JP2008306889A - Uninterruptible power supply - Google Patents
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Description
本発明は、外部の交流電源から負荷に供給される交流電力の電圧が一時的に低下した場合、或いは一時的に停電が発生した場合に、代わりに負荷に交流電力を供給する瞬時電圧低下保護装置などの無停電電源装置に関する。 The present invention provides instantaneous voltage drop protection for supplying AC power to a load instead when the voltage of AC power supplied to the load from an external AC power supply temporarily decreases or when a power failure occurs temporarily. The present invention relates to an uninterruptible power supply such as a device.
従来より、100V又は200Vの商用交流電源から負荷に供給される交流電力の電圧が短時間低下した場合や短時間遮断された場合に、これに代えて交流電力を負荷に供給する瞬時電圧低下保護装置が広く利用されている。例えば特許文献1に記載の装置では、昇圧トランスとダイオード整流器から成る初期充電回路と、交流/直流の相互変換を行うインバータ部とを備え、商用交流電源からの交流電力が正常に供給されている状態で、まず初期充電回路により電解コンデンサの充電電圧が或る程度に上昇するまで充電を行い、それ以降はインバータ部を動作させることで交流電力を直流に変換して電解コンデンサを定格電圧まで充電する。そして、商用交流電源からの交流電力の電圧が瞬時低下を起こすと、サイリスタにより交流電源を負荷から切り離し、電解コンデンサに蓄えていた電気エネルギーをインバータ部で交流電力に変換して負荷に供給するようにしている。 Conventionally, when the voltage of AC power supplied to a load from a 100V or 200V commercial AC power supply is reduced for a short time or when it is interrupted for a short time, instantaneous voltage drop protection is provided to supply AC power to the load instead. The device is widely used. For example, the apparatus described in Patent Document 1 includes an initial charging circuit including a step-up transformer and a diode rectifier, and an inverter unit that performs AC / DC mutual conversion, and AC power from a commercial AC power supply is normally supplied. In this state, the initial charging circuit is charged until the charging voltage of the electrolytic capacitor rises to some extent, and thereafter, the inverter is operated to convert AC power to DC and charge the electrolytic capacitor to the rated voltage. To do. When the voltage of the AC power from the commercial AC power supply instantaneously drops, the AC power supply is disconnected from the load by the thyristor, and the electric energy stored in the electrolytic capacitor is converted to AC power by the inverter and supplied to the load. I have to.
こうした瞬時電圧低下保護装置は工場等の大規模施設で多く使用されているが、こうした施設内では、電源電力の供給元と各瞬時電圧低下保護装置とを接続する電力配線が非常に長かったり或いは多数の負荷が接続されていたりすることがあるため、各瞬時電圧低下保護装置において供給を受ける交流電力の電圧自体にかなりのばらつきがみられることがよくある。具体的には、電源電力供給元から離れている場所では電圧降下が問題となるため、電源電力供給元で予め電圧を通常よりも上げておくことで遠隔位置でも負荷に十分な電圧を確保できるようにすることがあるが、その場合、電源電力供給元に近い位置に設置された瞬時電圧低下保護装置では電圧がかなり高くなる。 Such instantaneous voltage drop protection devices are often used in large-scale facilities such as factories, but in such facilities, the power wiring connecting the power supply source and each instantaneous voltage drop protection device is very long, or Since many loads may be connected, the voltage of the AC power supplied in each instantaneous voltage drop protection device is often considerably varied. Specifically, voltage drop becomes a problem at a location away from the power supply source, so by raising the voltage in advance at the power supply source in advance, a sufficient voltage can be secured at the load even at a remote location. In this case, the voltage is considerably high in the instantaneous voltage drop protection device installed near the power supply source.
