(57)【要約】【課題】電圧波形の歪んだ発電機１１を用いた場合でも、インバータ６から、発電機１１による給電にスムーズに切り換えることができる非常用電源装置を提供する。【解決手段】充電器４、バッテリ５、インバータ６、ＵＰＳスイッチ８及びＣＰＵ１による無停電電源装置と発電機１１とで非常用電源装置を構成する。停電直後にはバッテリ５からの電力をインバータ６で交流電力に変換した後に、発電機１１を作動する。ＣＰＵ１は、インバータ６からの出力波形と発電機１１からの出力波形を測定し、これらの出力波形が同期していない場合には、同期するようにインバータ６を制御する。ここで、一定期間が経過してもインバータ６と発電機１１の出力波形が同期しない場合には、ＵＰＳスイッチ８によってインバータ６からの出力を所定時間にわたり遮断した後に発電機１１からの出力に切り換える。【選択図】          図１
2004260953.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
充電器、バッテリ、インバータ、ＵＰＳスイッチ及びＣＰＵを含んで構成される無停電電源装置と発電機を有しており、停電直後には前記バッテリからの電力を前記インバータで交流電力に変換して負荷に供給した後に、前記負荷に供給する前記交流電力を前記発電機からの出力に切換える非常用電源装置において、前記ＣＰＵは、前記インバータからの出力波形と前記発電機からの出力波形とを比較し、前記インバータからの出力波形と前記発電機からの出力波形の位相が許容範囲内で同期している場合には、前記インバータからの前記負荷への出力を前記発電機からの出力に切り換え、前記インバータからの出力波形と前記発電機からの出力波形の位相が許容範囲内で同期していない場合には、双方の出力波形の位相が同期するようにインバータを制御し、その後、一定期間が経過しても前記インバータからの出力波形と前記発電機からの出力波形の位相が許容範囲内で同期していない場合には、前記インバータからの前記負荷への出力を所定時間にわたり遮断した後に、前記負荷への出力を前記発電機からの出力に切り換えることを特徴とする非常用電源装置。
【請求項２】
前記ＣＰＵは、前記発電機からの出力波形の測定には、所定の周波数以上の高周波をカットして行うことを特徴とする請求項１記載の非常用電源装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非常用電源装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
商用電源に停電が発生したときの対策として、バッテリを内蔵する無停電電源装置の使用が普及している。しかしながら、バッテリの容量には限りがあるため、長時間におよぶ停電には対応できないという問題点がある。すなわち、無停電電源装置に内蔵されているバッテリの容量を超える電力量を負荷に供給することはできない。そこで、無停電電源装置の入力側に、商用電源と発電機とを切り換える切換スイッチを設けて、停電後にバッテリからの給電が停止する前に、発電機を起動させて切り換える手法が用いられている。
【０００３】
図５は、従来から使用されている非常用電源装置のブロック図である。すなわち、充電器４、バッテリ５、インバータ６、停電検出回路７及びＵＰＳスイッチ８より構成される無停電電源装置１３と発電機１１とで構成されており、通常運転時には商用電源１０を切換スイッチ１２とＵＰＳスイッチ８を介して負荷９に供給するとともに、充電器４でバッテリ５を充電する。
【０００４】
無停電電源装置の入力部は、商用電源１０と発電機１１とを切換スイッチ１２を介して切り換えられる。なお、通常は、切換スイッチ１２は商用電源１０側に接続されている。
【０００５】
一方、商用電源１０が停電した場合には、ＵＰＳスイッチ８を切り換えて、バッテリ５、インバータ６から負荷９への給電を行う。その後、手動または自動で発電機１１を起動した後、切換スイッチ１２を発電機１１側に切り換える。そして、負荷９への給電は、ＵＰＳスイッチ８によって、インバータ６から発電機１１へと切り換える。
【０００６】
ここで、インバータ６による給電から、発電機１１による給電に切り換えるには、一般的には次の３つの条件が必要とされる。
（１）発電機１１による電圧が９０Ｖ〜１１０Ｖの範囲内であること。
（２）商用の周波数が５０Ｈｚ±１．５Ｈｚ以内（又は、６０Ｈｚ±１．５Ｈｚ以内。）であること。
