JPH04125038A

JPH04125038A - 直流無停電電源装置

Info

Publication number: JPH04125038A
Application number: JP2241206A
Authority: JP
Inventors: Akio Hirata; 平田　昭生
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-09-13
Filing date: 1990-09-13
Publication date: 1992-04-24

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】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は負荷に供給する電力を電池でバックアップして
無停電化したシステムにおいて、電池でバックアップし
た直流電力を供給する直流電路を外部配線することによ
り高効率で経済的なシステム構成ができる直流無停電電
源装置に関するものである。

（従来の技術）本発明に関する従来技術としては、次のような技術例が
公知である。特開昭５２−３９１３９無停電電源装置、
特公昭５４−１２９６８無停電電源装置、特公昭５４−
１２９６９無停電電源装置などが関連する従来技術であ
る。以下これらの関連公知技術を引用して従来技術を説
明する。

第３図は特開昭５２−３９１３９で提案された回路構成
例で、１１は交流入力電源、１２は整流器、１３は電池
（蓄電池）、１４はチョッパ、１６はインバータ、１７
は負荷である。この回路構成で交流入力電源１１が正常
時は整流器１２を介して直流電力を得て、この直流電力
をチョッパ１４で昇圧してインバータ１６で交流電力に
逆変換して負荷１７に交流電力を供給する。また交流入
力電源１１が瞬時電圧低下や停電などでは、電池（蓄電
池）１３より前記直流電力を供給して同様に逆変換され
た交流電力を負荷１７に給電して、負荷１７には無停電
化した交流電力を供給し続けることができる。

第４図は特公昭５４−１２９６９で提案された回路構成
例で、第３図と同一番号を符した回路構成要素は同一機
能の回路構成要素である。この図の第３図との違いは、
チョッパ１４を整流器１２とインバータ１６間に設けず
、チョッパ１４は電池（蓄電池）１３の直流電力のみを
電圧調整する点で、第３図と同様にインバータ１６を介
して負荷１７に無停電化された交流電力を供給し続ける
ことができる。

以上説明のように従来の技術分野では、電池（蓄電池）
の小形化と経済化を目的に特開昭５２−３９１３９は提
案しており、また特公昭５４−１２９６９では整流器１
２の出力である直流電圧の変動を補償する目的で第４図
の構成を提案している。

他方最近の高度情報化社会の拡大により、無停電化され
た交流電力を要求する負荷が急増し、ビルの電源の大部
分の交流電力を無停電電源化したインテリジェントビル
が出現している。このような大規模な無停電電源化を行
なう場合、第３図や第４図の構成の無停電電源システム
を多数使用することになるが、従来システムの問題点は
インバータ１６から負荷１７までの配線は外部配線とな
るためインバータ１６から負荷１７までの配線距離が非
常に長くなる点にある。この結果数の問題点がシステム
規模の増大とともに生じつつある。

■　インバータ１６から負荷１７までは低電圧（ＡＣ２
００Ｖクラス）で配電される場合も多く、配電線が大電
流となる。このため配電路は大電流容量の銅帯や電カケ
ープルを使用する必要があり。

配電のためのスペースの増大や配電工事などの費用の増
大の問題がある。

■　インバータ１６から負荷１７まで大電流の長い配電
距離となるため、この間の電圧降下が負荷側の状況によ
って変化が大きい。他方これらの負荷１７側では電圧調
整機能がなく、しかも負荷１７となる情報機器は電圧変
動に対して敏感であり、安定化された交流電圧の供給を
受けるため第３図や第４図の構成が行なわれるが、前記
の電圧変動が大きいと負荷１７の情報機器が運転障害を
発生する危険性がある。

他方、情報機器となる負荷１７の内部回路例を第５図に
示す、この図で１７ａはしゃ断器１７ｂは変圧器、１７
ｃは整流器、１７ｄはフィルタコンデンサ、１７ｅ及び
１７ｆは負荷回路である。負荷１７の内部では入力され
る交流電力をしゃ断器１７　ａを介して入力し。

この電圧を変圧器１７ｂで降圧して、整流器１７ｃで直
流電力に変換してフィルタコンデンサ１７ｄでこの直流
電力を平滑化して負荷回路１７ｅ及び１７ｆに給電して
いる。このようにインバータ１６へ入力する直流電力を
インバータ１６で交流電力に逆変換し、これを再び負荷
１７内で直流電力に変換する。このように電力変換を何
回もくり返すことによってトータルシステム効率を大幅
に低下させている。