そのため、例えば瞬時電圧低下保護装置の入力での交流電圧が例えば標準の200Vよりも10%高い220Vである場合、正常な状態では負荷に220Vの交流電圧が印加され、瞬時電圧低下により補償交流電力に切り替わるときに電圧は220Vから約200Vに下がり、瞬時電圧低下が解消して補償交流電力から交流電力に切り替わるときに電圧は約200Vから220Vに急に上がることになる。特に電圧が上昇する際に、その電圧差によって負荷に過大な突入電流が流れる場合があり、これが負荷の故障や誤動作等を引き起こすおそれがあった。 Therefore, for example, when the AC voltage at the input of the instantaneous voltage drop protection device is 220V, which is 10% higher than the standard 200V, for example, an AC voltage of 220V is applied to the load in a normal state, and the compensated AC power is reduced by the instantaneous voltage drop. The voltage drops from 220V to about 200V when switching to, and the voltage suddenly increases from about 200V to 220V when the instantaneous voltage drop is resolved and the switching from the compensated AC power to the AC power. In particular, when the voltage rises, an excessive inrush current may flow through the load due to the voltage difference, which may cause a load failure or malfunction.
本発明は上記課題に鑑みて成されたものであり、その目的とするところは、供給される交流電力の電圧のばらつきが大きい場合でも、電力切り替わり時の突入電流の発生を防止することができる、瞬時電圧低下保護装置を含む無停電電源装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to prevent the occurrence of an inrush current at the time of power switching even when the variation in the voltage of the supplied AC power is large. Another object is to provide an uninterruptible power supply including an instantaneous voltage drop protection device.
上記課題を解決するために成された本発明は、外部の交流電源から交流電力が供給される際に該電力に基づく電気エネルギーを蓄えるための蓄電手段と、前記交流電源から負荷に供給される交流電力の電圧が低下したことを検出する検出手段と、該検出手段による検出結果に応じ、前記交流電源による交流電力に代えて前記蓄電手段に蓄えられている電気エネルギーを利用した補償交流電力を負荷に供給する電力変換手段と、を具備する無停電電源装置において、
a)前記交流電源から交流電力が正常に供給されているときに負荷に供給される交流電力の電圧値を監視して記憶する電圧監視手段と、
b)前記交流電源からの交流電力に代えて前記補償交流電力を出力する際に、前記電圧監視手段により記憶された電圧値に応じて補償交流電力の電圧値を調整するように前記電力変換手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴としている。
The present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, is provided with power storage means for storing electrical energy based on electric power when AC power is supplied from an external AC power source, and is supplied from the AC power source to a load. Detecting means for detecting that the voltage of the AC power has decreased, and compensating AC power using electric energy stored in the power storage means instead of the AC power by the AC power source according to the detection result by the detecting means. In the uninterruptible power supply comprising the power conversion means for supplying to the load,
a) voltage monitoring means for monitoring and storing the voltage value of the AC power supplied to the load when the AC power is normally supplied from the AC power source;
b) The power conversion means so as to adjust the voltage value of the compensated AC power according to the voltage value stored by the voltage monitoring means when outputting the compensated AC power instead of the AC power from the AC power supply. Control means for controlling
It is characterized by having.
本発明に係る無停電電源装置の一態様として、前記電力変換手段は前記蓄電手段に蓄えられた直流電力を交流電力に変換するインバータ回路を含み、前記制御手段は、該インバータ回路による出力電圧値が前記電圧監視手段により記憶された電圧値に一致するようにインバータ駆動制御を行う構成とすることができる。 As one aspect of the uninterruptible power supply according to the present invention, the power conversion means includes an inverter circuit that converts DC power stored in the power storage means into AC power, and the control means outputs an output voltage value by the inverter circuit. Can be configured to perform inverter drive control so as to match the voltage value stored by the voltage monitoring means.
本発明に係る無停電電源装置では、電圧監視手段は、例えば所定時間間隔毎に交流電源から負荷に供給される交流電力の電圧値を監視して記憶する。交流電源からの交流電力が一時的に遮断されたり或いは電圧低下が生じたりした場合に、電力変換手段は蓄電手段に蓄えていた直流的な電気エネルギーを交流電力に変換して補償交流電力として負荷に供給するが、制御手段は、その補償交流電力の電圧値が電圧監視手段により記憶されている電圧値に一致するように電力変換手段の動作を制御する。 In the uninterruptible power supply according to the present invention, the voltage monitoring unit monitors and stores the voltage value of the AC power supplied from the AC power source to the load at predetermined time intervals, for example. When the AC power from the AC power source is temporarily interrupted or a voltage drop occurs, the power conversion means converts the DC electric energy stored in the power storage means into AC power and loads it as compensated AC power. However, the control means controls the operation of the power conversion means so that the voltage value of the compensated AC power matches the voltage value stored by the voltage monitoring means.
