの信頼性のさらなる向上への要求に対処
する。【解決手段】交流電源３から負荷ＲＬへ直送スイッチ
Ｓを設け、電力変換器Ａ１はインバータ５，整流器６お
よびアクティブフィルタ７として稼動しうる。電力変換
器Ｂ２はインバータ５として稼動する。電力変換器Ａ１
の交流端子は、スイッチＳａＳ，ＳａＬを介して直送ス
イッチＳの入力側と出力側に接続し、電力変換器Ｂ２の
交流端子は絶縁トランスＴ，スイッチＳｂＬを介して直
送スイッチＳの出力側に接続し、電力変換器Ａ１および
Ｂ２の直流端子はバッテリー４に接続する。例えば、停
電時には、直送スイッチＳを開き、スイッチＳｂＬを閉
じて、インバータ５として動作する電力変換器Ｂ２から
負荷ＲＬに給電する。電力変換器Ａ１はスイッチＳａ
Ｓ，ＳａＬを開き、またインバータ５として待機させ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業の属する利用分野】本発明は商用交流電源の異常
時にも負荷に給電を続けられる無停電電源装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】社会で使われている各種のシステムの自
動化が進み、また、各種情報サービスシステムの多様化
ならびに広域化が進み、それら設備の中核をなすコンピ
ュータの重要性は高まる一方である。重責を果たすに
は、コンピュータの稼動率を高めること、裏返して言え
ば、コンピュータを停止させる事態を避けることが課題
となる。コンピュータを停止させてしまう主な原因とし
て、給電している電源の異常、停電があり、これらの対
策として、無停電電源装置（ＵＰＳ）を設置する方法が
一般に取られている。ＵＰＳはすでに多く使われてはい
るが、まだまだ解決を要する課題が残されている。以
下、これらについて述べる。

【０００３】図５は、従来例における第１のＵＰＳの概
要ブロック図である。構成は単線結線図で示してある。
常時は、直送スイッチＳを開き、スイッチＳＬを閉じて
インバータ５からコンピュータ等の負荷ＲＬに給電す
る。交流電源３から受電した電力を整流器６で直流に変
換し、これをインバータ５に給電するとともにバッテリ
ー４を充電する。インバータ５は受けた直流電力を品質
の良い交流に変換して給電する。交流電源３が停電した
ときには、バッテリー４からの直流電力を交流に変換し
て負荷ＲＬに給電する。非常時、たとえば整流器６、イ
ンバータ５あるいはバッテリー４が異常になったとき、
あるいは保守点検のため、これらを停止させている期間
には、直送スイッチＳを閉じて交流電源３から負荷ＲＬ
に直接給電する。この従来例は交流電源３が予備給電系
になっている。

【０００４】このＵＰＳの第１の欠点は、交流電源３か
ら直送スイッチＳを介して負荷ＲＬに直接給電している
非常時に、停電があると給電停止に至ることである。つ
まり、負荷ＲＬからみて信頼性が低く問題となる。この
交流電源３の停電は雷放電の発生時や台風襲来時等に発
生確率が高くなる。定期的な設備点検時に停電が生じて
も給電停止になる。第２の欠点は、常時、連続して運転
させる整流器６、インバータ５の効率が低く電力損失が
大きい点である。ＵＰＳの効率は一般に９０ないし８０
％程度である。最近、環境問題や省資源の認識が高まり
エネルギーを有効に使おうという意識が高まっている。
これを受け、ＵＰＳの効率向上も必要になっている。

【０００５】図６は、従来例における第２のＵＰＳの概
要ブロック図である。常時は直送スイッチＳを閉じて、
交流電源３から負荷ＲＬに直接給電する。電力変換器１
１は予備の給電系となっている。電力変換器１１はスイ
ッチＳＬを閉じ、整流器６およびアクティブフィルタ７
として稼動させる。整流器６として機能させることによ
ってバッテリー４を充電し、また同時に、アクティブフ
ィルタ７として機能させることによって、負荷ＲＬで発
生した公害の源である高調波電流を吸収して、交流電源
側に高調波電流が流出するのを抑制する。停電時には直
送スイッチＳを開いて、電力変換器１１の機能をインバ
ータ５に切り替えて負荷ＲＬに給電する。常時は電力変
換のプロセスを経ないで、交流電源３から負荷ＲＬに直
接給電することからＵＰＳは９５％以上の高い効率が期
待できる。従って省エネルギーの効果は大きい。

