(57)【要約】  電源システム（１００）は、負荷に電力を供給する無停電電源装置（５）と、負荷にバイパス電源（１）を接続するスイッチ（６）と、無停電電源装置（５）の停止時にスイッチ（６）をオンする切換回路（７）とを備える。無停電電源装置（５）が停止した場合、切換回路（６）は、バイパス電源（１）の出力電圧の位相が無停電電源装置（５）の停止時の出力電圧の位相に等しいときにスイッチ（６）をオンする。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
負荷に電力を供給する無停電電源装置（５）と、  前記負荷にバイパス電源（１）を接続する第１のスイッチ（６）と、  前記無停電電源装置（５）の停止時に、前記第１のスイッチ（６）をオンする切換回路（７）とを備え、  前記無停電電源装置（５）が停止した場合、前記切換回路（７）は、前記バイパス電源（１）の出力電圧の位相が前記無停電電源装置（５）の停止時の出力電圧の位相に等しいときに前記第１のスイッチ（６）をオンする、電源システム。
【請求項２】
前記無停電電源装置（５）は、  前記無停電電源装置（５）の出力電圧を前記バイパス電源（１）の出力電圧に同期させるための同期回路（１７）を含む、請求項１に記載の電源システム。
【請求項３】
前記無停電電源装置（５）は、  前記無停電電源装置（５）の停止時に前記無停電電源装置（５）を前記負荷から切り離す第２のスイッチ（１５）をさらに含み、  前記無停電電源装置（５）の復帰後、前記無停電電源装置（５）の出力電圧の位相が前記バイパス電源（１）の電圧の位相に同期したときに、前記切換回路（７）は前記第１のスイッチ（６）をオフするともに前記第２のスイッチ（１５）をオンする、請求項２に記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は電源システムに関し、特に、無停電電源装置（ＵＰＳ）に用いられる電源切換回路に関する。
【背景技術】
【０００２】  無停電電源装置（ＵＰＳ）は、負荷に電力を継続的に供給するように構成される。ＵＰＳの故障あるいは保守によってＵＰＳが停止することがある。このような場合に備えるため、バイパス電源がＵＰＳと並列に設けられる。【０００３】  一般にＵＰＳはインバータを有する。そのインバータが故障した場合には、バイパス電源が負荷に電力を供給する。バイパス電源の電圧がＵＰＳの出力電圧と同期していない場合には、大きな励磁突入電流が負荷トランスに流れるという問題が発生する。【０００４】  バイパス電源が負荷に電力を供給するときにはＵＰＳの出力スイッチがオフされる。しかしながら、出力スイッチが完全にオフするために、ある程度の時間を要する。このため、負荷トランスだけでなくＵＰＳの内部の絶縁トランスにも励磁突入電流が流れる可能性がある。【０００５】  特開平８−２５６４３１号公報（特許文献１）は、変圧器励磁突入電流を抑制するための静止型突入電流抑制装置を開示する。この装置は、変圧器一次側に接続されたサイリスタと、サイリスタの一次側に接続された計器用変圧器と、計器用変圧器の二次側に接続されたピーク電圧検出回路と、ピーク電圧検出回路がピーク電圧を検出したタイミングでサイリスタをオンさせるサイリスタゲート出力回路とを備える。変圧器は、ピーク電圧によって励磁される。これにより変圧器励磁突入電流を抑制することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−２５６４３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  ＵＰＳが停止した場合にも電力を途切れることなく負荷に供給するためには、電源を切換えるための時間をできるだけ短くすることが求められる。さらに、バイパス電源の電圧がＵＰＳの出力電圧と同期することも要求される。【０００８】  本発明の目的は、電源の切換時間を短くすることが可能であるとともに励磁突入電流を抑制することが可能な電源システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】  本発明の一局面に係る電源システムは、負荷に電力を供給する無停電電源装置と、負荷にバイパス電源を接続するスイッチと、無停電電源装置の停止時に、スイッチをオンする切換回路とを備える。無停電電源装置が停止した場合、切換回路は、バイパス電源の出力電圧の位相が無停電電源装置の停止時の出力電圧の位相に等しいときにスイッチをオンする。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、無停電電源装置とバイパス電源との間で電源を切換えるための時間を短くすることができる。さらに本発明によれば励磁突入電流を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る電源システムの構成図である。