このとき参考とする電圧値は、時間的にあまり古いものであると交流電源の電圧変動に対応できず、逆に時間的にあまりに近いものであると瞬低等の影響を受けたものである可能性がある。そこで、補償交流電力への切り替え時点から数秒程度遡った時点で電圧監視手段により得られた電圧値を用いるとよい。 If the voltage value used as a reference at this time is too old in time, it cannot respond to voltage fluctuations of the AC power supply, and conversely, if it is too close in time, it is affected by an instantaneous drop or the like. there is a possibility. Therefore, it is preferable to use the voltage value obtained by the voltage monitoring means at a time point several seconds after the switching time to the compensated AC power.
本発明に係る無停電電源装置によれば、瞬低等により負荷に供給される電力が外部の交流電源からの交流電力から内部の補償交流電力に切り替わったときに、その電圧の差が殆ど生じない。また、特に瞬時電圧低下保護装置では補償(保護)できる時間がもともと比較的短いので、瞬低期間の前と後とでの交流電源電力の電圧差は無視できる程度であるから、瞬低から復帰した後に負荷に供給される電力が補償交流電力から外部交流電源由来の交流電力に切り替わった際の電圧差も殆ど生じない。これにより、そうした供給電力の切り替わり時点で一時的に過大な電流が負荷に流れることを防止することができ、負荷として接続されている機器の故障を回避することができる。 According to the uninterruptible power supply according to the present invention, when the power supplied to the load is switched from the AC power from the external AC power source to the internal compensated AC power due to the instantaneous drop or the like, the voltage difference is almost generated. Absent. In particular, the instantaneous voltage drop protection device has a relatively short compensation time, so the AC power supply voltage difference between before and after the voltage sag is negligible. After that, there is almost no voltage difference when the power supplied to the load is switched from the compensated AC power to the AC power derived from the external AC power source. As a result, it is possible to prevent an excessively large current from flowing into the load at the time of switching of the supplied power, and it is possible to avoid a failure of a device connected as a load.
本発明の一実施例である瞬時電圧低下保護装置について図1〜図3により説明する。図1は本実施例による瞬時電圧低下保護装置の概略ブロック構成図である。 An instantaneous voltage drop protection device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic block diagram of an instantaneous voltage drop protection device according to this embodiment.
この瞬時電圧低下保護装置は、100V又は200Vの商用交流電源1から負荷20に供給される交流電力の電圧が一時的(例えば最大で1秒程度)に低下したときに、これを保護するものである。図1において、外部の商用交流電源1から供給される交流電力は、FETスイッチ(通常はパワーMOSFET)21と過電流保護用の双方向サイリスタ22とが並列に接続されて成る切替部2を経て負荷20に供給され、さらに、この交流電力は複数のスイッチング素子を含むインバータ部4に入力される。FETスイッチ21と双方向サイリスタ22とはそれぞれ独立に、切替駆動部15より与えられる駆動信号によりオン/オフが制御される。
This instantaneous voltage drop protection device protects when the voltage of AC power supplied from the 100V or 200V commercial AC power supply 1 to the
