JPH06253549A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】中点接地が必要とされる場合でも絶縁トランス
を不要とし、また供給側の中性点に対する各相電圧の位
相差の如何によらず、入力側の電源構成と等価な出力電
源構成を実現することにある。 【構成】単相３線式や３相４線式のように中性点を有す
る交流電源から交流がそれぞれ入力され、その交流電圧
を中性点を中心とした正、負の直流電圧に変換する順変
換器1a,1b と、この順変換器より出力される直流電圧に
より浮動充電される蓄電池 4と、交流電源の停電時動作
して蓄電池 4より直流電力を出力させるサイリスタスイ
ッチ 5と、順変換器1a,1b または蓄電池 4より出力され
る直流を中性点に対して交流電源の交流入力と同等の構
成の交流に変換する逆変換器6a,6bと、この逆変換器の
出力または前記入力電源の直送回路の何ずれかに切換え
る切換スイッチ７とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は商用電源の停電時にバッ
クアップ電源として使用される無停電電源装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】重要な処理を行うコンピュータにおいて
は、運転中の電源断に備えて無停電電源装置（以下ＵＰ
Ｓと称する）が使用されている。

【０００３】近年のコンピュータでは、処理能力の向上
と共に主機の電源容量が大きくなり、主機の入力電源電
圧も２００Ｖ系のものが多くなってきている。しかしな
がら、ディスプレイ等の周辺機器は従来通り１００Ｖ系
でことから、１００Ｖ系／２００Ｖ系の多重出力可能な
ＵＰＳの需要が高まってきている。

【０００４】図３はこのような従来のＵＰＳの概略構成
を示すものである。一般に２００Ｖ系の電源は安全性の
要求から、図３に示すＵＰＳにおいても、中点接地で電
位として１００Ｖ系で配電されるようになっている。

【０００５】図３において、２００Ｖ系の電源はＵＰＳ
の入力ターミナルｔｉに接続され、また電源の中点はＵ
ＰＳの接地ターミナルｔｉｅに接続されてフレームアー
スされている。電源出力はＬ／ＣフィルタとＰＷＭ制御
されるＩＧＰＴ等の高速スイッチングデバイスとダイオ
ードで構成される混合ブリッジの順変換器１で直流に変
換され、この順変換器１の出力はコンデンサ２で平滑さ
れて一定電圧に制御される。このコンデンサ２で平滑さ
れた直流はダイオード３を介して接続された蓄電池４に
浮動充電され、停電時にはダイオード３と並列接続され
た放電用のサイリスタスイッチ５が点弧されることによ
り蓄電池４から電力が出力されるようになっている。

【０００６】コンデンサ２により平滑された直流または
停電時に蓄電池４から出力される直流は、Ｌ／Ｃフィル
タとＰＷＭ制御されるＩＧＰＴ等の高速スイッチングデ
バイスで構成されるフルブリッジの逆変換器６で入力電
圧位相と同期した定電圧の交流に変換され、この逆変換
器６の出力は商用直送回路との切換スイッチ７を介して
絶縁トランス８に加えられる。この場合、商用直送回路
は、商用電源が健全である限り変換器を介さないで給電
が可能であり、変換器故障等の万一の場合のバックアッ
プとして無停電電源システムの信頼性を高めるためのも
のである。

【０００７】絶縁トランス８の出力巻線には中点タップ
が設けられ、出力を絶縁すると同時に中点を接地ターミ
ナルｔｏｅにより接地を可能とし、出力ターミナルｔｏ
より入力電源と同一構成の無停電電源を得ることができ
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように構成のＵＰ
Ｓにおいては、中点接地を行うために出力部に中点タッ
プ付きの絶縁トランス８が用いられるが、この絶縁トラ
ンス８は形状及び質量とも大きいばかりでなく、コスト
高となる問題がある。

【０００９】また、上記ＵＰＳを北米地区で使用する場
合には、図４に示されるように入力電源が中世点接地の
３相交流の２相分と中性点で供給されることが多いた
め、各相電圧値は１２０Ｖであるが、位相差が１２０°
となって線間電圧が２０８Ｖとなり、入力電源と同一構
成の出力電圧を得ることが困難であった。