【０００６】このＵＰＳの第１の欠点は停電時に負荷Ｒ
Ｌに給電する時間、つまリコンピュータが稼動できる時
間が短いことである。この時間は備えてあるバツテリー
４の容量に依存する。バッテリー４が放電しきると給電
停止となる。給電停止を避けたい、例えば通信ネットワ
ークやオンライン・サービスのような、一日２４時間稼
働させる重要なコンピュータ設備では、予備電源として
エンジン・発電機を備え、商用交流電源が停電した時に
即座に始動し、給電させる手段もとられるが、第２の従
来例の場合には問題がある。非常時用の予備電源である
エンジン・発電機は商用交流電源に比較して格段に容量
が小さい。このため、負荷ＲＬの電力需要が急に変化し
た場合、発電電圧や周波数が大きく変化してコンピュー
タ設備の稼動に必要な規格（例えば、電圧変動は±１０
％以内、また周波数変動は±１％以内）から外れてしま
う。コンピュータはこのような不安定な受電があると電
源異常と判断して自動的に入力スイッチを切って自己防
衛する。つまり、商用交流電源の停電時に、予備電源を
稼動させてもコンピュータサービスを継続させることが
できない。連続稼動させるには、不安定な電力でも受電
できる従来例における第１のＵＰＳを使わざるを得な
い。この予備電源の出力電圧や周波数に変動をもたらす
負荷としては、エレベータや空調用コンプレッサーなど
に使われるモータの始動時突入電流がある。また、離島
や僻地のように送配電設備の容量が小さい場合には、配
電線の電圧降下が大きく、需要の大きい昼間の電圧降下
が許容値をこえることがある。

【０００７】第２の欠点は電力変換器１１の故障時、保
守点検時に、交流電源３の停電が起こると給電が停止す
ることである。この欠点は第１の従来ＵＰＳと同じであ
る。第３の欠点は、停電が発生したとき、それまで整流
器６、アクティブフィルタ７として動作していた電力変
換器１１を、インバータ５として動作させるまでのプロ
セスで、制御装置の切換にともなう時間遅れ、あるいは
切換に伴う電圧の過渡変動が生じることである。交流電
源３が停電したときの切換の際に瞬断時間が長くなる。
時間遅れが長引くと負荷自体が入力交流電源異常と判断
して入力を切ってしまう。つまり、停止してしまう。

【０００８】図７は、従来のＵＰＳにおける直送スイッ
チを説明するための図であり、（ａ）は概要ブロック
図、（ｂ）は遅れ力率の負荷へ給電したときの電圧電流
の関係を示す波形図である。Ｓが直送スイッチであり、
サイリスタＳ＋，Ｓ−を逆並列に接続した構成をもつ。
停電するまで電力変換器１１は、整流器６、アクティブ
フィルタ７として動作している。サイリスタＳ＋には電
流ｉ＋、またサイリスタＳ−には電流ｉ−が流れる。

【０００９】なお、アクティブフィルタ７は高調波電流
分の抑制が使命であり、一般に基本波電流の位相を変え
る機能はない。交流電源３の実線の電圧ｅに対して負荷
ＲＬ、従って直送スイッチＳのサイリスタＳ＋，Ｓ−に
流れる電流は電圧と同極性の実線の電流ｉ＋，ｉ−と、
極性の異なる破線の電流ｉ＋，ｉ−の２通りのモードが
ある。今、サイリスタＳ−に破線の電流ｉ−が流れてい
るとき、例えば時点ｘで停電（交流電源の電圧がゼロに
低下）したとする。電力変換器１１の機能が整流器６兼
アクティブフィルタ７からインバータ５に切り替わり、
図示の極性で給電を始めても、サイリスタＳ−が通電し
たままなので、インバータ５の電流は交流電源側の一般
需要家に流れる一点鎖線の電流ｉｘとなる。