（発明が解決しようとする課題）第３図や第４図及び第５図を引用して従来技術を説明し
たように、従来技術による無停電電源装置には次の問題
があった。即ち無停電電源装置の大容量化に伴ない、無
停電電源と負荷間は外部配線となるため配線距離が大電
流で長くなってしまう問題がある。これはインテリジェ
ントビル等に無停電電源装置を設置する際に無停電電源
装置の外形や重量及び発熱量などの面から、特定の場所
に無停電電源装置を設置しなければならず、この結果と
してビルの各階に設置された多数の負荷との間を低圧配
線しなければならないためである。

このため従来技術の問題点として次の点がある。

■　配電スペースの増大及び配線工事の費用の増大など
に伴なう経済性が悪い問題がある。

■　大電流の長い配線による負荷給電であるため、負荷
側での電圧変動が大きく、電圧変動に敏感な情報機器を
負荷とする時には運転障害の危険性がある。

■　負荷には従来交流電力を供給しているが、負荷内部
で使用する電力は直流電力であるため再び直流電力へ変
換する必要があり、交流入力電源より負荷回路までの運
転効率が非常に低い問題がある。

■　負荷が大規模なシステムになればなるだけ、インバ
ータ１６側の事故に伴なう負荷のシステムダウンの影響
が大きくなり、前事故による被害が非常に大きくなる問
題がある。

本発明は前述の従来技術の欠点に鑑みてなされたもので
、負荷給電での電圧変動を減少させて負荷側機器の運転
障害を防止でき、また経済性を高めるとともに電源シス
テムの効率を大幅に向上できる信頼性の高い直流無停電
電源装置を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明はその実施例を第１図に示すように。

直流電力を異なる電圧の直流電力に変換するＤＣ／ＤＣ
コンバータ（以下単にコンバータと記す）を負荷側に複
数台分散させて、コンバータは負荷間の配線距離を短か
くして出力電圧調整能力を有するコンバータでその出力
電圧を所定値に制御することによって従来の技術問題を
解決するものである。

この構成手段において、コンバータの入力直流電力は有
効電力のみとなるから、従来負荷の力率が一般に７０〜
９０％程度であったため、直流配電される電路も負荷力
率に対応して電流が減少する。

またコンバータの直流入力電圧と出力電圧の比を従来の
インバータ方式より大きくなるようにコンバータ直流入
力電圧を上げると、この直流入力電圧を高くした分だけ
更に電流が減少する。

（作用）大規模の無停電電源装置において、直流電路の距離を長
くし、電圧制御機能のあるコンバータと負荷間の配線距
離を短かくして直接コンバータより直流電力を供給する
ことにより、従来システムに比較して配電路の電流を減
少させることができる。この結果配電スペースの減少や
配電工事費の抑制が実現でき、負荷にも安定した交流電
力を供給して電圧変動の増加による負荷の運転障害も防
止できる。また分散化されたコンバータより直接直流電
力を電圧制御して負荷に供給するため、負荷内部での電
力変換効率が大幅に向上し、システム効率が高くコンバ
ータの分散により信頼性の高い直流無停電電源装置を本
発明で提供することができる。

（実施例）本発明の一実施例を第１図に示す、従来技術の第３図と
同一番号を符した回路構成要素１１〜１４は同一機能の
回路構成要素であり、１５は直流母線、１６□〜１６３
はコンバータ、１７１〜１７３は負荷である。

又、整流器１２と昇圧チョッパ１４とが同一盤内に収納
される場合は整流器１２と昇圧チョッパ１４とを接続す
る直流母線１５は内部配線となる。整流器１２と昇圧チ
ョッパ１４とが別置きの盤に収納される場合は、わたり
配線となる。整流器１２と昇圧チョッパ１４から各ＤＣ
／ＤＣコンバータ１６□〜１６３へ直流電力を供給する
直流母線１５は外部配線となる。更にコンバータ１６と
負荷１７を接続する線も外部配線となるが、この場合コ
ンバータ１６は負荷１７の近傍に設置出来るため、この
外部配線は短く出来る。

この図で交流入力電源１１の交流電力を整流器１２で直
流電力に変換し、外部配線される直流母線１５でこの直
流電力を各コンバータ１６１〜１６．に直流配電し、各
コンバータ１６□〜１６３は直流電力を異なる電圧の直
流電力に変換する。各コンバータ１６□〜１６３は公知
のチョッパ制御などにより出力電圧制御可能なコンバー
タとすることにより、各コンバータ１６１〜１６３より
各負荷１７□〜１７３に供給される直流電力は、電圧変
動を抑制した安定化した直流電力となる。交流入力電源
１１が瞬時電圧低下や停電などの場合には、電池１３の
直流電力を整流器１２の出力電力の代りに供給して各負
荷１７□〜１７．に無停電化された交流電力を供給し続
けることができる。

