JP2007028754A - 電源系統切換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 切換え動作に異常が生じても、負荷給電を停止することなく、且つ装置の保護を行うことが可能な電源系統切換装置を提供する。
【解決手段】 インバータ装置２の出力を負荷４に給電する第１の給電系統と、商用交流系統３から負荷４に給電する第２の給電系統とを選択的に切換える第１のスイッチ５と、第１のスイッチ５が第１の給電系統から第２の給電系統に切換えられるとき、ラップ切換えを行うように設けられた半導体スイッチ６と、第１のスイッチ５及び半導体スイッチ６の出力側と負荷４との間に設けられた第２のスイッチ１０と、商用交流系統と負荷の間に設けられた第３のスイッチ８と、半導体スイッチ６の通電状態を直接または間接的に検出する通電状態検出手段とを具備し、前記通電状態検出手段によって検出された通電量の代表値が所定値を超えたとき、第３のスイッチ８をオンし、第２のスイッチ１０及び半導体スイッチ６をオフする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、２系統以上の異なる交流電源系統を切り換えることが可能な電源系統切換装置に関する。

電源系統切換装置が適用される例として、無停電電源装置が良く知られている。無停電電源装置においては、商用電源の交流電力をコンバータにより直流電力に変換し、この直流電力をインバータにより再び交流電力に変換して、負荷に電力を供給する。インバータの入力となる直流部には蓄電池を接続し、交流入力停電等の交流入力異常時にも負荷に電力が供給できるようにしている。また、商用電源から負荷に直接給電するバイパス回路を設け、インバータが故障した場合でも負荷に電力を供給できるような電源系統切換装置を設けている。電源系統切換装置において、常時は商用電源からコンバータを通してインバータ経由負荷に給電する給電系統が選択され、インバータあるいはコンバータが異常となった場合に商用電源のバイパス運転に切換える。商用電源の停電等による交流入力異常時は、交流入力の異常を検出してコンバータを停止させ、蓄電池からインバータへ電力を供給することにより負荷への給電を継続する。

上記のような電源系統切換装置における切換回路は、２つの交流入力電源系統すなわちインバータの電源系統と商用電源系統との間をハイブリット方式により無瞬断で切換え、いずれか一方の系統からの交流電力を負荷に供給する。

ハイブリッド方式の切換回路は、アンサーバック用の補助接点が設けられている機械式スイッチと、サイリスタ等のスイッチング素子により構成される半導体スイッチと、切換状態検出手段とを有している。切換状態検出手段は、各々の補助接点の状態を検出することにより、切換スイッチの切換動作が正常に行われたか否かを検出する。

切換回路は、このようなハイブリッド方式の切換動作により、負荷の給電経路をインバータ側から商用電源側に無瞬断で切換えることができる。なお、このハイブリッド方式の切換では、切換スイッチがインバータの電源系統側に接続された状態で且つ半導体スイッチがオンになっている状態が発生する。このような状態では、商用電源からの電流が半導体スイッチ及び切換スイッチを通り、横流となってインバータに流入しようとする。従って、実際にはこの流入電流を抑制するためのリアクトルが半導体スイッチと切換スイッチとの間に設けられることもある。

また、切換回路やインバータの保守を行うとき、切換回路やインバータ装置を介さない給電経路を確保して負荷への給電を継続するため、商用電源から保守メンテナンススイッチを介して直接負荷に給電するルートを設ける。この保守メンテナンススイッチをオンし、バイパススイッチと交流出力スイッチをオフすることにより、切換回路やインバータ装置が無電圧化するので、メンテナンスを容易に行うことができる。

上述の構成において、切換回路の機械式切換スイッチに動作異常が生じ、その接点がインバータの電源系統側から商用電源系統側に到達する前に異常停止した場合、負荷への給電が継続できなくなる。このためこの切換スイッチの動作異常を検出し、動作異常が生じたときには、上記の保守メンテナンススイッチを投入し、負荷への給電を継続させる提案が為されている（例えば特許文献１参照。）。
特開２００４−４８９６４（第８−１１頁、図１）

