JP5986005B2 - 無停電電源装置 - Google Patents

Description

この発明は無停電電源装置に関し、特に、負荷に三相交流電力を供給する無停電電源装置に関する。

無停電電源装置は、交流電源からの三相交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータで生成された直流電力またはバッテリの直流電力を三相交流電力に変換して負荷に供給するインバータとを備える。交流電源からの三相交流電力の供給が停止された停電時でも、バッテリに直流電力が蓄えられている期間は、負荷の運転を継続することができる。

また、配線を変えることにより、三相３線式と三相４線式のうちの選択された給電方式で負荷に三相交流電力を供給することが可能な無停電電源装置もある（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００５−２５３２６２号公報

ところで、三相３線式と三相４線式では、主回路のトランジスタが破損した場合に短絡電流が流れる経路が異なるので、二次災害防止用のヒューズの挿入箇所が異なる。三相３線式と三相４線式の両方で使用可能な無停電電源装置においては、三相３線式を採用した場合に短絡電流が流れる箇所と、三相４線式を採用した場合に短絡電流が流れる箇所との両方にヒューズを挿入することが考えられる。

しかし、ヒューズは経年劣化などにより過電流が流れなくても破断する恐れがあるので、所定期間毎に全ヒューズを新品と交換する必要がある。しかるに、三相３線式と三相４線式で短絡電流が流れる恐れがある全箇所にヒューズを設けると、多数のヒューズが必要となり、交換の手間が大きくなり、コスト高になるという問題がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、三相３線式と三相４線式の両方で使用可能であり、かつ低コストの無停電電源装置を提供することである。

この発明に係る無停電電源装置は、三相３線式と三相４線式のうちの選択された給電方式で三相交流電力を負荷に供給する無停電電源装置であって、交流電源からの第１の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、コンバータで生成された直流電力または電力貯蔵装置からの直流電力を第２の交流電圧に変換して負荷に供給するインバータと、三相４線式が選択された場合に、外部から与えられた中性点電圧を負荷に与えるための中性点端子と、三相３線式が選択された場合に短絡電流が流れる恐れがある配線に介挿された第１のヒューズホルダと、三相４線式が選択された場合に短絡電流が流れる恐れがある配線に介挿された第２のヒューズホルダとを備えたものである。三相３線式が選択された場合は、第１のヒューズホルダにヒューズがセットされるとともに第２のヒューズホルダに短絡片がセットされる。三相４線式が選択された場合は、第１のヒューズホルダに短絡片がセットされるとともに第２のヒューズホルダにヒューズがセットされる。

好ましくは、さらに、各相に対応して設けられ、一方電極が第１の交流電圧を受ける第１のコンデンサと、各相に対応して設けられ、一方電極が第２の交流電圧を受ける第２のコンデンサと、第１および第２のコンデンサの他方電極間に接続された中性点線と、中性点線に介挿された短絡片ホルダを備える。中性点線は、短絡片ホルダによって第１および第２の配線に分割される。三相３線式が選択された場合は、第１および第２の配線を接続するための第１の短絡片が短絡片ホルダにセットされる。三相４線式が選択された場合は、第１および第２の配線と中性点端子とを接続するための第２の短絡片が短絡片ホルダにセットされる。

また好ましくは、さらに、第２の交流電圧を可変電圧可変周波数の第３の交流電圧に変換する電力変換器と、第３の交流電圧の電圧値および周波数に応じた速度で回転駆動され、無停電電源装置を冷却する冷却ファンと、インバータの出力電流に基づいて電力変換器を制御し、第３の交流電圧の電圧値および周波数を制御する制御部とを備える。

また好ましくは、さらに、無停電電源装置の温度を検出する温度センサを備える。制御部は、温度センサの検出値が予め定められた温度よりも低い場合は、インバータの出力電流に関係なく、冷却ファンを予め定められた回転速度で回転駆動させるか、停止させる。

また好ましくは、電力変換器および冷却ファンは複数組設けられ、１組の電力変換器および冷却ファンが故障した場合でも無停電電源装置を冷却することが可能となっており、制御部は複数の電力変換器を制御する。

また、この発明に係る他の無停電電源装置は、三相３線式と三相４線式のうちの選択された方式で三相交流電力を負荷に供給する無停電電源装置であって、各相に対応して設けられ、交流電源から対応の相の第１の交流電圧を受ける入力端子と、一方端が入力端子に接続された第１の交流ラインと、第１の交流ラインの他方端に接続され、第１の交流電圧を正電圧、中性点電圧、および負電圧に変換するコンバータと、それらの一方端がそれぞれ正電圧、中性点電圧、および負電圧を受ける第１〜第３の直流ラインと、第１〜第３の直流ラインの他方端に接続され、正電圧、中性点電圧、および負電圧を対応の相の第２の交流電圧に変換するインバータと、一方端が第２の交流電圧を受ける第２の交流ラインと、第２の交流ラインの他方端と負荷の間に接続される出力端子と、三相４線式が選択された場合に中性点電圧を負荷に与えるための中性点端子と、それぞれ第１の交流ライン、第２の直流ライン、第２の交流ラインに介挿された第１〜第３のヒューズホルダとを備えたものである。三相３線式が選択された場合は、第１および第３のヒューズホルダの各々に短絡片がセットされるとともに第２のヒューズホルダにヒューズがセットされる。三相４線式が選択された場合は、第１および第３のヒューズホルダの各々にヒューズがセットされるとともに第２のヒューズホルダに短絡片がセットされる。

好ましくは、さらに、それぞれ第１の直流ラインおよび第３の直流ラインに介挿された第４および第５のヒューズホルダを備える。第４および第５のヒューズホルダの各々にはヒューズがセットされる。