【００１０】本発明の目的は、中点接地が必要とされる
場合でも絶縁トランスを不要とし、また供給側の中性点
に対する各相電圧の位相差の如何によらず、入力側の電
源構成と等価な出力電源構成を実現できるコンパクト
で、経済的、且つ高性能な無停電電源装置を提供するこ
とにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の目的を達
成するため、単相３線式や３相４線式のように中性点を
有する交流電源から交流がそれぞれ入力され、これらの
交流を中性点を中心とした正、負の直流電圧に変換する
複数個の順変換器と、これら順変換器の出力側に設けら
れ前記順変換器より出力される直流電圧により浮動充電
される蓄電池と、前記順変換器の直流出力端の正側また
は負側に一端が接続され、前記交流電源の停電時動作し
て前記蓄電池より直流電力を出力させるスイッチング手
段と、前記順変換器と対称に構成され、且つ前記順変換
器または前記蓄電池より出力される直流を中性点に対し
て前記交流電源の交流入力と同等の構成の交流に変換す
る複数個の逆変換器と、この逆変換器の出力側に設けら
れ、前記逆変換器の出力または前記入力電源の直送回路
の何ずれかに切換える切換手段とを備える。

【００１２】また、上記構成の無停電電源装置におい
て、交流電源が確立しているとき各順変換器にそれぞれ
入力される電圧位相及び電圧位相差を検出し、各逆変換
器の出力電圧をそれぞれ対応する前記入力電圧位相に同
期して制御すると共に、交流電源の停電時あるいは非同
期運転指令時に前記入力電圧位相差に応じて各逆変換器
の出力電圧の位相差を制御し、自走させる制御手段を設
ける。

【００１３】さらに、上記構成の無停電電源装置におい
て、各逆変換器の出力位相を内部基準または外部から設
定された任意の位相関係でそれぞれ制御する制御手段を
設ける。

【００１４】

【作用】このような構成の無停電電源装置にあっては、
各相に対応する順変換器に交流が入力されると、各順変
換器は交流を中性点を中心とした正、負の直流電圧に変
換し、その直流電圧は順変換器と対称に構成された逆変
換器により中性点に対して交流入力電圧と同等の構成の
交流出力電圧に変換されるので、トランスによる絶縁を
必要とせずに中性点が接地された交流出力を得ることが
できる。

【００１５】また、各順変換器に入力される電圧位相及
び電圧位相差を制御手段により検出し、各逆変換器の出
力電圧位相を入力電圧位相に同期させて制御することに
より、入力電圧と等価な位相関係の出力電圧を得ること
ができ、また交流電源の停電時あるいは非同期運転指令
時に入力電圧位相差に応じて各逆変換器の出力電圧の位
相差を制御することにより、交流電源と等価な位相関係
の交流出力を得ることができる。

【００１６】さらに、各逆変換器の出力位相を制御する
場合、入力側とは独立して内部基準または外部から設定
された任意の位相関係で発生できるようにしておくこと
により、１００Ｖ系と２００Ｖ系の相互変換、あるいは
単相と三相の相互変換が可能となる。

【００１７】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明
する。

【００１８】図１は本発明によるＵＰＳの構成例を示す
回路図である。図１において、中性点が接地されている
単相３線式の２００Ｖの電源がＵＰＳの入力ターミナル
ｔｉ１，ｔｉ２に接続されている。この場合、各交流入
力は線間が２００Ｖであるが、中性点入力ターミナルｔ
ｉｅに対しては位相が１８０°ずれたそれぞれ１００Ｖ
のａ相電圧及び入力ｂ相電圧が入力されるようになって
いる。また、中性点入力ターミナルｔｉｅと中性点出力
ターミナルｔｏｅとは中性点ラインにより結ばれてい
る。

【００１９】入力ターミナルｔｉ１，ｔｉ２と中性点入
力ターミナルｔｉｅとの間に入力された交流は、それぞ
れＬ／Ｃフィルタを介してＩＧＰＴで構成される倍電圧
整流形ハーフブリッジからなる順変換器１ａ，１ｂに加
えられ、それぞれ直流に変換される。この順変換器１
ａ，１ｂで直流に変換された出力のうち、中性点に対し
正の半周期は平滑コンデンサ２ａに充電され、負の半周
期は平滑コンデンサ２ｂに充電される。これらコンデン
サ２ａ，２ｂで平滑された直流はダイオード３を介して
接続された蓄電池４に浮動充電され、停電時にはダイオ
ード３と並列接続された放電用のサイリスタスイッチ５
が点弧されることにより、蓄電池４から電力が出力され
るようになっている。

【００２０】コンデンサ２ａ，２ｂにより平滑された直
流または停電時に蓄電池４から出力される直流は、それ
ぞれＬ／ＣフィルタとＰＷＭ制御されるＩＧＰＴ等の高
速スイッチングデバイスで構成されたハーフブリッジか
らなる逆変換器６ａ，６ｂで入力電圧位相と同期した定
電圧の交流に変換され、この逆変換器６ａ，６ｂの出力
は商用直送回路との切換スイッチ７を介して出力ターミ
ナルｔｏ１，ｔｏ２と中性点出力ターミナルｔｏｅとの
間に出力する。

