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公開番号2020078214
公報種別公開特許公報(A)
公開日20200521
出願番号2018211693
出願日20181109
発明の名称無停電電源装置
出願人東芝三菱電機産業システム株式会社
代理人特許業務法人深見特許事務所
主分類H02J 9/06 20060101AFI20200424BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】小型化が可能な無停電電源装置を提供する。
【解決手段】無停電電源装置1は、交流電源2からの電力を変換する電力変換回路CNV、INVと、電力変換回路と並列に設けられ、バイパス入力電源3からの電力を供給するバイパス回路とを備える。バイパス回路は、入れ替え可能に設けられたハイブリッド切替方式(短時間給電用)の切替回路19あるいは連続給電切替方式の切替回路20と、切替回路19と切替回路20のそれぞれの端子と共通に接続可能に設けられた共通インタフェース回路とを含む。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
交流電源からの電力を変換する電力変換回路と、
前記電力変換回路と並列に設けられ、バイパス入力電源からの電力を供給するバイパス回路とを備え、
前記バイパス回路は、
着脱可能に設けられた短時間給電用サイリスタを用いた切替回路あるいは連続給電用サイリスタを用いた切替回路と、
前記短時間給電用サイリスタを用いた切替回路あるいは連続給電用サイリスタを用いた切替回路のそれぞれの端子と共通に接続可能に設けられた共通インタフェース回路とを含む、無停電電源装置。
続きを表示(約 250 文字)【請求項2】
前記短時間給電用サイリスタを用いた切替回路の主回路構成は、
サイリスタスイッチと、
コンタクタとを含む、請求項1記載の無停電電源装置。
【請求項3】
前記連続給電用サイリスタを用いた切替回路の主回路構成は、高速にスイッチング動作が可能なサイリスタスイッチを含む、請求項1記載の無停電電源装置。
【請求項4】
前記連続給電用サイリスタを用いた切替回路は、サイリスタ冷却用のファンと、ヒートシンクとをさらに含む、請求項3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、商用電源が停電、復電した場合に負荷への給電回路を切り換える無停電電源装置に関するものである。
続きを表示(約 6,500 文字)【背景技術】
【0002】
従来より、商用電源が停電した場合に蓄電池より電力を負荷へ供給し、復電した場合に商用電源から電力を負荷に供給する無停電電源装置が知られている(特許文献1)。
【0003】
一方、無停電電源装置に故障が発生した場合あるいは無停電電源装置に対して保守作業を行う場合には、無停電電源装置を停止することがある。このような場合に備えるために、無停電電源装置の停止時に、負荷に電力を供給するためのバイパス入力電源と接続されたバイパス回路が備えられている。バイパス回路には、切替回路が設けられている。
【0004】
この点で、特開2013−110887号公報(特許文献2)には、複数種類の切替回路を設ける無停電装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2005−151688号公報
特開2013−110887号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
この点で、バイパス回路に複数種類の切替回路を設ける場合には、外形サイズが大型になる可能性がある。
【0007】
本開示は、上記の課題を解決するためになされたものであって、小型化が可能な無停電電源装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
ある局面に従う無停電電源装置は、交流電源からの電力を変換する電力変換回路と、電力変換回路と並列に設けられ、バイパス入力電源からの電力を供給するバイパス回路とを備える。バイパス回路は、着脱可能に設けられた短時間給電用サイリスタを用いた切替回路あるいは連続給電用サイリスタを用いた切替回路と、短時間給電用サイリスタを用いた切替回路あるいは連続給電用サイリスタを用いた切替回路のそれぞれの端子と共通に接続可能に設けられた共通インタフェース回路とを含む。
【0009】
好ましくは、短時間給電用サイリスタを用いた切替回路の主回路構成は、サイリスタスイッチと、コンタクタとを含む。
【0010】
好ましくは、連続給電用サイリスタを用いた切替回路の主回路構成は、高速にスイッチング動作が可能なサイリスタスイッチを含む。
【0011】
好ましくは、連続給電用サイリスタを用いた切替回路は、サイリスタ冷却用のファンと、ヒートシンクとをさらに含む。
【発明の効果】
【0012】
一実施例によれば、無停電電源装置は、小型化が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0013】
実施形態に基づく無停電電源装置1の回路構成を説明する図である。
実施形態に基づく切替回路の入れ替えについて説明する図である。
実施形態に従う無停電電源装置1の外観構成について説明する図である。
実施形態に従う共通インタフェース回路50を側面視した場合を説明する図である。
実施形態に従う切替回路19の回路構成について説明する図である。
サイリスタユニット180の外観構成図である。
