JP2937525B2 - 無停電電源装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、商用電源の正常時に
は、高速しゃ断器を介して直接負荷給電する常時商用給
電方式の無停電電源装置において、装置起動時の負荷へ
の突入電流や、負荷側での短絡事故による瞬時的な過電
流の際に動作する常時商用給電方式の無停電電源装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年ＦＡ，ＯＡ用に多数の分散型コンピ
ータが導入されてきているが、商用電源の瞬時電圧低下
や停電等のトラブル対策として、無停電電源装置を利用
する例が多くなってきている。無停電電源装置の基本方
式について分類すれば、常時インバータ給電方式と常時
商用給電方式の２種類に分類することができる。

【０００３】常時インバータ給電方式は、商用電源を整
流器を介して直流に変換し、更にインバータにて交流に
逆変換して負荷に給電する方式であり、商用電源停電時
には、予め整流器とインバータの間の直流回路に接続さ
れている蓄電池によりバックアップを行なう方式であ
る。この方式では、商用電源が正常時でも、負荷には必
ずインバータを介して電力が供給されるために、出力が
極めて安定している特徴がある。又逆に、商用電源が健
全時でも、負荷には整流器とインバータの２つの変換器
を介して電力が供給されるため、装置の運転効率は悪く
なる欠点を持っている。

【０００４】一方、常時商用給電方式は、商用電源の正
常時には、商用交流電源をスイッチを介して直接負荷給
電を行ない、インバータは停止させている。商用電源電
圧の瞬時電圧低下時及び停電時にはスイッチを遮断状態
にすると同時にインバータが起動し、蓄電池の電力をイ
ンバータで逆変換し、負荷給電を継続させる方法であ
る。本方式は、商用電源の多様な停電モードの検出が難
しく出力に瞬断が生じることや出力特性が交流入力条件
に左右される等の欠点を持つが日本のように電源事情の
良い所では特に運転効率、小形、低コスト化の面で有利
であり特定の負荷に対しては十分使用可能である。

【０００５】次に、図４を用いて従来の常時商用給電方
式の無停電電源装置の構成を説明する。同図において１
は商用電源、２は無停電電源装置に並列に接続され交流
電源１に直接接続される第１の負荷、３は絶縁変圧器、
４はサイリスタ等で構成され蓄電池５の充電機能を有す
る直流出力電圧を調整できる充電器、６は直流を交流に
変換するインバータ、７はトランジスタ等で構成される
高速しゃ断器、８は無停電電源装置の出力に接続される
第２の負荷である。また、９は第２の負荷に流る負荷電
流を検出する電流検出器、１０は過電流保護回路であ
る。

【０００６】次に常時商用給電方式の無停電電源装置の
動作を図４を参照して説明すると、商用電源１の正常時
には、比較的重要でない第１の負荷２に商用電源１から
電力を給電し、無停電化が必要な第２の負荷８には高速
しゃ断器７を介して電力を給電するとともに、絶縁変圧
器３を介し充電器４により蓄電池５を充電する。次に商
用電源１の電圧が落雷や地絡事故などにより瞬時電圧低
下及び停電が発生すると図示していない停電検出回路に
て瞬時に停電を検出、高速しゃ断器７を非導通状態にす
ると同時に、インバ―タ６を起動、蓄電池５の直流電力
をインバ―タ６で逆変換し、負荷給電を継続して第２の
負荷８は無停電化することができる。

