無停電電源装置
【課題】交流出力の切換えを確実に実行することが可能な無停電電源装置を提供する。
【解決手段】無停電電源装置は、交流入力電源２または蓄電池３０からの電力を負荷４に供給するためのインバータ１２と、インバータ１２と負荷４との間の通電経路に介挿接続されたコンタクタ１５と、バイパス入力電源３と負荷４との間の通電経路に介挿接続されたバイパス回路と、インバータ１２の動作を停止するときに、コンタクタ１５を開放する一方で、バイパス回路を閉成するように構成された出力切換回路２５０と、出力切換回路２５０とは独立して設けられ、負荷４に供給される電力の電圧低下を検出したときにバイパス回路を閉成するように構成された出力切換回路４０とを備える。
【解決手段】無停電電源装置は、交流入力電源２または蓄電池３０からの電力を負荷４に供給するためのインバータ１２と、インバータ１２と負荷４との間の通電経路に介挿接続されたコンタクタ１５と、バイパス入力電源３と負荷４との間の通電経路に介挿接続されたバイパス回路と、インバータ１２の動作を停止するときに、コンタクタ１５を開放する一方で、バイパス回路を閉成するように構成された出力切換回路２５０と、出力切換回路２５０とは独立して設けられ、負荷４に供給される電力の電圧低下を検出したときにバイパス回路を閉成するように構成された出力切換回路４０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無停電電源装置に関し、より特定的には、負荷に供給される交流出力を、インバータの出力からバイパス電源からの交流電力に切換えるための出力切換回路を備えた無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置は、負荷に電力を継続的に供給するように構成される。一方、無停電電源装置に故障が発生した場合あるいは無停電電源装置に対して保守作業を行なう場合には、無停電電源装置を停止することがある。このような場合に備えるため、無停電電源装置の停止時に、負荷に電力を供給するためのバイパス電源が設けられている。
【０００３】
無停電電源装置は、一般に、直流電力を所定電圧・所定周波数の交流電力に変換して出力するためのインバータを備える。このインバータが故障した場合には、負荷に供給される交流出力を、インバータの出力からバイパス電源からの交流電力に切換える必要がある。無停電電源装置は、この交流出力の切換えを制御するための出力切換回路を備えている（たとえば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３３２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の無停電電源装置においては、出力切換回路に故障が発生した場合には、交流出力の切換えを正常に行なうことが困難となるため、負荷に電力を継続的に供給することができないという問題点があった。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、交流出力の切換えを確実に実行す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】
【０００７】
この発明のある局面によれば、無停電電源装置は、交流電源または蓄電池からの電力を負荷に供給するための電力変換部と、電力変換部と負荷との間の通電経路に介挿接続された第１の開閉器と、バイパス電源と負荷との間の通電経路に介挿接続された第２の開閉器と、電力変換部の動作を停止するときに、第１の開閉器を開放する一方で、第２の開閉器を閉成するように構成された第１の出力切換回路と、第１の出力切換回路とは独立して設けられ、負荷に供給される電力の電圧低下を検出したときに第２の開閉器を閉成するように構成された第２の出力切換回路とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、互いに独立して設けられた２個の出力切換回路の各々に、交流出力の切換えを行なわせるという二重系を構築したことにより、交流出力の切換えを確実に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による無停電電源装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２による無停電電源装置の全体構成図である。
【図３】本発明の実施の形態３による無停電電源装置の全体構成図である。
【図４】本実施の形態３による無停電電源装置の動作を説明するための波形図である。
【図５】本発明の実施の形態４による無停電電源装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１１】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１による無停電電源装置の全体構成図である。
【００１２】
図１を参照して、無停電電源装置は、交流入力電源２、バイパス入力電源３および負荷４に接続される。
【００１３】
交流入力電源２およびバイパス入力電源３は、無停電電源装置に交流電力を供給する交流電源である。これらの入力電源の各々は、たとえば商用交流電源もしくは自家用発電機等によって構成される。図１および以後説明する図では、入力交流電源の一例として三相三線（３φ３Ｗ）式を示す。ただし、入力交流電源の種類は三相三線式に限定されず、たとえば三相四線式の電源でもよいし、単相三線式の電源でもよい。
無停電電源装置は、筐体１と、筐体１の内部に収容される本体部と、本体部に電気的に接続される蓄電池３０と、筐体１に設けられたバイパス入力端子Ｔ１、交流入力端子Ｔ２、蓄電池端子Ｔ３、および出力端子Ｔ４とを備える。
【００１４】
バイパス入力端子Ｔ１は、バイパス入力電源３からの交流電力を受ける。交流入力端子Ｔ２は、交流入力電源２からの交流電力を受ける。
【００１５】
蓄電池端子Ｔ３は、蓄電池３０の正極３０ａに接続されている。蓄電池３０は、筐体１とは別の筐体３１に収容されている。出力端子Ｔ４には、負荷４が接続される。
【００１６】
無停電電源装置は、本体部として、電磁接触器（コンタクタ）５，１０，１５，１７と、ヒューズ６，９と、リアクトル７と、コンバータ８と、電解コンデンサ１１と、インバータ１２と、トランス１３と、コンデンサ１４と、変流器１６と、サイリスタスイッチ１８と、制御装置２０とを備える。このうち、コンタクタ５、ヒューズ６、リアクトル７、コンバータ８、インバータ１２、トランス１３およびコンタクタ１５は、交流入力端子Ｔ２と出力端子Ｔ４との間に直列に接続される。
【００１７】
コンタクタ５は、交流入力端子Ｔ２とコンバータ８との間の通電経路に介挿接続される。コンタクタ５は、制御装置２０からの指令に応答して開放（オン）および閉成（オフ）する。ヒューズ６は、過電流が交流入力電源２から流入するのを防ぐために交流入力端子Ｔ２とコンバータ８との間の通電経路に挿入される。リアクトル７は、コンバータ８に入力される交流電力の波形を成形するためのフィルタである。
【００１８】
コンバータ８は、交流入力電源２から供給される交流電力を直流電力に変換する。電解コンデンサ１１は、コンバータ８の出力電圧を平滑化する。インバータ１２は、電解コンデンサ１１によって平滑化された直流電力を所定電圧および所定周波数の交流電力に変換する。なお、コンバータ８およびインバータ１２の各々は、制御装置２０内部のＵＰＳ制御回路２００によって制御される。
【００１９】
トランス１３は、インバータ１２から出力された交流電力を昇圧するためのステップアップ変圧器である、コンデンサ１４は、トランス１３の出力ノード１３ａと基準電圧のラインとの間に接続される。コンデンサ１４は、インバータ１２から出力される高周波成分を除去するためのフィルタである。
【００２０】
コンタクタ１５は、出力端子Ｔ４から負荷４に出力される交流出力を、インバータ１２の出力と、サイリスタスイッチ１９およびコンタクタ１７からなるバイパス回路の出力との間で切換えるためのものである。サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７は、バイパス入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ４との間に並列に接続される。サイリスタスイッチ１８は、出力端子Ｔ４から負荷４に出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス入力電源３からの交流電力に高速に切換えるためのスイッチである。コンタクタ１７は、バイパス入力端子Ｔ１から出力端子Ｔ４までの通電経路に介挿接続される。コンタクタ１７は、バイパス入力電源３からの交流電力を無停電電源装置から出力される交流出力として維持するためのものである。コンタクタ１５、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７は、制御装置２０内部の出力切換回路２５０からの指令に応答して閉成（オン）および開放（オフ）する。
【００２１】
変流器１６は、出力端子Ｔ４から出力される交流出力の電流値を検出する。変流器１６によって検出された電流値は、制御装置２０内部の電流検出回路２２０に送られる。
