(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のスイッチを介して負荷へ接続された第１の電源と、第２のスイッチを介して上記負荷へ接続された第２の電源とを切り換えて上記２つの電源のうちの一方から上記負荷へ電力を供給する無瞬断電源切換装置において、上記第１、第２の電源のうちの一方を選択する切換スイッチ、この切換スイッチで選択された電源の電力を交流から直流に変換する第１の変換器、この第１の変換器の出力を直流から交流に変換する第２の変換器、この第２の変換器と上記負荷との間に設けられて上記第２の変換器の出力を開閉する第３のスイッチ、および上記第１、第２の電源と上記第２の変換器の出力との間の同期をとる同期制御回路を備え、上記負荷に供給される電源を切り換えるとき、上記切換スイッチを供給していない電源側に切り換え、切り換えた電源からの電圧を上記第１の変換器および上記第２の変換器により電圧を変換し、該変換された電圧と上記負荷に供給された電圧との電圧、周波数および位相の電圧条件を上記同期制御回路により比較し、上記第２の変換器の出力電圧が上記負荷側の電圧条件に一致する制御を行って上記第３のスイッチを閉極し、第３のスイッチの閉極後に上記第１のスイッチを開極し、この状態において、上記同期制御装置により、上記第２の変換器の出力電圧と、上記切り換えた電源の電圧条件を比較し、上記第２の変換器の出力電圧が上記切り換えた電源の電圧条件になるように制御し、同期した状態で上記第２のスイッチを閉極し、上記第３のスイッチを開極して上記第１の変換器及び第２の変換器を停止すことを特徴とする無瞬断電源切換装置。
【請求項２】
第１、第２の電源は、互いに周波数が異なった電源であることを特徴とする請求項１記載の無瞬断電源切換装置。
【請求項３】
複数のフィーダそれぞれに負荷が接続され、第１、第２の変換器を上記複数のフィーダに共通にしたことを特徴とする請求項１または請求項２記載の無瞬断電源切換装置。
【請求項４】
第１のスイッチを介して負荷へ接続された第１の電源と、第２のスイッチを介して上記負荷へ接続された第２の電源とを切り換えて上記２つの電源のうちの一方から上記負荷へ電力を供給する無瞬断電源切換装置において、電力の交流から直流への変換と直流から交流への変換ができる変換器、この変換器からの直流電力を貯蔵し、貯蔵した直流電力を上記変換器へ供給する電力貯蔵装置、上記変換器の交流側と上記負荷との間に設けられた第３のスイッチ、および上記第１、第２の電源と上記変換器の交流側との間の同期をとる同期制御回路を備えたことを特徴とする無瞬断電源切換装置。
【請求項５】
第１のスイッチを介して第１の負荷へ接続された第１の電源と、第２のスイッチを介して第２の負荷へ接続された第２の電源との間で切り換えを行う無瞬断電源切換装置において、電力の交流から直流への変換と直流から交流への変換ができる第１、第２の変換器、および第３、第４のスイッチを備え、上記第１、第２の変換器の直流側同士を接続し、上記第３のスイッチを介して上記第１の変換器の交流側を上記第１の負荷に接続するとともに、上記第４のスイッチを介して上記第２の変換器の交流側を上記第２の負荷に接続し、かつ上記第１と第２の負荷側の間の同期をとる同期制御回路を備えたことを特徴とする無瞬断電源切換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、負荷に電力を供給する電源の切り換えを行う無瞬断電源切換装置に関するものである。
【０００２】
図６は、例えば一般に用いられている半導体スイッチと機械スイッチを組み合わせて作られた、無瞬断で電源の切り換えを行う従来の無瞬断電源切換装置を示すブロック図である。図において、１は電源Ａ、２は電源Ａ１とは別の電源Ｂ、３は電源Ａ１又は電源Ｂ２から電力供給を受ける負荷機器、４は電源Ａ１を負荷機器３との間で開閉する第１の機械スイッチ、７１は第１の機械スイッチ４と同じ目的であるがより高速で開閉可能な第１の半導体スイッチ、５は電源Ｂ２を負荷機器３との間で開閉する第２の機械スイッチ、７２は第２の機械スイッチ５と同じ目的であるが第２の機械スイッチ５より高速で開閉可能な第２の半導体スイッチ、７３は電源Ａ１と電源Ｂ２との同期を検出する同期検出回路である。