（３）インバータ６による給電の正弦波の波形と、発電機１１による給電の正弦波の波形が同期していること。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、発電機１１からの電圧波形は、図２（ｂ）に示されるように歪んでいる場合が多い。このような場合には、図２（ｂ）に示されるように、交流電圧が０Ｖとクロスする部分で不安定なため、コンパレータ７ｂからの出力は、５０Ｈｚ（または、６０Ｈｚ）よりも高い周波数であるとＣＰＵ１は認識する。
【０００８】
このような場合には、切換えスイッチ１２を用いて発電機１１に接続しても、ＣＰＵ１は発電機１１からの出力が同期していないと判断して、インバータ６の出力を負荷９に給電することを継続する。そして、バッテリ５を必要以上に放電してしまうという問題点があった。
【０００９】
一方、インバータ６からの出力は、図２（ａ）に示されるようにきれいな正弦波となっており、コンパレータ７ａからの出力も安定しているとＣＰＵ１は判断する。
本発明の目的は、上記したような発電機１１からの出力のような電圧波形の歪んだ場合でも、バッテリ５を必要以上に放電することがなく、インバータ６による給電から、発電機１１による給電にスムーズに切り換えることができる非常用電源装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係わる非常用電源装置では、発電機からの出力波形をソフトウエア的なフィルタを用いて処理するとともに、インバータから発電機への切換えをスムーズに行うものである。
【００１１】
すなわち、請求項１の発明では、充電器、バッテリ、インバータ、ＵＰＳスイッチ及びＣＰＵを含んで構成される無停電電源装置と発電機を有しており、停電直後には前記バッテリからの電力を前記インバータで交流電力に変換して負荷に供給した後に、前記負荷に供給する前記交流電力を前記発電機からの出力に切換える非常用電源装置において、前記ＣＰＵは、前記インバータからの出力波形と前記発電機からの出力波形とを比較し、前記インバータからの出力波形と前記発電機からの出力波形の位相が許容範囲内で同期している場合には、前記インバータからの前記負荷への出力を前記発電機からの出力に切り換え、前記インバータからの出力波形と前記発電機からの出力波形の位相が許容範囲内で同期していない場合には、双方の出力波形の位相が同期するようにインバータを制御し、その後、一定期間が経過しても前記インバータからの出力波形と前記発電機からの出力波形の位相が許容範囲内で同期していない場合には、前記インバータからの前記負荷への出力を所定時間にわたり遮断した後に、前記負荷への出力を前記発電機からの出力に切り換えることを特徴としている。
【００１２】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、ＣＰＵは、前記発電機からの出力波形の測定には、所定の周波数以上の高周波をカットして行うことを特徴としている。
【００１３】
【実施例】
１．非常用電源装置の概要
図５は、非常用電源装置のブロック図である。すなわち、充電器４、バッテリ５、インバータ６、停電検出回路７及びＵＰＳスイッチ８より構成される無停電電源装置１３と発電機１１とで構成されており、通常運転時には商用電源１０を切換スイッチ１２とＵＰＳスイッチ８を介して負荷９に供給するとともに、充電器４でバッテリ５を充電する。
【００１４】
無停電電源装置の入力部は、商用電源１０と発電機１１とを切換スイッチ１２を介して切り換えられる。なお、通常は、切換スイッチ１２は商用電源１０側に接続されている。一方、商用電源１０が停電した場合には、ＵＰＳスイッチ８を切り換えて、バッテリ５、インバータ６から負荷９への給電を行う。その後、手動または自動で発電機１１を起動した後、切換スイッチ１２を発電機１１側に切り換える。そして、負荷９への給電は、ＣＰＵ１によって発電機１１の出力が安定していることを確認した後に、ＵＰＳスイッチ８によって、インバータ６から発電機１１へと切り換える。
２．本発明に係わる非常用電源装置の制御方式
発電機１１からの電圧波形は、図５に示すようにコンパレータ７ｂを解してデジタル変換されたパルス信号としてＣＰＵ１に取り込まれる。そして、ＣＰＵ１ではカウンタ機能によって、パルスの立ち上がりエッジから立ち上がりエッジまでの時間をカウントすることにより、発電機１１の周波数や位相の状態を測定・演算する。
【００１５】
ここで、発電機１１からの電圧波形が、きれいな正弦波である場合には図２（ａ）に示されるように、電圧が正の場合にはコンパレータ７ｂから‘ｈｉｇｈ’レベルの出力となり、電圧が負の場合にはコンパレータ７ｂから‘ｌｏｗ’レベルの出力となる。そして、通常はこれら‘ｈｉｇｈ’レベルの出力及び‘ｌｏｗ’レベルの出力が５０Ｈｚ又は６０Ｈｚで繰り返される。
