(57)【要約】【課題】ハイブリッド式無瞬断切換回路のコンタクタに動作不良の故障が発生しても、負荷に対する給電の継続を保障することが可能な、信頼性の高い、無停電電源装置及び無瞬断系統切換装置を提供すること。【解決手段】コンタクタ１１の切換動作時に切換接点１２が端子ａから所定時間内に端子ｂに到達せず切換不能になった場合、動作異常検出手段３４は動作異常を検出し、切換接点３３をｃ側からｄ側へ切り換える指令をラップ式コンタクタ３２に出力する。この後、切換接点３３はラップ期間を経て、端子ｃから完全に離れ且つ端子ｄのみに接触した状態になり、半導体スイッチ１３はオフとなる。したがって、商用交流電源１からの電流はメインテナンス用バイパス路２２及び切換接点３３を通って無瞬断で負荷２へ流れる。【選択図】　図１
2004048964.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、
前記コンバータからの直流電力を交流電力に変換し、これを負荷に出力するインバータと、
交流電源の停電時に前記インバータに直流電力を供給するバッテリーと、
前記コンバータ又は前記インバータの故障時に、前記交流電源からの交流電力が前記コンバータ及び前記インバータをバイパスして直接に前記負荷へ供給されるように、負荷への交流電力入力経路を切り換えるハイブリッド式無瞬断切換回路と、
メインテナンス時に、前記交流電源からの交流電力が前記ハイブリッド式無瞬断切換回路をバイパスして直接に前記負荷へ供給されるようにするためのメインテナンス用バイパス路と、
を備えた無停電電源装置において、
前記ハイブリッド式無瞬断切換回路の入力経路切換時に、このハイブリッド式無瞬断切換回路の動作異常を検出する動作異常検出手段と、
前記動作異常検出手段からの異常検出信号に基づき、前記負荷への交流電力入力経路を前記ハイブリッド式無瞬断切換回路側から前記メインテナンス用バイパス路側へ切り換える入力経路切換手段と、
を備えたことを特徴とする無停電電源装置。
【請求項２】
前記ハイブリッド式無瞬断切換回路は、
前記負荷への交流電力入力経路の切換動作を行うコンタクタと、
前記コンタクタの切換動作開始時点から終了時点までの間に無瞬断状態が発生するのを防止するために、このコンタクタをバイパスして前記交流電源からの交流電力を前記負荷へ供給する半導体スイッチと、
を有するものである、
ことを特徴とする請求項１記載の無停電電源装置。
【請求項３】
前記入力経路切換手段は、前記負荷への交流電力入力経路を前記ハイブリッド式無瞬断切換回路側から前記メインテナンス用バイパス路側へ切り換えるまでの間に、無瞬断状態が発生するのを防止し得るラップ式切換接点を有するラップ式コンタクタにより形成されるものである、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の無停電電源装置。
【請求項４】
前記入力経路切換手段は、前記ハイブリッド式無瞬断切換回路と前記負荷との間に設けられた交流出力電動遮断器、及び前記メインテナンス用バイパス路に設けられたバイパス電動遮断器により形成されるものである、
ことを特徴とする請求項１又は２記載の無停電電源装置。
【請求項５】
複数の無停電電源装置のうちのいずれか一を選択し、この選択した無停電電源装置からの交流電力を負荷に供給するハイブリッド式無瞬断切換回路と、
メインテナンス時に前記無停電電源装置からの交流電力が前記ハイブリッド式無瞬断切換回路をバイパスして直接に前記負荷へ供給されるようにするためのメインテナンス用バイパス路と、
を備えた無瞬断系統切換装置において、
前記ハイブリッド式無瞬断切換回路が前記複数の無停電電源装置のうちのいずれか一を選択する時に、このハイブリッド式無瞬断切換回路の動作異常を検出する動作異常検出手段と、
前記動作異常検出手段からの異常検出信号に基づき、前記負荷への交流電力入力経路を、前記ハイブリッド式無瞬断切換回路側から前記メインテナンス用バイパス路側へ切り換える入力経路切換手段と、
を備えたことを特徴とする無瞬断系統切換装置。
【請求項６】
前記ハイブリッド式無瞬断切換回路は、
前記負荷への交流電力入力経路の切換動作を行うコンタクタと、
前記コンタクタの切換動作開始時点から終了時点までの間に無瞬断状態が発生するのを防止するために、このコンタクタをバイパスして前記選択された一の無停電電源装置からの交流電力を前記負荷へ供給する半導体スイッチと、
を有するものである、
ことを特徴とする請求項５記載の無瞬断系統切換装置。
【請求項７】
前記入力経路切換手段は、前記負荷への交流電力入力経路を前記ハイブリッド式無瞬断切換回路側から前記メインテナンス用バイパス路側へ切り換えるまでの間に、無瞬断状態が発生するのを防止し得るラップ式切換接点を有するラップ式コンタクタにより形成されるものである、
ことを特徴とする請求項５又は６記載の無瞬断系統切換装置。
【請求項８】
前記入力経路切換手段は、前記ハイブリッド式無瞬断切換回路と前記負荷との間に設けられた交流出力電動遮断器、及び前記メインテナンス用バイパス路に設けられたバイパス電動遮断器により形成されるものである、
ことを特徴とする請求項５又は６記載の無瞬断系統切換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、異常発生時においても瞬間的な停電状態を発生させることなく安定して負荷に電源供給を行う無停電電源装置及び無瞬断系統切換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、コンピュータ装置等の重要負荷に対しては、３６５日２４時間の間、連続して電源を供給しなければならず、また、その間は一瞬たりとも停電状態が発生することは許されない。無停電電源装置は、このような厳格な運転条件を満足した上で、重要負荷に対して電源供給を行う装置であり、図７にその従来の構成を示す。
