JPWO2013038496A1 - Power system - Google Patents
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Abstract
電源システム(100)は、負荷に電力を供給する無停電電源装置(5)と、負荷にバイパス電源(1)を接続するスイッチ(6)と、無停電電源装置(5)の停止時にスイッチ(6)をオンする切換回路(7)とを備える。無停電電源装置(5)が停止した場合、切換回路(6)は、バイパス電源(1)の出力電圧の位相が無停電電源装置(5)の停止時の出力電圧の位相に等しいときにスイッチ(6)をオンする。The power supply system (100) includes an uninterruptible power supply (5) for supplying power to a load, a switch (6) for connecting a bypass power supply (1) to the load, and a switch ( And 6) a switching circuit (7) for turning on. When the uninterruptible power supply (5) stops, the switching circuit (6) switches when the phase of the output voltage of the bypass power supply (1) is equal to the phase of the output voltage when the uninterruptible power supply (5) is stopped. Turn on (6).
Description
本発明は電源システムに関し、特に、無停電電源装置(UPS)に用いられる電源切換回路に関する。 The present invention relates to a power supply system, and more particularly to a power supply switching circuit used for an uninterruptible power supply (UPS).
無停電電源装置(UPS)は、負荷に電力を継続的に供給するように構成される。UPSの故障あるいは保守によってUPSが停止することがある。このような場合に備えるため、バイパス電源がUPSと並列に設けられる。 An uninterruptible power supply (UPS) is configured to continuously supply power to a load. UPS may stop due to UPS failure or maintenance. In order to prepare for such a case, a bypass power supply is provided in parallel with the UPS.
一般にUPSはインバータを有する。そのインバータが故障した場合には、バイパス電源が負荷に電力を供給する。バイパス電源の電圧がUPSの出力電圧と同期していない場合には、大きな励磁突入電流が負荷トランスに流れるという問題が発生する。 Generally, a UPS has an inverter. If the inverter fails, the bypass power supply supplies power to the load. When the voltage of the bypass power supply is not synchronized with the output voltage of the UPS, there arises a problem that a large magnetizing inrush current flows to the load transformer.
バイパス電源が負荷に電力を供給するときにはUPSの出力スイッチがオフされる。しかしながら、出力スイッチが完全にオフするために、ある程度の時間を要する。このため、負荷トランスだけでなくUPSの内部の絶縁トランスにも励磁突入電流が流れる可能性がある。 When the bypass power supply supplies power to the load, the UPS output switch is turned off. However, a certain amount of time is required for the output switch to be completely turned off. For this reason, there is a possibility that the magnetizing inrush current flows not only in the load transformer but also in the insulating transformer inside the UPS.
特開平8−256431号公報(特許文献1)は、変圧器励磁突入電流を抑制するための静止型突入電流抑制装置を開示する。この装置は、変圧器一次側に接続されたサイリスタと、サイリスタの一次側に接続された計器用変圧器と、計器用変圧器の二次側に接続されたピーク電圧検出回路と、ピーク電圧検出回路がピーク電圧を検出したタイミングでサイリスタをオンさせるサイリスタゲート出力回路とを備える。変圧器は、ピーク電圧によって励磁される。これにより変圧器励磁突入電流を抑制することができる。 Japanese Patent Laid-Open No. 8-256431 (Patent Document 1) discloses a static inrush current suppressing device for suppressing a transformer excitation inrush current. This device comprises a thyristor connected to the primary side of the transformer, an instrument transformer connected to the primary side of the thyristor, a peak voltage detection circuit connected to the secondary side of the instrument transformer, and a peak voltage detection And a thyristor gate output circuit that turns on the thyristor at a timing when the circuit detects the peak voltage. The transformer is excited by the peak voltage. Thereby, a transformer excitation inrush current can be suppressed.
UPSが停止した場合にも電力を途切れることなく負荷に供給するためには、電源を切換えるための時間をできるだけ短くすることが求められる。さらに、バイパス電源の電圧がUPSの出力電圧と同期することも要求される。 In order to supply power to the load without interruption even when the UPS is stopped, it is required to shorten the time for switching the power source as much as possible. Furthermore, it is required that the voltage of the bypass power supply is synchronized with the output voltage of the UPS.
本発明の目的は、電源の切換時間を短くすることが可能であるとともに励磁突入電流を抑制することが可能な電源システムを提供することである。 An object of the present invention is to provide a power supply system that can shorten the switching time of the power supply and suppress the magnetizing inrush current.