【図２】図１に示した切換回路の機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る電源システムの動作を説明するための波形図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る電源システムの別の動作を説明するための波形図である。
【図５】本発明の実施形態に係る電源システムの比較例の構成を示した図である。
【図６】図５に示した電源システムの動作を説明するための波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  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。
【００１３】  図１は、本発明の一実施形態に係る電源システムの構成図である。図１を参照して、電源システム１００は、バイパス電源１または入力電源２から供給される電力を負荷３に供給する。バイパス電源１および入力電源２は交流電源である。図１ではバイパス電源１および入力電源２を三相交流電源として示してある。しかし、これらの電源は単相電源でもよい。バイパス電源１および入力電源２の種類は特に限定されるものではない。
【００１４】  電源システム１００は、無停電電源装置（ＵＰＳ）５と、サイリスタスイッチ６と、切換回路７とを含む。ＵＰＳ５は、コンバータ１１と、バッテリ１２と、インバータ１３と、絶縁トランス１４と、出力スイッチ１５と、コンデンサ１６と、同期回路１７とを備える。負荷トランス４は負荷３に並列に設けられる。
【００１５】  コンバータ１１は、入力電源２からの交流電力を直流電力に変換する。コンバータ１１からの直流電力はバッテリ１２およびインバータ１３に供給される。コンバータ１１の動作時には、バッテリ１２はコンバータ１１からの直流電力を蓄える。コンバータ１１の停止時には、バッテリ１２はインバータ１３に直流電力を供給する。コンデンサ１６は、インバータ１３に入力される直流電力を平滑化する。
【００１６】  インバータ１３は、直流電力を交流電力（たとえば三相交流）に変換する。出力スイッチ１５は、インバータ１３からの交流電力を負荷３に出力するか否かを切換える。たとえば出力スイッチ１５は機械スイッチ（たとえばコンタクタ）によって実現される。出力スイッチ１５がオン状態である場合、インバータ１３からの交流電力は絶縁トランス１４を介して負荷３および負荷トランス４へと供給される。この場合、サイリスタスイッチ６はオフ状態である。
【００１７】  同期回路１７は、電圧Ｖｉｎｖの位相を電圧Ｖｂｙｐの位相と同期させる。電圧Ｖｉｎｖは絶縁トランス１４を介してインバータ１３から出力される電圧である。電圧Ｖｂｙｐはバイパス電源１の出力電圧である。たとえば同期回路１７はＰＬＬ（Phase  Lock  Loop）回路によって実現される。出力スイッチ１５がオン状態である場合、負荷３および負荷トランス４に入力される電圧ＶｏはＶｉｎｖに等しい。
【００１８】  切換回路７は、電圧Ｖｉｎｖをモニタする。たとえば、インバータ１３の故障によって電圧Ｖｉｎｖの供給が停止された場合、切換回路７は、サイリスタスイッチ６をオンする。さらに、出力スイッチ１５がオフされる。たとえば切換回路７が出力スイッチ１５をオフする。別の回路が出力スイッチ１５をオフしてもよい。
【００１９】  サイリスタスイッチ６がオンすると、バイパス電源１が負荷３および負荷トランス４に接続される。したがって、バイパス電源１からの電力が負荷３および負荷トランス４に供給される。この場合には、電圧ＶｏはＶｂｙｐに等しい。
【００２０】  本発明の一実施形態によれば、切換回路７は、ＵＰＳ５が負荷３への電力の供給を停止したときの電圧Ｖｉｎｖの位相を記憶する。さらに切換回路７は、電圧Ｖｂｙｐをモニタする。切換回路７は、電圧Ｖｂｙｐの位相が電圧ｉｎｖの記憶された位相と一致するときにサイリスタスイッチ６をオンする。
【００２１】  この実施形態によれば、負荷３への電力の供給が停止される期間の長さを交流の１サイクル（たとえば１／５０秒あるいは１／６０秒）以内にすることができる。すなわちこの実施の形態によれば負荷３への電力供給が停止する期間を短くすることができる。