【０００３】
この図において、無停電電源装置３は商用交流電源１からの交流電力を入力し、この入力に基づき負荷２（コンピュータ装置等の重要負荷）に対して交流電力を出力するようになっている。
【０００４】
無停電電源装置３の構成につき説明すると、商用交流電源１からの交流電力は交流入力遮断器４を介してコンバータ５に入力されるようになっている。コンバータ５は、入力した交流電力を直流電力に変換し、これをインバータ６に出力するようになっている。また、コンバータ５からの直流電力は直流入力遮断器７を介してバッテリー８にも出力されるようになっており、これによりバッテリー８は所定電圧に達するまで充電されるようになっている。そして、インバータ６は、コンバータ５からの入力に基づき（商用交流電源１の停電時等にはバッテリー８からの入力に基づき）、商用交流電源１と同じ周波数及び同じ電圧の交流電力を、ハイブリッド式無瞬断切換回路９及び交流出力遮断器１０を介して負荷２に供給するようになっている。
【０００５】
ハイブリッド式無瞬断切換回路９は、切換接点１２を有するコンタクタ１１と、サイリスタ等の半導体スイッチング素子により構成される半導体スイッチ１３とを有している。コンタクタ１１は、切換接点１２の接点位置を端子ａ，ｂ間で切り換えるものであり、半導体スイッチ１３は、このコンタクタ１１が切換動作を開始してから終了するまでの間における瞬時停電状態の発生を防止するためのものである。そして、このハイブリッド式無瞬断切換回路９には、バイパス遮断器１５を有するバイパス路１４により、商用交流電源１からの交流電力がコンバータ５及びインバータ６をバイパスして入力されるようになっている。
【０００６】
ハイブリッド式無瞬断切換回路９は、切換制御回路１６により制御されるようになっている。この切換制御回路１６は、インバータ６からの異常・故障信号１７の入力、又は押しボタンスイッチ１８（図示を省略してある制御盤に設けられておりオペレータが操作する）からの操作信号１９の入力に基づき同期切換指令２０又は非同期切換指令２１をハイブリッド式無瞬断切換回路９に出力するようになっている。
【０００７】
同期切換指令２０は、切換時点におけるインバータ６の出力周波数と商用交流電源１の周波数との差が所定値以内である場合すなわち同期状態となっている場合に出力される指令信号であり、ハイブリッド式無瞬断切換回路９はこの同期切換指令２０を入力した場合のみ半導体スイッチ１３を動作させるようになっている。これは、負荷２がコンピュータ装置である場合、切換時点でのインバータ６の周波数が例えば５０．０〔Ｈｚ〕であるとすると、電源をインバータ６から商用交流電源１に切り換えるためには、その時点での商用交流電源１の周波数が５０．０±０．５〔Ｈｚ〕の範囲に入っていなければならず、もしこの範囲を外れると半導体スイッチ１３のスイッチング動作の影響でコンピュータ装置が停止する虞があるからである。
【０００８】
一方、非同期切換指令２１は、切換時点におけるインバータ６の出力周波数と商用交流電源１の周波数との差が所定値を超えている場合すなわち非同期状態となっている場合に出力される指令信号であり、ハイブリッド式無瞬断切換回路９はこの非同期切換指令２１を入力した場合には半導体スイッチ１３を動作させないようにしている。なお、この非同期切換指令２１は異常・故障信号１７の入力のみに基づき出力され、オペレータの操作に基づく操作信号１９の入力によっては出力されないようになっている。
【０００９】
無停電電源装置３には、また、バイパス遮断器２３を有するメインテナンス用バイパス路２２が設けられている。これは、無停電電源装置３内のコンバータ５、インバータ６、あるいはバッテリー８等の各要素に対して定期的又は不定期的にメインテナンスを行う場合があるが、このようなメインテナンスを行っている期間においても、負荷２に対して変わらず電源供給を行うためのものである。
【００１０】
次に、図７の動作につき説明する。通常運転時においては遮断器４，７，１０，１５はオンになっており、遮断器２３のみがオフになっている。また、切換接点１２は端子ａ側に位置している。そして、商用交流電源１からの交流電力はコンバータ５により直流電力に変換され、更にインバータ６により再度交流電力に変換された後、切換接点１２を経由して負荷２に供給される。このときのハイブリッド式無瞬断切換回路９における電流Ｉの流れは図８（ａ）に示す通りである。
【００１１】
このような通常運転が行われている間に、商用交流電源１に停電が発生したとすると、インバータ６の入力電圧が低下するため直ちにバッテリー８からの直流電力がインバータ６に対して供給される。したがって、インバータ６は停電発生後も変わらず負荷２に対して交流電力を供給することができる。
【００１２】
次に、図９はハイブリッド式無瞬断切換回路９及び切換制御回路１６の動作を説明するためのフローチャートであり、この図を参照しつつ以降のハイブリッド式無瞬断切換回路９及び切換制御回路１６の動作を説明する。上記のような通常運転が行われている間にインバータ６に異常が発生すると、インバータ６は異常・故障信号１７を切換制御回路１６に対して出力する。切換制御回路１６は、異常・故障信号１７を入力すると（ステップ９０１）、このときのインバータ６の出力周波数と商用交流電源１の電源周波数とを比較し（ステップ９０２）、同期状態になっていれば同期切換指令２０をハイブリッド式無瞬断切換回路９に対して出力する（ステップ９０３）。
