特許 6221720 無停電電源装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6221720

(24)【登録日】2017年10月13日

(45)【発行日】2017年11月1日

(54)【発明の名称】無停電電源装置

(51)【国際特許分類】

   H02J 9/06 20060101AFI20171023BHJP

   H02M 7/48 20070101ALI20171023BHJP

【ＦＩ】

   H02J9/06 110

   H02M7/48 N

【請求項の数】7

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-258766(P2013-258766)

(22)【出願日】2013年12月16日

(65)【公開番号】特開2015-116107(P2015-116107A)

(43)【公開日】2015年6月22日

【審査請求日】2016年11月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006105

【氏名又は名称】株式会社明電舎

(74)【代理人】

【識別番号】100086232

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 博通

(74)【代理人】

【識別番号】100104938

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜澤 英久

(74)【代理人】

【識別番号】100096459

【弁理士】

【氏名又は名称】橋本 剛

(72)【発明者】

【氏名】井上 稔也

(72)【発明者】

【氏名】堤 裕彦

【審査官】 古河 雅輝

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１１−１７８２４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−２７１６１８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｊ ９／００ −１１／００

Ｈ０２Ｍ ７／４２ − ７／９８

Ｈ０３Ｋ １７／７２ −１７／７３５

Ｈ０３Ｋ １９／００

Ｈ０３Ｋ １９／０１ −１９／０８２

Ｈ０３Ｋ １９／０９４−１９／２３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

インバータを介して交流電力を負荷に供給するインバータ給電と、サイリスタスイッチと電源切替器を並列接続した切替装置を介して交流電力を負荷に供給するバイパス給電機能を備えた無停電電源装置であって、無停電電源装置の制御装置による操作信号によってインバータ給電とバイパス給電を切替えて負荷に電力を供給するものにおいて、
前記制御装置の操作信号出力側に電源切替制御部を設け、この電源切替制御部は、前記サイリスタスイッチと電源切替器をオンするための操作信号が予めセットされる操作信号格納部と、
リセット信号の有無により前記制御装置からの操作信号と前記操作信号格納部にセットされた操作信号のいずれかを切替えて前記サイリスタスイッチ及び電源切替器に対して操作信号を出力する操作信号選択部と、
前記制御装置の制御電源の電圧を基に作成されるバックアップ電源であって、前記操作信号格納部に電源を供給するバックアップ電源を備えたことを特徴とする無停電電源装置。

【請求項2】

前記操作信号格納部は、
前記サイリスタスイッチの操作信号が予めセットされる第１のラッチ回路と、前記電源切替器の操作信号が予めセットされる第２のラッチ回路を有し、
前記操作信号選択部は、前記リセット信号により前記制御装置からの前記サイリスタスイッチに対する操作信号と前記第１のラッチ回路にセットされた操作信号を切替える第１の選択回路と、前記リセット信号により前記制御装置からの前記電源切替器に対する操作信号と前記第２のラッチ回路にセットされた操作信号を切替える第２の選択回路と、
を有す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】

前記操作信号格納部の電源となるバックアップ電源は、前記制御装置の制御電源投入時における前記バックアップ電源の電圧が、所定の閾値を越えるまで電源切替制御部の出力を抑制するよう構成した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】

前記操作信号格納部にセットされる前記サイリスタスイッチと電源切替器の操作信号は、それぞれ前記インバータ給電時に予めハイ状態でセットされ、前記制御電源の電圧が閾値以下となって前記リセット信号がロー状態となったとき、前記操作信号格納部にセットされた前記サイリスタスイッチと電源切替器の操作信号を出力するよう構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の無停電電源装置。

【請求項5】

前記操作信号格納部にセットされる前記サイリスタスイッチと電源切替器の操作信号は、それぞれ前記インバータ給電時に予めハイ状態でセットされ、前記リセット信号がロー状態となったとき前記操作信号格納部にセットされた前記サイリスタスイッチと電源切替器の操作信号を出力するよう構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の無停電電源装置。

【請求項6】

無停電電源装置を複数台並列運転時に、前記操作信号格納部にセットされる前記サイリスタスイッチと電源切替器の操作信号は、それぞれ前記インバータ給電時に予めロー状態でセットされ、前記制御装置の異常時にサイリスタスイッチと電源切替器への操作信号を出力しないよう構成したことを特徴とした請求項１乃至３の何れか１項に記載の無停電電源装置。

