JPH1127877A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 １台のＵＰＳで給電する場合には、安価な設
備費で給電システムを構築できるが、故障すると修理・
復旧するまでの期間は交流電源から給電することにな
る。信頼度の向上のためにＵＰＳを冗長並列運転させる
と負荷が多いほど設備のコストが大幅に上がる。 【解決手段】 半導体スイッチを用いたブリッジ回路と
フィルタで構成した順変換装置２、逆変換装置３と順逆
変換装置４を設ける。順逆変換装置４を他の変換装置
２，３の予備とする。正常時は、交流電源１→ＳＡ２→
順変換装置２→ＳＤ２→バッテリ６→ＳＤ３→逆変換装
置３→ＳＢ３→ＳＣ３→負荷５に交流電力は供給され
る。順変換装置２が故障するとＳＡ２を開いてＳＡ４を
閉じ、逆変換装置３が故障するとＳＢ３を開いてＳＢ４
を閉じ、逆変換装置４を稼働させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は無停電電源装置に関
するものである。詳しくは、信頼性向上を狙った電力変
換装置を利用した無停電電源装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】日常の社会生活においてコンピュータと
の関わりがますます増加している。コンピュータは重要
なシステムに利用されるほど瞬時のサービス停止も許さ
れない場合が多くなり、また予告無しの停電があるとソ
フトウェアに損傷を生じる場合もある。これらのことか
らコンピュータには商用電源の停電の影響をなくすため
に、一般に無停電電源装置（一般にＵＰＳと言われてい
る）を設置して給電する方法がとられる。また、ＵＰＳ
自体にはその使命からして信頼性の高いことが求められ
る。

【０００３】以下、従来使われているＵＰＳについて説
明する。まず、単独で使われるＵＰＳについて説明す
る。図５は従来例における単独で用いられるＵＰＳの構
成を示す回路図である。ＵＰＳの入力部には変換器Ａ１
１を置く。変換器Ａ１１は交流電源１から商用交流電力
を受けてこれを直流電力に変換する順変換器であり、い
わゆる整流器としての機能を持つ。単なる交流から直流
への電力変換だけなら安価なサイリスタ整流回路でもよ
いが、この例では入力の力率を１に近くまで高め、かつ
入力電流に高調波成分を含まないように制御する機能を
もたせるために、機能の高いブリッジ回路が使われてい
る。ＵＰＳの出力部に変換器Ｂ１２を置く。変換器Ｂ１
２は直流電力を所望の周波数、定電圧の交流電圧に変換
するいわゆるインバータとしての機能をもつ。直流部に
バッテリ６を置く。負荷５は選択スイッチＳを介してＵ
ＰＳ出力ＢＢからの交流出力、あるいはＵＰＳ入力ＢＡ
からの交流入力に接続される。なお、ＵＰＳは三相の装
置の例を示しているがＵＰＳの外部の結線は簡略化して
単線結線図で示してある。

【０００４】常時は、ＵＰＳは交流電源１から電力を受
けてこれを変換器Ａ１１で直流に変換し、バッテリ６を
充電するとともに変換器Ｂ１２に給電する。変換器Ｂ１
２は定周波数、定電圧の交流電力を出力する。交流電源
１の停電時には、バッテリ６の放電電力を変換器Ｂ１２
に給電し、ＵＰＳからは停電なしで負荷５への給電を続
ける。また、ＵＰＳの故障時には、選択スイッチＳを切
換えることによって負荷５へは交流電源１から給電す
る。

【０００５】ＵＰＳに組み込まれている変換器Ａ１１お
よび変換器Ｂ１２は同一の構成でもよい。制御装置は変
換器Ａ１１用と変換器Ｂ１２用で異なる。入力部の制御
装置Ａ１３は交流電流の波形を正弦波状に整形し、入力
力率を１に、また、出力の直流電圧を一定にする信号を
生成して変換器Ａ１１に送る。一方、出力部の制御装置
Ｂ１４はＵＰＳ出力の電圧および周波数を制御する信号
を生成して変換器Ｂ１２に送る。ＵＰＳを単体で使った
例では、ＵＰＳの一部に故障が生じれば、修理・復旧す
るまでの期間は選択スイッチＳを切り換えて交流電源１
から給電する。この交流電源１から給電している期間に
停電があると負荷への給電は停止する。

【０００６】無停電電源に一段と高い信頼性が求められ
る場合には、図６に示すＵＰＳを２台使った冗長並列運
転システムが構成される。ＵＰＳの故障頻度は交流電源
１の停電頻度より十分に低いので無停電電源としての信
頼性は予備系として交流電源１を使った先の例に比べて
向上する。２台のＵＰＳの内の１台は予備である。例え
ば１台が故障して切り離されても、残りのＵＰＳで負荷
５の必要とする電力は給電できる。また、負荷５に給電
したまま、システムから１台のＵＰＳを切り離して保守
点検ができるという長所もある。ＵＰＳ１，ＵＰＳ２の
投入・切り離しは入力側はスイッチＳａ１，Ｓａ２の開
閉により、また出力側はスイッチＳｂ１，Ｓｂ２の開閉
によって行なう。スイッチは電磁スイッチのようなメカ
ニカルなもの、またサイリスタのような半導体スイッチ
も使われる。また、スイッチＳａ１，Ｓａ２、Ｓｂ１，
Ｓｂ２はＵＰＳの内部に実装される場合もある。

