JP5926673B2 - 無停電電源装置 - Google Patents

Description

本発明は、無停電電源装置に関する。

定格出力容量が１００［ｋＶＡ］程度以上の中大容量の無停電電源装置（以下「ＵＰＳ」と称する）では、三相交流出力が一般的である。したがって、同容量のＵＰＳで単相の交流出力が要求される場合には、ＵＰＳの出力後段にスコット変圧器を設けることで対処している。

そのため、前記スコット変圧器に不具合が生じた場合には、単相の出力を必要とする負荷側への給電が即時停止する、という不具合がある。

ところで、ＵＰＳが故障してバイパス電源路側に切り換わっても、商用電源側の電流平衡状態が維持できるようにした技術が知られている。（例えば、特許文献１）

特開平０４−３０４１２５号公報

前記特許文献１に記載された技術においても、単相の交流出力が必要とされる場合には、上述した如くその出力後段にスコット変圧器を設けることになる。したがって、スコット変圧器自体に不具合を生じた場合には、負荷側への給電が即時停止する、という前記不具合が依然として解決されない。

本発明の目的は前記実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、単相交流を得るための変換器に不具合を生じた場合でも、確実に電力の供給を維持することが可能な無停電電源装置を提供することにある。

本発明の一態様に係る無停電電源装置は、筐体に収納される無停電電源装置であって、三相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータの出力する直流電力を蓄電する蓄電池と、前記蓄電池の出力する直流電力を三相交流電力に変換するインバータと、前記筐体に収納され、前記インバータの出力する三相交流電力を二相交流電力に変換する第１のスコット変圧器と、前記筐体に収納され、前記インバータを介さない経路で入力されるバイパス用の三相交流電力を二相交流電力に変換する第２のスコット変圧器と、前記第１のスコット変圧器が出力する第１の単相交流電力または前記第２のスコット変圧器が出力する第１の単相交流電力を選択的に切換えて出力する第１の無瞬断切換回路と、前記第１のスコット変圧器が出力する第２の単相交流電力または前記第２のスコット変圧器が出力する第２の単相交流電力を選択的に切換えて出力する第２の無瞬断切換回路とを具備したことを特徴とする。

本発明によれば、単相交流を得るための変換器に不具合を生じた場合でも、確実に電力の供給を維持することが可能な無停電電源装置を提供できる。

第１の実施形態に係る無停電電源装置の回路構成を示すブロック図。 第２の実施形態に係る無停電電源装置と入出力盤の回路構成を示すブロック図。

以下、図面を参照して実施形態について詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る無停電電源装置（ＵＰＳ）１０の基本的な機能回路の構成を示すブロック図である。無停電電源装置１０は筐体内に収納された盤形式の装置である。

端子Ｔ１に与えられる三相交流電源が、コンタクタ１１を介してコンバータ１２に供給される。コンタクタ１１は、コンバータ１２に入力される電源の断続を行なう。コンバータ１２は、供給された三相交流電力を直流に整流する。このコンバータ１２の出力する直流電力が、インバータ１３に与えられると共に、コンタクタ１４を介して端子Ｔ３に接続された蓄電池１５にも与えられる。

蓄電池１５は、直流電源であり、端子Ｔ１に与えられる三相交流電源が途絶える停電時に、無停電電源装置１０に直流電力を供給する。コンタクタ１４は、蓄電池１５から供給される直流電力の断続を行なう。

前記インバータ１３は、前記コンバータ１２または前記蓄電池１５から供給される直流電力を三相の交流電力に変換し、スコット変圧器１６へ出力する。

スコット変圧器１６は、与えられた三相交流電力を二相交流電力に変換し、第１の単相交流電力を無瞬断切換回路１７に、第２の単相交流電力を無瞬断切換回路１８にそれぞれ出力する。

一方、前記端子Ｔ１と並列して設けられるバイパス用の端子Ｔ２に対して、三相交流電源が与えられる。この端子Ｔ２に与えられる三相交流電源は、前記無瞬断切換回路１７及び前記無瞬断切換回路１８に電力を供給するための電源である。

