JPH02146939A - 高効率交流無停電電源装置 - 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〕 本発明は、コンピュータ等の電源装置として使用される
交流無停電電源装置に関するものである。

〔従来の技術〕

交流無停電電源装置（Ｌｌｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌ
ｅ　Ｐｏｗｅｒ　Ｓｙｓｔｅｍ、以下ＵＰＳと言う。）
はコンピュータ、放送設備、電話交換設備および無人中
継所等に対して無停電でしかも高品質な電力を供給する
電源装置として広く使用されている。ＵＰＳの基本構成
要素は、整流器、インバータおよび蓄電池であり、常時
は商用交流電源を整流器に供給すると、整流器は交流入
力を直流に変換してインバータに供給すると共に蓄電池
を浮動充電し、インバータは直流入力を交流に変換して
負荷に供給する。

商用交流電源が中断された場合には、浮動充電されてい
た蓄電池からの直流出力によってインバータを引き続き
運転させ、負荷に無停電の交流電力を供給する。この方
式によるＵＰＳは、蓄電池容量によって停電時における
供給電力き供給可能時間が規制されると共に、ＵＰＳ自
身の故障に対しては対策をもっていない。

第４図は、近年広く使用されているバイパス回路付きの
単一ＵＰＳであって、整流器２１またはインバータ２２
の故障時には負荷切換スイッチ２４によってバイパス回
路２５へ負荷を切り換え、商用交流電源を直接負荷へ供
給することによって前記装置の故障に対処している。

さらに供給信頼度を高めると共に高品質の電力を供給す
る方法として、前記整流器２１およびインバータ２２よ
り構成されるユニット２０を複数台並列接続した並列冗
長ＵＰＳが使用されており、その−例を第５図に示す。

第５図において、ユニット２０１，２０２．１ｉよび２
０３は前記ユニット２０と同一構成であり、蓄電池２３
・ｌは前記各ユニットに対し共用である。

電子式スイッチ２６１，２６２および２６３は前記各ユ
ニットを選択遮断するために設けられており、故障ユニ
ットを切り離してもシステムとしては冗長度をもってい
るので、残りのユニットによって支障なく電力供給を継
続できる。

なお負荷切換スイッチ２４１およびバイパス回路２５１
は共用であって、必要に応じ負荷をバイパス回路２５１
へ切り換えることができ、システムとしての供給信頼度
を高めている。

〔発明が解決しようとする課題］ 以上説明したように、通常のＵＰＳは常時整流器および
インバータを運転しているので、ＵＰＳとしての総合効
率は主として前記整流器およびインバータの効率によっ
てきまる。例えば整流器効率を９４パーセント、インバ
ータ効率を９１パーセントとするとＵＰＳの総合効率は
８５．５パーセントとなり、この程度の効率が限度であ
った。

また極めて小容量のＵＰＳでは、第４図の構成において
常時はインバータ２２を停止させておき、バイパス回路
２５によって商用交流電力の供給を行い、前記商用交流
電力が停電した場合には、インバータ２２を起動させ、
負荷切換スイッチ２４によって負荷をバイパス回路２５
からインバータ２２へ切り換える方法を採用したものが
ある。

このような常時商用交流電源供給方式においては、常時
の電力損失は蓄電池２３の維持充電に要する整流器２１
の消費電力のみであるから常時におけるＵＰＳの効率は
極めて高いものとなる。

しかしながら、商用交流電源が中断されると、インバー
タ２２の起動および負荷切換スイッチ２４の切り換えに
時間を要し、０．５秒程度の瞬断を生ずる。また常時交
流電源を直接負荷に併給しているので、商用交流電源の
電圧や周波数の変動が負荷に加えられることになり、コ
ンピュータ等の重要負荷へ供給するための高品質の電源
としては適用できなかった。

本発明は、前述した課題を解決するために、総合効率が
高く、しかも停電時における瞬断の生じない高品質で供
給信頼度の高いＵＰＳを提供することを目的とするもの
である。

〔課題を解決するための手段〕 前述の目的を達成するために、本発明は、整流器、蓄電
池、高周波ＰＷＭインバータ、ＡＶＲを備えたバイパス
回路、および負荷切換スイッチによって構成される交流
無停電電源装置において、バイパス回路の電圧位相を検
出して所要の信号を出力する同期検出回路および前記バ
イパス回路の電圧を検出して基準正弦波電圧と比較し、
所要の信号を出力する瞬時電圧検出回路ならびにＡＶＲ
を備えたバイパス回路と、前記瞬時電圧検出回路からの
出力信号に基づいて制御され、負荷をバイパス回路側ま
たはインバータ側に切り換える負荷切換スイッチと、前
記同期検出回路からの出力信号に基づいて作動するＰＬ
Ｌ発振器および前記ＰＬＬ発振器の出力に同期して作動
するＰＷＭ信号発生回路ならびに前記瞬時電圧検出回路
の出力信号に基づいて前記ＰＷＭ信号発生回路の出力を
ＯＮ。

