JP4110565B2 - ユニット式無停電電源装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明はユニット式無停電電源装置に関するもので、さらに詳しく言えば、三相交流電源からの三相交流電力を無停電の三相交流出力に変換するのを、一対の入力端子と一対の出力端子とを有する2n台の電源ユニットを用いてn台の電源ユニットからなる構成にしたユニット式無停電電源装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
三相交流電源からの三相交流電力を無停電の三相交流出力に変換するユニット式無停電電源装置を、図6に示したように、電源ユニット10の入力端子101,102に三相交流電源からのR相電力とS相電力を入力し、出力端子103,104に三相交流出力のU相電力とV相電力を得、前記電源ユニット20の入力端子201,202に三相交流電源からのS相電力とT相電力を入力し、出力端子203,204に三相交流出力のV相電力とW相電力を得、前記電源ユニット30の入力端子301,302に三相交流電源からのT相電力とR相電力を入力し、出力端子303,304に三相交流出力のW相電力とU相電力を得る、Δ結線で構成しようとすると、R相とU相、S相とV相、T相とW相がそれぞれ短絡状態になるため、三相交流電源からの三相交流電力を無停電の三相交流出力に変換する電源ユニットと、単相交流電源からの単相交流電力を無停電の単相交流出力に変換する電源ユニットとは別のものを準備する必要があった。
【0003】
すなわち、一対の入力端子101A,102Aと一対の出力端子103A,104Aとを有し、商用トランス17Aによって入出力間が絶縁された電源ユニット10A、一対の入力端子201A,202Aと一対の出力端子203A,204Aとを有し、商用トランス27Aによって入出力間が絶縁された電源ユニット20A、一対の入力端子301A,302Aと一対の出力端子303A,304Aとを有し、商用トランス37Aによって入出力間が絶縁された電源ユニット30Aを用いて図4のように構成するか、一対の入力端子101B,102Bと一対の出力端子103B,104Bとを有し、高周波トランス17Bによって入出力間が絶縁された電源ユニット10B、一対の入力端子201B,202Bと一対の出力端子203B,204Bとを有し、高周波トランス27Bによって入出力間が絶縁された電源ユニット20B、一対の入力端子301B,302Bと一対の出力端子303B,304Bとを有し、高周波トランス37Bによって入出力間が絶縁された電源ユニット30Bを用いて図5のように構成する必要があった。
【0004】
なお、図6において、電源ユニット10は、その入力端子101,102に入力されたR−S相間電力をスイッチングして直流中間出力を得る入力側電力変換部11と、この直流中間出力を平滑するコンデンサ12,13と、前記直流中間出力をスイッチングして出力端子103,104に三相交流出力のU相電力とV相電力を得る出力側電力変換部14とを有し、前記電源ユニット20は、その入力端子201,202に入力されたS−T相間電力をスイッチングして直流中間出力を得る入力側電力変換部21と、この直流中間出力を平滑するコンデンサ22,23と、前記直流中間出力をスイッチングして出力端子203,204に三相交流出力のV相電力とW相電力を得る出力側電力変換部24とを有し、前記電源ユニット30は、その入力端子301,302に入力されたT−R相間電力をスイッチングして直流中間出力を得る入力側電力変換部31と、この直流中間出力を平滑するコンデンサ32,33と、前記直流中間出力をスイッチングして出力端子303,304に三相交流出力のW相電力とU相電力を得る出力側電力変換部34とを有しており、図4の電源ユニット10A,20A,30Aと図5の電源ユニット10B,20B,30Bにも同じ機能の部位を有している。また、図示していないが、図6の電源ユニット10,20,30のコンデンサ12,13,22,23,32,33、図4の電源ユニット10A,20A,30Aのコンデンサ12A,13A,22A,23A,32A,33A、図5の電源ユニット10B,20B,30Bのコンデンサ12B,22B,32Bには蓄電池が並列に接続され、三相交流出力が無停電化されている。
【0005】
一方、近年、上記したようなユニット式無停電電源装置は、負荷の容量に応じてユニットを増減するだけで多様に対応できる、負荷の分散化によって負荷ごとに無停電電源装置を設ける必要がある、ユニットに対する小型化や軽量化の要求が高まってきている、といった状況下にある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
