JPS63107431A - 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〕 この発明は複数台の電力変換装置とエネルギー蓄勢装置
を組み合わせて構成される無停電電源装置に関する。

〔従来の技術〕 この種の無停電電源装置としては、従来、刊行物ｒＯＨ
ＭＪ　　（第７１巻１２号、昭和５９年１２月発行、Ｐ
３５、第１表）に記載されたものがあり、こ−れを第４
図について説明する。図において、１ａは交流電力を直
流電力に変換するコンバータ装置であって、主回路は第
５図に示す如き構成を有し、その交流側端子１１、はス
イッチ７ｂ。

電源母線８のスイッチ７ａを介して交流電源４に接続さ
れている。２は直流電力を交流電力に変換するインバー
タ装置であって、その主回路は例えば第６図に示す構成
を有し、その直流側端子２１には、コンバータ装置１ａ
の直流側端子１４と、再充電可能なバッテリー３の正極
側端子が接続さ　　゛れている。インバータ装置２の交
流側端子２５はスイッチ７Ｃを介して特定負荷５、例え
ば、コンピュータの如（無瞬断給電が要求される負荷に
接続されている。スイッチ７ｂ、コンバータ装置ｌａｓ
インバータ装置２およびスイッチ７Ｃからなる直列回路
はスイッチ７ｄが介在するバイパス回路９によってバイ
パスされている。６は他の通常負荷、例えば空気調和装
置や照明装置等であって、スイッチ７ｄ、スイッチ７ａ
を介して交流電源４に接続されている。なお、スイッチ
７ａ〜７ｅ（例えば、半導体スイッチ）は交流電源４の
停電の有無を検出する、例えば無電圧検出器等の検出器
の検出信号、インバータ装置２の故障信号が導かれる監
視もしくは制御装置１０からの開閉信号によって開閉制
御される。

第５図に示すコンバータ装置１ａの主回路は、位相制御
される４個のサイリスタ１２をブリッジ接続して構成さ
れており、交流電圧を直流電圧に変換し、電解コンデン
サ１３によりリップル成分を除去して直流側端子１４か
ら送出する。第６図に示すインバータ装置２はＰＷＭ方
式のインバータ装置であって、その主回路は、４個のト
ランジスタ２２をブリッジ接続して構成されており、フ
ィルタ装置２４により高調波成分を除去して交流側端子
２５を通し、パルス中変調された交流電圧を送出する。

２３はダイオードである。

この構成においては、交流電源４の健全時、スイッチ７
ａ、７ｂ、７ｃ及び７ｅは閉路されており、スイッチ７
ｄは開路されている。交流電源４の電力はスイッチ７ａ
ｓ電源母線８、スイッチ７ｂを通してコンバータ装置１
ａに供給され、コンバータ装置１ａは制御された直流電
圧をインバータ装置２に供給するとともにバッテリー３
を浮動充電する。インバータ装置２は入力された直流電
圧を所定周波数の交流電圧に変換し、スイッチ７Ｃを通
して特定負荷５に給電する。また、通常負荷６にはスイ
ッチ７ａ、電源母線８、スイッチ７ｅを通し、交流電源
４から電力が供給されている。

この状態で、交流電源４に停電が生じた場合、コンバー
タ装置１ａからインバータ装置２への直流電力の供給は
無くなるが、瞬時に、インバータ装置２はバッテリー３
から直流電力の供給を受け、該直流電力を交流電力に変
換して特定負荷５に給電するので、特定負荷５には瞬断
なく交流電力が供給される。他方、通常負荷６への電力
の供給は無くなる。

また、交流電源４の健全時にコンバータ装置１ａまたは
インバータ装置２に故障が発生した場合には、故障信号
により、スイッチ７ｂ、７ｃが開路されるとともにスイ
ッチ７ｄが閉路され、特定負荷５にはバイパス回路９を
通して交流電源４から電力が給電される。しかし、この
故障状態で交流電源４に停電が生じた場合には、特定負
荷５、通常負荷６への給電は無くなる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このように、従来のシステムは、停電時の特定負荷５へ
の給電すなわち停電バックアップ動作、上記電力変換装
置の故障時の負荷への給電すなわち故障バックアップ動
作を有しているが、該故障バックアップ動作中の停電に
対してはバックアップすることができないので、信頼性
の面からは十分に高いと云えず、また、停電バックアッ
プ動作は特別な負荷である負荷５に対して行われるが、
通常負荷である負荷６に対して機能しないので、停電バ
ックアップ対象が制限されるという問題があった。

