JPH0830339A

JPH0830339A - 電圧変動補償機能付電力供給装置

Info

Publication number: JPH0830339A
Application number: JP16355294A
Authority: JP
Inventors: Yasutaka Hoshino; 康隆星野; Tsutomu Fujisawa; 努藤沢; Hideyuki Nemoto; 秀之根本; 敦浩 ▲吉▲崎; Atsuhiro Yoshizaki
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1994-07-15
Filing date: 1994-07-15
Publication date: 1996-02-02
Also published as: TW282590B; US5998886A; CN1119294A; CN1098554C

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は、小型かつ安価な電圧変動補償
機能付電力供給装置を提供することにある。【構成】入力端（１０）と、出力端（２０）と、交流発
生回路(６２)と、電圧異常検出回路（５０）とを有し、
電圧異常検出回路(５０)の出力に基づき、受けた電力を
出力端（２０）から出力し、この電力の電圧が異常の場
合は交流発生回路(６２)の交流電力を出力端（２０）か
ら出力するものにおいて、昇圧回路（６４）と、整流回
路（６０）と、コンデンサ（４０）とを有し、交流発生
回路（６２）はコンデンサ（７０）の充電電圧により交
流電力を形成するように構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電圧変動補償機能付電
力供給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】科学技術が進歩するにつれて、交流電源
への依存度は深まっている。これに応えて、交流電源の
供給は安定的になってきており、特に、送電線の複数回
線化、及び、高速遮断は効果を上げている。そのため、
電源の供給が停止することは極めて少なくなっている。

【０００３】しかしながら、このように保護されていて
も、落雷等が有ったときには、一瞬ではあるが、交流電
源は大きく変動し、ときには、交流電源の遮断が起こ
る。一般の機器は、一瞬の交流電源の変動には影響され
ない。しかしながら、この一瞬の交流電源の変動に影響
される機器も存在する。例えば、半導体製造装置等の複
雑な電気設備がこれにあたる。そのため、瞬時電圧変動
は、設備の稼働停止をもたらし、また、生産の阻害要因
となっている。そこで、別個に、常に電力が供給可能な
電源を用意し、交流電源の電圧変動があったときには、
変動を補うように電圧を供給するようにした、いわゆ
る、電圧変動補償機能付電力供給装置が使われている。

【０００４】この電圧変動補償機能付電力供給装置につ
いて、代表的な例を説明する。交流電源からの入力の一
方の端子はトランスの１次巻線を介して出力端子の一方
に接続されている。なお、このトランスの２次巻線の接
続については後に説明する。これと共に、交流電源から
の供給電圧は整流器で整流されコンデンサに蓄電され
る。そして、交流電源に異常が検出されると、コンデン
サの蓄電電圧をインバータで交流に直す。さらに、これ
は、入力端子と出力端子を結んでいるトランスの２次巻
線に接続されている。すなわち、交流電源に異常が検出
されると、コンデンサの蓄電電圧を、トランスの２次巻
線、そして、入力端子と出力端子を結んでいる１次巻線
を介して、出力端子に供給するものである（第１の従来
技術）。

【０００５】さらに、他の代表的な例について説明す
る。交流電源から供給される電圧を、トランスで変圧
し、整流器で整流する。通常は、この整流された電流を
インバータで交流になおし、出力端子に供給する。これ
と共に、整流器で整流したものを、コンデンサに蓄電し
ておく。ここで、交流電源に異常が生じると、コンデン
サに蓄電してあった電圧を、インバータで交流になお
し、出力端子に供給する（第２の従来技術）。

【０００６】また、一般に、これらの補償回路はラック
に収納されている。さらに、ラックに足を設け、この足
を介して地面の上に保持するようにしている。従来にお
いては、この足はラックに固定されていた。

【０００７】さらに、ある種のものは移動可能なことが
要求される。この場合には、ラックにキャスターをつ
け、地面とキャスターの間を転がり摩擦により保持して
いた。従来においては、キャスターをラックに固定して
いた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の従来技術で
は、交流電源からの入力の端子はトランスの巻線を介し
て出力端子に接続されている。このトランスは、常時、
交流電源からの電流が通電しているため、これに耐える
ように設計すると、大型にならざるを得ない。そのため
に、補償回路全体が大型になり、また、高価になる。

【０００９】また、第２の従来技術では、交流を直流に
なおし、さらに、これを交流になおすようにして補償電
源としているので、これら変換のために、損失が大きく
実際の使用に耐えず、また、複雑で高価であった。

【００１０】本発明の第１の目的は、大型のトランスを
用いること無く、小型で、かつ、安価な電圧変動補償機
能付電力供給装置を提供することにある。

【００１１】また、従来技術では、例えば、人間が交流
電源の出力状態をチェックして、交流電源が正常に戻っ
ていることを確認してから、再び、補償電源から交流電
源に戻すようにしていた。そのため、補償電源から交流
電源に戻るまでの時間が比較的長くなってしまう。この
ように長い時間、補償電源から電圧を供給するように構
成すると、必然的に、補償電源が大型、かつ、高価にな
らざるを得ない。

【００１２】本発明の第２の目的は、補償電源を小型に
保ち、装置全体が小型で安価な電圧変動補償機能付電力
供給装置を提供することにある。

【００１３】また、従来技術では、例えば、交流電源の
電圧が所定値よりも低くなると、交流電源から補償電源
に切り替え、また、交流電源の電圧が前記の値よりも高
くなると、補償電源から交流電源に戻すようにしてい
た。

【００１４】このような構成では、なんらかの原因で、
交流電源の電圧が比較的短い時間内に上昇及び下降を繰
返した場合に、交流電源から補償電源へ頻繁に切り替わ
り、その度に、過渡的な状態に陥り、支障が生じてい
た。

【００１５】本発明の第３の目的は、短い時間内に交流
電源の変動が繰返えされても、これに耐えうる電圧変動
補償機能付電力供給装置を提供することにある。

【００１６】さらに、従来の技術では、その電圧値を所
定の値と比較し、その比較により交流電源の異常を検出
していた。このような単純な比較では、検出誤差を避け
ることが事実上難しく、交流電源が異常な状態に陥って
いないにもかかわらず、交流電源から補償電源に切替わ
っていた。また、交流電源が異常な状態に陥っているに
もかかわらず、交流電源から補償電源に切替わらず、電
源が供給されなかったりしていた。