前述した、一対の入力端子101,102と一対の出力端子103,104とを有した電源ユニット10、一対の入力端子201,202と一対の出力端子203,204とを有した電源ユニット20、一対の入力端子301,302と一対の出力端子303,304とを有した電源ユニット30は、重量のある商用トランスがないため、小型化や軽量化の要求には対応できるものの、R相とU相、S相とV相、T相とW相がそれぞれ短絡状態になるという問題があった。
【0007】
また、前述した、一対の入力端子101A,102Aと一対の出力端子103A,104Aとを有した電源ユニット10A、一対の入力端子201A,202Aと一対の出力端子203A,204Aとを有した電源ユニット20A、一対の入力端子301A,302Aと一対の出力端子303A,304Aとを有した電源ユニット30Aは、単相交流電源からの単相交流電力を無停電の単相交流出力に変換するためのものと、三相交流電源からの三相交流電力を無停電の三相交流出力に変換するためのものとに使用できるため、汎用性の点では好ましいものの、重量のある商用トランス17A,27A,37Aがあるため、小型化や軽量化の点で問題があった。
【0008】
また、前述した、一対の入力端子101B,102Bと一対の出力端子103B,104Bとを有した電源ユニット10B、一対の入力端子201B,202Bと一対の出力端子203B,204Bとを有した電源ユニット20B、一対の入力端子301B,302Bと一対の出力端子303B,304Bとを有した電源ユニット30Bは、単相交流電源からの単相交流電力を無停電の単相交流出力に変換するためのものと、三相交流電源からの三相交流電力を無停電の三相交流出力に変換するためのものとに使用でき、重量のある商用トランスもないため、汎用性の点と小型化や軽量化の点では好ましいものの、高周波トランス17B,27B,37Bで絶縁しているため、回路が複雑になって、変換効率やコストの点で問題があった。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のユニット式無停電電源装置は、つぎの構成を備えている。
(1)一対の入力端子と一対の出力端子とを有する電源ユニットを2n台備え、この2n台の電源ユニットは、入力端子に三相交流電源からのR相電力とS相電力が入力され、R−S相間電力をスイッチングして直流中間出力を得る入力側電力変換部と前記直流中間出力をスイッチングして出力端子に三相交流出力のU相電力とV相電力を得る出力側電力変換部とを有する、少なくとも1台の電源ユニットからなる第1電源ブロックと、入力端子に三相交流電源からのS相電力とT相電力が入力され、S−T相間電力をスイッチングして直流中間出力を得る入力側電力変換部と前記直流中間出力をスイッチングして出力端子に三相交流出力のV相電力とW相電力を得る出力側電力変換部とを有する、少なくとも1台の電源ユニットからなる第2電源ブロックとに分割されている。
(2)前記S相電力が入力される入力端子の電位と前記V相電力が出力される出力端子の電位を共通にするための共通電位線が設けられている。
(3)蓄電池を、一方の端子が前記共通電位線に接続されるように設けている。
(4)前記電源ユニットは、第1コンデンサと第2コンデンサとを備え、第1コンデンサの他端と第2コンデンサの一端とが接続されて直列接続回路を構成している。
(5)前記第1コンデンサの他端と前記第2コンデンサの一端とは前記共通電位線に接続され、前記第1コンデンサの一端と前記第2コンデンサの他端との間に直流中間出力が供給されるように設けられている。
(6)第1巻線と第2巻線を有するチョークコイルが備えられており、前記チョークコイルのセンタータップは前記共通電位線に、前記第1巻線は第1ダイオードを介して前記第2コンデンサの他端に、前記第2巻線は第2ダイオードを介して前記第1コンデンサの一端にそれぞれ接続されている。
(7)スイッチング素子が、その一端が前記チョークコイルの第2巻線と前記第2ダイオードとの接続点に、他端が前記蓄電池の他方の端子に接続されるように設けられている。
これにより、重量のある商用トランスを用いることなく、回路の複雑化による変換効率やコストの点で問題になることなく、単相交流電源から単相交流電力が入力される場合は、2n台の電源ユニットを並列運転して単相交流出力を得るように構成でき、三相交流電源から三相交流電力が入力される場合は、n台の電源ユニットを並列運転して三相交流出力を得るように構成することができる。