【００２２】  さらに、この実施の形態によれば、電圧Ｖｏが電圧Ｖｉｎｖから電圧Ｖｂｙｐに切り換わるときに電圧Ｖｏの位相を保つことができる。したがって電圧Ｖｏが電圧Ｖｉｎｖから電圧Ｖｂｙｐに切り換わる前後において、電圧Ｖｏの位相が連続的に変化する。これにより負荷３および負荷トランス４に流れる励磁突入電流を抑制することができる。
【００２３】  図２は、図１に示した切換回路の機能ブロック図である。図２を参照して、切換回路７は、位相検出部２１，２３と、記憶部２２と、スイッチ制御部２４とを含む。
【００２４】  位相検出部２１は、ＵＰＳ５の電圧Ｖｉｎｖの位相を検出する。たとえば位相検出部２１は、電圧Ｖｉｎｖの値を測定することによって電圧Ｖｉｎｖの位相を検出する。具体的には、電圧Ｖｉｎｖの振幅および周期を取得することにより、電圧Ｖｉｎｖの電圧値に基づいて電圧Ｖｉｎｖの位相を決定できる。電圧Ｖｉｎｖの振幅および周期は位相検出部２１に予め与えられてもよいし、ＵＰＳ５の動作時に位相検出部２１が取得してもよい。
【００２５】  記憶部２２は、ＵＰＳ５の停止時における電圧Ｖｉｎｖの位相を記憶する。たとえば位相検出部２１は、電圧Ｖｉｎｖの位相が変化しない場合に、その位相の値を記憶部２２に格納する。代わりに、位相検出部２１は、記憶部２２に記憶された値を、電圧Ｖｉｎｖの位相の検出値で更新してもよい。電圧Ｖｉｎｖの位相が変化しない場合には、記憶部２２に記憶された値は変化しない。したがって、記憶部２２は、ＵＰＳ５の停止時における電圧Ｖｉｎｖの位相を記憶することができる。
【００２６】  位相検出部２３は、バイパス電源１の電圧Ｖｂｙｐの位相を検出する。位相検出部２３は、たとえば位相検出部２１による検出方式と同じ方式を用いて、電圧Ｖｂｙｐの位相を検出する。
【００２７】  スイッチ制御部２４は、記憶部２２に記憶された電圧Ｖｉｎｖの位相と、電圧Ｖｂｙｐの位相とを比較する。電圧Ｖｂｙｐの位相が電圧Ｖｉｎｖの位相に一致した場合に、スイッチ制御部２４はサイリスタスイッチ６をオンする。
【００２８】  ＵＰＳ５が復旧した場合、サイリスタスイッチ６がオフされる。サイリスタスイッチ６をオフするための制御方法は特に限定されない。一形態では、位相検出部２１で検出されたＶｉｎｖの位相が時間的に変化し、かつ、その位相が電圧Ｖｂｙｐの位相と一致する場合に、スイッチ制御部２４はサイリスタスイッチ６をオフする。スイッチ制御部２４はさらに出力スイッチ１５をオンしてもよい。このような制御によって、負荷３および負荷トランス４に供給される電圧Ｖｏの位相を連続にすることができる。
【００２９】  スイッチ制御部２４は、記憶部２２に記憶された値を定期的に取得することにより、ＵＰＳ５が動作あるいは停止しているかを判断できる。上記のように位相検出部２１が、電圧Ｖｉｎｖの位相の検出値を用いて、記憶部２２に記憶された値を更新する。記憶部２２に記憶された値が変化しないことにより、スイッチ制御部２４は、ＵＰＳ５が停止していると判断できる。
【００３０】  一方、記憶部２２に記憶された値が変化することにより、スイッチ制御部２４は、ＵＰＳ５が動作していると判断できる。この場合には、スイッチ制御部２４はサイリスタスイッチ６をオンしない。サイリスタスイッチ６をオフするための制御も上記の方式に従って実現できる。一形態では、電圧Ｖｉｎｖの位相が電圧Ｖｂｙｐの位相と一致する場合に、スイッチ制御部２４はサイリスタスイッチ６をオフする。
【００３１】  図３は、本発明の一実施形態に係る電源システムの動作を説明するための波形図である。図１および図３を参照して、時刻ｔ１においてインバータ１３が停止する。時刻ｔ１における電圧Ｖｉｎｖの位相および電圧Ｖｏの位相はともにａである。一方、時刻ｔ１における電圧Ｖｂｙｐの位相はｃである。位相ｃは位相ａと異なる。
【００３２】  時刻ｔ２において電圧Ｖｂｙｐの位相がａに等しくなる。したがって切換回路７はサイリスタスイッチ６をオンする。時刻ｔ２から負荷３および負荷トランス４への給電が再開される。時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間は１周期Ｔ以内の期間である。時刻ｔ１からある程度の時間（たとえば５０ｍｓ）が経過した後に出力スイッチ１５が完全にオフする（時刻ｔ３）。しかし、本実施の形態によれば、時刻ｔ３以前に負荷への電力の供給が復帰する。
【００３３】  図４は、本発明の一実施形態に係る電源システムの別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，ｔ３は、図３に示した時刻ｔ１，ｔ３にそれぞれ対応する。図４に示した形態では、電圧Ｖｂｙｐと電圧Ｖｉｎｖとが同期している。すなわち、電圧Ｖｂｙｐの位相と電圧Ｖｉｎｖの位相とが互いに等しい。