【００１７】本発明の第４の目的は、異常状態の検出が
正確で、交流電源が異常に陥ったときに、正確に、交流
電源から補償電源に切替わるような電圧変動補償機能付
電力供給装置を提供することにある。

【００１８】また、一般に、補償回路をラックに収納
し、このラックに足を設け、この足を介して地面の上に
保持するようにしているが、従来においては、この足は
ラックに固定されていたために、例えば、装置全体をわ
ずかな空間に収納しなければならなくなったときに、こ
の足が支障になっていた。また、装置の置きかたに工夫
が必要になったとき、例えば、立てた状態であったの
を、横にして設置しなければならなくなったときに、こ
の足が支障になっていた。

【００１９】本発明の第５の目的は、装置全体の設置に
柔軟性を有した電圧変動補償機能付電力供給装置を提供
することにある。

【００２０】さらに、ある種の補償回路では、移動のた
め、ラックにキャスターをつけ、地面とキャスターの間
を転がり摩擦により保持していたが、従来においては、
キャスターをラックに固定していたので、例えば、比較
的高い丈のものが置いてあると、そこを避けて移動せざ
るを得なく、移動が不便であった。

【００２１】本発明の第６の目的は、移動が簡単な電圧
変動補償機能付電力供給装置を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段】次に、上記の目的を達成
するための、本発明の構成をそれぞれ説明するが、理解
が容易になるよう、実施例に用いられる符号を付して説
明する。この符号は、本発明の構成の理解を容易にする
ことを意図して付すものであって、本発明を実施例に限
定するものではない。

【００２３】上記第１の目的を達成するために、第１の
発明では、交流電力を受ける入力端（１０）と、交流電
力を出力する出力端（２２）と、上記受けた電力を導い
て変換し交流電力を出力する交流発生回路（６２）と、
上記受けた電力の電圧異常の有無を検出する電圧異常検
出回路（５０）とを有し、上記受けた電力の電圧が正常
な場合は上記電圧異常検出回路（５０）の出力に基づき
上記受けた電力を上記出力端（２２）から出力し、上記
受けた電力の電圧が異常の場合は上記電圧異常検出回路
（５０）の出力に基づき上記交流発生回路（６２）の交
流電力を上記出力端（２２）から出力するものにおい
て、上記受けた交流電力を昇圧する昇圧回路（３４）
と、上記昇圧回路（３４）の出力を整流する整流回路
（３６）と、上記整流回路（３６）の出力を充電するコ
ンデンサ（４０）とを有し、上記交流発生回路（６２）
は上記コンデンサ（４０）の充電電圧により交流電力を
形成するように構成されている。

【００２４】さらに、上記第２の目的を達成するため
に、第２の発明では、交流電力を受ける入力端（１０）
と、交流電力を出力する出力端（２２）と、上記受けた
電力を導いて変換し交流電力を出力する交流発生回路
（６２）と、上記受けた電力の電圧異常の有無を検出す
る電圧異常検出回路（５０）とを有し、上記受けた電力
の電圧が正常な場合は上記電圧異常検出回路（５０）の
出力に基づき上記受けた電力を上記出力端（２２）から
出力し、上記受けた電力の電圧が異常の場合は上記電圧
異常検出回路（５０）の出力に基づき上記交流発生回路
（６２）の交流電力を上記出力端（２２）から出力する
ものにおいて、上記交流発生回路の出力開始から所定時
間後に上記交流発生回路（６２）の出力を遮断する遮断
回路（７０）を有するように構成した。

【００２５】さらに、上記第３の目的を達成するため
に、第３の発明では、交流電力を受ける入力端（１０）
と、交流電力を出力する出力端（２２）と、上記受けた
電力を導いて変換し交流電力を出力する交流発生回路
（６２）と、上記受けた電力の電圧異常の有無を検出す
る電圧異常検出回路（５０）とを有し、上記受けた電力
の電圧が正常な場合は上記電圧異常検出回路（５０）の
出力に基づき上記受けた電力を上記出力端（２２）から
出力し、上記受けた電力の電圧が異常な場合は上記電圧
異常検出回路（５０）の出力に基づき上記交流発生回路
（６２）の交流電力を上記出力端（２２）から出力する
ものにおいて、上記電圧異常検出回路(５０)は上記受け
た電圧が所定範囲よりも大きく偏差したときに異常を示
す出力をするように構成した。

【００２６】さらに、上記第４の目的を達成するため
に、第４の発明では、交流電力を受ける入力端（１０）
と、交流電力を出力する出力端（２２）と、上記受けた
電力を導いて変換し交流電力を出力する交流発生回路
（６２）と、上記受けた電力の電圧異常の有無を検出す
る電圧異常検出回路（５０）とを有し、上記受けた電力
の電圧が正常な場合は上記電圧異常検出回路（５０）の
出力に基づき上記受けた電力を上記出力端（２２）から
出力し、上記受けた電力の電圧が異常の場合は上記電圧
異常検出回路（５０）の出力に基づき上記交流発生回路
（６２）の交流電力を上記出力端（２２）から出力する
ものにおいて、上記受けた電力を３相交流に変換する３
相変換回路（１０２）を有し、上記電圧異常検出回路
（５０）は上記３相変換回路（１０２）の出力する３相
交流の少なくとも一相に基づいて異常を示す出力をなす
ように構成されている。

【００２７】さらに、上記第５の目的を達成するため
に、第５の発明では、交流電力を受ける入力端（１０）
と、交流電力を出力する出力端（２２）と、上記受けた
電力を導いて変換し交流電力を出力する交流発生回路
（６２）と、上記受けた電力の電圧が正常な場合は上記
受けた電力を上記出力端（２２）から出力し、上記受け
た電力の電圧が異常な場合は上記交流回路（６２）の交
流電力を上記出力端(２２)から出力する保障回路とを有
するものにおいて、上記入力端（１０）及び上記出力端
（２２）を外部と接続可能に配置すると共に、上記交流
発生回路（６２）及び上記保障回路を格納するラック
（２００）と、着脱可能に構成されて上記ラック（２０
０）を支える足（２０３）を有するように構成した。