この発明は上記問題を解消するためになされたもので、
従来に比して、信頼性を大幅に向上することができる上
、より広範囲な負荷に対して停電バックアップを行うこ
とができる無停電電源装置を得ることを目的とする。

〔問題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、第１の発明では、順逆変換動
作可能な第１のインバータ装置と第２のインバータ装置
を存し、両インバータの直流側端子は共に再充電可能な
バッテリーに接続し、上記第１のインバータ装置の交流
側端子は電源母線を介し交流電源に、上記第２のインバ
ータ装置の交流側端子は特定負荷にそれぞれ接続する構
成とし、第２の発明では、上記構成に加え、第１のイン
バータ装置及び第２のインバータ装置がスイッチを介し
て共に電源母線と特定負荷に接続され、スイッチの一つ
は故障時用のスイッチとしたものである。

〔作用〕

上記第１の発明では、交流電源の停電時に、第１のイン
バータ装置を逆変換運転することにより、交流出力を電
源母線に送出することかできるので、特定負荷だけでな
く、通常負荷の停電バックアップが可能となる。また、
上記第２の発明では、インバータ装置故障時、故障時用
スイッチを閉路することにより、交流電源から負荷への
直接的給電路を閉成することができるとともにバッテリ
ーの浮動充電が可能となるので、上記故障後の停電時に
も、負荷に対する停電バックアップ動作を行わせること
ができる。

〔発明の実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図において、１は第１のインバータ装置であって、
順逆変換動作可能に構成されており、逆変換動作につい
てはインバータ装置２（第２のインバータ装置）と同様
の動作を行う。第１のインバータ装置ｌと第２のインバ
ータ装置２の直流側端子はバッテリー３の正極側に接続
されているが、第１のインバータ装置１の交流側端子は
スイッチ７ｂを介して電源母線８に、また、第２のイン
バータ装置２の交流側端子はスイッチ７Ｃを介して特定
負荷５に接続されている。特定負荷５は故障時用のスイ
ッチ７ｄを介して電源母線８に接続されている。他の構
成は前記第４図の構成と同じである。即ち、本実施例は
、第４図のコンバータ装置１ａに代えてインバータ装置
１を用いている点において回路構成上相違する。

次に、この装置の動作について説明する。

（１）電源健全時 この時は、スイッチ７ａ、７ｂ、７ｃ及び７ｅがオン（
ＯＮ）、スイッチ７ｄがオフ（ＯＦＦ）となるように制
御される。インバータ装置１は順変換モードで運転され
、交流電力を直流電力に変換してバッテリー３を浮動充
電するとともにインバータ装置２に直流電力を供給する
。また、インバータ装置２は逆変換モードで運転され、
インバータ装置１から供給される直流電力を交流電力に
変換して特定負荷５に給電する。通常負荷６には交流電
源４からスイッチ７ａ、７ｅを介して交流電力が給電さ
れる。

（２）電源停電時 上記（１）の状態から停電が発生した場合、インバ−タ
装置２がバッテリー３からの直流電力を交流電力に変換
して特定負荷５に給電するので、停電が発生しても特定
負荷５へは瞬断なく電力が供給される。通常負荷６に対
しては、このままでは給電が断たれるが、停電発生と同
時に、スイッチ７ａをオフし、インパーク装置１の運転
を逆変換モードに切換えると、インバータ装置ｌはバッ
テリー３の直流電力を交流電力に変換して送出し、該交
流電力はスイッチ７ａ、７ｅを通して通常負荷６に給電
されるので、特定負荷５だけでなく通常負荷６を含むよ
り広い負荷群に対する停電バックアップが可能となる。

なお、この時、運転モードの切換えを要するために通常
負荷６への給電は無瞬断ではなくなるが、通常負荷６が
空気調和装置や照明設備用の電源であるから、十分に許
容される。

（３）インバータ装置の故障時 交流電源４が健全な状態で、例えば、インバータ装置２
に出力停止となる故障が発生した場合、インバータ装置
２が通常内蔵する故障検知ユニットの故障信号を利用し
てスイッチ７ｂ、７Ｃをオフし、スイッチ７ｄをオンす
れば、特定負荷５に対しては連続的に電力を供給するこ
とができる。

なお、この時は、インバータ装置２を、その出力電圧が
交流電源４の電源電圧と同期するように運転させておく
必要がある。また、この場合は、上記スイッチ７ｂ、７
Ｃ及び７ｄの切換えを瞬時に行う必要がある。インバー
タ装置１が故障した場合も同様にして交流電源４から負
荷５に給電させることができるが、この場合には、バッ
テリー３の持続時間の間に上記スイッチ群の切換え動作
を完了すればよい。

