JPS60219928A

JPS60219928A - 同期型交流無停電電源装置

Info

Publication number: JPS60219928A
Application number: JP59073896A
Authority: JP
Inventors: 原田　耕介; 中溝　剛次
Original assignee: Nishimu Electronics Industries Co Inc
Current assignee: Nishimu Electronics Industries Co Inc
Priority date: 1984-04-14
Filing date: 1984-04-14
Publication date: 1985-11-02

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】（利用分野）本発明は同期型無定電電源装置に関し、特に、商用電源
が停電したり、電圧や周波数が著しく変動した場合に、
蓄電池のエネルギーを逆変換装置（より、交流電力に変
換し、瞬断なしに負荷に供給する同期型無停電電源装置
に関するものである。

（従来技術）最近の通信および情報処理装置などにおいては瞬時の停
電も許されないものが多く、極めて信頼度の高い電源が
必要である。このため、交流無停電電源装置が一般に広
（使用される。

第１図および第２図は、それぞれ従来の交流無停電電源
装置の概要構成図を示すブロック図であり、各図におい
て同一の符号は同一または同等部分をあられしている。

第１図の交流無停電電源装置において、商用電源ｌが正
常な場合、充電器２は、商用電源を整流して、蓄電池４
ｆｅ充電する。同時に前記商用電源１は制御装置１１１
０を介して逆変換装置ｉ！１３を動作させる。このよう
にして、前記逆変換装置３によって所定の電圧と周波数
に変換された交流電力は。

スイッチロを経て負荷７１Ｃ供給される。なお、このと
きスイッチ５は開かれている。

また逆変換装置３が故障した場合には、スイッチ６を開
路するとともに、スイッチ５を閉路する。

これにより商用電源１から直接負荷７に交流電力が供給
される。

商用電源ｌが停電した場合には、充電器２からの蓄電池
４への充電は無くなる。しかし、蓄電池４に蓄えられた
エネルギーによって、引続き逆変換装置３を動作させる
ことにより、負荷７に、対しては瞬断することなく交流
電力が供給される。

しかしこの装置１ｃは以下のような欠点がある。

（１）商用電源１が正常な場合にも負荷７１′ｃ供給す
る電力を得るために充電器２と逆変換装置３を動作させ
なければならない。すなわち、常時、順変換および逆変
換の、２重の電力変換処理を行なわなければならないた
め、効率が著しく低下する。

（２）蓄電池４を充電しながら、逆変換装置３に電力を
供給するために大容量の充電器２を必要とする。

（３）　充電器２と逆変換装置３とが負荷７に対して直
列に接続されるためＷ−総合信頼度が低下する。

そして、このいずれかが故障した場合、その修理が完了
するまで、負荷７は、定電圧が保証されていない商用電
源１で直接動作することになる。

（４）　前記（３）の欠点を改善して高信頼度電源を得
るためには、更に予備の充電器および逆変換装置を１組
替列に待機運転するなどの冗長システム九する必要があ
る。

第２図は、商用電源１と逆変換装置３からの電力を合成
し、負荷７ＰＣ安定な電力を供給するために、３巻線ト
ランス９を用いた構成である。３＠線トランス９は２つ
の磁気シャント９６によって鉄心９５を３つの部分に区
画し、中央の区画に第３＠線９３（負荷７に接続される
出力巻線）を、両端の区画に第１巻線９１（商用電源入
力巻線）および第２巻線９２（逆変換装置入力巻線）を
それぞれ巻回したものである。

なお・この各区画に接続される商用電源１、逆変換装置
３、出カフの配列は、無停電電陣装置の性能に影響を与
えるので、その使用目的等により色々の組合せが考えら
れている。

第２図におい°Ｃ１商用電源１が正常な場合、その電力
は、スイッチ５→３ｊＩ！１線トランス９の第１巻線９
１→同第３巻線９３→電圧安定化回路８→負荷７の経路
で商用電源１から負荷へ伝達される。

一方逆変換装置からの電力は、充電器２→蓄電池４→逆
変換装置３→スイッチ６→３４！線トランス９の第２巻
線９２→同第３＠線９３→電圧安定化回路８→負荷７の
経路で負荷へ伝達される。

この場合、逆変換装置３の電圧位相を負荷７の電圧位相
と同相になるよう九制御することによシ逆変換装置３か
ら負荷７への電力の流れは零になり、逆変換装置３は待
機状態となる。