【００２８】さらに、上記第６の目的を達成するため
に、第６の発明では、交流電力を受ける入力端（１０）
と、交流電力を出力する出力端（２２）と、上記受けた
電力を導いて変換し交流電力を出力する交流発生回路
（６２）と、上記受けた電力の電圧が正常な場合は上記
受けた電力を上記出力端（２２）から出力し、上記受け
た電力の電圧が異常の場合は上記交流回路（６２）の交
流電力を上記出力端(２２)から出力する保障回路とを有
するものにおいて、上記入力端（１０）及び上記出力端
（２２）を外部と接続可能に配置すると共に、上記交流
発生回路（６２）及び上記保障回路を格納するラック
（２０９）と、上記ラック（２０９）を移動可能とする
ように取り付けられたキャスター（２１１）とを有する
ように構成した。

【００２９】

【作用】第１の発明では、交流電源の異常時には交流電
源からの電圧を遮断し、補償電源からの電圧を接続でき
るように構成されており、通常使用において、交流電源
は、トランスなどを介さず、そのまま出力端子に接続さ
れることが可能な構成となっている。

【００３０】第２の発明では、補償回路からの電圧供給
を所定時間で終了し、その後、交流電源を出力端に出力
する。

【００３１】第３の発明では、交流電源が所定範囲より
も大きく変化したときに、異常と判断し、交流電源から
補償回路に切換える。

【００３２】第４の発明では、交流電圧は３相交流に変
換され、この３相交流を検出することにより交流電圧を
異常として検出する。

【００３３】第５の発明では、足がラックから着脱可能
となっている。

【００３４】第６の発明では、アジャスターにより調接
が可能となってる。

【００３５】

【実施例】図１は本発明の一実施例である瞬時電圧変動
補償装置の具体的回路を示す。入力端子１０に商用交流
電圧が加えられ、この交流電圧は、ブレーカ１２と高周
波ノイズを除去するためのフィルタ１８と半導体スイッ
チ２０を介して出力端子２２へ送られ出力される。上記
ブレーカ１２は、スイッチ１４の操作に基づき動作する
リレー１６によって、動作するよう構成されている。

【００３６】スイッチ１４を操作することにより、フィ
ルタ等後述する後方の回路への電力の供給及び遮断がで
きる。操作の１例として、出力端子２２から電力が供給
される後方機器やこの瞬時電圧変動補償装置自身に生じ
た原因、例えば異常状態になったなどの原因で、手動で
あるいは自動的に上記スイッチ１４を動作させることに
より、緊急に上記ブレーカ１２を開きこのブレーカ以降
の電力の供給を緊急に停止できる。もちろん異常状態で
なくても、単に電力の供給を停止したい時にも使用でき
る。

【００３７】上記半導体スイッチ２０は、後述する電圧
変動検出回路５０からの制御信号に基づき、極めて短時
間に交流電流の供給や遮断を行う回路で、例えばトライ
アック素子で構成される。半導体スイッチ２０はこのト
ライアック以外の素子であっても、短時間に交流電流の
供給や遮断を行えるものであれば使用できる。もちろん
この半導体スイッチは複数の半導体素子を組み合わせて
構成した回路であってもよい。

【００３８】次にヒューズ３２，トランス３４，整流回
路３６，インピーダンス３８及び電解コンデンサ４０は
直流充電回路を形成する。ここでヒューズ３２は電解コ
ンデンサ４０が短絡事故を起こしたとき短絡電流を遮断
するために設けられており、充電回路の上流で短絡電流
を遮断するとの観点で図のような配置が最適であるが、
トランス３４から電解コンデンサ４０までの直流回路の
中に設けられていれば、上記短絡電流遮断の作用が可能
である。

【００３９】トランス３４は入力電圧を昇圧する働きを
し、例えば入力電圧が１００Ｖであれば２００Ｖや２７
０Ｖなど入力電圧より高い電圧を出力する。この目的は
ブレーカ１２が投入されてから、つまり充電回路に電圧
が供給されてから、出来るだけ短時間に電解コンデンサ
４０を充電すること、及び後述するようにインバータ６
２とＬＣ回路６４により発生する交流電圧が入力端子１
０から入力される商用交流電圧に極めて近い電圧を発生
させることである。

【００４０】つまり入力端子１０から入力された交流電
圧を昇圧しないまま整流して充電する場合、次の原因で
インバータ６２の出力電圧が必要な電圧に達しないこと
が生じる恐れがある。このためＬＣ回路６４の出力電圧
が望ましい電圧より低くなってしまう問題がある。トラ
ンス３４による昇圧はこれを解決するためである。

【００４１】上記問題の原因として、充電回路の電圧降
下により上記入力端子１０から入力された交流電圧の理
想充電回路による直流充電電圧より実際の充電電圧が低
下する、あるいは、上記電解コンデンサの充電電圧は時
間の関数で上昇していき、十分な充電時間が無いとコン
デンサより出力される電圧は充電電圧より低下する。ま
た、放電時間の関数でコンデンサの出力電圧は低下し、
従って昇圧しない場合放電時間の経過で直ぐに電圧が不
足することとなる。また、インバータ６２はその内部で
電圧が低下することが必ず生じ、その分高い電圧が入力
されてはじめて目的の電圧を出力できる。