端子Ｔ２に供給された三相交流電力は、スコット変圧器１９に与えられる。

スコット変圧器１９は、与えられた三相交流電力を二相交流電力に変換し、第１の単相交流電力を前記無瞬断切換回路１７に、第２の単相交流電力を前記無瞬断切換回路１８にそれぞれ出力する。

前記無瞬断切換回路１７において、スコット変圧器１６からの第１の単相交流電力がコンタクタ１７ａの一端に与えられる。また、前記スコット変圧器１９からの第１の単相交流電力がコンタクタ１７ｂの一端、及びサイリスタスイッチ１７ｃの一端に与えられる。そして、前記コンタクタ１７ａ，１７ｂ、及びサイリスタスイッチ１７ｃの各他端が、負荷へ単相交流電力を供給するための端子Ｔ４と接続される。

前記無瞬断切換回路１８において、スコット変圧器１６からの第２の単相交流電力がコンタクタ１８ａの一端に与えられる。また、前記スコット変圧器１９からの第２の単相交流電力がコンタクタ１８ｂの一端、及びサイリスタスイッチ１８ｃの一端に与えられる。そして、前記コンタクタ１８ａ，１８ｂ、及びサイリスタスイッチ１８ｃの各他端が、バイパス電源として負荷へ単相交流電力を供給するための端子Ｔ５と接続される。

次に前記実施形態の動作を説明する。
停電が生じていない通常時、端子Ｔ１から供給される三相交流電力が、コンタクタ１１を介してコンバータ１２で直流電力に変換される。このコンバータ１２の出力する直流電力は、コンタクタ１４、端子Ｔ３を介して蓄電池１５を充電する一方で、インバータ１３で再度三相交流電力とされ、スコット変圧器１６に与えられる。

そして、スコット変圧器１６の出力する第１の単相交流電力が無瞬断切換回路１７のコンタクタ１７ａを介して選択され、端子Ｔ４より後段の負荷に供給される。

停電が生じた非常時には、それまで接続されている蓄電池１５に充電されていた直流電力が端子Ｔ３、コンタクタ１４を介してインバータ１３で三相交流電力に変換され、スコット変圧器１６に与えられる。

そして、スコット変圧器１６の出力する第１の単相交流電力が無瞬断切換回路１７のコンタクタ１７ａを介して選択され、端子Ｔ４より後段の負荷に供給される。

またコンバータ１２またはインバータ１３が故障するか、あるいは無停電電源装置１０のメンテナンス作業によりコンバータ１２及びインバータ１３の少なくとも一方が正常に動作しない場合、バイパス用の端子Ｔ２から供給され、スコット変圧器１９で二相交流化した内の一方の単相交流電力を無瞬断切換回路１７が選択して切換え、端子Ｔ４を介して後段の負荷に供給する。

またスコット変圧器１６に不具合が生じた場合には、停電が生じていない通常時、停電が生じた非常時、及びコンバータ１２及びインバータ１３の少なくとも一方が正常に動作しない場合のいずれであっても、バイパス用の端子Ｔ２から供給され、スコット変圧器１９で二相交流化したうちの一方の単相交流電力を無瞬断切換回路１７または無瞬断切換回路１８が選択して切換え、端子Ｔ４または端子Ｔ５を介して後段の負荷に供給する。
この場合の無瞬断切換回路１７または無瞬断切換回路１８の切換えは、事前にこの無停電電源装置１０の図示しない制御回路により設定しておく。

さらにバイパス側のスコット変圧器１９に不具合が生じた場合には、前記停電が生じていない通常時と同様に、端子Ｔ１から供給される三相交流電力を用い、コンバータ１２で直流電力化し、インバータ１３で再度三相交流化した電力をスコット変圧器１６で二相交流電力化した上で、そのうちの一方の単相交流電力を無瞬断切換回路１７または無瞬断切換回路１８が選択して切換え、端子Ｔ４または端子Ｔ５を介して後段の負荷に供給する。
この場合の無瞬断切換回路１７または無瞬断切換回路１８の切換えも、事前にこの無停電電源装置１０の図示しない制御回路により設定しておく。

