JP5371484B2

JP5371484B2 - 無停電電源装置

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Publication number: JP5371484B2
Application number: JP2009048172A
Authority: JP
Inventors: 勝豊田
Original assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 2009-03-02
Filing date: 2009-03-02
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2029-03-02
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Description

本発明は、無停電電源装置に関し、特に、直流電源からの直流電力を逆変換して交流出力電力を生成する無停電電源装置に関する。

無停電電源装置は、一般に、直流電力を所定電圧・所定周波数の交流電力に変換して出力するためのインバータを備える。インバータ等の回路は筐体内に収納され、その筐体内を冷却するための手段としては、一般的に冷却ファンが用いられる。冷却ファンは、たとえば上記のインバータから所定電圧・所定周波数の交流電力が供給されることによって動作する（たとえば非特許文献１を参照）。

［２００９年２月２日検索］、インターネット＜URL:http://www.meppi.com/Products/UninterruptiblePowerSupplies/Products/9700/9700_150kVA_Drawing.pdf＞

従来の無停電電源装置は上記のように構成されているので、無停電電源装置の負荷が小さい場合（たとえば無負荷時）であっても、ある大きさの交流電力が冷却ファンにより消費される。このため、無停電電源装置の動作効率の低下という問題点があった。

さらに、冷却ファンに所定電圧・所定周波数の交流電力が常時供給されることによって、冷却ファンは定格回転数（冷却ファンの動作時における最高回転数）で動作し続ける。しかしながら、従来の無停電電源装置には、冷却ファンの寿命を延ばすための具体的な対策は施されていない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、動作効率の向上および冷却ファンの長寿命化が可能な無停電電源装置を提供することである。

本発明のある局面に従うと、無停電電源装置であって、第１のインバータと、第１のインバータからの交流電力を無停電電源装置の外部に出力するための交流出力端子と、筐体と、冷却ファンと、第２のインバータと、電流検出器と、判定回路と、指令発生回路と、インバータ制御回路とを備える。第１のインバータは、直流電力を、所定電圧および所定周波数の交流電力に変換可能である。筐体は、少なくとも第１のインバータを収容可能に構成される。冷却ファンは、交流電力が供給されることにより筐体の内部に風を送る。第２のインバータは、直流電力を可変電圧および可変周波数の交流電力に変換可能であるとともに、当該交流電力を冷却ファンに供給可能である。電流検出器は、交流出力端子に流れる出力電流の電流値を検出する。判定回路は、電流検出器により検出された電流値が基準値以下であるか否かを判定する。指令発生回路は、判定回路によって電流値が基準値以下であると判定されたときに、冷却ファンを間欠運転かつソフトスタートさせるための間欠運転指令を発生させる一方で、判定回路によって電流値が基準値より大きいと判定されたときには、間欠運転指令の発生を停止する。インバータ制御回路は、指令発生回路により間欠運転指令が発せられた場合には、冷却ファンを間欠運転させるための交流電力が冷却ファンに供給されるように第２のインバータを制御する一方で、間欠運転指令の発生が停止した場合には、冷却ファンを連続させるための交流電力が冷却ファンに供給されるように、第２のインバータを制御する。さらに第１のインバータに異常が生じたことを検出可能な第１の異常検出回路と、第２のインバータに異常が生じたことを検出可能な第２の異常検出回路と、第２の異常検出回路によって、第２のインバータに異常が生じたことが検出された場合には、冷却ファンの電源を第２のインバータから第１のインバータに切換える電源切換回路とを備える。そして、電源切換回路は、冷却ファンの電源が第１のインバータであり、かつ、第１の異常検出回路によって第１のインバータに異常が生じたことが検出された場合には、冷却ファンの電源を、第１のインバータから、無停電電源装置の外部の交流電源に切換える。

本発明によれば、無停電電源装置の出力電流の値が基準値よりも小さい場合には、冷却ファンが間欠運転かつソフトスタートされるので、冷却ファンの消費電力を低減することができる。これにより、無停電電源装置の動作効率を向上させることができる。

さらに、本発明によれば、冷却ファンが間欠運転されることにより、冷却ファンの寿命を延ばすことができる。

本発明の実施の形態１に従う無停電電源装置の全体構成図である。ファン制御回路２８の構成を示すブロック図である。インバータ制御回路４４の構成を示すブロック図である。信号発生回路４３により発生される指令信号の波形図である。コンバータおよびインバータの動作時に冷却ファンに供給される交流電力の経路を説明するための図である。変流器によって検出された電流値と冷却ファンの運転方式との関係を示す図である。冷却ファンの電源がインバータ７であるときに冷却ファンに供給される交流電力の経路を説明するための図である。インバータ２２に異常が生じたときに冷却ファンに供給される交流電力の経路を説明するための図である。実施の形態２に従うファン制御回路の構成を示すブロック図である。図９に示したインバータ制御回路の構成を示すブロック図である。実施の形態３に従う無停電電源装置の全体構成図である。実施の形態３において、インバータ２２に異常が生じたときに冷却ファンに供給される交流電力の経路を説明するための図である。インバータ７および２２に異常が生じた場合に冷却ファンに供給される交流電力の経路を説明するための図である。実施の形態３に従うファン制御回路の構成を示すブロック図である。実施の形態４に従うファン制御回路の構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、以下図中の同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１に従う無停電電源装置の全体構成図である。図１を参照して、本発明の実施の形態１に従う無停電電源装置１０１は、交流入力電源１、バイパス入力電源１１および負荷２３に接続される。