【００２２】
蓄電池３０は、交流入力電源２が交流電力を供給できないとき（たとえば停電時）において、インバータ１２に直流電力を供給するための蓄電装置である。ヒューズ９およびコンタクタ１０は、コンバータ８の出力ノード８ａと蓄電池端子Ｔ３との間に直列に接続される。コンタクタ１０は、制御装置２０からの指令に応答して閉成（オン）および開放（オフ）する。ヒューズ９は、蓄電池３０から過電流が流入するのを防止する。
【００２３】
交流入力電源２から交流電力を供給されている通常時には、コンバータ８によって生成された直流電力が蓄電池３０に蓄えられるとともに、インバータ１２によって交流電力に変換されて負荷４に供給される。一方、交流入力電源２からの交流電力の供給が停止した停電時には、コンバータ８の運転が停止され、蓄電池３０に蓄えられた直流電力がインバータ１２によって交流電力に変換されて負荷４に供給される。したがって、無停電電源装置によれば、停電時でも蓄電池３０に蓄えられた電力を用いて負荷４の運転を継続することができる。
【００２４】
制御装置２０は、通常時および停電時において、負荷４に供給する交流電力を発生させるために、コンバータ８およびインバータ１２を制御するための制御装置であり、一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory)などの記憶部とを含むマイクロコンピュータを主体として構成される。そして、制御装置２０は、予めＲＯＭなどに格納されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭに読出して実行することによって、コンバータ８およびインバータ１２を制御する。さらに、制御装置２０は、このコンバータ８およびインバータ１２の制御に加えて、コンタクタ５，１０，１５およびバイパス回路を制御する。なお、制御装置２０の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
【００２５】
具体的には、制御装置２０は、ＵＰＳ制御回路２００と、電圧検出回路２１０と、電流検出回路２２０と、故障検出回路２３０と、ゲート停止検出回路２４０と、出力切換回路２５０とを含む。
【００２６】
ＵＰＳ制御回路２００は、コンバータ８およびインバータ１２における電力変換動作を制御する。ＵＰＳ制御回路２００は、コンバータ８を駆動するためのゲート信号を生成してコンバータ８へ出力する。このゲート信号に従ったコンバータ８の電力変換によって、インバータ１２および蓄電池３０に供給される直流電力が制御される。また、ＵＰＳ制御回路２００は、インバータ１２を駆動するためのゲート信号を生成してインバータ１２へ出力する。このゲート信号に従ったインバータ１２の電力変換によって、出力端子Ｔ４から出力される交流出力が制御される。
【００２７】
電圧検出回路２１０は、トランス１３の出力ノード１３ａに接続され、出力端子Ｔ４から出力される交流出力の電圧値を検出する。電圧検出回路２１０によって検出された電圧値は、ＵＰＳ制御回路２００に送られる。電流検出回路２２０は、変流器１６によって検出された交流出力の電流値をＵＰＳ制御回路２００へ出力する。
【００２８】
ＵＰＳ制御回路２００は、電圧検出回路２１０により検出された交流出力の電圧値と、バイパス入力電源３の電圧、周波数および位相とを比較して、無停電電源装置とバイパス入力電源３とが同期運転状態であるか否かを判定する。無停電電源装置とバイパス入力電源３とが同期運転状態であると判定されたときには、ＵＰＳ制御回路２００は、同期運転検出信号を生成して出力切換回路２５０へ出力する。
【００２９】
故障検出回路２３０は、無停電電源装置内部で発生した故障を検出する。一例として、故障検出回路２３０は、インバータ１２を構成する電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）などが過電流状態である場合には、インバータ１２に故障が発生していると判定する。この場合、故障検出回路２３０は、インバータ１２が故障である旨の診断結果を出力切換回路２５０へ出力する。ＵＰＳ制御回路２００は、故障検出回路２３０によってインバータ１２の故障が検出されたときには、コンバータ８およびインバータ１２に対するゲート信号の出力を停止する。すなわち、ＵＰＳ制御回路２００は、コンバータ８およびインバータ１２の全スイッチング素子をオフ状態にする処理を実行することにより、コンバータ８およびインバータ１２を停止させる。
【００３０】
なお、インバータ１２の故障を検出する方法としては、たとえばインバータ１２の過電流を検出するための過電流検出回路が設けられてもよい。この場合、過電流検出回路からの信号が故障検出回路２３０に送信されることによって、故障検出回路２３０は、インバータ１２の故障を検出できる。また、過電流のみによってインバータ１２の故障を検出するものと限定されず、たとえば、インバータ１２の温度に基づいてインバータ１２の故障が検出されてもよい。
【００３１】
ゲート停止検出回路２４０は、ＵＰＳ制御回路２００からインバータ１２に出力されるゲート信号を常時監視しており、ゲート信号から、ゲート信号の出力停止（インバータ１２の全スイッチング素子をオフ状態にする処理）を検出する。ゲート停止検出回路２４０は、インバータ１２のゲート信号の出力停止を検出すると、ゲート停止検出信号を生成して出力切換回路２５０へ出力する。
【００３２】
出力切換回路２５０は、故障検出回路２３０から故障診断結果を示す信号を受け、ゲート停止検出回路２４０からゲート停止検出信号を受け、ＵＰＳ制御回路２００から同期運転検出信号を受ける。そして、出力切換回路２５０は、これらの入力信号に基づいて、コンタクタ１５、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７のオンオフを制御する。
【００３３】
具体的には、出力切換回路２５０は、故障検出回路２３０から無停電電源装置に故障が発生している旨の診断結果が入力された場合には、出力端子Ｔ４から出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス回路（サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７）の出力に切換えるための指令をコンタクタ１５およびバイパス回路に出力する。詳細には、出力切換回路２５０は、コンタクタ１５をオフ状態（開放状態）にするためのオフ指令（開放指令）を発するとともに、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７をオン状態（閉成状態）にするためのオン指令（閉成指令）を発する。これにより、バイパス入力電源３からの交流電力が出力端子Ｔ４を介して負荷４に供給される。
【００３４】
また、出力切換回路２５０は、同期運転検出信号が入力されていることを条件として、ゲート停止検出信号が入力された場合においても、出力端子Ｔ４から出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス回路（サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７）の出力に切換えるための指令をコンタクタ１５およびバイパス回路に出力する。
【００３５】
通常、インバータ１２の起動および停止は、筐体１の外壁に設けられたインバータ運転／停止指令部（図示せず）を無停電電源装置の使用者が操作することによって切換え可能に構成される。たとえば、インバータ１２を運転させる場合には、インバータ運転／停止指令部のスイッチがオンされると、ＵＰＳ制御回路２００はインバータ１２にゲート信号を出力する。一方、インバータ１２の運転を停止させる場合には、インバータ運転／停止指令部のスイッチがオフされると、ＵＰＳ制御回路２００はゲート信号の出力を停止する。したがって、ゲート信号の出力停止自体は故障ではないため、出力切換回路２５０は交流出力を切換えるための指令を発することがない。そのため、インバータ運転／停止指令部へのノイズ混入等に起因して、ＵＰＳ制御回路２００が誤ってゲート信号の出力を停止した場合には、故障と判断されず、無瞬断で交流出力をインバータ１２の出力からバイパス回路の出力に切換えることができない。
【００３６】
このような不具合を回避するため、無停電電源装置がバイパス入力電源３と同期運転中においてインバータ１２のゲート信号の出力が停止された場合には、出力切換回路２５０は、無停電電源装置に故障がなく、誤ってゲート信号の出力停止が行なわれたものと判断し、出力端子Ｔ４から出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス回路の出力に切換えるための指令を発する。これにより、誤ってインバータ１２の出力が停止された場合でも、無瞬断で交流出力をバイパス回路の出力に切換えることができる。
【００３７】
上述したように、無停電電源装置に故障が生じた場合あるいは誤ってインバータ１２のゲート信号の出力停止が行なわれた場合には、出力切換回路２５０によって交流出力がインバータ１２の出力からバイパス回路の出力に切換えられる。