【００４２】また、これとは別に、トランスを設けた効
果として、電気的にトランス３４の入力側の回路と同じ
く出力側の回路を切り離し、電気的な干渉をなくするこ
とがある。この干渉とは例えば半導体スイッチ２０と７
０が同時に導通しているような状態が生じた場合、ヒュ
ーズ３２，整流器３６，インピーダンス３８，インバー
タ６２，ＬＣ回路６４，半導体スイッチ７０が半導体ス
イッチ２０に並列に接続されることとなり、または半導
体スイッチ２０と閉ループ回路を形成することとなり、
電圧差などで電流が流れたり、干渉したりする恐れがあ
る。トランス３４は電気的にこれを切離し、磁気的に接
続させるのでトランスの入力側と出力側に電位の差が生
じても、この影響を防止出来る。上記スイッチ２０と７
０とが同時に導通する状態とは、例えばどちらかのスイ
ッチが短絡した場合などの故障状態である。あるいは、
故障ではないがスイッチ２０と７０の一方例えばスイッ
チ２０が導通状態、他方スイッチ７０が遮断状態で、電
圧変動検出回路５０からなどの指令により、スイッチ２
０を遮断し、スイッチ７０を導通する場合、スイッチ２
０と７０の上記指令の応答動作中に同時に導通状態であ
る。スイッチの特性のバラツキでこのようなことが起こ
りうる。

【００４３】直流入力を交流に変換するインバータ回路
６２は市販されている製品を使用できる。なお、本実施
例ではインバータ回路６２はラフな交流を発生させる。
このラフな交流をＬＣ回路６４に加えることにより、き
れいな交流を発生する。本実施例では、インバータ６２
とＬＣ回路６４で、直流を交流に変換する直流交流変換
回路として動作する。

【００４４】上記インバータ６２には入力端子ａとｂと
ｃがあり、入力端子ａには交流出力を作るための直流が
入力され、入力端子ｂには交流出力の発生のタイミング
つまり上記入力端子１０に入力されていた交流電圧と同
相の交流を発生するため、同期を取るための信号が入力
される。この入力端子ｂの入力信号に同期して入力端子
ａに加わる直流により交流が出力される。半導体スイッ
チ２０から供給される交流を半導体スイッチ７０から供
給される交流に切り替えたとき、切り替えのつながりが
スムーズになり、その後、入力端子１０からの交流が停
止して同期信号が入力されなくても、上記つながりがス
ムーズであれば、出力端子２２につながる交流を供給す
る機器に悪影響を与えない。端子ｃはインバータ６２を
動作させるための直流電源の入力端子である。

【００４５】半導体スイッチ７０は上記直流から作られ
た交流を出力端子２２に送るかどうかを制御するスイッ
チで、例えばトライアックで構成される。上記半導体ス
イッチ２０及び７０は、電圧変動検出回路あるいは外部
制御回路の動作に基づき制御される。以下更に詳細に説
明する。

【００４６】入力端子１０から入力される交流入力の異
常を電圧変動検出回路５０で検出する。電圧変動の検出
は上記の通り交流入力の異常を検出するもので、必ずし
も電圧でなくても電流の変動を検出しても良いが、ここ
ではそれらを行う回路を総称して、電圧変動検出回路と
呼ぶ。しかし、上記電圧変動検出回路５０は、送電線が
雷の影響で短時間（数十ｍsecから数百ｍsec）停電する
場合を極めて短い時間で検出することが必要であり、電
圧の変化を検出する方が他の方法より検出が容易であ
る。

【００４７】電源５２は上記電圧変動検出回路５０を動
作させるのに必要な直流電圧を供給する電源である。こ
の電源は入力端子１０から供給された電圧つまり半導体
スイッチ２０の入力側の電圧に基づいて上記直流電圧を
発生したり、あるいは出力端子２２から出力する電圧に
基づいて上記直流電圧を発生することができる。上記出
力端子２２から出力する電圧に基づいて上記直流電圧を
発生するようにすれば入力端子１０の入力電圧が異常で
も回路６２と６４で発生した電圧で動作出来るメリット
がある。この場合ブレーカ１２が開いており、最初に投
入する場合まだ出力端子２２には交流電圧が供給されて
おらず、電源５２から電圧変動検出回路５０に電圧を供
給出来ない。従ってこの場合、電圧変動検出回路５０か
ら半導体スイッチ２０や７０の制御信号を出力出来な
い。この場合例えば外部制御回路５４またはタイマー５
６の動作で最初半導体スイッチ２０を導通させ、一方半
導体スイッチ７０を遮断することが必要である。

【００４８】上述の入力端子１０に入力された交流に基
づき上記電源５２を動作する場合、そもそもこの図１の
回路は０.５秒以下程度の短い期間の電圧低下(停電も含
む）に対応することを目的とするもので、電源５２にそ
のような短時間の上記電圧低下に耐えて必要な電圧の供
給を維持出来る機能を有する回路を持たせておけば、こ
の問題は解決できる。

【００４９】外部制御回路５４は、外部信号発生回路５
８の信号によりまたは半導体スイッチの温度を監視する
センサ６０により、電圧変動検出回路５０の出力に関係
無く、強制的に半導体スイッチ２０及び７０を制御する
信号、例えば導通状態にある半導体スイッチを遮断する
信号あるいは遮断状態のスイッチを導通させる信号、を
発生し、タイマー回路５６を介して上記スイッチ２０及
び７０に加える。これにより例えば、入力端子１０から
正常な交流が供給されているにもかかわらず、外部信号
発生回路５８により出力端子２２からの出力を強制的に
停止するため、半導体スイッチ２０と７０を強制的に遮
断する制御が可能である。また半導体スイッチ２０の温
度が規定値（第２レベル）より高くなった場合、このス
イッチ２０を遮断することや、場合によっては半導体ス
イッチ２０を一時的に遮断すると同時に半導体スイッチ
７０を導通することも可能である。

【００５０】なお、温度センサ６０の出力に基づいて温
度が第２レベルよりも低い第１レベルを越えて上昇した
ときに警報を発するようにしても良い。警報は、例え
ば、赤ランプを点灯させたり、ブザーを発したりするこ
とが望ましい。また、この温度が第１レベルより上昇し
たことを電圧変動回路５０に伝えるようにしても良い。
電圧変動回路５０は、この回数をカウントし、所定の回
数を越えたときに、回路が異常であると判断し、上位の
警告を発したり、その他適当な制御をおこなうようにし
ても良い。