コンタクタユニット170および入出力端子回路110の外観構成図である。
実施形態に従う切替回路19を備えた無停電電源装置1の外観構成図である。
実施形態に従う切替回路20の回路構成について説明する図である。
サイリスタユニット200の外観構成図である。
実施形態に従う切替回路20を備えた無停電電源装置1の外観構成図である。
【発明を実施するための形態】
【0014】
本実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【0015】
図1は、実施形態に基づく無停電電源装置1の回路構成を説明する図である。
図1に示されるように、無停電電源装置1は、交流入力電源2、バイパス入力電源3および負荷4に接続される。また、無停電電源装置1は、スイッチ14を介して蓄電池31とも接続される。
【0016】
交流入力電源2およびバイパス入力電源3は、無停電電源装置1に交流電力を供給する交流電源である。これらの入力電源の各々は、たとえば商用交流電源もしくは自家用発電機等によって構成される。
【0017】
入力交流電源の一例として三相三線(3φ3W)式を示す。ただし、入力交流電源の種類は三相三線式に限定されず、たとえば三相四線式の電源でもよいし、単相三線式の電源でもよい。
【0018】
無停電電源装置1は、バイパス入力端子T1と、交流入力端子T2と、蓄電池端子T3と、出力端子T4とを含む。
【0019】
バイパス入力端子T1は、バイパス入力電源3からの交流電力を受ける。交流入力端子T2は、交流入力電源2からの交流電力を受ける。蓄電池端子T3は、スイッチ14を介して蓄電池31の正極に接続されている。出力端子T4には、負荷4が接続される。
【0020】
無停電電源装置1は、電磁接触器(コンタクタ)5,15,17と、リアクトル7,9と、コンバータCNVと、電解コンデンサ11と、インバータINVと、コンデンサ8,10,13と、サイリスタスイッチ18と、チョッパCHPと、制御装置30とを備える。
【0021】
このうち、コンタクタ5、リアクトル7,9、インバータINV、コンバータCNV、コンタクタ15は、交流入力端子T2と出力端子T4との間に直列に接続される。
【0022】
コンタクタ5およびリアクトル7は、交流入力端子T2とコンバータCNVとの間の通電経路に介挿接続される。コンデンサ8は、リアクトル7と並列にコンタクタ5と接続される。コンタクタ5は、制御装置30からの指令に応答して開放(オン)および閉成(オフ)する。コンデンサ8およびリアクトル7は、コンバータCNVに入力される交流電力の波形を成形するためのフィルタである。
【0023】
コンバータCNVは、交流入力電源2から供給される交流電力を直流電力に変換する。電解コンデンサ11は、コンバータCNVの出力電圧を平滑化する。インバータINVは、電解コンデンサ11によって平滑化された直流電力を所定電圧および所定周波数の交流電力に変換する。なお、コンバータCNVおよびインバータINVの各々は、制御装置30によって制御される。
【0024】
コンタクタ15およびリアクトル9は、出力端子T4とインバータINVとの間の通電経路に介挿接続される。コンデンサ10は、リアクトル9と並列にコンタクタ15と接続される。コンタクタ15は、制御装置30からの指令に応答して開放(オン)および閉成(オフ)する。コンタクタ15およびリアクトル9は、インバータINVから出力される高周波成分を除去するためのフィルタである。
【0025】
コンタクタ15は、出力端子T4から負荷4に出力される交流出力を、インバータINVの出力と、サイリスタスイッチ18およびコンタクタ17からなるバイパス回路の出力との間で切換えるためのものである。
【0026】
サイリスタスイッチ18およびコンタクタ17は、バイパス入力端子T1と出力端子T4との間に並列に接続される。サイリスタスイッチ18は、出力端子T4から負荷4に出力される交流出力を、インバータINVの出力からバイパス入力電源3からの交流電力に高速に切換えるためのスイッチである。コンタクタ17は、バイパス入力端子T1から出力端子T4までの通電経路に介挿接続される。コンタクタ17は、バイパス入力電源3からの交流電力を無停電電源装置から出力される交流出力として維持するためのものである。コンタクタ15、サイリスタスイッチ18およびコンタクタ17は、制御装置30の指令に応答して閉成(オン)および開放(オフ)する。
【0027】
蓄電池31は、交流入力電源2が交流電力を供給できないとき(たとえば停電時)において、インバータINVに直流電力を供給するための蓄電装置である。リアクトル12およびスイッチ14は、蓄電池31とチョッパCHPとの間に直列に接続される。コンデンサ13は、リアクトル12と並列にスイッチ14と接続される。コンデンサ13およびリアクトル12は、蓄電池31から入力される電力の波形を成形するためのフィルタである。チョッパCHPは、蓄電池31からの直流電力のレベルを変換してインバータINVに供給する。
【0028】
交流入力電源2から交流電力を供給されている通常時には、コンバータCNVによって生成された直流電力が蓄電池31に蓄えられるとともに、インバータINVによって交流電力に変換されて負荷4に供給される。一方、交流入力電源2からの交流電力の供給が停止した停電時には、コンバータCNVの運転が停止され、蓄電池31に蓄えられた直流電力がインバータINVによって交流電力に変換されて負荷4に供給される。したがって、無停電電源装置によれば、停電時でも蓄電池31に蓄えられた電力を用いて負荷4の運転を継続することができる。
【0029】