また好ましくは、さらに、各相に対応して設けられ、一方電極が対応の第１の交流ラインに接続された第１のコンデンサと、各相に対応して設けられ、一方電極が対応の第２の交流ラインに接続された第２のコンデンサと、第１および第２のコンデンサの他方電極間に接続された中性点線と、三相４線式が選択された場合に外部から中性点電圧を受けるバイパス端子と、三相４線式が選択された場合にバイパス端子と中性点端子の間に接続されるバイパス中性点線と、中性点線に介挿された短絡片ホルダとを備える。中性点線は、短絡片ホルダによって第１および第２の配線に分割される。三相３線式が選択された場合は、第１および第２の配線を接続するための第１の短絡片が短絡片ホルダにセットされる。三相４線式が選択された場合は、各第２の直流ラインと第１および第２の配線とバイパス中性点線とを接続するための第２の短絡片が短絡片ホルダにセットされる。

この発明に係る無停電電源装置では、短絡電流が流れる恐れがある全箇所にヒューズホルダを介挿しておき、選択された給電方式に応じて各ヒューズホルダにヒューズまたは短絡片をセットする。したがって、ヒューズの数を低減し、ヒューズを交換する手間を低減し、低コスト化を図ることができる。

本発明の比較例１となる三相４線式の無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。 図１に示した無停電電源装置の要部を示す回路図である。 本発明の比較例２となる三相３線式の無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。 図３に示した無停電電源装置の要部を示す回路図である。 本発明の一実施の形態による無停電電源装置において三相４線式が選択された場合の構成を示す回路ブロック図である。 図５に示した無停電電源装置の要部を示す回路図である。 図５に示したヒューズまたは短絡片Ｓ１を保持するヒューズホルダの構成を示す図である。 図５に示した短絡片Ｓ２を保持する短絡片ホルダの構成を示す図である。 図５に示した短絡片Ｓ３を保持する短絡片ホルダの構成を示す図である。 本発明の一実施の形態による無停電電源装置において三相３線式が選択された場合の構成を示す回路ブロック図である。 図１０に示した無停電電源装置の要部を示す回路図である。 実施の形態の変更例を示す回路ブロック図である。 実施の形態の他の変更例を示す回路ブロック図である。

[比較例１]
本発明の理解を容易にするため、実施の形態を説明する前に、まず本発明の比較例１について説明する。図１は、比較例１となる三相４線式の無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この無停電電源装置は、筺体１と、筺体１の外壁に固定された入力端子ＴＩ１〜ＴＩ３、バイパス端子ＴＢ１〜ＴＢ４、直流端子ＴＤ１,ＴＤ２、出力端子ＴＯ１〜ＴＯ３、および中性点端子ＴＮを備える。

入力端子ＴＩ１〜ＴＩ３は、商用交流電源７１からの三相交流電圧をそれぞれ受ける。バイパス端子ＴＢ１〜ＴＢ４は、商用交流電源７１からの三相交流電圧および中性点電圧をそれぞれ受ける。直流端子ＴＤ１，ＴＤ２は、バッテリ７２の正極および負極にそれぞれ接続される。出力端子Ｔ１〜ＴＯ３および中性点端子ＴＮは、三相４線式の負荷７３に接続され、それぞれ三相交流電圧および中性点電圧を負荷７３に与えるために用いられる。

また、筺体１内には各相に対応して、交流ライン２，１６、コンタクタ３，２１、コンデンサ４，１９、リアクトル５，１８，２２，２３、電流検出器７，１７、ヒューズＦ１，Ｆ２、コンバータ９、チョッパ１０、直流配線部１１、インバータ１５、正電圧線２４、および負電圧線２５が設けられている。直流配線部１１は、直流正母線１２、直流中性点母線、および直流負母線１４を含む。

各入力端子ＴＩは交流ライン２を介して対応のコンバータ９の入力ノードに接続されており、各交流ライン２には、コンタクタ３、リアクトル５、およびヒューズＦ１が入力端子ＴＩ側から順に介挿されている。コンタクタ３は、通常はオンされており、たとえばコンバータ９のメンテナンス時にオフされる。コンデンサ４は、コンタクタ３およびリアクトル５間のノードと中性点線ＮＬとの間に接続されている。

３組のコンデンサ４およびリアクトル５は、商用交流電源７１からの三相交流電力を３つのコンバータ９に通過させ、各コンバータ９で発生するスイッチング周波数の信号が商用交流電源７１側に通過するのを防止する入力フィルタを構成する。各電流検出器７は、リアクトル５とヒューズＦ１の間において対応の交流ライン２に流れる電流を検出する。各ヒューズＦ１は、速動ヒューズであり、対応の交流ライン２に所定値の電流を超える過電流が流れた場合に破断してコンバータ９などを保護する。

各コンバータ９は、商用交流電源７１から三相交流電力が正常に供給されている通常時は、商用交流電源７１からの対応の相の交流電圧に基づいて正電圧、中性点電圧、および負電圧を生成し、生成した正電圧、中性点電圧、および負電圧をそれぞれ直流正母線１２、直流中性点母線１３、および直流負母線１４の一方端に与える。商用交流電源７１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ９の運転は停止される。

直流正母線１２、直流中性点母線１３、および直流負母線１４の他方端はインバータ１５に接続される。３本の直流正母線１２は互いに接続されている。３本の直流中性点母線１３は、互いに接続され、さらに中性点線ＮＬに接続されている。３本の直流負母線１４は互いに接続されている。

各インバータ１５は、直流正母線１２、直流中性点母線１３、および直流負母線１４を介して供給された正電圧、中性点電圧、および負電圧に基づき、対応の相の交流電圧を生成して出力ノードに出力する。

また、各インバータ１５の出力ノードは、交流ライン１６を介して対応の出力端子ＴＯに接続されている。各交流ライン１６には、ヒューズＦ２、リアクトル１８、およびコンタクタ２１が順に直列接続されている。コンデンサ１９は、リアクトル１８およびコンタクタ２１間のノードと中性点線ＮＬとの間に接続されている。