【0010】
また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のユニット式無停電電源装置において、蓄電池は共通電位線とスイッチング素子の他端との間に1組設けられ、第1コンデンサと第2コンデンサとの直列接続回路、第1巻線と第2巻線を有するチョークコイルおよびスイッチング素子は、各電源ブロックを構成する電源ユニットごとに設けられていることを特徴とするユニット式無停電電源装置であり、これにより、蓄電池を搭載しない電源ユニットを用いて装置を構成することができるので、電源ユニットの着脱を容易に行うことができるとともに、電源ユニットごとの交換や保守管理を容易に行うことができる。
【0011】
以下、本発明を実施の形態に基づいて説明する。
【0012】
【発明の実施の形態】
図1〜図3は本発明の実施の形態に係るユニット式無停電電源装置の回路図であり、その符号は図4〜図6の符号と共通にしている。
【0013】
本発明の実施の形態に係るユニット式無停電電源装置は、図1に示したように、つぎの構成を備えている。
(1)一対の入力端子と一対の出力端子とを有する2台の電源ユニット101 ,102 を備え、入力端子1011 ,1021 に三相交流電源からのR相電力とS相電力が入力され、R−S相間電力をスイッチングして直流中間出力を得る入力側電力変換部111 と前記直流中間出力をスイッチングして出力端子1031 ,1041 に三相交流出力のU相電力とV相電力を得る出力側電力変換部141 とを有する電源ユニット101から構成される第1電源ブロック1001 と、入力端子1012 ,1022 に三相交流電源からのT相電力とS相電力が入力され、S−T相間電力をスイッチングして直流中間出力を得る入力側電力変換部112 と前記直流中間出力をスイッチングして出力端子1032 ,1042 に三相交流出力のW相電力とV相電力を得る出力側電力変換部142 とを有する電源ユニット102 から構成される第2電源ブロック1002 とに分割されている。
(2)前記S相電力が入力される入力端子1021 ,1022 の電位と前記V相電力が出力される出力端子1041 ,1042 の電位を共通にするための共通電位線が設けられている。
(3)蓄電池15を、一方の端子15aが前記共通電位線に接続されるように設けている。
(4)電源ユニット101 は、第1コンデンサ121 と第2コンデンサ131 とを備え、第1コンデンサ12 1 の他端と第2コンデンサ13 1 の一端とが接続されて直列接続回路を構成している。
(5)第1コンデンサ121 の他端と第2コンデンサ131 の一端とは前記共通電位線に接続され、第1コンデンサ121 の一端と第2コンデンサ131 の他端との間に直流中間出力が供給されるように設けられている。
(6)第1巻線18−11 と第2巻線18−21 を有するチョークコイル181 が備えられており、チョークコイル18 1 のセンタータップは前記共通電位線に、第1巻線18−11 は第1ダイオード19−11 を介して前記第2コンデンサ131 の他端に、第2巻線18−21 は第2ダイオード19−21 を介して前記第1コンデンサ121 の一端にそれぞれ接続されている。
(7)スイッチング素子161 が、一端16a1 が前記チョークコイル181 の第2巻線18−21 と第2ダイオード19−21 との接続点に、他端16b1 が前記蓄電池15の他方の端子15bに接続されるように設けられている。
(8)電源ユニット102 は、第1コンデンサ122 と第2コンデンサ132 とを備え、第1コンデンサ12 2 の他端と第2コンデンサ13 2 の一端とが接続されて直列接続回路を構成している。
(9)第1コンデンサ122 の他端と第2コンデンサ132 の一端とは前記共通電位線に接続され、第1コンデンサ122 の一端と第2コンデンサ132 の他端との間に直流中間出力が供給されるように設けられている。
(10)第1巻線18−12 と第2巻線18−22 を有するチョークコイル182 が備えられており、チョークコイル18 2 のセンタータップが前記共通電位線に、第1巻線18−12 が第1ダイオード19−12 を介して前記第2コンデンサ132 の他端に、第2巻線18−22 が第2ダイオード19−22 を介して前記第1コンデンサ122 の一端にそれぞれ接続されている。
(11)スイッチング素子162 が、一端16a2 が前記チョークコイル182 の第2巻線18−22と第2ダイオード19−22 との接続点に、他端16b2 が前記蓄電池15の他方の端子15bに接続されるように設けられている。
