JPH01214238A - 電源切替方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、電源切替方式に関するものであり、特に、
常用系統電源および予備系統電源を含む少なくとも２系
統の電源からなる交流電源から、適切な系統の電源を選
択・切替して同一の負荷に対する電力供給がなされるよ
うにした電源切替方式％式％ ［従来の技術］ 常用系統電源および予備系統電源を含む交流電源を使用
して、ある同一の重要な負荷電路に対する給電を持続さ
せようとする場合に、例えば、常用系統電源に何等かの
障害が生じて予備系統電源に切替えるようなときには、
この切替え動作にともなう瞬時停電を回避することはで
きない、ところが、例えば、前記の負荷電路における対
象が汎用コンピュータであるようなときには、通常、そ
の定格を１０％〜２０％程度下回る電圧降下が３ミリ秒
〜２０ミリ秒継続しただけで、その機能がダウンしてし
まうものである。このなめに、コンピュータ内部の直流
回路部分に対応する予備的なＮ電池の付設やフィルタ用
の電解コンデンサの容量の増大等の対策をとることによ
り、前記のような電圧降下が所定の許容範囲に留まる時
間をできるだけ長くしようとする努力がなされている。

しかしながら、例えば、前記の電解コンデンサによる対
処は容易なことではあるが、所望の時間的な効果を期待
することはできない、そこで、前記コンピュータのよう
な重要な負荷電路での停電を回避するために、無停電電
源装置（ＵＰＳ）の付設がなされている。ところが、現
用の無停電電源装置は一般に高価であり、また、その効
率も良好ではないのが実情である。

［発明が解決しようとする課題］ 上記されたように、従来のやり方によれば、無停電電源
装面を使用しなければ、常用系統電源と予備系統電源と
の切替え時の瞬時停電を避けることが不可能であり、ま
た、この無停電電源装置は−ａに高価であって、その効
率も良くないという問題点があった。更に、常用系統電
源と予備系統電源との切替え時の、予備系統電源の電圧
と負荷電路側の残留電圧との間の電位差に起因する突入
電流が大きくなってしまうという問題点もあった。

この発明は、上記された問題点を解決するためになされ
たものであって、↑ｎ性エネルギ蓄積型の電源装置を使
用することで電源切替え時の瞬時停電を回避するととも
に、この時に生じる突入電流を小さくすることができる
電源切替方式を得ることを目的とするものである。

［３題を解決する′ための手段］ この発明の電源切替方式は：常時活線状懲にある常用系
統電源と、この常用系統電源と同一の定格電圧、定格周
波数および位相数を有する予備系統電源との少なくとも
２系統の電源からなる交流電源；電動機を含む負荷電路
；前記交流電源のいずれかの系統電源を選択・切替して
前記負荷電路に給電を行う切替スイッチ；および、前記
系統電源の選択・切替動作を指示するコントローラ；か
らなるものである。

［作用］ この発明においては、交流電源における常用系統電源と
予備系統電源、および、負荷電路での電圧変動がコント
ローラによって監視され、前記常用系統電源での電圧変
動が所定の許容範囲を超えたときには、前記切替スイッ
チが動作して前記常用系統電源の切離しがなされ、前記
負荷電路における残留電圧および前記予備系統電源での
位相角が所定の許容値を下回ったときには、前記切替ス
イッチの動作により前記予備系統電源の投入がなされる
。

［実施例］ 第１図は、この発明の一実施例である電源切替方式を示
す概略構成図である。この第１図において、常用系統電
源（ｓｕｒ＋）および予備系統電源（ＲＥＳ）が、それ
ぞれに、第１切替スイツチ（Ｓｌ）および第２切替スイ
ツチ（Ｓ２）を介して負荷電路（Ｆ）に接続されている
。この負荷電路（Ｆ）に接続されているものは、例えば
、汎用コンピュータのような負荷（ＬＯ＾０）や機械的
エネルギ蓄積装置（ＮＥＣ）である、常用系統電源（Ｓ
ＵＰ）、予備系統電源（ＲＥＳ）および負荷電路（Ｆ）
は、それぞれに、変圧器（Ｔ）の所定の巻線を介してコ
ントローラ（Ｃ）に接続されていて、それらの電圧が前
記コントローラ（Ｃ）によって監視される。なお、この
機械的エネルギ装置１（ＮＥＣ）は、電動機（Ｍ）とこ
れに直結したフライホイール（ＦＷ）とで構成されてい
る。