３組のリアクトル１８およびコンデンサ１９は、３つのインバータ１５から負荷７３に三相交流電力を通過させ、各インバータ１５で発生するスイッチング周波数の信号が負荷７３側に通過するのを防止する出力フィルタ２０を構成する。コンタクタ２１は、通常はオンし、インバータ１５の故障時にオフする。各電流検出器１７は、ヒューズＦ２とリアクトル１８の間において対応の交流ライン１６に流れる電流を検出する。各ヒューズＦ２は、速動ヒューズであり、対応の交流ライン１６に所定値の電流を超える過電流が流れた場合に破断してインバータ１５などを保護する。

各チョッパ１０は、対応の直流正母線１２および直流負母線１４に接続されるとともに、対応の正電圧線２４および負電圧線２５を介して直流端子ＴＤ１，ＴＤ２に接続される。正電圧線２４には、リアクトル２２が介挿されている。また、負電圧線２５には、リアクトル２３が介挿されている。チョッパ１０は、通常時は、コンバータ９で生成された直流電力をバッテリ７２に蓄え、停電時は、バッテリ７２の直流電力をインバータ１５に供給する。

また、筺体１内には、抵抗素子３０，３１、バイパス回路３２、およびバイパス中性点線３６が設けられている。抵抗素子３０は直流正母線１２と中性点線ＮＬとの間に接続され、抵抗素子３１は直流負母線１４と中性点線ＮＬとの間に接続されている。抵抗素子３０，３１は、無停電電源装置の停止時に、コンバータ９およびインバータ１５の各々に含まれるコンデンサの電荷を放電させる。

バイパス回路３２は、各相に対応して設けられたコンタクタ３３，３４およびサイリスタスイッチ３５を含む。コンタクタ３３の一方端子は対応のバイパス端子ＴＢに接続され、その他方端子は対応の出力端子ＴＯに接続されている。コンタクタ３４の一方端子は対応のバイパス端子ＴＢに接続され、その他方端子は対応のサイリスタスイッチ３５の一方電極に接続され、その他方電極は対応の出力端子ＴＯに接続されている。バイパス中性点線３６の一方端はバイパス端子ＴＢ４に接続され、その他方端は中性点端子ＴＮおよび中性点線ＮＬに接続されている。

コンタクタ３３は、通常時はオフし、インバータ１５の故障時にオンする。コンタクタ３４は、通常時はオンし、停電時はオフする。サイリスタスイッチ３５は、インバータ１５が故障した時に瞬時に所定時間だけオンする。

さらに、筺体１内には、冷却ファン３７、電源線３８，３９、およびヒューズＦ３が設けられている。冷却ファン３７は、インバータ１５から電源線３８を介して供給される交流電力によって駆動され、筺体１内の空気と外気とを入れ換えて筺体１内を冷却する。電源線３８の一方端は、３本の交流ライン１６のうちのいずれか１本の交流ライン１６において、リアクトル１８およびコンタクタ２１間のノードに接続される。電源線３８の他方端は、冷却ファン３７に接続される。電源線３８にはヒューズＦ３が介挿されている。電源線３９は、バイパス中性点線３６と冷却ファン３７との間に接続される。

図２は、コンバータ９、チョッパ１０、直流配線部１１、およびインバータ１５の構成を示す回路図である。図２において、コンバータ９は、トランジスタＱ１〜Ｑ４、ダイオードＤ１〜Ｄ４、およびコンデンサＣ１，Ｃ２を含む。トランジスタＱは、たとえばＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）である。

トランジスタＱ１のコレクタは直流正母線１２に接続され、そのエミッタは交流ライン２に接続される。トランジスタＱ２のコレクタは交流ライン２に接続され、そのエミッタは直流負母線１４に接続される。トランジスタＱ３のエミッタは交流ライン２に接続され、トランジスタＱ３，Ｑ４のコレクタは互いに接続され、トランジスタＱ４のエミッタは直流中性点母線１３に接続される。ダイオードＤ１〜Ｄ４は、それぞれトランジスタＱ１〜Ｑ４に逆並列に接続される。コンデンサＣ１は、直流正母線１２および直流中性点母線１３間に接続される。コンデンサＣ２は、直流負母線１４および直流中性点母線１３間に接続される。

交流ライン２の電圧に同期して、トランジスタＱ１〜Ｑ４の各々を所定のタイミングでオン／オフさせることにより、直流正母線１２、直流中性点母線１３、および直流負母線１４にそれぞれ正電圧、中性点電圧、および負電圧を供給することができる。コンデンサＣ１，Ｃ２は、正電圧、中性点電圧、および負電圧の各々を平滑化させる。

また、インバータ１５は、コンデンサＣ３，Ｃ４、トランジスタＱ５〜Ｑ８、およびダイオードＤ５〜Ｄ８を含む。コンデンサＣ３は、直流正母線１２および直流中性点母線１３間に接続される。コンデンサＣ４は、直流負母線１４および直流中性点母線１３間に接続される。トランジスタＱ５のエミッタは直流中性点母線１３に接続され、トランジスタＱ５，Ｑ６のコレクタは互いに接続され、トランジスタＱ６のエミッタは交流ライン１６に接続される。

トランジスタＱ７のコレクタは直流正母線１２に接続され、そのエミッタは交流ライン１６に接続される。トランジスタＱ８のコレクタは交流ライン１６に接続され、そのエミッタは直流負母線１４に接続される。ダイオードＤ５〜Ｄ８は、それぞれトランジスタＱ５〜Ｑ８に逆並列に接続される。