ＯＦＦ制御するゲート回路および前記ゲート回路がＯＮ
の時に前記ＰＷＭ信号発生回路の出力をうけて起動する
インバータ主回路を備えた高周波ＰＷＭインバータとか
ら構成されることを特徴とする交流無停電電源装置であ
って、前記高周波ＰＷＭインバータおよび整流器より構
成されるユニットを複数台並列接続することにより、供
給電源容量の調整と並列冗長運転を行うことができるよ
うにした。

〔作用〕

本発明に係るＵＰＳは、常時はバイパス回路を使用する
商用交流電源供給方式であって付帯する高効率ＡＶＲに
よって電源電圧の変動調整を行っ−Ｃおり、電源電圧の
変動が大幅になった場合には、負荷切換スイッチにより
負荷をバイパス回路からインバータ側へ切り換えると共
にインバータを高速起動させる。

また雪害等に起因する商用交流電源の瞬時電圧低下に対
しても前記と同じ動作を行うので電圧変動の極めて少な
い高品質な電力を連続して供給できる。

またバイパス回路を常用とする商用交流電源供給方式で
あるからＵＰＳの総合効率は極めて高いものとなる。

〔実施例〕

以下、第１図によって本発明に係るＵＰＳの一実施例を
説明する。

前記ＵＰＳの基本構成要素は整流器１１高周波ＰＷＭイ
ンバータ１０、蓄電池３、ＡＶＲ６を備えたバイパス回
路５および負荷切換スイッチ４である。

高周波ＰＷＭインバータｌＯはインバータ主回路２、ゲ
ート回路７、ＰＷＭ信号発生回路８およびＰ　Ｌ　Ｌ発
振器９によって構成されており、回路構成が簡単なこと
から従来の多重インバータに代わって小容量インバータ
から次第に大容量の領域へ適用範囲が拡がっている。

特に、キャリア周波数が数１０Ｋ）Ｉｚの高周波ＰＷＭ
インバータは、交流フィルタを極めて小容量で高速応答
可能なものを適用できるので、０．５ミリ秒以内に起動
し、しかも任意の位相から起動可能なものが容易に得ら
れる。

本発明は、この高周波ＰＷＭインバータの特徴を利用し
て、常時は商用文流電供給方式でありながら、高品質で
供給信頼度が高く、しかも高効率のＵＰＳを実現したも
のである。

第１図において、常時は電子式タップ切換変圧器等の高
効率ΔＶＲ６を介して、バイパス回路５によって商用交
流電力を負荷に供給する。この場合、インバータ主回路
２は停止しているので高周波ＰＷＭインバータ１０の損
失は無視し得る程小さく、ＡＶＲ６に電子式タップ切換
変圧器を使用すると９６パ一セント以上の効率であるの
で、整流器１による蓄電池３の維持充電に要する電力を
考慮しても総合効率９５パ一セント以上のＵ　Ｐ　Ｓが
？：′Ｐられる。

前記ＵＰＳにおいては、同期検出回路１２からの検出情
報に基づいてＰＬＬ発振器９をＡＶＲ６の出力電圧に同
期させて運転するが、商用交流電源が中断して同期信号
が得られなくなった場合にはＰＬＬ発振器９は自走発振
を続ける。

ＰＬＬ発振器９の出力によってＰＷＭ信号発生回路８を
駆動させ常時ΔＶＲ１３の出力電圧に同期したＰＷＭ信
号を発生させておくが、商用交流電源が正常な間はゲー
ト回路７がＯＦＦされているので、ＰＷＭ信号はインバ
ータ主回路２には送出されず前記インバータ主回路２は
停止している。

瞬時電圧検出回路ｍｌは内部に基準正弦波発振回路をも
っており、常時ＡＶＲ６の出力電圧と前記基準正弦波電
圧とを比較している。

（基べζ正弦波発振回路および付帯する同期回路等は図
示されていない。） ＡＶＲ６の出力電圧の瞬時値と基準正弦波電圧との差が
設定値を超えると、前記瞬時電圧検出回路１１は停電信
号をゲート回路７に送りゲートをＯＮさせ、ＰＷＭ信号
発生回路８の信号がインバータ主回路２へ人力され、イ
ンバータ主回路２は瞬時に起動する。

また、停電信号は負荷切換スイッチ４へも送られ、負荷
をバイパス回路５からインバータ側へ切り換える。なお
、前記瞬時電圧検出回路１１は単なる停電検出回路では
なく、瞬時に電圧を検出して基準正弦波電圧と比較して
商用交流電源電圧の異常を検出し、前記と同様にバイパ
ス回路５からインバータ側へ負荷を切り換え、高品質の
電力供給を可能にしている。

第２図は本発明に係るＵＰＳの動作を示す電圧波形であ
る。時刻ｔにおいて商用交流電源が停電するとバイパス
回路における電圧波形は（１）に示すようになり、イン
バータ主回路は０．５ミリ秒以内に起動しく２）に示す
電圧を発生ずる。