第２図は、この発明の他の実施例を示したものである。

同図において、２ａはインバータ装置であって、入力さ
れる直流電力を、交流電源４の電圧・周波数（例えば、
２００Ｖ、６０Ｈｚ）と異なる電圧・周波数（例えば、
１００ｖ、４００Ｈｚ）の交流電力に変換して特定負荷
５ａに供給する。

この構成においては、交流電源４の健全時、インバータ
装置１は順変換モードで運転され、インバータ装置２は
逆変換モードで運転される。従って、インバータ装置１
は交流電力を直流電力に変換してインバー′夕装置２に
供給するとともにバッテリー３を浮動充電する。インバ
ータ装置２は直流電力を特定負荷５ａが要求する所定電
圧、所定周波数の交流電力に変換して該特定負荷５ａに
供給する。通常負荷６には交流電源４から直接電力が供
給される。この状態で、交流電源４に停電が発生すると
、インバータ類ｆｆ２ａはバッテリー３の直流電力を交
流電力に変換して無瞬断に特定負荷５ａに給電する。一
方、スイッチ７ａを速やかにオフし、インバータ装置１
を逆変換運転に切換えることにより、バッテリー３の直
流電力をインバータ装置１により交流電力に変換して通
常負荷６に供給することができる。

〔特定発明の実施例〕

第３図は他の発明の実施例を示すブロック図であって、
インバータ装置１の交流側端子はスイッチ７ｂを介して
電源母線８に接続されるだけでなくスイッチ７ｇを介し
て特定負荷５に接続されており、また、インバータ装置
２はスイッチ７Ｃを介して特定負荷５に接続されるだけ
でなく、スイッチ７ｆを介して電源母線８に接続され、
第１図のスイッチ７ｄが除去されている点において前記
第１図の実施例と相違する。

（１）電源健全時 この時は、スイッチ群は、スイッチ７ａ、７ｂ、７Ｃ及
び７ｅがオン（ＯＮ）で、かつ、スイッチ７ｆ、７ｇが
オフ（ＯＦＦ）となるように制御される。インバータ装
置１は順変換モードで運転され、交流電力を直流電力に
変換してバッテリー３を浮動充電するとともにインバー
タ装置２に直流電力を供給する。また、インバータ装置
２は逆変換モードで運転され、インバータ類Ｗ１から供
給される直流電力を交流電力に変換して特定負荷５に給
電する。通常負荷６には交流電源４からスイッチ７ａ、
７ｅを介して交流電力が給電される。

（２）電源停電時 上記（１）の状態から停電が発生した場合、前記実施例
の場合と同様に、インバータ装置２がバッチツノ−３か
らの直流電力を交流電力に変換して特定負荷５に給電す
る。通常負荷６に対しても同様で、停電発生と同時に、
スイッチ７ａをオフし、インバータ装置ｌの運転を逆変
換モードに切換えることにより、インバータ装置１から
スイッチ７ｅを通して通常負荷６に給電することができ
る。

（３）インバータ装置の故障時 交流電源４が健全な状態で、例えば、インバータ装置１
に出力停止となる故障が発生した場合、インバータ装置
ｌが通常内蔵する故障検知ユニットの、故障信号を利用
してスイッチ７ｂをオフ、スイッチ７ｆをオンするとと
もにインバータ装置２の運転を順変換モードに切換える
。これにより、交流電源４−スイッチ７ａ−スイッチ７
ｆ−スイッチ７Ｃ−特定負荷５を通る給電路が閉成され
るので、特定負荷５には交流電源４から直接的に電力が
供給される。この切換えはインバータ装置２がバッテリ
ー３の直流電力を交流電力に変換して特定負荷５に供給
している間に行えばよいので、特定負荷５に対する電力
供給は断続しない。切換え後はインバータ装置２の順変
換動作によりバッテリー３が浮動充電される。このため
、その後に、交流電源４に停電が発生しても、速やかに
スイッチ７ｆをオフするとともにインバータ装置２を逆
変換モードに切換えることにより、特定負荷５には連続
的に電力を供給することができる。この時、特定負荷５
の消費電力から見てインバータ装置２の出力容量に余裕
があれば、スイッチ７ａをオフし、スイッチ７ｆ、７ｅ
をオンさせることにより、通常負荷６に対しても給電す
ることができる。

