JP2010115008A - 無停電電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】より広範囲の商用電源でオンライン方式とオフライン方式との切り替え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、電源２から供給される交流を直流に変換する整流器１１と、変換された直流を蓄える蓄電池１２と、直流を交流に変換するインバータ１３と、電源２から供給される交流の状態を検出し、その検出結果に応じて、通常時は電源２から供給される交流を負荷３に供給し、電源２から供給される交流に障害がある場合にはインバータ１３の出力を負荷３に供給するオフライン方式の動作モードと、通常時を含めて常にインバータ１３の出力を負荷３に供給するオンライン方式の動作モードとのいずれかを選択する手段（１４〜１８）と、電源２から供給される交流の状態に対して選択する手段（１４〜１８）が動作モードを選択するための基準値を可変に設定する手段（１９）とを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は無停電電源装置に関する。

商用電源の停電時でも電力を確保するためのバックアップ電源として、無停電電源装置（Ｕｎｉｎｔｅｒｒｕｐｔｉｂｌｅ Ｐｏｗｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ、「ＵＰＳ」ともいう）が広く利用されている。交流用の無停電電源装置は、基本的に、商用電源から供給される交流を整流器により直流に変換し、この直流を蓄電池に蓄え、インバータで交流に変換する回路構成をもつ。

無停電電源装置には、その動作方式により、オフライン方式のものと、オンライン方式のものとがある。オフライン方式では、通常時は商用電源から供給される電力をそのまま負荷に供給し、商用電源からの電力に停電などの障害が発生した場合に、無停電電源装置内のインバータで発生させた交流を負荷に供給する。これに対してオンライン方式では、常時、無停電電源装置内のインバータで発生させた交流を負荷に供給する。

オフライン方式は、通常時にはインバータからの給電の必要がないため、電力消費が少ない利点がある。しかし、商用電源の品質が低い場合には、商用電源とインバータ出力とを頻繁に切り替えることになり、無停電電源装置内の蓄電池の劣化を速めてしまうことになる。一方、オンライン方式は、常にインバータからの給電を行うため、商用電源の品質に作用されることなく、安定な電力を負荷に供給できる利点がある。しかし、交流と直流との間の変換で必然的に電力損失が生じることから、消費電力が大きくなってしまう。また、冷却ファンを常時動作させることから、騒音も生じてしまう。

公知技術として、特許文献１には、商用電源の変動状況に応じて自動的にオンライン方式とオフライン方式とを切り替えることが開示されている。すなわち、特許文献１開示の無停電電源装置は、商用電源の電圧、周波数、位相、波形の異常が頻繁に発生すると判定した場合、または蓄電池の放電深度が低いと判定した場合には、オフライン方式からオンライン方式の動作に自動的に切り替える。また、商用電源異常が頻繁に発生しないと判定した場合、または蓄電池の放電深度が高いと判定した場合には、オンライン方式からオフラン方式に自動的に切り替える。
特開平１１−２５２９２６号公報

特許文献１に記載の技術は、あらかじめ設定した監視期間における商用電源の異常の発生回数が所定の基準回数より大きいか否かにより、動作モードを切り替えるものである。基準回数より大きい（異常発生頻度が高い）場合にはオンライン方式に、基準回数より小さい（異常発生頻度が低い）場合には、オフライン方式に切り替える。しかし、特許文献１に記載の技術では、負荷の要求している電源安定性とは無関係に、無停電電源装置で商用電源が異常か否かを判断することになる。このため、負荷側が比較的不安定な電源に対して許容できるようになっている場合でも、無停電電源装置が商用電源を異常であると判断すると、オフライン方式の選択はできないことになる。

本発明は、このような課題を解決し、より広範囲の商用電源でオンライン方式とオフライン方式との切り替えが可能な無停電電源装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、電源から供給される交流を直流に変換する整流器と、変換された直流を蓄える蓄電池と、直流を交流に変換するインバータと、電源から供給される交流の状態を検出し、その検出結果に応じて、通常時は電源から供給される交流を負荷に供給し、電源から供給される交流に障害がある場合にはインバータの出力を負荷に供給するオフライン方式の動作モードと、通常時を含めて常にインバータの出力を負荷に供給するオンライン方式の動作モードとのいずれかを選択する手段と、電源から供給される交流の状態に対して選択する手段が動作モードを選択するための基準値を可変に設定する手段とを有することを特徴とする無停電電源装置が提供される。

設定する手段は、電源から供給される交流の電圧および周波数に対してそれぞれ、複数の基準値のいずれかを設定することが望ましい。複数の基準値として、電源から供給される交流の電圧および周波数に対してそれぞれ複数段階の基準値を設けることができる。選択する手段は、電源から供給される交流の電圧および周波数の双方が、設定する手段により設定された基準値の範囲内であるとき、動作モードとしてオフライン方式を選択することが望ましい。