また前記電圧確立と同時に負荷切換スイッチ４によって
負荷はバイパス回路５からインバータ側に切り換えられ
るので、負荷への電圧波形は（３）に示すように殆んど
連続となる。

第３図は商用交流電源に瞬時電圧低下が発生した場合に
おける応答を示したものであって、バイパス回路５の出
力電圧波形を（１）に、インバータ主回路２の出力電圧
波形を（２）に、負荷への出力電圧波形を（３）に示し
ており、商用交流電源電圧が正常に復した後、適当な確
認時限を経て再び負荷をバイパス回路側へ切り換え、イ
ンバータを停止させる。

商用交流電源は、雷害による瞬時電圧低下を年間平均１
２回程度発生させており、その持続時間は０．０７ない
し２秒位である 一方、コンピュータが供給電源の異常によって影響を受
けるのは、４０パ一セント以上の電圧低下が２サイクル
以上継続した場合である。

従って、本発明に係るＬＩＰＳは、その瞬時電圧検出機
能とＰＷＭインバータの高速応答性によって雷害に基づ
く瞬時電圧低下に対しても充分に対応できるので、コン
ピュータ等の重要負荷に対しても充分な高品質かつ供給
信頼度の高い電力供給を行うことができる。

以上の説明は高周波ＰＷＭインバータ１０と整流器ｌの
組合せが一組だけの単一ＵＰＳシステムについて行なっ
たが、前記組合せを複数台並列接続し、蓄電池３、負荷
切換スイッチ４およびＡＶＲ６を備えたバイパス回路５
は共用とし、各車−ＵＰＳに対してそれぞれ電子式スイ
ッチを選択遮断用に設けることによって、人界ｆｉＵＰ
ｓシステムを構成することが可能となり、さらに供給信
頼度を高めるための並列冗長ＵＰＳを構成することもで
きる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によるＵＰＳはバイパス回
路を常用の商用交流電源供給回路としているので、ＵＰ
Ｓの総合効率は極めて高いものになり、消費電力の節減
効果が著しい。

また商用交流電源の瞬断や大幅な電圧変動に対しては、
高周波ＰＷＭインバータを急速起動させて負荷をバイパ
ス回路からインバータ側へ切り換えるので、高品質な電
力供給が可能となりコンピュータ等の重要負荷に対する
交流無停電電源にも適用されつる。

さらに高周波ＰＷＭインバータと整流器より構成される
ユニットを複数台並列接続することによって負荷容量の
増加に対応でき、並列冗長運転を行うと極めて供給信頼
度の高いＵＰＳとすることができる利点もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る基本ｔＪＰｓの構成を示すブト１
ツク図、第２図および第３図は本発明に係るＵＰＳの動
作を示す電圧波形図、第４図は従来のバイパス回路付き
単一ＵＰＳのブロック図、第５図は従来の並列冗長ＵＰ
Ｓシステムのブロック図である。 ・・・整流器、 ・・・インバータ主回路、 ・・・蓄電池、 ・・・負荷切換スイッチ、 ・・・バイパス回路、 ・・・ＡＶＲ。 ・・・ゲート回路、 ・・・ＰＷＭ信号発生回路、 ・・・ＰＬＬ発振器、 ０・・・高周波ＰＷＭインバータ、 ■・・・同期検出回路、 ２・・・瞬時電圧検出回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、整流器と、蓄電池と、高周波ＰＷＭインバータと、
   ＡＶＲを備えたバイパス回路と、負荷切換スイッチとか
   ら構成される交流無停電電源装置において、 前記バイパス回路の電圧位相を検出して所要の信号を出
   力する同期検出回路および前記バイパス回路の電圧を検
   出して基準正弦波電圧と比較し、所要の信号を出力する
   瞬時電圧検出回路ならびにＡＶＲを備えたバイパス回路
   と、 前記瞬時電圧検出回路からの出力信号に基づいて制御さ
   れ、負荷をバイパス回路側またはインバータ側に切り換
   える負荷切換スイッチと、 前記同期検出回路からの出力信号に基づいて作動するＰ
   ＬＬ発振器および前記ＰＬＬ発振器の出力に同期して作
   動するＰＷＭ信号発生回路ならびに前記瞬時電圧検出回
   路の出力信号に基づいて前記ＰＷＭ信号発生回路の出力
   をＯＮ・ＯＦＦ制御するゲート回路および前記ゲート回
   路がＯＮの時に前記ＰＷＭ信号発生回路の出力をうけて
   起動するインバータ主回路を備えた高周波ＰＷＭインバ
   ータと、 から構成されることを特徴とする高効率交流無停電電源
   装置。 ２、請求項１に記載の交流無停電電源装置において、前
   記高周波ＰＷＭインバータおよび整流器によって構成す
   るユニットを複数台並列接続することにより、供給電源
   容量を調整すると共に並列冗長運転を行うことを可能と
   する高効率交流無停電電源装置。