特許文献１に示されている手法は、切換回路に双投式スイッチを使用してインバータ側から商用側に切換動作を行ったとき、所定時間内に双投式スイッチの主接点が閉路しなかった場合を異常と判断し、保守メンテナンススイッチを投入し、負荷への給電を継続させようとするものである。

しかしながら、双投式スイッチに異常があった場合、異常のモードは様々であり、確実にその異常が検出できるかどうか疑問である。そして、その異常が検出できなかったときには、負荷への給電を継続することができないばかりでなく、半導体スイッチへのオフ指令も得られなくなって短時間定格の半導体スイッチが焼損する恐れがある。

本発明は、上記に鑑みて為されたもので、切換え動作に異常が生じても、負荷給電を停止することなく、且つ装置の保護を行うことが可能な電源系統切換装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の電源系統切換装置は、電力貯蔵手段または交流系統からの電力をインバータ装置によって変換した交流を負荷に給電する第１の給電系統と、商用交流系統から前記負荷に給電する第２の給電系統とを選択的に切換える第１の機械式スイッチと、前記第１の機械式スイッチが前記第１の給電系統から前記第２の給電系統に切換えられるとき、ラップ切換えを行うために前記商用交流系統と前記負荷の間に設けられた半導体スイッチと、前記第１の機械式スイッチ及び前記半導体スイッチの出力側と前記負荷との間に設けられた第２の機械式スイッチと、前記商用交流系統と前記負荷の間に設けられた第３の機械式スイッチと、前記半導体スイッチの通電状態を直接または間接的に検出する通電状態検出手段とを具備し、前記通電状態検出手段によって検出された通電量の代表値が所定値を超えたとき、前記第３の機械式スイッチをオンし、前記第２の機械式スイッチ及び前記半導体スイッチをオフするようにしたことを特徴としている。

本発明によれば、切換え動作の異常が想定されるとき、保守メンテナンススイッチ側に給電路を切換えるようにしたので、切換え動作に異常が生じても、負荷給電を停止することなく、且つ装置の保護を行うことが可能な電源系統切換装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は本発明の実施例１に係る電源系統切換装置の回路構成図である。

切換回路１は、インバータ装置２と商用電源３とを給電系統の入力電源とし、負荷４への電力供給を前記入力電源のいずれかに給電を切り換える動作を行う。この切換回路１は、機械式スイッチである切換スイッチ５と半導体スイッチ６と半導体スイッチ６に流れる電流を検出する電流検出器７とから構成される。インバータ装置２側から商用電源３側に給電切換を行うとき、半導体スイッチ６を短時間投入して無瞬断切換を行う。

又、インバータ装置２或いは切換回路１のメンテナンスを負荷４への給電を継続しながら行うことができるように、商用電源３から負荷４に保守メンテナンススイッチ８を介して給電するルートを設ける。このとき、商用電源３と切換回路１の間に設けられたバイパス入力スイッチ９及び切換回路１の出力と負荷４の間に設けられた出力スイッチ１０はオフとなる構成としている。切換回路１は切換制御回路１１からの信号により制御される。以下切換制御回路１１に関する詳細構成について説明する。

切換制御回路１１は、押し釦による手動切換操作とインバータ装置２の故障及び商用電源３の停電を検出して動作する自動切換操作の２つの動作モードを有している。信号保持回路１４は、インバータ給電用の押し釦１３ａをセット信号として入力し、商用電源給電用押し釦１３ｂをリセット信号として入力する。これらの入力された信号によって出力のセット（“１”：インバータ給電）及びリセット（“０”：商用電源給電）を行なう。また、信号保持回路１４の入力は、双方同時にセット（Ｓ）入力、リセット（Ｒ）入力があった場合、リセット信号を優先するようにしている。