【００３４】  図４によれば、インバータ１３が停止したタイミングと実質的に同じタイミングでサイリスタスイッチ６をオンすることができる。したがって負荷３（および負荷トランス４）への電力の供給が停止される期間をより一層短くすることができる。
【００３５】  図５は、本実施の形態に係る電源システムの比較例の構成を示した図である。図１および図５を参照して、電源システム１０１は、切換回路７に代えて切換回路７Ａを含む点において電源システム１００と異なる。電源システム１０１の他の部分の構成は電源システム１００の対応する部分の構成と同様であるので以後の説明は繰り返さない。
【００３６】  ＵＰＳ５が停止した場合に、切換回路７Ａはサイリスタスイッチ６をオンする。具体的には、切換回路７Ａは、出力スイッチ１５が完全にオフしてから所定の時間が経過した後にサイリスタスイッチ６をオフする。
【００３７】  バイパス電源１の周波数が変動した場合、電圧Ｖｉｎｖは電圧Ｖｂｙｐにすぐには同期できない。電圧Ｖｉｎｖが電圧Ｖｂｙｐに同期できない場合には、インバータ１１３は、固定された自走周波数で動作する。
【００３８】  図６は、図５に示した電源システムの動作を説明するための波形図である。図５および図６を参照して、電圧Ｖｉｎｖの位相と電圧Ｖｂｙｐの位相とは互いにずれている。この状態でＵＰＳ５が停止する場合には、入力電源２からバイパス電源１へと電源を切換える必要があるだけでなく、絶縁トランス１１４への励磁突入電流を抑制する必要もある。このため、図５に示された構成によれば、出力スイッチ１５がオフした後にサイリスタスイッチ６がオンされる。
【００３９】  時刻ｔ１１においてインバータ１３が停止する。上記のように、インバータ１３が停止してから出力スイッチ１５が完全にオフするまでには、ある程度の時間を要する。時刻ｔ１２において出力スイッチ１５が完全にオフする。
【００４０】  サイリスタスイッチ６は、出力スイッチ１５が完全にオフしてから、固定された遅延時間が経過した後にオンする（時刻ｔ１３）。時刻ｔ１１から時刻ｔ１３までの間には、負荷３への電力の供給が途絶える（Ｖｏ＝０）。このため負荷３の動作が停止する可能性がある。
【００４１】  時刻ｔ１１における電圧Ｖｏの位相は、電圧Ｖｉｎｖの位相ａに等しい。一方、時刻ｔ１３における電圧Ｖｏの位相は、電圧Ｖｂｙｐの位相ｂに等しい。位相ｂは位相ａと異なる。位相が不連続に変化するため、大きな励磁突入電流が負荷トランス４に流れるという問題が発生する。
【００４２】  これに対して、図３および図４に示されるように、本発明の実施の形態によれば、負荷への電力の供給が停止される期間は、交流の１周期以内の期間である。したがって負荷が停止する可能性が小さくなる。
【００４３】  さらに本実施の形態によれば、負荷３への電力の供給が停止したときの位相状態を保ちながら負荷３への電力の供給を再開することができる。これによって、負荷３および負荷トランス４への励磁突入電流を抑制することができる。
【００４４】  本発明は、ＵＰＳの停止時にバイパス電源が負荷に電力を供給する構成に適用できる。したがって、ＵＰＳが停止される理由は、ＵＰＳの故障に限定されず、たとえばＵＰＳの保守を含みうる。
【００４５】  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。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、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】
【００４６】  １  バイパス電源、２  入力電源、３  負荷、４  負荷トランス、５  無停電電源装置、６  サイリスタスイッチ、７，７Ａ  切換回路、１１  コンバータ、１２  バッテリ、１３  インバータ、１４  絶縁トランス、１５  出力スイッチ、１６  コンデンサ、１７  同期回路、２１，２３  位相検出部、２２  記憶部、２４  スイッチ制御部、１００，１０１  電源システム。
【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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【国際調査報告】
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