(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源から供給される交流を直流に変換するコンバーターと、該コンバーターの出力である直流を交流に変換するインバーターと、コンバーターとインバーターの間の直流母線に接続され、インバーターに直流電力を供給できる直流電源とを備え、インバーターの出力側に接続された交流負荷に交流電力を供給するとともに、コンバーター及び直流電源の出力側に直流電力を供給するようにした無停電電源装置であって、交流電源から供給される交流の大部分を常時バイパスしてインバーターの出力側に併入し交流負荷に直接電力を供給するバイパスラインを設け、インバーターにはバイパスラインを流れる交流電源からの交流信号を送って出力される交流の位相を合わせるようにし、このバイパスラインに、交流電源の停止時に切断されるリレーを設けたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
交流と直流の両方を電源として交流負荷及び直流負荷の少なくともいずれかを稼働させる装置において、交流電源で交流負荷を稼働させるに際し、交流電源から供給される交流をコンバーターで整流し、その直流出力のラインに直流電源を接続し、これらの直流出力をインバーターで交流に変換して交流負荷に接続するとともに、交流電源から供給される交流の大部分を常時バイパスしてインバーターの出力側に併入し交流負荷に直接電力を供給し、インバーターには交流電源からバイパスされた交流信号を送って出力される交流の位相を合わせ、交流電源の停止時には、直流電源から供給される直流をインバーターで交流に変換し無瞬断にて交流負荷に接続し、インバーターの出力増加のみで停電に対応できることを特徴とする電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンバーターとインバーターを直列に接続した変換器を備え、商用電源のような交流と電池などの直流の両方を電源とし、いずれかの主電源が停止しても他の電源に瞬時の停電もなく切り替わる無停電電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の無停電電源装置は、図５に示すように、交流電源１０から供給される交流を直流に変換するコンバーター１２と、コンバーター１２の出力である直流を交流に変換するインバーター１４と、コンバーター１２とインバーター１４の間の直流母線に接続され、インバーター１４に直流電力を供給可能な直流電源１６とを備え、インバーター１４の出力側に接続された交流負荷１８に交流電力を供給するとともに、コンバーター１２及び直流電源１６の出力側に接続された直流負荷２０に直流電力を供給するものである。無停電電源装置では、例えば、商用電源などの交流電源１０が停電した場合でも、電池などの直流電源１６からインバーター１４に直流電力を供給して交流に変換することで、交流負荷１８と直流負荷２０に電力を供給できる構成としている。
【０００３】
また、コンバーター回路とインバーター回路を組合せた変換器と蓄電池で構成され、商用電源の停電に際しても無停電で電力を供給することができるバイパス回路を備えた無停電電源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、交流を直流に変換する整流器と、該直流を再び交流に変換するインバーターと、整流器とインバーターの間の直流母線に接続された蓄電池とを備え、インバーターの出力側に接続されて回生電力を発生する負荷（電動機など）に交流電力を供給する無停電電源装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、無停電電源装置において、負荷に交流電力を供給しているインバーターの周波数制御部が故障したときに、無停電でバイパス電源に切り換えることができるインバーターの制御方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
また、無停電電源装置においては、バイパス電源とインバーター電源とが正常な同期がとれていない非同期の状態でも負荷電圧に変動を与えることなく両電源間の切り換えを可能とする装置が用いられている（例えば、特許文献４参照）。また、インバーターの出力電圧位相を他の交流電源の電圧位相に同期させるための同期制御装置を用いた無停電電源装置が知られている（例えば、特許文献５参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２６０６８３号公報
【特許文献２】
特開平５−６４３７８号公報
【特許文献３】
特公平５−１００３０号公報
【特許文献４】
特開２０００−１４０４１号公報
【特許文献５】
特開平１１−８９２１７号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
図５に示すような従来の無停電電源装置では、例えば、交流電源で交流負荷を稼働させる場合、交流電源から供給される交流をコンバーター（整流器）で整流し、電池などの直流電源に接続し、これをインバーターで交流変換して交流負荷に接続しているが、コンバーターとインバーターを直列に繋ぎ変換操作を行っているため、エネルギー損失が多く、変換器の故障等による信頼性の低下が問題となっている。例えば、コンバーターの効率をηc、インバーターの効率をηiとした場合、下記の表１に示すように、交流電源で交流負荷を稼働させる際には、コンバーター、インバーターによる変換でエネルギー効率が低くなる。
