(57)【要約】【課題】全ての運転モードにおいて負荷側の変圧器の励磁突入電流を抑制することが可能な無停電電源装置を提供する。【解決手段】交流電源１と同位相の交流電圧を変圧器５を介して負荷６へ供給する無停電電源装置本体３と、交流電源１と変圧器５の間に設けられたバイパス開閉器４と、バイパス開閉器４用のゲート信号発生器９と、交流電源１の電圧が正及び負の少なくとも一つのピークとなるタイミングを検出する適位相検出手段８と、運転制御手段７とで構成する。起動時には運転制御手段７のオン指令と適位相検出手段８の出力のＡＮＤ条件でバイパス開閉器４をオンさせ、起動完了後は無停電電源装置本体３による運転に切換え、無停電電源装置本体３が故障したときにはバイパス開閉器４を素早くオンしてバックアップ運転に切換えるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源の電圧を、この交流電源と同位相の交流電圧に変換して変圧器を介して負荷へ供給し、前記交流電源が停電したとき、蓄電池により電力を供給し続けるように構成された無停電電源装置本体と、
前記交流電源から前記変圧器に直接給電するバイパス回路に設けられたバイパス開閉器と、
前記バイパス開閉器をオンオフするゲート信号を発生するゲート信号発生器と、
前記交流電源の電圧が正及び負の少なくとも一つのピーク近傍となるタイミングを検出する適位相検出手段と、
前記無停電電源装置本体、前記バイパス開閉器及び前記ゲート信号発生器を制御する運転制御手段と
を備え、
前記運転制御手段は、
装置の起動時には前記ゲート信号発生器へのオン指令と前記適位相検出手段の適位相検出信号のＡＮＤ条件で前記バイパス開閉器をオンさせるようにし、
装置の起動完了後、前記無停電電源装置本体を運転すると共に、前記バイパス開閉器をオフして前記無停電電源装置本体による運転に切換え、
前記無停電電源装置本体による運転中に前記無停電電源装置本体が故障したとき、前記バイパス開閉器を素早くオンして前記バイパス開閉器によるバックアップ運転に切換えるようにしたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記バイパス開閉器は、
前記適位相検出手段の出力と前記ゲート信号発生器の出力を入力とするＡＮＤ回路の出力をセット入力とし、前記ゲート信号発生器の出力をリセット入力とするフリップフロップの出力を一方の入力とし、
前記ゲート信号発生器の出力を他方の入力とする切換器の出力でオンオフ制御されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記適位相検出手段は、
前記交流電源の電圧と同位相の正弦波電圧を発生する入力位相基準発生器と、
前記入力位相基準発生器の出力の負側を正の値に変換して出力する全波整流器と、
前記全波整流器より得られた波形の最大値を検出し、その最大値に比例した出力値を保持して出力しつづけるピークホルダと、
前記ピークホルダの出力値を所定の値に変換して出力する変換回路と、
前記入力位相基準発生器の出力と前記変換回路の出力を比較する比較器と
を具備し、
前記入力位相基準発生器の出力が前記変換回路の出力より大きいとき、前記適位相検出信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記適位相検出手段は、
前記交流電源の電圧と同位相の正弦波電圧を発生する入力位相基準発生器と、
前記入力位相基準発生器の出力の正負を反転させる反転回路と、
前記反転回路の出力の負側を正の値に変換して出力する全波整流器と、
前記全波整流器より得られた波形の最大値を検出し、その最大値に比例した出力値を保持して出力しつづけるピークホルダと、
前記ピークホルダの出力値を所定の値に変換して出力する変換回路と、
前記入力位相基準発生器の出力と前記変換回路の出力を比較する比較器と
を具備し、
前記反転回路の出力が前記変換回路の出力より大きいとき、前記適位相検出信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項５】
前記適位相検出手段は、
前記交流電源の電圧と同位相の正弦波電圧を発生する入力位相基準発生器と、
前記入力位相基準発生器の出力の負側を正の値に変換して出力する全波整流器と、
