JP4659189B2 - 無停電電源装置 - 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に関し、特に、商用電源に並列に接続され、障害発生時には直流電源をインバータにより交流に変換して電力を供給するとともに、通常時には直流電源を充電する無停電電源装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図２は、従来における無停電電源装置の構成例を示す図である。この図において、商用電源１は、例えば、１００Ｖの交流電源である。
【０００３】
入力電圧監視部２は、商用電源１の電源電圧が異常である場合（電圧が低下した場合）には、その旨を制御部１９に通知する。
制御部１９は、入力電圧監視部２から異常が通知された場合には、インバータからの電力を負荷に供給するために、スイッチ３をＯＦＦの状態とするとともに、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）８，１０，１２，１４を制御して、バッテリ１８から交流電力を発生し、図示せぬ負荷に供給する。
【０００４】
スイッチ３は、例えば、半導体スイッチやリレー等によって構成されており、制御部１９の制御に応じてＯＮまたはＯＦＦの状態となる。
バッテリ１８は、例えば、二次電池によって構成されており、直流電力を直流昇圧部１７に供給する。
【０００５】
直流昇圧部１７は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ等によって構成されており、直流電源１８の電源電圧を商用電源１の電源レベルまで昇圧する。
直流中間コンデンサ１６は、平滑用のコンデンサであり、直流昇圧部１７から出力される直流電流、または、ダイオード９，１１，１３，１５から供給された直流電流に含まれているリプルを除去する。
【０００６】
ＩＧＢＴ８，１０，１２，１４は、制御部１９によって制御され、一定の順序に従ってＯＮまたはＯＦＦの状態とされて、交流電力を生成する。
フライフォイールダイオード９，１１，１３，１５は、負荷が誘導性である場合に生じるサージ電流を吸収する役割を有する。また、ＩＧＢＴ８，１０，１２，１４が動作していない状態（無停電電源装置が非動作の状態）には、ブリッジ整流回路として動作し、商用電源から全波整流によって生成した直流電力を直流昇圧部１７を介してバッテリ１８に供給して充電する。
【０００７】
リアクトル５およびコンデンサ６は、ローパスフィルタを構成しており、ＩＧＢＴ８，１０，１２，１４の動作によって生成された交流電力に含まれている高調波成分を除去する。
【０００８】
次に、以上の従来例の動作について説明する。
商用電源が正常である場合には、入力電圧監視部２は、商用電源が正常である旨を制御部１９に通知するので、制御部１９は、スイッチ３をＯＮの状態にするとともに、ＩＧＢＴ８，１０，１２，１４を全てＯＦＦの状態とする。その結果、出力端には、商用電源１からの電力が供給されることになり、また、フライフォイールダイオード９，１１，１３，１５によって整流された直流電力は、直流昇圧部１７によって降圧され、バッテリ１８を充電する。
【０００９】
このような状態において、商用電源１が停電等により、その電圧が低下したとすると、入力電圧監視部２は、入力電圧が異常であることを検出し、その旨を制御部１９に通知する。
【００１０】
制御部１９は、スイッチ３をＯＦＦの状態にして、商用電源１との接続を遮断するとともに、ＩＧＢＴ８，１０，１２，１４を制御して、バッテリ１８からの直流電力を交流電力に変換して、負荷に供給する。
【００１１】
以上のような動作によれば、正常時には、商用電源１からの電力を負荷に対して供給しつつ、バッテリ１８を充電するとともに、障害発生時には商用電源１との接続を遮断するとともに、バッテリ１８から生成した交流電力を負荷に供給することが可能となる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、例えば、ＩＧＢＴ８が短絡故障した場合には、商用電源１、フライフォイールダイオード１３、ＩＧＢＴ８、リアクトル５、スイッチ３、商用電源１の経路で短絡電流が流れることになる。そのような事態が発生すると、商用電源１の出力電圧が急激に低下するので、入力電圧監視部２は、障害が発生したと判断して、その旨を制御部１９に通知する。
【００１３】
通知を受けた制御部１９は、停電が発生したと判断し、スイッチ３をＯＦＦの状態にするとともに、ＩＧＢＴ８，１０，１２，１４を駆動して、無停電電源装置からの交流電力の供給を開始する。しかしながら、ＩＧＢＴ８は、短絡故障しているため、アーム短絡となってインバータが故障し、その結果、商用電源１が正常であるにも拘わらず、出力が停止してしまうという問題点があった。