【請求項7】

前記操作信号格納部にセットされる操作信号は、前記サイリスタスイッチの操作信号を予めロー状態とし、電源切替器の操作信号を予めハイ状態とし、前記リセット信号がハイからロー状態に変化したときに前記電源切替器に操作信号を出力するよう構成したことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項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、特に電源切替操作信号を出力する制御装置の異常時等における電源切替操作信号の発生に関するものである。

【背景技術】

【0002】

図７は、常時インバータ給電方式における無停電電源装置（以下ＵＰＳという）本体の単結線図を示したもので、このＵＰＳは、交流を直流に変換する整流器ＲＥＣ、直流を交流に変換するインバータＩＮＶ、蓄電池などのエネルギー蓄積装置の直流電圧を任意の電圧値に変換するチョッパＣＨＰ、ＵＰＳをバイパスして交流を負荷に供給するサイリスタスイッチＴＳ、バイパス側の電源切替器８３Ｂ、及びインバータ側の電源切替器８３Ｉを有している。なお、５２Ｒは交流入力の電磁開閉器、７２Ｂは直流入力の電磁開閉器である。

【0003】

バイパス電源を有するＵＰＳでは、通常はインバータＩＮＶを介して負荷に交流を供給するインバータ給電と、商用交流電源若しくは自家発電装置からのバイパス電源を切替えて負荷に交流を供給するバイパス給電する機能を有し、インバータＩＮＶと直列に接続された電源切替器８３Ｉは通常は投入状態となってインバータ給電方式となっている。

【0004】

インバータ給電時に、制御装置の故障等でインバータ給電が継続できなくなったとき電源切替器８３Ｉを開放し、電源切替器８３Ｂを投入することで電力をバイパス電源から負荷に供給するバイパス給電が行われる。この電源切替え時にサイリスタスイッチＴＳをオンすることで、無瞬断で電源切替を行っている。したがって、ＵＰＳの制御装置に故障が発生した場合には無瞬断での交流出力の切替えが不可能になる。

【0005】

この問題点を解決するものとして特許文献１などが公知となっている。特許文献１では、交流出力切替えを実行するための出力切替回路を二重系化し、インバータ給電が停止したときにバイパス給電を可能としたものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１３−１１０８８７

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

一般に、ＵＰＳにおける電源切替操作のための信号の処理は、ＣＰＵやＦＰＧＡ等で構成されるＵＰＳの制御装置内で行われ、制御装置から直接にサイリスタスイッチＴＳのゲート信号ＴＳ-_GATEに対する操作指令ＴＳ-cmdが出力され、また、電源切替器８３Ｂに対する投入指令８３Ｂ-cmdも直接に投入信号８３ＢＹを介して電源切替器８３Ｂに出力されている。

【0008】

また、負荷への給電制御システムによっては、ＵＰＳ１台のみで給電するだけでなく、三相の交流入力電源に複数台のＵＰＳを並列に接続構成して負荷へ給電することも行われている。この場合、複数台のうちの１台に故障が発生したときにはバイパス給電への電源切替えを行うのではなく、電源切替器８３Ｉ及び８３Ｂはそのまま開放状態とし、健全なＵＰＳによって給電が継続される。
すなわち、ＵＰＳ１台運転時と、複数台並列運転時における異常発生時の電源切替器に対する操作態様が異なっている。

【0009】

これら何れの給電制御システムにおいても、ＵＰＳにおける電源切替操作はＵＰＳの制御装置によって生成された指令に基づいて行われている。このため、
制御電源喪失や制御装置を構成するＣＰＵなどに異常が発生して制御装置が正常に機能しなくなると、正しい電源切替操作が出来なくなる。
なお、異常発生時の動作としては、バイパス給電切替え（電源切替器をインバータ側からバイパス側への切替え）、又は並列解除（電源切替器をインバータ側でもバイパス側でもない状態にする）があり、異常発生時には必ず電源切替器８３Ｉをオフにする回路が設けられている。

【0010】

本発明が目的とするとこは、ＵＰＳの制御装置に異常が発生した場合でも正常な電源切替操作を可能とする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】

【0011】

本発明の請求項１は、インバータを介して交流電力を負荷に供給するインバータ給電と、サイリスタスイッチと電源切替器を並列接続した切替装置を介して交流電力を負荷に供給するバイパス給電機能を備えた無停電電源装置であって、無停電電源装置の制御装置による操作信号によってインバータ給電とバイパス給電を切替えて負荷に電力を供給するものにおいて、
前記制御装置の操作信号出力側に電源切替制御部を設け、この電源切替制御部は、前記サイリスタスイッチと電源切替器をオンするための操作信号が予めセットされる操作信号格納部と、
リセット信号の有無により前記制御装置からの操作信号と前記操作信号格納部にセットされた操作信号のいずれかを切替えて前記サイリスタスイッチ及び電源切替器に対して操作信号を出力する操作信号選択部と、
前記制御装置の制御電源の電圧を基に作成されるバックアップ電源であって、前記操作信号格納部に電源を供給するバックアップ電源を備えたことを特徴としたものである。

