JP3598799B2 - 無停電電源装置 - Google Patents
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Description
本発明は、無停電電源装置における負荷への給電方式の切り換えに関するものである。
【従来の技術】
従来から使用されている商用電源を用いた無停電電源装置を大別すると、常時インバータで給電をする方式(オンライン方式)と、常時商用電源で給電をする方式(オフライン方式)がある。そして、どちらの方式を選択するかについては、a)商用電源の質、b)使用する負荷の電圧変動許容値、c)コスト などに応じて使い分けがされている。なお、オンライン方式及びオフライン方式の無停電電源装置の一般的な回路ブロック図を図4に示す。オンライン方式もオフライン方式も、ほぼ同じ回路構成である。すなわち、商用電源11の交流電圧を整流器12によって直流電圧に変換し、インバータ14の入力又は鉛蓄電池13の充電に用いる。整流器12または鉛蓄電池13からの電力はインバータ14に供給する。そして、商用電源11の電力をそのまま負荷16へ供給するか、それともインバータ14の出力を負荷16へ供給するかについては、電源切換スイッチ15によって切り換える。なお、オンライン方式又はオフライン方式は、それぞれ以下に示すような特徴がある。
オンライン方式は、常時はインバータ14を運転し、負荷16に電力を供給する方式である。そして、インバータ14からの出力が過大になった場合やインバータ14の故障時等に、電源切換スイッチ15を用いてインバータ給電から、商用電源給電に切り換える。すなわち、オンライン方式では常時インバータ給電をしているため、安定した電圧を負荷16に供給することが可能である。したがって、商用電源電圧の変動が多い場所や、電圧変動許容値が少ない負荷等に主に使用されている。しかしながら、整流器12はインバータ14への給電と鉛蓄電池13の充電を同時に行う為、大きな容量が必要となりコストも高いものになる。さらに、インバータ14や整流器12による発熱を抑える為、大形の冷却ファンが必要となり、その結果騒音が大きくなるなどの問題がある。したがって、オンライン方式を用いると、大形の冷却ファンの使用による換気口の目詰まりや、内部の埃等の蓄積が多いことから定期的な保守点検が必要であるという問題点もある。
一方、オフライン方式は、常時は商用電源11の電圧を負荷16に給電する方式である。そして、停電時や商用電源11の電圧の異常時にインバータ14を運転し、電源切換スイッチ15を切り換えて負荷16に電力を供給する。また、常時はインバータ14を運転しないため、省エネであることや冷却ファンによる騒音がないこと、換気口の目詰まりが少ない等のメリットがある。しかしながら、オフライン方式の無停電電源装置を電源事情が悪い環境で使用される場合は、インバータ給電と商用給電が頻繁に繰り返すことになる。したがって、使用する蓄電池の放電深度が多くなり、その結果、蓄電池の寿命が短いという問題点がある。なお、商用電源の電源事情を確認するためには、現地において電圧計、オシロスコープ及びデータレコーダ等による長期間の測定が必要となり、手間と費用が掛かるという問題点がある。
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、商用電源の環境を事前に確認する必要が無く、商用電源の変動状況に応じて自動的にオンライン方式とオフライン方式を切り換えることが可能な無停電電源装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第一の発明では、商用電源の交流電圧を直流電圧に変換してインバータ及び蓄電池に供給する整流器、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、インバータに直流電圧を供給する蓄電池、商用電源の交流電圧を監視する商用電源監視回路、商用電源から負荷への給電又はインバータから負荷への給電のいずれかに切り換えるための電源切換スイッチを有する無停電電源装置において、あらかじめ設定した監視期間における商用電源の電圧異常の発生回数が所定の基準値よりも大きい場合には、インバータと電源切換スイッチに、オフライン方式からオンライン方式に切り換える信号を出力し、あらかじめ設定した監視期間における商用電源の電圧異常の発生回数が所定の基準値よりも小さい場合には、インバータと電源切換スイッチに、オンライン方式からオフライン方式に切り換える信号を出力する電源切換制御部を有することを特徴としている。