商用電源１が停電した場合には、蓄電池４からの電力を
、前述した逆変換装置３を通る経路で、直ちに交流電力
に変換して負荷に供給することが出来る。

この構成は、前記第１図の装置の欠点を除去して、高効
率高信頼度および経済的な無停電電源装置ｌｌを実現し
ている。

しかし、この装置においても出力が大きくなると磁気シ
ャントを有する３巻線トランスの構造上、漏洩磁束の増
大などによる発熱が大きくなり、放熱処理や効率の上昇
の鈍化などから限界があり、この方式による大容量交流
無停電電源装置の実現は困難である。

（目　的）本発明は、前述の欠点を除去するために行われたもので
あり、その目的は、前記第２図に示した交流無停電電源
装置の高効率、高信頼度、経済性の特徴を保持しながら
、しかも大容量化を実現できる同期型無停電電源装置を
提供するととＫある。

（概　要）前記の目的を達成するために、本発明は３巻線トランス
を用い、巻線として、商用電源巻線、逆変換装置巻線お
よび出力巻線を巻回し、更に、出力巻線と電圧安定化回
路との間、商用電源入力巻線と商用電源との間、および
逆変換装置入力巻線と逆変換装置との間のうちの、少な
くとも２箇所に、それぞれリアクトル巻線を配置し、こ
れに逆変換装置の出力電圧位相と　波形を制御する手段
を具備した点に特徴がある。

（実施例）以下図面を参照して、本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明の一実施例の構成を示すブロック図であ
る。

３巻線トランス９には、それぞれ第１巻線（商用電源入
力巻線）９１．第２巻線（逆変換装置入力巻線）９２．
および第３巻線（出力巻線）９３が巻回されている。更
に、第１巻線９１と交流スイッチ５との間にはりアクド
ル１１が、また第２巻線９２と逆変換装置６との間には
りアクドル１２が、それぞれ接続されている。

商用電源が正常な場合、商用電源１からの電力はスィッ
チ５→リアクトル１１→３巻線トランス９の第１巻線９
１→同第３巻線→電圧安定化回路８→負荷７の順に伝達
される。

一方、逆変換装置３からの電力は、蓄電池４→逆変換装
ｆ３→スイッチ６→リアクトル１２→３巻線トランス９
の第２巻線９２→同第３巻線９３→電圧安定化回路８→
負荷７の順に伝達される。

第４図は第３図に示す３巻線トランス及びリアクトルに
おける電力の流れと電圧の位相関係を説明するための等
価回路図である。

同図においてＬｌおよびＬ２はリアクトル１１゜１２　
、の各インダクタンスの値である。またここでは商用電
源１の電圧■。、および逆変換装置３の出力電圧ＶＩＮ
は同一の周波数を有し、かつ負荷７に印加される電圧−
すなわち電圧安定化回路８の出力電圧■。ＵＴの位相を
基準として、それぞれψ１　、ψ２の位相差を有するも
のと仮定する。

この仮定のもとでは、商用電源１からインダクタンスＬ
、８介して電圧安定化回路８および負荷に供給される電
力Ｐ、ならびに、逆変換装置３からインダクタンスＬ２
を介して電圧安定化回路８および負荷７に供給さハる電
力Ｐ２　は、それぞれ次の（１１、＋２１式であられさ
れる。

従って、ψ１　ｌψ２を出力■。ＵＴに対して、正〜負
（進相〜遅相）に変化させればＰ　およびＰ２で示され
る　電力の流れをさまざまに調整できる。

特にψ、が零のときは、出力電圧■□、および■ｏＵＴ
の値にかかわらず、前記（２）式のＰ２が０となる。す
なわら、逆変（＋１！装置と出力間での電力の授受はな
（、逆変換装置３は待機運転状態となる。

ここで電圧安定化回路８は、商用電源１および逆変換装
置３のいずれからの電力供給に対しても、多少の電圧変
動には何ら影響されることな（、出力電圧を安定化する
のみならず、また過電流に対しては、垂下特性を有する
とともに、高調波除去機能をも備え、負荷７に安定な電
圧を供給する。

制御回路１０は、無停電電源装置の各回路の状態や、動
作を監視制御するための自動同期機能、位相、波形調整
機能、各部位のモニターやスイッチの制御、および逆変
換装置の駆動制御警報機能等を備えている。

前述の自動同期機能は、逆変換装置３の出力周波数を商
用電源１のそれと同期させることにより、商用電源１と
逆変換装置１３とを、３巻線トランス９を通して並列運
転可能とするとともに、商用電源１の電圧、周波数を常
時監視している。