【０００３】
次に動作について説明する。まず、電源Ａ１より第１の機械スイッチ４を通して負荷機器３へ電力を供給しているものとする。この時、第１の機械スイッチ４のみ閉状態で、第２の機械スイッチ５、第１、第２の半導体スイッチ７１、７２は、開状態である。次いで、電源Ａ１から電源Ｂ２へ無瞬断で切り換える場合、瞬時に回路を開放できる様に第１の半導体スイッチ７１を投入し、第１の機械スイッチ４を開放する。同期検出回路７３により２つの電源Ａ１、電源Ｂ２の０クロス点での位相がある範囲以内になったことを検出し、瞬時に第１の半導体スイッチ７１を開放し、同時に第２の半導体スイッチ７２と第２の機械スイッチ５を投入する。第２の機械スイッチ５は、機械動作のため数十ｍｓ遅れるが、その間第２の半導体スイッチ７２にて電源Ｂ２の電力を負荷機器３に供給し、第２の機械スイッチ５が導通すれば第２の半導体スイッチ７２は開放させる。電源Ｂ２から電源Ａ１へ切り換えるときはこの逆の動作を行う。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の無瞬断電源切換装置は以上のように構成されているので、２つの電源の０クロス点位相を検出するのに時間がかかったり、切換後電源の位相が急変することがあり負荷機器に悪影響を与えるなどの問題点があった。また、大きく周波数が異なる電源間では、０クロス点位相を検出できないため２つの電源間を無瞬断で切り換えることができなかった。
【０００５】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、２つの異なった電源間を、短時間にまた位相の急変なしでスムーズに切換をすることを目的とする。また、周波数の異なった電源間でも切り換えることができることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る無瞬断電源切換装置は、第１のスイッチを介して負荷へ接続された第１の電源と、第２のスイッチを介して負荷へ接続された第２の電源とを切り換えて２つの電源のうちの一方から負荷へ電力を供給するものにおいて、第１、第２の電源のうちの一方を選択する切換スイッチ、切換スイッチで選択された電源の電力を交流から直流に変換する第１の変換器、第１の変換器の出力を直流から交流に変換する第２の変換器、第２の変換器と負荷との間に設けられて第２の変換器の出力を開閉する第３のスイッチ、および第１、第２の電源と第２の変換器の出力との間の同期をとる同期制御回路を備えたものである。
【０００７】
請求項２に係る無瞬断電源切換装置は、請求項１記載のものにおいて、第１、第２の電源は、互いに周波数が異なったものである。
請求項３に係る無瞬断電源切換装置は、請求項１または請求項２に記載のものにおいて、複数のフィーダそれぞれに負荷が接続され、第１、第２の変換器を複数のフィーダに共通にしたものである。
【０００８】
請求項４に係る無瞬断電源切換装置は、第１のスイッチを介して負荷へ接続された第１の電源と、第２のスイッチを介して負荷へ接続された第２の電源とを切り換えて２つの電源のうちの一方から負荷へ電力を供給するものにおいて、電力の交流から直流への変換と直流から交流への変換ができる変換器、この変換器からの直流電力を貯蔵し、貯蔵した直流電力を変換器へ供給する電力貯蔵装置、変換器の交流側と負荷との間に設けられた第３のスイッチ、および第１、第２の電源と変換器の交流側との間の同期をとる同期制御回路を備えたものである。
【０００９】