【００２１】一方、入力ターミナルｔｉ１，ｔｉ２と中
性点入力ターミナルｔｉｅ間に入力された電源電圧は絶
縁検出器１０ａ，１０ｂによりそれぞれ絶縁され、入力
フィードバック信号となって入力電流制御回路１１ａ，
１１ｂに各別に入力されると共に、出力電圧基準発生回
路１２にそれぞれ入力される。また、入力電流制御回路
１１ａ，１１ｂには平滑コンデンサ２ａ，２ｂでそれぞ
れ平滑された直流電圧が直流電圧絶縁変圧器１３により
直流電圧フィードバック信号に変換されて各別に入力さ
れる。この入力電流制御回路１１ａ，１１ｂは、直流電
圧を基準値に制御すると同時に入力電流を入力電圧と同
位相の力率１の正弦波となるように順変換器１ａ，１ｂ
をＰＷＭ制御する。

【００２２】また、出力電圧基準発生回路１２は、電源
からの入力電圧位相に同期した出力電圧基準信号を発生
し、出力電圧制御回路１４ａ，１４ｂに入力される。こ
の出力電圧制御回路１４ａ，１４ｂには逆変換器６ａ，
６ｂの出力電圧が絶縁検出器１５ａ，１５ｂを介してフ
ィードバック信号として入力され、逆変換器６ａ，６ｂ
の出力電圧が電源電圧と同位相の正弦波電圧となるよう
に逆変換器６ａ，６ｂをＰＷＭ制御する。

【００２３】この場合、停電発生時に電源からの入力電
圧が喪失するため、出力電圧基準発生回路１２には停電
前の入力電圧位相関係を記憶する記憶手段を設け、停電
発生時にその位相関係を保ったまま自走モードの出力電
圧基準を出力して逆変換器６ａ，６ｂの出力電圧を継続
して制御できるようになっている。また、復電の際には
出力電圧基準発生回路１２は出力電圧基準を入力電圧位
相に再び同期させ、逆変換器６ａ，６ｂの出力電圧が入
力電圧位相に同期するように制御できるようになってい
る。次にこのように構成されたＵＰＳの作用について述
べる。

【００２４】電源が正常な場合には、入力ターミナルｔ
ｉ１，ｔｉ２より順変換器１ａ，１ｂに交流が入力さ
れ、このとき順変換器１ａ，１ｂは入力電流制御回路１
１ａ，１１ｂにより直流出力が基準値になるように制御
されると同時に入力電流を入力電圧と同位相の力率１の
正弦波となるようにＰＷＭ制御される。また、直流を交
流に変換する逆変換器６ａ，６ｂは、出力電圧基準発生
回路１２より発生する出力電圧基準信号に基づいて出力
電圧が入力と共通の中性点に対して入力電圧と同位相の
正弦波電圧となるように出力電圧制御回路１４ａ，１４
ｂによりＰＷＭ制御される。

【００２５】このような状態で制御されているとき、停
電が発生すると放電用のサイリスタスイッチ５が点弧さ
れることにより、蓄電池４から電力が逆変換器６ａ，６
ｂにそれぞれ入力されると共に、このとき逆変換器６
ａ，６ｂは出力電圧基準発生回路１２の記憶手段に記憶
された停電前の入力電圧位相関係を保ったまま自走モー
ドの出力基準に基づいて出力電圧制御回路１４ａ，１４
ｂによりＰＷＭ制御される。

【００２６】また、電源が復電すると出力電圧基準発生
回路１２は出力電圧基準を入力電圧位相に再び同期する
ので、逆変換器６ａ，６ｂの出力電圧は入力電圧位相に
同期するように出力電圧制御回路１４ａ，１４ｂにより
ＰＷＭ制御される。

【００２７】通常、ａ相とｂ相の関係は単相３線式の場
合、１８０度の位相差であり、３相４線式の場合は±１
２０度の位相差となる。従って、出力電圧基準発生回路
１２はこれらの位相関係を電源正常時に記憶しておくこ
とにより、停電が発生した場合は設定されている自走周
波数で記憶した位相差で出力電圧位相を発生させれば、
継続してほぼ入力電源電圧と等価な出力電圧を供給し続
けることができる。

【００２８】このように上記実施例によれば、中性点電
位は入力側と共通に固定されているので、従来のように
絶縁トランスを用いることなく、入力位相関係と等価な
出力電圧を実現できるので、入力電圧の位相関係に柔軟
性を持たせた軽量、且つ小形で経済的に有利なものとな
し得る。なお、上記では交流電源の停電時についての位
相制御について述べたが、非同期運転指令時にも電源停
電時と同様の制御が行われる。次に本発明の他の実施例
について説明する。