【００１３】
ハイブリッド式無瞬断切換回路９が同期切換指令２０を入力すると、コンタクタ１１の切換接点１２は端子ａの位置を離れて端子ｂに向かって移動しようとする。切換接点１２が端子ａを離れた後、端子ｂに達するまでの間はコンタクタ１１を経由して電流Ｉが流れないために、そのままでは瞬間的な停電状態が発生することになる。しかし、切換接点１２が端子ａを離れると同時に半導体スイッチ１３がオンになるため（ステップ９０４）、バイパス路１４を経由してきた商用交流電源１からの電流Ｉが半導体スイッチ１３を通って負荷２側へ供給される。このときの電流Ｉの流れは図８（ｂ）に示す通りである。
【００１４】
この後、切換接点１２が端子ｂに到達すると、半導体スイッチ１３はオフとなる（ステップ９０５）。したがって、バイパス路１４を経由してきた商用交流電源１からの電流Ｉは再び切換接点１２を経由して負荷２に供給される。このときの電流Ｉの流れは図８（ｃ）に示す通りである。このように、ハイブリッド式無瞬断切換回路９では、切換速度の遅い機械式切換スイッチであるコンタクタ１１と、動作速度の速い半導体スイッチ１３とを併用しているので、コンタクタ１１が切換動作を行っている間に瞬時停電状態が発生するのを防止でき、無瞬断でバイパス給電を完了することができる。
【００１５】
ただし、切換制御回路１６がインバータ６の出力周波数と商用交流電源１の電源周波数とを比較した結果が非同期状態であれば、切換制御回路１６は非同期切換指令２１をハイブリッド式無瞬断切換回路９に出力し（ステップ９０６）、ハイブリッド式無瞬断切換回路９は半導体スイッチ１３を用いることなくコンタクタ１１のみで切換動作を行うことになる（ステップ９０７）。したがって、この場合は切換接点１２が端子ａから端子ｂまで移動する間に瞬時停電状態が発生するため、負荷２がその影響で停止する可能性がある（それでも、切換動作を行うのは、全く切換動作を行わない場合よりも負荷２が停止してしまう可能性を低くできるからである）。尤も、最近では電力会社の電力供給は安定してきており、商用交流電源１が同期運転範囲から外れることは非常に稀であるため、切換制御回路１６が出力するのは殆どの場合同期切換指令２０の方である。
【００１６】
また、通常運転が行われている間に、オペレータが押しボタンスイッチ１８を押して操作信号１９を切換制御回路１６に入力させると（ステップ９０１）、切換制御回路１６は、インバータ６の出力周波数と商用交流電源１の電源周波数とを比較する（ステップ９０８）。この場合、同期状態になっていれば上記と同様に同期切換指令２０をハイブリッド式無瞬断切換回路９に対して出力し、ハイブリッド式無瞬断切換回路９はコンタクタ１１と半導体スイッチ１３とを併用した切換動作を行う（ステップ９０３〜９０５）。しかし、非同期状態になっている場合には、非同期切換指令２１を出力することはしない。すなわち、この場合、ハイブリッド式無瞬断切換回路９は切換動作を行わないことになる（ステップ９０９）。
【００１７】
そして、オペレータは無停電電源装置３に対して定期的又は不定期的にメインテナンス作業を行う。図１０は、このメインテナンス作業時におけるメインテナンス用バイパス給電切換の動作についてのフローチャートである。このようなメインテナンス作業が行われている間も負荷２に対しては電源供給が継続されている必要がある。このような場合、オペレータは、まず、制御盤（図示せず）の押しボタンスイッチを押して、バイパス給電切換操作を行う（ステップ１０１）。すると、それまでオフになっていたバイパス遮断器２３はオンになり（ステップ１０２）、その後それまでオンになっていた交流出力遮断器１０及び他の遮断器４，７，１５がオフになる（ステップ１０３）。これにより、オペレータはメインテナンス用バイパス路２２への給電切換を完了させることができ、負荷２に対してメインテナンス用バイパス路２２を経由して商用交流電源１からの交流電力を供給することができる。一方、コンバータ５、インバータ６、バッテリー８等の各機器に対してはメインテナンスを行うことができる。
【００１８】
ところで、上述した無停電電源装置３では、コンタクタ１１及び半導体スイッチ１３を有するハイブリッド式無瞬断切換回路９が用いられているが、このようなハイブリッド式無瞬断切換回路は、複数の電源供給系統の切換を行う無瞬断系統切換装置においても用いられている。図１１は、従来の無瞬断系統切換装置の構成を示すブロック図である。
【００１９】
図１１において、無瞬断系統切換装置２４の入力側には、２台の無停電電源装置３Ａ，３Ｂが接続され、出力側には負荷２が接続されている。無瞬断系統切換装置２４は、これら無停電電源装置３Ａ，３Ｂのいずれか一方からの交流電力を負荷２に対して供給するものである。これら無停電電源装置３Ａ，３Ｂは、図７における無停電電源装置３と同様の構成を有するものである。
【００２０】
無瞬断系統切換装置２４は、図７におけるハイブリッド式無瞬断切換回路９とほぼ同様の機能を持つハイブリッド式無瞬断切換回路２５を有している。このハイブリッド式無瞬断切換回路２５は、切換接点２７を有するコンタクタ２６と、２つの半導体スイッチ２８Ａ，２８Ｂとを有している。
【００２１】