【００１０】この電流ｉｘは過大になり、インバータ５
を過負荷とする。結果として、インバータ５は正規の電
圧を維持できなくなる。つまり瞬断となる。この異状状
態はその極性の電圧が終了するまで、半サイクル近くも
続く（改めてサイリスタを点弧しない限り次のサイクル
は通電しない）。結果として、コンピュータ本体や記憶
装置、入出力装置の稼動に支障をきたすことになる。な
お、サイリスタは、点弧信号を与えて一旦通電すると、
点弧信号を除いても、外部の条件でこの電流をゼロにし
ない限り通電を続けるという特性をもつ。

【００１１】ＵＰＳを構成する電力変換器の従来例を説
明する。電力変換器は３つの機能をもつ。１つは、入力
の交流電力を直流電力に変換する整流器としての機能、
２つ目は入力の直流電力を交流に変換するインバータと
しての機能、３つ目は商用交流電力系統に高調波電流を
流れるのを抑止するアクティブフィルタとしての機能で
ある。これらの３つの機能は電力変換器を構成する半導
体スイッチ、たとえば、パワーＭＯＳＦＥＴ，ＩＧＢＴ
等のスイッチング動作を制御することによって発揮させ
られる。電力変換器の回路構成やこの回路を制御する制
御装置としては、たとえば、特開平６−８６５５７「無
停電電源装置」に技術が開示されている。

【００１２】電力変換器に複数の機能を備えておき、そ
れらを使い分けた従来例として特開平４−１１７１３５
「無停電電源装置」がある。商用電源から負荷に給電し
ている期間には電力変換器をアクティブフィルタとして
稼動させ、停電時にはこれをインバータとして機能させ
て負荷に給電する技術を開示している。

【００１３】また、電力変換器を予備器として活用する
従来例としては特開平５−２６０６８３「バイパス回路
を備えた無停電電源装置」がある。商用交流電源から受
電している期間には、整流器として稼動させている電力
変換器を、停電時にインバータとして機能させて、他の
インバータの予備器としてバックアップに使う技術を開
示している。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】効率の改善、交流電源
の電圧あるいは周波数が規格を逸脱しても、また、電力
変換器の一部が異常となった場合でも負荷えの給電を続
行し、瞬断時間の短縮等、給電に関するＵＰＳの信頼性
のさらなる向上が求められているという課題がある。

【００１５】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、効率を高め、交流電源の電圧あるいは周波数
が規格を逸脱しても負荷への給電を続行し、電力変換器
の一部が異常となった時にも代わりの電力変換器から給
電し、また、停電時に瞬断となる時間を短縮した給電に
関して信頼性の高い無停電電源装置を提供することを目
的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】電力変換器の損失を減ら
し、つまり省エネルギー化をはかるために常時は交流電
源から、直接、負荷に給電させる。ＵＰＳの信頼度を高
めるために、交流電源の異常時あるいは電力変換器の一
部の故障・点検等に稼動させる予備の電力変換器を備え
ておき、異常時に切り替えて使う。公害の源になる高調
波電流を商用電源系統に流出させないために、予備の電
力変換器をアクティブフィルタに流用し、常時は稼動さ
せる。交流電源の停電時における電力供給の瞬断時間を
長期化させない直送スイッチを使う。