【0012】

本発明の請求項２は、前記操作信号格納部は、前記サイリスタスイッチの操作信号が予めセットされる第１のラッチ回路と、前記電源切替器の操作信号が予めセットされる第２のラッチ回路を有し、
前記操作信号選択部は、前記リセット信号により前記制御装置からの前記サイリスタスイッチに対する操作信号と前記第１のラッチ回路にセットされた操作信号を切替える第１の選択回路と、前記リセット信号により前記制御装置からの前記電源切替器に対する操作信号と前記第２のラッチ回路にセットされた操作信号を切替える第２の選択回路と、
を有することを特徴としたものである。

【0013】

本発明の請求項３は、前記操作信号格納部の電源となるバックアップ電源は、前記制御装置の制御電源投入時における前記バックアップ電源の電圧が、所定の閾値を越えるまで電源切替制御部の出力を抑制するよう構成したことを特徴としたものである。

【0014】

本発明の請求項４は、前記操作信号格納部にセットされる前記サイリスタスイッチと電源切替器の操作信号は、それぞれ前記インバータ給電時に予めハイ状態でセットされ、前記制御電源の電圧が閾値以下となって前記リセット信号がロー状態となったとき、前記操作信号格納部にセットされた前記サイリスタスイッチと電源切替器の操作信号を出力するよう構成したことを特徴としたものである。

【0015】

本発明の請求項５は、前記操作信号格納部にセットされる前記サイリスタスイッチと電源切替器の操作信号は、それぞれ前記インバータ給電時に予めハイ状態でセットされ、前記リセット信号がロー状態となったとき前記操作信号格納部にセットされた前記サイリスタスイッチと電源切替器の操作信号を出力するよう構成したことを特徴としたものである。

【0016】

本発明の請求項６は、無停電電源装置を複数台並列運転時に、前記操作信号格納部にセットされる前記サイリスタスイッチと電源切替器の操作信号は、それぞれ前記インバータ給電時に予めロー状態でセットされ、前記制御装置の異常時にサイリスタスイッチと電源切替器への操作信号を出力しないよう構成したことを特徴としたものである。

【0017】

本発明の請求項７は、前記操作信号格納部にセットされる操作信号は、前記サイリスタスイッチの操作信号を予めロー状態とし、電源切替器の操作信号を予めハイ状態とし、前記リセット信号がハイからロー状態に変化したときに前記電源切替器に操作信号を出力するよう構成したことを特徴としたものである。

【発明の効果】

【0018】

以上のとおり、本発明によれば、制御電源の喪失、及び制御装置に異常が発生して制御装置の処理動作が正常に行えなくなった場合でも、正常な電源切替器の操作信号を出力することが可能となるものである。また、制御装置の異常時における操作信号を、ＵＰＳの運転状況に応じて無瞬断でのバイパス給電切替、瞬断でのバイパス給電切替、及び並列解除等の切替制御の使い分けが可能になるものである。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施形態を示す電源切替制御部の構成図。

【図2】制御電源投入時の動作波形図。

【図3】制御電源喪失時の動作波形図。

【図4】ＵＰＳ１台給電中における制御装置の異常発生時の動作波形図。

【図5】ＵＰＳ並列運転中における制御装置の異常発生時の動作波形図。

【図6】制御装置の異常発生時における瞬断切替の動作波形図。

【図7】ＵＰＳ本体の単結線図。

【発明を実施するための形態】

【0020】

図１は、本発明の実施例を示す電源切替制御部の構成図を示したものである。図１において、１は電源切替制御部で、この電源切替制御部１は操作信号格納部２と操作信号選択部３を有している。４はバックアップ電源、５は制御装置からの操作信号入力部である。

