JP2014193107A - 無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路 - Google Patents

Abstract

【課題】無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路に関し、とりわけ従来の無停電電源システムにおける静止型切換スイッチの信頼性を高めることができる回路を提供する。
【解決手段】互いに並列接続されている少なくとも二相のスイッチセットを有する第１のスイッチング手段と、少なくとも一つの第２のスイッチング手段とを備えており、前記複数のスイッチセットはそれぞれ逆方向で並列接続されている二つのサイリスタスイッチング素子であり、前記複数の第１のスイッチング手段の一端はバイパス電源にそれぞれ接続され、他端は負荷側に接続されており、前記第２のスイッチング手段の一端は無停電電源システムメインユニットの出力側に接続され、他端は負荷側に接続されている。構造が単純な静止型切換スイッチング回路により単体又は複数台式の無停電電源システムの切換スイッチの信頼性を高める。
【選択図】図２

Description

本発明は無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路に関し、とりわけ従来の無停電電源システムにおける静止型切換スイッチの信頼性を高めることができる回路に関する。

これまでも無停電電源システムを設置することで電源供給の品質を保証することは普遍的に周知されている。従来の無停電電源システムの基本的な構造は図１に示すように、整流回路１１と、蓄電回路１２と、インバータ１３とを有するメインユニットＡと、電源切換装置１５とを備えており、このうち、前記整流回路１１は交流電源１４の電力を受けて直流電流として整流するものであり、前記蓄電回路１２は前記整流回路１１に接続されるとともに整流後の電力を受けて電気エネルギーを蓄えるものであり、前記インバータ１３は前記蓄電回路１２に接続されて、直流電流を交流電源出力に変換するためのものであり、前記電源切換装置１５は他の給電源としてのバイパス電源１６に接続されており、そして前記電源切換装置１５内には、無停電電源システムを保守するときに前記バイパス電源１６が給電するように切り換えるため複数のマニュアルスイッチ１７を備えている。

このうち、前記電源切換装置１５は静止型切換スイッチ１５１、１５２を備えており、無停電電源システムのメインユニットＡの出力側回路に、例えばインバータ１３又はフィルタ回路（図示しない）の出力電圧波形に歪みといった軽微な故障が生じた、又は無停電電源システムのメインユニットＡの出力側回路にグランドのショート、相間ショートなどの重大な故障が生じた場合には、確かに無停電電源システムのコントローラが上記事故を自動的に判別するとともに、先に緊急的に静止型切換スイッチ１５１を投入した後、更に静止型切換スイッチ１５２を切り離す方式で緊急的な給電切り換えを行うが、この数十年来、なおも前記静止型切換スイッチ１５１、１５２が無効化しやすくなるという不具合が頻繁に起きていた。

例えば、無停電電源システムに上記した不具合が発生したとき、コントローラがまず前記静止型切換スイッチ１５１を投入して、前記バイパス電源１６が負荷に給電するよう緊急的にサポートしなければならないが、実際には前記静止型切換スイッチ１５１の投入がスムースに行われないことが頻繁にあり、負荷への停電又は機器が壊れるという不具合を引き起こすか、又は前記コントローラは直ちに前記静止型切換スイッチ１５２をオンにしたものの、切り離しが行われなかったため、別の健全な予備電源で負荷が引き続き稼働するよう新たに給電することができなくなってしまっていた。

よしんば、給電の信頼性を更に高めるために、使用者がより多くのコストをさらに投入して、単体タイプの無停電電源システムを二台又は複数台を並列接続することで給電するように増設したとしても、上記したような静止型切換スイッチが無効化する不具合は存在しており、同様に負荷の電源切断又は機器が壊れるという状況は発生しうる。

したがって、無停電電源システムの静止型切換スイッチの信頼性を如何にして高めるかということは、解決が望まれる問題であった。

本発明の主な目的は無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路を提供するところにある。

上記目的を達成するために、本発明では以下のような技術的思想を採用する。

本発明は無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路であって、互いに並列接続されている少なくとも二相のスイッチセットを有する第１のスイッチング手段と、少なくとも一つの第２のスイッチング手段とを備えており、前記第１のスイッチング手段の一端はバイパス電源にそれぞれ接続され、他端は負荷側に接続されており、前記複数のスイッチセットはそれぞれ逆方向で並列接続されている二つのサイリスタスイッチング素子であり、前記第２のスイッチング手段の一端は無停電電源システムメインユニットの出力側に接続され、他端は負荷側に接続されており、前記第２のスイッチング手段は直列接続されている少なくとも二つのスイッチセットであるか、又は、前記第２のスイッチング手段は直列接続されている少なくとも二つの電磁スイッチである。