請求項５に係る無瞬断電源切換装置は、第１のスイッチを介して第１の負荷へ接続された第１の電源と、第２のスイッチを介して第２の負荷へ接続された第２の電源との間で切り換えを行うものにおいて、電力の交流から直流への変換と直流から交流への変換ができる第１、第２の変換器、および第３、第４のスイッチを備え、第１、第２の変換器の直流側同士を接続し、第３のスイッチを介して第１の変換器の交流側を第１の負荷に接続するとともに、第４のスイッチを介して第２の変換器の交流側を第２の負荷に接続し、かつ第１と第２の負荷側の間の同期をとる同期制御回路を備えたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。図１は、実施の形態１における無瞬断電源切換装置を示すブロック図であり、図において、１は第１の電源である電源Ａ、２は第１の電源Ａ１と位相がずれた（非同期状態の）第２の電源である電源Ｂ、３は電源Ａ１又は電源Ｂ２から電力を供給する負荷である負荷機器、４は電源Ａ１と負荷機器３との間で電力を開閉する第１の機械スイッチ、５は電源Ｂ２と負荷機器３との間で電力を開閉する第２の機械スイッチ、６は交流を直流に変換する短時間定格の第１の変換器、７は第１の変換器６で変換された直流を再び交流に変換する短時間定格の第２の変換器、８は、第１の変換器６の入力を電源Ａ１又は電源Ｂ２に切り換える切換スイッチで、これも機械スイッチが用いられている。９は変換器７の出力側と負荷機器３との間を開閉する第３の機械スイッチ、１０は短時間直流エネルギーを保持するコンデンサ、１１は第１、第２のスイッチ４、５の投入前に第１の変換器６の入力と第２の変換器７の出力の同期をとる同期制御回路である。
【００１１】
次に動作について説明する。通常、電源Ａ１より第１の機械スイッチ４を通して負荷機器３に電力を供給している状態において、電源Ａ１から電源Ｂ２へ無瞬断で切り換える場合、切換スイッチ８を電源Ｂ２側にし、電源Ｂ２からの交流を第１の変換器６にて直流に変換する。この直流を第２の変換器７にて交流に変換する。この時変換された交流は、同期制御回路１１により負荷機器３に供給されている電源Ａ１と同期をとるように運転する。次に、第３の機械スイッチ９を投入し、同時に第１の機械スイッチ４を開放する。この時、負荷機器３には、第２の変換器７のみから電力が供給される。この後、高速に第２の変換器７の交流出力を第１の変換器６の入力と同じ電源Ｂ２に、同期制御回路１１により同期させる。同期がとれたところで第２の機械スイッチ５を投入して電源Ｂ２から負荷機器３へ電力が供給される。第３の機械スイッチ９を開放し、第１、第２の変換器６、７を停止させ、切換を完了する。なお、この実施の形態では上記スイッチ類の操作を手動で行う。
以上のように、この発明によれば同期のとれていない独立した電源間で、短時間に無瞬断で切り換える事が可能で、また位相や電圧の急変も生じないので重要な負荷機器に対して安定した電力供給を安価で、小形の電力変換器で実現する事ができる。
【００１２】
実施の形態２．
実施の形態１では、非同期状態の２つの電源間の切り換えの場合について述べたが、変換器の動作周波数を幅広く持たせることにより、電源Ａ１と電源Ｂ２が５０Ｈｚ電源と６０Ｈｚ電源のように異なった周波数をもつ交流入力電源の場合でも、図１と同様の構成で、負荷機器３へ５０Ｈｚの電源供給から６０Ｈｚの電源供給又はその逆の切換をすることができる。周波数の異なった交流電源間で切り換える場合、従来は瞬断させて切り換えていたが、本発明により無瞬断で位相の急変のもなく行うことができる。
【００１３】
実施の形態３．
図２は、実施の形態３における無瞬断電源切換装置を示すブロック図である。図において、３１は半導体スイッチであり、その他は実施の形態１の場合と同様になっている。実施の形態１では、２つの電源間を手動操作により切り換える場合について述べたが、図１の第１の機械スイッチ４に代えて図２に示すように高速で遮断できる半導体スイッチ３１を使い、且つ切換スイッチ８を電源Ｂ２側に常時投入して第１、第２の変換器６、７を無負荷運転し、第３の機械スイッチ９を常時投入しておく事により、電源Ａ１が突然喪失したり、周波数・電圧等が異常になった時、半導体スイッチ３１により電源Ａ１からの電源供給を瞬時に遮断し、同期制御回路１１により即座に第２の変換器７の出力を電源Ｂ２と同期をとった後、第２の機械スイッチ５を投入し、電源Ｂ２にて負荷機器３へ電力供給できるような無瞬断切換えをすることができる。従来は、一方の電源が喪失したり、異常になった場合は、負荷への電力を一時的に停止した後、他方の電源から供給されていたが、本発明により無瞬断で他の電源に切り換えることができる。