コンデンサＣ３，Ｃ４は、正電圧、中性点電圧、および負電圧の各々を平滑化させる。交流ライン２の電圧に同期して、トランジスタＱ５〜Ｑ８の各々を所定のタイミングでオン／オフさせることにより、直流正母線１２、直流中性点母線１３、および直流負母線１４からの正電圧、中性点電圧、および負電圧に基づいて交流電圧を生成し、その交流電圧を交流ライン１６に供給することができる。

直流配線部１１は、直流正母線１２、直流中性点母線１３、直流負母線１４、およびヒューズＦ４〜Ｆ９を含む。直流正母線１２には、２つのヒューズＦ４，Ｆ５がコンバータ９側から順に介挿されている。直流負母線１４には、２つのヒューズＦ６，Ｆ７がコンバータ９側から順に介挿されている。

抵抗素子３０の一方端子はヒューズＦ４，Ｆ５間のノードに接続され、その他方端子は直流中性点母線１３に接続されている。抵抗素子３１の一方端子はヒューズＦ６，Ｆ７間のノードに接続され、その他方端子は直流中性点母線１３に接続されている。抵抗素子３０は、無停電電源装置の停止時に３組のコンデンサＣ１，Ｃ３の電荷を放電させる。抵抗素子３１は、無停電電源装置の停止時に３組のコンデンサＣ２，Ｃ４の電荷を放電させる。

また、チョッパ１０は、トランジスタＱ９〜Ｑ１２およびダイオードＤ９〜Ｄ１２を含む。トランジスタＱ９のコレクタは直流正母線１２に接続され、そのエミッタは正電圧線２４の一方端に接続され、正電圧線２４の他方端は直流端子ＴＤ１に接続される。正電圧線２４には、チョッパ１０側から順にヒューズＦ８およびリアクトル２２が介挿されている。トランジスタＱ１０のエミッタは直流負母線１４に接続され、そのコレクタは負電圧線２５の一方端に接続され、負電圧線２５の他方端は直流端子ＴＤ２に接続される。負電圧線２５には、チョッパ１０側から順にヒューズＦ９およびリアクトル２３が介挿されている。

トランジスタＱ１１のコレクタはトランジスタＱ９のエミッタに接続され、トランジスタＱ１１のエミッタはトランジスタＱ１２のコレクタに接続され、トランジスタＱ１２のエミッタはトランジスタＱ１０のコレクタに接続される。ダイオードＤ９〜Ｄ１２は、それぞれトランジスタＱ９〜Ｑ１２に逆並列に接続される。

通常時は、トランジスタＱ９，Ｑ１０をオン／オフさせて、コンバータ９で生成された直流電力をバッテリ７２に供給する。停電時は、トランジスタＱ１１,Ｑ１２をオン／オフさせてバッテリ７２の直流電力をインバータ１５に供給する。

次に、この無停電電源装置の動作について説明する。商用交流電源７１から三相交流電力が正常に供給されている通常時は、コンタクタ３，２１，３４がオンし、コンタクタ３３がオフしている。商用交流電源７１からの三相交流電力は３つのコンバータ９によって直流電力に変換される。この直流電力は、３つのチョッパ１０によってバッテリ７２に蓄えられるとともに、３つのインバータ１５によって三相交流電力に変換されて負荷７３に供給される。また、商用交流電源７１からバイパス端子ＴＢ４に与えられた中性点電圧は、バイパス中性点線３６を介して負荷７３および中性点線ＮＬに常時与えられる。

また、インバータ１５が故障した場合は、サイリスタスイッチ３５が瞬時に所定時間だけオンし、コンタクタ３３がオンし、コンタクタ２１がオフする。これにより、商用交流電源７１からバイパス端子ＴＢ１〜ＴＢ３およびバイパス回路３２を介して負荷７３に三相交流電力が無瞬断で供給される。

また、商用交流電源７１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、コンタクタ３，３４がオフし、コンバータ９の運転が停止される。また、バッテリ７２の直流電力が３つのチョッパ１０によって３つのインバータ１５に供給され、３つのインバータ１５によって三相交流電力に変換されて負荷７３に供給される。したがって、停電時でも、バッテリ７２に直流電力がある期間は負荷７３の運転を継続することができる。

[比較例２]
図３は、比較例２となる三相３線式の無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。また、図４は、図３に示した無停電電源装置の要部を示す回路図であって、図２と対比される図である。図３および図４を参照して、比較例２が比較例１と異なる主な点は、各相に対応してヒューズＦ１０が追加され、各相のヒューズＦ１，Ｆ２が除去されている点である。これは、三相４線式と三相３線式ではトランジスタＱが破損したときに短絡電流が流れる経路が異なるためである。ヒューズＦ１０は、抵抗素子３０，３１間のノードとコンデンサＣ３，Ｃ４間のノードとの間において、対応の直流中性点母線１３に介挿される。

また、バイパス端子ＴＢ４、中性点端子ＴＮ、およびバイパス中性点線３６が除去され、中性点線ＮＬが直流中性点母線１３から切り離されている。これは、三相３線式では、中性点電圧を負荷に与える必要がないからである。抵抗素子３０，３１の間のノードは、直流中性点母線１３に接続されている。

さらに、単相式の冷却ファン３７が三相式の冷却ファン４０で置換され、変圧器４１が追加されている。変圧器４１は、３つの入力端子に与えられた三相交流電圧を降圧して３つの出力端子に出力する。変圧器４１の３つの出力端子は、冷却ファン４０の３つの入力端子に接続される。変圧器４１の３つの入力端子は、それぞれ３本の電源線４２の一方端に接続され、３本の電源線４２の他方端はそれぞれ３本の交流ライン１６に接続されている。各電源線４２には、ヒューズＦ３が介挿されている。