【0014】
上記した実施の形態によれば、三相交流電源に対し、第1電源ブロック1001 のR相電力が入力される入力端子1011 、S相電力が入力される入力端子1021 、第2電源ブロック1002 のS相電力が入力される入力端子1022 、T相電力が入力される入力端子1012 をV結線で構成しているため、出力容量は2台の電源ユニット101 ,102 の容量の86.6%になるものの、図4に示した電源ユニット10A,20A,30Aや図5に示した電源ユニット10B,20B,30Bのような絶縁をしなくても、単相交流電源に使用できる電源ユニットと三相交流電源とが共用できるユニット式無停電電源装置を得ることができる。
【0015】
次に、図2に示した実施の形態は、第1電源ブロック1001 を構成する電源ユニットを101 〜10n のn台として、それぞれを並列に接続し、第2電源ブロック1002 を構成する電源ユニットを10n+1 〜102nのn台として、それぞれを並列に接続するとともに、つぎの構成としたものである。
(1)電源ユニット101 〜10 n は、第1コンデンサ121 〜12 n と第2コンデンサ131 〜13 n との直列接続回路をそれぞれ備えている。
(2)電源ユニット101〜10n の、第1コンデンサ121 〜12n の他端と第2コンデンサ131 〜13n の一端とは、前記共通電位線に接続され、第1コンデンサ121 〜12n の一端と第2コンデンサ131 〜13n の他端との間に直流中間出力が供給されるように設けられている。
(3)第1巻線18−11 〜18−1 n と第2巻線18−21 〜18−2 n を有するチョークコイル181 〜18 n が備えられており、チョークコイル18 1 〜18 n のセンタータップが前記共通電位線に、第1巻線18−11 〜18−1 n が第1ダイオード19−11 〜19−1 n を介して前記第2コンデンサ131 〜13 n の他端に、第2巻線18−21 〜18−2 n が第2ダイオード19−21 〜19−2 n を介して前記第1コンデンサ121 〜12 n の一端にそれぞれ接続されている。
(4)スイッチング素子161 〜16n が、一端16a1 〜16a n が前記チョークコイル181 〜18 n の第2巻線18−21 〜18−2 n と第2ダイオード19−21 〜19−2 n との接続点に、他端16b1 〜16bn が前記蓄電池15の他方の端子15bに接続されるように設けられている。
(5)電源ユニット10n+1 〜102nの、第1コンデンサ12n+1 〜122nの他端と第2コンデンサ13n+1 〜132nの一端とは、前記共通電位線に接続され、第1コンデンサ12n+1 〜122nの一端と第2コンデンサ13n+1 〜132nの他端との間に直流中間出力が供給されるように設けられている。
(6)第1巻線18−1n+1 と第2巻線18−2n+1 を有するチョークコイル18n+1 が備えられており、チョークコイル18 n+1 のセンタータップが前記共通電位線に、第1巻線18−1n+1 が第1ダイオード19−1n+1 を介して前記第2コンデンサ13n+1 の他端に、第2巻線18−2n+1 が第2ダイオード19−2n+1 を介して前記第1コンデンサ12n+1 の一端にそれぞれ接続され、…、第1巻線18−12nと第2巻線18−22nを有するチョークコイル182n が備えられており、チョークコイル18 2n のセンタータップが前記共通電位線に、第1巻線18−12nが第1ダイオード19−12nを介して前記第2コンデンサ132nの他端に、第2巻線18−22nが第2ダイオード19−22nを介して前記第1コンデンサ122nの一端にそれぞれ接続されている。
(7)スイッチング素子16n+1 〜162n が、一端16an+1 が前記チョークコイル18n+1 の第2巻線18−2n+1 と第2ダイオード19−2n+1 との接続点に、…、一端16a2nが前記チョークコイル182nの第2巻線18−22nと第2ダイオード19−22nとの接続点に、他端16bn+1 〜16b2nが前記蓄電池15の他方の端子15bに接続されるように設けられている。
【0016】
なお、図2に示した実施の形態は、第1電源ブロック1001 を構成する電源ユニット101 〜10n と、第2電源ブロック1002 を構成する電源ユニット10n+1 〜102nとを以下の図3のように接続してもよい。
【0017】