【００１４】
実施の形態４．
図３は、実施の形態４における無瞬断電源切換装置を示すブロック図である。図において、３Ａ〜３Ｇ、４Ａ〜４Ｇ、５Ａ〜５Ｇ、および９Ａ〜９Ｇはフィーダ毎に設置された負荷機器、第１の機械スイッチ、第２の機械スイッチ、および第３の機械スイッチであり、その他は実施の形態１の場合と同様になっている。  実施の形態１〜３では、一つの負荷フィーダの場合について述べたが、図３に示すように、負荷が複数のフィーダに分かれている場合において、個々のフィーダにこの発明の無瞬断電源切換装置を設ける必要が無く、電源が共通であれば、第２の変換器７の出力側にある第３の機械スイッチ９Ａ〜９Ｇを各フィーダに設けることにより、無瞬断電源切換装置の第１、第２の変換器６、７を共通に使うことが可能である。このことにより、複数フィーダの場合でも無瞬断で切り換えできる無瞬断電源切換装置を安価で、小形に実現することができる。
【００１５】
実施の形態５．
図４は、実施の形態５における無瞬断電源切換装置を示すブロック図である。図において、５１は電力の交流から直流への変換と、直流から交流への変換ができる双方向性の変換器、５２は変換器５１の直流側に接続されて電力を貯蔵する電力貯蔵装置、９は変換器５１の交流側と負荷機器３の間に接続された第３のスイッチであり、電源Ａ１、電源Ｂ２、負荷機器３、第１、第２のスイッチ４、５、同期制御回路１１は実施の形態１の場合と同様になっている。
実施の形態１〜４では、変換器を二つ設けて構成したが、図４に示すように、変換器５１と、切換の時間だけ電力エネルギーを保持できる電力貯蔵装置５２を用いて一つの変換器でも実現できる。
【００１６】
電源Ａ１から電源Ｂ２へ切り換える場合を例に、動作について説明する。第３の機械スイッチ９を投入し、変換器５１にてコンバータモードで充電することにより電力貯蔵回路５２に電力エネルギーを貯蔵した後、第１の機械スイッチ４を開放し、変換器５１はインバータモードで負荷機器３へ電力を供給しながら、同期制御回路１１により交流出力を電源Ｂ２に同期させる。同期後、第２の機械スイッチ５を投入し電源Ｂ２から負荷機器３へ電力を供給した後、第３の機械スイッチ９を開放する事により、上記実施の形態１〜４と同様の効果が得られる。本実施の形態は、実施の形態１〜４より更に安価で、小形にできる。
【００１７】
実施の形態６．
図５は、実施の形態６における無瞬断電源切換装置を示すブロック図である。図において、６１は第１の機械スイッチ４を介して電源Ａ１に接続された第１の負荷である負荷Ａで、電源Ａ１は例えば商用電源である。６２は第２の機械スイッチ５を介して電源Ｂ２に接続された第２の負荷である負荷Ｂで、電源Ｂは例えば発電機である。６３，６４は電力の交流から直流への変換と、直流から交流への変換ができる双方向性の第１、第２の変換器であり、両変換器６３，６４の直流側が互いに接続されてそこにコンデンサ１０が接続されている。６５，６６は第３、第４の機械スイッチであり、第１、第２の変換器６３、６４の交流側がそれぞれ第３、第４の機械スイッチ６５、６６を介して負荷Ａ６１、負荷Ｂ６２に接続されている。１１は負荷Ａ６１側と負荷Ｂ６２側の間の同期をとる同期制御回路である。
実施の形態１〜５では２つの電源から１つ、あるいは１系統の負荷機器への供給する構成例を示したが、この実施の形態では図５に示すように、２つの連続運転可能な双方向性の変換器６３、６４を用いることにより、２つの電源、すなわち電源Ａ１と電源Ｂ２からそれぞれ負荷Ａ６１と負荷Ｂ６２の２つの負荷系統へ電力を供給し、いずれか一方の電源が異常や保守点検のため電力を喪失した場合でも、当発明の無瞬断電源切換装置を用いる事により無瞬断で切り換える事ができる。
【００１８】