ハイブリッド式無瞬断切換回路２５は交流出力遮断器２９を有しており、この交流出力遮断器２９を介して無停電電源装置３Ａ又は３Ｂからの交流電力が負荷２に対して供給されるようになっている。また、無瞬断系統切換装置２４にはバイパス遮断器３１を有するメインテナンス用バイパス路３０が設けられている。これは、無瞬断系統切換装置２４内のハイブリッド式無瞬断切換回路２５やその他の構成要素に対して定期的又は不定期的にメインテナンスを行う場合があるが、このようなメインテナンスを行っている期間においても、負荷２に対して変わらず電源供給を行うためのものである。
【００２２】
次に、図１１の動作につき説明する。いま、交流出力遮断器２９がオン、バイパス遮断器３１がオフであり、切換接点２７が端子ａ側に位置しているものとする。この場合には、無停電電源装置３Ａからの交流電力が切換接点２７及び交流出力遮断器２９を介して負荷２に供給される。この状態で、負荷２の供給電源を無停電電源装置３Ａ側から無停電電源装置３Ｂ側に切り換えるべく、切換制御回路（図１１においては図示を略）から切換指令がハイブリッド式無瞬断切換回路２５に出力されると、切換接点２７が端子ａを離れ、端子ｂに向かって移動する。このとき、切換接点２７が端子ａを離れると同時に半導体スイッチ２８Ｂがオンになり、無停電電源装置３Ｂからの交流電力が半導体スイッチ２８Ｂ及び交流出力遮断器２９を介して負荷２に供給される。この後、切換接点２７が端子ｂに到達すると、半導体スイッチ２８Ｂはオフとなり、無停電電源装置３Ｂからの交流電力は、切換接点２７及び交流出力遮断器２９を介して負荷２に供給される。つまり、無停電電源装置３Ａ側から無停電電源装置３Ｂ側への切換が無瞬断で行われる。なお、無停電電源装置３Ｂ側から無停電電源装置３Ａ側への切換も同様に行われるので、重複した説明を省略する。
【００２３】
このように、このハイブリッド式無瞬断切換回路２５においても、切換速度の遅い機械式切換スイッチであるコンタクタ２６と、動作速度の速い半導体スイッチ２８Ａ，２８Ｂとを併用しているので、コンタクタ２６が切換動作を行っている間に瞬時停電状態が発生するのを防止でき、無瞬断でバイパス給電を完了することができる。
【００２４】
そして、オペレータが無瞬断系統切換装置２４内のハイブリッド式無瞬断切換回路２５やその他の構成要素に対して定期的又は不定期的にメインテナンスを行う場合は、バイパス遮断器３１をオンにし、その後に交流出力遮断器２９をオフにする。これにより、オペレータは、メインテナンス用バイパス路３０を経由して無停電電源装置３Ａからの交流電力を供給することができ、この状態でハイブリッド式無瞬断切換回路２５あるいはその他の構成機器に対してメインテナンスを行うことができる。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、図７の無停電電源装置３においては、ハイブリッド式無瞬断切換回路９の機能により、インバータ６側から商用交流電源１側への切換が無瞬断で行われ、また、図１１の無瞬断系統切換装置２４においては、ハイブリッド式無瞬断切換回路２５の機能により、無停電電源装置３Ａ，３Ｂ間の切換が無瞬断で行われる。
【００２６】
しかし、これらハイブリッド式無瞬断切換回路９，２５はいずれも機械式切換スイッチとして機能するコンタクタ１１，２６を有しているが、これらの切換接点１２，２７が切換動作途中で端子ａ，ｂ間の中間地点で停止してしまう故障が発生し、半導体スイッチ１３、２８Ａ，２８Ｂを構成するサイリスタ等の半導体スイッチング素子が破壊される虞がある。
【００２７】
すなわち、例えば図７において、端子ａの位置を離れた切換接点１２が端子ｂに到達する前の地点で停止してしまった場合には、半導体スイッチ１３のオン状態が長時間継続することになる。ところが、この半導体スイッチ１３を構成するサイリスタは、コンタクタ１１の切換接点１２が切換動作を行う極めて短時間の間だけオン状態となることを前提とした仕様で設計されているものである。したがって、長時間のオン状態が継続すると、このサイリスタが破壊されることになり、負荷２に対する給電が完全に絶たれることになる。
【００２８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド式無瞬断切換回路のコンタクタに動作不良の故障が発生しても、負荷に対する給電の継続を保障することが可能な、信頼性の高い、無停電電源装置及び無瞬断系統切換装置を提供することを目的としている。
【００２９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための手段として、請求項１記載の発明は、交流電源からの交流電力を直流電力に変換するコンバータと、前記コンバータからの直流電力を交流電力に変換し、これを負荷に出力するインバータと、交流電源の停電時に前記インバータに直流電力を供給するバッテリーと、前記コンバータ又は前記インバータの故障時に、前記交流電源からの交流電力が前記コンバータ及び前記インバータをバイパスして直接に前記負荷へ供給されるように、負荷への交流電力入力経路を切り換えるハイブリッド式無瞬断切換回路と、メインテナンス時に、前記交流電源からの交流電力が前記ハイブリッド式無瞬断切換回路をバイパスして直接に前記負荷へ供給されるようにするためのメインテナンス用バイパス路と、を備えた無停電電源装置において、前記ハイブリッド式無瞬断切換回路の入力経路切換時に、このハイブリッド式無瞬断切換回路の動作異常を検出する動作異常検出手段と、前記動作異常検出手段からの異常検出信号に基づき、前記負荷への交流電力入力経路を前記ハイブリッド式無瞬断切換回路側から前記メインテナンス用バイパス路側へ切り換える入力経路切換手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記ハイブリッド式無瞬断切換回路は、前記負荷への交流電力入力経路の切換動作を行うコンタクタと、前記コンタクタの切換動作開始時点から終了時点までの間に無瞬断状態が発生するのを防止するために、このコンタクタをバイパスして前記交流電源からの交流電力を前記負荷へ供給する半導体スイッチと、を有するものである、ことを特徴とする。