上記をまとめるに、本発明の無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路は以下のような長所を備える。
１．無停電電源システムにおける静止型切換スイッチの信頼性を高めることができる。
２．回路構造が単純である。
３．単体又は複数台又は既存の無停電電源システムに応用できる。
４．需要に応じて半導体スイッチング素子又は電磁スイッチを設けることができ、投資コストは低くなる。

従来の無停電電源システムの構造図である。 本発明の第１の実施例の回路図である。 本発明の第２の実施例の回路図である。 本発明の第３の実施例の回路図である。 本発明の第４の実施例の回路図（一）である。 本発明の第４の実施例の回路図（二）である。 本発明の第５の実施例の回路図である。 本発明の第６の実施例の回路図である。

以下にて図面を合わせて詳細に説明することで、本発明の目的、技術内容、特長及びその他達成する効果をより理解しやすくなる。

まず説明しておくべきことは、本実施形態にて記述する無停電電源システムは、オフラインタイプの無停電電源システム又はオンラインタイプの無停電電源システムとすることができるが、これに限定されるものではなく、いずれも本発明の静止型切換スイッチング回路に適用することができるということである。以下の実施例ではオンラインタイプの無停電電源システムを例として説明を行う。

図２に示すように、本発明の無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路は、単体方式で設けられているオンラインタイプの無停電電源システムを第１の実施例としている。このうち、前記オンラインタイプの無停電電源システムは無停電電源システムメインユニット２と、バイパス電源３とを備えており、そして静止型切換スイッチング回路４は前記無停電電源システムメインユニット２及びバイパス電源３にそれぞれ接続されている。このうち、無停電電源システムメインユニット２はその入力側から順次、その出力側に接続されている整流回路と、蓄電回路と、インバータと、フィルタ回路（図示しない）とを備えており、前記整流回路、蓄電回路、インバータ及びフィルタ回路の機能はそれぞれＡＣをＤＣに変換する、バッテリパックが蓄電する、ＤＣをＡＣに変換する、前記インバータの出力電圧における共振波を除去するというものであって、これらはいずれも無停電電源システムにおける普遍的な基本構造であることから、別途説明はしない。前記バイパス電源３は無停電電源システムが故障したときに予備サポートの電源とされる。

上記によれば、予備サポートとして前記バイパス電源３に切り換える必要があるときには、メイクビフォアブレイク（ｍａｋｅ ｂｅｆｏｒｅ ｂｒｅａｋ）の方式、つまり負荷側５が許容可能な一時電源切断時間内に、迅速に前記バイパス電源３を前記負荷側５に投入して前記負荷側５を引き続き稼働させる必要があり、そして元来の無停電電源システムメインユニット２自体のインバータは大電流からラインを保護する装置、例えばヒューズレススイッチ又はヒューズにて、作動して故障を排除することはできないことから、前記バイパス電源３を投入することで、前記バイパス電源３が協力して故障を排除する必要がある。

よって、本発明の静止型切換スイッチング回路４は、互いに並列接続されている二相のスイッチセット４１を有する第１のスイッチング手段４０を備えており、前記複数のスイッチセット４１はそれぞれ逆方向で並列接続されている二つのサイリスタスイッチング素子４１１であって、前記複数の第１のスイッチング手段４０の一端は前記バイパス電源３にそれぞれ接続され、他端は前記負荷側５に接続されており、前記第１のスイッチング手段４０は前記バイパス電源３を前記負荷側５に投入するように切り換えるためのものである。そして二つのスイッチセット４１を設けるというのは、静止型切換スイッチが一つしか設けられていないことで前記バイパス電源３が投入されないという不具合を防止するためである。また、前記静止型切換スイッチング回路４は第２のスイッチング手段４２を更に備えており、前記第２のスイッチング手段４２はヒューズ４２１が直列接続されて互いに直列接続されている少なくとも二つのスイッチセット４１であって、前記複数のスイッチセット４１はそれぞれ逆方向で並列接続されている二つのサイリスタスイッチング素子４１１であって、前記第２のスイッチング手段４２の一端は前記無停電電源システムメインユニット２の出力側に接続され、他端は負荷側５に接続されており、前記第２のスイッチング手段４２は前記無停電電源システムメインユニット２の線路から切り離すためのものである。

