JP3587768B2 - 出力切換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、無停電電源装置のインバータ出力と直送回路出力とを切り換えるためのＡＣスイッチとして使用される出力切換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、電源供給システムの信頼性向上のための無停電電源装置の設置は、電気系システムにおいて不可欠なものとなっている。
【０００３】
無停電電源装置のインバータ回路と直送回路とを切り換えるために設けられたＡＣスイッチには高速動作が必要とされる。反面、ＡＣスイッチの高速切り換え動作には、切り換え動作の高速性に起因する困難が存在する。すなわち、直送回路とインバータ回路とは周波数および位相は一致せず、インバータ回路と直送回路の非同期運転状態においては一般に位相差が生じ、前記高速切り換え動作による位相差に伴う横流が発生し、インバータの保護回路が誤動作するという不具合があった。
【０００４】
したがって従来より、前記横流による不具合を解消し、高速動作を実現するＡＣスイッチの開発が行われてきた。
【０００５】
例えば、前記ＡＣスイッチとして半導体スイッチを用いる場合がある。この場合、自己消弧デバイスあるいは強制消弧機能を付加し、直送回路とインバータ回路に位相差がある非同期運転状態でも、電流を一旦遮断した後に切り換え動作を行い、直送回路とインバータ回路の切り換え時における横流発生を防止している。また、半導体スイッチと電磁接触器を組み合わせたハイブリッド形も用いられている。
【０００６】
安価なＡＣスイッチとしては、ｃ接点構成の電磁接触器やリレーが使用されている。ｃ接点構成の電磁スイッチにおけるａ接点とｂ接点間の切り換え時間は、接点の動作時間であるストローク動作時間で決まる。
【０００７】
さらに、２組の電磁接触器を用いて切り換え操作を行う方式がある。この方式では直送回路とインバータ回路の各々に電磁接触器を設け、電気的インターロックまたは機械的インターロックを設けることにより、２組の電磁接触器間の相互切り換えをなし、インバータ回路の非同期運転状態においても直送回路とインバータ回路の切り換え時における横流発生を防止している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来の手法には、それぞれ以下のような課題があった。
第１に、前記半導体スイッチを用いる場合、直送回路とインバータ回路間の切り換え動作を電流遮断後に行うため、回路全体が複雑化してしまうという問題があった。
【０００９】
この場合、直送給電用スイッチ部に半導体スイッチを用いるので、直送給電中においても制御電源が必要となり、回路のフェイルセーフ性の低下を招くという問題も存在した。
【００１０】
第２に、前記ｃ接点構成の電磁接触器のみを用いる場合、直送回路とインバータ回路との間の高速切り換え動作に伴う横流を防止するため、商用同期運転機能を持つ高価なインバータを用いる必要があり、前記ｃ接点構成の安価な電磁接触器を用いるのにも関わらず、結局、無停電電源装置自体が高価なものになってしまうという問題があった。
【００１１】
この場合、前記商用同期運転機能を持つ高価なインバータを用いず直送回路にインピーダンスを設けて横流を抑制することも可能であるが、逆相状態を考慮すると、このインピーダンスは大きな値となり定常直送給電時に大きな電圧降下を発生させてしまうという問題もあった。
【００１２】
第３に、前記２組の電磁接触器を用いる方式の場合、直送回路とインバータ回路の切り換え時における電磁接触器の動作遅れが、１台の電磁接触器のオフ時遅れ動作時間と、もう１台の電磁接触器のオン時遅れ動作時間との合計となり、直送回路とインバータ回路間における高速切り換え動作が困難であるという問題があった。
【００１３】