【０００７】図７は従来例におけるＵＰＳを用いた２系
統の負荷に給電する無停電電源の構成ブロック図であ
る。負荷が２系統に分かれていて、信頼性を高めるため
それぞれ別の電源から給電を受ける場合の給電システム
の構成例を示す。すなわち、負荷５ａは交流電源１とＵ
ＰＳ１を選択スイッチＳａで切り換え、負荷５ｂは交流
電源１とＵＰＳ２を選択スイッチＳｂで切り換える。こ
のような負荷の例はコンピュータが無停止運転を強いら
れるような高信頼度システムの場合に見られる。信頼性
を高めるために、コンピュータシステムを全く同じ２組
で構成し、同時に同じコンピュータ処理業務を実行す
る。一方が故障あるいは点検で停止しても、他方が継続
して稼働するように運用されている。これら高信頼度コ
ンピュータシステムでは一部が給電停止に至ってもコン
ピュータ処理業務を続行できるように電源設備も２つの
系統を用意する。

【０００８】括弧内に示した数字は相対的な電力容量の
大きさを示す。１つの負荷の消費電力量を１００とする
と、給電するＵＰＳの出力電力容量は１００あればよ
い。しかしＵＰＳ内部では変換器Ａ１１と変換器Ｂ１２
に１００の電力変換容量を必要とするので、ＵＰＳ１お
よびＵＰＳ２では各々合計２００（１００＋１００）の
電力が変換処理される。負荷５ａ，５ｂの消費電力が合
計２００であるのに対して無停電電源システムとして変
換処理する電力は合計４００（１００×４）となる。

【０００９】図８は従来例における複数のＵＰＳを冗長
並列運転させて２系統の負荷に給電する無停電電源の構
成ブロック図である。負荷５ａ，５ｂの消費電力量２０
０に対して無停電電源システムとして変換処理するＵＰ
Ｓ１〜ＵＰＳ４の全電力容量は８００（１００×８）と
なり、バッテリも６ａ〜６ｄの４個が必要となる。図７
の例は図８の例に比べて電力変換の処理量は小さく、従
って、電源の設備費は相対的に低いが、ＵＰＳが停止中
に商用電源が停電した場合のリスクが大きい。一方、図
８は電力変換処理量は８００と極めて大きくなってしま
うが、給電システムの信頼度は高くなる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】１台のＵＰＳで給電す
る場合には、安価な設備費で給電システムが構築でき
る。しかし、このＵＰＳが故障すると修理・復旧するま
での期間は交流電源から給電することになる。交流電源
として一般に使われる商用電源は停電の頻度が高いの
で、この交流電源を予備電源として使うと高い信頼性を
確保できない（そもそも商用電源の信頼性が低いがため
にＵＰＳが使われる）。一方、ＵＰＳを冗長並列運転さ
せる場合には、給電システムの信頼度は高くなるが、予
備の装置を設けておく必要があり、設備のコストが大幅
に上がる。負荷が複数ある場合には、このコスト高は深
刻な問題になる。

【００１１】コスト増を抑え、かつ信頼性の高いＵＰＳ
を構築することが求められる。冗長並列運転しているＵ
ＰＳのいづれか１台が故障した場合や部品の定期交換な
どの保守を実施する場合、修理・保守・点検作業の対象
となるＵＰＳを並列運転システムから切り離して作業す
ることになる。従って、対象となるＵＰＳで作業が完丁
するまでの期間は、当該装置内に実装されている健全な
回路は活用されないで眠っている（例えば、変換器Ａが
故障した場合には変換器Ｂは健全でありながら給電シス
テムから切り離されている）。切り離されているＵＰＳ
のバッテリも同じく商用電源の停電があっても給電サー
ビスに供し得ないで眠っている。健全な部分は可能な限
り給電システムの信頼性向上のために活用したい。

【００１２】本発明はこのような点に鑑みてなされたも
のであり、健全な部分は可能な限り給電システムのため
に活用し、コスト増を抑え、かつ信頼性の高い無停電電
源装置を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】従来のＵＰＳ装置を構成
している変換器Ａと変換器Ｂを分離しそれぞれ独立させ
た。これによって装置当たりの構成単位が小さくなり、
従って、故障する部品点数が少なくなる。結果として装
置の故障の確率が小さくなる。つまり、信頼性が高くな
る。変換器Ａが故障しても変換器Ｂには影響しない。ま
た、変換器Ｂが故障しても変換器Ａには影響しない結線
とした。これによって、故障が生じても故障装置のみを
切り離せばよく、残りのすべての変換器を給電サービス
に供することができる。修理点検の作業性を上げるた
め、故障が生じたときには故障した変換装置のみを切り
離して修理点検できる。順変換装置に故障が生じれば、
予備用の順逆変換装置を交流電源側に切り換えて使う。
また、出力用の逆変換装置が故障したときには予備の順
逆変換装置から負荷に給電させられるので、負荷への給
電の信頼性が高まると同時に、故障した変換装置のみを
切り離して修理点検を行うことができるため作業性が向
上する。