第１の実施例において、故障時に迅速で且つスムースにバイパス電源３の作動に投入するために、例えばＳＣＲ型のサイリスタスイッチング素子を採用するものであるが、無停電電源システムメインユニット２側の切断の速度は投入の速度に対してそれほど速くする必要はないので、図３に示す第２の実施例のごとく、前記第２のスイッチング手段４２はヒューズ４２１が直列接続されている互いに直列接続されている少なくとも二つの電磁スイッチ４２２に変更することで実施することができる。これにより、故障排除の作動を同様に完了するとともに、回路全体のコストを削減しつつ、電磁スイッチ４２２は電圧降下が小さいという特性を備えていることから、無停電電源システムの運転効率を更に高めることができる。

図４を参照されたい。本発明の無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路は、ツイン式（複数台式）のオンラインタイプの無停電電源システムを第３の実施例としており、そして第３の実施例の作動方式は上記した実施例と同じであるため、以下ではその構造にのみ説明する。

第３の実施例においては、二台の無停電電源システムメインユニット２と、バイパス電源３と、静止型切換スイッチング回路４とを備えており、本実施例において、前記複数の無停電電源システムメインユニット２は一つのバイパス電源３を共用しており、静止型切換スイッチング回路４中の第２のスイッチング手段４２は無停電電源システムメインユニット２の数に対応して二組設置されるとともに、低コストの電磁スイッチ４２２で実施されている。

また、通常時は、オンラインタイプの無停電電源システムメインユニット２により給電されるが、故障が発生した場合には、第１、第２の実施例に記述する状況により処理するものである。しかしバイパス電源３を切り換えることで無停電電源システムメインユニット２から給電したい場合には、前記複数の電磁スイッチ４２２が直列接続されていることにより故障が発生して無効化してしまうのを防止するために、本発明の静止型切換スイッチング回路４の第４の実施例である図５及び図６に示すように、本発明では常時開（Ｎｏｒｍａｌｌｙ
Ｏｐｅｎ）状態に設定されて前記第２のスイッチング手段４２に並列接続されている少なくとも一つの電磁スイッチ４２３を備えており、前記複数の電磁スイッチ４２２における一つが故障して投入できない場合には、前記電磁スイッチ４２３を緊急的に再投入（導通）することで、無停電電源システムメインユニット２で正常に給電できるようにスムースに復帰する。

同様に、前記第１のスイッチング手段４０が正常に閉（オープン）できずに、前記バイパス電源３と無停電電源システムメインユニット２との並列接続時間が長くなりすぎて無停電電源システムメインユニット２が壊れてしまうことを防止するために、前記第１のスイッチング手段４０と負荷側５との間には常時閉（Ｎｏｒｍａｌｌｙ
Ｃｌｏｓｅｄ）に設定されている少なくとも一つの磁気スイッチ４１２が更に直列接続されており、前記複数のスイッチセット４１における一つが異常となって完全に切り離すことができない場合には、前記磁気スイッチ４１２を緊急的にオフにして前記バイパス電源３での前記負荷側５への給電を切断することで、無停電電源システムメインユニット２での給電の安全性を確保する。

本発明の第５の実施例は、簡素に言えば、第４の実施例を既存の図１の単体タイプの無停電電源システムに実施するものであって、図７を参照されたい。前記第２のスイッチング手段４２の一端は第１の絶縁トランスＴＲ１を介して既存の無停電電源システムＢの出力側に接続されており、他端は負荷側５に接続されている。前記第１のスイッチング手段４０の一端は第２の絶縁トランスＴＲ２を介してバイパス電源３に接続されており、他端は負荷側５に接続されて既存の無停電電源システムＢに並列接続されている。また、保守用として、異なる線路上に複数のマニュアルスイッチ７１をそれぞれ設けてもよい。

既存の無停電電源システムＢ内に故障が発生した、又は電源切換装置６５中の静止型切換スイッチ６５１、６５２での切り換えが失敗して、既存の無停電電源システムＢの出力側が停電してしまった場合、本発明では既存の電源切換装置６５を変更せず、一つの静止型切換スイッチング回路４を外部に別途並列接続する方式で、既存の無停電電源システムでの給電の信頼性を高めることができる。

