WO2016194126A9 - 無停電電源装置 - Google Patents

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啓祐 大西
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東芝三菱電機産業システム株式会社
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    • H02J9/068—Electronic means for switching from one power supply to another power supply, e.g. to avoid parallel connection

Definitions

  • the present invention relates to an uninterruptible power supply, and more particularly to an uninterruptible power supply capable of continuing the supply of AC power to a load even when a power failure occurs.
  • the conventional uninterruptible power supply device includes a converter, an inverter, and a bypass circuit.
  • the AC power supplied from the AC power supply is converted to DC power by the converter, and the DC power is stored in the power storage device and converted to AC power by the inverter. And supplied to the load.
  • the inverter fails, AC power from the AC power source is supplied to the load via the bypass circuit.
  • the DC power of the power storage device is converted into AC power by an inverter and supplied to a load (for example, JP 2010-220339 A (Patent Document 1). )reference).
  • the AC power generated by the inverter is normally supplied to the load, and when the inverter fails, the AC power from the AC power source is supplied to the load via the bypass circuit. is called.
  • This method has an advantage that high-quality AC power with a small voltage fluctuation generated by the inverter can be supplied to the load, and a disadvantage that power loss is always generated in the inverter and efficiency is low.
  • the main object of the present invention is to provide a low-cost uninterruptible power supply.
  • the uninterruptible power supply includes a first input terminal that receives the first AC power supplied from the first AC power supply, and a second input that receives the second AC power supplied from the second AC power supply.
  • Two input terminals a battery terminal connected to the power storage device, an output terminal connected to the load, a converter connected to the first input terminal and converting the first AC power to DC power, and a converter
  • An inverter that converts the DC power generated by or the DC power of the power storage device into third AC power, a first semiconductor switch connected between the second input terminal and the output terminal, A first mechanical switch connected in parallel to the semiconductor switch and a control device for controlling the uninterruptible power supply by the selected one of the first and second power feeding methods.
  • the second power supply method can be selected only when the second semiconductor switch is connected in parallel to the first semiconductor switch.
  • the first power supply method when the inverter is normal, the third AC power generated by the inverter is supplied to the load.
  • the inverter fails the second AC power supplied from the second AC power is supplied.
  • This is a power feeding method in which AC power is supplied to a load through a first semiconductor switch for a predetermined time and second AC power is supplied to the load through a first mechanical switch.
  • the second power supply method supplies the second AC power to the load via the second semiconductor switch, When the supply of the second AC power from the AC power supply is stopped, the second semiconductor switch is turned off and the third AC power generated by the inverter is supplied to the load.
  • the uninterruptible power supply according to the present invention is basically a device that executes a first power feeding method using a first semiconductor switch, and the second semiconductor switch is connected in parallel to the first semiconductor switch. When the second power supply method is selected, the second power supply method is performed using the second semiconductor switch. Therefore, the cost of the apparatus can be reduced as compared with the case where the first power supply type uninterruptible power supply apparatus and the second power supply type uninterruptible power supply apparatus are separately designed and manufactured.
  • FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a configuration of a semiconductor switch 3 illustrated in FIG. 2. It is a circuit block diagram which shows the structure of the uninterruptible power supply device in which the semiconductor switch 20 is mounted. It is a circuit block diagram for demonstrating the usage method and operation
  • FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a configuration of the semiconductor switch 20 illustrated in FIG. 4.
  • FIG. 1 is a circuit block diagram showing a configuration of an uninterruptible power supply 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows a state where only the standard semiconductor switch 3 (first semiconductor switch) is mounted and the optional semiconductor switch 20 (second semiconductor switch) is not mounted.
  • the uninterruptible power supply 1 includes a substrate 2.
  • the operation unit 7 and the control device 8 are mounted.
  • a space A for mounting the optional semiconductor switch 20 is provided.
  • FIG. 2 is a circuit block diagram for explaining how to use and operate the uninterruptible power supply 1 shown in FIG.
  • the input terminals T1a to T1c receive commercial-phase three-phase AC power supplied from a commercial AC power source 31 (first AC power source).
  • Bypass terminals T2a to T2c receive commercial-phase three-phase AC power supplied from bypass AC power source 32 (second AC power source).
  • the bypass AC power supply 32 may be a commercial AC power supply or a generator.
  • the battery terminals T3a and T3b are connected to the positive electrode and the negative electrode of the battery 33 (power storage device), respectively.
  • a capacitor may be connected instead of the battery 33.
  • the output terminals T4a to T4c are connected to the load 34.
  • the load 34 is driven by commercial-phase three-phase AC power supplied from the uninterruptible power supply 1.
  • An optional semiconductor switch 20 is connected to the switch terminals T5a to T5c and T6a to T6c. This will be described later.
  • One terminals of the mechanical switches S1a to S1c are connected to the input terminals T1a to T1c, respectively, and the other terminals are connected to the three input nodes of the converter, respectively.
  • the mechanical switches S1a to S1c are controlled by the control device 8, and are turned on when DC power is generated by the converter 4, and when the operation of the converter 4 is stopped, for example, supply of three-phase AC power from the commercial AC power supply 31 is performed. Turned off during a stopped power outage.
  • the converter 4 is controlled by the control device 8, and at the normal time when the three-phase AC power is supplied from the commercial AC power supply 31, the converter 4 converts the three-phase AC power supplied from the commercial AC power supply 31 via the mechanical switches S 1 a to S 1 c to DC. Convert to electricity.
  • the converter 4 normally converts a three-phase AC voltage supplied from the commercial AC power supply 31 to the three input nodes via the mechanical switches S1a to S1c into a DC voltage, and outputs the DC voltage to two outputs. Output between nodes.
  • the operation of the converter 4 is stopped.
  • each of DC positive bus PL and DC negative bus NL is connected to two output nodes of converter 4, and the other end thereof is connected to two input nodes of inverter 5.
  • Capacitor C1 is connected between DC positive bus PL and DC negative bus NL, and smoothes the DC voltage between DC positive bus PL and DC negative bus NL.
  • the DC power generated by the converter 4 is supplied to the inverter 5 through the DC positive bus PL and the DC negative bus NL, and is also supplied to the bidirectional chopper 6.
  • Bidirectional chopper 6 is connected to DC positive bus PL and DC negative bus NL, and to battery terminals T3a and T3b.
  • the bidirectional chopper 6 is controlled by the control device 8, and supplies DC power generated by the converter 4 to the battery 33 during normal times when three-phase AC power is supplied from the commercial AC power supply 31.
  • the DC power of the battery 33 is supplied to the inverter 5.
  • the bi-directional chopper 6 steps down the DC voltage generated by the converter 4 and supplies it to the battery 33 during normal operation, and boosts the voltage across the terminals of the battery 33 and supplies it to the inverter 5 during power failure.
  • the inverter 5 is controlled by the control device 8 and converts the DC power generated by the converter 4 into the three-phase AC power of the commercial frequency in the normal time when the three-phase AC power is supplied from the commercial AC power supply 31. At the time of a power failure when the supply of the three-phase AC power from the AC power supply 31 is stopped, the DC power supplied from the battery 33 via the bidirectional chopper 6 is converted into the commercial-phase three-phase AC power.
  • the inverter 5 normally generates a three-phase AC voltage having a commercial frequency based on a DC voltage applied between two input nodes from the converter 4, and outputs the generated three-phase AC voltage to three outputs. Output to the node.