【００１７】

【発明の実施の形態】上記課題を解決するために本発明
の無停電電源装置は、交流電源３と負荷ＲＬとを接続す
る直送スイッチＳを備え、交流端子と直流端子を有する
電力変換器を、少なくともＡおよびＢの２組を備え、電
力変換器Ａ１はその交流端子を直送スイッチＳの交流電
源側に接続するスイッチＳａＳと直送スイッチＳの負荷
側に接続するスイッチＳａＬを備え、電力変換器Ｂ２は
その交流端子を直送スイッチＳの負荷側に接続するスイ
ッチＳｂＬを備え、かつ、電力変換器Ａ１およびＢ２の
直流端子に接続したバッテリー４を備えてなる構成であ
って、電力変換器Ａ１は、インバータ５、整流器６およ
びアクティブフィルタ７の３機能のうち少なくとも前の
２つの機能を備え、電力変換器Ｂ２は前記３機能のうち
少なくてもインバータ５の機能を備えており、交流電源
３の正常時には、直送スイッチＳを閉じて負荷ＲＬに給
電し、整流器６、あるいは整流器６兼アクティブフィル
タ７として動作する電力変換器Ａ１はスイッチＳａＳを
開き、スイッチＳａＬを閉じて受電し、インバータ５と
して動作する電力変換器Ｂ２のスイッチＳｂＬは開いて
おく、交流電源３の停電時には直送スイッチＳを開き、
インバータ５として動作する電力変換器Ｂ２はスイッチ
ＳｂＬを閉じて負荷ＲＬに給電し、交流電源３の出力が
規格を逸脱している期間は、直送スイッチＳを開き、整
流器６として動作する電力変換器Ａ１はスイッチＳａＬ
を開き、スイッチＳａＳを閉じて受電し、かつインバー
タ５として動作する電力変換器Ｂ２はスイッチＳｂＬを
閉じて負荷ＲＬに給電し、電力変換器Ｂ２の保守点検時
には、電力変換器Ａ１をインバータ５として動作させて
電力変換器Ｂ２の代替えとして稼動させることに特徴を
有している。

【００１８】また、本発明の無停電電源装置は、交流電
源３と負荷ＲＬとを接続する直送スイッチＳを備え、交
流端子と直流端子を有する電力変換器を、少なくともＡ
およびＢの２組を備え、電力変換器Ａ１はその交流端子
を直送スイッチＳの交流電源側に接続するスイッチＳａ
Ｓと直送スイッチＳの負荷側に接続するスイッチＳａＬ
を備え、電力変換器Ｂ２はその交流端子を絶縁トランス
Ｔを介して、直送スイッチＳの負荷側に接続するスイッ
チＳｂＬを備え、かつ、電力変換器Ａ１およびＢ２の直
流端子に接続したバッテリー４を備えてなる構成であっ
て、電力変換器Ａ１は、インバータ５、整流器６および
アクティブフィルタ７の３機能のうち少なくとも前の２
つの機能を備え、電力変換器Ｂ２は前記３機能のうち少
なくてもインバータ５の機能を備えており、交流電源３
の正常時には、直送スイッチＳを閉じて負荷ＲＬに給電
し、整流器６、あるいは整流器６兼アクティブフィルタ
７として動作する電力変換器Ａ１はスイッチＳａＳを開
き、スイッチＳａＬを閉じて受電し、インバータ５とし
て動作する電力変換器Ｂ２のスイッチＳｂＬは開いてお
く、交流電源３の停電時には直送スイッチＳを開き、イ
ンバータ５として動作する電力変換器Ｂ２はスイッチＳ
ｂＬを閉じて負荷ＲＬに給電し、交流電源３の出力が規
格を逸脱している期間は、直送スイッチＳを開き、整流
器６として動作する電力変換器Ａ１はスイッチＳａＬを
開き、スイッチＳａＳを閉じて受電し、かつインバータ
５として動作する電力変換器Ｂ２はスイッチＳｂＬを閉
じて負荷ＲＬに給電し、電力変換器Ｂ２の保守点検時に
は、電力変換器Ａ１をインバータ５として動作させて電
力変換器Ｂ２の代替えとして稼動させることに特徴を有
している。

【００１９】さらに、本発明の無停電電源装置は、サイ
リスタＳ＋，Ｓ−を逆並列に接続した構成であり、交流
電源３の電圧と同極性の電流を流すサイリスタを点弧さ
せる直送スイッチＳを備え、この直送スイッチＳに流れ
る電流を、交流電源３の電圧と同じ極性とすることに特
徴を有している。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明の第１実施例におけるＵＰＳ
の概要ブロック図である。交流電源３から負荷ＲＬへの
給電系の途中に直送スイッチＳを設ける。電力変換器は
交流と直流間の双方向の電力変換が可能な装置であり、
交流端子と直流端子をもつ。この電力変換器はインバー
タ５（直流から交流へ変換），整流器６（交流から直流
へ変換、また、交流入力電流の波形を正弦波状に整形で
きる）およびアクティブフィルタ７（負荷電流に含まれ
る高調波電流を吸収し、基本波電流の位相遅れも補償す
る）として稼動させられる。これらの電力変換機能の切
換は電力変換器に備えた制御回路を切り替えて行う。こ
れらの電力変換器を少なくても２組、ＡおよびＢを使
う。