本発明の一局面に係る電源システムは、負荷に電力を供給する無停電電源装置と、負荷にバイパス電源を接続するスイッチと、無停電電源装置の停止時に、スイッチをオンする切換回路とを備える。無停電電源装置が停止した場合、切換回路は、バイパス電源の出力電圧の位相が無停電電源装置の停止時の出力電圧の位相に等しいときにスイッチをオンする。 A power supply system according to one aspect of the present invention includes an uninterruptible power supply that supplies power to a load, a switch that connects a bypass power supply to the load, and a switching circuit that turns on the switch when the uninterruptible power supply stops. . When the uninterruptible power supply stops, the switching circuit turns on the switch when the phase of the output voltage of the bypass power supply is equal to the phase of the output voltage when the uninterruptible power supply stops.
本発明によれば、無停電電源装置とバイパス電源との間で電源を切換えるための時間を短くすることができる。さらに本発明によれば励磁突入電流を抑制することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the time for switching a power supply between an uninterruptible power supply and a bypass power supply can be shortened. Furthermore, according to the present invention, the magnetizing inrush current can be suppressed.
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.
図1は、本発明の一実施形態に係る電源システムの構成図である。図1を参照して、電源システム100は、バイパス電源1または入力電源2から供給される電力を負荷3に供給する。バイパス電源1および入力電源2は交流電源である。図1ではバイパス電源1および入力電源2を三相交流電源として示してある。しかし、これらの電源は単相電源でもよい。バイパス電源1および入力電源2の種類は特に限定されるものではない。 FIG. 1 is a configuration diagram of a power supply system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1,
電源システム100は、無停電電源装置(UPS)5と、サイリスタスイッチ6と、切換回路7とを含む。UPS5は、コンバータ11と、バッテリ12と、インバータ13と、絶縁トランス14と、出力スイッチ15と、コンデンサ16と、同期回路17とを備える。負荷トランス4は負荷3に並列に設けられる。 The
コンバータ11は、入力電源2からの交流電力を直流電力に変換する。コンバータ11からの直流電力はバッテリ12およびインバータ13に供給される。コンバータ11の動作時には、バッテリ12はコンバータ11からの直流電力を蓄える。コンバータ11の停止時には、バッテリ12はインバータ13に直流電力を供給する。コンデンサ16は、インバータ13に入力される直流電力を平滑化する。 Converter 11 converts AC power from
インバータ13は、直流電力を交流電力(たとえば三相交流)に変換する。出力スイッチ15は、インバータ13からの交流電力を負荷3に出力するか否かを切換える。たとえば出力スイッチ15は機械スイッチ(たとえばコンタクタ)によって実現される。出力スイッチ15がオン状態である場合、インバータ13からの交流電力は絶縁トランス14を介して負荷3および負荷トランス4へと供給される。この場合、サイリスタスイッチ6はオフ状態である。 Inverter 13 converts DC power into AC power (for example, three-phase AC). The output switch 15 switches whether to output the AC power from the
同期回路17は、電圧Vinvの位相を電圧Vbypの位相と同期させる。電圧Vinvは絶縁トランス14を介してインバータ13から出力される電圧である。電圧Vbypはバイパス電源1の出力電圧である。たとえば同期回路17はPLL(Phase Lock Loop)回路によって実現される。出力スイッチ15がオン状態である場合、負荷3および負荷トランス4に入力される電圧VoはVinvに等しい。 The
切換回路7は、電圧Vinvをモニタする。たとえば、インバータ13の故障によって電圧Vinvの供給が停止された場合、切換回路7は、サイリスタスイッチ6をオンする。さらに、出力スイッチ15がオフされる。たとえば切換回路7が出力スイッチ15をオフする。別の回路が出力スイッチ15をオフしてもよい。 The
サイリスタスイッチ6がオンすると、バイパス電源1が負荷3および負荷トランス4に接続される。したがって、バイパス電源1からの電力が負荷3および負荷トランス4に供給される。この場合には、電圧VoはVbypに等しい。 When the
本発明の一実施形態によれば、切換回路7は、UPS5が負荷3への電力の供給を停止したときの電圧Vinvの位相を記憶する。さらに切換回路7は、電圧Vbypをモニタする。切換回路7は、電圧Vbypの位相が電圧invの記憶された位相と一致するときにサイリスタスイッチ6をオンする。 According to one embodiment of the present invention, the