【０００７】ここで、商用電源１と第２の負荷８の間の
高速しゃ断器７にサイリスタ等の電流の零点でスイッチ
するものでなくトランジスタなど任意の電流値を高速で
しゃ断できる高速しゃ断器を使用するが、その理由を説
明すると、サイリスタでは商用電源１が停電したタイミ
ングにより最大半サイクルスイッチオフできないことに
より蓄電池５の電力がインバ―タ６を介して第２の負荷
８に給電するとともに、インバ―タ６、高速しゃ断器７
を逆流し、第１の負荷２にも給電してしまう期間が生じ
るためである。ここで第２の負荷８は無停電電源装置容
量に適合して負荷容量が選定されるが、第１の負荷２の
容量は、限定することが不可能であり、装置容量の数十
倍の負荷容量が考えられ、サイリスタがオフする最大半
サイクルの間、インバ―タ６が過負荷で保護停止してし
まうことになるためである。特に、高速しゃ断器７の構
成を考えると、トランジスタしゃ断器、サイリスタしゃ
断器、ＧＴＯしゃ断器等の半導体しゃ断器が適用される
が、サイリスタしゃ断器は、補助サイリスタによる転流
回路が必要あり、ＧＴＯしゃ断器はゲ―ト回路が必要で
あるため無停電電源装置容量数ＫＶＡより数十ＫＶＡに
限っては、トランジスタしゃ断器が小形化、軽量化、経
済性の点で優れており多数利用されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】さてここで、高速しゃ
断器７にトランジスタしゃ断器を用いた構成で常時商用
給電方式の無停電電源装置の起動を考えてみると、起動
は図示されない交流入力開閉器を閉とすることで高速し
ゃ断器７を介して第２の負荷８への給電が開始される訳
であるが、第２の負荷８の構成としては、計算機等が主
な負荷であるが、計算機はコンデンサインプット形整流
負荷であり、一般的に電源投入時、負荷への突入電流と
して定常負荷容量の十倍から二十倍程度の電流が流れ
る。また、第２の負荷８に対して商用電源１で給電して
いる際に、第２の負荷８の一部で短絡事故が発生した場
合も短絡電流は数十倍の電流に達し、ヒュ―ズ等の過電
流時に回路を切離できる他の保護回路により短絡箇所の
切離を行なうことが一般的である。しかし、商用電源１
と第２の負荷８の間の高速しゃ断器７はトランジスタで
構成していることからトランジスタの過電流耐量の制限
よりこのような起動時の投入電流または短絡電流を流す
ことが不可能であり、負荷の電流検出回路９を用いて過
電流保護回路１０で高速しゃ断器７をオフし、トランジ
スタの破損を防止する等の保護を行なっている。しか
し、高速しゃ断器７をオフすれば、トランジスタの破損
は防止可能であるが、第２の負荷８への給電が停止して
しまい、無停電電源装置の本来の目的である負荷の無停
電化が損われてしまうことになる。

【０００９】従って本発明の目的は、この点に鑑みなさ
れたものであって、常時商用給電方式の無停電電源装置
において、装置起動時の負荷への突入電流や負荷側での
短絡事故による瞬間的な過電流が流れても、負荷給電を
停止することのない無停電電源装置を提供することにあ
る。 ［発明の構成］

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、商用電源から給電される第１の負荷と、前
記商用電源の正常時にはしゃ断器を備えた直送回路を介
して直接給電され、前記商用電源の停電時には蓄電池の
電力をインバータを介して給電される第２の負荷から成
る常時商用給電方式の無停電電源装置において、前記し
ゃ断器は、負荷電流を所定値以下の任意の電流値で瞬時
に遮断できる高速しゃ断器と、電流が零点を通る際に遮
断が可能で任意の時点で電流を流し始めることができる
前記高速しゃ断器より過電流耐量の大きい高速スイッチ
とを並列接続して構成し、前記第２の負荷に流れる負荷
電流が所定値を越えた時、前記高速スイッチをオンにす
る手段と、前記商用電源の電圧低下や停電が検出された
時、前記高速しゃ断器をオフする手段を具備したことを
特徴とするものである。

【００１１】

【作用】本発明によれば、商用電源が停電した際には高
速しゃ断器をオフし、インバ―タから高速しゃ断器を介
して商用電源側の第１の負荷への逆流を防止するととも
に、商用電源から直接第２の負荷へ給電している時に、
瞬間的な過電流が流れた場合には、高速スイッチをオン
させ、過電流を高速しゃ断器より高速スイッチへ転流さ
せることにより、無停電電源装置を停止させることなく
運転継続させることが可能である。

【００１２】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１を参照して説明
する。同図で従来技術の実施例である図４と同一番号を
付した構成要素は同一機能の構成要素であるためその説
明は省略する。

【００１３】図１において図４と異なる点は、高速スイ
ッチ１１を高速しゃ断器７と並列に接続し、過電流検出
回路１２により前記高速スイッチ１１のオン，オフの制
御が可能なように構成した点である。この過電流検出回
路１２の詳細回路の一例は図２に示すように構成し、電
流検出器９の出力信号は整流回路１２１を介して直流レ
ベルに変換され、比較器１２３の一つとして入力され
る。また比較器１２３のもう一方の入力には過電流基準
１２２から入力され、比較器１２３にて二つの入力信号
の大小を比較する。比較器１２３の出力信号は、シ―ケ
ンス制御回路１２４に入力され無停電電源装置の運転モ
―ドに従って信号をブロック，デブロックする。即ち、
運転モ―ドが商用給電時には、信号をデブロックしゲ―
ト増幅器１２５を介して高速スイッチ１１のサイリスタ
を点弧し、運転モ―ドがインバ―タ給電時には、信号を
ブロックし、高速スイッチ１１のサイリスタはオフの状
態となるよう構成する。

