JP3386630B2 - 無停電電源装置 - Google Patents

無停電電源装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は入力部と出力部に交流−
直流間の両方向の電力変換機能を備えた無停電電源装置
に関するものであり、入力部或いは出力部のどちらかが
故障した場合でも蓄電池を充電すると共に、負荷に電力
を供給することができる無停電電源装置に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】商用電源から供給される交流を直流に変
換する順変換部と、この順変換部の出力である直流を交
流に変換する逆変換部及び商用電源の停電時或いは瞬時
電圧低下時に順変換部に直流電力を供給する蓄電池から
成る無停電電源装置は、安定した交流を得られることか
ら数多く利用されている。無停電電源装置は一般に電子
計算機等の電源として用いられることが多く、社会的に
も重要な箇所に使用される場合が多い。
【0003】図4は無停電電源装置(以下、UPSとい
う)の従来例を示す。図において、1は入力交流電源、
12は入力変換部、3は出力変換部、4は蓄電池、6は
第2のスイッチ、8は第4のスイッチ、10は停電検出
器、11は制御回路を示す。入力変換部12は図5に示
すように構成され、即ちブリッジ接続されたトランジス
タ等のような自己消弧素子(以下、トランジスタとい
う)53A〜53Dと、これらの素子に逆接続されたダ
イオード54A〜54Dと、直流端子P,Nとの間に接
続されるコンデンサ55と、交流入力側に接続されるリ
アクトル52から構成される。
【0004】出力変換部3は図3に示すように構成さ
れ、即ちブリッジ接続されたトランジスタ32A〜32
Dと、これらの素子に逆接続されたダイオード33A〜
33Dと、直流端子P,Nとの間に接続されるコンデン
サ31と、交流出力側に接続されるリアクトル34とコ
ンデンサ35から構成される。ここで、コンデンサ31
は入力変換部12のP,Nに接続されるコンデンサ55
と兼用されるため取り外すことが出来る。なお、図5,
3は単相回路を例にとっているが、三相回路も同様に使
われている。
【0005】図5において、トランジスタ53A〜53
Dとダイオード54A〜54Dからなるブリッジ回路は
交流電源の電圧を整流してコンデンサ55を充電すると
共に、図4の蓄電池4を充電し、出力変換部3に給電す
る。単に整流するだけであればダイオード54A〜54
Dで機能が果たせる。トランジスタ53A〜53Dは入
力の電流の波形を制御するために設けている。その目的
とするところは、装置の入力電流を交流電源の電圧と同
相の正弦波とすることによって力率を1とし、また高調
波の発生を抑えることにある。
【0006】ここでUPSの動作の説明を行う。図4に
おいて、入力交流電源1から供給される交流電力は入力
変換部12により直流電力に変換され、所定の直流電圧
で蓄電池4を充電するとともに、出力変換部3の入力に
なる。出力変換部3にて直流より交流へ変換された電力
は、一定電圧,一定周波数の質の高い電力として、第2
の切換スイッチ6を介し負荷9に供給される。次に入力
交流電源1の停電あるいは異常時、停電検出器10の動
作により、入力変換部12を停止することにより蓄電池
4に蓄えられた直流エネルギを出力変換部3により交流
に変換し、第2の切換スイッチ6を介し、負荷9に供給
することで、電力の中断なしに電力を給電することがで
きる。又、出力変換部3の出力電圧を常時商用同期させ
ておくことにより万一出力変換部3が故障した場合、第
4のスイッチ8を閉路し、第2のスイッチ6を開路し、
無瞬断でバイパス給電に切換えることができる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】このような構成から成
るUPSにおいて、入力変換部又は出力変換部の故障時
にバイパス給電している際、商用電源に停電等の異常が
発生した場合、本来の停電時のバックアップシステムの
使命を果たせず、負荷給電を停止させてしまう危険性が
あった。本発明は上記の欠点を改善するために提案され
たもので、その目的は、入力変換部又は出力変換部の故
障時にバイパス給電している際、商用電源に停電等の異
常が発生した場合でも、負荷に無瞬断にて給電を継続す
ることが出来る無停電電源装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は交流を直流に変換する入力変換部と、入力
変換部に交流電力を供給する入力交流電源と、前記入力
変換部よりの直流電力を交流に再変換する出力変換部
と、前記入力電源異常時に前記出力変換部に直流を供給
する蓄電池と、前記入力変換部と入力端子との間に設け
た第1のスイッチと、前記出力変換部と負荷との間に設
けられる第2のスイッチと、前記負荷と前記入力変換部
の第1のスイッチ側との間に設けられる第3のスイッチ
と、前記入力交流電源と前記負荷との間に設けられる第
4のスイッチを備えたバイパス回路と、前記入力交流電