  • the inverter 5 In the event of a power failure, the inverter 5 generates a three-phase AC voltage having a commercial frequency based on a DC voltage applied between the two input nodes from the battery 33 via the bidirectional chopper 6, and generates the generated three-phase AC voltage. Output to three output nodes.
  • One terminals of the mechanical switches (second mechanical switches) S2a to S2c are connected to three output nodes of the inverter 5, respectively, and the other terminals thereof are connected to the output terminals T4a to T4c, respectively.
  • the mechanical switches S2a to S2c are controlled by the control device 8 and are turned on when supplying AC power generated by the inverter 5 to the load 34, and stop supplying AC power generated by the inverter 5 to the load 34. And when the inverter 5 fails.
  • One terminals of mechanical switches (first mechanical switches) S3a to S3c are connected to bypass terminals T2a to T2c, respectively, and the other terminals are connected to output terminals T4a to T4c, respectively.
  • the mechanical switches S3a to S3c are controlled by the control device 8, and when the three-phase AC power from the bypass AC power source 32 is supplied to the load 34, for example, when the inverter 5 fails, the mechanical switches S3a to S3c are turned on. When the phase AC power is not supplied to the load 34, it is turned off.
  • the one terminals of the mechanical switches S4a to S4c are connected to the bypass terminals T2a to T2c, respectively, and the other terminals are connected to the three input nodes of the semiconductor switch 3, respectively.
  • the mechanical switches S4a to S4c are controlled by the control device 8, are normally turned on, and are turned off, for example, during maintenance of the semiconductor switch 3.
  • the three output nodes of the semiconductor switch 3 are connected to output terminals T4a to T4c, respectively.
  • the semiconductor switch 3 is controlled by the control device 8, is normally turned off, and is turned on for a predetermined time Tb when the inverter 5 fails.
  • a semiconductor switch 3 having a rated current value smaller than the rated current value of the uninterruptible power supply 1 is used. For this reason, the load current cannot always flow through the semiconductor switch 3.
  • the rated current values of the mechanical switches S1a to S1c, S2a to S2c, S3a to S3c, and S4a to S4c are sufficiently larger than the rated current value of the semiconductor switch 3. For this reason, the load current can always flow through the mechanical switches S2a to S2c, S3a to S3c.
  • the semiconductor switch 3 includes six thyristors 10 as shown in FIG. Of the six thyristors 10, three thyristors 10 have anodes connected to three input nodes 3a to 3c, respectively, and cathodes connected to three output nodes 3d to 3f, respectively. The anodes of the remaining three thyristors 10 are connected to the three output nodes 3d to 3f, respectively, and their cathodes are connected to the three input nodes 3a to 3c, respectively.
  • the control terminal 3g of the semiconductor switch 3 receives the control signal CNT1 from the control device 8 via the signal line SL1.
  • the control signal CNT1 is normally set to the “L” level, which is an inactivation level, and is set to the “H” level, which is an activation level, for a predetermined time Tb when the inverter 5 fails.
  • each thyristor 10 is turned off.
  • Each thyristor 10 is turned on when the control signal CNT1 is set to “H” level and a voltage in the forward bias direction is applied.
  • An IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor
  • the three input nodes 3a to 3c of the semiconductor switch 3 are connected to switch terminals T5a to T5c, respectively, and the three output nodes 3d to 3f of the semiconductor switch are connected to switch terminals T6a to T6c, respectively.
  • the switch terminals T5a to T5c and T6a to T6c will be described later.
  • the operation unit 7 includes buttons, switches, and the like.
  • the user of the uninterruptible power supply 1 operates the operation unit 7 so that any one of a constant inverter power supply method (first power supply method) and a constant bypass power supply method (second power supply method) is selected. Selection, instructions for starting and stopping automatic operation of the uninterruptible power supply 1, instructions for starting and stopping manual operation of the uninterruptible power supply 1 can be performed.
  • the operation unit 7 outputs a signal indicating the operation result to the control device 8.
  • the control device 8 includes a signal from the operation unit 7, an instantaneous value of the three-phase AC voltage supplied from the commercial AC power supply 31, an instantaneous value of the three-phase AC voltage supplied from the bypass AC power supply 32, and a terminal voltage of the battery 33. , The instantaneous value of the voltage across terminals of the capacitor C1, the instantaneous value of the voltage at each of the output terminals T4a to T4c, the instantaneous value of the load current, and the like.
  • the operation of the uninterruptible power supply 1 in which the optional semiconductor switch 20 is not mounted and the constant inverter power supply method is selected will be described. It is assumed that the user of the uninterruptible power supply 1 uses the operation unit 7 to select the constant inverter power supply method among the constant inverter power supply method and the constant bypass power supply method. When the optional semiconductor switch 20 is not mounted, the bypass power supply method cannot be selected at all times.
  • the inverter power supply method may be automatically selected without being selected using the operation unit 7. For example, when the signal line SL2 (see FIG. 6) for the semiconductor switch 20 is not connected, the control device 8 determines that the semiconductor switch 20 is not mounted and always performs inverter power feeding. If the semiconductor switch 20 is not mounted, the inverter power supply method may be fixed at the time of shipment.
  • the semiconductor switch 3 and the mechanical switches S3a to S3c are turned on, the mechanical switches S2a to S2c are turned off, and the semiconductor switch 3 is turned off after a predetermined time Tb has elapsed.
  • the three-phase AC power from the bypass AC power supply 32 is supplied to the load 34 via the mechanical switches S3a to S3c, and the operation of the load 34 is continued.
  • FIG. 4 is a circuit block diagram showing a configuration of the uninterruptible power supply 1A on which the optional semiconductor switch 20 is mounted, and is a diagram to be compared with FIG.
  • FIG. 5 is a circuit block diagram for explaining the method of use and operation of uninterruptible power supply 1A shown in FIG. 4, and is a diagram compared with FIG.
  • FIG. 6 is a circuit diagram showing a configuration of the semiconductor switch 20, and is a diagram to be compared with FIG.
  • the optional semiconductor switch 20 is disposed in the space A and is fixed to the uninterruptible power supply 1A using, for example, a plurality of screws. Since the semiconductor switch 20 is always energized, a cooler with fins that dissipates heat generated by the semiconductor switch 20 and a fan that blows air to the cooler may be provided.
  • the three input nodes 20a to 20c of the semiconductor switch 20 are connected to the switch terminals T5a to T5c, respectively, and the three output nodes 20d to 20f of the semiconductor switch 20 are connected to the switch terminals T6a to T6c, respectively.
  • one end of six wires is screwed to nodes 20a to 20f of semiconductor switch 20, and the other end is screwed to switch terminals T5a to T5c and T6a to T6c, respectively.
  • the connector provided at one end of the six wires and the connector provided at the nodes 20a to 20f of the semiconductor switch 20 are detachably connected, and the connector provided at the other end of the wiring and the switch terminal T5a to The connectors provided on T5c and T6a to T6c may be detachably connected.
  • the control terminal 20g of the semiconductor switch 20 is connected to a control terminal (not shown) of the control device 8 through the signal line SL2.
  • one end of the signal line SL2 is screwed to the control terminal 20g, and the other end is screwed to the control device 8.
  • the connector provided at one end of the signal line SL2 and the connector provided at the control terminal 20g are detachably connected, and the connector provided at the other end and the connector provided at the control device 8 are detachable. Connect freely.
  • the semiconductor switch 20 is detachably attached to the substrate 2.