また、バイパス側のスコット変圧器１９に不具合が生じ、且つ、停電が生じた非常時には、それまで蓄電池１５に充電されていた直流電力が端子Ｔ３、コンタクタ１４を介してインバータ１５で三相交流電力に変換され、スコット変圧器１６に与えられる。

そして、スコット変圧器１６の出力する第１の単相交流電力が無瞬断切換回路１７のコンタクタ１７ａを介して選択され、端子Ｔ４より後段の負荷に供給される。

以上詳述した如く本実施形態では、インバータ１３を介する経路側に設けたスコット変圧器１６と、バイパス経路側に設けたスコット変圧器１９とでスコット変圧器を二重化し、これに合わせて二重化した無瞬断切換回路１７，１８を用いるような構成とした。

これにより、特に無停電電源装置１０内部のコンバータ１２及びインバータ１３と、スコット変圧器１６、無瞬断切換回路１８のうちの回路の複数が同時に不具合を生じない限り、確実に負荷への電力の供給を維持することが可能となる。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る無停電電源装置（ＵＰＳ）３０の機能回路の構成を示すブロック図である。ここで無停電電源装置３０は、一般的な無停電電源装置と同様に保守点検用の入出力盤４０と併せて電源施設内に設置される。

無停電電源装置３０内の個々の構成について、前記図１で示した無停電電源装置１０と基本的にはほぼ同様であるものとして、同一部分には同一符号を付加して、重複する説明を省略する。

無停電電源装置３０では、前記図１の無停電電源装置１０におけるスコット変圧器１９の構成を廃し、端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂよりそれぞれ既に単相化された交流電力を入力して、前記無瞬断切換回路１７、無瞬断切換回路１８へ供給するものとする。

一方の入出力盤４０においては、端子Ｔ６に与えられる三相交流電源が、コンタクタ４１を介して端子Ｔ８から導出され、前記無停電電源装置３０の端子Ｔ１に供給される。

また端子Ｔ７に供給されたバイパス及び保守用の三相交流電力は、前記図１のスコット変圧器１９に代わる、スコット変圧器４２に与えられる。

スコット変圧器４２は、与えられた三相交流電力を二相交流電力に変換し、第１の単相交流電力を、コンタクタ４３を介して端子Ｔ９ａから導出し、前記端子端子Ｔ２ａに供給すると共に、第２の単相交流電力を、コンタクタ４４を介して端子Ｔ９ｂから導出し、前記端子端子Ｔ２ｂに供給する。

加えてスコット変圧器４２は、前記第１の単相交流電力を、保守用バイパス線路４５ａ及びコンタクタ４６を介して、端子Ｔ１２から図示しない負荷に供給すると共に、第２の単相交流電力を、保守用バイパス線路４５ｂ及びコンタクタ４７を介して、端子Ｔ１３から図示しない負荷に供給する。

さらに、前記無停電電源装置３０の前記端子Ｔ４から出力される単相交流電力は、入出力盤４０の端子Ｔ１０を介し、コンタクタ４８を介して前記端子Ｔ１２から導出されて、図示しない負荷に供給される。

また無停電電源装置３０の前記端子Ｔ５から出力される単相交流電力は、入出力盤４０の端子Ｔ１１を介し、コンタクタ４９を介して前記端子Ｔ１３から導出されて、図示しない負荷に供給される。

次に前記実施形態の動作を説明する。
停電が生じていない通常時、入出力盤４０の端子Ｔ６からコンタクタ４１を介して足しＴ８より導出され、さらに無停電電源装置３０の端子Ｔ１から供給される三相交流電力が、コンタクタ１１を介してコンバータ１２で直流電力に変換される。このコンバータ１２の出力する直流電力は、コンタクタ１４、端子Ｔ３を介して蓄電池１５を充電する一方で、インバータ１３で再度三相交流電力とされ、スコット変圧器１６に与えられる。