同様にインバータ６からの出力波形も、コンパレータ７ａを解してデジタル変換されてパルス信号としてＣＰＵ１に取り込まれる。なお、インバータ６からの出力波形は、図２（ａ）に示されるようにきれいな正弦波であり、通常は５０Ｈｚ又は６０Ｈｚで繰り返される。そして、５０Ｈｚの場合には、立ち上がりから、次の立ち上がりまでの時間は２０ｍｓである。
３．本発明に係わる非常用電源装置の動作方式
以下に、図１のフローチャートを用いて本発明に係わる非常用電源装置の動作状況について説明する。ここでステップ１０では、発電機１１及びインバータ６からの出力波形がコンパレータ７ａ，ｂによって、デジタル変換されてパルス信号としてＣＰＵ１に読み込まれる。
ここで、発電機１１からの出力波形に乱れがあるような場合には、図２（ｂ）に示されるように、出力電圧が負から正に変化する場合や、その逆の正から負へ変化する際、いわゆる電圧が０Ｖをクロスする際に、コンパレータ７ｂの出力が‘ｈｉｇｈ’レベルと‘ｌｏｗ’レベルとの出力が短時間に繰り返される場合が認められる。
そこで、本発明ではステップ２０で、ソフトウェア的なフィルターを通すようにした。すなわち、ステップ２０では、‘ｈｉｇｈ’レベルと‘ｌｏｗ’レベルでの期間が、１ｍｓ以下の場合には後述する周波数や位相の測定から省くようにした。ここで、これらの測定誤差を少なくするために、それぞれ１０周期連続して、ステップ１０のパルス読み込みを行って、その値を平均するようにした。
【００１６】
ステップ３０では、発電機１１からの出力波形の位相とインバータ６からの出力波形の位相の同期が正常な許容範囲かどうかが比較・判断される。そして、図３に示されるように、それぞれの位相がほぼ一致している場合には、ステップ４０で、ＣＰＵ１はＵＰＳスイッチ８を作動させて、０Ｖ付近の電圧で負荷９への電力の供給をインバータ６から発電機１１へ切換えるようにした。
【００１７】
なお、図４に示されるように、それぞれの位相が９０度程度ずれているような場合には、ステップ３０で同期が正常な許容範囲にないと判断されて次のように制御される。
【００１８】
ステップ５０で、インバータ６からの負荷９への供給時間が一定時間、例えば２０秒を経過していない場合には、ステップ７０でＣＰＵ１はインバータ６を発電機１１と同期するような制御をしてステップ１０へもどるようにした。
【００１９】
ステップ５０で、インバータ６からの負荷９への供給時間が一定時間、例えば２０秒を経過している場合には、ステップ６０で、インバータ６から負荷９への電力の供給を短時間、たとえば１０ｍｓｅｃ停止させた後に、ステップ４０で負荷９への電力の供給を発電機１１へ切換えるようにした（図４）。
【００２０】
すなわち、本発明を用いると、ステップ７０によるインバータ６の位相制御にもかかわらず、発電機１１からの出力波形の位相とインバータ６からの出力波形の位相とが一致していない場合でも、発電機１１が立ち上がってからバッテリ５の放電は２０秒以内に抑えることができる。
【００２１】
したがって、停電時に出力波形に乱れのある発電機が接続された場合でも、バッテリ５が深く放電されることがなく、その寿命に大きな影響をなくすることができる。加えて、位相の同期がとれないために、インバータ６から発電機１１へ切換わらず、そのままバッテリ５が放電して負荷９への交流電力の供給が停止することもない。
【００２２】
【発明の効果】
上述したように本発明を用いると、停電時に出力波形に乱れのある発電機が接続された場合でも、バッテリが過度に放電されることがない。また、負荷に悪影響を与えない範囲で、インバータによる給電から発電機による給電に切換えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わる非常用電源装置のフローチャートである。
【図２】インバータ及び発電機の出力波形の概略図である。
【図３】インバータ及び発電機が同期している場合の出力波形の概略図である。
【図４】インバータ及び発電機が同期していない場合の出力波形の概略図である。
【図５】非常用電源装置のブロック図である。
【符号の説明】
１：ＣＰＵ、４：充電器、５：バッテリ、６：インバータ、
７ａ，ｂ：コンパレータ、８：ＵＰＳスイッチ、９：負荷、１０：商用電源、
１１：発電機、１２：切換スイッチ
【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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