そこで本発明の課題は、商用同期運転機能のないインバータ回路と直送回路間の切り換えを、横流を伴わず高速で行うことができる安価な出力切換装置を提供することである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、直送回路出力とインバータ出力とを切り換えて負荷に出力する出力切換装置（例えば図１の出力切換装置１０）において、
直送回路の出力段、インバータの出力段、および前記負荷への出力端子と接続され、前記直送回路出力と前記インバータ出力とを択一的に切り換えるｃ接点構成の双投式の第１のスイッチ（例えば図１の第１の電磁接触器３）と、
前記第１のスイッチと前記直送回路の出力段との間に設けられたｂ接点構成の第２のスイッチ（例えば図１の第２の電磁接触器４）と、
前記直送回路出力を前記出力端子から前記負荷に出力する際は、前記第２のスイッチを閉状態とし、前記第１のスイッチのｂ接点を該第２のスイッチを介して前記直送回路の出力段と接続して、該直送回路出力を該負荷に出力し、前記出力端子から前記負荷への出力を前記直送回路出力から前記インバータ出力に切り換える際は、前記第２のスイッチを開状態に切り換え、前記第１のスイッチのｂ接点をａ接点に切り換えて、前記インバータの出力段と接続した後、該第２のスイッチを閉状態に切り換え、前記出力端子から前記負荷への出力を前記インバータ出力から前記直送回路出力に切り換える際は、前記第１のスイッチのａ接点をｂ接点へ切り換える切り換え制御を行う制御手段（例えば図１の制御部５）と、
を備えたことを特徴とする。
【００１５】
この請求項１記載の発明によれば、直送回路出力とインバータ出力間の高速切り換え用にｃ接点構成の双投式の第１のスイッチを設け、更に、直送回路出力からインバータ出力への切り換え時に発生する横流を防止するために直送回路を一時遮断するためのｂ接点構成の第２のスイッチを設ける。
【００１６】
したがって、直送回路出力からインバータ出力に切り換える際は、第２のスイッチ動作後に、第１のスイッチによって直送回路出力からインバータ出力への切り換え動作が行われるため、直送回路出力からの交流出力は一時遮断され、直送回路出力からインバータ出力への横流を防止する事が可能となる。更に、直送回路出力からインバータ出力への切り換え時における動作遅れは第１のスイッチのオン遅れ動作時間のみであるため、高速切り換えが可能となる。
【００１７】
また、インバータ出力から直送回路出力に切り換える際は、インバータは並行動作で停止となるため、インバータ出力から直送回路出力への横流を回避することができ、更にインバータ出力から直送回路出力への切り換え時における動作遅れは第１のスイッチのオフ遅れ動作時間のみであるため，高速切り換えが可能となる。
【００１８】
また、２ヶの電磁接触器のみによりＡＣスイッチを構成するため、安価な高速切り換えスイッチが実現できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図２を参照して本発明の実施の形態における出力切換装置１０について詳細に説明する。
まず、構成を説明する。
【００２０】
図１は、本発明の一実施の形態における出力切換装置１０の回路構成を示す図である。
図１において、出力切換装置１０は、直送回路１、インバータ２、第１の電磁接触器３、第２の電磁接触器４、および制御部５により構成されており、制御部５は、第１の電磁接触器３、第２の電磁接触器４、およびインバータ２の出力段と、それぞれ信号経路Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を介して接続されている。
【００２１】
直送回路１は、図外の商用交流電源（例えば交流１００Ｖ）と接続され、その交流電源を、第１の電磁接触器３および第２の電磁接触器４を介して出力端子に接続される負荷（図示せず）に供給する。
【００２２】
インバータ２は、直送回路１と同様の交流電源を負荷に供給する電源装置であり、通常、負荷に対する交流電源の供給はインバータ２によって行われる（常時インバータ給電方式）。インバータ２が交流電源を負荷に供給する際、第２の電磁接触器４は解放され、第１の電磁接触器３はａ接点に接続されている。