交流入力電源１およびバイパス入力電源１１は、無停電電源装置１０１に交流電力を供給する交流電源である。これらの入力電源の各々は、たとえば商用交流電源もしくは自家用発電機等によって構成される。図１および以後説明する図では、入力交流電源の一例として三相三線（３φ３Ｗ）式を示す。ただし、入力交流電源の種類は三相三線式に限定されず、たとえば三相四線式の電源でもよいし、単相三線式の電源でもよい。

無停電電源装置１０１は、筐体１１０と、筐体１１０の内部に収容される本体部と、本体部に電気的に接続される蓄電池１４とを備える。本体部は、コンタクタ２と、フューズ３と、交流リアクトル４と、コンバータ５と、電解コンデンサ６と、インバータ７と、変圧器８と、コンデンサ９と、コンタクタ１０と、サイリスタスイッチ１２と、コンタクタ１３，１５と、フューズ１６とを含む。本体部は、さらに、冷却ファン１８と、変流器２１と、インバータ２２と、交流出力端子２６と、ファン制御回路２８と、コンタクタ３０，３１と、駆動制御回路５１と、停電検出回路５２と、出力切換回路５３とを含む。

コンタクタ２は、交流入力電源１とコンバータ５との間の通電経路に介挿接続され、かつ駆動制御回路５１からの指令に応答してオンおよびオフする。フューズ３は、過電流が交流入力電源１から流入するのを防止するために交流入力電源１とコンバータ５との間の通電経路に挿入される。交流リアクトル４は、コンバータ５に入力される交流電力の波形を成形するためのフィルタである。

コンバータ５は、交流入力電源１からの交流電力を順変換することによって直流電力を生成するとともに、その直流電力をノードＮに出力する。電解コンデンサ６は、ノードＮに出力された直流電力を平滑化する平滑コンデンサである。インバータ７は、電解コンデンサ６によって平滑化された直流電力を逆変換することによって、所定電圧および所定周波数の交流電力を生成する。変圧器８は、インバータ７から出力された交流電力を昇圧するためのステップアップ変圧器である。コンデンサ９は、インバータ７から出力される高調波成分を除去するためのフィルタである。

コンタクタ１０は、交流出力端子２６から負荷２３に出力される交流出力を、インバータ７の出力と、サイリスタスイッチ１２およびコンタクタ１３からなるバイパス回路の出力との間で切換えるためのものである。サイリスタスイッチ１２は、交流出力端子２６から負荷２３に出力される交流出力を、インバータ７の出力からバイパス入力電源１１からの交流電力に高速に切換えるためのスイッチである。コンタクタ１３は、バイパス入力電源１１から交流出力端子２６までの通電経路に介挿接続される。コンタクタ１３は、バイパス入力電源１１からの交流電力を無停電電源装置から出力される交流出力として維持するためのものである。コンタクタ１０、サイリスタスイッチ１２およびコンタクタ１３は、出力切換回路５３からの指令に応答してオンおよびオフする。

蓄電池１４は、交流入力電源１が交流電力を供給できないとき（たとえば停電時）において、インバータ７に直流電力を供給するための蓄電装置である。コンタクタ１５は蓄電池１４からノードＮまでの通電経路に介挿接続される。コンタクタ１５は、駆動制御回路５１からの指令に応答してオンおよびオフする。フューズ１６は、蓄電池１４から過電流が流入するのを防止するために、蓄電池１４からノードＮまでの通電経路に挿入される。

冷却ファン１８は、回転翼１９と、モータ２０とを含む。モータ２０は交流電力が供給されることにより回転翼１９を回転させる。冷却ファン１８の回転数、すなわちモータ２０の回転数は、モータ２０に供給される交流電力の周波数に応じて変化する。

変流器２１は交流出力端子２６から出力される交流出力の電流値を検出するための電流検出器である。変流器２１によって検出された電流値はファン制御回路２８に送られる。

インバータ２２は、ノードＮから直流電力を受けるとともに、その直流電力を可変電圧および可変周波数の交流電力に変換する。インバータ２２はその交流電力を冷却ファン１８（モータ２０）に供給する。すなわちインバータ２２は、冷却ファン１８の電源として機能する。

ファン制御回路２８は、変流器２１によって検出された電流値に基づいてインバータ２２を制御する。さらに、ファン制御回路２８はコンタクタ３０，３１の各々を制御する。コンタクタ３０，３１の制御のため、インバータ２２の異常を示す信号がインバータ２２からファン制御回路２８に送られる。

コンタクタ３０は、交流入力電源１から冷却ファン１８までの通電経路に介挿接続される。コンタクタ３１は、インバータ２２から冷却ファン１８までの通電経路に介挿接続される。コンタクタ３０および３１の各々は、ファン制御回路２８からの指令に応答してオンおよびオフする。

駆動制御回路５１は、コンバータ起動／停止指令回路２４からの指令に応答して、コンバータ５の起動および停止を行なう。同様に、駆動制御回路５１は、インバータ起動／停止指令回路２５からの指令に応答して、インバータ７の起動および停止を行なう。さらに駆動制御回路５１は、コンタクタ２（１５）を制御するための指令を生成してコンタクタ２（１５）に出力する。さらに、駆動制御回路５１は、インバータ７の異常時には、交流出力端子２６から出力される交流出力を、インバータ７の出力からバイパス回路（サイリスタスイッチ１２およびコンタクタ１３）の出力に切換えるための指令を出力切換回路５３に出力する。