選択する手段の動作をスイッチにより設定するスイッチ設定回路を有し、このスイッチ設定回路は、設定する手段として基準値が設定されると共に、選択する手段の動作モードをオフライン方式あるいはオンライン方式の一方に固定する選択ができる構成とすることができる。この場合、基準値の設定は、選択する手段の動作モードがオフライン方式とオンライン方式のいずれにも固定されていないときに有効となるようにすることができる。

選択する手段は、スイッチ設定回路による動作モードの固定の設定がない場合に、外部からの通信によるオフライン方式の動作モードまたはオンライン方式の動作モードのいずれかに固定する指示を受け付けることができる。

本発明によれば、電源から供給される交流の状態に対して動作モードを選択するための基準値を可変に設定できる。これにより、負荷側が比較的不安定な電源でも許容できる場合には、基準値を変更することで、オフライン方式の動作モードも選択できるようになる。すなわち、より広範囲の商用電源で、オンライン方式とオフライン方式との切り替えが可能となる。

［構成］
図１は本発明の実施の形態に係る無停電電源装置のブロック構成図である。この無停電電源装置１は、電源として商用電源２が接続され、負荷３に無停電で電力を供給する装置である。

無停電電源装置１は、商用電源２から供給される交流を直流に変換する整流器１１と、変換された直流を蓄える蓄電池１２と、直流を交流に変換するインバータ１３とを有する。また、無停電電源装置１は、商用電源２から供給される交流の状態を検出し、その検出結果に応じて、２つの動作モードを可能とする。すなわち、無停電電源装置１は、上述の検出結果に応じて、通常時は商用電源２から供給される交流を負荷３に供給し、商用電源２から供給される交流に障害がある場合にはインバータ１３の出力を負荷３に供給するオフライン方式の動作モードと、通常時を含めて常にインバータ１３の出力を負荷３に供給するオンライン方式の動作モードとのいずれかを選択する手段として、切替スイッチ１４および制御回路１５を有する。さらに、無停電電源装置１は、商用電源２から供給される交流の状態に対して切替スイッチ１４および制御回路１５が動作モードを選択するための基準値を可変に設定する手段として、スイッチ設定回路１９を有する。制御回路１５は、商用電源２から供給される交流の状態を検出する入力検出回路１６と、動作モードを選択して整流器１１、インバータ１３および切替スイッチ１４を制御する中央処理部（ＣＰＵ）１７と、通信インタフェース回路１８とを有する。

［動作］
整流器１１は、商用電源２から供給される交流を直流に変換し、蓄電池１２に蓄えると共に、インバータ１３に供給する。インバータ１３は、整流器１１または蓄電池１２からの直流を交流に変換する。切替スイッチ１４は、制御回路１５の指示により、商用電源２からの交流とインバータ１３の出力する交流とを切り替えて、一方の交流を負荷３に出力する。

制御回路１５内の入力検出回路１６は、商用電源２から供給される交流の状態を検出する。制御回路１５内の中央処理部１７は、入力検出回路１６の検出結果、スイッチ設定回路１９の設定、および通信インタフェース回路１８を経由しての外部通信端末３０からの設定に基づいて、動作モードを選択し、整流器１１、インバータ１３および切替スイッチ１４の動作を設定する。

制御回路１５が動作モードとしてオフライン方式を選択すると、中央処理部１７は、商用電源２から供給される電力をそのまま負荷３に供給するように切替スイッチ１４を設定する。また、オフライン方式の動作モード中に商用電源２からの電力に停電などの障害が発生した場合には、切替スイッチ１４をインバータ１３側に切り替え、蓄電池１２に蓄えられた直流電力をインバータ１３により交流に変換して、切替スイッチ１４を介して負荷３に供給する。

制御回路１５が動作モードとしてオンライン方式を選択した場合には、インバータ１３の出力が負荷３に供給するように切替スイッチ１４を設定する。オンライン方式の動作モードにおいて、商用電源２から正常に電力が供給されているときには、その電力を整流器１１により直流に変換し、その直流を蓄電池１２に蓄えると共にインバータ１３に供給する。オンライン方式の動作モード中に商用電源２からの電力に障害が発生した場合には、整流器１１からの直流出力が途絶えることになるが、インバータ１３は、蓄電池１２に蓄えられた直流電力を交流に変換して出力する。