【００１４】さらに、修理点検で切り離した変換装置の
動作を確認するため、各変換器の直流端に接続した開閉
スイッチと交流端に接続した選択スイッチにより給電サ
ービスを継続している変換器に影響を与えることなく動
作確認試験を実施することができる。順変換器の動作確
認時には、当該変換器の直流端に接続された開閉スイッ
チを開くことで交流から直流への変換動作が単独で確認
できる。また、逆変換器の動作確認時には、当該変換器
の交流端に接続された選択スイッチを開くことで直流か
ら交流への変換動作が単独で確認できる。順逆変換器の
動作確認は、順変換器の場合と逆変換器の場合に相当す
る確認法を順次実施すればよい。このことによって、修
理点検の確実性が向上すると同時に、特別な試験器具を
必要としないため安全で効率的な作業を実施できる。

【００１５】

【発明の実施の形態】上記課題を解決するために本発明
の無停電電源装置は、半導体スイッチを用いたブリッジ
回路とフィルタで構成した順逆変換装置を予備装置とし
て設け、この順逆変換装置に交流から直流への順変換機
能を持たせて順変換装置の予備装置として使い、また、
直流から交流への逆変換機能を持たせて逆変換装置の予
備装置として使うものであり、半導体スイッチを用いた
ブリッジ回路とフィルタで構成した電力変換装置を３台
以上有し、このうち少なくとも１台の変換装置は交流か
ら直流への順変換装置２であり、このうち少なくとも１
台の変換装置は直流から交流への逆変換装置３であり、
このうち少なくとも１台の変換装置は交流から直流への
順変換と直流から交流への逆変換とのいづれにも選択で
きる順逆変換装置４であり、前記順変換装置２の交流端
は選択スイッチＳＡ２を介して交流電源１に接続し、前
記逆変換装置３の交流端は選択スイッチＳＢ３，ＳＣ３
を介して負荷５に接続し、前記順逆変換装置４の交流端
は選択スイッチＳＡ４を介して前記交流電源１に、選択
スイッチＳＢ４，ＳＣ３を介して前記負荷５に接続し、
前記変換装置のすべての直流端はそれぞれ開閉スイッチ
ＳＤ２〜ＳＤ４を介してバッテリ６に接続したことに特
徴を有している。

【００１６】また、本発明の無停電電源装置は、半導体
スイッチを用いたブリッジ回路とフィルタで構成した電
力変換装置を５台以上有し、このうち少なくとも２台の
変換装置は交流から直流への順変換装置２ａ，２ｂであ
り、このうち少なくとも２台の変換装置は直流から交流
への逆変換装置３ａ，３ｂであり、このうち少なくとも
１台の変換装置は交流から直流への順変換と直流から交
流への逆変換とのいづれにも選択できる順逆変換装置４
であり、前記順変換装置２ａ，２ｂの交流端は選択スイ
ッチＳＡ２１，ＳＡ２２を介して交流電源１に接続し、
前記逆変換装置３ａ，３ｂの交流端は選択スイッチＳＢ
３１，ＳＣ３１，ＳＢ３２，ＳＣ３２を介して負荷５
ａ，５ｂに接続し、前記順逆変換装置４の交流端は選択
スイッチＳＡ４を介して前記交流電源１に、選択スイッ
チＳＢ４１，ＳＣ３１，ＳＢ４２，ＳＣ３２を介して前
記負荷５ａ，５ｂに接続し、前記変換装置のすべての直
流端はそれぞれ開閉スイッチＳＤ４，ＳＤ２１，ＳＤ２
２，ＳＤ３１，ＳＤ３２を介してバッテリ６ａ，６ｂに
接続したことに特徴を有している。

【００１７】さらに本発明の無停電電源装置は、交流入
力電流を制御する信号を生成する機能と交流出力電圧を
制御する信号を生成する機能を備えており、この機能の
いづれかを選択して順逆変換装置４の半導体スイッチに
制御信号を送出する制御装置７を備えたことに特徴を有
している。さらに本発明の無停電電源装置は、半導体ス
イッチを用いたブリッジ回路とフィルタから成る複数の
電力変換装置の構成が同一であることに特徴を有してい
る。

【００１８】

【実施例】

実施例１ 以下、本発明の無停電電源装置を図面に基づいて説明す
る。図１は本発明の第１実施例を示す無停電電源装置の
構成ブロック図である。図において、１は交流電源であ
り、一般には商用電源が用いられる。また、予備電源と
してエンジン・発電機が備えられている場合には、商用
電源の停電時には、このエンジン・発電機が交流電源と
して使われる。２は順変換装置、３は逆変換装置、４は
順逆変換装置、５は負荷、６はバッテリである。順変換
装置２の交流端は選択スイッチＳＡ２を介して交流電源
１と接続され、直流端は開閉スイッチＳＤ２を介してバ
ッテリ６に接続されている。逆変換装置３の交流端は選
択スイッチＳＢ３，ＳＣ３を介して負荷５に接続され、
直流端は開閉スイッチＳＤ３を介してバッテリ６に接続
されている。順逆変換装置４の交流端は選択スイッチＳ
Ａ４を介して交流電源１に、また、選択スイッチＳＢ
４，ＳＣ３を介して負荷５に接続され、直流端は開閉ス
イッチＳＤ４を介してバッテリ６に接続されている。ま
た、交流電源１は選択スイッチＳＣ１を介して負荷５に
接続されている。