本発明における電力変換手段に相当するインバータ部4には電解コンデンサ51から成る蓄電部5が接続され、インバータ部4は交流電力を直流に変換して電解コンデンサ51を充電する、或いは、逆に電解コンデンサ51に保持されている電気エネルギーを直流/交流変換する機能を有する。後者の際に、インダクタンスとコンデンサとから成るフィルタ7により、交流電力に重畳している高周波成分は除去される。
A power storage unit 5 comprising an electrolytic capacitor 51 is connected to the inverter unit 4 corresponding to the power conversion means in the present invention, and the inverter unit 4 converts AC power into DC to charge the electrolytic capacitor 51, or conversely, electrolysis The electric energy held by the capacitor 51 has a function of DC / AC conversion. In the latter case, the high frequency component superimposed on the AC power is removed by the
また、同じく蓄電部5の電解コンデンサ51を充電するために、トランス61、トランス61の1次側巻線に直列接続された双方向サイリスタ62、トランス61の2次側巻線に接続された整流用ダイオード63、コンデンサ64、抵抗器65などを含む補充電部6を備える。電解コンデンサ51はインバータ部4と補充電部6とのいずれからでも充電が可能となっている。補充電部6の双方向サイリスタ62は補充電駆動部12により与えられる駆動信号によりオン/オフが制御される。また、インバータ部4の各スイッチング素子はインバータ駆動部14により与えられる駆動信号によりオン/オフが制御される。
Similarly, in order to charge the electrolytic capacitor 51 of the power storage unit 5, the
入力電圧検出部11は商用交流電源1から供給される交流電力の電圧の振幅(ピーク値又は実効値)を監視し、その振幅値を制御部10に与える。充電電圧検出部13は電解コンデンサ51に保持された充電電圧を検出し、その電圧値を制御部10に入力する。本発明における電圧監視手段に相当する出力電圧検出部17は本装置から負荷20に印加される交流の出力電圧を検出し、その電圧の振幅(ピーク値又は実効値)を制御部10に入力する。また、本装置から負荷20に供給される負荷電流は電流トランス3及び負荷電流検出部16で検出され、その電流値が制御部10に入力される。制御部10はCPU、RAM、ROMなどを中心に構成され、予め格納された制御プログラムに従って後述する各種制御や処理を実行する。
The input
次に、本実施例の瞬時電圧低下保護装置における電力の補償動作について図2、図3により説明する。図2は制御部10を中心とする制御・処理動作のフローチャート、図3は本実施例の瞬時電圧低下保護装置からの出力電圧波形(a)及び出力電流波形(b)の一例を示す図である。図3中、点線で示す波形は従来装置の場合、実線で示す波形が本実施例の装置の場合である。また、図2のフローチャートの制御・処理は本装置の動作中、繰り返し実行される。
Next, the power compensation operation in the instantaneous voltage drop protection device of this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a flowchart of control and processing operations centered on the
制御部10は所定時間間隔で入力電圧検出部11により入力交流電力の電圧値を計測する(ステップS1)。ここで電圧値はピーク値でも実効値でもよい。次に、計測により得られた電圧値が予め定めた正常値の範囲であるか否かを判定し(ステップS2)、正常である場合には負荷20に対して直送給電を行う(ステップS3)。具体的には、切替駆動部15を介して切替部2のFETスイッチ21を導通状態とし、商用交流電源1から供給される交流電力をそのまま出力して負荷20に与える。また制御部10は、負荷20に供給される交流電力の電圧値をn秒毎に出力電圧検出部17により計測し、この値を内部のメモリに記憶する(ステップS4)。ここでnは例えば1、つまり1秒間隔で出力電圧値の計測・記憶を行うようにすることができる。
The
また、このときに商用交流電力を元に電解コンデンサ51に充電が行われ、電解コンデンサ51に電気エネルギーが蓄えられる。ここで電解コンデンサ51の充電手順を説明する。即ち、充電電圧検出部13により検出される電圧値が第1の所定値V1以下である場合には、制御部10はインバータ駆動部14を介してインバータ部4を動作させ、インバータ部4で交流/直流変換して得た直流の電気エネルギーを電解コンデンサ51に蓄積する。このとき、双方向サイリスタ62はオフ状態とし補充電部6は動作させない。充電電圧検出部13により検出される電圧値が定格電圧Vf(Vf>V1)に達したならば、インバータ部4の動作を停止させ充電動作を停止する。
At this time, the electrolytic capacitor 51 is charged based on the commercial AC power, and electric energy is stored in the electrolytic capacitor 51. Here, the charging procedure of the electrolytic capacitor 51 will be described. That is, when the voltage value detected by the charging