  • the semiconductor switch 20 includes six thyristors 21 as shown in FIG. Of the six thyristors 21, the anodes of three thyristors 21 are connected to three input nodes 20a to 20c, respectively, and their cathodes are connected to three output nodes 20d to 20f, respectively. The anodes of the remaining three thyristors 21 are connected to the three output nodes 20d to 20f, respectively, and their cathodes are connected to the three input nodes 20a to 20c, respectively.
  • the control terminal 20g of the semiconductor switch 20 receives the control signal CNT2 from the control device 8 through the signal line SL2.
  • the control signal CNT2 is set to the “H” level of the activation level during normal times when the three-phase AC power is supplied from the AC power sources 31 and 32, and the supply of the three-phase AC power from the AC power sources 31 and 32 is stopped.
  • the deactivation level is set to “L” level.
  • each thyristor 21 is turned off.
  • Each thyristor 21 is turned on when the control signal CNT2 is set to the “H” level and a voltage in the forward bias direction is applied.
  • An IGBT may be provided instead of the thyristor 21.
  • the semiconductor switch 20 Since a load current always flows through the semiconductor switch 20, the semiconductor switch 20 having a rated current value equal to or higher than the rated current value of the uninterruptible power supply 1A is used. Therefore, the rated current value of the semiconductor switch 20 is larger than the rated current value of the semiconductor switch 3.
  • the uninterruptible power supply 1A equipped with the optional semiconductor switch 20 is basically used as an uninterruptible power supply of the always bypass power supply method.
  • the user of the uninterruptible power supply 1 ⁇ / b> A uses the operation unit 7 to select the always bypass power supply method. However, even when the semiconductor switch 20 is mounted, it is possible to always select the inverter feeding method using the operation unit 7.
  • the control device 8 controls the uninterruptible power supply 1 ⁇ / b> A according to a signal from the operation unit 7.
  • the bypass power feeding method may be automatically selected without being selected using the operation unit 7. For example, when the signal line SL2 is connected, the control device 8 determines that the semiconductor switch 20 is mounted and always performs bypass power feeding, and when the signal line SL2 is not connected, the semiconductor switch 20 It is determined that it is not installed, and inverter power supply is always performed.
  • the user of the uninterruptible power supply 1 ⁇ / b> A selects the always bypass power supply method using the operation unit 7, and uses the commercial AC power supply 31 as the bypass AC power supply 32.
  • the mechanical switches S1a to S1c are controlled by the control device 8 and the converter 4 generates DC power.
  • the converter 4 When it is turned on and the operation of the converter 4 is stopped, for example, it is turned off at the time of a power failure when the supply of three-phase AC power from the AC power sources 31 and 32 is stopped.
  • the converter 4 is controlled by the control device 8, and in the normal time when the three-phase AC power is supplied from the AC power sources 31 and 32, the three-phase AC power supplied from the AC power source 31 via the mechanical switches S 1 a to S 1 c When the power is converted into DC power and the supply of the three-phase AC power from the AC power sources 31 and 32 is stopped, the operation is stopped.
  • the bidirectional chopper 6 is controlled by the control device 8, and supplies DC power generated by the converter 4 to the battery 33 during normal times when three-phase AC power is supplied from the AC power sources 31 and 32. , 32, the DC power of the battery 33 is supplied to the inverter 5 at the time of a power failure when the supply of the three-phase AC power from the battery 32 is stopped.
  • the inverter 5 is controlled by the control device 8, and during normal times when three-phase AC power is supplied from the AC power sources 31 and 32, the operation is stopped and the supply of the three-phase AC power from the AC power sources 31 and 32 is stopped. At the time of a stopped power outage, the DC power supplied from the battery 33 via the bidirectional chopper 6 is converted into commercial-phase three-phase AC power.
  • the mechanical switches S2a to S2c are controlled by the control device 8, and are turned on when the DC power generated by the inverter 5 is supplied to the load 34, and the supply of the DC power generated by the inverter 5 to the load 34 is stopped. And when the inverter 5 fails.
  • the mechanical switches S3a to S3c are controlled by the control device 8 and are turned on when the semiconductor switch 20 and the inverter 5 both fail in a normal state when three-phase AC power is supplied from the AC power sources 31 and 32. The period is turned off.
  • the mechanical switches S4a to S4c are controlled by the control device 8, are normally turned on, and are turned off, for example, during maintenance of the semiconductor switches 3 and 20.
  • the semiconductor switch 3 is controlled by the control device 8 and is turned on only for a predetermined time Tb when both the semiconductor switch 20 and the inverter 5 fail in a normal time when three-phase AC power is supplied from the AC power sources 31 and 32. Other periods are turned off.
  • the operation of the uninterruptible power supply 1A in which the optional semiconductor switch 20 is mounted and the always bypass power feeding method is selected will be described.
  • the mechanical switches S1a to S1c, S4a to S4c and the semiconductor switch 20 are turned on, and the mechanical switches S2a to S2c, S3a to S3c and the semiconductor switch 3 is turned off.
  • the three-phase AC power supplied from the bypass AC power supply 32 is supplied to the load 34 via the mechanical switches S4a to S4c and the semiconductor switch 20, and the load 34 is operated.
  • Three-phase AC power supplied from the commercial AC power supply 31 is converted into DC power by the converter 4 and stored in the battery 33 via the bidirectional chopper 6.
  • the inverter 5 is set to a standby state.
  • the mechanical switches S2a to S2c are turned on, and the DC power generated by the converter 4 is converted into three-phase AC power by the inverter 5, and the three-phase AC power is supplied to the load 34 via the mechanical switches S2a to S2c, and the operation of the load 34 is continued.
  • the inverter 5 fails, the semiconductor switch 3 and the mechanical switches S3a to S3c are turned on, the mechanical switches S2a to S2c are turned off, and the semiconductor switch 3 is turned off after a predetermined time Tb has elapsed.
  • the three-phase AC power from the bypass AC power supply 32 is supplied to the load 34 via the mechanical switches S3a to S3c, and the operation of the load 34 is continued.
  • the semiconductor switch 20 is turned off, the bypass AC power source 32 and the load 34 are electrically disconnected, and the mechanical switches S1a to S1c are turned off. And the operation of the converter 4 is stopped. Further, the mechanical switches S2a to S2c are turned on, and the DC power of the battery 33 is supplied to the inverter 5 via the bidirectional chopper 6, converted into three-phase AC power of commercial frequency by the inverter 5, and supplied to the load 34. . Therefore, even when a power failure occurs, the operation of the load 34 can be continued during the period in which the DC power is stored in the battery 33.
  • the semiconductor switch 20 When the optional semiconductor switch 20 is mounted and the inverter power supply method is always selected, the semiconductor switch 20 is fixed in the off state. Since other operations are the same as when the inverter power supply method is always selected without mounting the semiconductor switch 20, the description thereof will not be repeated.
  • the uninterruptible power supply 1 in which the optional semiconductor switch 20 is not mounted is shipped as a constant inverter power supply type uninterruptible power supply with a large shipment amount.
  • the uninterruptible power supply 1 is provided with a semiconductor switch 20 as an optional product.
  • a space A in which the semiconductor switch 20 is arranged and switch terminals T5a to T5c and T6a to T6c to which the semiconductor switch 20 is connected are provided on the substrate 2. Prepared in advance.
  • the uninterruptible power supply 1A equipped with the optional semiconductor switch 20 is basically shipped as an uninterruptible power supply of a constant bypass power supply system with a small shipment amount.