また、出力端子ＴＯ１〜ＹＯ３は、変圧器７４を介して三相３線式の負荷に接続される。変圧器７４は、無停電電源装置の出力電圧を降圧して負荷に供給する。他の構成および動作は、比較例１と同じであるので、その説明は繰り返さない。

三相３線式の無停電電源装置では、コンバータ９およびインバータ１５の電流を少なくするために、負荷の定格電圧よりも高い電圧（三相線間電圧）を出力し、出力電圧を変圧器７４で降圧して負荷に供給している。このため、冷却ファン４０の前段にも変圧器４１を設置している。しかし、三相４線式のようにアース線の配線用ケーブルを定格電流が流れても良いサイズに選定する必要はない。また、バイパス端子ＴＢ側の商用交流電源７１を三相４線式に変更する必要もない。

これに対して三相４線式の無停電電源装置では、三相線間電圧よりも低い相電圧を負荷７３で供給するので、変圧器７４で降圧する必要がない。また、冷却ファン３７にも低い相電圧を供給するので、汎用品の冷却ファン３７を使用することができる。しかし、主回路電流を流すことが可能なサイズの配線ケーブルをバイパス中性点線３６として追加し、バイパス端子ＴＢ１〜ＴＢ４側の商用交流電源７１を三相４線式に変更する必要がある。

このように三相４線式の無停電電源装置と三相３線式の無停電電源装置にはそれぞれ長所と短所があり、現状では両方とも別々に製造、販売されている。しかし、図１〜図４から分かるように、コンバータ９、チョッパ１０、インバータ１５などの主要な構成部品を三相４線式と三相３線式の無停電電源装置で共用することが可能である。

反面、トランジスタＱが破損した場合に短絡電流が流れる経路が異なるので、ヒューズＦの挿入箇所が両者で異なる。そこで、三相４線式を採用した場合に短絡電流が流れる恐れがある箇所と、三相３線式を採用した場合に短絡電流が流れる恐れが箇所との両方にヒューズＦを挿入することにより、ヒューズＦを両者で共用することも考えられる。

しかし、ヒューズＦは過電流が流れなくても経年劣化などにより破断する恐れがあるので、所定期間毎に全ヒューズＦを新品と交換する必要がある。しかるに、三相３線式と三相４線式で短絡電流が流れる恐れがある全箇所にヒューズＦを設けると、多数のヒューズＦが必要となり、交換の手間が大きくなり、コスト高になるという問題がある。本願発明では、この問題の解決が図られる。

[実施の形態]
次に、本発明の一実施の形態による無停電電源装置について説明する。実施の形態の無停電電源装置は、三相４線式と三相３線式のうちの選択された給電方式で給電可能な装置である。まず三相４線式が選択された場合について説明する。

図５は、三相４線式が選択された場合における無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。また、図６は、図５に示した無停電電源装置の要部を示す回路図であって、図２と対比される図である。図５および図６を参照して、この無停電電源装置が比較例１と異なる主な点は、短絡片Ｓ１〜Ｓ３が追加されている点である。短絡片Ｓ１は、抵抗素子３０，３１間のノードとコンデンサＣ３，Ｃ４間のノードとの間において、対応の直流中性点母線１３に介挿される。短絡片Ｓ２は、中性点線ＮＬと直流中性点母線１３と抵抗素子３０，３１間のノードとを接続するために設けられている。短絡片Ｓ３は、中性点線ＮＬとバイパス中性点線３６とを接続するために設けられている。

この無停電電源装置では、三相４線式の無停電電源装置においてトランジスタＱの破損時に短絡電流が流れる可能性がある箇所と、三相３線式の無停電電源装置においてトランジスタＱの破損時に短絡電流が流れる可能性がある箇所との各々にヒューズホルダが設けられている。なお、図５および図６では、図面の簡単化のため、ヒューズホルダの図示は省略されている。

図７（ａ）〜（ｃ）は、ヒューズホルダ４５の構成および使用方法を示す図である。ヒューズホルダ４５は、図７（ａ）に示すように、長方形の絶縁板４５ａの左端部および右端部の各々にビス孔を開け、２つのビス孔にそれぞれビス４６，４７を螺合したものである。図７（ａ）は、直流中性点母線１３に介挿されたヒューズホルダ４５を示している。直流中性点母線１３は、コンバータ９側の配線１３ａとインバータ１５側の配線１３ｂに分割されている。

三相４線式が選択された場合は、図７（ｂ）に示すように、短絡片Ｓ１がヒューズホルダ４５にセットされる。短絡片Ｓ１は、銅のような金属を用いてＩ字型に形成されている。短絡片Ｓ１の両端には孔が開口されている。短絡片Ｓ１の一方端部は配線１３ａとともにビス４６によって絶縁板４５ａに固定され、短絡片Ｓ１の他方端部は配線１３ｂとともにビス４７によって絶縁板４５ａに固定される。

なお、三相３線式が選択された場合は、図７（ｃ）に示すように、ヒューズＦ１０がヒューズホルダ４５にセットされる。ヒューズＦ１０の一方電極は配線１３ａとともにビス４６によって絶縁板４５ａに固定され、ヒューズＦ１０の他方電極は配線１３ｂとともにビス４７によって絶縁板４５ａに固定される。これについては、後述する。

短絡片Ｓ２は、短絡片ホルダ５０に固定される。なお、図５および図６では、図面の簡単化のため、短絡片ホルダ５０の図示は省略されている。図８（ａ）（ｂ）は、短絡片ホルダ５０の構成および使用方法を示す図である。短絡片ホルダ５０は、図８（ａ）に示すように、四角形の絶縁板５０ａの左端部、右端部、上端部、下端部の各々にビス孔を開け、４つのビス孔にそれぞれビス５１〜５４を螺合したものである。中性点線ＮＬは、入力フィルタ６側の配線ＮＬａと出力フィルタ２０側の配線ＮＬｂ，ＮＬｃに分割されている。