停電検出回路５２は、交流入力電源１から供給される交流電力を監視することによって停電を検出する。停電が検出された場合、停電検出回路５２は、その検出結果を示す信号を駆動制御回路５１に送信する。

出力切換回路５３は、駆動制御回路５１からの指令に応答して、サイリスタスイッチ１２およびコンタクタ１０，１３を制御する。

上述の構成を有する無停電電源装置１０１は、以下の説明に従う動作を実行することにより、交流電力を負荷２３に安定的に出力することができる。

（１）交流入力電源１が交流電力を供給可能である場合
交流入力電源１から供給された交流電力がコンバータ５およびインバータ７によって所定電圧および所定周波数の交流電力に変換される。変換後の交流電力は交流出力端子２６から出力されて負荷２３に供給される。

コンバータ５が交流入力電源１からの交流電力を受けるために、駆動制御回路５１はコンタクタ２をオン状態に設定するとともにコンタクタ１５をオフ状態に設定する。駆動制御回路５１は、さらに、インバータ７の出力が交流出力として選択されるための指令を出力切換回路５３に送る。出力切換回路５３は、この指令に応答して、サイリスタスイッチ１２およびコンタクタ１３をオフ状態に設定するとともに、コンタクタ１０をオン状態に設定する。

コンバータ５は、交流入力電源１から供給される交流電力を直流電力に変換して、その直流電力をノードＮに出力する。インバータ７はノードＮから直流電力を受けるとともに、その直流電力を所定電圧および所定周波数の交流電力に変換する。なお、コンバータ５およびインバータ７の動作は駆動制御回路５１により制御される。

（２）交流入力電源１が交流電力を供給不能である場合
停電検出回路５２によって、停電（すなわち交流入力電源１が交流電力を供給不能であること）が検出される。駆動制御回路５１は、停電検出回路５２から検出結果を示す信号を受ける。この場合、駆動制御回路５１はコンバータ５を停止させるとともにコンタクタ１５をオン状態に設定する。コンタクタ１５がオンすることによって蓄電池１４からノードＮに直流電力が供給される。この場合、インバータ７による逆変換は継続されるので、負荷２３に供給される交流出力はインバータ７の出力となる。

（３）インバータ７に異常が生じた場合
この場合、駆動制御回路５１によってインバータ７の異常が検出される。駆動制御回路５１は、コンバータ５およびインバータ７を停止させる。さらに駆動制御回路５１は、出力切換回路５３に対して、交流出力を切換えるための指令を送る。出力切換回路５３は、この指令に応答して、コンタクタ１０をオフ状態に設定するとともに、サイリスタスイッチ１２およびコンタクタ１３をオン状態に設定する。これにより、バイパス入力電源１１からの交流電力が交流出力端子２６を介して負荷２３に供給される。

上記（１）および（２）の場合、コンバータ５およびインバータ７の動作により熱が発生する。このため筐体１１０の内部の温度が上昇する。筐体１１０の内部の温度が高くなりすぎると、コンバータ５、インバータ７等の正常な動作が確保できなくなる。よって、冷却ファン１８が筐体１１０の内部に風を送ることでコンバータ５、インバータ７等が冷却される。冷却ファン１８は、インバータ２２から供給される交流電力によって筐体１１０の内部に風を送る。ファン制御回路２８がインバータ２２を制御することにより、冷却ファン１８に供給される交流電力が制御されて、冷却ファン１８の動作が制御される。

図２は、ファン制御回路２８の構成を示すブロック図である。図２を参照して、ファン制御回路２８は、基準値発生回路４１と、判定回路４２と、信号発生回路４３と、インバータ制御回路４４と、異常検出回路４５と、電源切換回路４６とを含む。

基準値発生回路４１は、変流器２１により検出された電流値の基準となる基準値（比較値）を発生させる。判定回路４２は、変流器２１により検出された電流値を、基準値発生回路４１により発生された基準値と比較するとともに、その検出された電流値が基準値以下であるか否かを判定する。そして判定回路４２は、その判定結果を信号発生回路４３に出力する。

信号発生回路４３は、判定回路４２の判定結果に基づいて、指令信号を生成する。詳細には、検出された電流値が基準値以下であると判定回路４２によって判定された場合には、信号発生回路４３は冷却ファン１８の運転方式を間欠運転方式に設定するための指令信号を発生して、その指令信号をインバータ制御回路４４に出力する。一方、検出された電流値が基準値より大きいと判定回路４２によって判定された場合には、信号発生回路４３は、上記の指令信号の発生を停止する。

インバータ制御回路４４は、冷却ファン１８に交流電力を供給するためのインバータ２２の動作を制御する。詳細には、インバータ制御回路４４は、信号発生回路４３から指令信号を受けた場合には、冷却ファン１８を間欠運転させるための交流電力が冷却ファン１８に供給されるようにインバータ２２を制御する。その一方で、信号発生回路４３が上記の指令信号の発生を停止した場合には、インバータ制御回路４４は、冷却ファン１８を連続運転方式に従って動作させるための交流電力が冷却ファン１８に供給されるように、インバータ２２を制御する。

異常検出回路４５は、インバータ２２から送信される信号に基づいてインバータ２２に異常が生じたことを検出する。さらに異常検出回路４５は、その検出結果を示す信号をインバータ制御回路４４および電源切換回路４６に出力する。インバータ制御回路４４は異常検出回路４５からの信号に応答してインバータ２２を停止させる。