前記全波整流器より得られた波形の最大値を検出し、その最大値に比例した出力値を保持して出力しつづけるピークホルダと、
前記ピークホルダの出力値を所定の値に変換して出力する変換回路と、
前記全波整流器の出力と前記変換回路の出力を比較する比較器と
を具備し、
前記全波整流器の出力が前記変換回路の出力より大きいとき、前記適位相検出信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項６】
前記適位相検出手段は、
前記交流電源の電圧と同位相の正弦波電圧を発生する入力位相基準発生器と、
前記入力位相基準発生器の出力をデジタル値に変換して出力するＡＤ変換器と、
適位相検出レベルを設定する検出レベル設定器と、
前記ＡＤ変換器の出力と前記検出レベル設定器の出力を比較する比較器と
を具備し、
前記ＡＤ変換器の出力が前記検出レベル設定器の出力より大きいとき、前記適位相検出信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【請求項７】
前記適位相検出手段は、
前記交流電源の電圧と同位相の正弦波電圧を発生する入力位相基準発生器と、
前記入力位相基準発生器の出力の負側を正の値に変換して出力する全波整流器と、
前記全波整流器の出力をデジタル値に変換して出力するＡＤ変換器と、
適位相検出レベルを設定する検出レベル設定器と、
前記ＡＤ変換器の出力と前記検出レベル設定器の出力を比較する比較器と
を具備し、
前記ＡＤ変換器の出力が前記検出レベル設定器の出力より大きいとき、前記適位相検出信号を出力するようにしたことを特徴とする請求項１に記載の無停電電源装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無停電電源装置に係わり、特に変圧器への励磁突入電流を抑制することを可能とした無停電電源装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の無停電電源装置は、交流電源が正常時に、交流電源の交流電圧をコンバータによって直流電圧に変換してバッテリに蓄積すると共に、この直流電圧をインバータによって再び交流電圧に変換して負荷に給電し、交流電源の停電時には、バッテリに蓄積された直流エネルギーをインバータによって交流に変換して負荷に給電するようにしている。
【０００３】
交流電源から変圧器を介して交流電力を供給するようにした無停電電源装置においては、無停電電源装置の起動時に変圧器に過大な励磁突入電流が流れる恐れがあった。この励磁突入電流が過電流となるのを防止するため、コンバータを構成するスイッチング素子を制御することによって無停電電源装置を安全に起動する提案が為されている（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−１５８０８１号公報（第３−４頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示された手法は、入力側に変圧器を有する場合の励磁突入電流の抑制方法であるが、負荷側に変圧器を有する無停電電源装置の励磁突入電流の抑制も一つの課題である。特に、無停電電源装置本体が故障したときのバックアップ用にバイパス給電回路を有する無停電電源装置においては、装置の起動時だけでなくバックアップ運転への切換時にも無停電電源装置としての機能を維持しつつ上述の励磁突入電流を抑制する必要がある。
【０００５】
本発明は上記に鑑みて為されたもので、その目的は、全ての運転モードにおいて負荷側の変圧器の励磁突入電流を抑制することが可能な無停電電源装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の無停電電源装置は、交流電源の電圧を、この交流電源と同位相の交流電圧に変換して変圧器を介して負荷へ供給し、前記交流電源が停電したとき、蓄電池により電力を供給し続けるように構成された無停電電源装置本体と、前記交流電源から前記変圧器に直接給電するバイパス回路に設けられたバイパス開閉器と、前記バイパス開閉器をオンオフするゲート信号を発生するゲート信号発生器と、前記交流電源の電圧が正及び負の少なくとも一つのピーク値の近傍となるタイミングを検出する適位相検出手段と、前記無停電電源装置本体、前記バイパス開閉器及び前記ゲート信号発生器を制御する運転制御手段とを備え、前記運転制御手段は、装置の起動時