【００１４】
本発明は、以上のような点に鑑みてなされたものであり、インバータを構成する半導体素子が故障した場合においても、負荷に対する電力の供給が停止されることを回避することができる無停電電源装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、商用電源に並列に接続され、商用電源の障害発生時には直流電源をインバータにより交流に変換して負荷へ電力を供給するとともに、通常時には直流電源を商用電源により充電する無停電電源装置において、インバータへの入出力電流の異常を検出するインバータ入出力電流異常検出手段と、負荷へ商用電源から給電中にインバータ入出力電流異常検出手段によってインバータへの入出力電流の異常が検出された場合には、インバータと商用電源との接続を切断する切断手段と、インバータ入出力電流異常検出手段によってインバータへの入出力電流の異常が検出された際に、商用電源の電圧低下が検出された場合には、インバータの動作を開始させず、かつ、負荷と商用電源との接続を保持する制御手段と、を有することを特徴とする無停電電源装置が提供される。
【００１６】
ここで、インバータ入出力電流異常検出手段は、インバータへの入出力電流の異常を検出する。切断手段は、負荷へ商用電源から給電中にインバータ入出力電流異常検出手段によってインバータ入出力電流の異常が検出された場合には、インバータと商用電源との接続を切断する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施の形態の構成例を示す図である。この図においては、図２の場合と比較して、スイッチ４およびインバータ電流検出素子７が新たに追加されている。その他の部分は、図２の場合と同様である。
【００１８】
この図において、商用電源１は、例えば、１００Ｖの交流電源である。
入力電圧監視部２は、商用電源１の電源電圧が異常である場合（電圧が低下した場合）には、その旨を制御部１９に通知する。
【００１９】
制御部１９は、入力電圧監視部２から異常である旨が通知された場合には、インバータからの電力を供給するために、スイッチ３をＯＦＦの状態とするとともに、ＩＧＢＴ８，１０，１２，１４を制御して、直流電源１８から交流電力を発生し、図示せぬ負荷に供給する。
【００２０】
スイッチ３は、例えば、半導体スイッチやリレー等によって構成されており、制御部１９の制御に応じてＯＮまたはＯＦＦの状態となる。
バッテリ１８は、例えば、二次電池によって構成されており、直流電力を直流昇圧部１７に供給する。
【００２１】
直流昇圧部１７は、例えば、ＤＣ−ＤＣコンバータ等によって構成されており、バッテリ１８の電源電圧を商用電源１の電源レベルまで昇圧する。
直流中間コンデンサ１６は、平滑用のコンデンサであり、直流昇圧部１７から出力される直流電流、または、ダイオード９，１１，１３，１５から供給された直流電流に含まれているリプルを除去する。
【００２２】
ＩＧＢＴ８，１０，１２，１４は、制御部１９によって制御され、一定の順序でＯＮまたはＯＦＦの状態とされることにより、交流電力を生成する。
フライフォイールダイオード９，１１，１３，１５は、負荷が誘導性である場合に生じるサージ電流を吸収する役割を有する。また、ＩＧＢＴ８，１０，１２，１４が動作していない状態（無停電電源装置が非動作の状態）には、ブリッジ整流回路として動作し、商用電源から生成した直流電力を直流昇圧部１７を介してバッテリ１８に供給して充電する。
【００２３】
インバータ電流検出素子７は、ホールＣＴまたはシャント抵抗等によって構成されており、インバータに入出力される電流値を検出して制御部１９に通知する。
【００２４】
リアクトル５およびコンデンサ６は、ローパスフィルタを構成しており、ＩＧＢＴ８，１０，１２，１４の動作によって生成された交流電力に含まれている高調波成分を除去する。
【００２５】
スイッチ４は、半導体スイッチまたはリレー等によって構成されており、インバータにおいて異常が発生した場合には、インバータと負荷との接続を遮断する。
【００２６】
次に、以上の実施の形態の動作について説明する。
商用電源が正常である場合には、入力電圧監視部２は、商用電源が正常である旨を制御部１９に通知するので、制御部１９は、スイッチ３およびスイッチ４をＯＮの状態にするとともに、ＩＧＢＴ８，１０，１２，１４を全てＯＦＦの状態とする。その結果、負荷には、商用電源１からの電力が供給されることになり、また、フライフォイールダイオード９，１１，１３，１５によって整流された直流電力は、直流昇圧部１７によって降圧され、バッテリ１８を充電する。