スイッチ設定回路１９は、制御回路１５による動作モードの選択動作をスイッチにより設定する回路であり、手動により設定されるスイッチ群を有する。このスイッチ設定回路１９は、制御回路１５が動作モードを選択するための基準値が設定されると共に、制御回路１５が選択する動作モードをオフライン方式あるいはオンライン方式の一方に固定する設定ができる。スイッチ設定回路１９による基準値の設定は、制御回路１５が選択する動作モードがオフライン方式とオンライン方式のいずれにも固定されていないときに有効となる。以下、動作モードがオフライン方式に固定された状態をオフライン固定モード、オンライン方式に固定された状態をオンライン固定モード、いずれにも固定されていない状態を両モード切替モードという。

スイッチ設定回路１９には、両モード切替モードで利用される基準値として、商用電源２から供給される交流の電圧および周波数に対してそれぞれ、複数の基準値のいずれかを設定することができる。たとえば、電圧の基準値として、定格電圧に対して±５％、±１０％、±１５％の電圧レンジのいずれかを設定でき、周波数の基準値として、定格周波数に対して±５％、±３％、±１％の周波数レンジのいずれかを設定できるものとする。ここで、電圧の基準値と周波数の基準値とは任意に組み合わせることができるものとする。すなわち、３種類の電圧レンジと、３種類の周波数レンジを組み合わせることで、９種類の組み合わせを得ることができる。なお、これらの設定は、両モード切替モードのときに有効に働き、他のモードのときには意味をなさないものとなる。

また、この実施の形態では、制御回路１５は、スイッチ設定回路１５による動作モードの固定の設定がない場合に、外部からの通信によるオフライン方式の動作モードまたはオンライン方式の動作モードのいずれかに固定する指示を受け付けることができるものとする。すなわち、制御回路１５は、スイッチ設定回路１５の設定が両モード切替モードであるとき、外部通信端末２０からの通信インタフェース回路１８を介した設定がなされると、オンライン方式かオフライン方式かを選択して動作モードを固定できる。通信による設定によってオンライン固定としたり、オフライン固定とした場合は、その後、通信が遮断するまで、２つの動作モードを自動的に選択する設定はできないこととされている。

［動作モードの選択］
図２は中央処理部１７による動作モード選択のフローチャートである。

中央処理部１７は、スイッチ設定回路１９で動作モードがオンライン方式での固定に設定されている場合（ステップＳ１でＹ）には、無停電電源装置１の動作モードをオンライン方式に固定する。また、スイッチ設定回路１９で動作モードがオフライン方式での固定に設定されている場合（ステップＳ１でＮ、ステップＳ２でＹ）には、中央処理部１７は無停電電源装置１の動作モードをオフライン方式に固定する。

スイッチ設定回路１９で両モード切替モードとされている場合（ステップＳ１、Ｓ２で共にＮ）、外部通信端末２０から通信インタフェース回路１８を介して動作モードの設定があると（ステップＳ３で有）、その設定がオンライン方式で固定であれば（ステップＳ４でＹ）、無停電電源装置１の動作モードをオンライン方式に固定する。ステップＳ４でＮの場合には、無停電電源装置１の動作モードをオフライン方式に固定する。

スイッチ設定回路１９で両モード切替モードに設定されていて、外部通信端末２０からは動作モードの固定の設定がない場合（ステップＳ１、Ｓ２で共にＮ、ステップＳ３で無）には、中央処理部１７は、無停電電源装置１の動作モードとしてオンライン方式とオフライン方式とを自動的に選択するモードとなる。このモードとなると、入力検出回路１６の検出結果を取り込み（ステップＳ５）、商用電源２から供給される交流の電圧と周波数を検出する（ステップＳ６、Ｓ７）。これらの値がそれぞれスイッチ設定回路１９に設定された電圧レンジ、周波数レンジの範囲内か否かを判断し（ステップＳ８、Ｓ９）、電圧、周波数共に範囲内であれば（ステップＳ８、Ｓ９で共にＹ）、無停電電源装置１の動作モードとしてオフライン方式を選択する。電圧および周波数の一方、または双方が設定範囲外のとき（ステップＳ８、Ｓ９の少なくとも一方がＮ）には、中央処理部１７は動作モードとしてオンライン方式を選択する。

以上説明した無停電電源装置１は、商用電源２の異常を判断する基準値として、電圧と周波数を各３段階のレンジに分け、商用電源２の検出値の少なくとも１つが設定レンジを逸脱した場合にオンライン方式を選択し、商用電源２の検出値のいずれもが逸脱していない場合にはオフライン方式を選択する。商用電源２の電圧が特許文献１記載の技術において異常と判断されるレベルであっても、上述した無停電電源装置１の場合は、設定レンジである基準値の設定を変更することで、オフライン方式での動作が可能となる。また、特許文献１記載の技術は、商用電源は基本的に安定であるが時々異常レベルになるような場合を想定しており、商用電源が常に異常レベルになるような場合は想定していない。これに対し、上述した無停電電源装置１は、異常レベルを判断する基準値を可変に設定でき、かつ複数の基準値の組み合わせで異常レベルを判断するので、より広範囲な商用電源で、オンライン方式とオフライン方式との切替が可能である。