【００３１】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記入力経路切換手段は、前記負荷への交流電力入力経路を前記ハイブリッド式無瞬断切換回路側から前記メインテナンス用バイパス路側へ切り換えるまでの間に、無瞬断状態が発生するのを防止し得るラップ式切換接点を有するラップ式コンタクタにより形成されるものである、ことを特徴とする。
【００３２】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記入力経路切換手段は、前記ハイブリッド式無瞬断切換回路と前記負荷との間に設けられた交流出力電動遮断器、及び前記メインテナンス用バイパス路に設けられたバイパス電動遮断器により形成されるものである、ことを特徴とする。
【００３３】
請求項５記載の発明は、複数の無停電電源装置のうちのいずれか一を選択し、この選択した無停電電源装置からの交流電力を負荷に供給するハイブリッド式無瞬断切換回路と、メインテナンス時に前記無停電電源装置からの交流電力が前記ハイブリッド式無瞬断切換回路をバイパスして直接に前記負荷へ供給されるようにするためのメインテナンス用バイパス路と、を備えた無瞬断系統切換装置において、前記ハイブリッド式無瞬断切換回路が前記複数の無停電電源装置のうちのいずれか一を選択する時に、このハイブリッド式無瞬断切換回路の動作異常を検出する動作異常検出手段と、前記動作異常検出手段からの異常検出信号に基づき、前記負荷への交流電力入力経路を、前記ハイブリッド式無瞬断切換回路側から前記メインテナンス用バイパス路側へ切り換える入力経路切換手段と、を備えたことを特徴とする。
【００３４】
請求項６記載の発明は、請求項５記載の発明において、前記ハイブリッド式無瞬断切換回路は、前記負荷への交流電力入力経路の切換動作を行うコンタクタと、前記コンタクタの切換動作開始時点から終了時点までの間に無瞬断状態が発生するのを防止するために、このコンタクタをバイパスして前記選択された一の無停電電源装置からの交流電力を前記負荷へ供給する半導体スイッチと、を有するものである、ことを特徴とする。
【００３５】
請求項７記載の発明は、請求項５又は６記載の発明において、前記入力経路切換手段は、前記負荷への交流電力入力経路を前記ハイブリッド式無瞬断切換回路側から前記メインテナンス用バイパス路側へ切り換えるまでの間に、無瞬断状態が発生するのを防止し得るラップ式切換接点を有するラップ式コンタクタにより形成されるものである、ことを特徴とする。
【００３６】
請求項８記載の発明は、請求項５又は６記載の発明において、前記入力経路切換手段は、前記ハイブリッド式無瞬断切換回路と前記負荷との間に設けられた交流出力電動遮断器、及び前記メインテナンス用バイパス路に設けられたバイパス電動遮断器により形成されるものである、ことを特徴とする。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図に基づき説明する。但し、従来装置において説明した構成要素と同様のものについては同一記号を付し、重複した説明を省略する。
【００３８】
図１は、本発明に係る無停電電源装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図である。図１が図７と異なる点は、交流出力遮断器１０及びバイパス遮断器２３を削除し、その代わりに入力経路切換手段としてのラップ式コンタクタ３２を設けた点と、コンタクタ１１の動作異常を検出し、動作異常が検出された場合にラップ式コンタクタ３２に経路切換動作を行わせる動作異常検出手段３４を新たに設けた点である。
【００３９】
ラップ式コンタクタ３２は、端子ｃ，ｄ間で切換動作を行う切換接点３３を有している。端子ｃ側はハイブリッド式無瞬断切換回路９に接続されており、端子ｄ側はメインテナンス用バイパス路２２に接続されている。このラップ式コンタクタ３２は、図面上からは明らかでないが、切換接点３３が端子ｃ，ｄ間で切換動作を行う場合において、切換接点３３が端子ｃ，ｄの双方に同時に接触している期間すなわちラップ期間を有するものである。つまり、切換接点３３は常時、端子ｃ，ｄの少なくともいずれか一方には必ず接触した状態となっている。
【００４０】
また、動作異常検出手段３４は、コンタクタ１１の動作異常を検出し、動作異常を検出した場合にラップ式コンタクタ３２の切換接点３３に切換動作を行わせるものである。すなわち、動作異常検出手段３４は、切換接点１２の切換動作を監視しており、例えば切換接点１２が端子ａ側から端子ｂ側に切り換わる場合に、端子ａを離れた切換接点１２が所定時間以上経過しても端子ｂ側に到達しない場合に動作異常が発生したものと見做し、ラップ式コンタクタ３２に対して切換制御指令を出力するようになっている。これにより、ラップ式コンタクタ３２の切換接点３３は端子ｃ側からｄ側に切り換わるようになっている。
【００４１】