電源切換回路４６は、インバータ２２の正常時（異常検出回路４５からの信号が電源切換回路４６に入力されていないとき）には、コンタクタ３１をオンするとともにコンタクタ３０をオフさせる。一方、電源切換回路４６は、インバータ２２の異常時（異常検出回路４５からの信号が電源切換回路４６に入力されたとき）には、コンタクタ３１をオフするとともにコンタクタ３０をオンさせる。

なお、インバータ２２の異常を検出する方法は特に限定されるものではない。たとえばインバータ２２の過電流を検出するための過電流検出回路が設けられてもよい。この場合、過電流検出回路からの信号が異常検出回路４５に送信されることによって、異常検出回路４５はインバータ２２の異常を検出できる。また、過電流のみによってインバータ２２の異常を検出するものと限定されず、たとえば、インバータ２２の温度に基づいてインバータ２２の異常が検出されてもよい。さらに、インバータ２２を構成する半導体スイッチング素子（図示せず）が故障した場合に、インバータ２２から故障信号が送信されるように構成されてもよい。この場合には、故障信号が異常検出回路４５に送信されることによって、異常検出回路４５はインバータ２２の異常を検出できる。

図３は、インバータ制御回路４４の構成を示すブロック図である。図３を参照して、インバータ制御回路４４は、回転数設定回路６１と、周波数設定回路６２と、電圧指令発生回路６３と、制御信号発生回路６４とを含む。

回転数設定回路６１は、変流器２１によって検出された電流値Ｉ（無停電電源装置の出力電流の値）に基づいて、冷却ファン１８の回転数を設定する。さらに、回転数設定回路６１は、冷却ファン１８の運転方式を間欠運転方式に設定するための指令信号を信号発生回路４３から受信した場合には、その指令信号に従う回転数を設定する。

図４は、信号発生回路４３により発生される指令信号の波形図である。図４を参照して、指令信号は、冷却ファン１８の回転数の指令値を示すための信号である。指令信号は、第１のパターンと第２のパターンとを含む。第１のパターンと第２のパターンとは交互に繰り返される。

第１のパターンでは、回転数指令値は０から次第に上昇する。回転数指令値が０である時点（時刻ｔ_０）から設定された時間（Ｔ１）が経過したとき（時刻ｔ_１）に、回転数指令値は所定の上限値（たとえば冷却ファン１８の定格回転数）に到達する。一方、第２のパターンでは、設定された時間（Ｔ２）の間（時刻ｔ₁から時刻ｔ_２までの間）、回転数指令値は０に保たれる。

図３に戻り、周波数設定回路６２は、回転数設定回路６１により設定された回転数に基づいて、インバータ２２から冷却ファン１８に供給される交流電力の周波数（周波数指令値Ｆ）を設定する。より具体的には、周波数Ｆが回転数設定回路６１により設定された回転数に比例するように、周波数設定回路６２は周波数指令値Ｆを設定する。

電圧指令発生回路６３は、周波数設定回路６２により設定された周波数指令値Ｆに基づいて、電圧指令値Ｖを生成する。電圧指令値Ｖは、冷却ファン１８に供給される交流電力の実効値に対応する値である。電圧指令発生回路６３は、電圧指令値Ｖが周波数Ｆに比例するように電圧指令値Ｖを生成する。電圧指令値Ｖに対する周波数Ｆの比（＝Ｖ／Ｆ）は一定値である。

制御信号発生回路６４は、電圧指令発生回路６３により生成された電圧指令値Ｖに基づいて、インバータ２２を制御するための制御信号を生成するとともに、その制御信号をインバータ２２に出力する。具体的には、制御信号発生回路６４は、ＰＷＭ（パルス幅変調）方式に従い、電圧指令値Ｖに基づいてインバータ２２の制御信号を生成する。この制御信号に応じてインバータ２２が動作することにより、インバータ２２から冷却ファン１８に供給される交流電力の周波数および電圧値は、上述の指令値に従うものとなる。

さらに、制御信号発生回路６４は、異常検出回路４５からの信号に応答して、制御信号の発生を停止する。制御信号の発生が停止することによりインバータ２２が停止する。

次に、無停電電源装置１０１の動作時における冷却ファン１８の動作を詳細に説明する。図５に示すように、コンタクタ２がオンすることによって、交流入力電源１からの交流電力がコンバータ５に供給される。コンバータ起動／停止指令回路２４からコンバータ５を起動するための起動指令が発せられることにより、コンバータ５が起動する。さらに、コンバータ起動／停止指令回路２４からの起動指令に応じて、ファン制御回路２８はコンタクタ３１をオンさせる。さらにファン制御回路２８はインバータ２２の制御を開始する。

図２に示されるように、判定回路４２は、基準値発生回路４１からの基準値と、変流器２１によって検出された電流値とを比較するとともに、検出された電流値が基準値以下であるか否かを判定する。基準値発生回路４１は、コンバータ起動／停止指令回路２４からの起動指令に応じて基準値の発生を開始してもよいし、基準値を常時発生させてもよい。

検出された電流値が基準値以下であると判定された場合、信号発生回路４３は、図４に示したパターンを有する指令信号を生成して、その指令信号をインバータ制御回路４４に出力する。一方、検出された電流値が基準値より大きいと判定された場合には、信号発生回路４３は、指令信号の発生を停止する。

インバータ制御回路４４は、信号発生回路４３から指令信号を受けた場合には、その指令信号が示す回転数指令値に基づいて、インバータ２２を可変電圧可変周波数制御する。一方、インバータ制御回路４４は、信号発生回路４３から指令信号を受けていない場合には、変流器２１によって検出された電流値に基づいてインバータ２２を可変電圧可変周波数制御する。