には前記ゲート信号発生器へのオン指令と前記適位相検出手段の適位相検出信号のＡＮＤ条件で前記バイパス開閉器をオンさせるようにし、装置の起動完了後、前記無停電電源装置本体を運転すると共に、前記バイパス開閉器をオフして前記無停電電源装置本体による運転に切換え、前記無停電電源装置本体による運転中に前記無停電電源装置本体が故障したとき、前記バイパス開閉器を素早くオンして前記バイパス開閉器によるバックアップ運転に切換えるようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、全ての運転モードにおいて負荷側の変圧器の励磁突入電流を抑制することが可能な無停電電源装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。
【実施例１】
【０００９】
以下、本発明の実施例１に係る無停電電源装置を図１及び図２を参照して説明する。図１（ａ）は本発明の実施例１に係る無停電電源装置の回路構成図である。
【００１０】
交流電源１から開閉器２を介して無停電電源装置本体３に交流電圧が与えられる。無停電電源装置本体３の交流出力は変圧器５を介して負荷６に交流電力を供給する。無停電電源装置本体３の入出力間にはバイパス回路としてバイパス開閉器４が接続され、無停電電源装置本体３が故障したとき、このバイパス開閉器４を介して交流電源１から負荷６に交流電力を供給することが可能な構成となっている。
【００１１】
図１（ｂ）に示すように、無停電電源装置本体３は、入力の交流電圧を直流に変換するコンバータ３１と、この直流出力を再び交流に変換するインバータ３２を備えている。インバータ３２の入力となる直流リンク部には平滑用コンデンサ３３と蓄電池３４が接続され、交流電源１が停電したとき、この蓄電池３４からインバータ３２を介して負荷６に給電する構成となっている。尚、インバータ３２の出力側には開閉器が設けられていることがあるが図示を省略している。
【００１２】
この無停電電源装置本体３は入力電圧と位相同期を図るためのＰＬＬ（フェーズロックドループ）回路３５を有しており、このＰＬＬ回路３５の動作によって無停電電源装置本体３の出力周波数はその位相を含めて交流電源１の周波数と一致するように制御されている。
【００１３】
バイパス開閉器４は瞬時の切換動作が要求されるため、その主回路のスイッチは半導体スイッチング素子で構成されている。尚、通電時の損失を低減させるため、半導体スイッチング素子と並列に機械式の開閉器を設けるようにしても良い。
【００１４】
無停電電源装置本体３は運転制御回路７により運転制御されている。運転制御回路７は無停電電源装置本体３の故障を速やかに検出することが可能な構成となっている。
【００１５】
以下、バイパス開閉器４のオンオフ制御回路の構成について説明する。
【００１６】
バイパス開閉器４の入力側の電圧は、適位相検出回路８により検出され、適位相検出回路８の出力はＡＮＤ回路１０の一方の入力となる。このＡＮＤ回路１０の他方の入力はゲート発生回路９の出力が接続されている。そして、ゲート発生回路９は運転制御回路７からの指令によって動作する。
【００１７】
ＡＮＤ回路１０の出力はフリップフロップ１１のセット端子の入力となり、ゲート発生回路９の出力の反転信号はフリップフロップ１１のリセット端子の入力となる。そして切換器１２が起動側に選択されたとき、フリップフロップ１１の出力によってバイパス開閉器４はオンオフ制御され、切換器１２が定常側に選択されたときには、バイパス開閉器４はゲート発生回路９の出力によって直接オンオフ制御される。
【００１８】
次に適位相検出回路８の内部構成について説明する。
【００１９】
バイパス開閉器４の入力側の電圧は入力位相基準発生器８１に与えられる。入力位相基準発生器８１は入力電圧に同期した正弦波の入力位相基準を発生する。この入力位相基準が発生されると、全波整流器８２により入力位相基準の負側の波形が反転されて出力される。次にピークホルダ８３により全波整流器８２で得られた波形の最大値が出力され、その後、変換回路８４によりピークホルダ８３の値が１００％より若干低い値に変換されて出力される。入力位相基準がこの変換回路８４の出力を上回ると比較器８５の出力が１となる。
【００２０】