第２図は、上記実施例で使用される別異の種々の８！械
的エネルギ蓄積装置の例示図である。まず、第２図（Ａ
）は、誘導電動機（ＩＮ）が負荷電路（Ｆ）に接続され
た場合のものである。第２図（Ｂ）は、誘導電動１１！
ｌ　（ＩＮ）にフライホイール（Ｆ−）が直結されたも
のが負荷電路（Ｆ）に接続された場合のものである。第
２図（Ｃ）は、自励型の同期電動機（ＳＮ）が負荷電路
（Ｆ）に接続された場合のものであって、その界磁巻線
（ＦＣ）に対する電流がダイオード（Ｄ）を介して供給
されている。第２図（Ｄ）は、前記第２図（Ｃ）におい
て、自励型の同期電動機（ＳＮ）にフライホイール（Ｆ
Ｗ）が直結された場合のものである。

そして、第２図（Ｅ）は、前記第２図（Ｄ）において、
ダイオード（Ｄ＞が自動電圧調整器（＾ＶＲ）で置換さ
れたものである。

第３図は、上記実施例の動作説明図であって、常用系統
電源側から予備系統電源面への切替え投入時点を例示す
る特性図が示されている。この第３図において、常用系
統電源の電圧と位相（１）、予備系統電源の電圧と位相
（２）、および、負荷での残留電圧と位相（３）が例示
されている。また、点線（４）で示されているものは、
前記負荷における残留電圧と位相（３）の時間的な変化
を表す軌跡である。そして、（５）−（５）は予備電源
の投入許容範囲を表わすものである。

ここで、前記第１図に示されている、この発明の実施例
の動作について説明する。いま、常用系統電源（ｓｕｐ
＞側の第１スイツチ（Ｓｔ）が開路したものとすると、
負荷電路（Ｆ）に接続された機械的エネルギ蓄積装置（
ＮＥＣ）を構成する電動機（Ｍ）と、これに接続された
機械的負荷としてのフライホイール（ＦＷ）の回転エネ
ルギにより、前記の電動機（Ｍ）が発電作用をして、あ
る所定の電圧を発生する。

前記の電動機として、第２図で例示されているような誘
導電動機が使用されたものとすると、そのロータの回転
は、第３図での軌跡（４）に沿う位相の変化とともにな
される。この軌跡（４）に沿う１周分の位相の変化に必
要な時間は、使用される電動機の慣性モーメントおよび
機械的抵抗に応じて多少の違いはあるけれども、はぼ０
．５秒程度である。軌跡（４）に沿う位相の変化につれ
て、予備系統電源（ＩＩＥｓ）Ｉ！Ｆｌの電圧と位相（
２）に接近して、その許容範囲（５）−（５）内に入っ
たときに、第２切替スイツチ（Ｓ２）が閉にされて、こ
の予備系統電源（ＲＥｓ）への切替えが完了する。この
ような切替え動作はコントローラ（Ｃ）によって制御さ
れる。このときに必要とされる機械的な蓄積エネルギは
、停電発生から切替スイフチの切替えまでの時間に対応
するだけで良いことから、通常１秒以下で目的を達する
ものであり、従って、機械的エネルギ蓄積装置として大
容量のものを用意する必要がなくなる。

第４図は、上記実施例の変形例示図である。この第４図
においては、原動＠　（ＥＮに）と発Ｍ：、機（Ｇ）と
によって予備系統電源（ＲＥＳ）が構成されていること
を除き、前記第１図の実施例との構成上の相違点はない
。

第５図は、上記実施例の別異の変形例示図である。この
第５図においても、蓄電池（ＢＡＴＴ＞とインバータ（
ＩＮＶ）とによって予備系統電源（ＲＥＳ）が構成され
ていることを除き、前記第１図の実施例との構成上の相
違点はない。

以上説明されたように、この発明の実施例によれば、常
用系統電源から予備系統電源への切替えの際の切替スイ
ッチの動作に要する時間だけは停電が生じるけれども、
この時間に対応して必要とされる電気的エネルギとｉ保
することにより、事実上無停電での動作が可能にされる
ものであり、この目的を果たすために、負荷電路側に機
械的エネルギ蓄積装置を設けておいて、その発電作用を
活用することで、前記停電時間に適切に対応して電気的
エネルギを供給できるようにされる。

このときに使用される機械的エネルギ蓄積装置は、予備
系統電源が常時活線状態にあり、切替スイッチの切替え
に要する時間だけ電気的エネルギの供給を確実にするも
のであれば、常時運転状態にある誘導電動機であっても
良く、また、専用の電動発電機を使用することもできる
。更に、切替え時の停電時間が多少長くなるようなとき
には、電動発電機に意図的にフライホイールを付加する
ことにより、所期の目的を達することができる。