【００２１】電力変換器Ａ１の交流端子は、それぞれス
イッチＳａＳおよびＳａＬを介して直送スイッチＳの入
力（交流電源）側と出力（負荷ＲＬ）側に接続する。ま
た、電力変換器Ｂ２の交流端子は絶縁トランスＴおよび
スイッチＳｂＬを介して直送スイッチＳの出力側に接続
する。各電力変換器の直流端子はそれぞれバッテリー４
に接続される。一般に、交流電源３は商用交流電源と予
備のエンジン発電機の場合があり、エンジン発電機は、
商用交流電源が停電した場合に負荷ＲＬへの給電に使
う。なお、停電後、エンジン発電機が始動して給電でき
る状態になるまでには数１０秒以上の時間を要するの
で、その間をつなぐために無停電電源装置を設けて使
う。

【００２２】図２は、本発明の第１実施例におけるＵＰ
Ｓの動作を説明するための概要ブロック図であり、
（ａ）は常時の給電、（ｂ）は停電時の給電、（ｃ）は
交流電源不安定時の給電である。まず、商用交流電源か
ら負荷ＲＬへ直送給電する「常時の給電」について説明
する。直送スイッチＳを閉じて、交流電源３から直接負
荷ＲＬに給電する。電力変換器Ａ１は整流器６兼アクテ
ィブフィルタ７として機能させ、スイッチＳａＳは開
き、スイッチＳａＬは閉じる。これにより、バッテリー
４を充電し、また負荷ＲＬで生じた高調波電流を吸収し
て、この電流が交流電源側に流出するのを抑制する。つ
まり、交流電源側に流れる交流電流の波形を正弦波状に
整形する。また、負荷ＲＬの力率が遅れの場合には、遅
れ位相を進めるように補償する。電力変換器Ｂ２はイン
バータ５として動作させ、スイッチＳｂＬを開いて待機
させる。

【００２３】次に、「停電時の給電」について説明す
る。直送スイッチＳを開き、スイッチＳｂＬを閉じて、
インバータ５として機能させた電力変換器Ｂ２から負荷
ＲＬに給電する。電力変換器Ｂ２は、それまでインバー
タ５として動作し待機していたので従来例のような制御
装置切換による時間遅れがなく、給電は瞬時に始まる。
電力変換器Ａ１はスイッチＳａＳおよびＳａＬを開き、
またインバータ５として機能させて待機させる。

【００２４】次に、交流電源３の品質が規格を割った場
合のような「交流電源不安定時の給電」について説明す
る。これは予備のエンジン発電機を使う場合や、弱い配
電系統をもつ商用交流電源から受電する場合である。直
送スイッチＳおよびスイッチＳａＬを開く。電力変換器
Ａ１を整流器６として機能させスイッチＳａＳを閉じ
る。また電力変換器Ｂ２をインバータ５として機能させ
スイッチＳｂＬを閉じて給電させる。この負荷ＲＬへの
給電時における交流電圧および周波数は電力変換器Ｂ２
に固有のものであり、交流入力電源の品質に左右され
ず、良質である。また、整流器６は交流入力電流の波形
を正弦波状に整形する機能があり、交流電源側に高調波
電流を出さない。

【００２５】この入力の交流電源３の周波数が変動する
ときには、インバータ５と交流電源３の出力は同期して
いないので、インバータ５の出力を絶縁する絶縁トラン
スＴが必要となる。一般に、商用交流電源あるいは予備
のエンジン発電機の受配電設備は保安のために給電線の
１相（例えば、Ｓ相）を接地する。また、負荷ＲＬ、例
えばコンピュータは電磁ノイズによる回路の誤動作を防
ぐために装置の受電線の１相（Ｓ相）を接地する。ま
た、雷サージの侵入から自己防衛するために、給電線と
大地間に雷サージアレスタを設ける。このように受配電
設備と負荷ＲＬは大地を介してＳ相が共通に結ばれてい
る。従って、ＵＰＳが、変動の大きいエンジン発電機の
出力を受電すると、ＵＰＳの入力（整流器の入力）と出
力（インバータの出力）の間には位相差が生じ、結果と
して電圧差が生じる。