インバータ部4のスイッチング素子がオフ状態であっても、定格電圧Vfまで充電された電解コンデンサ51の電気エネルギーは自然放電により徐々に減じる。そこで、自然放電により充電電圧が下がってきてその電圧値が第2の所定値V2(通常V1<V2<Vf)にまで下がると、充電電圧検出部13により検出される電圧値に基づいてこれを認識した制御部10は、補充電駆動部12を介して双方向サイリスタ62を導通させる。すると、トランス61の1次側巻線に商用交流電源1による電流が流れ、2次側巻線の両端に所定の交流電圧が発生する。この電圧は整流用ダイオード63で直流化され、抵抗器65を介して電解コンデンサ51を充電し始める。このときにはインバータ部4は動作させず、補充電部6のみにより電解コンデンサ51の充電電圧は回復し始める。そして、充電電圧検出部13により検出される電圧値が定格電圧Vfに達したならば、補充電部6の動作を停止させ充電動作を停止する。
Even when the switching element of the inverter unit 4 is in the OFF state, the electric energy of the electrolytic capacitor 51 charged to the rated voltage Vf is gradually reduced by natural discharge. Therefore, when the charging voltage decreases due to spontaneous discharge and the voltage value decreases to a second predetermined value V2 (normally V1 <V2 <Vf), this is calculated based on the voltage value detected by the charging
図2に戻り説明を続ける。電力供給事業者の電力供給の異常等により電圧が一時的に低下したり電力供給が一時的に遮断したりすると、上記ステップS2で入力電圧が正常の範囲を逸脱している、つまりは異常な電圧低下が生じていると判定され、制御部10は直送給電に代えてインバータ給電を選択する(ステップS6)。
Returning to FIG. If the voltage temporarily decreases or the power supply is temporarily cut off due to an abnormality in the power supply of the power supplier, the input voltage deviates from the normal range in step S2, that is, is abnormal. It is determined that a voltage drop has occurred, and the
即ち、切替駆動部15を介して切替部2のFETスイッチ21をオフさせて負荷20を商用交流電源1から切り離す。これと共に、インバータ駆動部14によりインバータ部4を動作させて、その直前まで電解コンデンサ51に保持されていた電圧を直流/交流変換し、フィルタ7を介して波形整形して負荷20に補償交流電力として供給し始める(ステップS7)。制御部10は、内部のメモリから正常時に記憶しておいたm秒前の出力電圧値を読み出す(ステップS8)。ここで、mは例えば5、つまり5秒前に記憶した電圧値を利用するようにすることができる。そして、その時点で負荷20に供給される補償交流電力の電圧値を出力電圧検出部17により計測し、この計測した電圧値と上記読み出した過去の電圧値との差を求め、その差がゼロになるようにインバータ駆動部14を制御する(ステップS9)。
That is, the FET switch 21 of the switching unit 2 is turned off via the switching
例えば商用交流電源1から供給される交流電力の電圧が標準の200Vよりも高い220Vであったとすると、図3に示すように、従来であれば、直送給電からインバータ給電に移行したときに電圧値は220V→約200Vに下がる。これに対し、本実施例の瞬時電圧低下保護装置では上記のような制御・処理を行うことにより、直送給電からインバータ給電に移行したときも電圧値はほぼ220Vに維持される。つまり移行の前後で電圧差は殆どない。 For example, assuming that the voltage of the AC power supplied from the commercial AC power supply 1 is 220V, which is higher than the standard 200V, as shown in FIG. Decreases from 220V to about 200V. On the other hand, in the instantaneous voltage drop protection device according to the present embodiment, the voltage value is maintained at about 220 V even when the direct power supply is switched to the inverter power supply by performing the control and processing as described above. That is, there is almost no voltage difference before and after the transition.