位相並びに波形調整機能は、本システムの最も重要な機
能であり、商用電源ｌの電圧■Ａｏ　と逆変換装置３の
出力電圧ｖ１Ｎとの位相差Ｊ＆：ｉ！４整することによ
り、逆変換装置３を待機運転状態にしたり、負荷を分担
させたり、順変換装置（充電器）として動作させたりす
るほか、停電時、復電時の過渡変動を抑制することが出
来る。又波形を調整することにより出力電圧に含まれる
高調波成分を軽減し、装置の性能を白土させるとともに
、価格を下げることが出来る。

なおこの実施例において、３巻線トランス９の出力巻線
９３を巻回した鉄心９５ｔｅ可飽和（リアクトル）とし
て使用することにより、電圧安定化回路８を極めて簡易
化することが出来、経済的な無停電電源装置が実現され
る。

第５図、第７図は、本発明の他の実施例を示すブＯツク
図で、第６図、第８図はそれぞれ第５図。

第７図の等価回路を示す。図において第２図、第３図、
第４図と同一の符号は同一または同等部分をあられして
いる。

第３図との対比から明らかなように、第５図の実施例は
、リアクトルを３＠線　ランス９の第１巻線９１と第３
巻線９３とに接続したものであり、第７図の実施例は、
リアクトルを３巻線トランス９の第２巻線９２と第３巻
線９３に接続したものである。

第５図の例で（す商用電源１が正常な場合、商用電源１
力１らの電力は、スィッチ５→リアクトル１１→３巻線
トランス９の第１巻線９１→同第３巻線９３→リアクト
ル１３→電圧安定化回路８→負荷７の順に伝達される。

一方、逆変換装置３からの電力は、蓄電池４→逆変換装
置３→スイッチ６→３巻線トランス９０ｍ２巻線９２→
同第３巻線９３→リアクトル１３（へ）電圧安定化回路
８→負荷７の順に伝達される。

これを等価回路で示すと第６図のようＩｃ　ｆｌる。

ここでは、商用電源１の電圧ｖＡｃ　および逆変換装置
３の出力電圧ｖＩＮ　は電圧安定化回路８の出力電圧Ｖ
。ＵＴの位相を基準として、それぞれや１１ψ、の位相
差を有するものと仮定する。

ｖＡ６図において、商用電源１からインダクタンスＬ１
を介して逆変換装置３に供給される電力Ｐ１、および逆
変換装置３からインダクタンスし２を介して電圧安定化
回路８および負荷７へ供給される電力Ｐ２は、それぞれ
次のｔ３＋　、　（４１式であられされる。

従って、Ｐｌ＝Ｐ２　になるように電圧ｖＡＣとｖｌＮ
　間の位相（ψ１−９２）８調整すれば、逆変換装置３
における電力の流入、流出が相殺されて零になり、逆変
換装置３は待機運転状態となる。

この状態で商用電源１が停電すると、前記（３）式のＰ
　は零となるが、（４１式の関係は依然として成立して
いる。即ち、負荷７への流出電力Ｐ２は引続き逆変換装
置３から供給されるため、出力回路には何ら過渡現象は
生じない。

また、逆変換装置３の出力電圧ｖ１Ｎの位相を、更に商
用電源電圧ＶＡｃよシ遅らせて、ＰｌがＰ２よりも大と
なるようにすれば、逆変換装置３にを言、逆方向に−即
ら流入する方向に電力が流れ、蓄電池４をＣＰ、−Ｐ、
）　の電力で充電すること力ｊ出来る。この場合は、明
らかなように、充電器２を省略することができる。

第７図の実施例でを言、商用電源１が正常な場合、商用
電ｇＡ１からの電力は、スィッチ５→３巻線トランス９
の第１巻線９１−１同第３巻線９３→リアクトル１３→
電圧安定化回路８→負荷７の順に伝達される。

一方、逆変換装置３からの電力は、蓄電池４→逆変換装
［１３→スイッチ６→リアクトル１２→３巻線トランス
９の第２巻線９２→同第３巻線９３→リアクトル１３→
電圧安定化回路８→負荷７のＨＸｌ′Ｃ伝達される。

またこの等価回路（第８図）において、商用電源１の電
圧■Ａｃを基準として、逆変換装置３の出力電圧ｖＸＮ
および電圧安定化回路８の電圧Ｖ。ＵＴの位相差を、そ
れぞれψ１．ψ２とすると、商用電源１から電圧安定化
回路８および負荷７へ供給される電力Ｐ１、ならびに逆
変換装置３から商用電源１へ流出する電力Ｐ！は、それ
ぞれ次の（５）。