第二の発明では、第一の発明における電源切換制御部は、商用電源の周波数、位相、波形の異常の発生回数があらかじめ設定した監視期間における所定の基準値よりも大きい場合には、インバータと電源切換スイッチに、オフライン方式からオンライン方式に切り換える信号を出力し、商用電源の周波数、位相、波形の異常の発生回数があらかじめ設定した監視期間における所定の基準値よりも小さい場合には、インバータと電源切換スイッチに、オンライン方式からオフライン方式に切り換える信号を出力する電源切換制御部を有することを特徴としている。
第三の発明では、第一又は第二の発明における電源切換制御部は、前記商用電源の監視期間及び電圧、周波数、位相、波形のいずれかについて、異常の発生回数の基準値を外部設定回路によって設定できるものであることを特徴としている。
第四の発明では、商用電源の交流電圧を直流電圧に変換してインバータ及び蓄電池に供給する整流器、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、インバータに直流電圧を供給する蓄電池、商用電源の交流電圧を監視する商用電源監視回路、蓄電池の放電深度を監視する回路、商用電源から負荷への給電又はインバータから負荷への給電のいずれかに切り換えるための電源切換スイッチを有する無停電電源装置において、前記蓄電池の放電深度を監視する回路によって蓄電池の放電深度が基準値よりも高いと判定した場合には、インバータと電源切換スイッチに、オンライン方式からオフライン方式に切り換える信号を出力し、蓄電池の放電深度が基準値よりも低いと判定した場合には、インバータと電源切換スイッチに、オフライン方式からオンライン方式に切り換える信号を出力する電源切換制御部を有することを特徴としている。
第五の発明では、第四の発明における電源切換制御部は、蓄電池の監視期間、放電深度の基準値を外部設定回路によって設定できるものであることを特徴としている。
第六の発明では、商用電源の交流電圧を直流電圧に変換してインバータ及び蓄電池に供給する整流器、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、インバータに直流電圧を供給する蓄電池、商用電源の交流電圧を監視する商用電源監視回路、蓄電池の放電深度を監視する回路、商用電源から負荷への給電又はインバータから負荷への給電のいずれかに切り換えるための電源切換スイッチを有する無停電電源装置において、あらかじめ設定した監視期間における商用電源の電圧異常の発生回数が所定の基準値よりも大きく、かつ該蓄電池の放電深度を監視する回路によって蓄電池の放電深度が基準値よりも高いと判定した場合には、インバータと電源切換スイッチに、オフライン方式からオンライン方式に切り換える信号を出力し、あらかじめ設定した監視期間における商用電源の電圧異常の発生回数が所定の基準値よりも小さく、かつ該蓄電池の放電深度を監視する回路によって蓄電池の放電深度が基準値よりも高いと判定した場合には、インバータと電源切換スイッチに、オンライン方式からオフライン方式に切り換える信号を出力する電源切換制御部を有することを特徴としている。
第七の発明では、第六の発明における電源切換制御部は、商用電源の監視期間、電圧、周波数、位相、波形のいずれかについて異常の発生回数の基準値と、蓄電池の監視期間、放電深度の基準値とを外部設定回路によって設定できるものであることを特徴としている。
【実施例】
以下に、本発明の一実施例を説明する。図1は本発明の装置のブロック図、図2、3はフローチャートを示す。
図1において、本発明は大きく分けると主回路部50と制御回路部51で構成される。なお、主回路部50は以下の動作をする回路で構成される。すなわち、商用電源11の交流を整流器12で直流に変換し、シャント7を通して鉛蓄電池13の充電及び、インバータ14へ電力を供給する。そして、電源切換スイッチ15は、後述する制御回路部51の電源切換スイッチ制御回路6からの信号によって、負荷16に供給する電力について商用電源11をバイパスさせて出力するか、またはインバータ14より出力するかを切り換える装置である。
一方、制御回路部51は大きく分けると、商用電源監視部52、鉛蓄電池監視部53、電源切換制御部54より構成されている。商用電源監視部52は、商用電源11の電圧、周波数、波形、位相を検出してその内容を電源切換制御部54へ出力する回路部である。周波数検出回路21で商用電源11の周波数に異常があるか否かを検出する。波形検出回路22で商用電源11の波形及び位相を検出する。商用電源11の電圧は、低電圧A検出回路23、過電圧A検出回路24、低電圧B検出回路25、過電圧B検出回路26で検出する。