【０００７】
【表１】
0003636704.tif 000002
【０００８】
また、従来のバイパス回路を備えた無停電電源装置は、商用電源等の入力交流電源の停電時、あるいはインバーター給電の際にインバーターが故障した時に、無停電でバイパス回路を介して負荷に給電するという構成であり、常時、交流電源から交流負荷に直接給電するものではないので、変換操作によるエネルギー効率の低下、変換器の故障等による信頼性の低下はやはり避けられない。
【０００９】
本発明は上記の諸点に鑑みなされたもので、本発明の目的は、コンバーターとインバーターを直列に接続した変換器を備え、商用電源のような交流と電池などの直流の両方を電源とし、いずれかの主電源が停止しても他の電源に瞬時の停電もなく切り替わる無停電電源装置において、交流の大部分を常時バイパスしてインバーターの出力側に併入しておき、交流電源から交流負荷に直接給電し、インバーターには交流信号を送って出力交流の位相を合わせることにより、交流電源で交流負荷を稼働させる場合でもエネルギー損失が少なく、信頼性も向上する無停電電源装置及び電力供給方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の無停電電源装置は、交流電源から供給される交流を直流に変換するコンバーターと、該コンバーターの出力である直流を交流に変換するインバーターと、コンバーターとインバーターの間の直流母線に接続され、インバーターに直流電力を供給できる直流電源とを備え、インバーターの出力側に接続された交流負荷に交流電力を供給するとともに、コンバーター及び直流電源の出力側に直流電力を供給するようにした装置であって、交流電源から供給される交流の大部分を常時バイパスしてインバーターの出力側に併入し交流負荷に直接電力を供給するバイパスラインを設け、インバーターにはバイパスラインを流れる交流電源からの交流信号を送って出力される交流の位相を合わせるように構成されている。この場合、バイパスラインに、交流電源の停止時に切断されるリレーを設けることが好ましい。
【００１１】
本発明の電力供給方法は、交流と直流の両方を電源として交流負荷及び直流負荷の少なくともいずれかを稼働させる装置において、交流電源で交流負荷を稼働させるに際し、交流電源から供給される交流をコンバーターで整流し、その直流出力のラインに直流電源を接続し、これらの直流出力をインバーターで交流に変換して交流負荷に接続するとともに、交流電源から供給される交流の大部分を常時バイパスしてインバーターの出力側に併入し交流負荷に直接電力を供給し、インバーターには交流電源からバイパスされた交流信号を送って出力される交流の位相を合わせることを特徴としている。
上記の方法においては、交流電源の停止時でも、直流電源から供給される直流をインバーターで交流に変換し無瞬断にて交流負荷に接続することで、インバーターの出力増加のみで対応することができ、瞬時の停電も無い。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施することが可能なものである。図１は、本発明の実施の第１形態による無停電電源装置を示している。本実施の形態は、商用電源のような交流と電池などの直流の両方を電源とし、いずれかの主電源が停止しても他の電源に瞬時の停電もなく切り替わる無停電電源装置において、交流の大部分を常時バイパスしてインバーターの出力側に併入しておき、交流電源から交流負荷に直接給電し、インバーターには交流信号を送って出力交流の位相を合わせるようにしたものである。
【００１３】
図１に示すように、無停電電源装置２２は、交流電源１０から供給される交流を直流に変換するコンバーター１２と、コンバーター１２の出力である直流を交流に変換するインバーター１４と、コンバーター１２とインバーター１４の間の直流母線に接続され、インバーター１４に直流電力を供給可能な直流電源１６とを備え、さらに、交流電源１０から供給される交流の大部分を常時バイパスしてインバーター１４の出力側に併入し交流負荷１８に直接電力を供給するバイパスライン２４を設け、インバーター１４にはバイパスライン２４を流れる交流電源１０からの交流信号を送って出力される交流の位相を合わせるように構成されている。なお、コンバーター１２及び直流電源１６の出力側には直流負荷２０が接続され、直流電力が供給される。
【００１４】
交流電源１０で交流負荷１８を稼働させる場合、交流電源１０から供給される交流をコンバーター１２で整流し、直流出力をインバーター１４で再び交流に変換して交流負荷１８に接続するが、さらに、交流電源１０から供給される交流の大部分を常時バイパスしてインバーター１４の出力側に併入し、交流負荷１８に直接電力を供給する。大部分の電力が、コンバーターとインバーターによる変換操作を経由せず、バイパスラインを通って直接負荷に供給されるため、エネルギー損失が少なく、信頼性も高くなっている。また、交流電源１０の停止時でも、直流電源１６から供給される直流をインバーター１４で交流に変換し無瞬断にて交流負荷１８に接続することで、インバーター１４の出力増加のみで対応することができ、瞬時の停電も無い。なお、交流電源１０の停止時には、バイパスライン２４に設けたリレー（継電器）２６が切断されるように構成し、インバーター１４からの交流出力が逆流しないようになっている。
【００１５】