（６）式であられされる。

商用電源１が正常な状態で逆変換装置３から商用電源１
へ流出する電力が零になるようにψ、を０に調整すれば
一換言すれば、逆変換装置３の電圧■　が商用電源１の
電圧■□。と同相になＮるようにして動作させれば、逆変換装置３は待機運転状
態となる。

この状態で、商用電源１が停電した場合、逆変換装置３
が今まで通りの位相関係で動作を継続すると、逆変換装
置３から電圧安定化回路８および負荷７へ供給される電
力Ｐ２ａ　は、（７）式のようになる。

いまり、＝Ｌ、＝ＬかツｖＡｏ＝ｖ１Ｎニ設定したとす
ると前記（７）式はつぎのようになる。

すなわら、負荷７に供袷される電力は、商用電源１が正
常ｔときの１／２に減少し、その結果、出力電圧■。Ｕ
Ｔは低下ぐる。しかし、周知のように、電圧安定化回路
８に含まれる鉄共振回路の動作により、数サイクルの過
渡変動後に正常の電力まで回復する。

それ故に、第７図の実施例における商用電源１停電時の
負荷電圧の過渡変動は、第５図の実施例に比べれば大き
くなる。しかし、第３図に示した実施例に比べれば、前
記過渡変動は小さくなる。

（効　果）以上の説明から明らかなように、本発明によれば、次の
ような効果が達成される。

（１）商用電源ｌと逆変換装置３との並列運転が可能と
なり、無瞬断切替えが出来る。

（２）　商用電源１の停′１！４の出力電圧の低下およ
び過渡現象を抑えることが出来る。

（３）順逆変換が容易に行わハるので、別途に充電手段
を扱ける必要がない。また、順逆変換のための切替制御
が簡略化され、コスト低減が期待される。

（４）第２図に示したような従来の無停電電源装置では
出来なかった人容祉化が、容易に達成される。

＋５＋３４線トランスに可飽和鉄心を使用すれば、電圧
安定化回路が闇路化されるので、より一層経済的な無停
電ｆｉ源装置が達成出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は、それぞれ従来の交流無停電電源
装置の構成を示すブロック図、第３図は本発明の一実施
例のブロック図、第４図は第３図の等価回路回、第５図
、第７図は本発明の他の実施例のブロック図、第６図、
第８因はそれぞれ第５図、第７図の等価回路である。１・・・商用電源、２・・充電器（順変換装置）、　３
・・・逆変換装置、４・・・蓄電池、５・・・スイッチ
・６・・・スイッチ、　７・・・負荷、　８・・・電圧
安定化回路、９・・・３巻線トランス、　９１〜９３・
・・トランス巻線、　９５・・・トランス鉄心、　９６
・・・磁気シャント、１０　・・制御装置、１１〜１３
・・・リアクトル代理人弁理士　平　木　道　人外１名３′４図３′６図しＩ　Ｌ２才　７　図２・８図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）２つの入力巻線と、１つの出力巻線を有する３巻
線トランスと、前記２つの入力巻線の一方にスイッチを
介して接続された商用電源と、前記２つの入力巻線の他
方にスイッチを介して接続された、逆変換装置と、出力
巻線に接続された電圧安定化装置と、前記逆変換装置に
接続され、これに電力を供給する蓄電池と、前記逆変換
装置の出力電圧の商用電源電圧および負荷電圧に対する
位相差並に波形を制御する手段と、前記−力の入力巻線
および商用電源の間、他方の入力巻線および逆変換装置
の間、ならびに前記出力巻線および電圧安定化装置の間
のうちの、いずれか２つに挿入されたリアクトルを具備
したことを特徴とする同期型無停電電源装置。
（２）商用電源が正常なときは、逆変換装置から出力巻
線に伝達される電力が実質上竿になるように、前記逆変
換装置の出力電圧の、負荷電圧に対する位相差が設定さ
れたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の同期
型無停電電源装置。
（３）前記リアクトルが、前記２つの入力巻線に接続さ
れ、３巻線トランスの、出力巻線を巻回される鉄心部分
が可飽和鉄心であることを特徴とする特許請求の範囲第
１項または第２項のいずれかに記載の同期型無停電電源
装置。
（４）リアクトルが、前記一方の入力巻線および商用電
源の間、ならびに前記出力巻線および電圧安定化装置の
間に接続され、前記逆変換装置の出力電圧の位相が、負
荷電圧の位相よりも遅らされたこと８特徴とする特許請
求の範囲第１項記載の同期型無停電電源装置。