  • the uninterruptible power supply 1A can also be used as an uninterruptible power supply of a constant inverter power supply system. Therefore, the cost of the apparatus can be reduced as compared with the case where the always-inverted power supply type uninterruptible power supply apparatus and the always-bypass power supply type uninterruptible power supply apparatus are separately designed and manufactured.
  • the semiconductor switch 20 when the optional semiconductor switch 20 is mounted and the always bypass power feeding method is selected, the semiconductor switch is normally used when three-phase AC power is supplied from the AC power sources 31 and 32. 20 was turned on and mechanical switches S2a to S2c were turned off. However, in this method, after the supply of the three-phase AC power from the AC power sources 31 and 32 is stopped, the three-phase AC power generated by the inverter 5 is supplied to the load 34 via the mechanical switches S2a to S2c. , Some time is required.
  • the semiconductor switch 20 and the mechanical switches S2a to S2c may be turned on, and only the three-phase AC voltage may be output from the inverter 5 and the inverter 5 may be maintained in a state where no three-phase AC current is output.
  • the three-phase AC power can be immediately supplied from the inverter 5 to the load 34.
  • the mechanical switches S2a to S2c may be removed and the three output nodes of the inverter 5 may be connected to the output terminals T4a to T4c, respectively.
  • T1a to T1c input terminal T2a to T2c bypass terminal, T3a, T3b battery terminal, T4a to T4c output terminal, T5a to T5c, T6a to T6c switch terminal, S1a to S1c, S2a ⁇ S2c, S3a ⁇ S3c, S4a ⁇ S4c
  • Mechanical switch 3,20 semiconductor switch, 4 converter, PL DC positive bus, NL DC negative bus, C1 capacitor, 5 inverter, 6 bidirectional chopper, 7 operation unit, 8 control device 10, 21 thyristor, A space, 31 commercial AC power, 32 bypass AC power, 33 loads.

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Abstract

無停電電源装置は、基本的には第１の半導体スイッチ（３）を用いて常時インバータ給電方式を実行する装置（１）であり、オプション品である第２の半導体スイッチ（２０）が第１の半導体スイッチ（３）に並列接続されて常時バイパス給電方式が選択された場合は第２の半導体スイッチ（２０）を用いて常時バイパス給電方式を実行する装置（１Ａ）となる。したがって、常時インバータ給電方式の無停電電源装置と常時バイパス給電方式の無停電電源装置とを別々に設計して製造する場合に比べ、装置の低コスト化を図ることができる。

Description

無停電電源装置
　この発明は無停電電源装置に関し、特に、停電が発生した場合でも負荷に対する交流電力の供給を継続することが可能な無停電電源装置に関する。
　従来の無停電電源装置は、コンバータ、インバータ、およびバイパス回路を備える。交流電源から交流電力が正常に供給されている通常時は、交流電源から供給される交流電力がコンバータによって直流電力に変換され、その直流電力が電力貯蔵装置に蓄えられるとともにインバータによって交流電力に変換されて負荷に供給される。インバータが故障した場合は、交流電源からの交流電力がバイパス回路を介して負荷に供給される。交流電源からの交流電力の供給が停止された停電時は、電力貯蔵装置の直流電力がインバータによって交流電力に変換されて負荷に供給される（たとえば、特開２０１０－２２０３３９号公報（特許文献１）参照）。
特開２０１０－２２０３３９号公報
　上述のように、通常時はインバータによって生成された交流電力を負荷に供給し、インバータが故障した場合は交流電源からの交流電力をバイパス回路を介して負荷に供給する方式は、常時インバータ給電方式と呼ばれている。この方式は、インバータによって生成される電圧変動が小さな高品質の交流電力を負荷に供給することができるという長所と、インバータで常時、電力損失が発生し、効率が低いという短所とを有する。
　他の方式として、通常時は交流電源からの交流電力をバイパス回路を介して負荷に供給し、停電時はインバータによって生成された交流電力を負荷に供給する常時バイパス給電方式がある。この方式は、電力損失が小さく、効率が高いという長所と、交流電源から供給される電圧変動が大きな低品質の交流電力が常時、負荷に供給されるという短所とを有する。
　電力効率よりも負荷に供給する交流電力の品質を重視するユーザは常時インバータ給電方式の無停電電源装置を求め、負荷に供給する交流電力の品質よりも電力効率を重視するユーザは常時バイパス給電方式の無停電電源装置を求める。しかし、常時インバータ給電方式の無停電電源装置と常時バイパス給電方式の無停電電源装置とを別々に設計して製造すると、コスト高になる。
　それゆえに、この発明の主たる目的は、低コストの無停電電源装置を提供することである。