この実施形態によれば、負荷3への電力の供給が停止される期間の長さを交流の1サイクル(たとえば1/50秒あるいは1/60秒)以内にすることができる。すなわちこの実施の形態によれば負荷3への電力供給が停止する期間を短くすることができる。 According to this embodiment, the length of the period during which the supply of power to the
さらに、この実施の形態によれば、電圧Voが電圧Vinvから電圧Vbypに切り換わるときに電圧Voの位相を保つことができる。したがって電圧Voが電圧Vinvから電圧Vbypに切り換わる前後において、電圧Voの位相が連続的に変化する。これにより負荷3および負荷トランス4に流れる励磁突入電流を抑制することができる。 Furthermore, according to this embodiment, the phase of the voltage Vo can be maintained when the voltage Vo switches from the voltage Vinv to the voltage Vbyp. Therefore, the phase of the voltage Vo changes continuously before and after the voltage Vo switches from the voltage Vinv to the voltage Vbyp. Thereby, the magnetizing inrush current flowing through the
図2は、図1に示した切換回路の機能ブロック図である。図2を参照して、切換回路7は、位相検出部21,23と、記憶部22と、スイッチ制御部24とを含む。 FIG. 2 is a functional block diagram of the switching circuit shown in FIG. Referring to FIG. 2, switching
位相検出部21は、UPS5の電圧Vinvの位相を検出する。たとえば位相検出部21は、電圧Vinvの値を測定することによって電圧Vinvの位相を検出する。具体的には、電圧Vinvの振幅および周期を取得することにより、電圧Vinvの電圧値に基づいて電圧Vinvの位相を決定できる。電圧Vinvの振幅および周期は位相検出部21に予め与えられてもよいし、UPS5の動作時に位相検出部21が取得してもよい。 The
記憶部22は、UPS5の停止時における電圧Vinvの位相を記憶する。たとえば位相検出部21は、電圧Vinvの位相が変化しない場合に、その位相の値を記憶部22に格納する。代わりに、位相検出部21は、記憶部22に記憶された値を、電圧Vinvの位相の検出値で更新してもよい。電圧Vinvの位相が変化しない場合には、記憶部22に記憶された値は変化しない。したがって、記憶部22は、UPS5の停止時における電圧Vinvの位相を記憶することができる。 The
位相検出部23は、バイパス電源1の電圧Vbypの位相を検出する。位相検出部23は、たとえば位相検出部21による検出方式と同じ方式を用いて、電圧Vbypの位相を検出する。 The
スイッチ制御部24は、記憶部22に記憶された電圧Vinvの位相と、電圧Vbypの位相とを比較する。電圧Vbypの位相が電圧Vinvの位相に一致した場合に、スイッチ制御部24はサイリスタスイッチ6をオンする。 The
UPS5が復旧した場合、サイリスタスイッチ6がオフされる。サイリスタスイッチ6をオフするための制御方法は特に限定されない。一形態では、位相検出部21で検出されたVinvの位相が時間的に変化し、かつ、その位相が電圧Vbypの位相と一致する場合に、スイッチ制御部24はサイリスタスイッチ6をオフする。スイッチ制御部24はさらに出力スイッチ15をオンしてもよい。このような制御によって、負荷3および負荷トランス4に供給される電圧Voの位相を連続にすることができる。 When the
スイッチ制御部24は、記憶部22に記憶された値を定期的に取得することにより、UPS5が動作あるいは停止しているかを判断できる。上記のように位相検出部21が、電圧Vinvの位相の検出値を用いて、記憶部22に記憶された値を更新する。記憶部22に記憶された値が変化しないことにより、スイッチ制御部24は、UPS5が停止していると判断できる。 The
一方、記憶部22に記憶された値が変化することにより、スイッチ制御部24は、UPS5が動作していると判断できる。この場合には、スイッチ制御部24はサイリスタスイッチ6をオンしない。サイリスタスイッチ6をオフするための制御も上記の方式に従って実現できる。一形態では、電圧Vinvの位相が電圧Vbypの位相と一致する場合に、スイッチ制御部24はサイリスタスイッチ6をオフする。 On the other hand, when the value stored in the
図3は、本発明の一実施形態に係る電源システムの動作を説明するための波形図である。図1および図3を参照して、時刻t1においてインバータ13が停止する。時刻t1における電圧Vinvの位相および電圧Voの位相はともにaである。一方、時刻t1における電圧Vbypの位相はcである。位相cは位相aと異なる。 FIG. 3 is a waveform diagram for explaining the operation of the power supply system according to the embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 1 and 3,
時刻t2において電圧Vbypの位相がaに等しくなる。したがって切換回路7はサイリスタスイッチ6をオンする。時刻t2から負荷3および負荷トランス4への給電が再開される。時刻t1から時刻t2までの期間は1周期T以内の期間である。時刻t1からある程度の時間(たとえば50ms)が経過した後に出力スイッチ15が完全にオフする(時刻t3)。しかし、本実施の形態によれば、時刻t3以前に負荷への電力の供給が復帰する。 At time t2, the phase of the voltage Vbyp becomes equal to a. Therefore, the switching