【００１９】図において順変換装置２の交流側に設けて
いる選択スイッチＳＡ２，順逆変換装置４の交流側に設
けている選択スイッチＳＡ４，ＳＢ４および逆変換装置
３の交流側に設けている選択スイッチＳＢ３と直流側に
設けている開閉スイッチＳＤ２〜ＳＤ４をそれぞれ各変
換装置の内部に実装してもよい。また、選択スイッチＳ
Ａ２，ＳＡ４、ＳＢ３，ＳＢ４、ＳＣ１，ＳＣ３には電
磁スイッチのようなメカニカルなものだけでなく、従来
使われているような半導体スイッチも適用できる。

【００２０】次に図１に示す実施例の運転について説明
する。 （常時運転モード） 順変換装置２，逆変換装置３が稼
働状態にある運転モードである。選択スイッチＳＡ２，
ＳＢ３，ＳＣ３、開閉スイッチＳＤ２〜ＳＤ４がそれぞ
れ閉じられ、選択スイッチＳＡ４，ＳＢ４，ＳＣ１はそ
れぞれ開かれている。順変換装置２は交流電源１の交流
電力を直流電力に変換して逆変換装置３に給電するとと
もにバッテリ６を充電する。逆変換装置３は直流電力を
交流電力に変換して負荷５に給電している。順逆変換装
置４は逆変換装置３の故障に備えて逆変換モードで待機
運転している。

【００２１】（停電時運転モード） 交流電源１が停電
してバッテリ６の放電電力で給電する運転モードであ
る。交流電源１が停電すると順変換装置２は停止し、逆
変換装置３はバッテリ６の放電による直流電力を交流電
力に変換して負荷５に給電する。順逆変換装置４は待機
運転している。

【００２２】（逆変換装置故障時運転モード） 負荷５
に給電している逆変換装置３が故障した時の運転モード
である。逆変換装置３が故障すると選択スイッチＳＢ３
を開きＳＢ４を閉じて、それまで待機運転していた順逆
変換装置４から負荷５に給電させる。

【００２３】（逆変換装置故障復旧時試験運転モード）
故障した逆変換装置３は開閉スイッチＳＤ３を開いて
電気的に切り離し、修理復旧させる。修理後の動作確認
のため逆変換装置３単独で試験運転を行なうことができ
る運転モードである。開閉スイッチＳＤ３を閉じ、選択
スイッチＳＢ３が開いている状態で始動・停止などの動
作や出力電圧の確認を行なう。選択スイッチＳＢ３が開
いているため、負荷５に給電している順逆変換装置４の
給電には何らの影響も及ぼさない。試験運転による正常
が確認できれば逆変換装置３を再運転させ、選択スイッ
チＳＢ４を開いてＳＢ３を閉じると常時運転モードに戻
る。

【００２４】（順変換装置故障時モード） 交流電源１
から受電している順変換装置２が故障したときの運転モ
ードである。故障すると逆変換装置３はバッテリ６の電
力を変換して負荷５に給電する。選択スイッチＳＡ２を
開きそれまで待機運転させていた順逆変換装置４を順変
換装置として稼働させるために選択スイッチＳＡ４を閉
じる。これにより、交流電源１からの給電を受け、バッ
テリ６の放電を停止させる。

【００２５】（順変換装置故障復旧時試験運転モード）
故障した順変換装置２は開閉スイッチＳＤ２を開いて
電気的に切り離し、修理復旧させる。修理後の動作確認
のため順変換装置２単独で試験運転を行なうことができ
る運転モードである。選択スイッチＳＡ２を閉じ、開閉
スイッチＳＤ２が開いている状態で始動・停止などの動
作や出力電圧の確認を行なう。開閉スイッチＳＤ２が開
いているため、バッテリ６や負荷５ヘの給電には何らの
影響も及ぼさない。試験運転による正常が確認できれば
開閉スイッチＳＤ２を閉じて順変換装置２を再運転さ
せ、選択スイッチＳＡ４を開いて順逆変換装置４を順変
換勳作から逆変換動作に切り換え、ＳＡ２を閉じること
で常時運転モードに戻る。

【００２６】（複数の故障発生時モード） 順変換装置
２，逆変換装置３，順逆変換装置４のうちいづれか２台
が故障したときの運転モードである。選択スイッチＳＣ
３を開き、ＳＣ１を閉じて交流電源１から直接負荷５に
給電する。故障した変換装置を復旧させて常時運転モー
ドに戻す。なお、複数の変換装置が同時に故障する確率
は極めて低い。

【００２７】（大容量バッテリの充電モード） 交流電
源１が長時間にわたって停電した場合も負荷５を稼働さ
せるにはバッテリ６の蓄電容量を大きくして対応する。
バッテリ６が大きいと充電する電力量が大きいので、逆
変換装置３の容量見合いで容量を決めた順変換装置２の
みでは容量不足になる。本発明ではバッテリ６の充電時
間中には順逆変換装置４を順変換装置２と並列運転させ
て順変換電力量を２倍にしてバッテリ６を充電する。こ
のことによって、最大で順変換装置２の１台分に相当す
る電力量をバッテリ６の充電に充てることができる。