【００３８】
しかしながら、出力切換回路２５０に故障が生じた場合には、このような交流出力の切換えを正常に行なうことが困難となる。その結果、無停電電源装置に故障が発生した場合に継続して交流電力を負荷４に供給することができなくなる虞がある。
【００３９】
したがって、本実施の形態１による無停電電源装置では、出力切換回路２５０とは独立に、出力切換回路４０を設ける。すなわち、本実施の形態１による無停電電源装置においては、出力切換回路２５０および出力切換回路４０の各々に、交流出力の切換えを行なわせるという二重系を構築する。これにより、万一出力切換回路２５０に故障が生じた場合であっても、出力切換回路４０によって交流出力を切換えるための指令がコンタクタ１５およびバイパス回路に発せられていることから、負荷４に出力される交流出力をインバータ１２の出力からバイパス入力電源３からの交流電力に切換えることができる。
【００４０】
出力切換回路４０は、電圧検出回路４００と、切換制御回路４１０と、検出レベル設定回路４２０とを含む。
【００４１】
電圧検出回路４００は、出力端子Ｔ４から出力される交流出力の電圧値を検出する。電圧検出回路４００によって検出された電圧値は、切換制御回路４１０に送られる。
【００４２】
切換制御回路４１０は、電圧検出回路４００によって検出された交流出力の電圧値と、検出レベル設定回路４２０によって設定された基準値とを比較する。切換制御回路４１０は、この比較結果に基づいて、インバータ１２から出力される交流電力の電圧値が低下する電圧低下が生じているか否かを判定する。
【００４３】
検出レベル設定回路４２０は、インバータ１２の出力に電圧低下が生じていることを検出するための検出レベルとしての基準値を設定する。この基準値は、たとえば定格電圧値の７０％に設定される。なお、基準値は、予め設定された値に固定されてもよいし、無停電電源装置の使用者によって負荷４の種類等に応じて可変に設定されてもよい。
【００４４】
切換制御回路４１０は、交流出力の電圧値が基準値を下回る場合には、インバータ１２の出力に電圧低下が生じていると判定する。この場合、切換制御回路４１０は、インバータ１２に故障が生じていると判断し、出力端子Ｔ４から出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス回路の出力に切換えるための指令をバイパス回路に出力する。具体的には、切換制御回路４１０は、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７をオン状態（閉成状態）にするためのオン指令（閉成指令）を発する。これにより、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７がオン状態に設定され、バイパス入力電源３からの交流電力が出力端子Ｔ４を介して負荷４に供給される。
【００４５】
なお、切換制御回路４１０は、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７のオン指令を発する一方で、コンタクタ１５をオフ状態にするためのオフ指令を発しない。これは、コンタクタ１５のオフ指令は出力切換回路２５０によって発せられる構成としたことによる。
【００４６】
詳細には、コンタクタ１７は、バイパス入力端子Ｔ１から出力端子Ｔ４までの通電経路に介挿接続されるメイン接点と、メイン接点と連動する補助接点とを有している。本実施の形態１では、コンタクタ１７がオン状態に設定されたときには、メイン接点が閉状態となるとともに、補助接点が閉状態となる。補助接点は、コンタクタ１７の状態（オンまたはオフ状態）を示す信号を出力するために使用される。故障検出回路２３０は、この補助接点から出力される信号に基づいて、コンタクタ１７がオン状態に設定されているかオフ状態に設定されているかを検出する。故障検出回路２３０は、出力切換回路２５０からコンタクタ１７のオフ指令が発せられていないにも拘らず、コンタクタ１７がオン状態に設定されている場合には、無停電電源装置に故障が生じていると判断する。この場合、故障検出回路２３０は、無停電電源装置に故障が発生している旨の診断結果を出力切換回路２５０に出力する。出力切換回路２５０は、この診断結果に基づいて、コンタクタ１５のオフ指令を発するとともに、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７のオン指令を発する。その結果、コンタクタ１５は、このオフ指令に応答してオフ状態に設定される。
【００４７】
このように出力切換回路４０から発せられるオフ指令に応答してコンタクタ１７がオン状態に設定されたことに基づいて、出力切換回路２５０がコンタクタ１５のオフ指令を発するように構成したことにより、コンタクタ１７がオン状態に設定されていないにも拘らず、コンタクタ１５がオフ状態に設定されてしまうという不具合を防止することができる。すなわち、出力切換回路４０がコンタクタ１７のオン指令を発するとともに、コンタクタ１５のオフ指令を発する構成とした場合、コンタクタ１５および１７の一方に指令通りに駆動できないような故障が生じると、交流出力の切換えができない状態となってしまう虞がある。また、出力切換回路４０およびバイパス回路のいずれかが不要動作する虞がある。これに対して、本実施の形態１では、コンタクタ１７がオン状態に設定されたことに基づいてコンタクタ１５をオフ状態に設定するため、交流出力の切換えを確実に行なうことができる。その結果、無停電電源装置の信頼性を向上できる。
【００４８】
このように、実施の形態１による無停電電源装置によれば、交流出力の切換えを実行するための出力切換回路を二重系化したことにより、無停電電源装置の停止時において、負荷に供給される交流出力を、インバータの出力からバイパス入力電源からの交流電力に確実に切換えることができる。これにより、無停電電源装置の信頼性を向上できる。
【００４９】
［実施の形態２］
図２は、本発明の実施の形態２による無停電電源装置の全体構成図である。
【００５０】
図２を参照して、実施の形態２による無停電電源装置は、図１に示した実施の形態１による無停電電源装置と比較して、出力切換回路４０に代えて、出力切換回路４２を備える点で異なる。実施の形態２による無停電電源装置において負荷の電力を供給する構成については、図１と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【００５１】
出力切換回路４２において、切換制御回路４１０は、出力端子Ｔ４から出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス回路の出力に切換えるための指令（サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７のオン指令）をバイパス回路に出力するとともに、ＵＰＳ制御回路２００に出力する。ＵＰＳ制御回路２００は、出力切換回路４２からバイパス回路のオン指令が入力された旨を出力切換回路２５０に通知する。
【００５２】
出力切換回路２５０は、実施の形態１で説明したように、無停電電源装置に故障が生じた場合あるいは誤ってインバータ１２のゲート信号の出力停止が行なわれた場合に、出力端子Ｔ４に出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス回路の出力に切換えるための指令（コンタクタ１５のオフ指令、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７のオン指令）を発する。また、出力切換回路２５０は、故障検出回路２３０によりコンタクタ１７がオン状態に設定されていることが検出された場合においても、交流出力を切換えるための指令を発する。
【００５３】
さらに、本実施の形態２では、出力切換回路２５０は、ＵＰＳ制御回路２００に出力切換回路４２からバイパス回路のオン指令が与えられた場合においても、交流出力を切換えるための指令を発する。
【００５４】
実施の形態１では、コンタクタ１７の補助接点から出力される信号に基づいて、コンタクタ１７の状態を検出するように構成されるため、コンタクタ１７において、メイン接点に補助接点が連動しないという異常が生じた場合には、出力切換回路４０によってコンタクタ１７がオン状態に設定されたことを検出することができない可能性がある。そして、このような異常が生じると、出力切換回路２５０がコンタクタ１５のオフ指令を発しないため、コンタクタ１５をオフ状態に設定することができない。
【００５５】
本実施の形態２では、このような場合においても、出力切換回路４０から送信されるコンタクタ１７のオン指令に基づいてコンタクタ１７がオン状態に設定されたと判断し、コンタクタ１５にオフ指令を発することができる。したがって、実施の形態２によれば、実施の形態１による効果に加え、無停電電源装置の信頼性をさらに向上できるという効果を得ることができる。
【００５６】
［実施の形態３］
図３は、本発明の実施の形態３による無停電電源装置の全体構成図である。
【００５７】