次に動作について説明する。通常、図５においてそれぞれの系統の第１、第２の機械スイッチ４、５は投入され負荷Ａ６１、負荷Ｂ６２へ電力が供給されている。ここで、電源Ａ１を停止する場合、第１の機械スイッチ４を開放する前に、第４の機械スイッチ６６を投入して第２の変換器６４を電源Ｂ２入力のコンバータモードで運転し、第２の変換器６３を電源Ａ１に合わせた出力のインバータモードで運転し、その出力が電源Ａ１と同期がとれた後、第３の機械スイッチ６５を投入する。そして第１の機械スイッチ４を開放し、負荷Ａ６１には電源Ｂ２から第１、第２の変換器６４、６３を通して負荷Ａ６１へ電源Ａ１と同一の電圧、周波数の電力が供給される。これにより、２つの電源の周波数又は／及び電圧が異なった場合でも電力を無停電で連続で供給でき、また２つの系統間で双方向で供給できる安価で、小形の装置を得ることができる。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に係る無瞬断電源切換装置によれば、第１、第２の電源のうちの一方を選択する切換スイッチ、切換スイッチで選択された電源の電力を交流から直流に変換する第１の変換器、第１の変換器の出力を直流から交流に変換する第２の変換器、第２の変換器と負荷との間に設けられて第２の変換器の出力を開閉する第３のスイッチ、および第１、第２の電源と第２の変換器の出力との間の同期をとる同期制御回路を備えているので、同期のとれていない電源間で短時間に無瞬断で切り換えることができ、また切換時の電圧の大きさや位相の急変なしに切り換えることができる。
【００２０】
請求項２に係る無瞬断電源切換装置によれば、５０Ｈｚと６０Ｈｚ間など周波数の異なった電源間の切り換えができる。
請求項３に係る無瞬断電源切換装置によれば、負荷が複数のフィーダに分かれている場合、第１、第２の変換器が共通であるので装置が安価、小形になる。
【００２１】
請求項４に係る無瞬断電源切換装置によれば、電力の交流から直流への変換と直流から交流への変換ができる変換器、変換器からの直流電力を貯蔵し、貯蔵した直流電力を変換器へ供給する電力貯蔵装置、変換器の交流側と負荷との間に設けられた第３のスイッチ、および第１、第２の電源と変換器の交流側との間の同期をとる同期制御回路を備えていて、変換器が一つで済むので、請求項１のものと同様の効果が得られるとともに、装置が安価、小形になる。
【００２２】
請求項５に係る無瞬断電源切換装置によれば、電力の交流から直流への変換と直流から交流への変換ができる第１、第２の変換器、および第３、第４のスイッチを備え、第１、第２の変換器の直流側同士を接続し、第３のスイッチを介して第１の変換器の交流側を第１の負荷に接続するとともに、第４のスイッチを介して第２の変換器の交流側を第２の負荷に接続し、かつ第１と第２の負荷側の間の同期をとる同期制御回路を備えているので、一方の電源に異常がある場合など、他方の電源から上記異常の電源側の負荷へ電力を無瞬断で供給することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１および２における無瞬断電源切換装置を示すブロック図である。
【図２】  この発明の実施の形態３における無瞬断電源切換装置を示すブロック図である。
【図３】  この発明の実施の形態４における無瞬断電源切換装置を示すブロック図である。
【図４】  この発明の実施の形態５における無瞬断電源切換装置を示すブロック図である。
【図５】  この発明の実施の形態６における無瞬断電源切換装置を示すブロック図である。
【図６】  従来の無瞬断電源切換装置を示すブロック図である。
【符号の説明】
１  電源Ａ、２  電源Ｂ、３  負荷機器、
４，５，９  第１、第２、第３の機械スイッチ、６，７  第１、第２の変換器、
８  切換スイッチ、１１  同期制御回路、３１  半導体スイッチ、５１  変換器、
５２  電力貯蔵装置、６１，６２  第１、第２の負荷、
６３，６４  第１、第２の変換器、６５，６６  第３、第４のスイッチ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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