【００２７】
このような状態において、商用電源１が停電等により、電圧が低下したとすると、入力電圧監視部２は、入力電圧が異常であることを検出し、その旨を制御部１９に通知する。
【００２８】
通知を受けた制御部１９は、先ず、スイッチ３をＯＦＦの状態にして商用電源１との接続を遮断する。次に、ＩＧＢＴ８，１０，１２，１４を制御して、バッテリ１８からの直流電力を交流電力に変換するとともに、スイッチ４をＯＮの状態とし、生成された交流電力を負荷に供給する。
【００２９】
以上のような動作によれば、正常時には、商用電源１からの電力を負荷に対して供給しつつ、バッテリ１８を充電するとともに、障害発生時には商用電源１との接続を遮断するとともに、バッテリ１８から生成した交流電力を負荷に供給することが可能となる。
【００３０】
次に、ＩＧＢＴ８が短絡故障した場合の動作について説明する。
ＩＧＢＴ８が短絡故障した場合には、商用電源１、フライフォイールダイオード１３、ＩＧＢＴ８、インバータ電流検出素子７、リアクトル５、スイッチ４、スイッチ３、商用電源１の経路で短絡電流が流れることになる。
【００３１】
短絡電流が流れると、インバータ電流検出素子７は、これを検知して制御部１９に通知する。制御部１９は、インバータに対して過大な電流が入力されたことを了知し、スイッチ４をＯＦＦの状態とする。
【００３２】
このとき、入力電圧監視部２によって、瞬間的に商用電源１の電圧低下が検出されるが、制御部１９はインバータ電流検出素子７によって異常電流が検出されている場合には、インバータの動作を開始せず、また、スイッチ３もＯＮの状態を保持する。
【００３３】
その結果、ＩＧＢＴ８が短絡故障した場合でも、商用電源１からの電力の供給が停止されることを回避するとともに、インバータが故障することを防止することが可能となる。
【００３４】
他のＩＧＢＴが故障した場合にも同様の動作により、負荷に対する電力の供給が停止されることを防止するとともに、インバータの更なる故障を防止することが可能となる。
【００３５】
なお、スイッチ４がＯＦＦの状態とされた場合には、素子の故障の可能性が濃厚であるので、商用電源１からの電力の供給を継続しつつ、例えば、アラーム等によって異常事態の発生を通知するようにしてもよい。
【００３６】
以上に説明したように、本発明の実施の形態によれば、インバータを構成する半導体素子が短絡故障した場合においても、インバータが更に故障することを回避することが可能となる。
【００３７】
なお、以上の実施の形態では、インバータを構成する素子としてＩＧＢＴを例に挙げて説明したが、本発明はこのような場合のみに限定されるものではなく、例えば、バイポーラトランジスタやＦＥＴ（Field Effect Transistor）等によって構成されたインバータに対しても適用することが可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、インバータが故障した場合においても、負荷に対する電力の供給が停止されることを回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の構成例を示す図である。
【図２】従来における無停電電源装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１ 商用電源
２ 入力電圧監視部
３，４ スイッチ
５ リアクトル
６ コンデンサ
７ インバータ電流検出素子
８，１０，１２，１４ ＩＧＢＴ
９，１１，１３，１５ フライフォイールダイオード
１６ 直流中間コンデンサ
１７ 直流昇圧部
１８ バッテリ
１９ 制御部

Claims (1)

1. 商用電源に並列に接続され、前記商用電源の障害発生時には直流電源をインバータにより交流に変換して負荷へ電力を供給するとともに、通常時には直流電源を前記商用電源により充電する無停電電源装置において、
   前記インバータへの入出力電流の異常を検出するインバータ入出力電流異常検出手段と、
   負荷へ前記商用電源から給電中に前記インバータ入出力電流異常検出手段によって前記インバータへの入出力電流の異常が検出された場合には、前記インバータと前記商用電源との接続を切断する切断手段と、
   前記インバータ入出力電流異常検出手段によって前記インバータへの入出力電流の異常が検出された際に、前記商用電源の電圧低下が検出された場合には、前記インバータの動作を開始させず、かつ、前記負荷と前記商用電源との接続を保持する制御手段と、
   を有することを特徴とする無停電電源装置。

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