鉛蓄電池監視部53は、鉛蓄電池13の電圧を検出する電圧検出回路71と、充放電電流を検出するシャント7及び電流検出回路72と、これらの回路で測定されたデータから鉛蓄電池の放電深度を計算する充放電検出回路73より構成される。
電源切り換え制御部54は、商用電源監視部52から出力される商用電源の変動及び鉛蓄電池監視部53から出力される鉛蓄電池13の放電深度の関係から、オフライン方式とオンライン方式の切り換えを制御する部分である。なお、外部設定回路8は、後述する商用電源電圧の異常及び、鉛蓄電池放電深度の監視期間や判定内容について手動で再設定ができるようにしたものである。
本装置の商用電源監視部52について、フローチャートを図2に示す。S11において、商用電源電圧の取り込みをする。
S21以下のステップは、商用電源の交流電圧の周波数と位相差を計測する。S22において、計測した商用電源の周波数が(本実施例では、周波数50Hzを定格とする。)48〜52Hzの範囲内であれば周波数正常としてS23へ行き、この範囲外の場合には周波数異常としてS25へ行きオンライン方式を指示するように記憶する。S23において、商用電源の交流電圧の位相差が5°以内であれば正常としてS24にてオフライン方式を指示するように記憶し、位相差が5°を越える場合は異常としてS25へ行きオンライン方式を指示するように記憶する。
S31以下のステップは、商用電源の交流電圧の実効値を計測し、判定・記憶する部分である。S32において、交流電圧の実効値が90V未満であればS33へ行き、90V以上であればS34へ行く。S33において、交流電圧の実効値が80〜90Vの範囲内であればS51へ行き低電圧Aと判定してデータを記億する。一方、交流電圧の実効値が80〜90Vの範囲外であればS52へ行き80V以下であるとして低電圧Bと判定してデータを記億する。S34において、交流電圧の実効値が110Vを越える場合はS35へ行き、110V以下の場合は(すなわち90〜110Vの場合)はS36へ行き電圧正常と判断する。S35において、交流電圧の実効値が110〜120Vの範囲内であればS53へ行き過電圧Aと判定してデータを記億しておく。一方、交流電圧の実効値が110〜120Vの範囲外(120V以上)であればS54へ行き過電圧Bと判定してデータを記億する。すなわち、交流電圧の実効値の範囲が90V以下または110V以上の範囲では、電圧状況によってS51〜S54に記憶される値は異なるものの、全体としてはオンライン方式を指示するようにS56に記憶する。
S41以下のステップは、商用電源の波形を計測する部分である。S42において、交流電圧のピーク値が110V未満の場合はS55へ行き瞬時停電と判定し、110V以上であった場合はS43へ行く。S43において、商用電源の電圧波形の瞬断時間が2ms(0.002秒)以上の場合は、S55へ行き瞬時停電と判定し、2ms未満の場合はS44へ行き電圧波形が正常であると判定する。したがって、電圧波形が正常である場合にはS46においてオフライン方式を指示するように記憶し、異常である場合にはS56においてオンライン方式を指示するように記憶する。
次に、無停電電源装置をオフライン方式で運転するか、またはオンライン方式で運転するかの切り換えをする、オンライン/オフライン判定回路3の動作について、図3に示すフローチャートを用いて説明する。この部分は、商用電源11の変動や鉛蓄電池13の放電深度の状況によって、オフライン方式を用いるか、オンライン方式を用いるかの判断をする部分である。
S61において初期動作を確認した後、無停電電源装置の立ち上げ時はオフライン方式を設定する。S62において、商用電源11の監視期間を設定する。オフライン方式からオンライン方式に切り換えるための判定期間をTF1とし、その復帰条件であるオンライン方式からオフライン方式に切り換えるための判定期間をTF2とする。本実施例ではTF1を1ヶ月、TF2を1日として設定した。前記したように、なるべくオフライン方式で運転したいため、商用電源11の電圧が1日程度安定すれば、オフライン方式を指示するようにした。