図３を参照して、実施の形態３による無停電電源装置は、図１に示した実施の形態１による無停電電源装置と比較して、出力切換回路４０に代えて、出力切換回路４４を備える。出力切換回路４４は、出力切換回路４０と比較して、時間設定回路４３０をさらに含む。
【００５８】
本実施の形態３では、切換制御回路４１０は、交流出力の電圧値と基準値との比較により、インバータ１２の出力に電圧低下が生じていることを検出すると、この電圧低下の検出後所定時間が経過したときに、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７のオン指令をバイパス回路に出力する。
【００５９】
なお、所定時間は、時間設定回路４３０により設定されて切換制御回路４１０に与えられる。時間設定回路４３０は、所定時間を、たとえば交流の１サイクル（たとえば１／５０秒あるいは１／６０秒）に設定する。
【００６０】
図４は、本実施の形態３による無停電電源装置の動作を説明するための波形図である。
図４を参照して、時刻ｔ１においてインバータ１２の出力に電圧低下が生じる。切換制御回路４１０は、この時刻ｔ１から所定時間である交流の１サイクルが経過した時刻ｔ２において、バイパス回路（サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７）をオン状態にするためのオン指令を発する。
【００６１】
このような構成とすることにより、切換制御回路４１０が電圧低下を検出したときの交流出力の電圧の位相と、バイパス入力電源３からの交流電力の電圧の位相とが一致したときに、バイパス回路（サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７）がオン状態に設定される。
【００６２】
このように、実施の形態３による無停電電源装置によれば、出力端子Ｔ４から出力される交流出力がインバータ１２の出力からバイパス入力電源３からの交流電力に切換わる前後において、交流出力の電圧の位相が連続的に変化する。インバータ１２の出力電圧とバイパス入力電源３の電圧とが同期していない場合、交流出力を切換えたときに大きな励磁突入電流が負荷４および負荷トランス（図示せず）に流れる可能性がある。本実施の形態３によれば、交流出力を切換えたときに交流出力の電圧の位相を保つことができる。その結果、負荷４および負荷トランスに流れる励磁突入電流を抑制することができる。
【００６３】
また、本実施の形態３では、所定時間を交流の１サイクルに設定することにより、負荷３への電力の供給が停止される期間を短くすることができる。なお、この所定時間は、負荷４への電力供給が一時的に停止されても、負荷４の動作が停止しないことが保証される時間を超えないように、時間設定回路４３０において、負荷４に応じて可変に設定することが可能である。これによれば、負荷４の動作を停止させることなく、負荷４への励磁突入電流を抑制することができる。
【００６４】
［実施の形態４］
図５は、本発明の実施の形態４による無停電電源装置の全体構成図である。
【００６５】
図５を参照して、実施の形態４による無停電電源装置は、図１に示した実施の形態１による無停電電源装置と比較して、バイパス回路がサイリスタスイッチ１９をさらに有する点において異なる。
【００６６】
バイパス回路は、バイパス入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ４との間に並列接続された、サイリスタスイッチ１８，１９およびコンタクタ１７から構成される。サイリスタスイッチ１９は、サイリスタスイッチ１８と同様に、出力端子Ｔ４から負荷４に出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス入力電源３からの交流電力に高速に切換えるためのスイッチである。サイリスタスイッチ１９は、出力切換回路２５０および４０からの指令に応答して閉成（オン）および開放（オフ）する。
【００６７】
本実施の形態４では、サイリスタスイッチ１９は、サイリスタスイッチ１８とは独立して設けられ、出力切換回路２５０または出力切換回路４０の切換制御回路４１０から発せられるオン指令に応答して、オン状態に設定される。すなわち、本実施の形態４による無停電電源装置においては、サイリスタスイッチ１８および１９の各々に、交流出力の切換えを行なわせるという二重系を構築する。これにより、万一サイリスタスイッチ１８および１９の一方に故障が生じた場合であっても、他方のサイリスタスイッチがオン状態に設定されることによって、負荷４に出力される交流出力をインバータ１２の出力からバイパス入力電源３からの交流電力に切換えることができる。したがって、実施の形態４によれば、実施の形態１による効果に加え、無停電電源装置の信頼性をさらに向上できるという効果を得ることができる。
【００６８】
本実施の形態１〜４に例示した構成において、コンタクタ１５が本発明での「第１の開閉器」に対応し、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７からなるバイパス回路が本発明での「第２の開閉器」に対応する。また、出力切換回路２５０は本発明での「第１の出力切換回路」に対応し、出力切換回路４０が本発明での「第２の出力切換回路」に対応する。
【００６９】
なお、本実施の形態１〜４では、無停電電源装置に故障が生じたときに、出力切換回路４０および２５０が交流出力をインバータ１２の出力からバイパス入力電源３からの交流電力に切換える構成について説明したが、本発明はインバータ１２の動作を停止するときにバイパス入力電源３が負荷４に電力を供給する構成に適用することができる。したがって、インバータ１２の動作が停止される理由は、無停電電源装置の故障に限定されず、たとえば無停電電源装置の保守を含み得る。
【００７０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の適用は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７１】
１ 筐体、２ 交流入力電源、３ バイパス入力電源、４ 負荷、５，１０，１５，１７ コンタクタ、６，９ ヒューズ、７ リアクトル、８ コンバータ、１１ 電解コンデンサ、１２ インバータ、１３ トランス、１４ コンデンサ、１６ 変流器、１８，１９ サイリスタスイッチ、２０ 制御装置、３０ 蓄電池、３１ 筐体、４０，４２，４４，２５０ 出力切換回路、２００ ＵＰＳ制御回路、２１０，４００ 電圧検出回路、２２０ 電流検出回路、２３０ 故障検出回路、２４０ ゲート停止検出回路、４１０ 切換制御回路、４２０ 検出レベル設定回路、４３０ 時間設定回路。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、無停電電源装置に関し、より特定的には、負荷に供給される交流出力を、インバータの出力からバイパス電源からの交流電力に切換えるための出力切換回路を備えた無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無停電電源装置は、負荷に電力を継続的に供給するように構成される。一方、無停電電源装置に故障が発生した場合あるいは無停電電源装置に対して保守作業を行なう場合には、無停電電源装置を停止することがある。このような場合に備えるため、無停電電源装置の停止時に、負荷に電力を供給するためのバイパス電源が設けられている。
【０００３】
無停電電源装置は、一般に、直流電力を所定電圧・所定周波数の交流電力に変換して出力するためのインバータを備える。このインバータが故障した場合には、負荷に供給される交流出力を、インバータの出力からバイパス電源からの交流電力に切換える必要がある。無停電電源装置は、この交流出力の切換えを制御するための出力切換回路を備えている（たとえば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−３３２３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の無停電電源装置においては、出力切換回路に故障が発生した場合には、交流出力の切換えを正常に行なうことが困難となるため、負荷に電力を継続的に供給することができないという問題点があった。
【０００６】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、交流出力の切換えを確実に実行す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】
【０００７】
この発明のある局面によれば、無停電電源装置は、交流電源または蓄電池からの電力を負荷に供給するための電力変換部と、電力変換部と負荷との間の通電経路に介挿接続された第１の開閉器と、バイパス電源と負荷との間の通電経路に介挿接続された第２の開閉器と、電力変換部の動作を停止するときに、第１の開閉器を開放する一方で、第２の開閉器を閉成するように構成された第１の出力切換回路と、第１の出力切換回路とは独立して設けられ、負荷に供給される電力の電圧低下を検出したときに第２の開閉器を閉成するように構成された第２の出力切換回路とを備える。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、互いに独立して設けられた２個の出力切換回路の各々に、交流出力の切換えを行なわせるという二重系を構築したことにより、交流出力の切換えを確実に実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１による無停電電源装置の全体構成図である。