【００２６】ＵＰＳの内部を通して大地でつくる閉ルー
ブに生じる異常な電圧あるいは電流が、負荷やＵＰＳに
ノイズによる誤動作をもたらしたり、雷サージアレスタ
の耐圧を越えて障害に至らせる事態も起る。この対策と
してＵＰＳの入・出力端子に至る系統を絶縁する。具体
的には、実施例の電力変換器Ｂ２の交流出力に絶縁トラ
ンスＴを挿入して異常な電圧や循環電流の発生するルー
プを遮断する。交流電源３から負荷ＲＬに直接給電する
ような常時の給電の場合には、この絶縁トランスＴに負
荷電流が流れないので効率を損ねることはない。なお、
絶縁トランスＴを電力変換器Ａ１にもうけても同等の機
能は果たせるが、常時、電流が流れるので電力損失を伴
う。なお、交流電源３の配電設備側に絶縁トランスが設
けられるなどで、給電線が大地から浮いている場合に
は、ＵＰＳ側に、あえて絶縁トランスＴを設ける必要は
ない。

【００２７】次にＵＰＳへの高信頼性付与について説明
する。「停電時の給電」の説明にあるように、インバー
タ５として稼動中の電力変換器Ｂ２に異常が生じた場
合、予備として待機している電力変換器Ａ１が代わって
給電続行するので信頼性は高い。また、「常時の給電」
の場合に、電力変換器Ａ１を停止して定期的な点検を行
っても、電力変換器Ｂ２をインバータ５として使うこと
によって停電に備えさせてあるので給電の信頼性は高
い。また、電力変換器Ｂ２を定期点検する場合には、ス
イッチＳａＳおよびＳａＬを開いて電力変換器Ａ１をイ
ンバータ５として待機させるので、この場合も信頼性は
高い。

【００２８】図３は、本発明の第２実施例におけるＵＰ
Ｓの概要ブロック図である。電力変換器Ａ１とＢ２は同
じものである。また、各電力変換器の外部の結線も同じ
構成である。電力変換器はインバータ５、アクティブフ
ィルタ７および整流器６の３機能を有し、状況に合わせ
てこれらの機能を選択して使う。電力変換器が１種類で
あるため、故障時等のために備えておく代替え品の品数
が少なくてすみコスト削減に効果をもたらす。

【００２９】図４は、本発明の１実施例におけるＵＰＳ
に適用する直送スイッチであり、（ａ）は概要ブロック
図、（ｂ）は電圧電流の波形図である。直送スイッチＳ
はサイリスタＳ＋，Ｓ−を逆並列に接続した構成であ
り、制御装置Ｃ８は、サイリスタＳ＋，Ｓ−の点弧信号
を発生させる装置で、トランスＰＴで検出した交流電源
３の電圧信号を受け、交流電源電圧の極性と同じ電流を
流すサイリスタＳ＋，Ｓ−に点弧信号を送る。また、ア
クティブフィルタ７は、スイッチＳａＬを閉じて、交流
電源側に流出する高調波を抑制し、力率が遅れにならな
いように制御する。

【００３０】直送スイッチＳに進み電流が流れている
と、電圧がゼロになる前に電圧と同極性の電流はゼロと
なる。次に電圧の極性が反転するまで電流ゼロの期間が
続く。電流が進みであってもアクティブフィルタ７で力
率が１に近づくように制御されていれば、このゼロ電流
の期間は短くなる。これにより、停電が発生して、イン
バータ５として動作する電力変換器から給電を始めて
も、交流電源側に電流が流れ出す方向のサイリスタは、
すでにオフしていて、電流が交流電源側に流れ出すこと
はない。従って、電流が流れ出すことによる瞬断時間の
長期化は避けられる。

【００３１】本発明の説明において、回路例として単相
交流回路をあげて説明したが、三相回路も対象に含む。
三相回路への展開は従来の技術で容易であり、改めて説
明することもない。

【００３２】本発明を説明する構成図において、電力変
換器を単独のブロックで示してあるが、それぞれ、単一
の装置の場合も、また、例えば電力容量を増すために、
複数台を並列にして構成した場合も含まれる。