【００２８】次に負荷の電力需要と変換装置の電力変換
容量との関係を説明する。図１の括弧内の数字は相対的
な電力容量である。負荷５の需要電力を１００とすると
変換装置３台の総電力変換容量は３００である。これに
対応する従来の信頼性の高い無停電電源装置（図６参
照）では総電力変換量が４００であり、本発明では、よ
り少ない設備量で同等以上の信頼性を得ている。経済効
果は明瞭である。

【００２９】逆変換装置３の出力容量は負荷５の需要見
合いで決めればよく、大きい負荷５には２台以上の逆変
換装置３を並列運転させて使うこともできる。なお、並
列運転は先に示したように従来から使われており、技術
的には確立している。同じように、順変換装置２も順逆
変換装置４もそれぞれ複数台の装置を並列運転させるこ
とも従来技術が使えて容易に実現できる。本発明では、
並列運転している場合も等価的に１台として扱ってい
る。本実施例の３台の変換装置は機能的には独立した装
置である。それそれ独立したフレームに実装してもよい
し、また、一つのフレーム内に、例えば内部を３つに仕
切って実装してもよい。

【００３０】図２は本発明の実施例で用いる変換装置の
回路構成図である。図において、８は変換装置、Ｑ１〜
Ｑ６は半導体スイッチ素子、Ｄ１〜Ｄ６はダイオードで
ある。半導体スイッチ素子ＱとダイオードＤの逆並列回
路で構成した半導体スイッチを６組使って三相ブリッジ
回路を構成している。ブリッジの交流点ＡＵ，ＡＶ，Ａ
ＷからリアクタＬ１〜Ｌ３、コンデンサＣ１〜Ｃ３で構
成したフィルタを介して交流端に接続する。この変換装
置８を交流電源に接続した場合には順変換装置になり、
交流端は入力端子になる。ブリッジの直流点Ｐ，Ｎを直
流端に出す。電解コンデンサＣｄｃをブリッジの直流点
間にまたがって設ける。

【００３１】制御装置７は変換装置８を構成する半導体
スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６の動作を制御する信号を生成す
る装置であり、機能としては従来例におけるＵＰＳの制
御装置Ａ１３と制御装置Ｂ１４の少なくとも一方を備え
る。変換装置８を交流から直流へ変換させる順変換装置
として使う場合の信号を生成する場合には制御装置Ａ１
３を使い、直流を交流に変換させる逆変換装置として使
う場合の信号を生成する場合には制御装置Ｂ１４を使
う。変換装置８に順変換装置２と逆変換装置３の機能を
持たせる順逆変換装置４には制御装置Ａ１３と制御装置
Ｂ１４を組み込んで選択して使う。

【００３２】順変換装置２として使う場合の制御装置Ａ
１３は、交流の入力電流と出力の直流電圧を検出情報と
して使う。入力電流の位相を交流電源電圧の位相に合わ
せるように、つまり、入力の力率を１に近付けるように
制御し、同時に、高調波電流の発生を抑制するために、
入力電流の波形を正弦波状に整形する。また、直流電圧
のレベルが所望の値になるように交流入力電流のレベル
を制御する。これらの制御情報を持った信号を生成させ
てそれぞれの半導体スイッチ素子Ｑ１〜Ｑ６に与える。
（例えば、特開平７−５９３５４号、特開平７−７５３
４２号公報参照）。

【００３３】逆変換装置３として使う場合の制御装置Ｂ
１４は交流の出力電圧をセンシング情報として使う出力
電圧の周波数が所望の値になるように、また電圧のレベ
ルが所望の値になるように制御し、場合によっては電圧
波形が正弦波状になるように整形する。このような制御
情報をもった信号を生成させて半導体スイッチ素子Ｑ１
〜Ｑ６に与える。図では制御装置７を変換装置８内部に
実装させているが、各変換装置８の制御装置７をまとめ
て独立した装置に実装してもよい。このようにすると変
換装置８を同期させて運転させる場合などの制御装置間
の信号のやりとりが容易になる。

【００３４】図では半導体スイッチ素子としてバイポー
ラ・トランジスタを使った例を示してあるが、他にＧＴ
Ｏ（ゲート・ターン・オフ）サイリスタ、ＩＧＢＴ（絶
縁ゲート・バイポーラ・トランジスタ）なども使われ
る。変換装置８の回路例として従来から使われている三
相ブリッジ回路を示したが、他に単相の従来回路も使わ
れる。

【００３５】図３に半導体素子としてサイリスタ９を使
った選択スイッチの１相分について構成例を示す。電流
を流したいサイリスタ対に信号を与えてこれをオン状態
にする。信号を止めるとオフ状態になる。三相の選択ス
イッチの場合には、このスイッチをＵ，Ｖ，Ｗの各相に
使う。

【００３６】実施例２ 図４は本発明の第２実施例を示す無停電電源装置の構成
ブロック図である。第２実施例は複数の負荷に給電する
場合である。順変換装置２ａ，２ｂの交流端はそれぞれ
選択スイッチＳＡ２１，ＳＡ２２を介して交流電源１に
接続されている。逆変換装置３ａの交流端は選択スイッ
チＳＢ３１，ＳＣ３１を介して負荷５ａに接続されてい
る。逆変換装置３ｂの交流端は選択スイッチＳＢ３２，
ＳＣ３２を介して負荷５ｂに接続されている。順逆変換
装置４の交流端は選択スイッチＳＡ４を介して交流電源
１に、また、選択スイッチＳＢ４１，ＳＣ３１を介して
負荷５ａに、選択スイッチＳＢ４２，ＳＣ３２を介して
負荷５ｂに接続されている。

