JP2012105497A5 - - Google Patents

Description

図１において、無停電電源装置１００は、交流電源１に接続され、交流電圧を直流電圧に変換する第１の電力変換部２と、この第１の電力変換部２により所定値（例えばＤＣ１７０Ｖ）に充電される正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４と、この正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４に接続され、直流電圧を交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）に変換し負荷６に電力を供給する第２の電力変換部５と、交流電源１が健全でない異常時に正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４に電力を供給するバッテリなどの蓄電部７と、交流電源１が健全時に負極側コンデンサ４からの電力を蓄電部７に充電し、交流電源１の異常時には蓄電部７の電力を放電し、負極側コンデンサ４に電力供給する充放電部８と、交流電源１の異常時に蓄電部７と第１の電力変換部２を閉接続する入力切換リレー１２と、交流電源１と負荷６を直結させる場合に、閉となるバイパスリレー１３と、負極側コンデンサ４の高電位側と交流電源１の一端２１との接続点に一端２２が接続され、他端２３は交流電源１の他端２０にダイオード１１とリレー１４を介して接続され、又他端２３は負極側コンデンサ４の低電位側にダイオード１０を介して接続された制御電源９と、蓄電部７に接続され、充放電部８に働きかけて負極側コンデンサ４に蓄電部７の電力を供給する起動部１５と、第２の電力変換部５の出力を負荷に出力する出力リレー１６を有している。
制御電源９は、第１の電力変換部２、第２の電力変換部５、充放電部８、およびリレー１２〜１４などを制御するための制御回路（図示省略）を動作させるための電源である。

第１の電力変換部２は、図２に示すように、リアクトル２ａと、ハーフブリッジダイオード２ｂと、ダイオードブリッジ２ｃを構成するダイオード２ｃ１、２ｃ２、２ｃ３、２ｃ４と、このダイオードブリッジ２ｃと並列接続されるトランジスタ２ｄとを有しており、交流電源１が健全時は交流電源１の交流電力をハーフブリッジダイオード２ｂにより直流電力に整流すると共に、リアクトル２ａ、ダイオードブリッジ２ｃ及びトランジスタ２ｄにより昇圧して正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４に電力供給する。交流電源１の異常時には、蓄電部７の直流電力をリアクトル２ａ、ハーフブリッジダイオード２ｂ、入力切替リレー１２により昇圧して正極側コンデンサ３に電力供給する。

以下、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の充電動作を図２に基づき詳細に説明する。
交流電源１の電圧が正の場合、第１の電力変換部２のトランジスタ２ｄをオンして、交流電源１→入力切換リレー１２→リアクトル２ａ→ダイオードブリッジ２ｃのダイオード２ｃ１→トランジスタ２ｄ→ダイオードブリッジ２ｃのダイオード２ｃ４→交流電源１というルートで、リアクトル２ａにエネルギーを貯める。
続いて、トランジスタ２ｄをオフして、リアクトル２ａ→ハーフブリッジダイオード２ｂ→正極側コンデンサ３→交流電源１→入力切換リレー１２→リアクトル２ａというルートで、リアクトル２ａに貯められたエネルギーを正極側コンデンサ３に充電し、共通線に対し正極側電圧線Ｐを形成する。

交流電源１が負の場合、第１の電力変換部２のトランジスタ２ｄをオンして、交流電源１→ダイオードブリッジ２ｃのダイオード２ｃ２→トランジスタ２ｄ→ダイオードブリッジ２ｃのダイオード２ｃ３→リアクトル２ａ→入力切換リレー１２→交流電源１というルートで、リアクトル２ａにエネルギーを貯める。
続いて、トランジスタ２ｄをオフして、リアクトル２ａ→入力切換リレー１２→交流電源１→負極側コンデンサ４→ハーフブリッジダイオード２ｂ→リアクトル２ａというルートで、リアクトル２ａに貯められたエネルギーを負極側コンデンサ４に充電し、共通線に対し負極側電圧線Ｎを形成する。

もし、交流電源１が所定の正常範囲（例えばＡＣ８０Ｖから１２０Ｖ）を逸脱した場合、交流電源１が瞬時電圧低下、停電などの異常状態になったと判定し、入力切換リレー１２を、第１の電力変換部２と蓄電部７を閉接続（端子ａ−ｃ間接続）するように切換し、蓄電部７の電力を第１の電力変換部２によりＤＣ／ＤＣ電力変換して正極側コンデンサ３へ供給し、正極側コンデンサ３の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。