　この発明に係る無停電電源装置は、第１の交流電源から供給される第１の交流電力を受ける第１の入力端子と、第２の交流電源から供給される第２の交流電力を受ける第２の入力端子と、電力貯蔵装置に接続されるバッテリ端子と、負荷に接続される出力端子と、第１の入力端子に接続され、第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、コンバータによって生成された直流電力または電力貯蔵装置の直流電力を第３の交流電力に変換するインバータと、第２の入力端子と出力端子との間に接続された第１の半導体スイッチと、第１の半導体スイッチに並列接続された第１の機械スイッチと、第１および第２の給電方式のうちの選択された方の給電方式で無停電電源装置を制御する制御装置とを備えたものである。第２の給電方式は、第１の半導体スイッチに第２の半導体スイッチが並列接続された場合のみ選択可能となる。第１の給電方式は、インバータが正常である場合は、インバータによって生成された第３の交流電力を負荷に供給し、インバータが故障した場合は、第２の交流電力から供給される第２の交流電力を第１の半導体スイッチを介して負荷に予め定められた時間だけ供給するとともに、第２の交流電力を第１の機械スイッチを介して負荷に供給する給電方式である。第２の給電方式は、第２の交流電源から第２の交流電力が正常に供給されている場合は、第２の交流電力を第２の半導体スイッチを介して負荷に供給し、第２の交流電源からの第２の交流電力の供給が停止された場合は、第２の半導体スイッチをオフし、インバータによって生成された第３の交流電力を負荷に供給する給電方式である。
　この発明に係る無停電電源装置は、基本的には第１の半導体スイッチを用いて第１の給電方式を実行する装置であり、第２の半導体スイッチが第１の半導体スイッチに並列接続されて第２の給電方式が選択された場合は第２の半導体スイッチを用いて第２の給電方式を実行する装置となる。したがって、第１の給電方式の無停電電源装置と第２の給電方式の無停電電源装置とを別々に設計して製造する場合に比べ、装置の低コスト化を図ることができる。
この発明の一実施の形態による無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。 図１に示した無停電電源装置の使用方法および動作を説明するための回路ブロック図である。 図２に示した半導体スイッチ３の構成を示す回路図である。 半導体スイッチ２０が搭載された無停電電源装置の構成を示す回路ブロック図である。 図４に示した無停電電源装置の使用方法および動作を説明するための回路ブロック図である。 図４に示した半導体スイッチ２０の構成を示す回路図である。
　図１は、この発明の一実施の形態による無停電電源装置１の構成を示す回路ブロック図である。図１では、標準品の半導体スイッチ３（第１の半導体スイッチ）のみが搭載され、オプション品の半導体スイッチ２０（第２の半導体スイッチ）が搭載されていない状態が示されている。
　図１において、この無停電電源装置１は、基板２を備える。基板２の表面には、入力端子（第１の入力端子）Ｔ１ａ～Ｔ１ｃ、バイパス端子（第２の入力端子）Ｔ２ａ～Ｔ２ｃ、バッテリ端子Ｔ３ａ，Ｔ３ｂ、出力端子Ｔ４ａ～Ｔ４ｃ、スイッチ端子Ｔ５ａ～Ｔ５ｃ，Ｔ６ａ～Ｔ６ｃ、機械スイッチＳ１ａ～Ｓ１ｃ，Ｓ２ａ～Ｓ２ｃ，Ｓ３ａ～Ｓ３ｃ，Ｓ４ａ～Ｓ４ｃ、半導体スイッチ３、コンバータ４、直流正母線ＰＬ、直流負母線ＮＬ、コンデンサＣ１、インバータ５、双方向チョッパ６、操作部７、および制御装置８が搭載されている。基板２の表面のうちのスイッチ端子Ｔ５ａ～Ｔ５ｃ，Ｔ６ａ～Ｔ６ｃの近傍には、オプション品の半導体スイッチ２０を搭載するためのスペースＡが設けられている。
　図２は、図１に示した無停電電源装置１の使用方法および動作を説明するための回路ブロック図である。図２に示すように、入力端子Ｔ１ａ～Ｔ１ｃは、商用交流電源３１（第１の交流電源）から供給される商用周波数の三相交流電力を受ける。バイパス端子Ｔ２ａ～Ｔ２ｃは、バイパス交流電源３２（第２の交流電源）から供給される商用周波数の三相交流電力を受ける。バイパス交流電源３２は、商用交流電源であっても構わないし、発電機であっても構わない。
　バッテリ端子Ｔ３ａ，Ｔ３ｂは、それぞれバッテリ３３（電力貯蔵装置）の正極および負極に接続される。バッテリ３３の代わりにコンデンサが接続されていても構わない。出力端子Ｔ４ａ～Ｔ４ｃは、負荷３４に接続される。負荷３４は、無停電電源装置１から供給される商用周波数の三相交流電力によって駆動される。スイッチ端子Ｔ５ａ～Ｔ５ｃ，Ｔ６ａ～Ｔ６ｃには、オプション品の半導体スイッチ２０が接続される。これについては後述する。
　機械スイッチＳ１ａ～Ｓ１ｃの一方端子はそれぞれ入力端子Ｔ１ａ～Ｔ１ｃに接続され、それらの他方端子はそれぞれコンバータの３つの入力ノードに接続される。機械スイッチＳ１ａ～Ｓ１ｃは、制御装置８によって制御され、コンバータ４によって直流電力を生成する場合はオンされ、コンバータ４の運転を停止する場合、たとえば商用交流電源３１からの三相交流電力の供給が停止された停電時にオフされる。
　コンバータ４は、制御装置８によって制御され、商用交流電源３１から三相交流電力が供給されている通常時には、商用交流電源３１から機械スイッチＳ１ａ～Ｓ１ｃを介して供給される三相交流電力を直流電力に変換する。
　換言すると、コンバータ４は、通常時は、商用交流電源３１から機械スイッチＳ１ａ～Ｓ１ｃを介して３つの入力ノードに供給される三相交流電圧を直流電圧に変換し、その直流電圧を２つの出力ノード間に出力する。商用交流電源３１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、コンバータ４の運転は停止される。
　直流正母線ＰＬおよび直流負母線ＮＬの一方端はそれぞれコンバータ４の２つの出力ノードに接続され、それらの他方端はそれぞれインバータ５の２つの入力ノードに接続される。コンデンサＣ１は、直流正母線ＰＬと直流負母線ＮＬの間に接続され、直流正母線ＰＬおよび直流負母線ＮＬ間の直流電圧を平滑化させる。コンバータ４によって生成された直流電力は、直流正母線ＰＬおよび直流負母線ＮＬを介してインバータ５に供給されるとともに、双方向チョッパ６に供給される。
　双方向チョッパ６は、直流正母線ＰＬおよび直流負母線ＮＬに接続されるとともに、バッテリ端子Ｔ３ａ，Ｔ３ｂに接続される。双方向チョッパ６は、制御装置８によって制御され、商用交流電源３１から三相交流電力が供給されている通常時は、コンバータ４によって生成された直流電力をバッテリ３３に供給し、商用交流電源３１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリ３３の直流電力をインバータ５に供給する。
　換言すると、双方向チョッパ６は、通常時は、コンバータ４によって生成された直流電圧を降圧してバッテリ３３に供給し、停電時は、バッテリ３３の端子間電圧を昇圧してインバータ５に供給する。
　インバータ５は、制御装置８によって制御され、商用交流電源３１から三相交流電力が供給されている通常時は、コンバータ４によって生成された直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換し、商用交流電源３１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリ３３から双方向チョッパ６を介して供給される直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。
　換言すると、インバータ５は、通常時は、コンバータ４から２つの入力ノード間に与えられた直流電圧に基づいて商用周波数の三相交流電圧を生成し、生成した三相交流電圧をそれぞれ３つの出力ノードに出力する。インバータ５は、停電時は、バッテリ３３から双方向チョッパ６を介して２つの入力ノード間に与えられた直流電圧に基づいて商用周波数の三相交流電圧を生成し、生成した三相交流電圧をそれぞれ３つの出力ノードに出力する。
[規則91に基づく訂正 29.06.2017]　
　機械スイッチ（第２の機械スイッチ）Ｓ２ａ～Ｓ２ｃの一方端子はそれぞれインバータ５の３つの出力ノードに接続され、それらの他方端子はそれぞれ出力端子Ｔ４ａ～Ｔ４ｃに接続される。機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃは、制御装置８によって制御され、インバータ５によって生成される交流電力を負荷３４に供給する場合はオンされ、インバータ５によって生成される交流電力の負荷３４への供給を停止する場合、およびインバータ５が故障した場合はオフされる。
