JP3598799B2

JP3598799B2 - 無停電電源装置

Info

Publication number: JP3598799B2
Application number: JP4308498A
Authority: JP
Inventors: 修司田村
Original assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Current assignee: Shin Kobe Electric Machinery Co Ltd
Priority date: 1998-02-25
Filing date: 1998-02-25
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2018-02-25
Also published as: JPH11252826A

Description

【発明の属する技術分野】
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

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。