本発明の第６の実施例は、第５の実施例の無停電電源システムＢを改良したものであって、図８の概略図に示すように、既存の複数台並列接続式の無停電電源システムＣの出力端に静止型切換スイッチング回路４を並列接続することができる。このうち、前記無停電電源システムＣのメインユニットＣ１には、メインユニットＣ１の構造と同じメインユニットＣ２〜Ｃ３が複数組で並列接続されている（本実施例では第１の絶縁トランスＴＲ１及び第２の絶縁トランスＴＲ２を設けない方式でも実施することができる）。前記静止型切換スイッチング回路４により、既存の複数台並列接続式の無停電電源システムＣ内に何らかの故障が発生してその出力側が停電してしまうことを防止して、既存の無停電電源システムの給電の信頼性を高めることができる。

上記をまとめるに、本発明では静止型切換スイッチング回路内にてサイリスタスイッチング素子又は電磁スイッチにより構成される第１のスイッチング手段及び第２のスイッチング手段により、無停電電源システム用の静止型切換スイッチの信頼性を高めて、そして本発明の静止型切換スイッチング回路は既存の無停電電源システムにも使用できるため、既存の無停電電源システムの信頼性を高めることができる。

１１ 整流回路
１２ 蓄電回路
１３ インバータ
１４ 交流電源
１５ 電源切換装置
１５１ 静止型切換スイッチ
１５２ 静止型切換スイッチ
１６ バイパス電源
１７ マニュアルスイッチ
Ａ メインユニット
２ 無停電電源システムメインユニット
３ バイパス電源
４ 静止型切換スイッチング回路
４０ 第１のスイッチング手段
４１ スイッチセット
４１１ サイリスタスイッチング素子
４１２ 磁気スイッチ
４２ 第２のスイッチング手段
４２１ ヒューズ
４２２ 電磁スイッチ
４２３ 電磁スイッチ
ＴＲ１ 第１の絶縁トランス
ＴＲ２ 第２の絶縁トランス
６５ 電源切換装置
６５１ 静止型切換スイッチ
６５２ 静止型切換スイッチ
７１ マニュアルスイッチ
Ｂ 無停電電源システム
Ｃ 無停電電源システム
Ｃ１ メインユニット
Ｃ２ メインユニット
Ｃ３ メインユニット
５ 負荷側

Claims (8)

1. 互いに並列接続されている少なくとも二相のスイッチセットを有しており、前記複数のスイッチセットはそれぞれ逆方向で並列接続されている二つのサイリスタスイッチング素子であり、一端がバイパス電源にそれぞれ接続され、他端が負荷側に接続されている、第１のスイッチング手段と、
   直列接続されている少なくとも二つの前記スイッチセットであり、前記複数のスイッチセットはそれぞれ逆方向で並列接続されている二つのサイリスタスイッチング素子であり、一端が前記無停電電源システムメインユニットの出力側に接続され、他端が負荷側に接続されている、少なくとも一つの第２のスイッチング手段と、を備えた、ことを特徴とする無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路。
2. 前記第２のスイッチング手段に並列接続されている少なくとも一つの電磁スイッチを更に備えた、ことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路。
3. 前記第１のスイッチング手段と負荷側との間には少なくとも一つの磁気スイッチが更に直列接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路。
4. 前記第２のスイッチング手段に並列接続されている少なくとも一つの電磁スイッチを更に備えており、前記第１のスイッチング手段と負荷側との間には少なくとも一つの磁気スイッチが更に直列接続されている、ことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路。
5. 互いに並列接続されている少なくとも二相のスイッチセットを有しており、前記複数のスイッチセットはそれぞれ逆方向で並列接続されている二つのサイリスタスイッチング素子であり、一端がバイパス電源にそれぞれ接続され、他端が負荷側に接続されている、第１のスイッチング手段と、
   一端が無停電電源システムメインユニットの出力側に接続され、他端が負荷側に接続されており、直接接続された少なくとも二つの電磁スイッチである少なくとも一つの第２のスイッチング手段と、を備えた、ことを特徴とする無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路。
6. 前記第２のスイッチング手段に並列接続されている少なくとも一つの電磁スイッチを更に備えた、ことを特徴とする請求項５に記載の無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路。
7. 前記第１のスイッチング手段と負荷側との間には少なくとも一つの磁気スイッチが更に直列接続されている、ことを特徴とする請求項５に記載の無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路。
8. 前記第２のスイッチング手段に並列接続されている少なくとも一つの電磁スイッチを更に備えており、前記第１のスイッチング手段と負荷側との間には少なくとも一つの磁気スイッチが更に直列接続されている、ことを特徴とする請求項５に記載の無停電電源システム用の信頼性の高い静止型切換スイッチング回路。