【００３７】順変換装置２ａ，２ｂ、逆変換装置３ａ，
３ｂ、順逆変換装置４の直流端はそれぞれ開閉スイッチ
ＳＤ４，ＳＤ２１，ＳＤ２２、ＳＤ３１，ＳＤ３２、を
介して集約され、さらにスイッチＳＢＴ１，ＳＢＴ２を
介してバッテリ６ａ，６ｂに接続されている。また、交
流電源１は選択スイッチＳＣ１１を介して負荷５ａに、
選択スイッチＳＣ１２を介して負荷５ｂに接続されてい
る。

【００３８】次に第２実施例の運転について説明する。 （常時運転モード） すべての変換装置が動作している
運転モードである。選択スイッチＳＡ２１，ＳＡ２２，
ＳＢ３１，ＳＣ３１，ＳＢ３２，ＳＣ３２、開閉スイッ
チＳＤ４，ＳＤ２１，ＳＤ２２，ＳＤ３１，ＳＤ３２が
それぞれ閉じられ、選択スイッチＳＡ４，ＳＢ４１，Ｓ
Ｂ４２，ＳＣ１１，ＳＣ１２はそれぞれ開かれている。
また、スイッチＳＢＴ１，ＳＢＴ２は閉じている。順変
換装置２ａ，２ｂは交流電源１の交流電力を直流電力に
変換して逆変換装置３ａ，３ｂに給電するとともにバッ
テリ６ａ，６ｂを充電する。逆変換装置３ａは直流電力
を交流電力に変換して負荷５ａに給電している。また、
逆変換装置３ｂも同様に負荷５ｂに給電している。順逆
変換装置４は逆変換装置３ａまたは逆変換装置３ｂの故
障に備えて逆変換モードで待機運転している。

【００３９】（停電時運転モード） 交流電源１が停電
してバッテリ６ａ，６ｂの放電電力で給電する運転モー
ドである。交流電源１が停電すると順変換装置２ａ，２
ｂは停止し、逆変換装置３ａ，３ｂはバッテリ６ａ，６
ｂの放電による直流電力を交流電力に変換してそれぞれ
の負荷５ａ，５ｂに給電する。順逆変換装置４は待機運
転している。

【００４０】（逆変換装置故障時運転モード） 負荷５
ａ，５ｂに給電している逆変換装置３ａ，３ｂの内の１
台が故障した時の運転モードである。逆変換装置３ａ，
３ｂのいづれか、例えば３ａが故障すると選択スイッチ
ＳＢ３１を開きＳＢ４１を閉じて、それまで待機運転し
ていた順逆変換装置４から負荷５ａに給電させる。

【００４１】（逆変換装置故障復旧時試験運転モード）
故障した逆変換装置３ａは開閉スイッチＳＤ３１を開
いて電気的に切り離し、修理復旧させる。修理後の動作
確認のため逆変換装置３ａ単独で試験運転を行なうこと
ができる運転モードである。開閉スイッチＳＤ３１を閉
じ、選択スイッチＳＢ３１が開いている状態で始動・停
止などの動作や出力電圧の確認を行なう。選択スイッチ
ＳＢ３１が開いているため、負荷５ａに給電している順
逆変換装置４の給電には何らの影響も及ぼさない。試験
運転による正常が確認できれば逆変換装置３ａを再運転
させ、選択スイッチＳＢ４１を開いてＳＢ３１を閉じる
と常時運転モードに戻る。

【００４２】（順変換装置故障時モード） 交流電源１
から受電している順変換装置２ａ，２ｂの内の１台が故
障したときの運転モードである。順変換装置２ａ，２ｂ
のいづれか、例えば２ａが故障すると逆変換装置３ａは
バッテリ６ａ，６ｂの電力を変換して負荷５ａに給電す
る。選択スイッチＳＡ２１を開きそれまで待機運転させ
ていた順逆変換装置４を順変換装置として稼働させるた
めに選択スイッチＳＡ４を閉じる。これにより、交流電
源１からの給電を受け、バッテリ６ａ，６ｂの放電を停
止させる。

【００４３】（順変換装置故障復旧時試験運転モード）
故障した順変換装置２ａは開閉スイッチＳＤ２１を開
いて電気的に切り離し、修理復旧させる。修理後の動作
確認のため順変換装置２ａ単独で試験運転を行なうこと
ができる運転モードである。選択スイッチＳＡ２１を閉
じ、開閉スイッチＳＤ２１が開いている状態で始動・停
止などの動作や出力電圧の確認を行なう。開閉スイッチ
ＳＤ２１が開いているため、バッテリ６ａ，６ｂや負荷
５ａヘの給電には何らの影響も及ぼさない。試験運転に
よる正常が確認できれば開閉スイッチＳＤ２１を閉じて
順変換装置２ａを再運転させ、選択スイッチＳＡ４を開
いて順逆変換装置４を順変換動作から逆変換動作に切り
換え、ＳＡ２１を閉じることで常時運転モードに戻る。