そして、スコット変圧器１６の出力する第１の単相交流電力が無瞬断切換回路１７のコンタクタ１７ａを介して選択され、端子Ｔ４より出力される。

入出力盤４０では、無停電電源装置３０からの単相交流電力が、端子Ｔ１０からコンタクタ４８を介して端子Ｔ１２より出力され、後段の負荷に供給される。

停電が生じた非常時には、それまで無停電電源装置３０に接続される蓄電池１５に充電されていた直流電力が端子Ｔ３、コンタクタ１４を介してインバータ１３で三相交流電力に変換され、スコット変圧器１６に与えられる。

そして、スコット変圧器１６の出力する第１の単相交流電力が、無瞬断切換回路１７のコンタクタ１７ａを介して選択され、端子Ｔ４より出力される。

入出力盤４０では、無停電電源装置３０からの単相交流電力が、端子Ｔ１０からコンタクタ４８を介して端子Ｔ１２より出力され、後段の負荷に供給される。

また無停電電源装置３０のコンバータ１２またはインバータ１３が故障するか、あるいは無停電電源装置３０のメンテナンス作業によりコンバータ１２及びインバータ１３の少なくとも一方が正常に動作しない場合、入出力盤４０のスコット変圧器４２が出力する、二相交流電力がコンタクタ４３，４４を介して端子Ｔ９ａ，Ｔ９ｂから出力され、無停電電源装置３０の端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂを介して無停電電源装置３０に供給される。

無停電電源装置３０では、これらの供給電力のうち、バイパス用の端子Ｔ２ａを介して供給される、一方の単相交流電力を無瞬断切換回路１７が選択して切換え、端子Ｔ４を介して出力する。

入出力盤４０では、無停電電源装置３０からの単相交流電力が、端子Ｔ１０からコンタクタ４８を介して端子Ｔ１２より出力され、後段の負荷に供給される。

また無停電電源装置３０のスコット変圧器１６に不具合が生じた場合には、停電が生じていない通常時、停電が生じた非常時、及びコンバータ１２及びインバータ１３の少なくとも一方が正常に動作しない場合のいずれであっても、バイパス用の端子Ｔ２ａ，Ｔ２ｂから供給される、前記入出力盤４０のスコット変圧器４２で二相交流化したうちの一方の単相交流電力を無瞬断切換回路１７または無瞬断切換回路１８が選択して切換え、端子Ｔ４または端子Ｔ５を介して出力する。

入出力盤４０では、無停電電源装置３０からの単相交流電力が、端子Ｔ１０または端子Ｔ１１からコンタクタ４８または４９を介して端子Ｔ１２またはＴ１３より出力し、後段の負荷に供給する。

この場合の無停電電源装置３０における無瞬断切換回路１７または無瞬断切換回路１８の切換えは、事前にこの無停電電源装置３０の図示しない制御回路により設定しておく。

さらに入出力盤４０のスコット変圧器４２に不具合が生じた場合には、前記停電が生じていない通常時と同様に、無停電電源装置３０で端子Ｔ１から供給される三相交流電力を用い、コンバータ１２で直流電力化し、インバータ１３で再度三相交流化した電力をスコット変圧器１６で二相交流電力化した上で、そのうちの一方の単相交流電力を無瞬断切換回路１７または無瞬断切換回路１８が選択して切換え、端子Ｔ４または端子Ｔ５を介して入出力盤４０に出力し、その後段の負荷に供給させる。
この場合の無停電電源装置３０における無瞬断切換回路１７または無瞬断切換回路１８の切換えも、事前にこの無停電電源装置３０の図示しない制御回路により設定しておく。

また、入出力盤４０のスコット変圧器４２に不具合が生じ、且つ、停電が生じた非常時には、無停電電源装置３０に接続される、蓄電池１５にそれまで充電されていた直流電力が端子Ｔ３、コンタクタ１４を介してインバータ１５で三相交流電力に変換され、スコット変圧器１６に与えられる。