図３は図２に示すフローチャートの変形例である。上述の説明では、スイッチ設定回路１９の設定で両モード切替モードとなっている場合にのみ、外部通信端末２０から通信により動作モードを固定できるものとしているが、通信による設定を優先することもできる。すなわち、図３のフローチャートに示すように、図２に示すフローチャートのステップＳ３を、ステップＳ１、Ｓ２に先立って実行することもできる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、要旨を変更しない限り種々変更することができる。たとえば、以上の説明では、スイッチ設定回路１９でオフライン固定モードもオンライン固定モードも設定されていない状態を両モード切替モードとしたが、スイッチ設定回路１９に両モード切替モードを選択するためのスイッチを設けることもできる。その場合、そのスイッチで両モード切替モードが設定されたときには、動作モードを固定するスイッチが解除される構成とすることができる。また、両モード切替モード以外はオンライン固定モードあるいはオフライン固定モードの一方だけ設定可能な構成や、これらの固定モードへの設定が省略された構成とすることもできる。

動作モードを選択するための基準値としては、電圧および周波数に対して２段階あるいは４段階以上を設けることもできる。また、電圧と周波数だけでなく、位相や波形、ピーク電圧などに対して基準値を設けることもできる。また、逆に、電圧のみ、あるいは電流のみの基準値で動作モードを選択することもできる。さらに、電圧と周波数などの複数のパラメータに対して、一部のパラメータにのみ基準値を複数段階設け、他のパラメータには基準値を１段階とすることもできる。

本発明の実施の形態に係る無停電電源装置のブロック構成図である。 図１に示す無停電電源装置中の中央処理部による動作モード選択のフローチャートである。 図２に示すフローチャートの変形例である。

符号の説明

１ 無停電電源装置
２ 商用電源
３ 負荷
１１ 整流器
１２ 蓄電池
１３ インバータ
１４ 切替スイッチ（選択する手段の一部）
１５ 制御回路（選択する手段の一部）
１６ 入力検出回路
１７ 中央処理部
１８ 通信インタフェース回路
１９ スイッチ設定回路（設定する手段）
２０ 外部通信端末

Claims (7)

1. 電源から供給される交流を直流に変換する整流器と、
   変換された直流を蓄える蓄電池と、
   直流を交流に変換するインバータと、
   上記電源から供給される交流の状態を検出し、その検出結果に応じて、通常時は上記電源から供給される交流を負荷に供給し、上記電源から供給される交流に障害がある場合には上記インバータの出力を上記負荷に供給するオフライン方式の動作モードと、通常時を含めて常に上記インバータの出力を上記負荷に供給するオンライン方式の動作モードとのいずれかを選択する手段と、
   上記電源から供給される交流の状態に対して上記選択する手段が動作モードを選択するための基準値を可変に設定する手段と
   を有することを特徴とする無停電電源装置。
2. 請求項１記載の無停電電源装置において、前記設定する手段は、前記電源から供給される交流の電圧および周波数に対してそれぞれ、複数の基準値のいずれかを設定することを特徴とする無停電電源装置。
3. 請求項２記載の無停電電源装置において、前記複数の基準値として、前記電源から供給される交流の電圧および周波数に対してそれぞれ複数段階の基準値が設けられることを特徴とする無停電電源装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項記載の無停電電源装置において、前記選択する手段は、前記電源から供給される交流の電圧および周波数の双方が、前記設定する手段により設定された基準値の範囲内であるとき、動作モードとしてオフライン方式を選択することを特徴とする無停電電源装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項記載の無停電電源装置において、前記選択する手段の動作をスイッチにより設定するスイッチ設定回路を有し、このスイッチ設定回路は、前記設定する手段として前記基準値が設定されると共に、前記選択する手段の動作モードを前記オフライン方式あるいは前記オンライン方式の一方に固定する選択ができることを特徴とする無停電電源装置。
6. 請求項５記載の無停電電源装置において、前記基準値の設定は、前記選択する手段の動作モードが前記オフライン方式と前記オンライン方式のいずれにも固定されていないときに有効となることを特徴とする無停電電源装置。
7. 請求項５または６記載の無停電電源装置において、前記選択する手段は、前記スイッチ設定回路による動作モードの固定の設定がない場合でも、外部からの通信による前記オフライン方式の動作モードまたは前記オンライン方式の動作モードのいずれかに固定する指示を受け付けることを特徴とする無停電電源装置。

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