【００４４】（複数の故障発生時モード） 変換装置の
内のいづれか２台が故障したときの運転モードである。
選択スイッチＳＣ３１，ＳＣ３２を開き、ＳＣ１１，Ｓ
Ｃ１２を閉じて交流電源１から直接負荷５ａ，５ｂに給
電する。故障した変換装置を復旧させて常時運転モード
に戻す。なお、複数の変換装置が同時に故障する確率は
極めて低い。

【００４５】（大容量バッテリの充電モード） 交流電
源１が長時間にわたって停電した場合も負荷５ａ，５ｂ
を稼働させるにはバッテリ６ａ，６ｂの蓄電容量を大き
くして対応する。バッテリ６ａ，６ｂが大きいと充電す
る電力量が大きいので、逆変換装置３ａ，３ｂの容量見
合いで容量を決めた順変換装置２ａ，２ｂのみでは容量
不足になる。本発明ではバッテリ６ａ，６ｂの充電時間
中には順逆変換装量４を順変換装置２ａ，２ｂと並列運
転させて順変換電力量を増加しバッテリ６ａ，６ｂを充
電する。このことによって、最大で順変換装置１台分に
相当する電力量をバッテリ６ａ，６ｂの充電に充てるこ
とができる。

【００４６】バッテリは定期的に容量テストを行ない、
蓄積能力が正常か否かのチェックが必要である。また、
寿命が短いために通常５年程度で新品と交換する必要が
ある。これらの作業時にはバッテリ６ａ，６ｂのスイッ
チＳＢＴ１，ＳＢＴ２で部分的に切り離して処置すれば
よく、作業性がよい。また、残りのバッテリをサービス
に供したままの状態で作業が進められるので交流電源１
の停電があっても給電サービスには何らの支障も生じな
い。

【００４７】なお、第１実施例においても第２実施例の
ようにバッテリを分割してそれぞれスイッチを設けるこ
とで同様の効果が得られることは言うまでもない。ま
た、第１および第２実施例では予備の順逆変換装置４と
して１台を設けた例について説明したが、複数台の予備
を設けておくことにより、さらに無停電電源装置として
の信頼性は向上する。経済効果を比較すると、第２実施
例の構成の場合では２系統の負荷２００に給電するのに
変換装置の総電力変換容量は５００（１００×５）とな
る。これに比べ、信頼性の高い従来例（図８参照）の総
電力変換量は８００（１００×８）であり、本願の効果
は明らかである。実施例では負荷を２系統として説明し
たが、３系統以上でも拡張して同じ効果が得られる。例
えば、５階建てのビルに信頼性の高い給電システムを構
築する場合、各階毎に負荷の系統を分けて５系統の逆変
換装置を持つ無停電電源装置として設備すれば、信頼性
の向上が図れると同時に経済的にも高い効果が得られ
る。

【００４８】

【発明の効果】 従来のＵＰＳ装置を構成している入力
側の整流部と出力側のインバータ部を分離し、２つの独
立した装置とした。これによって１台当たりの装置は規
模が小さくなり、部品数が減少したことから信頼性が向
上する。給電システムを構成した場合、従来の給電シス
テムに比較して少ない総電力容量の装置を使って同等以
上の信頼性が確保できる。従って、本発明の給電システ
ムの設備は経済性の面から優位である。例えば、第１実
施例では、負荷５の電力需要１００に対し変換装置側の
総電力変換容量は３００となる。これに対して従来例で
は４００必要になり、同等以上の信頼性を持つ本願の方
が経済的に実現できると言える。

【００４９】同様に２系統の負荷に給電する場合には従
来例では８００必要であるのに対し、本発明の第２実施
例では５００で済み、経済効果は明らかである。負荷が
高信頼度コンピュータのように２重化した構成をとって
いる場合に、本発明を適用すると効果は極めて大きいと
言える。負荷の系統を分岐させてより信頼性を高める場
合、分岐数が多くなるほど本発明の経済効果が高まる。
高層ビル内に高信頼度給電システムを構築する場合、本
発明を適用してビルの各階毎の負荷に対応させて分割し
て給電させると効果が大きい。さらに、順変換装置、逆
変換装置、順逆変換装置の機能部分を同じ構成で実現し
たので、部品類の共用が可能となり、変換装置の標準化
が進められコスト低下に寄与する。従って、変換装置の
いづれかが故障した場合、当該装置のみを切り離して修
理点検ができるため他の健全な変換装置をすべて給電サ
ービスに供することで装置の稼働率が高くなる。また、
修理点検の際、給電サービスに影響を与えることなく確
認動作試験を実施できるため作業の確実性、安全性に寄
与できる。部品が標準化されているので故障修理・定期
交換などで準備しておく部品の種類が少なくてよく、ま
た、メンテナンスの作業性もよい。複数の変換装置が故
障した場合にも対応できるように構成されているので、
これも信頼性向上に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す無停電電源装置の構
成ブロック図である。