源の停電等の異常を検出する停電検出器とを備え、かつ
前記入力変換部,出力変換部はいずれも交流を直流に変
換する順変換機能と、直流を交流に変換する逆変換機能
を有した装置において、前記入力変換部に故障が発生し
た際には、前記第1のスイッチを開路し、前記第4のス
イッチを閉路し、前記出力変換部を順変換動作させ、前
記蓄電池に直流を供給するとともに、前記バイパス回路
で負荷に給電し、前記出力変換部に故障が発生した際に
は、前記第1,第2のスイッチを開路し、前記第3,第
4のスイッチを閉路し、前記入力変換部を順変換動作さ
せ、前記蓄電池に直流を供給するとともに、前記バイパ
ス回路で負荷に給電し、前記入力変換部が故障している
間に前記停電検出器が停電を検出した際に、前記第4の
スイッチを開路し、前記出力変換部を逆変換させ、前記
負荷に蓄電池給電し、前記出力変換部が故障している間
に前記停電検出器が停電を検出した際に、前記第4のス
イッチを開路し、前記入力変換部を逆変換させ、前記負
荷に蓄電池給電することを特徴とする無停電電源装置を
発明の要旨とするものである。
【0009】
【作用】本発明によれば、入力変換部あるいは出力変換
部の故障時にバイパス給電している際、正常な変換部を
順変換動作する事により蓄電池を充電し、かつ停電検出
器の動作によって第4のスイッチを開路し、正常変換部
を逆変換し蓄電池運転することにより、無瞬断で負荷に
給電継続できるものである。
【0010】
【実施例】以下本発明の実施例について説明する。なお
実施例を一つの例示であって、本発明の精神を逸脱しな
い範囲で種々の変更あるいは改良を行いうることはいう
までもない。図1に本発明の一実施例を示す。図におい
て、1は入力交流電源、5は第1のスイッチ、2は入力
変換部、3は出力変換部、4は蓄電池、6から8はそれ
ぞれ第2から第4のスイッチ、10は停電検出器、11
は制御回路部を示す。入力変換部2は図2に示すように
構成され、これは従来技術の入力変換部12(図5)に
おいて、交流入力側にコンデンサ21を挿入したもので
ある。出力変換部は従来技術の出力変換部3(図3)を
使用している。図3のP,Nに接続されるコンデンサ3
1は図2のP,Nに接続されるコンデンサ25と兼用さ
れるため取り外すことが出来る。
【0011】ここで入力変換部の図2と出力変換部の図
3を見ると、それぞれコンデンサ25,31を中心にし
て回路構成が左右対称である。つまり入力変換部2も出
力変換部3も同じ構成となる。従って、入力変換部2及
び出力変換部3は順変換機能及び逆変換機能を有する。
【0012】次に動作について説明する。ここで図6は
本発明の無停電電源装置の入力交流電源の異常モード、
入力変換部及び出力変換部の事故モードにおける各切換
スイッチ、入力変換部及び出力変換部の動作状態を示し
たものである。図1において、入力交流電源1から供給
される交流電力は第1のスイッチ5を通して入力変換部
2により直流電力に変換され、所定の直流電圧で蓄電池
4を充電するとともに、出力変換部3の入力になる。出
力変換部3にて直流より交流へ変換された電力は、一定
電圧,一定周波数の質の高い電力として、第2の切換ス
イッチ6を介し負荷9に供給される。
【0013】次に入力交流電源1の停電あるいは異常
時、停電検出器10の動作により、入力変換部2を停止
することにより蓄電池4に蓄えられた直流エネルギを出
力変換部3により交流に変換し、第2の切換スイッチ6
を介し負荷9に供給することで、電力の中断なしに電力
を給電することができる。ここまでは従来のUPSの動
作である。
【0014】ここで出力変換部3が故障した場合、第4
のスイッチ8を閉路し、第2のスイッチ6を開路するこ
とで無瞬断でバイパス給電に切換え、かつ、第1のスイ
ッチ5を開路し、第3のスイッチ7を閉路し、入力変換
部2を順変換動作させて、入力交流電源1からバイパス
回路を経由して供給される交流電力を直流に変換し、蓄
電池4を充電する。この状態で入力交流電源1が停電す
ると、停電検出器10の動作により、入力変換部2を逆
変換動作させ、第4のスイッチ8を開路することで、蓄
電池4の直流エネルギは入力変換部2で交流電力に変換
され、第3のスイッチ7を介して負荷9に給電される。
さらに入力交流電源1が復電すると、停電検出器10が
復電信号を送出し、その信号により第4のスイッチ8が
閉路し、入力変換部2が順変換動作することで、入力交
流電源1からバイパス回路を経由し第4のスイッチ8を
介して負荷9に交流電力を供給しつつ、蓄電池4に直流
電力を供給する。
【0015】次に入力変換部2が故障した場合の動作を
説明する。入力変換部2が故障すると、第1のスイッチ
5を開路し、第4のスイッチ8を閉路し出力変換部3を
順変換動作することで負荷9への給電をバイパス給電に
切換え、かつ、入力交流電源1からバイパス回路を経由
して供給される交流電力を出力変換部3で直流に変換
し、蓄電池4を充電する。この状態で入力交流電源1が
停電すると、停電検出器10の動作により、出力変換部
3を逆変換動作させ、第4のスイッチ8を開路すること