図4は、本発明の一実施形態に係る電源システムの別の動作を説明するための波形図である。図4を参照して、時刻t1,t3は、図3に示した時刻t1,t3にそれぞれ対応する。図4に示した形態では、電圧Vbypと電圧Vinvとが同期している。すなわち、電圧Vbypの位相と電圧Vinvの位相とが互いに等しい。 FIG. 4 is a waveform diagram for explaining another operation of the power supply system according to the embodiment of the present invention. Referring to FIG. 4, times t1 and t3 correspond to times t1 and t3 shown in FIG. 3, respectively. In the form shown in FIG. 4, the voltage Vbyp and the voltage Vinv are synchronized. That is, the phase of the voltage Vbyp and the phase of the voltage Vinv are equal to each other.
図4によれば、インバータ13が停止したタイミングと実質的に同じタイミングでサイリスタスイッチ6をオンすることができる。したがって負荷3(および負荷トランス4)への電力の供給が停止される期間をより一層短くすることができる。 According to FIG. 4, the
図5は、本実施の形態に係る電源システムの比較例の構成を示した図である。図1および図5を参照して、電源システム101は、切換回路7に代えて切換回路7Aを含む点において電源システム100と異なる。電源システム101の他の部分の構成は電源システム100の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。 FIG. 5 is a diagram showing a configuration of a comparative example of the power supply system according to the present embodiment. Referring to FIGS. 1 and 5,
UPS5が停止した場合に、切換回路7Aはサイリスタスイッチ6をオンする。具体的には、切換回路7Aは、出力スイッチ15が完全にオフしてから所定の時間が経過した後にサイリスタスイッチ6をオフする。 When the
バイパス電源1の周波数が変動した場合、電圧Vinvは電圧Vbypにすぐには同期できない。電圧Vinvが電圧Vbypに同期できない場合には、インバータ113は、固定された自走周波数で動作する。 When the frequency of the bypass power supply 1 fluctuates, the voltage Vinv cannot be immediately synchronized with the voltage Vbyp. When the voltage Vinv cannot be synchronized with the voltage Vbyp, the inverter 113 operates at a fixed free-running frequency.
図6は、図5に示した電源システムの動作を説明するための波形図である。図5および図6を参照して、電圧Vinvの位相と電圧Vbypの位相とは互いにずれている。この状態でUPS5が停止する場合には、入力電源2からバイパス電源1へと電源を切換える必要があるだけでなく、絶縁トランス114への励磁突入電流を抑制する必要もある。このため、図5に示された構成によれば、出力スイッチ15がオフした後にサイリスタスイッチ6がオンされる。 FIG. 6 is a waveform diagram for explaining the operation of the power supply system shown in FIG. Referring to FIGS. 5 and 6, the phase of voltage Vinv and the phase of voltage Vbyp are shifted from each other. When the
時刻t11においてインバータ13が停止する。上記のように、インバータ13が停止してから出力スイッチ15が完全にオフするまでには、ある程度の時間を要する。時刻t12において出力スイッチ15が完全にオフする。 The
サイリスタスイッチ6は、出力スイッチ15が完全にオフしてから、固定された遅延時間が経過した後にオンする(時刻t13)。時刻t11から時刻t13までの間には、負荷3への電力の供給が途絶える(Vo=0)。このため負荷3の動作が停止する可能性がある。 The
時刻t11における電圧Voの位相は、電圧Vinvの位相aに等しい。一方、時刻t13における電圧Voの位相は、電圧Vbypの位相bに等しい。位相bは位相aと異なる。位相が不連続に変化するため、大きな励磁突入電流が負荷トランス4に流れるという問題が発生する。 The phase of the voltage Vo at time t11 is equal to the phase a of the voltage Vinv. On the other hand, the phase of voltage Vo at time t13 is equal to phase b of voltage Vbyp. Phase b is different from phase a. Since the phase changes discontinuously, there arises a problem that a large magnetizing inrush current flows to the
これに対して、図3および図4に示されるように、本発明の実施の形態によれば、負荷への電力の供給が停止される期間は、交流の1周期以内の期間である。したがって負荷が停止する可能性が小さくなる。 In contrast, as shown in FIGS. 3 and 4, according to the embodiment of the present invention, the period during which the supply of power to the load is stopped is a period within one AC cycle. Therefore, the possibility that the load stops is reduced.