図３を参照してインバータ制御回路４４の動作を説明すると、指令信号が回転数設定回路６１に入力された場合、回転数設定回路６１は、その指令信号が示す回転数指令値を周波数設定回路６２に出力する。周波数設定回路６２は、その回転数指令値に基づいて周波数指令値Ｆを設定する。

周波数指令値Ｆは回転数指令値に比例するように設定される。冷却ファン１８に供給される交流電力の周波数は、その周波数指令値Ｆに従って変化する。冷却ファン１８の回転数は冷却ファン１８に供給される交流電力の周波数に比例する。この結果、冷却ファン１８の回転数は指令信号が示す回転数指令値に従って変化する。

指令信号に含まれる第１のパターンによれば、回転数指令値は、０から所定の上限値まで、一定の時間（Ｔ１）をかけて傾斜的に変化する。したがって冷却ファン１８の回転数も０から所定の上限値まで、時間Ｔ１をかけて傾斜的に変化する。

さらに、指令信号に含まれる第２のパターンによれば、回転数指令値が一定時間（Ｔ２）の間、０に設定される。したがって冷却ファン１８の回転数も、時間Ｔ２の間は０に保たれる。つまり、インバータ２２は、時間Ｔ２の間、冷却ファン１８を停止させる。

第１のパターンと第２のパターンとが交互に繰り返されることにより、冷却ファン１８は間欠的に動作する。加えて、冷却ファン１８の動作開始時に冷却ファン１８の回転数が緩やかに上昇する。つまり冷却ファン１８は間欠運転するとともに、ソフトスタートする。インバータ制御回路４４は、上述のようにインバータ２２を制御することによって、冷却ファン１８の運転方式が間欠運転方式、かつソフトスタート方式となるための交流電力をインバータ２２から冷却ファン１８に供給させる。

一方、指令信号が回転数設定回路６１に入力されていない場合、回転数設定回路６１は、変流器２１によって検出された電流値Ｉに基づいて、冷却ファンの回転数を設定する。回転数設定回路６１は、電流値Ｉの増減に応じて回転数が増減するように、その回転数を設定する。たとえば回転数設定回路６１は、回転数が電流値Ｉに比例するように回転数を設定する。

この場合には回転数指令値が連続的に変化するので、周波数設定回路６２から出力される周波数指令値Ｆも連続的に変化する。この結果、冷却ファン１８に交流電力が連続的に供給されるので、冷却ファン１８が連続運転する。さらに冷却ファン１８の回転数は変流器２１によって検出された電流値Ｉの増減に応じて増減する。

インバータ制御回路４４は、上述のように周波数指令値Ｆを設定することによって、冷却ファン１８を連続運転方式に従って動作させるための交流電力が冷却ファン１８に供給されるようにインバータ２２を制御する。

図６は、変流器によって検出された電流値と冷却ファンの運転方式との関係を示す図である。図６に示すように、無停電電源装置が起動された場合、検出された電流値は０から徐々に上昇する。検出された電流値が基準値よりも小さい場合には、冷却ファン１８の運転方式は、ソフトスタート方式かつ間欠運転方式となる。その一方、検出された電流値が基準値よりも大きい場合には、冷却ファン１８の運転方式は、連続運転方式となる。

変流器２１から出力される信号の値は、交流出力端子２６より出力される交流出力電流の大きさに比例する。つまり、変流器２１での検出値が大きいときには、無停電電源装置１０１の出力も大きい。

無停電電源装置１０１の出力が大きくなることによって、無停電電源装置１０１の損失も大きくなる。無停電電源装置１０１の損失は、無停電電源装置１０１の出力電流Ｉと回路定数Ｃ（たとえば抵抗値）とに基づき、以下の関係に従って算出できる。

（無停電電源装置の損失）∝Ｃ×Ｉ^２
ここで図７に示されるように、インバータ２２を省略するとともに、冷却ファン１８の電源にインバータ７を用いたとする。なお、図７に示す構成では、インバータ７と冷却ファン１８との間に通電経路が設けられて、その通電経路にコンタクタ３８が介挿接続される。

この場合には、冷却ファン１８に所定電圧・所定周波数の交流電力が供給されるため、冷却ファン１８の回転数を変化させることができない。また、無停電電源装置の定常運転時の損失を考慮して冷却ファン１８の回転数が定められるので、その回転数は高くなる。たとえば冷却ファン１８の動作時の回転数は定格回転数（冷却ファンの動作時における最高回転数）となる。

しかしながら、無停電電源装置が無負荷状態であっても、冷却ファン１８はインバータ７から供給される電力を消費して動作する。このため、無停電電源装置の動作効率が低下する。また、冷却ファン１８を定格（最大回転数）で動作させ続けることにより、冷却ファン１８の寿命が縮まる可能性が生じる。

さらに、インバータ７の容量としては、負荷２３の容量と冷却ファン１８の容量との合計の容量が必要になる。このためインバータ７の容量を大きくしなければならない。

本実施の形態によれば、冷却ファン１８の連続運転時には、無停電電源装置の損失の大きさに応じて冷却ファン１８の回転数を変化させることができる。具体的には、無停電電源装置の損失が大きいとき（すなわち無停電電源装置１０１の出力電流が大きい）ときには、冷却ファン１８の回転数を大きくすることができる。一方、無停電電源装置の損失が小さい（すなわち無停電電源装置１０１の出力電流が小さい）ときには、冷却ファン１８の回転数を小さくすることができる。これによって、無停電電源装置１０１の出力が変動しても、無停電電源装置の筐体の内部温度を略一定に制御することが可能になる。