三相４線式が選択された場合は、図８（ａ）に示すように、短絡片Ｓ２が短絡片ホルダ５０にセットされる。短絡片Ｓ２は、銅のような金属を用いて十字型に形成されている。短絡片Ｓ２の４つの端部には孔が開口されている。短絡片Ｓ２の左側端部は中性点線ＮＬａとともにビス５１によって絶縁板５０ａに固定され、短絡片Ｓ２の右側端部は中性点線ＮＬｂとともにビス５２によって絶縁板５０ａに固定される。

短絡片Ｓ２の上側端部は配線５５の一方端部とともにビス５３によって絶縁板５０ａに固定され、短絡片Ｓ２の下側端部は配線５６の一方端部とともにビス５４によって絶縁板５０ａに固定される。配線５５の他方端部は、各直流中性点母線１３に接続される。配線５６の他方端部は、抵抗素子３０，３１間のノードに接続される。

なお、三相３線式が選択された場合は、図８（ｂ）に示すように、短絡片Ｓ６，Ｓ７が短絡片ホルダ５０にセットされる。短絡片Ｓ６は、銅のような金属を用いてＩ字型に形成されている。短絡片Ｓ６の両端部には孔が開口されている。短絡片Ｓ６の一方端部は中性点線ＮＬａとともにビス５１によって絶縁板５０ａに固定され、短絡片Ｓ６の他方端部は中性点線ＮＬｂとともにビス５２によって絶縁板５０ａに固定される。

短絡片Ｓ７は、絶縁膜で被覆された配線を用いて形成されている。短絡片Ｓ７の一方端部は配線５５の一方端部とともにビス５３によって絶縁板５０ａに固定され、短絡片Ｓ７の他方端部は配線５６の一方端部とともにビス５４によって絶縁板５０ａに固定される。これについては、後述する。

短絡片Ｓ３は、短絡片ホルダ６０に固定される。なお、図５および図６では、図面の簡単化のため、短絡片ホルダ６０の図示は省略されている。図９（ａ）（ｂ）は、短絡片ホルダ６０の構成および使用方法を示す図である。短絡片ホルダ６０は、図９（ａ）に示すように、四角形の絶縁板６０ａの上端部、下端部、右端部の各々にビス孔を開け、３つのビス孔にそれぞれビス６１〜６３を螺合したものである。

三相４線式が選択された場合は、図９（ａ）に示すように、短絡片Ｓ３が短絡片ホルダ６０にセットされる。短絡片Ｓ３は、銅のような金属を用いて凸型に形成されている。短絡片Ｓ３の３つの端部には孔が開口されている。短絡片Ｓ３の上側端部は配線ＮＬｃとともにビス６１によって絶縁板６０ａに固定され、短絡片Ｓ３の下側端部は配線ＮＬｂとともにビス６２によって絶縁板６０ａに固定され、短絡片Ｓ３の右側端部はバイパス中性点線３６とともにビス６２によって絶縁板５０ａに固定される。

なお、三相３線式が選択された場合は、図９（ｂ）に示すように、短絡片Ｓ８が短絡片ホルダ６０にセットされる。短絡片Ｓ８は、銅のような金属を用いてＩ字型に形成されている。短絡片Ｓ８の両端部には孔が開口されている。短絡片Ｓ８の一方端部は配線ＮＬｃとともにビス６１によって絶縁板６０ａに固定され、短絡片Ｓ８の他方端部は配線ＮＬｂとともにビス６２によって絶縁板６０ａに固定される。ビス６３には、配線は接続されない。これについては、後述する。

図５に戻って、この無停電原装置では、冷却ファン３７、電源線３８，３９、およびヒューズＦ３が複数の冷却ファン４０、複数の電力変換器４３、および３本の電源線４２で置換される。３本の電源線４２は、それぞれ３本の交流ライン１６に対応して設けられる。各電源線４２の一方端は、対応の交流ライン１６においてリアクトル１８とコンタクタ２１の間のノードに接続され、その他方端は各電力変換器４３に接続される。

各電力変換器４３は、３つのインバータ１５によって生成された三相交流電力によって駆動され、可変電圧可変周波数の三相交流電力を生成して対応の冷却ファン４０に供給する。冷却ファン４０は、対応の電力変換器４３からの三相交流電力の周波数に応じた回転速度で回転駆動されて筺体１内を冷却する。

次に、三相３線式が選択された場合について説明する。図１０は、三相３線式が選択された場合における無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図であって、図５と対比される図である。また、図１１は、図１０に示した無停電電源装置の要部を示す回路図であって、図６と対比される図である。図１０および図１１を参照して、この無停電電源装置が図５の無停電電源装置と異なる主な点は、バイパス中性点線３６が除去され、ヒューズＦ１，Ｆ２がそれぞれ短絡片Ｓ１１，Ｓ１２で置換され、短絡片Ｓ２が短絡片Ｓ６，Ｓ７で置換され、短絡片Ｓ３が短絡片Ｓ８で置換されている点である。

図７で説明したように、三相４線式が選択された場合はヒューズホルダ４５にヒューズＦ１がセットされるが、三相３線式が選択された場合はヒューズＦ１がセットされた箇所に短絡電流が流れる恐れが無いので、ヒューズＦ１の代わりに短絡片Ｓ１１がヒューズホルダ４５にセットされる。

同様に、三相４線式が選択された場合はヒューズホルダ４５にヒューズＦ２がセットされるが、三相３線式が選択された場合はヒューズＦ２がセットされた箇所に短絡電流が流れる恐れが無いので、ヒューズＦ２の代わりに短絡片Ｓ１２がヒューズホルダ４５にセットされる。これにより、短絡電流が流れていないのに経時劣化によってヒューズＦ１，Ｆ２が破断されるのを防止することができる。