さらに本実施の形態によれば、負荷3への電力の供給が停止したときの位相状態を保ちながら負荷3への電力の供給を再開することができる。これによって、負荷3および負荷トランス4への励磁突入電流を抑制することができる。 Furthermore, according to the present embodiment, it is possible to resume the supply of power to the
本発明は、UPSの停止時にバイパス電源が負荷に電力を供給する構成に適用できる。したがって、UPSが停止される理由は、UPSの故障に限定されず、たとえばUPSの保守を含みうる。 The present invention can be applied to a configuration in which a bypass power supply supplies power to a load when the UPS is stopped. Therefore, the reason why the UPS is stopped is not limited to a UPS failure, and may include, for example, UPS maintenance.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 バイパス電源、2 入力電源、3 負荷、4 負荷トランス、5 無停電電源装置、6 サイリスタスイッチ、7,7A 切換回路、11 コンバータ、12 バッテリ、13 インバータ、14 絶縁トランス、15 出力スイッチ、16 コンデンサ、17
同期回路、21,23 位相検出部、22 記憶部、24 スイッチ制御部、100,101 電源システム。1 bypass power supply, 2 input power supply, 3 load, 4 load transformer, 5 uninterruptible power supply, 6 thyristor switch, 7, 7A switching circuit, 11 converter, 12 battery, 13 inverter, 14 isolation transformer, 15 output switch, 16 capacitor , 17
Synchronous circuit, 21, 23 Phase detection unit, 22 storage unit, 24 switch control unit, 100, 101 power supply system.
Claims (3)
前記負荷にバイパス電源(1)を接続する第1のスイッチ(6)と、
前記無停電電源装置(5)の停止時に、前記第1のスイッチ(6)をオンする切換回路(7)とを備え、
前記無停電電源装置(5)が停止した場合、前記切換回路(7)は、前記バイパス電源(1)の出力電圧の位相が前記無停電電源装置(5)の停止時の出力電圧の位相に等しいときに前記第1のスイッチ(6)をオンする、電源システム。An uninterruptible power supply (5) for supplying power to the load;
A first switch (6) for connecting a bypass power supply (1) to the load;
A switching circuit (7) for turning on the first switch (6) when the uninterruptible power supply (5) is stopped;
When the uninterruptible power supply (5) stops, the switching circuit (7) causes the phase of the output voltage of the bypass power supply (1) to be the phase of the output voltage when the uninterruptible power supply (5) is stopped. A power supply system that turns on the first switch (6) when equal.
前記無停電電源装置(5)の出力電圧を前記バイパス電源(1)の出力電圧に同期させるための同期回路(17)を含む、請求項1に記載の電源システム。The uninterruptible power supply (5)
The power supply system according to claim 1, comprising a synchronization circuit (17) for synchronizing the output voltage of the uninterruptible power supply (5) with the output voltage of the bypass power supply (1).
前記無停電電源装置(5)の停止時に前記無停電電源装置(5)を前記負荷から切り離す第2のスイッチ(15)をさらに含み、
前記無停電電源装置(5)の復帰後、前記無停電電源装置(5)の出力電圧の位相が前記バイパス電源(1)の電圧の位相に同期したときに、前記切換回路(7)は前記第1のスイッチ(6)をオフするともに前記第2のスイッチ(15)をオンする、請求項2に記載の電源システム。The uninterruptible power supply (5)
A second switch (15) for disconnecting the uninterruptible power supply (5) from the load when the uninterruptible power supply (5) is stopped;
After the uninterruptible power supply (5) is restored, when the phase of the output voltage of the uninterruptible power supply (5) is synchronized with the phase of the voltage of the bypass power supply (1), the switching circuit (7) The power supply system according to claim 2, wherein the first switch (6) is turned off and the second switch (15) is turned on.
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