一方、交流電源４の健全時に、インバータ装置２が故障
した場合には、スイッチ７Ｃをオフ、スイッチ７ｇをオ
ンさせることにより、交流電源４−スイッチ７ａ−スイ
ッチｂ−スイッチ７ｇ−特定負荷５を通る給電路が閉成
されるので、特定負荷５には交流電源４から直接的給電
される。切換え後も、インバータ装置１がバッテリー３
を浮動充電しているので、その後に、交流電源４が停電
しても、速やかに、スイッチ７ｂをオフし、インバータ
装置１を逆変換モードに切換えることにより、バッテリ
ー３からインバータ装置ｌを通して特定負荷５に電力を
供給することができる。この場合にも、特定負荷５の消
費電力から見てインバータ装置１の出力容量に余裕があ
れば、スイッチ７ａをオフし、スイッチ７ｒ、７ｅをオ
ンさせることにより、通常負荷６に対しても給電するこ
とができる。

〔発明の効果〕

この発明は以上説明した通り、２台のインバータ装置を
用い、交流電源の停電の有無、インバータ装置の故障の
有無、該故障後の交流電源の停電の有無に応じてスイッ
チ群の開閉モードを変更する構成としたことにより、無
瞬断を要求する特定負荷及び無瞬断を要件としない通常
負荷を含む負荷群の停電時バックアップを全面的に行う
ことができるだけでなく、インバータ装置故障時の故障
バックアップ、該故障時の停電バックアップも行うこと
ができるので、従来に比して、信頼性を大幅に向上する
ことができ、しかも、簡単な回路構成で上記効果を得る
ことができるので、その実用的利点は非常に大である。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は、それぞれ、この発明の実施例を示す
ブロック図、第４図は従来の無停電電源システムを示す
ブロック図、第５図は上記従来例において用いられるコ
ンバータ８の主回路を示す回路図、第６図は上記実施例
及び上記従来例において用いられるインバータ装置の主
回路を示す回路図である。 図において、■、２．２ａ・−・インバータ装置、３・
・−バッテリー、４−・−交流電源、５．５ａ、６−・
負荷、７ａ〜７ｇ・−スイッチ。 なお、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）順逆変換動作可能な第１のインバータ装置と、第
   ２のインバータ装置を有し、両インバータの直流側端子
   は共に再充電可能なバッテリーに接続され、上記第１の
   インバータ装置の交流側端子は交流電源母線に、上記第
   ２のインバータ装置の交流側端子は特定負荷にそれぞれ
   接続され、交流電源健全時は、上記第１のインバータ装
   置は順変換動作、上記第２のインバータは逆変換動作を
   行うことを特徴とする無停電電源装置。
2. （２）商用電源停電時、第１のインバータ装置が逆変換
   動作に切替えられ、電源母線が交流電源と遮断されるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の無停電電源
   装置。
3. （３）第１のインバータ装置と第２のインバータ装置が
   それぞれ異なる負荷に給電し、両負荷の電圧周波数条件
   が異なることを特徴とする特許請求の範囲第２項記載の
   無停電電源装置。
4. （４）特定負荷がスイッチを介して電源母線に接続され
   ており、インバータ装置の故障時、該スイッチが投入さ
   れることを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の無停電電源装置。
5. （５）順逆変換動作可能な第１のインバータ装置と順逆
   変換動作可能な第２のインバータ装置を有し、両インバ
   ータの直流側端子は共に再充電可能なバッテリーに接続
   され、上記第１のインバータ装置の交流側端子は第１ス
   イッチを介し電源母線に接続されるとともにインバータ
   故障時用の第２スイッチを介して特定負荷に接続され、
   上記第２のインバータ装置の交流側端子はインバータ故
   障時用の第３スイッチを介し電源母線に接続されるとと
   もに第４スイッチを介して特定負荷にそれぞれ接続され
   、交流電源および両インバータ装置共に健全時は、上記
   第１のインバータ装置は順変換動作、上記第２のインバ
   ータは逆変換動作を行うことを特徴とする無停電電源装
   置。
6. （６）交流電源停電時、第１のインバータ装置及び第２
   のインバータ装置が逆変換動作を行い、電源母線が交流
   電源と遮断されることを特徴とする特許請求の範囲第５
   項記載の無停電電源装置。
7. （７）故障時用スイッチは、相手インバータ装置の故障
   時に閉路され、健全インバータ装置は順変換動作するこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第４項または第５項また
   は第６項記載の無停電電源装置。
8. （８）故障時用スイッチは、閉路後の交流電源停電時に
   開路されることを特徴とする特許請求の範囲第５項また
   は第６項または第７項記載の無停電電源装置。