冷却ファンの消費電力は冷却ファンの回転数の３乗に比例する。本実施の形態では、無停電電源装置の損失が小さいときには、冷却ファン１８の回転数を小さくすることによって、冷却ファン１８の消費電力を大きく低減することができる。これにより、無停電電源装置として、効率の高い装置を得ることができる。

また、冷却ファンの寿命は、定格回転数と運転時間との積に従ってほぼ定まる。本実施の形態では、無停電電源装置の損失が小さいときに冷却ファン１８の回転数を小さくするので、冷却ファンの寿命（運転可能時間）を延ばすことができる。

また、本実施の形態では、基準値発生回路４１によって発生される基準値は０近傍の値に設定される。上述のように、基準値は、変流器２１によって検出された値（無停電電源装置１０１の出力電流の値）と比較される。基準値を０近傍の値とすることによって、無停電電源装置の負荷がごく小さい場合（たとえば実質的に無負荷である場合）において、インバータ２２およびファン制御回路２８による冷却ファン１８のソフトスタートおよび間欠運転が行なわれる。よって、冷却ファン１８の消費電力をさらに低減できるとともに、冷却ファンの寿命（運転時間）をさらに延ばすことができる。

たとえば無停電電源装置１０１の起動時において、インバータ７が停止状態であり、かつコンバータ５のみ起動している状態では、交流出力端子２６から出力される交流出力電流の大きさは０である。この状態では無停電電源装置１０１の発熱量も少ないため、筐体１１０の内部を冷却しなくてもよい場合もある。すなわち上記の状態では、冷却ファン１８は停止または微動でもよい。本実施の形態では、このような状態において冷却ファン１８がソフトスタートおよび間欠運転されるので、冷却ファン１８による電力の消費を抑制できる。

また、インバータ起動／停止指令回路２５からの起動指令によりインバータ７が起動された場合、交流出力の電流値が次第に大きくなる。その電流値に比例して冷却ファン１８の回転数が大きくなる。ただし、無停電電源装置１０１の定格容量よりも負荷２３の容量が小さい場合には、冷却ファン１８の回転数を定格回転数（最大回転数）まで上げる必要はない。この場合には、冷却ファン１８の回転数が変流器２１によって検出された値に応じた回転数となるので、冷却ファン１８の消費電力を抑制できる。

なお、インバータ２２に異常が生じた場合には、ファン制御回路２８（電源切換回路４６）は、コンタクタ３１をオフ状態に設定するとともに、コンタクタ３０をオン状態に設定する。この場合、図８に示されるように、冷却ファン１８は交流入力電源１から供給される交流電力によって動作するので、インバータ２２に異常が生じても冷却ファン１８の動作を継続することができる。したがって、無停電電源装置１０１の信頼性の向上を確保することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２に従う無停電電源装置の全体構成は、実施の形態１に従う無停電電源装置の構成と同様であり、図１に示した無停電電源装置１０１の構成と同様である。よって実施の形態２に従う無停電電源装置の全体構成については以後の説明は繰り返さない。実施の形態２は、ファン制御回路の構成および動作の点において実施の形態１と異なる。よって以下では、実施の形態２について、ファン制御回路の構成および動作を主に説明する。

図９は、実施の形態２に従うファン制御回路の構成を示すブロック図である。図９を参照して、ファン制御回路２８は、実施の形態１に従う構成（図２参照）に加えて周波数制限回路４７をさらに備える。周波数制限回路４７は、インバータ２２から冷却ファン１８に供給される交流電力の周波数の下限値をインバータ制御回路４４に与える。インバータ制御回路４４は、冷却ファン１８に供給される交流電力の周波数が周波数制限回路４７によって設定された下限値を下回らないように、その周波数を設定する。

図１０は、図９に示したインバータ制御回路の構成を示すブロック図である。図１０を参照して、周波数制限回路４７から出力された周波数下限値は周波数設定回路６２に入力される。さらに、信号発生回路４３からの指令信号が回転数設定回路６１および周波数設定回路６２に入力される。

実施の形態１と同様に周波数設定回路６２は、回転数設定回路６１により設定された回転数指令値に基づいて、周波数指令値を設定する。信号発生回路４３が指令信号を発生していない場合、周波数設定回路６２は、回転数指令値に基づいて算出された周波数指令値と、周波数制限回路４７によって設定された周波数下限値とを比較する。回転数指令値に基づく周波数指令値が周波数下限値よりも大きい場合には、周波数設定回路６２は、その周波数指令値を、交流電力の周波数Ｆとして出力する。一方、回転数指令値に基づく周波数指令値が周波数下限値を下回る場合には、周波数設定回路６２は、周波数下限値を交流電力の周波数Ｆとして出力する。

信号発生回路４３が指令信号を発生している場合、周波数設定回路６２は、回転数設定回路６１により設定された回転数指令値に基づいて、周波数指令値を設定する。

信号発生回路４３が指令信号を発生していない場合とは、インバータ２２により冷却ファン１８が連続運転される場合である。実施の形態２によれば、冷却ファン１８が連続運転される場合において、冷却ファン１８に供給される交流電力の周波数Ｆが、周波数制限回路４７によって設定された周波数下限値よりも低下することを防止できる。これにより、冷却ファン１８の回転数も、周波数下限値に対応する回転数下限値を下回ることを防止できるので、無停電電源装置の冷却不足を回避できる。無停電電源装置の冷却不足を回避することによって、無停電電源装置の信頼性をより高めることができる。