【図２】本発明の実施の形態２による無停電電源装置の全体構成図である。
【図３】本発明の実施の形態３による無停電電源装置の全体構成図である。
【図４】本実施の形態３による無停電電源装置の動作を説明するための波形図である。
【図５】本発明の実施の形態４による無停電電源装置の全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００１１】
［実施の形態１］
図１は、本発明の実施の形態１による無停電電源装置の全体構成図である。
【００１２】
図１を参照して、無停電電源装置は、交流入力電源２、バイパス入力電源３および負荷４に接続される。
【００１３】
交流入力電源２およびバイパス入力電源３は、無停電電源装置に交流電力を供給する交流電源である。これらの入力電源の各々は、たとえば商用交流電源もしくは自家用発電機等によって構成される。図１および以後説明する図では、入力交流電源の一例として三相三線（３φ３Ｗ）式を示す。ただし、入力交流電源の種類は三相三線式に限定されず、たとえば三相四線式の電源でもよいし、単相三線式の電源でもよい。
無停電電源装置は、筐体１と、筐体１の内部に収容される本体部と、本体部に電気的に接続される蓄電池３０と、筐体１に設けられたバイパス入力端子Ｔ１、交流入力端子Ｔ２、蓄電池端子Ｔ３、および出力端子Ｔ４とを備える。
【００１４】
バイパス入力端子Ｔ１は、バイパス入力電源３からの交流電力を受ける。交流入力端子Ｔ２は、交流入力電源２からの交流電力を受ける。
【００１５】
蓄電池端子Ｔ３は、蓄電池３０の正極３０ａに接続されている。蓄電池３０は、筐体１とは別の筐体３１に収容されている。出力端子Ｔ４には、負荷４が接続される。
【００１６】
無停電電源装置は、本体部として、電磁接触器（コンタクタ）５，１０，１５，１７と、ヒューズ６，９と、リアクトル７と、コンバータ８と、電解コンデンサ１１と、インバータ１２と、トランス１３と、コンデンサ１４と、変流器１６と、サイリスタスイッチ１８と、制御装置２０とを備える。このうち、コンタクタ５、ヒューズ６、リアクトル７、コンバータ８、インバータ１２、トランス１３およびコンタクタ１５は、交流入力端子Ｔ２と出力端子Ｔ４との間に直列に接続される。
【００１７】
コンタクタ５は、交流入力端子Ｔ２とコンバータ８との間の通電経路に介挿接続される。コンタクタ５は、制御装置２０からの指令に応答して開放（オン）および閉成（オフ）する。ヒューズ６は、過電流が交流入力電源２から流入するのを防ぐために交流入力端子Ｔ２とコンバータ８との間の通電経路に挿入される。リアクトル７は、コンバータ８に入力される交流電力の波形を成形するためのフィルタである。
【００１８】
コンバータ８は、交流入力電源２から供給される交流電力を直流電力に変換する。電解コンデンサ１１は、コンバータ８の出力電圧を平滑化する。インバータ１２は、電解コンデンサ１１によって平滑化された直流電力を所定電圧および所定周波数の交流電力に変換する。なお、コンバータ８およびインバータ１２の各々は、制御装置２０内部のＵＰＳ制御回路２００によって制御される。
【００１９】
トランス１３は、インバータ１２から出力された交流電力を昇圧するためのステップアップ変圧器である、コンデンサ１４は、トランス１３の出力ノード１３ａと基準電圧のラインとの間に接続される。コンデンサ１４は、インバータ１２から出力される高周波成分を除去するためのフィルタである。
【００２０】
コンタクタ１５は、出力端子Ｔ４から負荷４に出力される交流出力を、インバータ１２の出力と、サイリスタスイッチ１９およびコンタクタ１７からなるバイパス回路の出力との間で切換えるためのものである。サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７は、バイパス入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ４との間に並列に接続される。サイリスタスイッチ１８は、出力端子Ｔ４から負荷４に出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス入力電源３からの交流電力に高速に切換えるためのスイッチである。コンタクタ１７は、バイパス入力端子Ｔ１から出力端子Ｔ４までの通電経路に介挿接続される。コンタクタ１７は、バイパス入力電源３からの交流電力を無停電電源装置から出力される交流出力として維持するためのものである。コンタクタ１５、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７は、制御装置２０内部の出力切換回路２５０からの指令に応答して閉成（オン）および開放（オフ）する。
【００２１】
変流器１６は、出力端子Ｔ４から出力される交流出力の電流値を検出する。変流器１６によって検出された電流値は、制御装置２０内部の電流検出回路２２０に送られる。
【００２２】
蓄電池３０は、交流入力電源２が交流電力を供給できないとき（たとえば停電時）において、インバータ１２に直流電力を供給するための蓄電装置である。ヒューズ９およびコンタクタ１０は、コンバータ８の出力ノード８ａと蓄電池端子Ｔ３との間に直列に接続される。コンタクタ１０は、制御装置２０からの指令に応答して閉成（オン）および開放（オフ）する。ヒューズ９は、蓄電池３０から過電流が流入するのを防止する。
【００２３】
交流入力電源２から交流電力を供給されている通常時には、コンバータ８によって生成された直流電力が蓄電池３０に蓄えられるとともに、インバータ１２によって交流電力に変換されて負荷４に供給される。一方、交流入力電源２からの交流電力の供給が停止した停電時には、コンバータ８の運転が停止され、蓄電池３０に蓄えられた直流電力がインバータ１２によって交流電力に変換されて負荷４に供給される。したがって、無停電電源装置によれば、停電時でも蓄電池３０に蓄えられた電力を用いて負荷４の運転を継続することができる。
【００２４】
制御装置２０は、通常時および停電時において、負荷４に供給する交流電力を発生させるために、コンバータ８およびインバータ１２を制御するための制御装置であり、一例として、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory)などの記憶部とを含むマイクロコンピュータを主体として構成される。そして、制御装置２０は、予めＲＯＭなどに格納されたプログラムをＣＰＵがＲＡＭに読出して実行することによって、コンバータ８およびインバータ１２を制御する。さらに、制御装置２０は、このコンバータ８およびインバータ１２の制御に加えて、コンタクタ５，１０，１５およびバイパス回路を制御する。なお、制御装置２０の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
【００２５】
具体的には、制御装置２０は、ＵＰＳ制御回路２００と、電圧検出回路２１０と、電流検出回路２２０と、故障検出回路２３０と、ゲート停止検出回路２４０と、出力切換回路２５０とを含む。
【００２６】
ＵＰＳ制御回路２００は、コンバータ８およびインバータ１２における電力変換動作を制御する。ＵＰＳ制御回路２００は、コンバータ８を駆動するためのゲート信号を生成してコンバータ８へ出力する。このゲート信号に従ったコンバータ８の電力変換によって、インバータ１２および蓄電池３０に供給される直流電力が制御される。また、ＵＰＳ制御回路２００は、インバータ１２を駆動するためのゲート信号を生成してインバータ１２へ出力する。このゲート信号に従ったインバータ１２の電力変換によって、出力端子Ｔ４から出力される交流出力が制御される。
【００２７】
電圧検出回路２１０は、トランス１３の出力ノード１３ａに接続され、出力端子Ｔ４から出力される交流出力の電圧値を検出する。電圧検出回路２１０によって検出された電圧値は、ＵＰＳ制御回路２００に送られる。電流検出回路２２０は、変流器１６によって検出された交流出力の電流値をＵＰＳ制御回路２００へ出力する。
【００２８】
ＵＰＳ制御回路２００は、電圧検出回路２１０により検出された交流出力の電圧値と、バイパス入力電源３の電圧、周波数および位相とを比較して、無停電電源装置とバイパス入力電源３とが同期運転状態であるか否かを判定する。無停電電源装置とバイパス入力電源３とが同期運転状態であると判定されたときには、ＵＰＳ制御回路２００は、同期運転検出信号を生成して出力切換回路２５０へ出力する。
【００２９】