また、図８（ｂ）で示したように、短絡片Ｓ６，Ｓ７を短絡片ホルダ５０にセットすることにより、中性点線ＮＬと直流中性点母線１３とを切り離すことができる。また、図９（ｂ）で示したように、短絡片Ｓ８を短絡片ホルダ６０にセットすることにより、配線ＮＬｂ，ＮＬｃ間を接続することができる。

この実施の形態では、三相４線式を採用した場合に短絡電流が流れる恐れがある箇所と、三相３線式を採用した場合に短絡電流が流れる恐れがある箇所との両方にヒューズホルダ４５を介挿しておき、選択した給電方式に応じて各ヒューズホルダ４５にヒューズＦまたは短絡片Ｓをセットする。したがって、ヒューズＦの数を低減することができるので、低コスト化を図ることができ、また、経年劣化によってヒューズＦが破断するのを防止するためにヒューズＦを交換する手間を低減することができ、低コスト化を図ることができる。

また、三相４線式が選択された場合と三相３線式が選択された場合で配線経路を変える必要のある箇所には、短絡片ホルダ５０，６０を設けたので、選択した給電方式に応じて、短絡片ホルダ５０，６０にセットする短絡片Ｓを替えるだけで配線経路を変えることができる。

また、各冷却ファン４０を駆動させるための可変電圧可変周波数の電力変換器４３を設けたので、三相４線式と三相３線式のいずれの給電方式を選択した場合でも、冷却ファン４０の回転速度を適切に調整することができる。複数の変圧器４１を設ける場合に比べ、装置寸法の小型化を図ることができる。

また、複数組の冷却ファン４０および電力変換器４３を設けたので、１組の冷却ファン４０および電力変換器４３が故障した場合でも、残りの冷却ファン４０により筺体１内を冷却することができる。

このように本実施の形態によれば、三相４線式の無停電電源装置と三相３線式の無停電電源装置とを別々に製造する必要が無く、製造した無停電電源装置を必要に応じて三相４線式と三相３線式のうちの所望の給電方式に設定することができる。したがって、製造効率の向上と、部品の共有化により、製造原価の低減化を図ることができる。

図１２は、実施の形態の変更例を示す回路ブロック図であって、図５と対比される図である。図１２を参照して、この変更例が実施の形態と異なる点は制御部６５が追加されている点である。制御部６５は、３つの電流検出器１７の検出結果に基づいて、電力変換器４３の出力を制御する。インバータ１５の出力電流が増大すると、インバータ１５の温度が上昇する。制御部６５は、電流検出器１７の検出値が増大すると、電力変換器４３の出力電圧およびその周波数を増大させて冷却ファン４０の回転速度を増大させる。

この変更例では、インバータ１５の出力電流に応じて冷却ファン４０の回転数を増大させるので、インバータ１５の温度上昇に基づく筺体１内の温度上昇を効果的に抑制することができる。

図１３は、実施の形態の他の変更例を示す回路ブロック図であって、図１２と対比される図である。図１３を参照して、この変更例が図１２の変更例と異なる点は温度センサ６６が追加されている点である。温度センサ６６は、筺体１内の温度を検出し、その検出値を示す信号を制御部６５に与える。制御部６５は、３つの電流検出器１７の検出結果に基づいて、電力変換器４３の出力を制御する。インバータ１５の出力電流が増大すると、インバータ１５の温度が上昇する。制御部６５は、温度センサ６６によって検出された温度が所定値よりも低い場合は、電流検出器１７の検出値が増大すると、電力変換器４３の出力電圧およびその周波数を増大させて冷却ファン４０の回転速度を増大させる。

また、制御部６５は、温度センサ６６によって検出された温度が所定値よりも低い場合は、冷却ファン４０における消費電力を低減するために、冷却ファン４０を省エネルギーモードで回転駆動させる。省エネルギーモードでは制御部６５は、電流検出器１７の検出結果と関係無く、冷却ファン４０を所定の低回転速度で回転駆動させる。

この変更例では、筺体１内の温度が所定値よりも低い場合は、冷却ファン４０を省エネルギーモードで回転駆動させるので、消費電力の低減化を図ることができる。なお、省エネルギーモード時には、冷却ファン４０を所定の低回転速度で回転駆動させる代わりに、冷却ファン４０の運転を停止させてもよいし、冷却ファン４０を所定周期で間欠的に回転駆動させてもよい。

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はなくて特許請求の範囲によって示され、特許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 筺体、ＴＩ１〜ＴＩ３ 入力端子、ＴＢ１〜ＴＢ４ バイパス端子、ＴＤ１,ＴＤ２ 直流端子、ＴＯ１〜ＴＯ３ 出力端子、ＴＮ 中性点端子、２，１６ 交流ライン、３，２１，３３，３４ コンタクタ、４，１９，Ｃ コンデンサ、５，１８，２２，２３ リアクトル、７，１７ 電流検出器、Ｆ ヒューズ、９ コンバータ、１０ チョッパ、１１ 直流配線部、１２ 直流正母線、１３ 直流中性点母線、１４ 直流負母線、１５ インバータ、２４ 正電圧線、２５ 負電圧線、３０，３１ 抵抗素子、３２ バイパス回路、３５ サイリスタスイッチ、３６ バイパス中性点線、３７，４０ 冷却ファン、３８，３９，４２ 電源線、４１，７４ 変圧器、Ｑ トランジスタ、Ｄ ダイオード、４３ 電力変換器、４５ ヒューズホルダ、４６，４７，５１〜５４，６１〜６３ ビス、５０，６０ 短絡片ホルダ、６５ 制御部、６６ 温度センサ、７１ 商用交流電源、７２ バッテリ、７３ 負荷。

Claims (8)