以上のように実施の形態２によれば、実施の形態１による効果に加え、無停電電源装置の信頼性をさらに向上させることができるという効果を得ることができる。

［実施の形態３］
図１１は、実施の形態３に従う無停電電源装置の全体構成図である。図１１および図１を参照して、実施の形態３に従う無停電電源装置１０２は、インバータ７と冷却ファン１８との間に通電経路が設けられる点、および、その通電経路に介挿接続されるコンタクタ３８をさらに備える点において、実施の形態１に従う無停電電源装置１０１と異なる。コンタクタ３８はファン制御回路２８の指令に応じてオンオフされる。

実施の形態３では、ファン制御回路２８がインバータ２２の異常を検出した場合に、ファン制御回路２８がコンタクタ３１をオフさせるとともにコンタクタ３８をオンさせる。また、コンタクタ２はオン状態である。この場合、図１２に示すように、インバータ７から冷却ファン１８に交流電力が供給される。すなわち冷却ファン１８の電源がインバータ２２からインバータ７に切換わる。

さらにファン制御回路２８がインバータ７の異常を検出した場合には、ファン制御回路２８はコンタクタ３８をオフさせるとともにコンタクタ３０をオンする。この場合、図１３に示すように、交流入力電源１から冷却ファン１８に交流電力が供給される。すなわち冷却ファン１８の電源がインバータ７から交流入力電源１に切換わる。

なお、実施の形態３に従う無停電電源装置１０２の他の部分の構成においては、実施の形態１に従う無停電電源装置１０１の対応する部分の構成と同様であるので、以後の説明は繰り返さない。

図１４は、実施の形態３に従うファン制御回路の構成を示すブロック図である。図１４を参照して、実施の形態３では、ファン制御回路２８は、実施の形態１に従う構成（図２参照）に加えて、異常検出回路４８をさらに備える。異常検出回路４８はインバータ７に異常が生じたことを検出するとともに、その検出結果を電源切換回路４６に出力する。

異常検出回路４８によるインバータ７の異常検出方法は、たとえば異常検出回路４５によるインバータ２２の異常検出方法と同様の方法を採用できることができる。よって、この方法については詳細な説明を以後繰り返さない。

また、別の方法によりインバータ７の異常を検出してもよい。たとえば、異常検出回路４８は、コンタクタ１０のオンオフ状態に基づいてインバータ７に異常が生じたことを検出してもよい。上記のように、インバータ７に異常が生じた場合には、出力切換回路５３によってコンタクタ１０がオフされる。したがってコンタクタ１０のオンオフ状態に基づいてインバータ７に異常が生じたことを検出することができる。

電源切換回路４６は、インバータ２２の正常時（異常検出回路４５からの信号が電源切換回路４６に入力されていないとき）には、コンタクタ３１をオンするとともにコンタクタ３０，３８をオフさせる。電源切換回路４６は、インバータ２２の異常時（異常検出回路４５からの信号が電源切換回路４６に入力されたとき）には、コンタクタ３１をオフするとともにコンタクタ３８をオンさせる。コンタクタ３８がオン状態であるときにインバータ７の異常が検出された場合（異常検出回路４８からの信号が電源切換回路４６に入力されたとき）には、電源切換回路４６は、コンタクタ３８をオフするとともにコンタクタ３０をオンさせる。

実施の形態３によれば、インバータ２２の異常時（たとえば故障時）に冷却ファン１８の電源がインバータ２２からインバータ７に切換わる。これにより冷却ファン１８が停止することを防止できるので、無停電電源装置の冷却不足が生じることを防ぐことができる。この結果、無停電電源装置の信頼性の向上を図ることができる。

さらに実施の形態３によれば、インバータ７から冷却ファン１８への電力供給が不可能になった場合（インバータ７の停止時）には、インバータ７から交流入力電源１に冷却ファン１８の電源が切換わる。これにより無停電電源装置の信頼性のさらなる向上を図ることができる。

以上のように実施の形態３によれば、実施の形態１による効果に加え、無停電電源装置の信頼性をさらに向上させることができるという効果を得ることができる。

［実施の形態４］
実施の形態４に従う無停電電源装置の全体構成は、実施の形態３に従う無停電電源装置の構成と同様であり、図１１に示した無停電電源装置１０２の構成と同様である。よって実施の形態４に従う無停電電源装置の全体構成については以後の説明は繰り返さない。

実施の形態４は、ファン制御回路の構成の点において実施の形態３と異なる。よって以下では、実施の形態４について、ファン制御回路の構成および動作を主に説明する。

図１５は、実施の形態４に従うファン制御回路の構成を示すブロック図である。図１５を参照して、ファン制御回路２８は、実施の形態３に従う構成（図１４参照）に加えて周波数制限回路４７をさらに備える。

実施の形態２と同様に、周波数制限回路４７は、インバータ２２から冷却ファン１８に供給される交流電力の周波数の下限値をインバータ制御回路４４に与える。インバータ制御回路４４は、冷却ファン１８に供給される交流電力の周波数が周波数制限回路４７によって設定された下限値を下回らないように、その周波数を設定する。

なおインバータ制御回路４４の構成は図１０に示した構成と同様であり、その動作も実施の形態２に従うインバータ制御回路の動作と同様であるので、インバータ制御回路４４の構成および動作については以後の説明を繰り返さない。

実施の形態４によれば、実施の形態２と同様に、冷却ファン１８の連続運転時に、冷却ファン１８に供給される交流電力の周波数が下がりすぎるのを防ぐことができる。これにより、無停電電源装置の冷却不足を防ぐことができる。