商用交流電源1の交流電力の電圧低下が解消されると、ステップS2で「Y」と判定されるから、制御部10はインバータ給電から直送給電への復帰を行う。即ち、制御部10はインバータ部4の動作を停止して補償交流電力の供給を止め、その後速やかに切替部2により商用交流電源1と負荷20とを接続して、商用交流電源1による交流電力を負荷20に供給し始める。これにより、商用交流電源1の電圧が一時的に低下しても、殆ど途切れなく交流電力を負荷20に供給し続けることができる。
When the voltage drop of the AC power of the commercial AC power supply 1 is resolved, it is determined as “Y” in Step S <b> 2, so the
通常、この瞬時電圧低下保護装置で補償可能な時間は1秒程度(或いは長くても十秒程度)である。従って、上記のような瞬低が起こる直前と瞬低からの復帰直後とでの商用交流電源1の交流電圧の電圧値はほぼ同じである。そのため、インバータ給電から直送給電に切り替わったときの電圧値はほぼ220Vに維持される。つまり、この移行の前後でも電圧差は殆どない。このように、直送給電→インバータ給電→直送給電、という負荷20への給電の切替えに際しても、その交流電力の電圧はほぼ一定に維持される。
Usually, the time that can be compensated by this instantaneous voltage drop protection device is about 1 second (or about 10 seconds at the longest). Therefore, the voltage value of the AC voltage of the commercial AC power supply 1 is almost the same immediately before the occurrence of the voltage drop and immediately after the recovery from the voltage drop. Therefore, the voltage value when switching from inverter power supply to direct power supply is maintained at approximately 220V. That is, there is almost no voltage difference before and after this transition. In this way, the voltage of the AC power is maintained substantially constant even when the power supply to the
図3中に点線で示すように、従来の装置であれば、電圧が例えば220V→約200V→220Vと変化すると、220V→約200Vへの変化の時点では出力電流は減り、約200V→220Vへの変化の時点では出力電流は急に大きくなって、いわゆる負荷20への突入電流となるおそれがある。これに対し、本実施例の瞬時電圧低下保護装置では、電圧値が殆ど変化しないため、電流の変化も殆どなくて済み、負荷20の故障を招くように過大な突入電流が流れることを防止することができる。
As shown by the dotted line in FIG. 3, in the case of a conventional device, when the voltage changes from, for example, 220V → about 200V → 220V, the output current decreases at the time of the change from 220V → about 200V, to about 200V → 220V. At the time of the change, the output current suddenly increases, and there is a risk of a so-called inrush current to the
なお、上記実施例は本発明の一例であり、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても本願特許請求の範囲に包含されることは当然である。例えば、上記実施例はコンデンサに蓄えた電気エネルギーを利用して電力を一時的に代替供給する瞬時電圧低下保護装置について説明したが、本発明は、例えば蓄電池に蓄えた電気エネルギーを利用して、より長時間に亘り電力を代替供給する無停電電源装置一般に適用することができることは明らかである。 The above-described embodiment is an example of the present invention, and it is a matter of course that modifications, corrections, and additions may be appropriately made within the scope of the present invention, and included in the scope of the claims of the present application. For example, the above embodiment has been described with respect to an instantaneous voltage drop protection device that temporarily supplies power by using electric energy stored in a capacitor, but the present invention uses, for example, electric energy stored in a storage battery, It is obvious that the present invention can be generally applied to an uninterruptible power supply that supplies power for a longer time.
1…商用交流電源
2…切替部
21…FETスイッチ
22…双方向サイリスタ
3…電流トランス
4…インバータ部
5…蓄電部
51…電解コンデンサ
6…補充電部
61…トランス
62…双方向サイリスタ
63…整流用ダイオード
64…コンデンサ
65…抵抗器
7…フィルタ
10…制御部
11…入力電圧検出部
12…補充電駆動部
13…充電電圧検出部
14…インバータ駆動部
15…切替駆動部
16…負荷電流検出部
17…出力電圧検出部
20…負荷
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Commercial alternating current power supply 2 ... Switching part 21 ...
Claims (2)
a)前記交流電源から交流電力が正常に供給されているときに負荷に供給される交流電力の電圧値を監視して記憶する電圧監視手段と、
b)前記交流電源からの交流電力に代えて前記補償交流電力を出力する際に、前記電圧監視手段により記憶された電圧値に応じて補償交流電力の電圧値を調整するように前記電力変換手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする無停電電源装置。 Power storage means for storing electrical energy based on the electric power when AC power is supplied from an external AC power supply, and detection means for detecting that the voltage of the AC power supplied from the AC power supply to the load has decreased. An uninterruptible power supply comprising: power conversion means for supplying compensated AC power to a load using electrical energy stored in the power storage means instead of AC power from the AC power source according to a detection result by the detection means In power supply,
a) voltage monitoring means for monitoring and storing the voltage value of the AC power supplied to the load when the AC power is normally supplied from the AC power source;
b) The power conversion means so as to adjust the voltage value of the compensated AC power according to the voltage value stored by the voltage monitoring means when outputting the compensated AC power instead of the AC power from the AC power supply. Control means for controlling
An uninterruptible power supply comprising:
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