【００５１】タイマー５６は半導体スイッチ７０を所定
時間経過後強制的に遮断するよう作用する。所定時間と
は、１秒以下の決められた時間で、例えば０.５秒であ
る。図１の回路は、入力端子１０に入力される交流が、
落雷の影響で極めて短時間、例えば０.５秒に満たない
時間、遮断あるいは電圧低下する場合に、これを補償す
るものであり、長時間の停電の補償を考えていない。こ
のため、充電回路３４，３６，３８、及びコンデンサ４
０からなる直流電源は上記短時間だけ直流を供給する機
能をもち、長時間の対応は考えていない。このことによ
り、回路を構成する部品が小型で安価となり、この電源
装置全体が極めて小型でしかも安価になり、据付けが便
利となる。この反面予定時間以上この直流電源を働かせ
ると、コンデンサ４０の放電により、上記インバータ６
２に入力される電圧が低下し、規定の電圧の交流を発生
できなくなる。コンデンサ４０より直流を供給すること
から電圧の低下した直流をいつまでもインバータ６２に
供給し続けることとなり、このため、電圧の低下した質
の悪い交流をいつまでも供給することとなる。タイマー
５６により、半導体スイッチ７０を遮断し、質の悪い電
圧の供給を停止することができる。また出力端子２２に
接続された機器の保守点検で誤ってそれらの機器の電源
を接続したままであっても、タイマー５６により、半導
体スイッチ７０を遮断していれば、安全性が確保でき
る。

【００５２】図２により、上記図１の回路の動作を説明
する。入力端子１０につながる交流母線の電圧が規定値
例えば１０％変動、入力端子１０の交流電圧が１００Ｖ
であれば、例えば、９０Ｖ以下になったとき、すると電
圧変動検出回路５０で例えば、これを検知し、スイッチ
２０を遮断してスイッチ７０を導通する。図２（イ）は
入力端子１０に入力される交流波形であり、時点ｔ０で
正常な交流が入力されていたとすると、上記説明の動作
でコンデンサ４０に直流電流が供給され、充電電圧がイ
ンバータ６２の入力端子ａに入力される。これによりイ
ンバータ６２でラフな交流が発生し、ＬＣ回路６４で質
の高い交流が発生し、スイッチ７０に加えられる。しか
し回路５０の動作でスイッチ７０は遮断状態となってお
り、出力端子２２にはスイッチ２０を介して入力端子１
０の、図２（イ）に示す、交流が供給される。

【００５３】時点ｔ１で電圧が所定値以下に低下したと
仮定する。この時点ｔ１で上記回路５０の動作により、
スイッチ２０が遮断され、一方スイッチ７０が導通す
る。図２（ハ）はスイッチ２０の出力波形であり、時点
ｔ１で交流の供給が停止される。一方図２（ニ）はスイ
ッチ７０の出力波形であり、時点ｔ１で交流を供給す
る。従って出力端子２２の出力は（ロ）に示すごとく、
引き続き良質の交流を供給可能である。また、時点ｔ₁
で電圧が所定値以下になった状態を所定時間（例えば
０.２sec）継続したときに、スイッチ２０を遮断し、ス
イッチ７０を導通するようにしても良い。

【００５４】落雷により交流母線の電圧が数十ミリセッ
クから数百ミリセックの間異常になることが度々起こる
が、これらは長くても０.３５秒以内に回復する。今０.
３５秒以下の時間である時点ｔ２に回復したとする。こ
の時点ｔ２で上記回路５０は回復したことを検知し、ス
イッチ２０を導通しスイッチ７０を遮断する制御信号を
発生する。この制御信号により回路５４とタイマー５６
を介してスイッチ２０と７０が制御され、スイッチ２０
が導通し、スイッチ７０が遮断する。インバータ６２の
消費電流が減るのでコンデンサ４０の放電より、充電が
多くなり、コンデンサ４０は再び充電される。上記
（ロ）に示すごとく、出力端子２２から上記入力交流の
異常に影響されない、良質の交流が供給される。

【００５５】なお、入力端子１０の電圧が９５％（９５
Ｖ）になった場合に回復したと判断しても良い。このよ
うに、ヒステリシスをもたせれば、入力端子１０の電圧
が９０％前後でハンチングしたときも、ハンチングに影
響されずに、制御が可能である。また、ほんの少しの時
間、スイッチ２０及びスイッチ７０を共に導通させても
良い。

【００５６】上で述べた通り、もし入力端子１０の入力
の異常が予定時間を超えて続く場合、出力端子２２の出
力電流が多いとインバータ６２のコンデンサ４０からの
供給電流が増大し、コンデンサ４０は急激に放電し、所
定時間を超えると質の高い交流を供給できなくなるので
タイマー５６でスイッチ７０を遮断する。なおコンデン
サ４０の放電状態はインバータ６２に供給される放電電
流で決まるので、上記タイマー５６により所定時間経過
後遮断する場合の所定時間は、一定にしてもよいが、放
電電流で決めてもよい。所定の時間を、コンデンサ４０
の端子電圧が規定の値以下に低下したことを検出しその
検出時点としてもよい。

【００５７】上記入力端子に供給される交流電圧が正常
な場合、半導体スイッチ２０が導通し、半導体スイッチ
７０が遮断状態であることは上で述べた通りである。こ
の状態で上述の通りコンデンサ４０に直流が充電される
と共にインバータ６２は交流を発生し続ける。スイッチ
７０が遮断状態なので、インバータ６２の発生電圧はス
イッチ７０で遮断され、インバータ６２から出力される
電力は極めて少ない。従ってインバータ６２とＬＣ回路
６４が常時動作しているにもかかわらず、発熱が極めて
少ない。このため、インバータ６２やＬＣ回路６４は上
記スイッチ７０が動作する（導通する）、短時間の発熱
に対応できるように設計すれば良く、小型で安価にな
る。またコンデンサ４０は上記正常時充電されると共に
インバータ６２に直流を常時加えている。上述の通り、
上記正常時インバータの出力電力が極めて小さいので、
コンデンサ４０からインバータ６２に供給することによ
り流れるコンデンサの放電電流は非常に少ない。従って
放電電流が常時流れるが、特に悪影響が無い。