また、このフライホイールの動作効率が多少は低くても
問題はないけれども、真空中で回転させることで、その
動作効率を向上させることができる。

なお、負荷電路側に機械的エネルギ蓄積装置が設けられ
ているものにおいては、予備系統電源の投入のときに常
用系統電源との間の位相にずれがある場合には、相当に
大きい突入電流が流れることがある。そこで、このよう
な現象が生起するのを防止するために、所定の位相制御
をしながら予備系統電源の投入を行うことが必要である
。そして、この位相制置を行うことで、負荷電路側での
電動発電機の負荷の取り出しによって、その回転数が自
然に低下してくることから、両者の位相の一致点を容易
に得ることができる。

［発明の効果］ 以上説明されたように、この発明に係る電源切替方式は
：常時活線状態にある常用系統電源と、この常用系統電
源と同一の定格電圧、定格周波数および位相数を有する
予備系統電源との少なくとも２系統の電源からなる交流
電源；電動機を含む負荷電路：前記交流電源のいずれか
の系統電源を選択・切替して前記負荷電路に給電を行う
切替スイッチ；および、前記系統電源の選択・切替動作
を指示するコントローラ；を含んだ構成にされていて、
前記交流電源における常用系統電源と予備系統電源、お
よび、前記負荷電路での電圧変動が前記コントローラに
よって監視され、前記常用系統電源での電圧変動が所定
の許容範囲を超えたときには、前記切替スイッチが動作
して前記常用系統電源の切離しがなされ、前記負荷電路
における残留電圧および前記予備系統電源での位相角が
所定の許容値を下回ったときには、前記切替スイッチの
動作により前記予備系統電源の投入がなされる動作をす
ることから、電源切替え時の瞬時停電を回避するととも
に、この時に生じる突入電流を小さくすることができる
という効果が奏せられるものである。即ち、この発明に
よれば、簡単な構成のｖ１械的エネルギ蓄積装置を利用
することで、常用系統電源から予備系統電源への切替え
が、無停電、無瞬断で行うことが可能になり、切替スイ
ッチの切替え時の給電が持続されて、負荷電路の擾乱を
回避することができるとともに、前記切替え時の予備系
統電源の電圧と負荷の残留電圧との間の電位差に基づく
突入電流の発生を大幅に制限することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例である電源切替方式を示
す概略構成図、第２図は、上記実施例で使用される機械
的エネルギ蓄積装置の例示図、第３図は、上記実施例の
動作説明図、第４図は、上記実施例の変形例示図、第５
図は、上記実施例の別異の変形例示図である。 （ＳＩＪＰ）は常用系統電源、（ＲＥＳ）は予備系統電
源、（Ｓｌ）、（Ｓ２＞は第１、第２切替スイツチ、（
Ｆ）は負荷電路、（Ｔ）は変圧器、（Ｃ）はコントロー
ラ、（ＬＯ八へ）は負荷、（ＮＥＣ）は？ｌ！ｌ械的エ
ネルギ蓄積装置、（Ｍ）第１図 ＦＷ：フライホイール 第２図 （Ａ）　　　　　　　　（Ｂ） （Ｃ）　　　　　　　　　（Ｄ） （Ｅ） づ １：常用電５原の電圧及びａ才目 ２：予備電源の電圧及びイ立相 ３：負荷の残留電圧の電圧及び位相 ４：３のｖＬ跡 ５：予備電源の役人￥＋容範囲 第４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）常時活線状態にある常用系統電源と、この常用系
   統電源と同一の定格電圧、定格周波数および位相数を有
   する予備系統電源との少なくとも２系統の電源からなる
   交流電源； 電動機を含む負荷電路； 前記交流電源のいずれかの系統電源を選択・切替して前
   記負荷電路に給電を行う切替スイッチ；および 前記系統電源の選択・切替動作を指示する コントローラ； からなる電源切替方式であって： 前記交流電源における常用系統電源と予備 系統電源、および、前記負荷電路での電圧変動が前記コ
   ントローラによって監視され、 前記常用系統電源での電圧変動が所定の許 容範囲を超えたときには、前記切替スイッチが動作して
   前記常用系統電源の切離しがなされ、前記負荷電路にお
   ける残留電圧および前記 予備系統電源での位相角が所定の許容値を下回ったとき
   には、前記切替スイッチの動作により前記予備系統電源
   の投入がなされる、 ことを特徴とする電源切替方式。
2. （２）前記負荷電路における電動機が、電動発電機によ
   る機械的エネルギ蓄積型電源装置で置換されることを特
   徴とする請求項１の電源切替方式。