すなわち、図3に示したように、第1電源ブロック1001 を構成する電源ユニット101 と第2電源ブロック1002 を構成する電源ユニット102 が各1台ずつからなるものをn台準備し、これを並列に接続することによったものである。
【0018】
上記した各実施の形態によれば、第1電源ブロック1001 および第2電源ブロック1002 を構成する電源ユニットが1台であってもn台であっても、共通電位線に接続される蓄電池15は1組でよく、それを電源ユニットに搭載せずに装置を構成することができるから、各電源ユニットの軽量化と装置の簡素化が図れる。
【0019】
このことから、電源ユニットの着脱を容易に行うことができるとともに、電源ユニットごとの交換や保守管理を容易に行うことができる。
【0020】
【発明の効果】
上記した如く、本発明は、三相交流電源からの三相交流電力を無停電の三相交流出力に変換するのを、一対の入力端子と一対の出力端子とを有する2n台の電源ユニットを用いてn台の電源ユニットからなる構成にし、それを1組の蓄電池によって実現しているから、単相交流電源のための電源ユニットを用いて三相の無停電電源装置を構成することができるので、汎用性にすぐれたユニット式無停電電源装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るユニット式無停電電源装置の構成図である。
【図2】本発明の他の実施の形態に係るユニット式無停電電源装置の構成図である。
【図3】図2の他の実施の形態に係るユニット式無停電電源装置の構成図である。
【図4】従来の、三相交流電力を無停電の三相交流出力に変換するユニット式無停電電源装置の構成図である。
【図5】従来の、三相交流電力を無停電の三相交流出力に変換するユニット式無停電電源装置の他の構成図である。
【図6】従来の、三相交流電力を無停電の三相交流出力に変換するユニット式無停電電源装置の他の構成図である。
【符号の説明】
10 電源ユニット
11 入力側電力変換部
14 出力側電力変換部
15 蓄電池
100 電源ブロック
Claims (2)
- つぎの構成を備えたことを特徴とするユニット式無停電電源装置。
(1)一対の入力端子と一対の出力端子とを有する電源ユニットを2n台備え、この2n台の電源ユニットは、入力端子に三相交流電源からのR相電力とS相電力が入力され、R−S相間電力をスイッチングして直流中間出力を得る入力側電力変換部と前記直流中間出力をスイッチングして出力端子に三相交流出力のU相電力とV相電力を得る出力側電力変換部とを有する、少なくとも1台の電源ユニットからなる第1電源ブロックと、入力端子に三相交流電源からのS相電力とT相電力が入力され、S−T相間電力をスイッチングして直流中間出力を得る入力側電力変換部と前記直流中間出力をスイッチングして出力端子に三相交流出力のV相電力とW相電力を得る出力側電力変換部とを有する、少なくとも1台の電源ユニットからなる第2電源ブロックとに分割されている。
(2)前記S相電力が入力される入力端子の電位と前記V相電力が出力される出力端子の電位を共通にするための共通電位線が設けられている。
(3)蓄電池を、一方の端子が前記共通電位線に接続されるように設けている。
(4)前記電源ユニットは、第1コンデンサと第2コンデンサとを備え、第1コンデンサの他端と第2コンデンサの一端とが接続されて直列接続回路を構成している。
(5)前記第1コンデンサの他端と前記第2コンデンサの一端とは前記共通電位線に接続され、前記第1コンデンサの一端と前記第2コンデンサの他端との間に直流中間出力が供給されるように設けられている。
(6)第1巻線と第2巻線を有するチョークコイルが備えられており、前記チョークコイルのセンタータップは前記共通電位線に、前記第1巻線は第1ダイオードを介して前記第2コンデンサの他端に、前記第2巻線は第2ダイオードを介して前記第1コンデンサの一端にそれぞれ接続されている。
(7)スイッチング素子が、その一端が前記チョークコイルの第2巻線と前記第2ダイオードとの接続点に、他端が前記蓄電池の他方の端子に接続されるように設けられている。 - 請求項1記載のユニット式無停電電源装置において、蓄電池は共通電位線とスイッチング素子の他端との間に1組設けられ、第1コンデンサと第2コンデンサとの直列接続回路、第1巻線と第2巻線を有するチョークコイルおよびスイッチング素子は、各電源ブロックを構成する電源ユニットごとに設けられていることを特徴とするユニット式無停電電源装置。
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