　機械スイッチ（第１の機械スイッチ）Ｓ３ａ～Ｓ３ｃの一方端子はそれぞれバイパス端子Ｔ２ａ～Ｔ２ｃに接続され、それらの他方端子はそれぞれ出力端子Ｔ４ａ～Ｔ４ｃに接続される。機械スイッチＳ３ａ～Ｓ３ｃは、制御装置８によって制御され、バイパス交流電源３２からの三相交流電力を負荷３４に供給する場合、たとえばインバータ５が故障した場合はオンされ、バイパス交流電源３２からの三相交流電力を負荷３４に供給しない場合はオフされる。
　機械スイッチＳ４ａ～Ｓ４ｃの一方端子はそれぞれバイパス端子Ｔ２ａ～Ｔ２ｃに接続され、それらの他方端子はそれぞれ半導体スイッチ３の３つの入力ノードに接続される。機械スイッチＳ４ａ～Ｓ４ｃは、制御装置８によって制御され、通常はオンされ、たとえば、半導体スイッチ３のメンテナンス時にオフされる。
　半導体スイッチ３の３つの出力ノードはそれぞれ出力端子Ｔ４ａ～Ｔ４ｃに接続される。半導体スイッチ３は、制御装置８によって制御され、通常はオフされ、インバータ５が故障したときに所定時間Ｔｂだけオンされる。低コスト化を図るため、無停電電源装置１の定格電流値よりも小さな定格電流値の半導体スイッチ３が使用されている。このため、負荷電流を常時、半導体スイッチ３に流すことはできない。なお、機械スイッチＳ１ａ～Ｓ１ｃ，Ｓ２ａ～Ｓ２ｃ，Ｓ３ａ～Ｓ３ｃ，Ｓ４ａ～Ｓ４ｃの定格電流値は半導体スイッチ３の定格電流値よりも十分に大きい。このため、負荷電流を常時、機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃ，Ｓ３ａ～Ｓ３ｃに流すことができる。
　半導体スイッチ３は、図３に示すように、６つのサイリスタ１０を含む。６つのサイリスタ１０のうちの３つのサイリスタ１０のアノードはそれぞれ３つの入力ノード３ａ～３ｃに接続され、それらのカソードはそれぞれ３つの出力ノード３ｄ～３ｆに接続される。残りの３つのサイリスタ１０のアノードはそれぞれ３つの出力ノード３ｄ～３ｆに接続され、それらのカソードはそれぞれ３つの入力ノード３ａ～３ｃに接続される。
　半導体スイッチ３の制御端子３ｇは、制御装置８から信号線ＳＬ１を介して制御信号ＣＮＴ１を受ける。制御信号ＣＮＴ１は、通常は非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされ、インバータ５が故障したときに所定時間Ｔｂだけ活性化レベルの「Ｈ」レベルにされる。制御信号ＣＮＴ１が「Ｌ」レベルである場合は各サイリスタ１０はオフされる。各サイリスタ１０は、制御信号ＣＮＴ１が「Ｈ」レベルにされ、かつ順バイアス方向の電圧が印加されている場合にオンされる。なお、サイリスタ１０の代わりにＩＧＢＴ（Insulated　Gate　Bipolar　Transistor）が設けられていても構わない。
　半導体スイッチ３の３つの入力ノード３ａ～３ｃはそれぞれスイッチ端子Ｔ５ａ～Ｔ５ｃに接続され、半導体スイッチの３つの出力ノード３ｄ～３ｆはそれぞれスイッチ端子Ｔ６ａ～Ｔ６ｃに接続される。スイッチ端子Ｔ５ａ～Ｔ５ｃ，Ｔ６ａ～Ｔ６ｃについては後述する。
　操作部７は、ボタン、スイッチなどを含む。無停電電源装置１の使用者は、操作部７を操作することにより、常時インバータ給電方式（第１の給電方式）と常時バイパス給電方式（第２の給電方式）のうちのいずれかの方式の選択、無停電電源装置１の自動運転の開始および停止の指示、無停電電源装置１の手動運転の開始および停止の指示などを行なうことができる。操作部７は、操作された結果を示す信号を制御装置８に出力する。
　制御装置８は、操作部７からの信号、商用交流電源３１から供給される三相交流電圧の瞬時値、バイパス交流電源３２から供給される三相交流電圧の瞬時値、バッテリ３３の端子間電圧の瞬時値、コンデンサＣ１の端子間電圧の瞬時値、出力端子Ｔ４ａ～Ｔ４ｃの各々の電圧の瞬時値、負荷電流の瞬時値などに基づいて、無停電電源装置１全体を制御する。
　次に、オプション品の半導体スイッチ２０が搭載されず、常時インバータ給電方式が選択された無停電電源装置１の動作について説明する。無停電電源装置１の使用者は、操作部７を用いて、常時インバータ給電方式および常時バイパス給電方式のうちの常時インバータ給電方式を選択したものとする。オプション品の半導体スイッチ２０が搭載されていない場合は、常時バイパス給電方式を選択することはできない。
　なお、オプション品の半導体スイッチ２０が搭載されていない場合は、操作部７を用いて選択しなくても、自動的に常時インバータ給電方式が選択されるように構成されていても構わない。たとえば、制御装置８は、半導体スイッチ２０用の信号線ＳＬ２（図６参照）が接続されていない場合は半導体スイッチ２０が搭載されていないと判別して常時インバータ給電を実行する。半導体スイッチ２０を搭載しない場合は、出荷時に常時インバータ給電方式に固定しても構わない。
　商用交流電源３１から三相交流電力が正常に供給されている通常時は、機械スイッチＳ１ａ～Ｓ１ｃ，Ｓ２ａ～Ｓ２ｃ，Ｓ４ａ～Ｓ４ｃがオンされ、機械スイッチＳ３ａ～Ｓ３ｃおよび半導体スイッチ３がオフされる。商用交流電源３１から供給される三相交流電力は、コンバータ４によって直流電力に変換される。コンバータ４によって生成された直流電力は、双方向チョッパ６を介してバッテリ３３に蓄えられるとともに、インバータ５によって商用周波数の三相交流電力に変換されて負荷３４に供給される。
　通常時においてインバータ５が故障した場合は、半導体スイッチ３および機械スイッチＳ３ａ～Ｓ３ｃがオンされるとともに、機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃがオフされ、所定時間Ｔｂの経過後に半導体スイッチ３がオフされる。これにより、バイパス交流電源３２からの三相交流電力が機械スイッチＳ３ａ～Ｓ３ｃを介して負荷３４に供給され、負荷３４の運転が継続される。
　商用交流電源３１からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、機械スイッチＳ１ａ～Ｓ１ｃがオフされるとともにコンバータ４の運転が停止され、バッテリ３３の直流電力が双方向チョッパ６を介してインバータ５に供給され、商用周波数の三相交流電力に変換されて負荷３４に供給される。したがって、停電が発生した場合でも、バッテリ３３に直流電力が蓄えられている期間は、負荷３４の運転を継続することができる。
　次に、無停電電源装置１にオプション品の半導体スイッチ２０が搭載された場合について説明する。図４は、オプション品の半導体スイッチ２０が搭載された無停電電源装置１Ａの構成を示す回路ブロック図であって、図１と対比される図である。図５は、図４に示した無停電電源装置１Ａの使用方法および動作を説明するための回路ブロック図であって、図２と対比される図である。図６は、半導体スイッチ２０の構成を示す回路図であって、図３と対比される図である。
　図４～図６において、オプション品の半導体スイッチ２０は、スペースＡに配置され、たとえば複数のネジを用いて無停電電源装置１Ａに固定される。半導体スイッチ２０には常時通電されるので、半導体スイッチ２０で発生する熱を放散させるフィン付の冷却器と、冷却器に送風するファンとを設けてもよい。
　半導体スイッチ２０の３つの入力ノード２０ａ～２０ｃはそれぞれスイッチ端子Ｔ５ａ～Ｔ５ｃに接続され、半導体スイッチ２０の３つの出力ノード２０ｄ～２０ｆはそれぞれスイッチ端子Ｔ６ａ～Ｔ６ｃに接続される。たとえば、６本の配線の一方端が半導体スイッチ２０のノード２０ａ～２０ｆにそれぞれネジ止めされ、それらの他方端がそれぞれスイッチ端子Ｔ５ａ～Ｔ５ｃ，Ｔ６ａ～Ｔ６ｃにネジ止めされる。
　あるいは、６本の配線の一方端に設けられたコネクタと半導体スイッチ２０のノード２０ａ～２０ｆに設けられたコネクタとが着脱自在に接続され、それらの他方端に設けられたコネクタとスイッチ端子Ｔ５ａ～Ｔ５ｃ，Ｔ６ａ～Ｔ６ｃに設けられたコネクタとが着脱自在に接続されても構わない。