信号保持回路１２のリセット（Ｒ）入力は、商用電源給電用押し釦１３ｂとインバータ装置２の出力電圧を検出する電圧検出器１２の検出信号で動作する停電検出回路１５の出力とがＯＲ回路１６ａで演算された結果で与えられる。このリセット入力に、他のインバータ装置２の故障信号を入力する場合もあるが、ここでは図示を省略している。

信号保持回路１４の出力である給電切換信号１７は切換回路１内の切換スイッチ５と半導体スイッチ６をオン・オフ操作する。例えば、負荷給電を商用電源３側からインバータ装置２側に切り換える場合、この給電切換信号１７を“１”とすることにより、切換スイッチ５のインバータ装置２側をオンさせ、また給電切換信号１７を入力とした反転回路１８ａの出力により商用電源３側をオフさせ、かつ半導体スイッチ６をオフさせることにより給電系統を商用電源３側からインバータ２側に切換える。尚、図１においては、切換スイッチ５として３端子の双投式切換スイッチを用いているが、これは２台の機械式スイッチを用いて構成しても良い。

切換スイッチ５のオン・オフのアンサーバック信号を切換スイッチ５の補助接点から得ることによって、この信号を信号保持回路１４の出力信号と比較して切換異常を検出している。この切換異常の検出は具体的には、以下の論理によっている。

信号保持回路１４の出力であるインバータ「セット」信号とこのアンサーバック信号である切換スイッチ５の商用電源側の補助接点信号の論理積をＡＮＤ回路１９ａでとり、タイマー２０ａで設定した時間以内にＡＮＤ条件が成立しなかったとき異常と判断してＯＲ回路１６ｂ、ＯＲ回路１６ｄを介して切換異常信号を出力する。同様に、インバータ「セット」信号の反転信号と切換スイッチ５のインバータ側の補助接点信号の論理積をＡＮＤ回路１９ｂでとり、タイマー２０ｂで設定した時間以内にＡＮＤ条件が成立しなかったとき異常と判断してＯＲ回路１６ｂ、ＯＲ回路１６ｄを介して切換異常信号を出力する。更に、インバータ「セット」信号と、切換スイッチ５のインバータ側の補助接点信号の反転信号との論理積をＡＮＤ回路１９ｃでとり、タイマー２０ｃで設定した時間以内にＡＮＤ条件が成立しなかったとき異常と判断してＯＲ回路１６ｃ、ＯＲ回路１６ｄを介して切換異常信号を出力する。同様に、インバータ「セット」信号の反転信号と切換スイッチ５の商用電源側の補助接点信号の反転信号の論理積をＡＮＤ回路１９ｄでとり、タイマー２０ｄで設定した時間以内にＡＮＤ条件が成立しなかったとき異常と判断してＯＲ回路１６ｃ、ＯＲ回路１６ｄを介して切換異常信号を出力する。

上記回路で得られた切換異常信号によって異常処理のシーケンスを動作させるようにしているが、ここではその図示を省略する。

切換回路１には、半導体スイッチ６に流れる電流を検出する電流検出器７が取り付けられ、この電流検出器７の電流検出信号を過電流検出回路２１に与えている。過電流検出回路２１は、所定の設定値、例えば半導体スイッチ６の定格電流の５倍より前記電流検出信号が大きいとき、過電流検出信号を出力する。そしてこの過電流検出回路２１の出力により、保守メンテナンススイッチ８をオン操作し、このオン操作信号を反転回路１８ｂで反転させて半導体スイッチ６及び出力スイッチ１０をオフするようにしている。尚、この反転回路１８ｂの出力信号によってバイパス入力スイッチ９もオフさせても良い。

以上の構成における本発明の作用効果について以下に説明する。

本来、切換回路１が正常な動作を行って且つそのアンサーバック信号の確認処理も正常であれば、インバータ装置２側から商用電源３側に給電切換を行うとき、半導体スイッチ６に流れる電流はごく短時間となる。ところが、切換回路１及びそのアンサーバック信号に異常が発生し、この結果商用電源３から負荷４への給電が半導体スイッチ６のみのルートで行う状態でロックされた場合、短時間定格の半導体スイッチ６には過電流が流れ、遂には焼損し、負荷４への給電ルートが失われる。