インバーター１４には、交流電源１０からバイパスされた交流信号を送って出力される交流の位相を合わせる。このことで、交流をバイパスして交流負荷に併入することが可能となる。具体的に、インバーターにおける同期は交流電力の増幅回路を組み、交流の小電力によって直流電源で電力増幅するものであり、これによって交流電源と位相が同じになる。同期信号がない場合、すなわち、交流電源が停止している場合は自己発振させる。
【００１６】
本実施の形態では、例えば、コンバーターの効率をηc、インバーターの効率をηi、バイパス割合をηとした場合、下記の表２に示すように、交流電源で交流負荷を稼働させる場合の効率は、η＋（１−η）ηcηiとなり、エネルギー効率が高くなる。一例として、ηc＝ηi＝９０％、η＝９９％とすると、上述した図５に示す従来の無停電電源装置では、交流電源で交流負荷を稼働させる場合の効率ηcηi＝８１％（表１参照）であるのに対し、本実施の形態の無停電電源装置では、η＋（１−η）ηcηi＝９９．８１％となり、エネルギー損失が大幅に少なくなり、省エネルギーが達成できる。
【００１７】
【表２】
0003636704.tif 000003
【００１８】
図２は、本発明の実施の第２形態による無停電電源装置を示している。本実施の形態は、無停電電源装置の応用例であり、太陽光発電や風力発電を組み合わせたものである。図２に示すように、無停電電源装置２２ａには、商用電源等の交流電源２８、電池等の直流電源３０以外にも、太陽光発電装置３２から供給される直流電力、風力発電装置３４から供給される交流電力などを導入することが可能であり、直流負荷３６、交流負荷３８にそれぞれ電力を供給したり、電池を充電することができる。無停電電源装置の基本構成は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００１９】
図３は、本発明の実施の第３形態による無停電電源装置を示している。本実施の形態は、無停電電源装置の応用例であり、データの処理や保存及び制御上の観点等から瞬停が許されないパソコン等のコンピューターの電源として無停電電源装置を適用した場合である。図３に示すように、無停電電源装置２２ｂには、商用電源等の交流電源２８及び電池（又はコンデンサー）４０が接続され、交流と直流の両方を電源とする装置が構成されている。この無停電電源装置２２ｂに交流負荷４２としてパソコン等を接続することにより、商用電源の停電時でも無瞬断にてコンデンサー又は電池からインバーター経由で電力を供給することができ、データ処理中に電源が切れたり、大切なデータを消去させたり、機器等の制御がストップしたりすることを回避できる。なお、図３では、直流電源として電池を図示している。無停電電源装置の基本構成は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２０】
図４は、本発明の実施の第４形態による無停電電源装置を示している。本実施の形態は、無停電電源装置の応用例であり、交直両用の負荷（例えば、電球など）の電源として無停電電源装置を適用した場合である。図４に示すように、無停電電源装置２２ｃには、商用電源等の交流電源２８及び電池（又はコンデンサー）４０が接続され、交流と直流の両方を電源とする装置が構成されている。この無停電電源装置２２ｃに交流直流の両用が可能な負荷４４（例えば、電球など）を接続することにより、商用電源の停電時でも無瞬断にてコンデンサー又は電池から電力を供給することができる。なお、図４では、直流電源として電池を図示している。無停電電源装置の基本構成は、実施の第１形態の場合と同様である。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は上記のように構成されているので、つぎのような効果を奏する。
（１）  無停電電源装置において、交流の大部分を常時バイパスしてインバーターの出力側に併入しておき、交流電源から交流負荷に直接給電し、インバーターには交流信号を送って出力交流の位相を合わせることにより、交流電源で交流負荷を稼働させる場合でもエネルギー損失が少なく、信頼性も高くなる。
（２）  交流電源が停電した場合でも、直流電源から供給される直流をインバーターで交流に変換し無瞬断にて交流負荷に接続することにより、インバーターの出力増加のみで対応することができ、瞬時の停電も無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の第１形態による無停電電源装置の一例を示す概略構成説明図である。
【図２】本発明の実施の第２形態による無停電電源装置の応用例を示す概略構成説明図である。
【図３】本発明の実施の第３形態による無停電電源装置の応用例を示す概略構成説明図である。
【図４】本発明の実施の第４形態による無停電電源装置の応用例を示す概略構成説明図である。
【図５】従来の無停電電源装置の一例を示す概略構成説明図である。
【符号の説明】
１０、２８  交流電源
１２  コンバーター
１４  インバーター
１６、３０  直流電源
１８、３８、４２  交流負荷
２０、３６  直流負荷
２２、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ  無停電電源装置
２４  バイパスライン
２６  リレー（継電器）
３２  太陽光発電装置
３４  風力発電装置
４０  電池（又はコンデンサー）
４４  交流直流の両用が可能な負荷
【図１】
0003636704.tif 000004
【図２】
0003636704.tif 000005
【図３】
0003636704.tif 000006
【図４】
0003636704.tif 000007
【図５】
0003636704.tif 000008