　半導体スイッチ２０の制御端子２０ｇは、信号線ＳＬ２を介して制御装置８の制御端子(図示せず)に接続される。たとえば、信号線ＳＬ２の一方端は制御端子２０ｇにネジ止めされ、その他方端は制御装置８にネジ止めされる。あるいは、信号線ＳＬ２の一方端に設けられたコネクタと制御端子２０ｇに設けられたコネクタとが着脱自在に接続され、その他方端に設けられたコネクタと制御装置８に設けられたコネクタとが着脱自在に接続される。このように、半導体スイッチ２０は、基板２に対して着脱可能に設けられる。
　半導体スイッチ２０は、図６に示すように、６つのサイリスタ２１を含む。６つのサイリスタ２１のうちの３つのサイリスタ２１のアノードはそれぞれ３つの入力ノード２０ａ～２０ｃに接続され、それらのカソードはそれぞれ３つの出力ノード２０ｄ～２０ｆに接続される。残りの３つのサイリスタ２１のアノードはそれぞれ３つの出力ノード２０ｄ～２０ｆに接続され、それらのカソードはそれぞれ３つの入力ノード２０ａ～２０ｃに接続される。
　半導体スイッチ２０の制御端子２０ｇは、制御装置８から信号線ＳＬ２を介して制御信号ＣＮＴ２を受ける。制御信号ＣＮＴ２は、交流電源３１，３２から三相交流電力が供給されている通常時は、活性化レベルの「Ｈ」レベルにされ、交流電源３１，３２からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、非活性化レベルの「Ｌ」レベルにされる。制御信号ＣＮＴ２が「Ｌ」レベルである場合は各サイリスタ２１はオフされる。各サイリスタ２１は、制御信号ＣＮＴ２が「Ｈ」レベルにされ、かつ順バイアス方向の電圧が印加されている場合にオンされる。なお、サイリスタ２１の代わりにＩＧＢＴが設けられていても構わない。
　半導体スイッチ２０には常時、負荷電流が流されるので、無停電電源装置１Ａの定格電流値以上の定格電流値の半導体スイッチ２０が使用されている。したがって、半導体スイッチ２０の定格電流値は、半導体スイッチ３の定格電流値よりも大きい。
　オプション品の半導体スイッチ２０が搭載された無停電電源装置１Ａは、基本的には、常時バイパス給電方式の無停電電源装置として使用される。無停電電源装置１Ａの使用者は、操作部７を用いて、常時バイパス給電方式を選択する。ただし、半導体スイッチ２０が搭載された場合であっても、操作部７を用いて常時インバータ給電方式を選択することも可能である。制御装置８は、操作部７からの信号に従って無停電電源装置１Ａを制御する。
　なお、オプション品の半導体スイッチ２０が搭載された場合は、操作部７を用いて選択しなくても、自動的に常時バイパス給電方式が選択されるように構成されていても構わない。たとえば、制御装置８は、信号線ＳＬ２が接続されている場合は半導体スイッチ２０が搭載されていると判別して常時バイパス給電を実行し、信号線ＳＬ２が接続されていない場合は半導体スイッチ２０が搭載されていないと判別して常時インバータ給電を実行する。
　ここでは、無停電電源装置１Ａの使用者が操作部７を用いて常時バイパス給電方式を選択したものとし、バイパス交流電源３２として商用交流電源３１を使用したものとする。図５において、半導体スイッチ２０が搭載されて常時バイパス給電方式が選択された無停電電源装置１Ａでは、機械スイッチＳ１ａ～Ｓ１ｃは、制御装置８によって制御され、コンバータ４によって直流電力を生成する場合はオンされ、コンバータ４の運転を停止する場合、たとえば交流電源３１，３２からの三相交流電力の供給が停止された停電時にオフされる。
　コンバータ４は、制御装置８によって制御され、交流電源３１，３２から三相交流電力が供給されている通常時は、交流電源３１から機械スイッチＳ１ａ～Ｓ１ｃを介して供給される三相交流電力を直流電力に変換し、交流電源３１，３２からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、その運転が停止される。
　双方向チョッパ６は、制御装置８によって制御され、交流電源３１，３２から三相交流電力が供給されている通常時は、コンバータ４によって生成された直流電力をバッテリ３３に供給し、交流電源３１，３２からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリ３３の直流電力をインバータ５に供給する。
　インバータ５は、制御装置８によって制御され、交流電源３１，３２から三相交流電力が供給されている通常時は、その運転が停止され、交流電源３１，３２からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、バッテリ３３から双方向チョッパ６を介して供給される直流電力を商用周波数の三相交流電力に変換する。
　機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃは、制御装置８によって制御され、インバータ５によって生成される直流電力を負荷３４に供給する場合はオンされ、インバータ５によって生成される直流電力の負荷３４への供給を停止する場合、およびインバータ５が故障した場合はオフされる。
　機械スイッチＳ３ａ～Ｓ３ｃは、制御装置８によって制御され、交流電源３１，３２から三相交流電力が供給されている通常時において、半導体スイッチ２０およびインバータ５がともに故障した場合にオンされ、それ以外の期間はオフされる。機械スイッチＳ４ａ～Ｓ４ｃは、制御装置８によって制御され、通常はオンされ、たとえば、半導体スイッチ３，２０のメンテナンス時にオフされる。
　半導体スイッチ３は、制御装置８によって制御され、交流電源３１，３２から三相交流電力が供給されている通常時において、半導体スイッチ２０およびインバータ５がともに故障した場合に所定時間Ｔｂだけオンされ、それ以外の期間はオフされる。
　次に、オプション品の半導体スイッチ２０が搭載されて常時バイパス給電方式が選択された無停電電源装置１Ａの動作について説明する。交流電源３１，３２から三相交流電力が正常に供給されている通常時は、機械スイッチＳ１ａ～Ｓ１ｃ，Ｓ４ａ～Ｓ４ｃおよび半導体スイッチ２０がオンされ、機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃ，Ｓ３ａ～Ｓ３ｃおよび半導体スイッチ３がオフされる。
　バイパス交流電源３２から供給される三相交流電力は、機械スイッチＳ４ａ～Ｓ４ｃおよび半導体スイッチ２０を介して負荷３４に供給され、負荷３４が運転される。商用交流電源３１から供給される三相交流電力は、コンバータ４によって直流電力に変換され、双方向チョッパ６を介してバッテリ３３に蓄えられる。インバータ５は、スタンバイ状態にされる。
　通常時において半導体スイッチ２０が故障してオフ状態になった場合は、機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃがオンされ、コンバータ４によって生成された直流電力がインバータ５によって三相交流電力に変換され、その三相交流電力が機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃを介して負荷３４に供給され、負荷３４の運転が継続される。さらに、インバータ５が故障した場合は、半導体スイッチ３および機械スイッチＳ３ａ～Ｓ３ｃがオンされるとともに、機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃがオフされ、所定時間Ｔｂの経過後に半導体スイッチ３がオフされる。これにより、バイパス交流電源３２からの三相交流電力が機械スイッチＳ３ａ～Ｓ３ｃを介して負荷３４に供給され、負荷３４の運転が継続される。
　交流電源３１，３２からの三相交流電力の供給が停止された停電時は、半導体スイッチ２０がオフされてバイパス交流電源３２と負荷３４が電気的に切り離され、機械スイッチＳ１ａ～Ｓ１ｃがオフされるとともにコンバータ４の運転が停止される。さらに、機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃがオンされ、バッテリ３３の直流電力が双方向チョッパ６を介してインバータ５に供給され、インバータ５によって商用周波数の三相交流電力に変換されて負荷３４に供給される。したがって、停電が発生した場合でも、バッテリ３３に直流電力が蓄えられている期間は、負荷３４の運転を継続することができる。