【００３３】なお、本発明の説明において、負荷が高調
波電流を発生することを前提にしているが、線形な負荷
であって高調波を生じない場合もある。また、高調波規
制が強まり、あるいは高調波公害の認識が高まり、負荷
自体で高調波発生を抑制する処置がとられるようにな
る。このような場合には電力変換器に、あえてアクティ
ブフィルタの機能をもたせなくてもよい。

【００３４】交流電源停電時にエネルギー源として使う
バッテリーは、一般には鉛−酸二次電池が使われる。他
に、太陽電池や燃料電池も適用できる。

【００３５】

【発明の効果】本発明によれば、常時は交流電源から直
接負荷に給電できるので効率が高い。電力変換器が２重
に設けられているので信頼性が高い。整流器として機能
しうる電力変換器を備えているので、交流電源が不安定
で電圧や周波数が規格を割っても、これを入力として、
負荷に給電を続けられる。つまり、信頼性が高い。常
時、電力変換器がインバータとして動作しながら待機し
ているので、停電時の切換時間が短い。直送スイッチは
電圧と同極性の電流しか流さないので、インバータから
交流電源側へ給電することはなく、これによって停電発
生時におけるインバータから給電開始するまでの瞬断時
間が短くなる。つまり、信頼性が高い。また、アクティ
ブフィルタとして機能する電力変換器を備えているの
で、交流電源側へ高調波電流を流出することはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例におけるＵＰＳの概要ブロ
ック図である。

【図２】本発明の第１実施例におけるＵＰＳの動作を説
明するための概要ブロック図であり、（ａ）は常時の給
電、（ｂ）は停電時の給電、（ｃ）は交流電源不安定時
の給電である。

【図３】本発明の第２実施例におけるＵＰＳの概要ブロ
ック図である。

【図４】本発明の１実施例におけるＵＰＳに適用する直
送スイッチであり、（ａ）は概要ブロック図、（ｂ）は
電圧電流の波形図である。

【図５】従来例における第１のＵＰＳの概要ブロック図
である。

【図６】従来例における第２のＵＰＳの概要ブロック図
である。

【図７】従来のＵＰＳにおける直送スイッチを説明する
ための図である。

【符号の説明】

１電力変換器Ａ２電力変換器Ｂ３交流電源４バッテリー５インバータ６整流器７アクティブフィルタ８制御装置Ｃ１１電力変換器ＲＬ負荷Ｓ直送スイッチＳａＳスイッチＳａＬスイッチＳｂＳスイッチＳｂＬスイッチＳＬスイッチＰＴトランスＴ絶縁トランス