【0021】

操作信号格納部２はラッチ回路２１，２２より構成され、ラッチ回路２１，２２の各／PRE端子にはバックアップ電源４からの電圧ＢＫ-_RESETが印加され、／ＣＬＲ端子にはバックアップ電源４からＶccBKが印加されている。バックアップ電源４は、電源投入時に制御電源が確立するまでの間、操作信号格納部２の／PRE端子をロー（Ｌｏｗ）状態としＴＳ-_GATEと８３ＢＹの出力を抑制するためのRESET-ＩＣと、制御電源が喪失しても所定時間電源切替制御部1に電源を供給し続けるための電解コンデンサからなる電圧生成部４１を形成している。なお、操作信号格納部２の／PRE端子がローのときにはＤ端子への入力に関係なく／Ｑ端子はロー状態となり、この／Ｑ端子は／PRE端子がハイ（ｈｉｇｈ）のときにＤ端子への入力に応じて出力する。これによって、電源投入時のようにバックアップ電源４の電圧ＶccBKが確立するまでＴＳ-_GATEと８３ＢＹの出力を抑制している。

【0022】

ラッチ回路２１のＤ端子には、図示省略されたＵＰＳの制御装置によって生成されるサイリスタスイッチＴＳの電源切替の操作信号ＴＳ-setが操作信号入力部５を介してセットされる。また、このラッチ回路２１の／Ｑ端子からは電源切替操作信号ＴＳ-bufが操作信号選択部の選択回路３１の端子Ａに出力さる。選択回路３１の端子Ｂには、制御装置からの電源切替の操作信号ＴＳ-cmdが直接入力されており、選択回路３１ではリセット信号RESETによってＴＳ-cmdまたはＴＳ-bufの選択が行われてＴＳ-_GATEとしてサイリスタスイッチＴＳのゲート信号として出力される。

【0023】

ラッチ回路２２のＤ端子には、ＵＰＳの制御装置によって生成された電源切替器８３Ｂの電源切替の操作信号８３Ｂ-setが入力されてラッチ回路２２にセットされる。また、このラッチ回路２２の／Ｑ端子からは電源切替の操作信号８３Ｂ-bufが操作信号選択部の選択回路３２の端子Ａに出力さる。選択回路３２の端子Ｂには制御装置からの電源切替の操作信号８３Ｂ-cmdが直接入力されており、選択回路３２ではリセット信号RESETによって８３Ｂ-cmdまたは８３Ｂ-bufの選択が行われ、電源切替器８３Ｂに対する操作信号８３ＢＹとして出力される。

【0024】

なお、選択回路３１，３２では、制御装置が正常状態時には各Ｂ端子に印加された出力、すなわち、ＴＳ-cmd，８３Ｂ-cmdの信号がＴＳ-_GATEまたは８３ＢYとして出力され、制御装置に異常が発生してリセット信号RESETがロー状態となったときに各ラッチ回路２１，２２にセットされていた信号ＴＳ-set，８３Ｂ-setが継続保持されながらＴＳ-buf（ＴＳ-_GATE），８３Ｂ-buf（８３ＢＹ）として操作信号選択部３を介して出力される。
以下波形信号を基に電源切替制御部１の動作を具体的に説明する。

【0025】

（１）制御電源投入時における動作
図２は制御電源Ｖccの投入時における動作波形図で、時刻ｔ１で電源が投入されるとＶccの電圧は上昇する。制御電源Ｖccが或る閾値を越えるまではRESETはロー状態となっているため、操作信号格納部２にセットされている電源切替の操作信号ＴＳ-setと８３Ｂ-setが出力される。このとき、バックアップ電源４の電圧生成部４１によるＢＫ-_RESETはローとなっているため、操作信号格納部２の出力ＴＳ-bufと８３Ｂ-bufもローとなり誤動作が防止される。

【0026】

時刻ｔ２となり制御電源Ｖccが所定の閾値を越えたところで、制御装置が有するＣＰＵが信号処理を開始する。時刻ｔ３となり、バックアップ電源４の電圧ＶccBKが所定閾値に達するとＢＫ-_RESETがハイになり、これによりＴＳ-bufと８３Ｂ-bufもハイとなる。その後、ＣＰＵの初期化が完了した時刻ｔ４になるとRESETをハイとし、電源切替の操作信号を制御装置からの信号ＴＳ-com，８３Ｂ-cmdに切替える。RESETがハイ状態となっているときには操作信号に関係なく時刻ｔ５で制御装置からの信号ＴＳ-cmd，８３Ｂ-cmdが出力されて、サイリスタスイッチＴＳ、及び電源切替器８３Ｂに対する切替操作が行われる。

【0027】

（２）ＵＰＳ給電中の制御電源喪失時における動作
図３はＵＰＳ制御装置の電源喪失時における動作波形図で、制御電源喪失時における動作はバイパス給電となる。また、制御電源Ｖccが喪失したときにはバックアップ電源４が機能する。
図２の電源投入時で示すように、制御装置からの信号ＴＳ-set，８３Ｂ-setが時刻ｔ２で予め操作信号格納部２にセットされている。