　オプション品の半導体スイッチ２０が搭載された場合において常時インバータ給電方式が選択されたときは、半導体スイッチ２０がオフ状態に固定される。他の動作は、半導体スイッチ２０が搭載されずに常時インバータ給電方式が選択された場合と同じであるので、その説明は繰り返さない。
　以上のように、この実施の形態では、オプション品である半導体スイッチ２０が搭載されない無停電電源装置１は、出荷量の多い常時インバータ給電方式の無停電電源装置として出荷される。無停電電源装置１には、オプション品として半導体スイッチ２０が用意され、その半導体スイッチ２０を配置するスペースＡと、その半導体スイッチ２０を接続するスイッチ端子Ｔ５ａ～Ｔ５ｃ，Ｔ６ａ～Ｔ６ｃとが基板２に予め用意されている。
　オプション品である半導体スイッチ２０が搭載された無停電電源装置１Ａは、基本的には、出荷量が少ない常時バイパス給電方式の無停電電源装置として出荷される。無停電電源装置１Ａは、常時インバータ給電方式の無停電電源装置としても使用可能である。したがって、常時インバータ給電方式の無停電電源装置と常時バイパス給電方式の無停電電源装置とを別々に設計して製造する場合に比べ、装置の低コスト化を図ることができる。
　なお、この実施の形態では、オプション品の半導体スイッチ２０が搭載されて常時バイパス給電方式が選択された場合において、交流電源３１，３２から三相交流電力が供給されている通常時では、半導体スイッチ２０をオンさせるとともに機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃをオフさせた。しかし、この方法では、交流電源３１，３２からの三相交流電力の供給が停止されてから、インバータ５によって生成された三相交流電力を機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃを介して負荷３４に供給するまで、若干の時間が必要となる。
　そこで、通常時において、半導体スイッチ２０および機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃをオンさせるとともに、インバータ５から三相交流電圧のみが出力され、三相交流電流が出力されない状態にインバータ５を維持してもよい。この場合は、交流電源３１，３２からの三相交流電力の供給が停止されたとき、インバータ５から負荷３４に三相交流電力を即座に供給することができる。この場合は、さらに、機械スイッチＳ２ａ～Ｓ２ｃを除去し、インバータ５の３つの出力ノードをそれぞれ出力端子Ｔ４ａ～Ｔ４ｃに接続しても構わない。
　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説明で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。
　１，１Ａ　無停電電源装置、２　基板、Ｔ１ａ～Ｔ１ｃ　入力端子、Ｔ２ａ～Ｔ２ｃ　バイパス端子、Ｔ３ａ，Ｔ３ｂ　バッテリ端子、Ｔ４ａ～Ｔ４ｃ　出力端子、Ｔ５ａ～Ｔ５ｃ，Ｔ６ａ～Ｔ６ｃ　スイッチ端子、Ｓ１ａ～Ｓ１ｃ，Ｓ２ａ～Ｓ２ｃ，Ｓ３ａ～Ｓ３ｃ，Ｓ４ａ～Ｓ４ｃ　機械スイッチ、３，２０　半導体スイッチ、４　コンバータ、ＰＬ　直流正母線、ＮＬ　直流負母線、Ｃ１　コンデンサ、５　インバータ、６　双方向チョッパ、７　操作部、８　制御装置、１０，２１　サイリスタ、Ａ　スペース、３１　商用交流電源、３２　バイパス交流電源、３３　負荷。

Claims (10)

  1. [規則91に基づく訂正 29.06.2017]　
    　無停電電源装置であって、
    　第１の交流電源から供給される第１の交流電力を受ける第１の入力端子と、
    　第２の交流電源から供給される第２の交流電力を受ける第２の入力端子と、
    　電力貯蔵装置に接続されるバッテリ端子と、
    　負荷に接続される出力端子と、
    　前記第１の入力端子に接続され、前記第１の交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
    　前記コンバータによって生成された直流電力または前記電力貯蔵装置の直流電力を第３の交流電力に変換するインバータと、
    　前記第２の入力端子と前記出力端子との間に接続された第１の半導体スイッチと、
    　前記第１の半導体スイッチに並列接続された第１の機械スイッチと、
    　第１および第２の給電方式のうちの選択された方の給電方式で前記無停電電源装置を制御する制御装置とを備え、
    　前記第２の給電方式は、前記第１の半導体スイッチに第２の半導体スイッチが並列接続された場合のみ選択可能となり、
    　前記第１の給電方式は、前記インバータが正常である場合は、前記インバータによって生成された前記第３の交流電力を前記負荷に供給し、前記インバータが故障した場合は、前記第２の交流電源から供給される前記第２の交流電力を前記第１の半導体スイッチを介して前記負荷に予め定められた時間だけ供給するとともに、前記第２の交流電力を前記第１の機械スイッチを介して前記負荷に供給する給電方式であり、
    　前記第２の給電方式は、前記第２の交流電源から前記第２の交流電力が正常に供給されている場合は、前記第２の交流電力を前記第２の半導体スイッチを介して前記負荷に供給し、前記第２の交流電源からの前記第２の交流電力の供給が停止された場合は、前記第２の半導体スイッチをオフし、前記インバータによって生成された前記第３の交流電力を前記負荷に供給する給電方式である、無停電電源装置。
  2. 　前記第２の半導体スイッチの定格電流値は前記第１の半導体スイッチの定格電流値よりも大きい、請求項１に記載の無停電電源装置。
  3. 　前記第２の半導体スイッチは、前記無停電電源装置のオプション品として用意されている、請求項１に記載の無停電電源装置。
  4. 　前記第２の半導体スイッチは着脱可能になっている、請求項１に記載の無停電電源装置。
  5. 　前記第２の半導体スイッチを設置するためのスペースが用意されている、請求項１に記載の無停電電源装置。
  6. 　さらに、前記第１の半導体スイッチの一方端子および他方端子にそれぞれ接続された第１および第２のスイッチ端子を備え、
    　前記第２の半導体スイッチは前記第１および第２のスイッチ端子間に接続される、請求項１に記載の無停電電源装置。
  7. 　さらに、前記第１の半導体スイッチに並列接続された前記第２の半導体スイッチを備える、請求項１に記載の無停電電源装置。
  8. 　前記第２の給電方式は、前記第２の交流電源から前記第２の交流電力が正常に供給されている場合において、前記第２の半導体スイッチが故障してオンしないときは前記インバータによって生成された前記第３の交流電力を前記負荷に供給し、さらに、前記インバータも故障したときは、前記第１の機械スイッチをオンし、前記第２の交流電力を前記第１の機械スイッチを介して前記負荷に供給する給電方式である、請求項１に記載の無停電電源装置。
  9. 　さらに、前記インバータの出力ノードと前記出力端子との間に接続された第２の機械スイッチを備え、
    　前記第１の給電方式が選択された場合において、前記インバータが正常であるときは、前記第２の機械スイッチはオンされ、前記インバータが故障したときは、前記第２の機械スイッチはオフされ、
    　前記第２の給電方式が選択された場合において、前記第２の交流電源から前記第２の交流電力が正常に供給されているときは、前記第２の機械スイッチはオフされ、前記第２の交流電源からの前記第２の交流電力の供給が停止されたときは、前記第２の機械スイッチはオンされる、請求項１に記載の無停電電源装置。
  10. 　さらに、前記第１の交流電源から前記第１の交流電力が正常に供給されている場合は、前記コンバータによって生成された直流電力を前記電力貯蔵装置に供給し、前記第１の交流電源からの前記第１の交流電力の供給が停止された場合は、前記電力貯蔵装置の直流電力を前記インバータに供給する双方向チョッパを備える、請求項１に記載の無停電電源装置。
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