で、蓄電池4の直流エネルギは出力変換部3で交流電力
に変換され、第2のスイッチ6を介して負荷9に給電さ
れる。
【0016】さらに入力交流電源1が復電すると、停電
検出器10が復電信号を送出し、その信号により第4の
スイッチ8が閉路し、出力変換部3が順変換動作するこ
とで、入力交流電源1からバイパス回路を経由し第4の
スイッチ8を介して負荷9に交流電力を供給しつつ、蓄
電池4に直流電力を供給する。
【0017】
【発明の効果】以上の説明のように本発明は、交流電源
の給電を受けてこれを一旦直流電圧に変換し、再度、交
流に変換して無停電で給電する電源において、入力変換
部又は出力変換部の故障時にバイパス給電している際、
交流電源に停電等の異常が発生した場合でも、正常な変
換部で逆変換を行い、蓄電池運転することで負荷に給電
を継続できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す無停電電源装置のブロ
ック図を示す。
【図2】入力変換部の構成図を示す。
【図3】出力変換部の構成図を示す。
【図4】従来の無停電電源装置のブロック図を示す。
【図5】従来装置における入力変換部の構成図を示す。
【図6】本発明の無停電電源装置の各部の動作状態表を
示す。
【符号の説明】
1 入力交流電源 2 本発明の入力変換部 3 出力変換部 4 蓄電池 5 第1の切換スイッチ 6 第2の切換スイッチ 7 第3の切換スイッチ 8 第4の切換スイッチ 9 負荷 10 停電検出器 11 制御回路 12 従来の無停電電源装置の入力変換部 21 コンデンサ 22 リアクトル 23A〜23D トランジスタ 24A〜24D ダイオード 25 コンデンサ 31 コンデンサ 32A〜32D トランジスタ 33A〜33D ダイオード 34 リアクトル 35 コンデンサ 52 リアクトル 53A〜53D トランジスタ 54A〜54D ダイオード 55 コンデンサ
フロントページの続き (72)発明者 山下 隆司 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 竹内 典和 東京都千代田区内幸町一丁目1番6号 日本電信電話株式会社内 (72)発明者 小泉 泰之 東京都港区六本木一丁目4番33号 株式 会社エヌ・ティ・ティ ファシリティー ズ内 (56)参考文献 特開 平5−260683(JP,A) 特開 平6−51871(JP,A) 特開 平3−65031(JP,A) 特開 平7−7873(JP,A) 特開 昭63−157630(JP,A) 特開 平5−161282(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H02J 9/00 - 11/00 H02M 7/48

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流を直流に変換する入力変換部と、入
    力変換部に交流電力を供給する入力交流電源と、前記入
    力変換部よりの直流電力を交流に再変換する出力変換部
    と、前記入力電源異常時に前記出力変換部に直流を供給
    する蓄電池と、前記入力変換部と入力端子との間に設け
    た第1のスイッチと、前記出力変換部と負荷との間に設
    けられる第2のスイッチと、前記負荷と前記入力変換部
    の第1のスイッチ側との間に設けられる第3のスイッチ
    と、前記入力交流電源と前記負荷との間に設けられる第
    4のスイッチを備えたバイパス回路と、前記入力交流電
    源の停電等の異常を検出する停電検出器とを備え、かつ
    前記入力変換部,出力変換部はいずれも交流を直流に変
    換する順変換機能と、直流を交流に変換する逆変換機能
    を有した装置において、 前記入力変換部に故障が発生した際には、前記第1のス
    イッチを開路し、前記第4のスイッチを閉路し、前記出
    力変換部を順変換動作させ、前記蓄電池に直流を供給す
    るとともに、前記バイパス回路で負荷に給電し、 前記出力変換部に故障が発生した際には、前記第1,第
    2のスイッチを開路し、前記第3,第4のスイッチを閉
    路し、前記入力変換部を順変換動作させ、前記蓄電池に
    直流を供給するとともに、前記バイパス回路で負荷に給
    電し、 前記入力変換部が故障している間に前記停電検出器が停
    電を検出した際に、前記第4のスイッチを開路し、前記
    出力変換部を逆変換させ、前記負荷に蓄電池給電し、 前記出力変換部が故障している間に前記停電検出器が停
    電を検出した際に、前記第4のスイッチを開路し、前記
    入力変換部を逆変換させ、前記負荷に蓄電池給電するこ
    とを特徴とする無停電電源装置。
  2. 【請求項2】 入力変換部及び出力変換部は同じ構成で
    あり、かつ夫々順変換機能および逆変換機能を有するこ
    とを特徴とする請求項1記載の無停電電源装置。
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