1. 三相３線式と三相４線式のうちの選択された給電方式で三相交流電力を負荷に供給する無停電電源装置であって、
   交流電源からの第１の交流電圧を直流電圧に変換するコンバータと、
   前記コンバータで生成された直流電力または電力貯蔵装置からの直流電力を第２の交流電圧に変換して前記負荷に供給するインバータと、
   前記三相４線式が選択された場合に、外部から与えられた中性点電圧を前記負荷に与えるための中性点端子と、
   前記三相３線式が選択された場合に短絡電流が流れる恐れがある配線に介挿された第１のヒューズホルダと、
   前記三相４線式が選択された場合に短絡電流が流れる恐れがある配線に介挿された第２のヒューズホルダとを備え、
   前記三相３線式が選択された場合は、前記第１のヒューズホルダにヒューズがセットされるとともに前記第２のヒューズホルダに短絡片がセットされ、
   前記三相４線式が選択された場合は、前記第１のヒューズホルダに前記短絡片がセットされるとともに前記第２のヒューズホルダに前記ヒューズがセットされる、無停電電源装置。
2. さらに、各相に対応して設けられ、一方電極が前記第１の交流電圧を受ける第１のコンデンサと、
   各相に対応して設けられ、一方電極が前記第２の交流電圧を受ける第２のコンデンサと、
   前記第１および第２のコンデンサの他方電極間に接続された中性点線と、
   前記中性点線に介挿された短絡片ホルダを備え、
   前記中性点線は、前記短絡片ホルダによって第１および第２の配線に分割され、
   前記三相３線式が選択された場合は、前記第１および第２の配線を接続するための第１の短絡片が前記短絡片ホルダにセットされ、
   前記三相４線式が選択された場合は、前記第１および第２の配線と前記中性点端子とを接続するための第２の短絡片が前記短絡片ホルダにセットされる、請求項１に記載の無停電電源装置。
3. さらに、前記第２の交流電圧を可変電圧可変周波数の第３の交流電圧に変換する電力変換器と、
   前記第３の交流電圧の電圧値および周波数に応じた速度で回転駆動され、前記無停電電源装置を冷却する冷却ファンと、
   前記インバータの出力電流に基づいて前記電力変換器を制御し、前記第３の交流電圧の電圧値および周波数を制御する制御部とを備える、請求項１または請求項２に記載の無停電電源装置。
4. さらに、前記無停電電源装置の温度を検出する温度センサを備え、
   前記制御部は、前記温度センサの検出値が予め定められた温度よりも低い場合は、前記インバータの出力電流に関係なく、前記冷却ファンを予め定められた回転速度で回転駆動させるか、停止させる、請求項３に記載の無停電電源装置。
5. 前記電力変換器および前記冷却ファンは複数組設けられ、１組の前記電力変換器および前記冷却ファンが故障した場合でも前記無停電電源装置を冷却することが可能となっており、
   前記制御部は複数の前記電力変換器を制御する、請求項３または請求項４に記載の無停電電源装置。
6. 三相３線式と三相４線式のうちの選択された方式で三相交流電力を負荷に供給する無停電電源装置であって、
   各相に対応して設けられ、交流電源から対応の相の第１の交流電圧を受ける入力端子と、
   一方端が前記入力端子に接続された第１の交流ラインと、
   前記第１の交流ラインの他方端に接続され、前記第１の交流電圧を正電圧、中性点電圧、および負電圧に変換するコンバータと、
   それらの一方端がそれぞれ前記正電圧、前記中性点電圧、および前記負電圧を受ける第１〜第３の直流ラインと、
   前記第１〜第３の直流ラインの他方端に接続され、前記正電圧、前記中性点電圧、および前記負電圧を対応の相の第２の交流電圧に変換するインバータと、
   一方端が前記第２の交流電圧を受ける第２の交流ラインと、
   前記第２の交流ラインの他方端と前記負荷の間に接続される出力端子と、
   前記三相４線式が選択された場合に前記中性点電圧を前記負荷に与えるための中性点端子と、
   それぞれ前記第１の交流ライン、前記第２の直流ライン、前記第２の交流ラインに介挿された第１〜第３のヒューズホルダとを備え、
   前記三相３線式が選択された場合は、前記第１および第３のヒューズホルダの各々に短絡片がセットされるとともに前記第２のヒューズホルダにヒューズがセットされ、
   前記三相４線式が選択された場合は、前記第１および第３のヒューズホルダの各々に前記ヒューズがセットされるとともに前記第２のヒューズホルダに前記短絡片がセットされる、無停電電源装置。
7. さらに、それぞれ前記第１および第３の直流ラインに介挿された第４および第５のヒューズホルダを備え、
   前記第４および第５のヒューズホルダの各々には前記ヒューズがセットされる、請求項６に記載の無停電電源装置。
8. さらに、各相に対応して設けられ、一方電極が対応の第１の交流ラインに接続された第１のコンデンサと、
   各相に対応して設けられ、一方電極が対応の第２の交流ラインに接続された第２のコンデンサと、
   前記第１および第２のコンデンサの他方電極間に接続された中性点線と、
   前記三相４線式が選択された場合に外部から前記中性点電圧を受けるバイパス端子と、
   前記三相４線式が選択された場合に前記バイパス端子と前記中性点端子の間に接続されるバイパス中性点線と、
   前記中性点線に介挿された短絡片ホルダとを備え、
   前記中性点線は、前記短絡片ホルダによって第１および第２の配線に分割され、
   前記三相３線式が選択された場合は、前記第１および第２の配線を接続するための第１の短絡片が前記短絡片ホルダにセットされ、
   前記三相４線式が選択された場合は、各第２の直流ラインと前記第１および第２の配線と前記バイパス中性点線とを接続するための第２の短絡片が前記短絡片ホルダにセットされる、請求項６または請求項７に記載の無停電電源装置。

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