【００５８】本実施例では直流エネルギーの蓄積手段と
して使用するコンデンサ４０に電解コンデンサを使用す
る。その理由は非常にその寿命が長いからである。電解
コンデンサの寿命は温度に大きく依存する。使用温度が
１０度下がれば寿命は２倍になる。逆に温度が上昇する
と電解液の蒸発飛散が起こり、特性が加速度的に劣化す
る。リップル除去など一般的に使用されている電解コン
デンサは周囲温度に加え、リップル電流による内部電極
の温度上昇が生じ、その寿命は３年から５年と言われて
いる。しかし本実施例では次の理由により寿命が非常に
長くなる。(１)ブレーカ１２の投入時にコンデンサ４０
が充電されるとその後充放電を繰り返すことが非常に少
ないので、電流がほとんど流れず、自己発熱が極めて少
ない。上記説明で雷による短期間の異常が度々起こると
述べたが、これは相対的問題で、年に５回以上起これば
多い方である。１０回はまず起こらない。従ってコンデ
ンサは常時飽和充電状態にあると考えられる。従って流
れる電流は上記インバータに供給する無負荷供給電流く
らいで、ほとんど流れない。（２）リップル電流が流れ
ない。（１）で述べたごとく、コンデンサはほとんど飽
和状態に充電されており、リップル電流がほとんど流れ
ない。（３）入力端子１０への供給電圧の異常が生じる
のは数えるほどであり、この時生じる充放電電流による
内部電極の温度上昇はコンデンサの全体の使用からする
と無視できる程度であり、これに伴うコンデンサの劣化
も極めて少ない。（４）上記供給電圧の異常でスイッチ
７０が導通する回数や時間は非常に少なく、このため、
トランス３４や整流器３６，インピーダンス３８，コン
デンサ４０，インバータ６２，ＬＣ回路６４等の回路の
発熱は非常に少なく、コンデンサ４０の配置されている
周囲温度はほとんど常温と変わらない。このためコンデ
ンサ４０の温度は低く、長寿命となる。今、周囲温度が
４０度とするとコンデンサの寿命は約１４年，３０度と
すると２８年，２３度とすると４６年となり、本実施例
の方法ではバッテリに比べ、非常に長寿命となる。

【００５９】なお、入力端子１０と出力端子２２を接続
可能な第３のスイッチを設け、スイッチ２０が加熱状態
になったり、また、インバータ６２の出力が異常となっ
たりしたときに、このスイッチにより、入力端子１０と
出力端子２２を接続しても良い。この第３のスイッチは
通常は遮断されている。

【００６０】図３は安全装置に関する。図１で入力端子
１０へ送られてくる電力が遮断された場合に、出力端２
２の出力が発生していないと考え、出力端２２あるいは
その後段に手を触れる可能性がある。さらに出力端２２
の後段のみならず図１の回路が実現されている装置に手
を触れるかも知れない。今入力端１０への入力の遮断と
いったが、この遮断は入力１０の前段で遮断される場合
もあるが、この実施例のブレーカ１２を開く場合もあ
る。これらは図１の回路の異常あるいは図１の出力以後
に接続される回路の異常が原因で、これらに基づく損傷
を少なくするために行われる。図３は一例で、ブレーカ
の開放動作をリレー１６の動作信号により検知し、電力
遮断検出回路４８のオアゲートに入力したり、他の回路
５８からの信号がオアゲートに入力されたりする。

【００６１】他の回路５８とは、図１の回路の異常をあ
るいは図１の後段の回路の異常により信号を発生する回
路である。すなわち図１の回路内で電圧を発生させない
状態をあるいは電力を出力しない状態を電力遮断検出回
路４８で検出する。例えば図１の実現装置の内部の部品
に手を触れるための扉が開いている状態を検知してもよ
い。上記扉ではなく高い電圧の部分安全カバーが開いて
いる状態を検知してもよい。

【００６２】以上のように電力遮断検出回路４８でイン
バータ６２の電圧の発生停止状態などを検出すると、ス
イッチ４６を閉じ、コンデンサ４０の放電回路を形成
し、コンデンサ４０の保持電力を放電する。抵抗４２は
最大放電電流を押えるための抵抗であり、コンデンサ４
０の破損や急激な劣化を生じるような大きな放電電流を
防止する。

【００６３】抵抗４２とスイッチ４６は図１のインバー
タ６２の入力端ａとアース端との間に接続される。上記
抵抗４２とスイッチ４６を有する放電回路でコンデンサ
４０の電力の放電のみならず、もしインバータ６２の内
部に電力が図示されていないコンデンサに保持されてい
たとしてもこれを放電することができ、安全性が向上す
る。また抵抗４２はスイッチ４６が閉じたとき、コンデ
ンサ４０やコンデンサ４０への充電回路の短絡電流の制
限のみならず、必要に応じインバータ６２の放電電流の
最大値を押えるのに効果がある。

【００６４】図３の抵抗４２とスイッチ４６を有する放
電回路は図１の整流器３６の出力端とアース間に設けて
もよい。この場合抵抗４２と同じ作用をインピーダンス
３８が行うので、抵抗４２の値を小さくしたり、あるい
は省略したりすることができる。

【００６５】図３でスイッチを抵抗４２に対し、アース
側つまり低電圧側に設けている。可動部を有するスイッ
チをアース側に設けることによりスイッチに加わる電圧
を低くできる。保守や点検の安全性の上でのぞましい。

【００６６】次に、電圧変動回路５０における異常検出
回路の詳細の一例を説明する。図４において、入力端子
１０からの交流電圧はフィルタ１８を介して移相回路１
０１に入力される。移相回路１０１は、交流波形１３１
（図４（ｃ))を３相交流波形１３２（図４（ｃ))に変換
する。３相交流波形１３２は、３相全波整流回路102に
より、３相脈流波形１３３（図４（ｃ))に変換される。
さらに、この３相脈流波形１３３は、比較回路１０３に
より所定電圧（例えば９０Ｖ）と比較され、所定電圧よ
りも低いときに、比較回路１０３は出力パルスをＯＦＦ
出力からＯＮ出力に変化させる。