S63は、商用電源11の監視結果から、オンライン/オフライン方式の切り換えの基準値を設定するステップである。商用電源11の異常発生回数について、オフライン方式からオンライン方式に切り換えるための基準値をGF1とし、オンライン方式からオフライン方式に切り換えるための復帰条件の基準値をGF2とする。本実施例では、GF1は10回、GF2は1回とした。そして、S62、S63から、1ヶ月(TF1)で10回(GF1)異常が発生し、かつ、そのうち1日(TF2)で1回(GF2)以上の異常が発生した場合にはオフライン方式からオンライン方式に切り換えるよう指示することにした。すなわち、商用電源11の異常が短い期間で頻繁に発生したときのみ、オフライン方式からオンライン方式に切り換えるようにした。
S64において、鉛蓄電池の放電深度の監視期間を設定する。まずオフライン方式からオンライン方式に切り換えるための監視期間をTB1とし、その復帰条件であるオンライン方式からオフライン方式に切り換えるための監視期間をTB2とする。本実施例では、TB1は1ヶ月、TB2は1日として設定した。
S65において、無停電電源装置のオンライン/オフライン方式、切り換えの基準値を設定する。オフライン方式からオンライン方式に切り換えるための鉛蓄電池放電深度の基準値をGB1とし、オンライン方式からオフライン方式に切り換えるための復帰条件をGB2とする。本実施例では、GB1は20%、GB2は5%とする。すなわち、オフライン方式では商用電源11の電圧は安定していると想定し、鉛蓄電池の放電深度が比較的高くても問題は少ないとした。なお、放電深度が50%とは、満充電時における鉛蓄電池の容量の半分が放電した状態である。
S66において、商用電源監視回路52で記憶(図2のフローチャートで記述)したデータを読み込む。一方、S67において、鉛蓄電池監視部53で記憶した鉛蓄電池の放電深度のデータを読み込む。S68において、現在オフライン方式で運転中であるか、オンライン方式で運転中であるかを確認し、オフライン方式で運転中であればS71へ行き、オンライン方式で運転中であればS81へ行く。S71において、商用電源11の電圧変動と鉛蓄電池の放電深度が、設定した基準値の範囲内か否か、すなわち、オフライン方式からオンライン方式へ切り換える必要があるか否かを判断する。一方、S81において、商用電源11の電圧変動と鉛蓄電池の放電深度が、設定した基準値の範囲内か否か、すなわち、オンライン方式からオフライン方式へ切り換える必要があるか否かを判断する。これらの判断結果から、それぞれS72でオフライン方式、S82でオンライン方式を選択する。無停電電源装置の出力方式を切り換える場合には、インバータ制御回路5及び電源切換スイッチ制御回路6にその旨の信号を出力して終了する。なお、商用電源監視回路52や蓄電池監視回路53の監視期間、異常発生回数、放電深度などの設定値は、後日、外部スイッチなどの設定回路8を用いて再設定することも可能にした。
【発明の効果】
上述したように、本発明に係る無停電電源装置は、商用電源の交流電圧の変動回数または、蓄電池の放電深度を計測し、あらかじめ設定した判定値と比較することによりオフライン方式とオンライン方式の給電を自動的に切り換える方式としたため、従来のオンライン方式より低騒音・省エネとなる。また、商用電源11の状況に応じてオンライン/オフライン方式を自動的に切り換えることができるため汎用性や信頼性が高いことや、商用電源環境を事前に確認する必要が無いという点においても優れている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の無停電電源装置を示すブロック図である。
【図2】本発明例のフローチャートである。
【図3】本発明のフローチャートである。
【図4】本発明の無停電電源装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
3:オンライン/オフライン判定回路、 4:メモリ、
5:インバータ制御回路、 6:電源切換スイッチ制御回路、 7:シャント、
8:外部設定回路、 11:商用電源、 12:整流器、 13:鉛蓄電池、
14:インバータ、 15:電源切換スイッチ、 16:負荷、
21:周波数検出回路、 22:波形検出回路、 23:低電圧A検出回路、
24:過電圧A検出回路、 25:低電圧B検出回路、
26:過電圧B検出回路、 50:主回路部、 51:制御回路部、
52:商用電源監視部、 53:鉛蓄電池監視部、 54:電源切換制御部、
71:電圧検出回路、 72:電流検出回路、 73:充放電検出回路
Claims (7)