【図２】本発明の実施例で用いる変換装置の回路構成図
である。

【図３】本発明で用いる選択スイッチの構成例を示す。

【図４】本発明の第２実施例を示す無停電電源装置の構
成ブロック図である。

【図５】従来例における単独で用いられるＵＰＳの回路
図である。

【図６】従来例における複数のＵＰＳを冗長並列運転さ
せる無停電電源装置の構成ブロック図である。

【図７】従来例におけるＵＰＳを用いた２系統の負荷に
給電する無停電電源の構成ブロック図である。

【図８】従来例における複数のＵＰＳを冗長並列運転さ
せて２系統の負荷に給電する無停電電源の構成ブロック
図である。

【符号の説明】

１ 交流電源 ２，２ａ，２ｂ 順変換装置 ３，３ａ，３ｂ 逆変換装置 ４ 順逆変換装置 ５，５ａ，５ｂ 負荷 ６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ バッテリ ７ 制御装置 ８ 変換装置 ９ サイリスタ １１ 変換器Ａ １２ 変換器Ｂ １３ 制御装置Ａ １４ 制御装置Ｂ Ｑ１〜Ｑ６ 半導体スイッチ素子 Ｄ１〜Ｄ６ ダイオード Ｌ１〜Ｌ３ リアクタ Ｃ１〜Ｃ３ コンデンサ Ｃｄｃ 電解コンデンサ ＵＰＳ，ＵＰＳ１〜ＵＰＳ４ 無停電電源装置 Ｓ，Ｓａ，Ｓｂ 選択スイッチ Ｓａ１，Ｓａ２，Ｓｂ１，Ｓｂ２，ＳＢＴ１，ＳＢＴ２
スイッチ ＳＡ２，ＳＡ４，ＳＡ２１，ＳＡ２２，ＳＢ３，ＳＢ
４，ＳＢ３１，ＳＢ３２，ＳＢ４１，ＳＢ４２，ＳＣ
１，ＳＣ３，ＳＣ１１，ＳＣ１２，ＳＣ３１，ＳＣ３２
選択スイッチ ＳＤ２〜ＳＤ４，ＳＤ２１，ＳＤ２２，ＳＤ３１，ＳＤ
３２ 開閉スイッチ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体スイッチを用いたブリッジ回路と
   フィルタで構成した電力変換装置を３台以上有し、 このうち少なくとも１台の変換装置は交流から直流への
   順変換装置（２）であり、 このうち少なくとも１台の変換装置は直流から交流への
   逆変換装置（３）であり、 このうち少なくとも１台の変換装置は交流から直流への
   順変換と直流から交流への逆変換とのいづれにも選択で
   きる順逆変換装置（４）であり、 前記順変換装置（２）の交流端は選択スイッチ（ＳＡ
   ２）を介して交流電源（１）に接続し、 前記逆変換装置（３）の交流端は選択スイッチ（ＳＢ
   ３，ＳＣ３）を介して負荷（５）に接続し、 前記順逆変換装置（４）の交流端は選択スイッチ（ＳＡ
   ４）を介して前記交流電源（１）に、選択スイッチ（Ｓ
   Ｂ４，ＳＣ３）を介して前記負荷（５）に接続し、 前記変換装置のすべての直流端はそれぞれ開閉スイッチ
   （ＳＤ２〜ＳＤ４）を介してバッテリ（６）に接続した
   ことを特徴とする無停電電源装置。
2. 【請求項２】 半導体スイッチを用いたブリッジ回路と
   フィルタで構成した電力変換装置を５台以上有し、 このうち少なくとも２台の変換装置は交流から直流への
   順変換装置（２ａ，２ｂ）であり、 このうち少なくとも２台の変換装置は直流から交流への
   逆変換装置（３ａ，３ｂ）であり、 このうち少なくとも１台の変換装置は交流から直流への
   順変換と直流から交流への逆変換とのいづれにも選択で
   きる順逆変換装置（４）であり、 前記順変換装置（２ａ，２ｂ）の交流端は選択スイッチ
   （ＳＡ２１，ＳＡ２２）を介して交流電源（１）に接続
   し、 前記逆変換装置（３ａ，３ｂ）の交流端は選択スイッチ
   （ＳＢ３１，ＳＣ３１，ＳＢ３２，ＳＣ３２）を介して
   負荷（５ａ，５ｂ）に接続し、 前記順逆変換装置（４）の交流端は選択スイッチ（ＳＡ
   ４）を介して前記交流電源（１）に、選択スイッチ（Ｓ
   Ｂ４１，ＳＣ３１，ＳＢ４２，ＳＣ３２）を介して前記
   負荷（５ａ，５ｂ）に接続し、 前記変換装置のすべての直流端はそれぞれ開閉スイッチ
   （ＳＤ４，ＳＤ２１，ＳＤ２２，ＳＤ３１，ＳＤ３２）
   を介してバッテリ（６ａ，６ｂ）に接続したことを特徴
   とする無停電電源装置。
3. 【請求項３】 交流入力電流を制御する信号を生成する
   機能と交流出力電圧を制御する信号を生成する機能を備
   えており、 この機能のいづれかを選択して順逆変換装置（４）の半
   導体スイッチに制御信号を送出する制御装置（７）を備
   えたことを特徴とする請求項１および請求項２記載の無
   停電電源装置。
4. 【請求項４】 半導体スイッチを用いたブリッジ回路と
   フィルタから成る複数の電力変換装置の構成が同一であ
   ることを特徴とする請求項１および請求項２記載の無停
   電電源装置。