この図で電池１３の直流電力を供給する時、電池１３の
電圧が低い場合、図示するようにチョッパ１４を設けて
、直流母線１５の電圧を所定の高い電圧となるように、
チョッパ１４で電池１３の電圧を昇圧しても良い。

以上説明のように、直流電力を配電する直流母線１５を
外部配線とし、各コンバータ１６．〜１６．を各負荷１
７１〜１７．の近傍に設は配線距離を短縮することによ
り、配電路となる直流母！１５を流れる電流は、各負荷
１７１〜１７３の無効電力が各コンバータ１６１〜１６
３内部では発生しない（入力側に要求しない）から、有
効電力のみとなる。また各負荷１７．〜１７３は直流負
荷であり負荷力率が１．０のため、直流母線１５を流れ
る電流は従来負荷の負荷力率に対応する分だけ減少し、
電流減少分だけ配電路のスペースやサイズや縮少するこ
とができる。また各コンバータ１６□〜１６３内の半導
体パワー素子の電圧定格などは段階的な電圧定格で決め
られているため、各コンバータ１６１〜１６３の直流入
力電圧を従来のインバータの直流入力電圧と出力電圧の
比で決った直流電圧より高い直流電圧としても各コンバ
ータ１６１〜１６３の価格上昇は非常に少ない場合が多
い。

これより前記直流入力電圧をコンバータ１６□〜１６３
の経済性も考慮した従来より高い直流電圧とすると直流
母線１５の電流が一層減少し、配電路のスペースやサイ
ズを更に縮少することができる。

また各コンバータ１６□〜１６３は各々出力電圧を制御
する直流母線１５の電圧降下に伴なう電圧変動によって
負荷１７□〜１７．に運転障害を発生させる危険性もな
く、前記説明の如く本発明ではコンバータが各負荷１７
１〜１７３に対応した直流電力を供給するから、負荷１
７１〜１７□を含めたシステム効率が上昇し、またコン
バータを分散化させたことによりコンバータ故障による
システムへの影響度も減少した信頼性の高い直流無停電
装置を構成できる。

本発明の他の実施例を第２図に示す、この図で交流入力
電源１１の交流電力を各コンバータ１６１〜１６□に直
接各コンバータ出力電圧より高い電圧で供給して、各コ
ンバータ１６１〜１６３が、その内部に設けられるＡＣ
／ＤＣコンバータで直流電力に変換して直流母線１５よ
り供給される直流電力と突き合せして、この後異なる電
圧の直流電力に各コンバータ１６□〜１６２で電圧変換
しても良い、この図の構成では、交流入力電源１１より
の配線が第１図に比較して余分に必要であるが、この配
線は比較的高い電圧で給電することができるため、電流
容量も小さくこれによるコストアップ分は少ない。

従って、第１図で説明したのと同様の効果が第２図の実
施例でも得られる。また第２図の如く構成した時電池１
３の電圧は放電開始時と停電補償後とは大きな電圧差が
あるから、チョッパ１４で直流母線１５の電圧を所定値
に制御する効果は大きい。

本発明では、直流母線１５に接続される各コンバータ１
６１〜１６□について、台数を特に制約するものではな
い、直流母線１５に接続されるコンバータが何台であっ
ても同様の効果が得られ、コンバータ台数が増加すれば
一層効果が増大する。また各コンバータの構成や回路方
式を本発明では限定するものではなく、出力電圧制御機
能を有するコンバータであれば本発明の目的を達成でき
る。

本発明では電池１３の種類を限定するものではなく、蓄
電池などの公知の電池の他、新しいエネルギー源である
燃料電池や大容量コンデンサあるいはエネルギーを蓄積
した回転体などを利用しても良い、また電池１３より直
流電力を供給する期間を制限するものではなく、燃料電
池などのように交流入力電源１１の瞬時電圧低下や停電
期間以外にも直流電力を供給し続けた方が経済性の良い
ものは、常時直流電力を電池１３側より供給しても良い
。

本発明ではチョッパ１４を有するかどうかを限定しない
が、電池１３が蓄電池などのように電圧変動が大きい場
合にはチョッパ１４を設けて直流母線１５の電圧を所定
値に制御すると効果的である。

前述説明では、コンバータ１６１〜１６３と負荷側１７
１〜１７ｓとを別個のものとして説明したが、コンバー
タ１６□〜１６３を負荷１７１〜１７３の内部に収納し
てもよく、この場合はコンバータ１６１〜１６３と負荷
１７１〜１７３との接続は内部配線となる。