そして、スコット変圧器１６の出力する第１の単相交流電力が無瞬断切換回路１７のコンタクタ１７ａを介して選択され、端子Ｔ４より出力される。

入出力盤４０では、無停電電源装置３０からの単相交流電力を、端子Ｔ１０からコンタクタ４８を介して端子Ｔ１２より出力し、後段の負荷に供給する。

以上詳述した如く本実施形態では、前記第１の実施形態に示した構成に加えて、入出力盤４０側に設けたスコット変圧器４２により、入出力盤４０で保守用バイパスを介して出力する２つの単相交流電力を得るためのスコット変圧器と、無停電電源装置３０でバイパス電源としての２つの単相交流電力を得るためのスコット変圧器とを兼用するものとした。

これにより、無停電電源装置３０とその付帯設備である入出力盤４０とを含めた全体の設備の構成をより簡略化しながら、確実に負荷への電力の供給を維持することが可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…無停電電源装置、１１…コンタクタ、１２…コンバータ、１３…インバータ、１４…コンタクタ、１５…蓄電池、１６…スコット変圧器、１７…無瞬断切換回路、１７ａ，１７ｂ…コンタクタ、１７ｃ…サイリスタスイッチ、１８…無瞬断切換回路、１８ａ，１８ｂ…コンタクタ、１８ｃ…サイリスタスイッチ、１９…スコット変圧器、３０…無停電電源装置、４０…入出力盤、４１…コンタクタ、４２…スコット変圧器、４３，４４…コンタクタ、４５ａ，４５ｂ…保守用バイパス線路、４６〜４８…コンタクタ、Ｔ１，Ｔ２，Ｔ２ａ，Ｔ２ｂ，Ｔ３〜Ｔ８，Ｔ９ａ，Ｔ９ｂ，Ｔ１０〜Ｔ１３…端子。

Claims (2)

1. 筐体に収納される無停電電源装置であって、
   三相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記コンバータの出力する直流電力を蓄電する蓄電池と、
   前記蓄電池の出力する直流電力を三相交流電力に変換するインバータと、
   前記筐体に収納され、前記インバータの出力する三相交流電力を二相交流電力に変換する第１のスコット変圧器と、
   前記筐体に収納され、前記インバータを介さない経路で入力されるバイパス用の三相交流電力を二相交流電力に変換する第２のスコット変圧器と、
   前記第１のスコット変圧器が出力する第１の単相交流電力または前記第２のスコット変圧器が出力する第１の単相交流電力を選択的に切換えて出力する第１の無瞬断切換回路と、
   前記第１のスコット変圧器が出力する第２の単相交流電力または前記第２のスコット変圧器が出力する第２の単相交流電力を選択的に切換えて出力する第２の無瞬断切換回路と
   を具備したことを特徴とする無停電電源装置。
2. 筐体に収納される無停電電源装置であって、
   三相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
   前記コンバータの出力する直流電力を蓄電する蓄電池と、
   前記蓄電池の出力する直流電力を三相交流電力に変換するインバータと、
   前記筐体に収納され、前記インバータの出力する三相交流電力を二相交流電力に変換する第１のスコット変圧器と、
   前記筐体に収納され、前記インバータを介さないバイパス経路で入力される三相交流電力を二相交流電力に変換する第２のスコット変圧器と、
   前記第２のスコット変圧器が出力する第１及び第２の単相交流電力を伝送する保守用経路と、
   前記第１のスコット変圧器が出力する第１の単相交流電力または前記第２のスコット変圧器が出力する第１の単相交流電力を選択的に切換えて出力する第１の無瞬断切換回路と、
   前記第１のスコット変圧器が出力する第２の単相交流電力または前記第２のスコット変圧器が出力する第２の単相交流電力を選択的に切換えて出力する第２の無瞬断切換回路と
   を具備したことを特徴とする無停電電源装置。

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