蓄電部７の電力を第１の電力変換部２により電力変換して正極側コンデンサ３へ供給する場合の動作を図２に基づき詳細に説明する。
第１の電力変換部２のトランジスタ２ｄがオンした時、蓄電部７→入力切換リレー１２→リアクトル２ａ→ダイオード２ｃ１→トランジスタ２ｄ→ダイオード２ｃ４→蓄電部７と電流が流れ、トランジスタ２ｄがオフした時、その電流が、リアクトル２ａ→ダイオード２ｂ１→正極側コンデンサ３→蓄電部７→入力切換リレー１２→リアクトル２ａと流れ、正極側コンデンサ３へ電力を供給する。

また、蓄電部７の電力を充放電部８により電力変換して負極側コンデンサ４へ供給し、負極側コンデンサ４の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。
蓄電部７の電力を充放電部８により電力変換して負極側コンデンサ４へ供給する場合の動作を図４に基づき詳細に説明する。
充放電部８のトランジスタ８ａがオンした時、蓄電部７→トランジスタ８ａ→リアクトル８ｅ→蓄電部７と電流が流れ、トランジスタ８ａがオフした時、その電流が、リアクトル８ｅ→負極側コンデンサ４→ダイオード８ｄ→リアクトル８ｅと流れ、負極側コンデンサ４へ電力を供給する。
こうして、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の保有電力を、第２の電力変換部５により電力変換して負荷６に交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）を出力する。
以上の動作を以下、バックアップ運転と言う。

無停電電源装置１０２が動作を停止（制御電源９が動作を停止）した状態から、交流電源１を印加すると、交流電源１→抵抗２４→リレー１９→第１の電力変換部２（リアクトル２ａとハーフブリッジダイオード２ｂ）→正極側コンデンサ３→リレー２６→交流電源１という経路で正極側コンデンサ３が充電され、同時に交流電源１→リレー２６→負極側コンデンサ４→第１の電力変換部２（リアクトル２ａとハーフブリッジダイオード２ｂ）→リレー１９→抵抗２４→交流電源１という経路で負極側コンデンサ４が充電される。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４における無停電電源装置を図８に基づいて説明する。図８はこの発明の実施の形態４における無停電電源装置１０３の全体構成を示すブロック図、図９は起動部を示す回路図である。
実施の形態１〜３では、蓄電部７の負極側が共通線に接続されて、蓄電部７が正極側（共通線の上側）に設けられ、充放電部８は蓄電部７の電力を負極側コンデンサ４に供給していた。実施の形態４の発明は、蓄電部７が負極側（共通線の下側）に設けられ、充放電部８は蓄電部７の電力を正極側コンデンサ３に供給するようにしたものである。
即ち、この発明の充放電部８は、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４のうち、少なくとも蓄電部７の接続側とは極性の異なる側のコンデンサに電力を供給してもよいものである。

バックアップ運転時は、蓄電部７の電力を第１の電力変換部２によりＤＣ／ＤＣ電力変換して負極側コンデンサ４へ供給し、負極側コンデンサ４の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。
蓄電部７の電力を第１の電力変換部２により電力変換して負極側コンデンサ４へ供給する場合の動作を図２に基づき詳細に説明する。
第１の電力変換部２のトランジスタ２ｄがオンした時、蓄電部７→ダイオード２ｃ２→トランジスタ２ｄ→ダイオード２ｃ３→リアクトル２ａ→入力切換リレー１２→蓄電部７と電流が流れ、トランジスタ２ｄがオフした時、その電流が、リアクトル２ａ→蓄電部７→負極側コンデンサ４→ダイオード２ｂ２→リアクトル２ａと流れ、負極側コンデンサ４へ電力を供給する。

また、蓄電部７の電力を充放電部８によりＤＣ／ＤＣ電力変換して正極側コンデンサ３へ供給し、正極側コンデンサ３の両端電圧を所定電圧（例えばＤＣ１７０Ｖ）に維持する。
蓄電部７の電力を充放電部８により電力変換して正極側コンデンサ３へ供給する場合の動作を図４に基づき詳細に説明する。
充放電部８のトランジスタ８ｃがオンした時、蓄電部７→リアクトル８ｅ→トランジスタ８ｃ→蓄電部７と電流が流れ、トランジスタ８ｃがオフした時、その電流が、リアクトル８ｅ→ダイオード８ｂ→正極側コンデンサ３→リアクトル８ｅと流れ、正極側コンデンサ３へ電力を供給する。
そして、正極側コンデンサ３及び負極側コンデンサ４の保有電力を、第２の電力変換部５により電力変換して負荷６に交流電圧（例えばＡＣ１００Ｖ）を出力する。