【００２３】
インバータ２の出力段は、信号経路Ｓ３を介して制御部５と接続されている。インバータ２の電源供給状態は信号が経路Ｓ３を介して制御部５で検出されており、この制御部５から第１の電磁接触器４に出力される給電切換指令信号によってインバータ２から負荷への電源供給動作は制御される。
【００２４】
第１の電磁接触器３は双方向スイッチであり、ａ接点はインバータ２の出力段に接続され、ｂ接点は第２の電磁接触器４に接続され、ｃ接点は出力端子に接続されている。また、第１の電磁接触器３は信号経路Ｓ１を介して制御部５に接続されている。
【００２５】
更に、第１の電磁接触器３は、ａ接点からｂ接点への接続切り換えが電磁作用によって行われる為、切り換え時におけるストローク時間がｍｓｅｃのオーダーとなり、高速切り換え動作が可能である。
【００２６】
また，第１の電磁接触器３において、内蔵する励磁コイル（図示せず）に対し制御部５から信号経路Ｓ１を介して入力される給電切換指令信号がオフ状態の場合、可動切片はｂ接点に接続され、その給電切換指令信号がオン状態の場合、可動切片はａ接点に接続される。
【００２７】
第２の電磁接触器４はリレー式スイッチであり、この第２の電磁接触器４が有する二つの接点のうち一方は直送回路１の出力段に，そしてもう一方は第１の電磁接触器３のｂ接点に接続されている。また、第２の電磁接触器４は信号経路Ｓ２を介して制御部５に接続されている。
【００２８】
更に、第２の電磁接触器４は、内蔵する励磁コイル（図示せず）に対して制御部５から信号経路Ｓ２を介して入力される図示しない給電切換指令信号がオフ状態の場合、接点は「閉」となる。この第２の電磁接触器４は、給電切換指令信号（図示せず）がオン状態の場合、接点が一時的に「開」となるように動作する。
【００２９】
また、第２の電磁接触器４は、接点の開閉切り換え動作が電磁作用によって行われる為、高速切り換え動作が可能である。
【００３０】
制御部５は、インバータ２の出力段に接続された信号経路Ｓ３を介してインバータ２の電源供給状態を検出し、その検出結果に基づいて、電磁接触器３および４がそれぞれ内蔵する励磁コイルに対して給電切換指令信号を出力し、インバータ給電から直送給電への切り換えを制御する。
【００３１】
制御部５は、インバータ２の電源供給状態が、停止もしくは不安定である、と判定した場合、第１の電磁接触器３が内蔵している励磁コイルに対してオフ信号を出力し、第１の電磁接触器３の可動切片をｂ接点に接続して、直送回路１から負荷に対して交流電源を供給させる。
【００３２】
また、制御部５は、インバータ２の給電状態が正常であると判定した場合、給電切換信号をオン状態にし、直送給電からインバータ給電への切換を行う。その際、制御部５は、電磁接触器３および４がそれぞれ内蔵している励磁コイルに対してオン信号を出力し，第２の電磁接触器４の接点を「開」とし、次いで第１の電磁接触器３の可動切片をａ接点に接続して、インバータ２から負荷に対して交流電源を供給させる。更に、制御部５は、インバータ給電が開始された後、第２の電磁接触器４が内蔵している励磁コイルに対してオフ信号を出力し、第２の電磁接触器４の接点を「閉」とする。
【００３３】
次に、本実施の形態の動作を説明する。
図２は、本発明の一実施の形態における出力切換装置１０の動作を示すタイミングチャートである。
【００３４】
図２に従い、インバータ給電時における動作の説明から始める。
本実施の形態における出力切換装置１０は常時インバータ出力方式を用いている。従って、制御部５は，インバータ２の電源供給検出状態が停止もしくは不安定であると判定するまで、同図（ａ）の給電切換指令信号をオン状態とし、同図（ｂ）の第１の電磁接触器３の接点ａ−ｃ間をオン（接続）して、負荷に対するインバータ給電を継続する。
【００３５】
インバータ２から負荷に交流電源を供給することにより、同図（ｄ）に示す出力端子ではインバータ２から供給される交流電力が出力される。