次に、図１の動作につき説明する。通常運転時においては、遮断器４，７，１５はオンになっており、ラップ式コンタクタ３２の切換接点３３は端子ｃ側に位置している。また、コンタクタ１１の切換接点１２は端子ａ側に位置している。そして、商用交流電源１からの交流電力はコンバータ５により直流電力に変換され、更にインバータ６により再度交流電力に変換された後、切換接点１２を経由して負荷２に供給される。このときのハイブリッド式無瞬断切換回路９における電流Ｉの流れは図２（ａ）に示す通りである。
【００４２】
このような通常運転が行われている間に、商用交流電源１に停電が発生したとすると、インバータ６の入力電圧が低下するため直ちにバッテリー８からの直流電力がインバータ６に対して供給される。したがって、インバータ６は停電発生後も変わらず負荷２に対して交流電力を供給することができる。
【００４３】
次に、図３はハイブリッド式無瞬断切換回路９及び切換制御回路１６の動作を説明するためのフローチャートであり、この図を参照しつつ以降のハイブリッド式無瞬断切換回路９及び切換制御回路１６の動作を説明する。上記のような通常運転が行われている間にインバータ６に異常が発生すると、インバータ６は異常・故障信号１７を切換制御回路１６に対して出力する。切換制御回路１６は、異常・故障信号１７を入力すると（ステップ３０１）、このときのインバータ６の出力周波数と商用交流電源１の電源周波数とを比較し（ステップ３０２）、同期状態になっていれば同期切換指令２０をハイブリッド式無瞬断切換回路９に対して出力する（ステップ３０３）。
【００４４】
ハイブリッド式無瞬断切換回路９が同期切換指令２０を入力すると、コンタクタ１１の切換接点１２は端子ａの位置を離れて端子ｂに向かって移動しようとする。切換接点１２が端子ａを離れた後、端子ｂに達するまでの間はコンタクタ１１を経由して電流Ｉが流れないために、そのままでは瞬間的な停電状態が発生することになる。しかし、切換接点１２が端子ａを離れると同時に半導体スイッチ１３がオンになるため（ステップ３０４）、バイパス路１４を経由してきた商用交流電源１からの電流Ｉが半導体スイッチ１３を通って負荷２側へ供給される。このときの電流Ｉの流れは図２（ｂ）に示す通りである。
【００４５】
動作異常検出手段３４は、このときのコンタクタ１１の切換動作が所定時間内に完了するか否かを監視しており（ステップ３０５）、所定時間内に切換接点１２が端子ｂに到達し、切換が完了したのであれば、その後半導体スイッチ１３がオフとなる（ステップ３０６）。すなわち、バイパス路１４を経由した給電への切換が無瞬断で完了する。
【００４６】
しかし、切換接点１２が所定時間内に端子ｂに到達せず、図２（ｂ）に示すように切換不能になった場合、動作異常検出手段３４がコンタクタ１１の動作異常を検出し（ステップ３０５）、切換接点３３をｃ側からｄ側へ切り換える指令をラップ式コンタクタ３２に出力する（ステップ３０７）。これにより、切換接点３３は端子ｃから端子ｄへの切換動作を開始する。図２（ｃ）はこのときの電流Ｉの流れを示している。なお、この図では切換接点３３が端子ｃを離れているように図示されているが、これは切換接点３３が切換動作を開始したことを表現したものであり、実際にはこの時点では未だ切換接点３３が端子ｃに接触した状態になっている。
【００４７】
そして、この後、切換接点３３は端子ｃ，ｄの双方に接触した状態すなわちラップ期間を経て、端子ｃから完全に離れ且つ端子ｄのみに接触した状態になる。すると、半導体スイッチ１３はオフとなり（ステップ３０８）、電流Ｉは図２（ｄ）に示すように、メインテナンス用バイパス路２２及び切換接点３３を通って負荷２へ流れるようになる。したがって、コンタクタ１１の切換接点１２が切換不能になったとしても、メインテナンス用バイパス路２２を経由した給電への切換が無瞬断で完了する。
【００４８】
また、切換制御回路１６がインバータ６の出力周波数と商用交流電源１の電源周波数とを比較した結果が非同期状態であれば（ステップ３０２）、切換制御回路１６は非同期切換指令２１をハイブリッド式無瞬断切換回路９に出力する（ステップ３０９）。ハイブリッド式無瞬断切換回路９は半導体スイッチ１３を用いることなくコンタクタ１１のみで切換動作を行い、この切換動作が完了したか否かを判別する（ステップ３１０）。そして、完了していれば、瞬断状態が発生するもののバイパス給電への切換が完了したことになる。なお、図９のフローチャートの説明においても既述したように、このような場合は切換接点１２が端子ａから端子ｂまで移動する間に瞬時停電状態が発生するため、負荷２がその影響で停止する可能性がある（それでも、切換動作を行うのは、全く切換動作を行わない場合よりも負荷２が停止してしまう可能性を低くできるからである）。尤も、最近では電力会社の電力供給は安定してきており、商用交流電源１が同期運転範囲から外れることは非常に稀であるため、切換制御回路１６が出力するのは殆どの場合同期切換指令２０の方である。
【００４９】
一方、ステップ３０１での判別が「ＮＯ」の場合、すなわち所定時間内に切換接点１２が端子ｂに到達しない場合は動作異常検出手段３４が切換接点３３を端子ｃ側から端子ｄ側に切り換える指令をラップ式コンタクタ３２に出力する（ステップ３１１）。これにより、瞬断状態が発生するもののメインテナンス用バイパス給電への切換が完了したことになる。
【００５０】
更に、通常運転が行われている間に、オペレータが押しボタンスイッチ１８を押して操作信号１９を切換制御回路１６に入力させると（ステップ３０１）、切換制御回路１６は、インバータ６の出力周波数と商用交流電源１の電源周波数とを比較する（ステップ３１２）。この場合、同期状態になっていれば上記と同様に同期切換指令２０をハイブリッド式無瞬断切換回路９に対して出力し、ハイブリッド式無瞬断切換回路９はコンタクタ１１と半導体スイッチ１３とを併用した切換動作を行う（ステップ３０３〜３０６）。しかし、非同期状態になっている場合には、非同期切換指令２１を出力することはしない。すなわち、この場合、ハイブリッド式無瞬断切換回路９は切換動作を行わないことになる（ステップ３１３）。