また直流母１ｉ１５に複数台のコンバータが接続された
時、各コンバータ容量に比較して直流電源容量が増大す
るから、公知の技術により各コンバータの事故などに対
して選択しゃ断などを行なっても良く、本発明の要旨内
において、その他種々の変形例を構成できることは明ら
かである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、大規模な無停電電源装置において、直
流母線を外部配電路としてコンバータより負荷までの配
電路を短縮することにより有効電力のみを給電する配電
路が増加するから次の効果が得られる直流無停電電源装
置を提供することができる。

■　交流入力電源より負荷までの配電路の電流容量が従
来に比較してトータル的に減少し、配電路のサイズも減
少できる。この結果配電スペースの縮少や配線工事費の
削減ができ、経済性を向上したシステムとすることがで
きる。

■　配電路の電圧変動を軽減して、負荷に給電する直流
電力の安定化を計ることができる。この結果負荷の電圧
変動による運転障害を防止することができ、配電路の電
力損失も減少して高効率なシステムを実現ができる。

■　負荷に直接直流電力を供給するから、負荷内部での
電力変換と従来より省略することができ、システム効率
を大幅に向上することができる。

■　電力変換するコンバータを負荷側で分散させて負荷
に給電するため、従来のシステムに比較して電源の故障
による影響度が減少し、システム信頼性を高めることが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
本発明の他の実施例を示すブロック図、第３図、第４図
は従来装置のそれぞれ異る実施例を示すブロック図、第
５図は従来の情報機器関係の負荷の内部構成を示す構成
図である。１１・・・交流入力電源　　　　１２・・・整流器１３
・・・電池　　　　　　　　１４・・・チョッパ１５・
・・直流母線　　　　　　１６・・・インバータ１６１
．１６□、１６３・・・コンバータ１７・・・負荷１７□、　１７．、１７．・・・負荷　　１７ａ・・・
しゃ断器１７ｂ・・・変圧器　　　　　　１７ｃ・・・
整流器１７ｄ・・・フィルタコンデンサ１７ｅ、　１７
ｆ・・・負荷回路代理人　弁理士　則　近　憲　佑Ｔ第図１ムｌ “〒−”／３第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）交流入力電源の交流を直流に変換する整流器の直
流出力が前記交流入力電源の瞬時電圧低下や所定期間の
停電時によって異常となった場合、電池の直流電力でバ
ックアップして、この直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ
で安定化して負荷に供給する直流無停電電源装置であっ
て、前記ＤＣ／ＤＣコンバータへ直流入力電力を供給す
る直流母線を外部配線とすることにより前記ＤＣ／ＤＣ
コンバータと負荷との間の外部配線を短縮出来るように
したことを特徴とする直流無停電電源装置。
（２）交流入力電源の交流を直流に変換する整流器の直
流出力が前記交流入力電源の瞬時電圧低下や所定期間の
停電時によって異常となった場合、電池の直流電力でバ
ックアップして、この直流電力をチョッパで昇圧した後
に直流母線を介してＤＣ／ＤＣコンバータに供給し、負
荷に安定化された直流電力を供給する直流無停電電源装
置であって、前記ＤＣ／ＤＣコンバータへ直流電力を供
給する前記直流母線を外部配線とすることにより前記Ｄ
Ｃ／ＤＣコンバータと負荷との間の外部配線を短縮出来
るようにしたことを特徴とする直流無停電電源装置。
（３）前記ＤＣ／ＤＣコンバータは前記負荷と一体構成
とし前記ＤＣ／ＤＣコンバータと負荷の間の外部配線を
省略したことを特徴とする請求項第１項及び第２項記載
の直流無停電電源装置。
（４）交流入力電源の交流を直流に変換する整流器の直
流出力が前記交流入力電源の瞬時電圧低下や所定期間の
停電時によって異常となった場合、電池の直流電力でバ
ックアップして、この直流電力をＤＣ／ＤＣコンバータ
で安定化して負荷に供給する直流無停電電源装置であっ
て、前記ＤＣ／ＤＣコンバータはその入力側に直接ＡＣ
／ＤＣコンバータを有し、このＡＣ／ＤＣコンバータか
ら直流電力を供給すると共に前記電池から直流電力を外
部配線を介して供給することにより前記ＤＣ／ＤＣコン
バータと負荷との間の外部配線を短縮出来るようにした
ことを特徴とする直流無停電電源装置。
（５）前記ＤＣ／ＤＣコンバータと、前記ＡＣ／ＤＣコ
ンバータと、前記負荷とを一体構成とし前記ＤＣ／ＤＣ
コンバータと負荷との間の外部配線を省略したことを特
徴とする請求項第４項記載の直流無停電電源装置。