この適位相検出回路８は、入力電圧のピーク値の近傍を適位相として検出している。バイパス開閉器４を閉路して変圧器５を励磁することを考えると、変圧器５に発生する磁束が鉄心の飽和ポイントを上回ったとき、励磁突入電流が流れ込む、変圧器５に発生する磁束は、印加電圧を積分して得られるので、このように入力電圧のピーク値近傍でバイパス開閉器４を閉路して変圧器５を励磁するようにすれば、励磁突入電流の抑制が可能となる。
【００２１】
以上説明した図１の回路構成における基本動作について、図２の動作タイムチャートに従って以下に説明する。
【００２２】
無停電電源装置の起動は、起動時の擾乱を防止するため、バイパス回路によって起動する。このため、切換器１２を起動側に選択して運転制御回路７はゲート信号発生回路９に対しゲートオン指令を出力する（ＳＴ１）。この状態で、適位相検出回路８による適位相条件が成立したかどうかを確認する（ＳＴ２）。この適位相条件が成立すると、バイパス開閉器４がオンして（ＳＴ３）負荷６への給電が開始される。
【００２３】
次に、無停電電源装置本体３の運転許可条件が整ったかどうかを確認する（ＳＴ４）。この運転許可条件は、例えば、無停電電源装置本体３が無負荷運転され、且つステップＳＴ３によってバイパス開閉器４がオンしてから所定時間経過したときに整うように設定しておく。この運転許可条件が整ったとき、負荷６への給電をバイパス回路側から無停電電源装置本体３側に切換える（ＳＴ５）。前述したように、無停電電源装置本体３の出力周波数はその位相を含めてバイパス回路の周波数と一致しているので、適切な出力電圧で上記切換を行なえば、その外乱は生じない。従って、変圧器５に励磁突入電流が流れることは無い。尚、この切換は必ずしも無瞬断で行なう必要はなく、僅かの時間であれば瞬断切換であっても問題ない。
【００２４】
ステップＳＴ５で無停電電源装置本体３側からの運転に切換わると同時に、切換器１２を起動側から運転側に切換える（ＳＴ６）。以上によって正規の無停電電源装置本体３側からの運転が完了する。
【００２５】
上記状態で運転中に、無停電電源装置本体３の故障が発生したとする（ＳＴ７）。このとき、運転制御回路７はこの故障をいち早く検知すると共に無停電電源装置本体３の出力を停止させ、瞬時にゲート信号発生回路９にパイパス切換器４のオン指令を出力してパイパス切換器４を投入する（ＳＴ８）。以上の操作で無停電電源装置本体３の故障時のバイパス回路への給電切換が行なわれるが、この切換を素早く行なえば、その切換外乱は微小であり、変圧器５に励磁突入電流が流れることはない。
【００２６】
尚、ステップＳＴ８のバイパス運転の状態において無停電電源装置本体３の故障が修理されると、再び無停電電源装置本体３側の運転に切換える必要が生じるが、この切換はステップＳＴ５で説明した切換と基本的に同一であるので説明を省略する。
【００２７】
以上説明したようにこの実施例１によれば、起動時に入力位相基準から入力電圧が正のピーク値近傍を出力する時の位相を検出してバイパス開閉器４のサイリスタを点弧させるようにしたので変圧器５への励磁突入電流を最小に抑え、また、起動後の無停電電源装置本体３側の運転に切換えるとき、無停電電源装置本体３が故障してバイパス給電に切換えるときにもの励磁突入電流が流れないようにしているので、入力ブレーカの不要トリップや、入力電源設備側のヒューズの不要な溶断などを防止することが可能となる。
【実施例２】
【００２８】
図３は本発明の実施例２に係る無停電電源装置に用いられる適位相検出回路８Ａの回路構成図である。この実施例２の各部について、図１の本発明の実施例１に係る無停電電源装置に用いられる適位相検出回路８の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例２が実施例１と異なる点は、入力位相基準発生器８１の出力に反転回路８６を設け、この反転回路８６の出力を全波整流器８２に与える構成とした点である。
【００２９】
このような適位相検出回路８Ａの構成を採用することにより、実施例１が入力電圧の正のピーク値近傍を適位相として検出していたのに対し、この実施例２においては入力電圧の負のピーク値近傍を適位相として検出することになる。
【００３０】
前述の通り、変圧器５に発生する磁束は、印加電圧を積分して得られるので、このように入力電圧の負のピーク値近傍でバイパス開閉器４を閉路して変圧器５を励磁するようにしても、励磁突入電流の抑制が可能となる。
【実施例３】
【００３１】