【００５１】
図４は、メインテナンス用バイパス給電切換の動作についてのフローチャートである。オペレータは無停電電源装置３に対して定期的又は不定期的にメインテナンス作業を行おうとする場合に、制御盤（図示せず）の押しボタンスイッチを押して、バイパス給電切換操作を行う（ステップ４０１）。すると、それまで端子ｃ側に位置していたラップ式コンタクタ３２の切換接点３３は端子ｄ側に切り換わる（ステップ４０２）。これにより、オペレータはメインテナンス用バイパス路２２への給電切換を完了させることができ、負荷２に対してメインテナンス用バイパス路２２を経由して商用交流電源１からの交流電力を供給することができる。一方、コンバータ５、インバータ６、バッテリー８等の各機器に対してはメインテナンスを行うことができる。
【００５２】
また、インバータ６の異常発生等によりハイブリッド式無瞬断切換回路９のコンタクタ１１の切換接点１２が端子ａ側から端子ｂ側に切り換わる場合に、切換不能の動作異常が検出されたとき（ステップ４０３）も、動作異常検出手段３４の機能に基づきラップ式コンタクタ３２の切換接点３３は端子ｄ側に切り換わる（ステップ４０２）。このように、メインテナンス用バイパス路２２を給電経路として用いるためのラップ式コンタクタ３２の切換接点３３は、オペレータの手動操作により切り換わる他に、コンタクタ１１の切換接点１２が切換不能になった場合にも自動的にｄ側に切り換わる。この点が、従来の動作を示した図１０のフローチャートと大きく異なる点である。
【００５３】
このように、図１の構成では、ハイブリッド式無瞬断切換回路９におけるコンタクタ１１が切換接点１２を端子ａから端子ｂに切り換えようとする場合に、この切換接点１２が切換不能の事態に陥ったとしても、直ちに動作異常検出手段３４がこの切換接点１２の動作異常を検出し、ラップ式コンタクタ３２の切換接点３３を端子ｃ側からｄ側に切り換えるようにしている。したがって、コンタクタ１１に動作不良が発生したとしても、メインテナンス用バイパス路２２を経由することによって負荷２に対する商用交流電源１からの給電を継続することができ、信頼性の高い無停電電源装置を実現することができる。
【００５４】
図５は、本発明に係る無停電電源装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図である。図５が図１と異なる点は、ラップ式コンタクタ３２の代わりに、交流出力電動遮断器３５及びバイパス電動遮断器３６を用いることにより、交流電力入力経路をハイブリッド式無瞬断切換回路９側からメインテナンス用バイパス路２２側へ切り換えることができるようにした点である。このような構成によっても、図１の第１の実施形態と同様の効果を奏することができる。その他の構成及び動作内容については、図１の場合と同様であるため重複した説明を省略する。
【００５５】
図６は、本発明に係る無瞬断系統切換装置の実施形態の構成を示すブロック図である。図６の無瞬断系統切換装置２４Ａが図１の無瞬断系統切換装置２４と異なる点は、図１１における交流出力遮断器２９及びバイパス遮断器３１の代わりに、切換接点３８を有するラップ式コンタクタ３７を用いるようにし、この切換接点３８の端子ｃ側からｄ側への切換を動作異常検出手段３９により行わせるようにした点である。
【００５６】
この動作異常検出手段３９は、図１における動作異常検出手段３４と同様の機能を有するものである。すなわち、動作異常検出手段３９は、コンタクタ２６の切換接点２７の切換動作を監視しており、例えば切換接点２７が端子ａ側から端子ｂ側に切り換わる場合に、端子ａを離れた切換接点２７が所定時間以上経過しても端子ｂ側に到達しない場合に動作異常が発生したものと見做し、ラップ式コンタクタ３７に対して切換制御指令を出力するようになっている。これにより、ラップ式コンタクタ３７の切換接点３８は端子ｃ側からｄ側に切り換わるようになっている。
【００５７】
次に、図６の動作につき説明する。いま、ラップ式コンタクタ３７の切換接点３８が端子ｃ側に位置しており、コンタクタ２６の切換接点２７が端子ａ側に位置しているものとする。この場合には、無停電電源装置３Ａからの交流電力が切換接点２７及び切換接点３８を介して負荷２に供給される。この状態で、負荷２の供給電源を無停電電源装置３Ａ側から無停電電源装置３Ｂ側に切り換えるべく、切換制御回路（図６においては図示を略）から切換指令がハイブリッド式無瞬断切換回路２５に出力されると、切換接点２７が端子ａを離れ、端子ｂに向かって移動する。このとき、切換接点２７が端子ａを離れると同時に半導体スイッチ２８Ｂがオンになり、無停電電源装置３Ｂからの交流電力が半導体スイッチ２８Ｂ及び切換接点３８を介して負荷２に供給される。この後、正常であれば、切換接点２７が端子ｂに到達すると、半導体スイッチ２８Ｂはオフとなり、無停電電源装置３Ｂからの交流電力は、切換接点２７及び切換接点３８を介して負荷２に供給され、無停電電源装置３Ａ側から無停電電源装置３Ｂ側への切換が無瞬断で行われるる。
【００５８】