さらに実施の形態４によれば、実施の形態３と同様に、冷却ファン１８への交流電力の供給が停止することを回避できるので、インバータ２２の異常が生じた場合にも、無停電電源装置の冷却不足を防ぐことができる。

これらの点によって、無停電電源装置の信頼性をさらに向上させることができる。したがって実施の形態４によれば、実施の形態１による効果に加え、無停電電源装置の信頼性をさらに向上させることができるという効果を得ることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明でなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１交流入力電源、２，１０，１３，１５，２０，３１，３８コンタクタ、３，１６フューズ、４交流リアクトル、５コンバータ、６電解コンデンサ、７，２２インバータ、８変圧器、９コンデンサ、１１バイパス入力電源、１２サイリスタスイッチ、１４蓄電池、１８冷却ファン、１９回転翼、２０モータ、２１変流器、２３負荷、２４コンバータ起動／停止指令回路、２５インバータ起動／停止指令回路、２６交流出力端子、２８ファン制御回路、４１基準値発生回路、４２判定回路、４３信号発生回路、４４インバータ制御回路、４５，４８異常検出回路、４６電源切換回路、４７周波数制限回路、５１駆動制御回路、５２停電検出回路、５３出力切換回路、６１回転数設定回路、６２周波数設定回路、６３電圧指令発生回路、６４制御信号発生回路、１０１，１０２無停電電源装置、１１０筐体、Ｎノード。

Claims

無停電電源装置であって、
直流電力を、所定電圧および所定周波数の交流電力に変換可能な第１のインバータと、
前記第１のインバータからの交流電力を前記無停電電源装置の外部に出力するための交流出力端子と、
少なくとも前記第１のインバータを収容可能に構成された筐体と、
交流電力が供給されることにより前記筐体の内部に風を送る冷却ファンと、
直流電力を可変電圧および可変周波数の交流電力に変換可能であるとともに、当該交流電力を前記冷却ファンに供給可能な第２のインバータと、
前記交流出力端子に流れる出力電流の電流値を検出する電流検出器と、
前記電流検出器により検出された前記電流値が基準値以下であるか否かを判定する判定回路と、
前記判定回路によって前記電流値が前記基準値以下であると判定されたときに、前記冷却ファンを間欠運転させるための間欠運転指令を発生させる一方で、前記判定回路によって前記電流値が前記基準値より大きいと判定されたときには、前記間欠運転指令の発生を停止する指令発生回路と、
前記指令発生回路により前記間欠運転指令が発せられた場合には、前記冷却ファンを間欠運転かつソフトスタートさせるための交流電力が前記冷却ファンに供給されるように前記第２のインバータを制御する一方で、前記間欠運転指令の発生が停止した場合には、前記冷却ファンを連続運転させるための交流電力が前記冷却ファンに供給されるように、前記第２のインバータを制御するインバータ制御回路と、
前記第１のインバータに異常が生じたことを検出可能な第１の異常検出回路と、
前記第２のインバータに異常が生じたことを検出可能な第２の異常検出回路と、
前記第２の異常検出回路によって、前記第２のインバータに異常が生じたことが検出された場合には、前記冷却ファンの電源を前記第２のインバータから前記第１のインバータに切換える電源切換回路とを備え、
前記電源切換回路は、前記冷却ファンの電源が前記第１のインバータであり、かつ、前記第１の異常検出回路によって前記第１のインバータに異常が生じたことが検出された場合には、前記冷却ファンの電源を、前記第１のインバータから、前記無停電電源装置の外部の交流電源に切換える、無停電電源装置。
前記指令発生回路は、前記間欠運転指令として、前記冷却ファンの回転数を０から所定の上限値まで漸増させる第１の指令と、前記冷却ファンの回転数を一定の期間にわたり０に保つ第２の指令とを交互に繰返して出力し、
前記インバータ制御回路は、前記冷却ファンが間欠運転される場合には、前記間欠運転指令に従う回転数と対応付けられた周波数を有する交流電力が、前記第２のインバータから前記冷却ファンに供給されるように、前記第２のインバータを制御する、請求項１に記載の無停電電源装置。
前記インバータ制御回路は、前記冷却ファンが連続運転される場合には、前記電流検出器により検出された前記電流値が高くなるほど、前記第２のインバータから前記冷却ファンに供給される交流電力の周波数が高くなるように、前記第２のインバータを制御する一方、前記電流検出器により検出された前記電流値が低くなるほど、前記第２のインバータから前記冷却ファンに供給される交流電力の周波数が低くなるように、前記第２のインバータを制御する、請求項１または２に記載の無停電電源装置。
前記無停電電源装置は、
前記第２のインバータから前記冷却ファンに供給される交流電力の周波数の下限値を設定する下限値設定回路をさらに備え、
前記インバータ制御回路は、前記冷却ファンが連続運転される場合には、前記第２のインバータから前記冷却ファンに供給される交流電力の周波数が、前記下限値設定回路により設定された前記下限値を下回らないように、前記第２のインバータを制御する、請求項１から３のいずれか１項に記載の無停電電源装置。
前記無停電電源装置は、
前記第１および第２のインバータがともに直流電力を受けるための直流ノードと、
前記筐体の内部に収容されるとともに、前記無停電電源装置の外部の交流電源からの交流電力を直流電力に変換して前記直流ノードに出力するコンバータと、
前記直流ノードに接続される蓄電装置とをさらに備える、請求項１から４のいずれか１項に記載の無停電電源装置。