【００２９】上記実施例では、単相３線式または３相４
線式の内の２相に対応させて２対の変換器を設ける場合
を述べたが、電源として３相交流電源を用いて中性点を
固定すると共に、３個の順変換器１ａ，１ｂ，１ｃ及び
逆変換器６ａ，６ｂ，６ｃを設ける構成とすれば、３相
の無停電電源装置をトランスなしで構成できることは言
うまでもない。

【００３０】また、図１及び図２に示す実施例におい
て、入力電圧を単相１００Ｖ系から並列にとることによ
り、同一回路で単相１００Ｖ系の無停電電源装置として
も動作させることが可能であり、より自由度のある無停
電電源装置を構成することができる。

【００３１】さらに、出力電圧基準発生回路において、
基準の発生を入力側とは独立して発生させることも可能
である。図１の場合には、入力２００Ｖ系でも出力電圧
基準の位相を一致させれば、１００Ｖ系の単一出力を得
ることができる。同様に入力が単一の１００Ｖ系でも、
位相差が１８０度または±１２９度の２００Ｖ系出力を
得ることができる。

【００３２】一方、図２に示すように３対の変換器によ
り構成する場合には、単相から三相、または三相から単
相の相互変換も可能となる。ただし、これらのように入
出力の位相関係を一致させない場合には、商用直送回路
との位相関係は不一致となるため、商用直送回路からイ
ンバータ出力またはインバータ出力から商用直送回路の
連続的な同期切替えは一般的に不可能となる。

【００３３】

【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、絶縁
トランスを設けることなく入力の任意の位相関係に一致
した出力を得ることが可能となり、また入出力の位相関
係を自由に設定できるので、同一の変換器を用途に応じ
て１００Ｖ系から２００Ｖ系または２００Ｖ系から１０
０Ｖ系の相互変換、あるいは単相から三相または三相か
ら単相の相互変換が可能となり、小形且つ軽量にして経
済的に有利な無停電電源装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による無停電電源装置の一実施例を示す
回路構成図。

【図２】本発明の他の実施例の主回路部分を示す回路構
成図。

【図３】従来の無停電電源装置を示す回路構成図。

【図４】各種電源の位相関係を示す図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ……順変換器、２ａ，２ｂ……平滑コ
ンデンサ、３……ダイオード、４……蓄電池、５……サ
イリスタスイッチ、６ａ，６ｂ，６ｃ……逆変換器、７
……商用直送回路切替スイッチ、１０ａ，１０ｂ……絶
縁検出器、１１ａ，１１ｂ……入力電流制御回路、１２
……出力電圧基準発生回路、１３……直流電圧絶縁検出
器、１４ａ，１４ｂ……出力電圧制御回路、１５ａ，１
５ｂ……絶縁検出器。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 単相３線式や３相４線式のように中性点
   を有する交流電源から交流がそれぞれ入力され、これら
   の交流を中性点を中心とした正、負の直流電圧に変換す
   る複数個の順変換器と、これら順変換器の出力側に設け
   られ前記順変換器より出力される直流電圧により浮動充
   電される蓄電池と、前記順変換器の直流出力端の正側ま
   たは負側に一端が接続され、前記交流電源の停電時動作
   して前記蓄電池より直流電力を出力させるスイッチング
   手段と、前記順変換器と対称に構成され、且つ前記順変
   換器または前記蓄電池より出力される直流を中性点に対
   して前記交流電源の交流入力と同等の構成の交流に変換
   する複数個の逆変換器と、この逆変換器の出力側に設け
   られ、前記逆変換器の出力または前記入力電源の直送回
   路の何ずれかに切換える切換手段とを備えたことを特徴
   とする無停電電源装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の無停電電源装置におい
   て、交流電源が確立しているとき前記各順変換器にそれ
   ぞれ入力される電圧位相及び電圧位相差を検出し、前記
   逆変換器の出力電圧をそれぞれ対応する前記入力電圧位
   相に同期して制御すると共に、前記交流電源の停電時あ
   るいは非同期運転指令時に前記入力電圧位相差に応じて
   前記各逆変換器の出力電圧の位相差を制御し、自走させ
   る制御手段を設けたことを特徴とする無停電電源装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の無停電電源装置におい
   て、逆変換器の出力位相を内部基準または外部から設定
   された任意の位相関係でそれぞれ制御する制御手段を設
   けたことを特徴とする無停電電源装置。