しかし、切換接点２７は機械式スイッチであるため、ときとして端子ａ，ｂ間で停止したままの状態となる。動作異常検出手段３９はこのような動作異常を検出し、切換接点３８を端子ｃ側からｄ側へ切り換える指令をラップ式コンタクタ３７に出力する。これにより無停電電源装置３Ａからの交流電力はメインテナンス用バイパス路３０及び端子ｄ側に位置する切換接点３８を通って負荷２に供給され、また、半導体スイッチ２８Ｂはオフとなる。
【００５９】
そして、動作異常検出手段３９が検出した異常動作は図示を省略してある表示装置等によりオペレータに報知されるようになっており、オペレータはこの報知に基づき異常に対する適切な措置を講ずるようにする。上記の説明の例では、切換接点２７の動作不良が発生した場合に、結果的に無停電電源装置３Ａから無停電電源装置３Ｂへの切換を行うことができず、相変わらず無停電電源装置３Ａから負荷２に対して交流電力を供給し続けることになるが、半導体スイッチ２８Ｂの破損を未然に防ぐことが可能になっている。
【００６０】
上記の例の場合、結果的に無停電電源装置３Ａから無停電電源装置３Ｂへの切換を行うことができなかったのは、メインテナンス用バイパス路３０が無停電電源装置３Ａ側にのみ設けられていたためである。したがって、このメインテナンス用バイパス路３０を無停電電源装置３Ｂ側にも設ける構成とすれば、無停電電源装置３Ａから無停電電源装置３Ｂへの切換を行うことができるようになる。しかし、それでは構成が複雑となり（ラップ式コンタクタ３７も追加しなければならなくなる）、制御が複雑となるばかりでなくコスト的にも不利なものとなるので、本実施形態では敢えてメインテナンス用バイパス路３０を無停電電源装置３Ａ側にのみ設けた構成としている。なお、図６の構成では、メインテナンス用バイパス路３０が無停電電源装置３Ａ側に設けられているので、無停電電源装置３Ｂから無停電電源装置３Ａに切換を行う場合には問題なく切換を完了することができる。
【００６１】
また、図６の構成では、入力経路切換手段としてラップ式コンタクタ３７を用いた例を示したが、勿論この入力経路切換手段として図５に示した電動遮断器３５，３６のようなものを用いることも可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、ハイブリッド式無瞬断切換回路の動作異常を検出する動作異常検出手段と、その異常検出信号に基づき負荷への交流電力入力経路をハイブリッド式無瞬断切換回路側からメインテナンス用バイパス路側へ切り換える入力経路切換手段と、を備えた構成としたので、ハイブリッド式無瞬断切換回路のコンタクタに動作不良の故障が発生しても、負荷に対する給電の継続を保障することが可能な、信頼性の高い、無停電電源装置及び無瞬断系統切換装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る無停電電源装置の第１の実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１のハイブリッド式無瞬断切換回路９における電流経路の変化を示す説明図。
【図３】図１のハイブリッド式無瞬断切換回路９及び切換制御回路１６の動作を説明するためのフローチャート。
【図４】図１の無停電電源装置３に対してメインテナンス用バイパス給電切換を行うときの動作を説明するためのフローチャート。
【図５】本発明に係る無停電電源装置の第２の実施形態の構成を示すブロック図。
【図６】本発明に係る無瞬断系統切換装置の構成を示すブロック図。
【図７】従来の無停電電源装置の構成を示すブロック図。
【図８】図７のハイブリッド式無瞬断切換回路９における電流経路の変化を示す説明図。
【図９】図７のハイブリッド式無瞬断切換回路９及び切換制御回路１６の動作を説明するためのフローチャート。
【図１０】図７の無停電電源装置３に対してメインテナンス用バイパス給電切換を行うときの動作を説明するためのフローチャート。
【図１１】従来の無瞬断系統切換装置の構成を示すブロック図。
【符号の説明】
１　商用交流電源
２　負荷
３，３Ａ，３Ｂ　無停電電源装置
４　交流入力遮断器
５　コンバータ
６　インバータ
７　直流入力遮断器
８　バッテリー
９　ハイブリッド式無瞬断切換回路
１０　交流出力遮断器
１１　コンタクタ
１２　切換接点
１３　半導体スイッチ
１４　バイパス路
１５　バイパス遮断器
１６　切換制御回路
１７　異常・故障信号
１８　押しボタンスイッチ
１９　操作信号
２０　同期切換指令
２１　非同期切換指令
２２　メインテナンス用バイパス路
２３　バイパス遮断器
２４　無瞬断系統切換装置
２５　ハイブリッド式無瞬断切換回路
２６　コンタクタ
２７　切換接点
２８，２８Ａ，２８Ｂ　半導体スイッチ
２９　交流出力遮断器
３０　メインテナンス用バイパス路
３１　バイパス遮断器
３２　ラップ式コンタクタ
３３　切換接点
３４　動作異常検出手段
３５　交流出力電動遮断器
３６　バイパス電動遮断器
３７　ラップ式コンタクタ
３８　切換接点
３９　動作異常検出手段
【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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【図７】
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【図８】
2004048964.tif 000010
【図９】
2004048964.tif 000011
【図１０】
2004048964.tif 000012
【図１１】
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