制御装置30は、通常時および停電時において、負荷4に供給する交流電力を発生させるために、コンバータCNVおよびインバータINVを制御するための制御装置であり、一例として、CPU(Central Processing Unit)と、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などの記憶部とを含むマイクロコンピュータを主体として構成される。そして、制御装置30は、予めROMなどに格納されたプログラムをCPUがRAMに読出して実行することによって、コンバータCNV、インバータINVおよびチョッパCHP等を制御する。
【0030】
さらに、制御装置30は、このコンバータCNVおよびインバータINVの制御に加えて、コンタクタ5,15,17およびバイパス回路を制御する。なお、制御装置30の少なくとも一部は、電子回路等のハードウェアにより所定の数値・論理演算処理を実行するように構成されてもよい。
【0031】
図2は、実施形態に基づく切替回路の入れ替えについて説明する図である。
図2に示されるように、無停電電源装置1は、サイリスタスイッチ18およびコンタクタ17で構成されるハイブリッド切替方式(短時間給電用サイリスタを用いた切替方式)の切替回路19を構成する。切替回路19は、コンタクタ17が完全に閉成(オン)するまでの間、サイリスタスイッチ18によりバイパス入力電源3からの交流電力を出力端子T4を介して負荷4に供給する。これにより電力の供給を遮断することなく負荷4の運転を継続することが可能となる。なお、本例においては、リアクトルおよびコンデンサで形成されるフィルタについては省略している。
【0032】
一方で、実施形態においては、ハイブリッド切替方式の切替回路19と置換可能な連続給電用サイリスタを用いた切替方式の切替回路20を設ける。切替回路20は、無停電電電源装置1のCVCF(Constant Voltage Constant Frequency)機能が必要な重要負荷が停止する夜間等で、回路内の電力損失を低減して瞬低補償機能を限定して運用する給電用途で用いる。切替回路20は、高速にスイッチング動作するサイリスタスイッチを含む。
【0033】
従来は、種別が異なる切替回路19と切替回路20とをそれぞれ並列に接続し、用途に応じて切り替える方式が採用されていたが、当該構成は、外形サイズが大型になる可能性がある。
【0034】
したがって、実施形態に従う無停電電源装置1は、切替回路19と切替回路20とを入れ替え可能な構成として設ける。
【0035】
図3は、実施形態に従う無停電電源装置1の外観構成について説明する図である。
図3を参照して、無停電電源装置1の筐体内部の一部分に切替回路19が設けられている構成が示されている。
【0036】
コンバータCNV、インバータINVおよびチョッパCHP等の変換回路部および制御装置30等の制御回路部、ならびにコンタクタ等の切替回路部が示されている。
【0037】
本例においては、切替回路19と入れ替え可能な構成として切替回路20を設ける。当該構成により用途に応じて必要な切替回路を設けることが可能となり利便性が向上する。
【0038】
具体的には、切替回路19および切替回路20と共通に接続可能に設けられた共通インタフェース回路50を設ける。
【0039】
共通インタフェース回路50は、端子U4,RSI,V4,SSI,W4,TSIとを含む。
【0040】
端子RSI,SSI,TSIは、3相(U相,V相,W相)のバイパス入力電源3と接続される入力側(一次側)の入力端子である。
【0041】
端子U4,V4,W4は、負荷4と接続される3相の出力側(二次側)の出力端子である。
【0042】
図4は、実施形態に従う共通インタフェース回路50を側面視した場合を説明する図である。
【0043】
図4には、無停電電源装置1の筐体に支持される共通インタフェース回路50が示されている。本例においては、当該共通インタフェース回路50と切替回路19あるいは切替回路20が接続される方式について説明する。一例として金属板に設けられた空隙をネジ止めにより接続することにより共通インタフェース回路50と切替回路19あるいは切替回路20とを接続する。
【0044】
図5は、実施形態に従う切替回路19の回路構成について説明する図である。
図5(A)に示されるように切替回路19は、3相用に設けられたサイリスタユニット180およびコンタクタユニット170とを含む。
【0045】
サイリスタユニット180およびコンタクタユニット170は、バイパス入力電源3側のU相、V相、W相の1次側の入力端子T1U,T1V,T1Wとそれぞれ接続される。
【0046】
サイリスタユニット180およびコンタクタユニット170は、負荷4側のU相、V相、W相の2次側の入力端子T4U,T4V,T4Wと接続される。
【0047】
図5(B)を参照して、切替回路19は、入出力端子回路110をさらに含む。入出力端子回路110は、入力端子RSIA、SSIA、TSIAと、出力端子U4A、V4A、W4Aとを含む。
【0048】
コンタクタユニット170は、入力端子RSIB、SSIB、TSIBと、出力端子U4B、V4B、W4Bとを含む。
【0049】
サイリスタユニット180は、入力端子RSIC、SSIC、TSICと、出力端子U4C、V4C、W4Cとを含む。
【0050】
U相の1次側の入力端子RSIAは、入力端子RSIB、RSICとそれぞれ接続される。
(【0051】以降は省略されています)

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