これに対し、本発明においては、半導体スイッチ６に流れる電流を検出し、この電流が所定値を超えたとき、保守メンテナンススイッチ８をオンし、半導体スイッチ６及び出力スイッチ１０をオフするようにしたので、半導体スイッチ６を過電流から保護すると共に、保守メンテナンススイッチ８の投入によって負荷４へ継続して給電することが可能となる。

尚、上記において、過電流検出器は電流の瞬時過電流を検出するように説明したが、所定時間における電流の実効値、最大値、或いは平均値が所定値を超えたかどうかを検出するように構成しても良い。このようにすれば、例えば定格電流が所定時間以上流れたことを検出することも可能となる。

図２は本発明の実施例２に係る電源系統切換装置の回路構成図である。この実施例２の各部について、図１の実施例１に係る電源系統切換装置の回路構成図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、電流検出器７及び過電流検出回路２１に代え、半導体スイッチ６の温度を検出する温度検出器２２と、その検出信号で動作する温度高検出回路２３を設け、温度高検出回路２３の出力で保守メンテナンススイッチ８をオン操作し、その反転信号で半導体スイッチ６及び出力スイッチ１０をオフするように構成した点である。

半導体スイッチ６に予定を超える電流が流れ、或いは予定を超える通電時間となったときには、当然ながら半導体スイッチ６の温度が所定値以上に上昇する。従ってこの温度上昇を検出して、保守メンテナンススイッチ８をオンし、半導体スイッチ６及び出力スイッチ１０をオフするようにすれば、実施例１の場合と同様、半導体スイッチ６を過電流から保護すると共に、保守メンテナンススイッチ８の投入によって負荷４へ継続して給電することが可能となる。

尚、温度検出器２２は、半導体スイッチ６の温度が最も高くなる接合部の温度が検出可能な箇所に設けることが望ましい。また、半導体スイッチ６は逆並列構成となっているので、順側と逆側の両方に温度検出器２２を設けても良いが、その一方で代表させても良い。

図３は本発明の実施例３に係る電源系統切換装置の回路構成図である。この実施例３の各部について、図１の実施例１に係る電源系統切換装置の回路構成図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、タイマー２０ｄの出力信号と過電流検出回路２１の出力信号の論理積をＡＮＤ回路１９ｅでとり、このＡＮＤ回路１９ｅの出力で保守メンテナンススイッチ８をオン操作し、その反転信号で半導体スイッチ６及び出力スイッチ１０をオフするように構成した点である。

前述したように、タイマー２０ｄの出力信号は、インバータ「セット」信号の反転信号と切換スイッチ５の商用電源側の補助接点信号の反転信号のＡＮＤ信号が所定時間内に得られないとき１となるので、インバータ側から商用電源側に切換えて所定時間内にこのアンサーバックが得られない状態を示している。これは、切換回路１の切換スイッチ５を商用電源側に切換え、同時に半導体スイッチ６をオンさせたにも拘らず、実際には切換スイッチ５が商用電源側に投入されていないという状態である。

上記条件と、実施例１で説明した過電流検出器２１の動作条件の論理積をとることにより、半導体スイッチ６が切換えの異常によって過電流となったことを特定することが可能となる。従ってこの実施例３によれば、例えば、負荷４の何らかの異常による過電流が生じたとき、保守メンテナンススイッチ８が投入されるのを防止することが可能となる。

図４は本発明の実施例４に係る電源系統切換装置の回路構成図である。この実施例４の各部について、図２の実施例２に係る電源系統切換装置の回路構成図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２と異なる点は、タイマー２０ｄの出力信号と温度高検出回路２３の出力信号の論理積をＡＮＤ回路１９ｅでとり、このＡＮＤ回路１９ｅの出力で保守メンテナンススイッチ８をオン操作し、その反転信号で半導体スイッチ６及び出力スイッチ１０をオフするように構成した点である。