【００６７】さらに、具体的な回路の詳細を説明する。
移相回路１０１はトランス１１１，コンデンサ１２２及
び抵抗１１３より構成される。トランス１１１の１次巻
線はフィルタ１８に接続される。一方、２次巻線の２つ
の出力端間にコンデンサ112及び抵抗１１３が直列につ
ながっている。３相全波整流回路はダイオード１１４〜
１１９によって構成される。３相交流１３２の各相は、
それぞれ、ダイオード１１４とダイオード１１７の結合
点、ダイオード１１５とダイオード１１８の結合点、及
びダイオード１１６とダイオード１１９の結合点に出力
される。３相全波整流回路１０２から出力される３相脈
流１３３の各相は、それぞれ、可変抵抗１２０を介して
比較器１２３の一方の入力端子に入力される。比較器１
２３の他方の入力端子は、抵抗１２２及び可変抵抗１２
１で調整された電圧が印加されており、比較器１２３は
これらを比較してパルス状の出力電圧を出力する。

【００６８】次に、図１に示される瞬時電圧変動補償装
置の目的を包囲するラックについて説明する。図５にお
いて、ラック２００の側面には出力端子１０及び出力端
子２２が並べて設けられている。またラック２００の他
の側面にはゴム足２０１が四隅に設けられている。ゴム
足２０１は、ラック２００を横置きにするときに便利な
ように設けられている。ラック２００の底面には転倒防
止金具２０２を介してアジャスタ２０３が設けられてい
る。転倒防止金具２０２は、ラック２００の底面よりも
幅広で、ラック２００を支えるためのものである。ま
た、転倒防止金具２００はネジによってラック２００に
固定されている。なお、このネジの回転により、転倒防
止金具２００とアジャスタ２０３は、ラック２００の地
面からの高さを調整するものであり、ネジ機構によりラ
ック２００は着脱可能である。

【００６９】転倒防止金具２００に固定されている。こ
こで、アジャスタ２０３のネジ部を回転させることによ
って、ラック２００を高くしたり低くしたりすることが
できる。さらに、アジャスタ２０３のネジ部を回転させ
ると、アジャスタ２０３をラック２００から取りはずす
ことができる。

【００７０】他のラックの例を示す。ラック２０９は主
に運搬に便利なように工夫されている。図６において、
ラック２０９の底面の４ケ所にアジャスタ２１２が設け
られると共に、ラック２０９の底面の３ケ所にキャスタ
２１１が設けられている。アジャスタ２１２のネジ部を
回転させラック２０９の高さを低くしていくと、キャス
タ２１１が地面と接触するようになる。このような状態
にすれば、ラック209はキャスタ２１１により容易に移
動可能となる。

【００７１】一方、アジャスタ２１２のネジ部を回転さ
せラック２０９の高さを高くすると、キャスタ２１１は
地面から離れ、ラック２０９は固定状態になる。なお、
キャスタ２１１とラック２０９の距離を調節可能とすれ
ば良い。このために、キャスタ２１１とラック２０９の
アジャスタを介して接続しても良い。

【００７２】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明では、
交流電源の異常時に交流電源を遮断し、交流電源の正常
時には交流電源からの電圧をそのまま接続できるように
構成されており、交流電源は、トランスなどを介さず、
そのまま出力端子に接続される構成となっている。その
ため、大型のトランスを用いることなく、異常検出及び
交流電源補償が可能となり、装置が小型かつ安価とな
る。

【００７３】第２の発明では、補償回路からの電圧の供
給を所定時間で終了し、交流電源からの電圧を出力端に
出力する。そのため、補償回路を大型複雑にすることが
避けられ、装置が小型かつ安価となる。

【００７４】第３の発明では、交流電源が所定範囲より
も大きく変動したときに、異常と判断し、交流電源から
補償回路に切替える。そのために、交流電源が短時間に
変化を繰返したときにも、適切に、異常検出及び交流電
源補償が可能となる。

【００７５】第４の発明では、交流電圧は３相交流に変
換され、この３相交流を検出することにより交流電圧の
異常を検出する。このため、交流電源の異常の検出の精
度が向上し、適切に、異常検出及び交流電源補償が可能
となる。

【００７６】第５の発明では、足はラックから着脱可能
となり、装置の設置の柔軟性が確保される。

【００７７】第６の発明では、キャスターにより装置の
移動が容易になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】瞬時電圧変動補償装置の具体的回路を示す図で
ある。