- 商用電源の交流電圧を直流電圧に変換してインバータ及び蓄電池に供給する整流器、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、インバータに直流電圧を供給する蓄電池、商用電源の交流電圧を監視する商用電源監視回路、商用電源から負荷への給電又はインバータから負荷への給電のいずれかに切り換えるための電源切換スイッチを有する無停電電源装置において、あらかじめ設定した監視期間における商用電源の電圧異常の発生回数が所定の基準値よりも大きい場合には、インバータと電源切換スイッチに、負荷に商用電源を給電する常時商用給電方式(以下、オフライン方式と呼ぶ)から、インバータの出力を給電する常時インバータ給電方式(以下、オンライン方式と呼ぶ)に切り換える信号を出力し、あらかじめ設定した監視期間における商用電源の電圧異常の発生回数が所定の基準値よりも小さい場合には、インバータと電源切換スイッチに、オンライン方式からオフライン方式に切り換える信号を出力する電源切換制御部を有することを特徴とする無停電電源装置。
- 前記電源切換制御部は、商用電源の周波数、位相、波形の異常の発生回数があらかじめ設定した監視期間における所定の基準値よりも大きい場合には、インバータと電源切換スイッチに、オフライン方式からオンライン方式に切り換える信号を出力し、商用電源の周波数、位相、波形の異常の発生回数があらかじめ設定した監視期間における所定の基準値よりも小さい場合には、インバータと電源切換スイッチに、オンライン方式からオフライン方式に切り換える信号を出力するものであることを特徴とする請求項1記載の無停電電源装置。
- 前記電源切換制御部は、商用電源の監視期間及び電圧、周波数、位相、波形のいずれかについて、異常の発生回数の基準値を外部設定回路によって設定できるものであることを特徴とする請求項1又は請求項2記載の無停電電源装置。
- 商用電源の交流電圧を直流電圧に変換してインバータ及び蓄電池に供給する整流器、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、インバータに直流電圧を供給する蓄電池、商用電源の交流電圧を監視する商用電源監視回路、蓄電池の放電深度を監視する回路、商用電源から負荷への給電又はインバータから負荷への給電のいずれかに切り換えるための電源切換スイッチを有する無停電電源装置において、前記蓄電池の放電深度を監視する回路によって蓄電池の放電深度が基準値よりも高いと判定した場合には、インバータと電源切換スイッチに、オンライン方式からオフライン方式に切り換える信号を出力し、蓄電池の放電深度が基準値よりも低いと判定した場合には、インバータと電源切換スイッチに、オフライン方式からオンライン方式に切り換える信号を出力する電源切換制御部を有することを特徴とする無停電電源装置。
- 前記電源切換制御部は、蓄電池の監視期間、放電深度の基準値を外部設定回路によって設定できるものであることを特徴とする請求項4記載の無停電電源装置。
- 商用電源の交流電圧を直流電圧に変換してインバータ及び蓄電池に供給する整流器、直流電圧を交流電圧に変換するインバータ、インバータに直流電圧を供給する蓄電池、商用電源の交流電圧を監視する商用電源監視回路、蓄電池の放電深度を監視する回路、商用電源から負荷への給電又はインバータから負荷への給電のいずれかに切り換えるための電源切換スイッチを有する無停電電源装置において、あらかじめ設定した監視期間における商用電源の電圧異常の発生回数が所定の基準値よりも大きく、かつ該蓄電池の放電深度を監視する回路によって蓄電池の放電深度が基準値よりも高いと判定した場合には、インバータと電源切換スイッチに、オフライン方式からオンライン方式に切り換える信号を出力し、あらかじめ設定した監視期間における商用電源の電圧異常の発生回数が所定の基準値よりも小さく、かつ該蓄電池の放電深度を監視する回路によって蓄電池の放電深度が基準値よりも高いと判定した場合には、インバータと電源切換スイッチに、オンライン方式からオフライン方式に切り換える信号を出力する電源切換制御部を有することを特徴とする無停電電源装置。
- 前記電源切換制御部は、商用電源の監視期間、電圧、周波数、位相、波形のいずれかについて異常の発生回数の基準値と、蓄電池の監視期間、放電深度の基準値とを外部設定回路によって設定できるものであることを特徴とする請求項6記載の無停電電源装置。
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