【００１４】次に、本発明の動作を図３を参照して説明
する。無停電電源装置の運転モ―ドは、商用電源１より
高速しゃ断器７を介して第２の負荷８に給電している商
用給電モ―ドとして、時刻ｔ0 の時点で第２の負荷８側
に短絡事故が発生したとすれば、時間ｔ0 にて急速に負
荷電流は立ち上り時間ｔ1にて過電流検出回路１２の内
部にある過電流基準１２２にて設定されている所定の電
流値Ｉ₁ を越えると、比較器１２３の出力は反転し、高
速スイッチ１１のサイリスタに点弧信号が与えられる。
従って、時間ｔ1 より短絡電流は高速スイ１１を介して
短絡箇所に給電することになり高速しゃ断器７の電流は
極めて小さく抑えることが可能になる。一方、第２の負
荷８側の負荷分岐回路には、ヒュ―ズ等の過電流に対す
る保護機能が付加されており、高速スイッチ１１を介し
て短絡箇所に過電流を供給することによって、通常短絡
箇所は半〜数サイクルの間に主回路より切離される。こ
こでは半サイクルの内に短絡箇所が切離されたとして、
時間ｔ2 には過電流基準１２２を下まわり、高速スイッ
チ１１への点弧指令はオフすることになるが、この高速
スイッチ１１の構成はサイリスタを用いて構成している
ことにより、サイリスタの主電流が零を横切った時点
で、サイリスタはオフすることになる。

【００１５】以上説明のように、商用電源１が停電した
際には高速しゃ断器７をオフし、インバ―タ６から高速
しゃ断器７を介して商用電源側の第１の負荷２に対して
の逆流を防止するとともに、瞬間的な過電流の際に前記
高速しゃ断器７と並列に接続される高速スイッチ１１を
オンし過電流を高速しゃ断器７より高速スイッチ１１へ
転流させるように構成しているため、従来例で説明した
ように高速しゃ断器のみの構成とすれば、瞬間的な過電
流に対して高速しゃ断器７の過電流耐量が小さいために
負荷給電を停止し高速しゃ断器７を保護するという必要
がなく、過電流に対しては過電流耐量の大きい高速スイ
ッチ１１を介して負荷給電を継続することが可能であ
る。

【００１６】

【発明の効果】以上説明のように本発明によれば、常時
商用給電方式の無停電電源装置において、商用電源が停
電した際には、インバ―タから商用電源側の第１の負荷
に対しての逆流を防止できるような高速で電流をしゃ断
可能な高速しゃ断器を設け、瞬間的な過電流の際には、
前記高速しゃ断器と並列接続される過電流耐量の大きい
高速スイッチを点弧することによって過電流を高速しゃ
断器より高速スイッチ側へ転流させ、装置起動時の負荷
への突入電流や、負荷側での短絡事故による過電流に対
してシステムの運転を停止させることなく運転を継続さ
せることができる無停電電源装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すブロック図。

【図２】［図１］における過電流検出回路の具体的一例
を示すブロック図。

【図３】本発明の過電流対する無停電電源装置の動作シ
―ケンスを説明するためのタイムチャ―ト図。

【図４】従来の常時商用給電方式の無停電電源装置のブ
ロック図である。

【符号の説明】

１…商用電源、２…第１の負荷、３…絶縁変圧器、４…
充電器、５…蓄電池、６…インバ―タ、７…高速しゃ断
器、８…第２の負荷、９…電流検出器、１０…過電流保
護回路、１１…高速スイッチ、１２…過電流検出回路、
１２１…整流回路、１２２…過電流基準、１２３…比較
器、１２４…シ―ケンス回路、１２５…ゲ―ト増幅回
路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電源から給電される第１の負荷と、
   前記商用電源の正常時にはしゃ断器を備えた直送回路を
   介して直接給電され、前記商用電源の停電時には蓄電池
   の電力をインバータを介して給電される第２の負荷から
   成る常時商用給電方式の無停電電源装置において、前記
   しゃ断器は、負荷電流を所定値以下の任意の電流値で瞬
   時に遮断できる高速しゃ断器と、電流が零点を通る際に
   遮断が可能で任意の時点で電流を流し始めることができ
   る前記高速しゃ断器より過電流耐量の大きい高速スイッ
   チとを並列接続して構成し、前記第２の負荷に流れる負
   荷電流が所定値を越えた時、前記高速スイッチをオンに
   する手段と、前記商用電源の電圧低下や停電が検出され
   た時、前記高速しゃ断器をオフする手段を具備したこと
   を特徴とする無停電電源装置。