故障検出回路２３０は、無停電電源装置内部で発生した故障を検出する。一例として、故障検出回路２３０は、インバータ１２を構成する電力用半導体スイッチング素子（以下、単に「スイッチング素子」と称する）などが過電流状態である場合には、インバータ１２に故障が発生していると判定する。この場合、故障検出回路２３０は、インバータ１２が故障である旨の診断結果を出力切換回路２５０へ出力する。ＵＰＳ制御回路２００は、故障検出回路２３０によってインバータ１２の故障が検出されたときには、コンバータ８およびインバータ１２に対するゲート信号の出力を停止する。すなわち、ＵＰＳ制御回路２００は、コンバータ８およびインバータ１２の全スイッチング素子をオフ状態にする処理を実行することにより、コンバータ８およびインバータ１２を停止させる。
【００３０】
なお、インバータ１２の故障を検出する方法としては、たとえばインバータ１２の過電流を検出するための過電流検出回路が設けられてもよい。この場合、過電流検出回路からの信号が故障検出回路２３０に送信されることによって、故障検出回路２３０は、インバータ１２の故障を検出できる。また、過電流のみによってインバータ１２の故障を検出するものと限定されず、たとえば、インバータ１２の温度に基づいてインバータ１２の故障が検出されてもよい。
【００３１】
ゲート停止検出回路２４０は、ＵＰＳ制御回路２００からインバータ１２に出力されるゲート信号を常時監視しており、ゲート信号から、ゲート信号の出力停止（インバータ１２の全スイッチング素子をオフ状態にする処理）を検出する。ゲート停止検出回路２４０は、インバータ１２のゲート信号の出力停止を検出すると、ゲート停止検出信号を生成して出力切換回路２５０へ出力する。
【００３２】
出力切換回路２５０は、故障検出回路２３０から故障診断結果を示す信号を受け、ゲート停止検出回路２４０からゲート停止検出信号を受け、ＵＰＳ制御回路２００から同期運転検出信号を受ける。そして、出力切換回路２５０は、これらの入力信号に基づいて、コンタクタ１５、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７のオンオフを制御する。
【００３３】
具体的には、出力切換回路２５０は、故障検出回路２３０から無停電電源装置に故障が発生している旨の診断結果が入力された場合には、出力端子Ｔ４から出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス回路（サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７）の出力に切換えるための指令をコンタクタ１５およびバイパス回路に出力する。詳細には、出力切換回路２５０は、コンタクタ１５をオフ状態（開放状態）にするためのオフ指令（開放指令）を発するとともに、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７をオン状態（閉成状態）にするためのオン指令（閉成指令）を発する。これにより、バイパス入力電源３からの交流電力が出力端子Ｔ４を介して負荷４に供給される。
【００３４】
また、出力切換回路２５０は、同期運転検出信号が入力されていることを条件として、ゲート停止検出信号が入力された場合においても、出力端子Ｔ４から出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス回路（サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７）の出力に切換えるための指令をコンタクタ１５およびバイパス回路に出力する。
【００３５】
通常、インバータ１２の起動および停止は、筐体１の外壁に設けられたインバータ運転／停止指令部（図示せず）を無停電電源装置の使用者が操作することによって切換え可能に構成される。たとえば、インバータ１２を運転させる場合には、インバータ運転／停止指令部のスイッチがオンされると、ＵＰＳ制御回路２００はインバータ１２にゲート信号を出力する。一方、インバータ１２の運転を停止させる場合には、インバータ運転／停止指令部のスイッチがオフされると、ＵＰＳ制御回路２００はゲート信号の出力を停止する。したがって、ゲート信号の出力停止自体は故障ではないため、出力切換回路２５０は交流出力を切換えるための指令を発することがない。そのため、インバータ運転／停止指令部へのノイズ混入等に起因して、ＵＰＳ制御回路２００が誤ってゲート信号の出力を停止した場合には、故障と判断されず、無瞬断で交流出力をインバータ１２の出力からバイパス回路の出力に切換えることができない。
【００３６】
このような不具合を回避するため、無停電電源装置がバイパス入力電源３と同期運転中においてインバータ１２のゲート信号の出力が停止された場合には、出力切換回路２５０は、無停電電源装置に故障がなく、誤ってゲート信号の出力停止が行なわれたものと判断し、出力端子Ｔ４から出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス回路の出力に切換えるための指令を発する。これにより、誤ってインバータ１２の出力が停止された場合でも、無瞬断で交流出力をバイパス回路の出力に切換えることができる。
【００３７】
上述したように、無停電電源装置に故障が生じた場合あるいは誤ってインバータ１２のゲート信号の出力停止が行なわれた場合には、出力切換回路２５０によって交流出力がインバータ１２の出力からバイパス回路の出力に切換えられる。
【００３８】
しかしながら、出力切換回路２５０に故障が生じた場合には、このような交流出力の切換えを正常に行なうことが困難となる。その結果、無停電電源装置に故障が発生した場合に継続して交流電力を負荷４に供給することができなくなる虞がある。
【００３９】
したがって、本実施の形態１による無停電電源装置では、出力切換回路２５０とは独立に、出力切換回路４０を設ける。すなわち、本実施の形態１による無停電電源装置においては、出力切換回路２５０および出力切換回路４０の各々に、交流出力の切換えを行なわせるという二重系を構築する。これにより、万一出力切換回路２５０に故障が生じた場合であっても、出力切換回路４０によって交流出力を切換えるための指令がコンタクタ１５およびバイパス回路に発せられていることから、負荷４に出力される交流出力をインバータ１２の出力からバイパス入力電源３からの交流電力に切換えることができる。
【００４０】
出力切換回路４０は、電圧検出回路４００と、切換制御回路４１０と、検出レベル設定回路４２０とを含む。
【００４１】
電圧検出回路４００は、出力端子Ｔ４から出力される交流出力の電圧値を検出する。電圧検出回路４００によって検出された電圧値は、切換制御回路４１０に送られる。
【００４２】
切換制御回路４１０は、電圧検出回路４００によって検出された交流出力の電圧値と、検出レベル設定回路４２０によって設定された基準値とを比較する。切換制御回路４１０は、この比較結果に基づいて、インバータ１２から出力される交流電力の電圧値が低下する電圧低下が生じているか否かを判定する。
【００４３】
検出レベル設定回路４２０は、インバータ１２の出力に電圧低下が生じていることを検出するための検出レベルとしての基準値を設定する。この基準値は、たとえば定格電圧値の７０％に設定される。なお、基準値は、予め設定された値に固定されてもよいし、無停電電源装置の使用者によって負荷４の種類等に応じて可変に設定されてもよい。
【００４４】
切換制御回路４１０は、交流出力の電圧値が基準値を下回る場合には、インバータ１２の出力に電圧低下が生じていると判定する。この場合、切換制御回路４１０は、インバータ１２に故障が生じていると判断し、出力端子Ｔ４から出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス回路の出力に切換えるための指令をバイパス回路に出力する。具体的には、切換制御回路４１０は、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７をオン状態（閉成状態）にするためのオン指令（閉成指令）を発する。これにより、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７がオン状態に設定され、バイパス入力電源３からの交流電力が出力端子Ｔ４を介して負荷４に供給される。
【００４５】
なお、切換制御回路４１０は、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７のオン指令を発する一方で、コンタクタ１５をオフ状態にするためのオフ指令を発しない。これは、コンタクタ１５のオフ指令は出力切換回路２５０によって発せられる構成としたことによる。
【００４６】
詳細には、コンタクタ１７は、バイパス入力端子Ｔ１から出力端子Ｔ４までの通電経路に介挿接続されるメイン接点と、メイン接点と連動する補助接点とを有している。本実施の形態１では、コンタクタ１７がオン状態に設定されたときには、メイン接点が閉状態となるとともに、補助接点が閉状態となる。補助接点は、コンタクタ１７の状態（オンまたはオフ状態）を示す信号を出力するために使用される。故障検出回路２３０は、この補助接点から出力される信号に基づいて、コンタクタ１７がオン状態に設定されているかオフ状態に設定されているかを検出する。故障検出回路２３０は、出力切換回路２５０からコンタクタ１７のオフ指令が発せられていないにも拘らず、コンタクタ１７がオン状態に設定されている場合には、無停電電源装置に故障が生じていると判断する。この場合、故障検出回路２３０は、無停電電源装置に故障が発生している旨の診断結果を出力切換回路２５０に出力する。出力切換回路２５０は、この診断結果に基づいて、コンタクタ１５のオフ指令を発するとともに、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７のオン指令を発する。その結果、コンタクタ１５は、このオフ指令に応答してオフ状態に設定される。