実施例３の場合と同様、タイマー２０ｄの出力信号は、インバータ「セット」信号の反転信号と切換スイッチ５の商用電源側の補助接点信号の反転信号のＡＮＤ信号が所定時間内に得られないとき１となるので、インバータ側から商用電源側に切換えて所定時間内にこのアンサーバックが得られない状態、即ち切換回路１の切換スイッチ５を商用電源側に切換え、同時に半導体スイッチ６をオンさせたにも拘らず、実際には切換スイッチ５が商用電源側に投入されていない状態を示している。

上記条件と、実施例２で説明した温度高検出器２３の動作条件の論理積をとることにより、半導体スイッチ６が切換えの異常によって過電流となったことを特定することが可能となる。従ってこの実施例４によれば、例えば、負荷４の何らかの異常による過電流が生じたとき、保守メンテナンススイッチ８が投入されるのを防止することが可能となる。

本発明の実施例１に係る電源系統切換装置の回路構成図。 本発明の実施例２に係る電源系統切換装置の回路構成図。 本発明の実施例３に係る電源系統切換装置の回路構成図。 本発明の実施例４に係る電源系統切換装置の回路構成図。

符号の説明

１ 切換回路
２ インバータ装置
３ 商用電源
４ 負荷
５ 切換スイッチ
６ 半導体スイッチ
７ 電流検出器
８ 保守メンテナンススイッチ
９ バイパス入力スイッチ
１０ 出力スイッチ
１１ 切換制御回路
１２ 電圧検出器
１３ａ、１３ｂ 押し釦スイッチ
１４ 信号保持回路
１５ 停電検出回路
１６ａ、１６ｂ、１６ｃ、１６ｄ ＯＲ回路
１７ 切換信号
１８ 反転回路
１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄ、１９ｅ ＡＮＤ回路
２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ タイマー
２１ 過電流検出回路
２２ 温度検出器
２３ 温度高検出回路

Claims (4)

1. 電力貯蔵手段または交流系統からの電力をインバータ装置によって変換した交流を負荷に給電する第１の給電系統と、商用交流系統から前記負荷に給電する第２の給電系統とを選択的に切換える第１の機械式スイッチと、
   前記第１の機械式スイッチが前記第１の給電系統から前記第２の給電系統に切換えられるとき、ラップ切換えを行うために前記商用交流系統と前記負荷の間に設けられた半導体スイッチと、
   前記第１の機械式スイッチ及び前記半導体スイッチの出力側と前記負荷との間に設けられた第２の機械式スイッチと、
   前記商用交流系統と前記負荷の間に設けられた第３の機械式スイッチと、
   前記半導体スイッチの通電状態を直接または間接的に検出する通電状態検出手段と
   を具備し、
   前記通電状態検出手段によって検出された通電量の代表値が所定値を超えたとき、
   前記第３の機械式スイッチをオンし、
   前記第２の機械式スイッチ及び前記半導体スイッチをオフするようにしたことを特徴とする電源系統切換装置。
2. 前記第１の機械式スイッチを前記第１の給電系統から前記第２の給電系統に切換えたとき、所定時間以内にそのアンサーバック信号が得られなく、
   且つ前記通電状態検出手段によって検出された通電量の代表値が所定値を超えたとき、
   前記第３の機械式スイッチをオンし、
   前記第２の機械式スイッチ及び前記半導体スイッチをオフするようにしたことを特徴とする請求項１に記載の電源系統切換装置。
3. 前記通電状態検出手段は前記半導体スイッチを流れる電流を検出する手段であり、
   前記通電量の代表値は前記電流の瞬時値若しくは所定時間における実効値または平均値であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源系統切換装置。
4. 前記通電状態検出手段は前記半導体スイッチの温度を検出する手段であり、
   前記通電量の代表値は前記温度の瞬時値または所定時間における平均値であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の電源系統切換装置。

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