【図２】瞬時電圧変動補償装置の動作を示す図である。

【図３】インバータ６２の周辺回路の詳細図である。

【図４】電圧変動検出回路における異常電圧検出する回
路の詳細図である。

【図５】ラックを示す図である。

【図６】他のラックの例を示す図である。

【符号の説明】

１０…入力端、２２…出力端、３４…昇圧回路、３６…
整流回路、４０…コンデンサ、５０…電圧異常検出回
路、６２…交流発生回路、２０９…ラック、211…キャ
スター、２１２…アジャスタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ▲吉▲崎敦浩東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株式会社日立製作所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電力を受ける入力端（１０）と、交流
電力を出力する出力端（２２）と、上記受けた電力を導
いて変換し交流電力を出力する交流発生回路（６２）
と、上記受けた電力の電圧異常の有無を検出する電圧異
常検出回路（５０）とを有し、上記受けた電力の電圧が
正常な場合は上記電圧異常検出回路（５０）の出力に基
づき上記受けた電力を上記出力端（２２）から出力し、
上記受けた電力の電圧が異常の場合は上記電圧異常検出
回路（５０）の出力に基づき上記交流発生回路（６２）
の交流電力を上記出力端（２２）から出力するものにお
いて、上記受けた交流電力を昇圧する昇圧回路（３４）
と、上記昇圧回路（３４）の出力を整流する整流回路
（３６）と、上記整流回路（３６）の出力を充電するコ
ンデンサ（４０）とを有し、上記交流発生回路（６２）
は上記コンデンサ（４０）の充電電圧により交流電力を
形成するように構成されていることを特徴とする電圧変
動補償機能付電力供給装置。
【請求項２】請求項１において、上記昇圧回路（３４）
はトランスを含んでいることを特徴とする電圧変動補償
機能付電力供給装置。
【請求項３】交流電力を受ける入力端（１０）と、交流
電力を出力する出力端（２２）と、上記受けた電力を導
いて変換し交流電力を出力する交流発生回路（６２）
と、上記受けた電力の電圧異常の有無を検出する電圧異
常検出回路（５０）とを有し、上記受けた電力の電圧が
正常な場合は上記電圧異常検出回路（５０）の出力に基
づき上記受けた電力を上記出力端（２２）から出力し、
上記受けた電力の電圧が異常な場合は上記電圧異常検出
回路（５０）の出力に基づき上記交流発生回路（６２）
の交流電力を上記出力端（２２）から出力するものにお
いて、上記交流発生回路の出力開始から所定時間後に上
記交流発生回路（６２）の出力を遮断する遮断回路（７
０）を有することを特徴とする電圧変動補償機能付電力
供給装置。
【請求項４】請求項３において、上記遮断回路（７０）
を作動させるための電源は上記入力端（１０）から供給
されていることを特徴とする電圧変動補償機能付電力供
給装置。
【請求項５】請求項３において、上記遮断回路（７０）
を作動させるための電源は上記出力端（２２）から供給
されていることを特徴とする電圧変動補償機能付電力供
給装置。
【請求項６】請求項３において、電圧遮断から所定時間
経過後、上記受けた電力を上記出力端（２２）に出力す
るように構成されていることを特徴とする電圧変動補償
機能付電力供給装置。
【請求項７】請求項３において、外部からの信号によ
り、上記受けた電力の出力端子(２２)への接続が制御可
能に構成されていることを特徴とする電圧変動補償機能
付電力供給装置。
【請求項８】請求項１又は３において、少なくとも上記
交流発生回路（６２）を構成する素子の一部は通常定格
よりも低く抑えられていることを特徴とする電圧変動補
償機能付電力供給装置。
【請求項９】交流電力を受ける入力端（１０）と、交流
電力を出力する出力端（２２）と、上記受けた電力を導
いて変換し交流電力を出力する交流発生回路（６２）
と、上記受けた電力の電圧異常の有無を検出する電圧異
常検出回路（５０）とを有し、上記受けた電力の電圧が
正常な場合は上記電圧異常検出回路（５０）の出力に基
づき上記受けた電力を上記出力端（２２）から出力し、
上記受けた電力の電圧が異常の場合は上記電圧異常検出
回路（５０）の出力に基づき上記交流発生回路（６２）
の交流電力を上記出力端（２０）から出力するものにお
いて、上記電圧異常検出回路（５０）は上記受けた電圧
が所定範囲から大きく偏差したときに異常を示す出力を
するように構成されていることを特徴とする電圧変動補
償機能付電力供給装置。
【請求項１０】交流電力を受ける入力端（１０）と、交
流電力を出力する出力端（２２）と、上記受けた電力を
導いて変換し交流電力を出力する交流発生回路（６２）
と、上記受けた電力の電圧異常の有無を検出する電圧異
常検出回路（５０）とを有し、上記受けた電力の電圧が
正常な場合は上記電圧異常検出回路（５０）の出力に基
づき上記受けた電力を上記出力端（２２）から出力し、
上記受けた電力の電圧が異常の場合は上記電圧異常検出
回路（５０）の出力に基づき上記交流発生回路（６２）
の交流電力を上記出力端（２２）から出力するものにお
いて、上記電圧異常検出回路（５０）は上記受けた電力
による異常判断が所定時間連続したときに異常を示す出
力をするように構成されていることを特徴とする電圧変
動補償機能付電力供給装置。
【請求項１１】交流電力を受ける入力端（１０）と、交
流電力を出力する出力端（２２）と、上記受けた電力を
導いて変換し交流電力を出力する交流発生回路（６２）
と、上記受けた電力の電圧異常の有無を検出する電圧異
常検出回路（５０）とを有し、上記受けた電力の電圧が
正常な場合は上記電圧異常検出回路（５０）の出力に基
づき上記受けた電力を上記出力端（２２）から出力し、
上記受けた電力の電圧が異常の場合は上記電圧異常検出
回路（５０）の出力に基づき上記交流発生回路（６２）
の交流電力を上記出力端（２２）から出力するものにお
いて、上記受けた電力を３相交流に変換する３相変換回
路（１０２）を有し、上記電圧異常検出回路（５０）は
上記３相変換回路（１０２）の出力する３相交流の少な
くとも一相に基づいて異常を示す出力をなすように構成
されていることを特徴とする電圧変動補償機能付電力供
給装置。
【請求項１２】交流電力を受ける入力端（１０）と、交
流電力を出力する出力端（２２）と、上記受けた電力を
導いて変換し交流電力を出力する交流発生回路（６２）
と、上記受けた電力の電圧が正常な場合は上記受けた電
力を上記出力端（２２）から出力し、上記受けた電力の
電圧が異常の場合は上記交流回路（６２）の交流電力を
上記出力端（２２）から出力する保障回路を有するもの
において、上記入力端（１０）及び上記出力端（２２）
を外部と接続可能に配置すると共に、上記交流発生回路
（６２）及び上記保障回路を格納するラック（２００）
と、着脱可能に構成されて上記ラック（２００）を支え
る足（２０３）を有することを特徴とする電圧変動補償
機能付電力供給装置。
【請求項１３】交流電力を受ける入力端（１０）と、交
流電力を出力する出力端（２２）と、上記受けた電力を
導いて変換し交流電力を出力する交流発生回路（６２）
と、上記受けた電力の電圧が正常な場合は上記受けた電
力を上記出力端（２２）から出力し、上記受けた電力の
電圧が異常の場合は上記交流回路（６２）の交流電力を
上記出力端（２２）から出力する保障回路とを有するも
のにおいて、上記入力端（１０）及び上記出力端（２
２）を外部と接続可能に配置すると共に、上記交流発生
回路（６２）及び上記保障回路を格納するラック（２０
９）と、上記ラック（２０９）を移動可能とするように
取り付けられたキャスター（２１１）を有することを特
徴とする電圧変動補償機能付電力供給装置。