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5G003 AA01 AA05 AA06 AA07 DA05 FA04 GB06 5G015 FA13 FA16 GA06 HA13 HA15 JA01 JA04 JA22 JA53 JA64 JA66 KA05 5G066 EA03 HA11 HB04 HB11 JA02 JB03 MA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源（３）と負荷（ＲＬ）とを接続
する直送スイッチ（Ｓ）を備え、交流端子と直流端子を
有する電力変換器を、少なくともＡおよびＢの２組を備
え、電力変換器Ａ（１）はその交流端子を直送スイッチ
（Ｓ）の交流電源側に接続するスイッチ（ＳａＳ）と直
送スイッチ（Ｓ）の負荷側に接続するスイッチ（Ｓａ
Ｌ）を備え、電力変換器Ｂ（２）はその交流端子を直送
スイッチ（Ｓ）の負荷側に接続するスイッチ（ＳｂＬ）
を備え、かつ、電力変換器Ａ（１）およびＢ（２）の直
流端子に接続したバッテリー（４）を備えてなる構成で
あって、電力変換器Ａ（１）は、インバータ（５）、整流器
（６）およびアクティブフィルタ（７）の３機能のうち
少なくとも前の２つの機能を備え、電力変換器Ｂ（２）
は前記３機能のうち少なくてもインバータ（５）の機能
を備えており、交流電源（３）の正常時には、直送スイッチ（Ｓ）を閉
じて負荷（ＲＬ）に給電し、整流器（６）、あるいは整
流器（６）兼アクティブフィルタ（７）として動作する
電力変換器Ａ（１）はスイッチ（ＳａＳ）を開き、スイ
ッチ（ＳａＬ）を閉じて受電し、インバータ（５）とし
て動作する電力変換器Ｂ（２）のスイッチ（ＳｂＬ）は
開いておく、交流電源（３）の停電時には直送スイッチ（Ｓ）を開
き、インバータ（５）として動作する電力変換器Ｂ
（２）はスイッチ（ＳｂＬ）を閉じて負荷（ＲＬ）に給
電し、交流電源（３）の出力が規格を逸脱している期間は、直
送スイッチ（Ｓ）を開き、整流器（６）として動作する
電力変換器Ａ（１）はスイッチ（ＳａＬ）を開き、スイ
ッチ（ＳａＳ）を閉じて受電し、かつインバータ（５）
として動作する電力変換器Ｂ（２）はスイッチ（Ｓｂ
Ｌ）を閉じて負荷（ＲＬ）に給電し、電力変換器Ｂ（２）の保守点検時には、電力変換器Ａ
（１）をインバータ（５）として動作させて電力変換器
Ｂ（２）の代替えとして稼動させることを特徴とする無
停電電源装置。
【請求項２】交流電源（３）と負荷（ＲＬ）とを接続
する直送スイッチ（Ｓ）を備え、交流端子と直流端子を
有する電力変換器を、少なくともＡおよびＢの２組を備
え、電力変換器Ａ（１）はその交流端子を直送スイッチ
（Ｓ）の交流電源側に接続するスイッチ（ＳａＳ）と直
送スイッチ（Ｓ）の負荷側に接続するスイッチ（Ｓａ
Ｌ）を備え、電力変換器Ｂ（２）はその交流端子を絶縁
トランス（Ｔ）を介して、直送スイッチ（Ｓ）の負荷側
に接続するスイッチ（ＳｂＬ）を備え、かつ、電力変換
器Ａ（１）およびＢ（２）の直流端子に接続したバッテ
リー（４）を備えてなる構成であって、電力変換器Ａ（１）は、インバータ（５）、整流器
（６）およびアクティブフィルタ（７）の３機能のうち
少なくとも前の２つの機能を備え、電力変換器Ｂ（２）
は前記３機能のうち少なくてもインバータ（５）の機能
を備えており、交流電源（３）の正常時には、直送スイッチ（Ｓ）を閉
じて負荷（ＲＬ）に給電し、整流器（６）、あるいは整
流器（６）兼アクティブフィルタ（７）として動作する
電力変換器Ａ（１）はスイッチ（ＳａＳ）を開き、スイ
ッチ（ＳａＬ）を閉じて受電し、インバータ（５）とし
て動作する電力変換器Ｂ（２）のスイッチ（ＳｂＬ）は
開いておく、交流電源（３）の停電時には直送スイッチ（Ｓ）を開
き、インバータ（５）として動作する電力変換器Ｂ
（２）はスイッチ（ＳｂＬ）を閉じて負荷（ＲＬ）に給
電し、交流電源（３）の出力が規格を逸脱している期間は、直
送スイッチ（Ｓ）を開き、整流器（６）として動作する
電力変換器Ａ（１）はスイッチ（ＳａＬ）を開き、スイ
ッチ（ＳａＳ）を閉じて受電し、かつインバータ（５）
として動作する電力変換器Ｂ（２）はスイッチ（Ｓｂ
Ｌ）を閉じて負荷（ＲＬ）に給電し、電力変換器Ｂ（２）の保守点検時には、電力変換器Ａ
（１）をインバータ（５）として動作させて電力変換器
Ｂ（２）の代替えとして稼動させることを特徴とする無
停電電源装置。
【請求項３】サイリスタ（Ｓ＋，Ｓ−）を逆並列に接
続した構成であり、交流電源（３）の電圧と同極性の電
流を流すサイリスタを点弧させる直送スイッチ（Ｓ）を
備え、この直送スイッチ（Ｓ）に流れる電流を、交流電
源（３）の電圧と同じ極性とすることを特徴とする請求
項１ないし２記載の無停電電源装置。