【００３６】
なお、制御部５は、同図（ａ）の給電切換指令信号をオン状態としている間、第２の電磁接触器４に出力する給電切換指令信号（図示せず）をオフ状態として、同図（ｃ）に示す接点の「閉」状態を保つ。
【００３７】
インバータ給電時において、制御部５は、インバータ２の電源供給検出状態が、停止もしくは不安定である、と判断した場合、同図（ａ）の給電切換指令信号をオフ状態としてインバータ給電を停止させる。次いで制御部５は、第１の電磁接触器３が内蔵する励磁コイルをオフして、同図（ｂ）の第１の電磁接触器３の接点ｂ−ｃ間がオン（接続）に切り換わるまでに要するオフ時遅れ動作時間Ｔ１の間、同図（ｄ）の出力端子の交流出力を瞬断する。
【００３８】
前記オフ時遅れ動作時間Ｔ１の瞬断後、第１の電磁接触器３の接点ｂ−ｃ間はオン（接続）となり、同図（ｄ）に示す出力端子では直送回路１から供給される交流電力が出力される。
【００３９】
なお、制御部５は、同図（ａ）の給電切換指令信号をオフ状態としている間、第２の電磁接触器４に出力する給電切換指令信号（図示せず）をオフ状態とし、同図（ｃ）に示す接点の「閉」状態を保つ。
【００４０】
更に直送給電時において、インバータ２の電源供給状態が正常な状態に回復した場合、手動により同図（ａ）の給電切換指令信号をオン状態にしてインバータ給電を再開する。次いで制御部５は、インバータ２の電源供給検出状態が停止もしくは不安定であると判定するまで負荷に対するインバータ給電を継続する。
【００４１】
インバータ２の電源供給状態が正常に回復し、同図（ａ）の給電切換指令信号をオフ状態からオン状態に切り換えてインバータ給電を再開する際、制御部５は、第２の電磁接触器４に出力する給電切換指令信号（図示せず）をオン状態とし，第２の電磁接触器４が内蔵する励磁コイルをオンにする。次いで制御部５は、第２の電磁接触器４の接点が「開」となるまでに要するオン時遅れ動作時間Ｔ２の後、第１の電磁接触器３が内蔵する励磁コイルをオンして同図（ｂ）の第１の電磁接触器３の接点ａ−ｃ間をオン（接続）に切り換える。この第１の電磁接触器３の接点ａ−ｃ間がオン（接続）に切り換わるまでには、オン時遅れ動作時間Ｔ３を要する。この遅れ動作時間Ｔ３の間、同図（ｄ）に示す出力端子の交流出力は瞬断される。
【００４２】
前記オン時遅れ動作時間Ｔ３の瞬断後、第１の電磁接触器３の接点ａ−ｃ間はオン（接続）となり、同図（ｄ）に示す出力端子ではインバータ２から供給される交流電力が出力される。
【００４３】
更に、制御部５は、同図（ｂ）の第１の電磁接触器３の接点ａ−ｃ間をオン（接続）した後、第２の電磁接触器４に出力する給電切換指令信号（図示せず）をオフ状態とし、第２の電磁接触器４が内蔵する励磁コイルをオフして、同図（ｃ）の第２の電磁接触器４の接点を「閉」とする。これ以後、制御部５は、同図（ａ）の給電切換指令信号を再びオン状態とするまで、同図（ｃ）に示す接点の「閉」状態を保つ。
【００４４】
以上説明してきたように、直送回路１とインバータ２との間の切り換え動作において、直送給電からインバータ給電に切り換える場合、制御部５は、まず第２の電磁接触器４を「開」とし、直送回路からの交流出力を一時遮断して、第１の電磁接触器３の可動切片をｂ接点からａ接点に切り換えるため、直送回路１からインバータ２への横流を防止する事が可能となる。また、直送給電からインバータ給電への切り換え時における動作遅れは第１の電磁接触器３のオン遅れ動作時間Ｔ３（数ｍｓｅｃ）のみであるため、高速切り換え動作が可能となる。
【００４５】
更に、インバータ給電から直送給電に切り換える際は、インバータ２は並行動作で停止するため、インバータ２から直送回路１への横流は生じない。また、インバータ給電から直送給電への切り換え時における動作遅れは第１の電磁接触器３のオフ遅れ動作時間Ｔ１（数ｍｓｅｃ）のみであるため、高速切り換え動作が可能となる。
【００４６】