図４は本発明の実施例３に係る無停電電源装置に用いられる適位相検出回路８Ｂの回路構成図である。この実施例３の各部について、図１の本発明の実施例１に係る無停電電源装置に用いられる適位相検出回路８の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例３が実施例１と異なる点は、比較器８５において、変換回路８４の出力と比較する基準を全波整流器８２の出力となるように構成した点である。
【００３２】
この実施例３によれば、変換回路８４の出力と比較する比較基準を全波整流器８２の出力としているので、入力電圧の正及び負の両方のピーク値近傍を適位相として検出することが可能となる。従ってこの適位相検出回路８Ｂによれば、実施例１または実施例２に比べて適位相の平均検出時間は半減する。
【実施例４】
【００３３】
図５は本発明の実施例４に係る無停電電源装置に用いられる適位相検出回路８Ｃの回路構成図である。この実施例４の各部について、図１の本発明の実施例１に係る無停電電源装置に用いられる適位相検出回路８の各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例４が実施例１と異なる点は、入力位相基準発生器８１の出力をＡＤ変換器８７に与えてデジタル化し、このデジタル出力と検出レベル設定器８８で設定された検出レベルとの差をデジタル比較器８９によって比較して、ＡＤ変換器８７の出力が検出レベル以上となったとき１を出力する構成とした点である。ＡＤ変換器８７は例えば正のピーク値を２５５、負のピーク値を０とした０から２５５の間のデジタル値に変換するように選定する。
【００３４】
このように構成することによってノイズ等の影響を受けにくい適位相検出を行なうことが可能となる。また、上記において検出レベルを２５５とすれば、入力電圧の正のピーク値をポイント検出することが可能となる。
【００３５】
尚、実施例２で説明したように、入力位相基準発生器８１の出力を反転して検出すれば、入力電圧の負のピーク値近傍を検出することが可能となることは明らかである。
【実施例５】
【００３６】
図６は本発明の実施例５に係る無停電電源装置に用いられる適位相検出回路８Ｄの回路構成図である。この実施例５の各部について、図５の本発明の実施例４に係る無停電電源装置に用いられる適位相検出回路８Ｃの各部と同一部分は同一符号で示し、その説明は省略する。この実施例５が実施例４と異なる点は、入力位相基準発生器８１の出力に全波整流器８２を設け、この全波整流器８２の出力をＡＤ変換器８７に与える構成とした点である。
【００３７】
この実施例５によれば、実施例３で述べた入力電圧の正及び負の両方のピーク値近傍を適位相としてデジタル検出することが可能となる。従ってこの適位相検出回路８Ｄによれば、実施例４に比べて適位相の平均検出時間は半減する。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の実施例１に係る無停電電源装置の回路構成図。
【図２】本発明の実施例１に係る無停電電源装置の動作タイムチャート。
【図３】本発明の実施例２の無停電電源装置に用いられる適位相検出回路の回路構成図。
【図４】本発明の実施例３の無停電電源装置に用いられる適位相検出回路の回路構成図。
【図５】本発明の実施例４の無停電電源装置に用いられる適位相検出回路の回路構成図。
【図６】本発明の実施例５の無停電電源装置に用いられる適位相検出回路の回路構成図。
【符号の説明】
【００３９】
１  交流電源
２  開閉器
３  無停電電源装置本体
４  バイパス開閉器
５  変圧器
６  負荷
７  運転制御回路
８  適位相検出回路
９  ゲート信号発生回路
１０  ＡＮＤ回路
１１  フリップフロップ
１２  切換器
３１  コンバータ
３２  インバータ
３３  平滑コンデンサ
３４  蓄電池
３５  ＰＬＬ回路
８１  入力位相基準発生器
８２  全波整流器
８３  ピークホルダ
８４  変換回路
８５  比較器
８６  反転回路
８７  ＡＤ変換器
８８  検出レベル設定器
８９  デジタル比較器
【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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