【0028】

時刻ｔ21で制御電源が喪失し、時刻ｔ22で制御電源Ｖccが或る閾値以下になってRESETがロー状態となるとＴＳ-setと８３Ｂ-setもローとなるが、ＴＳ-bufと８３Ｂ-bufはラッチ回路２１，２２によってハイ状態が保持される。したがって、ＴＳ-_GATEと８３ＢＹは共にハイとなってサイリスタスイッチＴＳがオンし、また、電源切替器８３Ｂの接点が投入されてバイパス給電が開始される。制御電源喪失後の操作信号格納部２の電源は、バックアップ電源４から供給されているため通常運転時にセットされている操作信号の保持が継続される。

【0029】

（３）ＵＰＳ１台給電中における制御装置の異常発生時の動作
図４はＵＰＳ１台給電中における制御装置の異常発生時の動作波形図で、この異常発生時にはインバータ給電からバイパス給電への無瞬断での切替え動作が実行される。すなわち、操作信号格納部２には、通常運転時（インバータ給電時）の時刻ｔ３１まではＴＳ-setと８３Ｂ-setは共にハイ状態にセットされている。

【0030】

この状態でＵＰＳの制御装置に異常が発生してRESETがハイからローに変化すると、操作信号選択部３は、電源切替操作信号を端子ＢからＡに切替えてＴＳ-_GATEと８３ＢＹを出力する。したがって、ＵＰＳの運転中に、制御装置に異常が発生しても操作信号格納部２にセットされた操作信号が出力されるため、正常な切替操作が行える。

【0031】

（４）ＵＰＳ並列運転中における制御装置の異常発生時の動作
図５は、ＵＰＳの並列運転中における制御装置の異常発生時の動作波形図である。ＵＰＳを並列運転しているときに異常が発生してバイパス給電に切替えると、他の健全なＵＰＳに影響を与えることになる。そのため、並列運転中での制御装置に異常発生した場合には、該当するＵＰＳのみの並列解除が行われる。

【0032】

並列運転時における操作信号格納部２には、異常発生時に解列制御が可能となるようＴＳ-setと８３Ｂ-setは共にロー状態にセットされている。時刻ｔ４１で異常が発生してRESETがハイからローに変化し、異常発生したインバータの出力側に接続される電源切替器８３Ｉをオフ（開放）にする。同時に、RESETがローとなったことにより操作信号選択部３では端子ＢからＡ側、すなわち、操作信号格納部２側に切替えるが、予めセットされている操作信号はローであることからＴＳ-_GATEと８３ＢＹは出力されず、サイリスタスッチＴＳ及び電源切替器８３Ｂはオンされず、バイパス側への切替えは行われない。したがって、健全な他のＵＰＳに影響を与えることなく並列解除を行うことができる。

【0033】

（５）ＵＰＳ制御装置の異常発生時における瞬断切替を行う場合の動作
図６は制御装置の異常発生時に瞬断切替を行う場合の動作波形図である。インバータ電源をバイパス電源と非同期で運転しているときなど、制御装置に異常が発生した場合には瞬断でバイパス給電に切替えることが行われる。この場合、通常のインバータ給電時に、操作信号格納部２には予めＴＳ-setをローに、８３Ｂ-setをハイにセットしておく。

【0034】

時刻ｔ５１で制御装置に異常が発生してRESETがハイからローになると操作信号選択部３が切替わり、予めラッチ回路２２によってハイにラッチされていた８３Ｂ-setがローとなり、８３Ｂ-bufが８３ＢＹとなって操作信号選択部３を介して電源切替器８３Ｂがオンとなる。このとき、ＴＳ-_GATEは出力されないためオフ状態が継続され、したがって電源切替器８３Ｂによる瞬断のバイパス給電切替となる。

【0035】

以上のように本発明は、制御電源の喪失によって制御装置の処理動作が正常に動作しなくなったとき、及び制御装置に異常が発生して制御装置の処理動作を正常に動作しなくなったときでも、電源切替器に対して正常な操作信号の出力が可能となるものである。また、異常時における操作信号は、ＵＰＳの運転状況に応じて無瞬断でのバイパス給電切替、瞬断でのバイパス給電切替、及び並列解除等の使い分けが可能となるものである。

【符号の説明】

【0036】

１… 電源切替制御部
２… 操作信号格納部
３… 操作信号選択部
４… バックアップ電源
ＴＳ… サイリスタスイッチ
８３Ｂ… 電源切替器
８３Ｉ… 電源切替器

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】