したがって、無停電電源装置の直送回路１とインバータ２とを相互に切り換えるためのＡＣスイッチを２ヶの電磁接触器３および４を用いて構成することにより、容易かつ安価に直送回路１とインバータ２との間の高速切り換え動作に伴う横流を防止する事が可能となるため、横流を防止するための商用同期運転機能を持つ高価なインバータを用いる必要がなく、更に、半導体デバイスを用いたＡＣスイッチに伴う複雑な制御回路を付加する必要もなくなり，経済性を向上させることができる。
【００４７】
また、直送給電中は、制御部５より出力される制御信号がオフ信号であるため、直送給電中に使用する制御電源を別途設ける必要がなく、動作時におけるフェイルセーフ性を向上させることができ、経済的である。
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、直送回路出力からインバータ出力への切り換え時には、まず第２のスイッチを解放し、直送回路出力からの交流出力を一時遮断した後、第１のスイッチを動作させるため、直送回路出力からインバータ出力への横流が回避され、インバータ出力から直送回路出力への切り換え時には、インバータは並行動作で停止となるため、インバータ出力から直送回路出力への横流も回避されるので、インバータ出力と直送回路出力の間の相互切り換え動作に伴う横流を完全に回避することが可能となる。
【００４８】
直送回路出力からインバータ出力への切り換え時、およびインバータ出力から直送回路出力への切り換え時における動作の遅れは、共に第１のスイッチの動作時間（数ｍｓｅｃ）のみによるものであるため、直送回路出力とインバータ出力との間の高速切り換え動作が可能となる。
【００４９】
また、第１および第２のスイッチは共に安価であるため、製造費用を抑えることができ、更に、第２のスイッチはオフ時に接続状態となるｂ接点構成のスイッチであるため、直送給電時において第２のスイッチに電源を投入する必要が無く、無停電電源装置の動作時における経済性を向上させることができる。
【００５０】
また、第１および第２のスイッチは共に電磁作用によって動作する電磁スイッチであるため、半導体スイッチを用いた場合に比べて制御部の回路構成をシンプルにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における出力切換装置１０の回路構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施の形態における出力切換装置１０の動作タイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 直送回路
２ インバータ
３ 第１の電磁接触器
４ 第２の電磁接触器
５ 制御部
１０ 出力切換装置

Claims (1)

1. 直送回路出力とインバータ出力とを切り換えて負荷に出力する出力切換装置において、
   直送回路の出力段、インバータの出力段、および前記負荷への出力端子と接続され、前記直送回路出力と前記インバータ出力とを択一的に切り換えるｃ接点構成の双投式の第１のスイッチと、
   前記第１のスイッチと前記直送回路の出力段との間に設けられたｂ接点構成の第２のスイッチと、
   前記直送回路出力を前記出力端子から前記負荷に出力する際は、前記第２のスイッチを閉状態とし、前記第１のスイッチのｂ接点を該第２のスイッチを介して前記直送回路の出力段と接続して、該直送回路出力を該負荷に出力し、前記出力端子から前記負荷への出力を前記直送回路出力から前記インバータ出力に切り換える際は、前記第２のスイッチを開状態に切り換え、前記第１のスイッチのｂ接点をａ接点に切り換えて、前記インバータの出力段と接続した後、該第２のスイッチを閉状態に切り換え、前記出力端子から前記負荷への出力を前記インバータ出力から前記直送回路出力に切り換える際は、前記第１のスイッチのａ接点をｂ接点へ切り換える切り換え制御を行う制御手段と、
   を備えたことを特徴とする出力切換装置。

Images