【００４７】
このように出力切換回路４０から発せられるオフ指令に応答してコンタクタ１７がオン状態に設定されたことに基づいて、出力切換回路２５０がコンタクタ１５のオフ指令を発するように構成したことにより、コンタクタ１７がオン状態に設定されていないにも拘らず、コンタクタ１５がオフ状態に設定されてしまうという不具合を防止することができる。すなわち、出力切換回路４０がコンタクタ１７のオン指令を発するとともに、コンタクタ１５のオフ指令を発する構成とした場合、コンタクタ１５および１７の一方に指令通りに駆動できないような故障が生じると、交流出力の切換えができない状態となってしまう虞がある。また、出力切換回路４０およびバイパス回路のいずれかが不要動作する虞がある。これに対して、本実施の形態１では、コンタクタ１７がオン状態に設定されたことに基づいてコンタクタ１５をオフ状態に設定するため、交流出力の切換えを確実に行なうことができる。その結果、無停電電源装置の信頼性を向上できる。
【００４８】
このように、実施の形態１による無停電電源装置によれば、交流出力の切換えを実行するための出力切換回路を二重系化したことにより、無停電電源装置の停止時において、負荷に供給される交流出力を、インバータの出力からバイパス入力電源からの交流電力に確実に切換えることができる。これにより、無停電電源装置の信頼性を向上できる。
【００４９】
［実施の形態２］
図２は、本発明の実施の形態２による無停電電源装置の全体構成図である。
【００５０】
図２を参照して、実施の形態２による無停電電源装置は、図１に示した実施の形態１による無停電電源装置と比較して、出力切換回路４０に代えて、出力切換回路４２を備える点で異なる。実施の形態２による無停電電源装置において負荷の電力を供給する構成については、図１と同様であるので詳細な説明は繰り返さない。
【００５１】
出力切換回路４２において、切換制御回路４１０は、出力端子Ｔ４から出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス回路の出力に切換えるための指令（サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７のオン指令）をバイパス回路に出力するとともに、ＵＰＳ制御回路２００に出力する。ＵＰＳ制御回路２００は、出力切換回路４２からバイパス回路のオン指令が入力された旨を出力切換回路２５０に通知する。
【００５２】
出力切換回路２５０は、実施の形態１で説明したように、無停電電源装置に故障が生じた場合あるいは誤ってインバータ１２のゲート信号の出力停止が行なわれた場合に、出力端子Ｔ４に出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス回路の出力に切換えるための指令（コンタクタ１５のオフ指令、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７のオン指令）を発する。また、出力切換回路２５０は、故障検出回路２３０によりコンタクタ１７がオン状態に設定されていることが検出された場合においても、交流出力を切換えるための指令を発する。
【００５３】
さらに、本実施の形態２では、出力切換回路２５０は、ＵＰＳ制御回路２００に出力切換回路４２からバイパス回路のオン指令が与えられた場合においても、交流出力を切換えるための指令を発する。
【００５４】
実施の形態１では、コンタクタ１７の補助接点から出力される信号に基づいて、コンタクタ１７の状態を検出するように構成されるため、コンタクタ１７において、メイン接点に補助接点が連動しないという異常が生じた場合には、出力切換回路４０によってコンタクタ１７がオン状態に設定されたことを検出することができない可能性がある。そして、このような異常が生じると、出力切換回路２５０がコンタクタ１５のオフ指令を発しないため、コンタクタ１５をオフ状態に設定することができない。
【００５５】
本実施の形態２では、このような場合においても、出力切換回路４０から送信されるコンタクタ１７のオン指令に基づいてコンタクタ１７がオン状態に設定されたと判断し、コンタクタ１５にオフ指令を発することができる。したがって、実施の形態２によれば、実施の形態１による効果に加え、無停電電源装置の信頼性をさらに向上できるという効果を得ることができる。
【００５６】
［実施の形態３］
図３は、本発明の実施の形態３による無停電電源装置の全体構成図である。
【００５７】
図３を参照して、実施の形態３による無停電電源装置は、図１に示した実施の形態１による無停電電源装置と比較して、出力切換回路４０に代えて、出力切換回路４４を備える。出力切換回路４４は、出力切換回路４０と比較して、時間設定回路４３０をさらに含む。
【００５８】
本実施の形態３では、切換制御回路４１０は、交流出力の電圧値と基準値との比較により、インバータ１２の出力に電圧低下が生じていることを検出すると、この電圧低下の検出後所定時間が経過したときに、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７のオン指令をバイパス回路に出力する。
【００５９】
なお、所定時間は、時間設定回路４３０により設定されて切換制御回路４１０に与えられる。時間設定回路４３０は、所定時間を、たとえば交流の１サイクル（たとえば１／５０秒あるいは１／６０秒）に設定する。
【００６０】
図４は、本実施の形態３による無停電電源装置の動作を説明するための波形図である。
図４を参照して、時刻ｔ１においてインバータ１２の出力に電圧低下が生じる。切換制御回路４１０は、この時刻ｔ１から所定時間である交流の１サイクルが経過した時刻ｔ２において、バイパス回路（サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７）をオン状態にするためのオン指令を発する。
【００６１】
このような構成とすることにより、切換制御回路４１０が電圧低下を検出したときの交流出力の電圧の位相と、バイパス入力電源３からの交流電力の電圧の位相とが一致したときに、バイパス回路（サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７）がオン状態に設定される。
【００６２】
このように、実施の形態３による無停電電源装置によれば、出力端子Ｔ４から出力される交流出力がインバータ１２の出力からバイパス入力電源３からの交流電力に切換わる前後において、交流出力の電圧の位相が連続的に変化する。インバータ１２の出力電圧とバイパス入力電源３の電圧とが同期していない場合、交流出力を切換えたときに大きな励磁突入電流が負荷４および負荷トランス（図示せず）に流れる可能性がある。本実施の形態３によれば、交流出力を切換えたときに交流出力の電圧の位相を保つことができる。その結果、負荷４および負荷トランスに流れる励磁突入電流を抑制することができる。
【００６３】
また、本実施の形態３では、所定時間を交流の１サイクルに設定することにより、負荷３への電力の供給が停止される期間を短くすることができる。なお、この所定時間は、負荷４への電力供給が一時的に停止されても、負荷４の動作が停止しないことが保証される時間を超えないように、時間設定回路４３０において、負荷４に応じて可変に設定することが可能である。これによれば、負荷４の動作を停止させることなく、負荷４への励磁突入電流を抑制することができる。
【００６４】
［実施の形態４］
図５は、本発明の実施の形態４による無停電電源装置の全体構成図である。
【００６５】
図５を参照して、実施の形態４による無停電電源装置は、図１に示した実施の形態１による無停電電源装置と比較して、バイパス回路がサイリスタスイッチ１９をさらに有する点において異なる。
【００６６】
バイパス回路は、バイパス入力端子Ｔ１と出力端子Ｔ４との間に並列接続された、サイリスタスイッチ１８，１９およびコンタクタ１７から構成される。サイリスタスイッチ１９は、サイリスタスイッチ１８と同様に、出力端子Ｔ４から負荷４に出力される交流出力を、インバータ１２の出力からバイパス入力電源３からの交流電力に高速に切換えるためのスイッチである。サイリスタスイッチ１９は、出力切換回路２５０および４０からの指令に応答して閉成（オン）および開放（オフ）する。
【００６７】
本実施の形態４では、サイリスタスイッチ１９は、サイリスタスイッチ１８とは独立して設けられ、出力切換回路２５０または出力切換回路４０の切換制御回路４１０から発せられるオン指令に応答して、オン状態に設定される。すなわち、本実施の形態４による無停電電源装置においては、サイリスタスイッチ１８および１９の各々に、交流出力の切換えを行なわせるという二重系を構築する。これにより、万一サイリスタスイッチ１８および１９の一方に故障が生じた場合であっても、他方のサイリスタスイッチがオン状態に設定されることによって、負荷４に出力される交流出力をインバータ１２の出力からバイパス入力電源３からの交流電力に切換えることができる。したがって、実施の形態４によれば、実施の形態１による効果に加え、無停電電源装置の信頼性をさらに向上できるという効果を得ることができる。
【００６８】
本実施の形態１〜４に例示した構成において、コンタクタ１５が本発明での「第１の開閉器」に対応し、サイリスタスイッチ１８およびコンタクタ１７からなるバイパス回路が本発明での「第２の開閉器」に対応する。また、出力切換回路２５０は本発明での「第１の出力切換回路」に対応し、出力切換回路４０が本発明での「第２の出力切換回路」に対応する。
【００６９】
なお、本実施の形態１〜４では、無停電電源装置に故障が生じたときに、出力切換回路４０および２５０が交流出力をインバータ１２の出力からバイパス入力電源３からの交流電力に切換える構成について説明したが、本発明はインバータ１２の動作を停止するときにバイパス入力電源３が負荷４に電力を供給する構成に適用することができる。したがって、インバータ１２の動作が停止される理由は、無停電電源装置の故障に限定されず、たとえば無停電電源装置の保守を含み得る。
【００７０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の適用は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７１】
１ 筐体、２ 交流入力電源、３ バイパス入力電源、４ 負荷、５，１０，１５，１７ コンタクタ、６，９ ヒューズ、７ リアクトル、８ コンバータ、１１ 電解コンデンサ、１２ インバータ、１３ トランス、１４ コンデンサ、１６ 変流器、１８，１９ サイリスタスイッチ、２０ 制御装置、３０ 蓄電池、３１ 筐体、４０，４２，４４，２５０ 出力切換回路、２００ ＵＰＳ制御回路、２１０，４００ 電圧検出回路、２２０ 電流検出回路、２３０ 故障検出回路、２４０ ゲート停止検出回路、４１０ 切換制御回路、４２０ 検出レベル設定回路、４３０ 時間設定回路。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源または蓄電池からの電力を負荷に供給するための電力変換部と、
前記電力変換部と前記負荷との間の通電経路に介挿接続された第１の開閉器と、
バイパス電源と前記負荷との間の通電経路に介挿接続された第２の開閉器と、
前記電力変換部の動作を停止するときに、前記第１の開閉器を開放する一方で、前記第２の開閉器を閉成するように構成された第１の出力切換回路と、
前記第１の出力切換回路とは独立して設けられ、前記負荷に供給される電力の電圧低下を検出したときに前記第２の開閉器を閉成するように構成された第２の出力切換回路とを備える、無停電電源装置。
【請求項２】
前記第２の出力切換回路は、
前記負荷に供給される電力の電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路の検出値と基準値とを比較し、前記検出値が前記基準値よりも低下したときに前記第２の開閉器の閉成指令を出力するための切換制御回路とを含む、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記無停電電源装置の故障を検出する故障検出回路をさらに備え、
前記第１の出力切換回路は、前記故障検出回路により前記無停電電源装置の故障が検出されたときに、前記第１の開閉器の開放指令および前記第２の開閉器の閉成指令を出力するように構成され、
前記故障検出回路は、前記第１の出力切換回路の前記第２の開閉器の開放指令の出力中に前記第２の出力切換回路により第２の開閉器が閉成された場合を、前記無停電電源装置の故障と判断する、請求項２に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記第２の出力切換回路は、前記第２の開閉器の閉成指令を前記第２の開閉器に出力するとともに、前記第１の出力切換回路に送信可能に構成され、
前記第１の出力切換回路は、前記故障検出回路により前記無停電電源装置の故障が検出されたとき、あるいは前記第２の開閉器の閉成指令を受けたときに、前記第１の開閉器の開放指令を出力する、請求項３に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記切換制御回路は、前記バイパス電源の電圧の位相が、前記電圧低下を検出したときの前記負荷に供給される電力の電圧の位相と等しくなったときに、前記第２の開閉器の閉成指令を出力する、請求項２に記載の無停電電源装置。
【請求項６】
前記切換制御回路は、前記電圧低下を検出した後所定時間が経過したときに、前記第２の開閉器の閉成指令を出力するように構成され、
前記第２の出力切換回路は、前記所定時間を設定するための時間設定回路をさらに含む、請求項５に記載の無停電電源装置。
【請求項７】
前記第２の開閉器は、前記バイパス電源および前記負荷の間に並列に接続された半導体スイッチおよび電磁接触器を含み、
前記半導体スイッチは、各々が閉成指令を受ける複数のサイリスタを並列に接続して構成される、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項１】
交流電源または蓄電池からの電力を負荷に供給するための電力変換部と、
前記電力変換部と前記負荷との間の通電経路に介挿接続された第１の開閉器と、
バイパス電源と前記負荷との間の通電経路に介挿接続された第２の開閉器と、
前記電力変換部の動作を停止するときに、前記第１の開閉器を開放する一方で、前記第２の開閉器を閉成するように構成された第１の出力切換回路と、
前記第１の出力切換回路とは独立して設けられ、前記負荷に供給される電力の電圧低下を検出したときに前記第２の開閉器を閉成するように構成された第２の出力切換回路とを備える、無停電電源装置。
【請求項２】
前記第２の出力切換回路は、
前記負荷に供給される電力の電圧を検出する電圧検出回路と、
前記電圧検出回路の検出値と基準値とを比較し、前記検出値が前記基準値よりも低下したときに前記第２の開閉器の閉成指令を出力するための切換制御回路とを含む、請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記無停電電源装置の故障を検出する故障検出回路をさらに備え、
前記第１の出力切換回路は、前記故障検出回路により前記無停電電源装置の故障が検出されたときに、前記第１の開閉器の開放指令および前記第２の開閉器の閉成指令を出力するように構成され、
前記故障検出回路は、前記第１の出力切換回路の前記第２の開閉器の開放指令の出力中に前記第２の出力切換回路により第２の開閉器が閉成された場合を、前記無停電電源装置の故障と判断する、請求項２に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記第２の出力切換回路は、前記第２の開閉器の閉成指令を前記第２の開閉器に出力するとともに、前記第１の出力切換回路に送信可能に構成され、
前記第１の出力切換回路は、前記故障検出回路により前記無停電電源装置の故障が検出されたとき、あるいは前記第２の開閉器の閉成指令を受けたときに、前記第１の開閉器の開放指令を出力する、請求項３に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記切換制御回路は、前記バイパス電源の電圧の位相が、前記電圧低下を検出したときの前記負荷に供給される電力の電圧の位相と等しくなったときに、前記第２の開閉器の閉成指令を出力する、請求項２に記載の無停電電源装置。
【請求項６】
前記切換制御回路は、前記電圧低下を検出した後所定時間が経過したときに、前記第２の開閉器の閉成指令を出力するように構成され、
前記第２の出力切換回路は、前記所定時間を設定するための時間設定回路をさらに含む、請求項５に記載の無停電電源装置。
【請求項７】
前記第２の開閉器は、前記バイパス電源および前記負荷の間に並列に接続された半導体スイッチおよび電磁接触器を含み、
前記半導体スイッチは、各々が閉成指令を受ける複数のサイリスタを並列に接続して構成される、請求項１に記載の無停電電源装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−１１０８８７（Ｐ２０１３−１１０８８７Ａ）
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５５１１６（Ｐ２０１１−２５５１１６）
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月６日（２０１３．６．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２２日（２０１１．１１．２２）
【出願人】（５０１１３７６３６）東芝三菱電機産業システム株式会社 (904)
【Ｆターム（参考）】
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