JPH0641357U - 無停電交流電力供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷の影響による商用電源電圧の波形歪みや
変動に影響されずに、真の電源異常を迅速に検出する。 【構成】 常時は商用電力を負荷へ給電し、商用電源の
出力異常時にはインバータ９による交流電力を負荷へ給
電する商用電源の出力異常検出手段を、商用電源電圧の
異常検出手段２５と負荷への出力電流の異常検出手段２
６とで構成し、両異常検出手段２５，２６が共に異常を
検出した場合に制御信号を出力して、負荷への給電を商
用電源からインバータ９に切換えるようにする。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、直流−交流インバータを商用電源と併用した無停電交流電力供給装 置における商用電源の出力異常検出手段の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

商用電源の電力を入力とし、常時はこの入力を整流して蓄電池を充電するとと もに、電子スイッチを通して商用電力を直接負荷へ給電し、商用電源の停電もし くは不具合発生時に前記蓄電池の直流電力をインバータによりＤＣ−ＡＣ変換し た交流電力を負荷へ給電する形式の無停電交流電力供給装置（以下、ＵＰＳと称 す）において、従来、前記商用電源の出力異常検出手段としては、商用電源の交 流電圧波形を比較波とし、ＵＰＳの制御回路で発生した基準正弦波の電圧波形を 基準波として、両者の瞬時値を比較する手段が用いられた。具体的には、上記そ れぞれの交流電圧波形を正弦波のままか、もしくは全波整流した上で、両者の間 に所定の許容誤差を設定し、比較波がこの許容誤差以上に低下すると商用電源の 出力以上として検出していた。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来の商用電源の出力異常検出手段では、商用電源が健全 であるにもかかわらず、給電される負荷の影響によりその交流電圧波形に歪みや 重畳ノイズ等が生じた場合、前記の基準波との許容誤差を維持することが困難に なる。特に、近時は負荷側の入力形態としてコンデンサインプット形の整流回路 が大半であり、その入力電流の波高値が実行値に対して２〜３倍に及ぶ歪波形の 場合、自己の波形に対して歪補正機能を持たない商用電源の交流電圧は、本来の 正弦波からそのピーク近辺をカットされたような波形となる［図５（Ａ）参照］ 。図５（Ｂ）は負荷電流の波形である。

【０００４】 この結果、商用電源の出力異常検出手段が誤動作したり、上記の正弦波ピーク 近辺のカット量が大きい歪波の場合は、常時、あるいは頻繁に出力異常検出手段 が動作して、ＵＰＳの給電系統の切換を繰り返し、蓄電池の過放電による劣化や バックアップ補償時間不足を引き起こす等の問題があった。

【０００５】 そこで、前記歪波の対策として前記の許容誤差を大きく設定する方法が考えら れるが、この場合、実際に商用電源出力に異常が発生した時の検出遅れが問題と なる。即ち、オンライン方式ＵＰＳの必要不可欠な機能として、商用電源の異常 発生時には無瞬断で給電系統を切換えることが要求される。許容誤差の拡大はこ の切換時間を遅らせることになり、その影響で負荷がシステムダウンする可能性 がある。

【０００６】 また、歪波の歪みの大きさは、接続された商用電源の容量に大きく作用され、 容量が小さいほど歪みは大きくなり、これらを考慮して許容誤差の拡大量を決定 することは困難である。従って、許容誤差の安易な拡大は極めて不適切な処置と いえる。

【０００７】 本考案の目的は、ＵＰＳの給電系統，切換機能の条件となる商用電源の状態監 視において、負荷の影響による商用電源電圧の波形歪みや変動に影響されず、し かも、停電や不具合の発生時には高速度で検出できる商用電源の出力異常検出手 段を備えた無停電交流電力供給装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するために、本考案は図１に示したように、商用電力を入力 とし常時は商用電力を電子スイッチ１０を通して負荷へ給電するとともに商用電 力の整流出力で蓄電池８を充電し、商用電源の出力異常時には前記蓄電池８の直 流電力をインバータ９により交流電力に変換して負荷へ給電する無停電交流電力 供給装置において、商用電源の出力異常検出手段を商用電源電圧の異常検出手段 ２５と負荷への出力電流の異常検出手段２６とにより構成した。そして、両異常 検出手段２５，２６が共に異常を検出した場合に制御信号を出力し、電子スイッ チ１０を制御するとともにインバータ９を駆動して負荷への給電を商用電源より 前記インバータ９に切換えるようにした。

【０００９】 商用電源電圧の異常検出手段２５は、商用電源電圧に位相同期した基準正弦波 電圧を入力とし、該基準正弦波電圧に所定の大きさの正・負の直流電圧をそれぞ れ加算重畳して商用電源電圧の比較波信号に対し所定の大小関係を持つ二つの参 照波信号を出力する加算器１５，１６と、商用電源電圧の比較波信号を二つの参 照波信号と比較して比較波信号の大きさが二つの参照波信号により規定される所 定の範囲を越えたとき、商用電源電圧の異常検出信号を出力する比較器１７，１ ８とを具備するように構成するとよい。

【００１０】 また、負荷への出力電流の異常検出手段２６は、負荷への出力電流の大きさを 検出する電流センサ１１と、所定の参照値を有する信号を出力する参照電圧発生 器２０と、前記電流センサ１１により検出した出力電流の大きさが参照値以下に 低下したとき前記出力電流の異常検出信号を出力する比較器２１とを具備するよ うに構成するとよい。

【００１１】

【作用】

本考案の無停電交流電力供給装置においては、負荷電流の影響により発生した 商用電源電圧の波形歪みや変動による電圧低下に影響されて誤動作することなく 、商用電源の実体に即した真の出力異常が適確に検出されて、負荷への給電系統 の切換が極めて良好に行われる。

【００１２】 そして、請求項２の手段においては、上記の商用電源の異常検出作用が高速度 で適確且つ良好に行われる。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図面を参照して説明する。まず、電源電圧に位相同期 した基準正弦波電圧（以下、基準電圧と称す）は図２に示す基準正弦波電圧発生 手段により発生させる。同図において、位相差検出回路３は、変圧器２を通して 降圧印加された商用電源電圧Ｓの比較波信号と、本手段の出力である基準電圧と の位相差及び両者の位相関係を検出してパルス数制御回路４へ出力する。このパ ルス数制御回路４では発振回路１から出力される基準クロックパルスに対して、 位相差に比例したパルス数を位相関係に応じて増減して、階段波形成回路５へ出 力する。この階段波形成回路５は、パルス数制御回路４でパルス数制御されたク ロックパルスに基づき、図３の（ア）〜（エ）で示した方形波を作り、これらを すべて加算して、図３の（オ）に示す階段波とする。（ア）の方形波と（イ）の 方形波、及び（ウ）の方形波と（エ）の方形波の位相差をπ／３にすれば、（オ ）の階段波は理論上、偶数調波及び３の倍数調波は含まず、フィルタ回路６によ り更に他の高調波を除去することにより、出力Ａに図３の（カ）に示す正弦波の 基準電圧が得られる。この基準電圧（カ）は、パルス数制御回路４により常に商 用電源電圧Ｓと位相同期するよう周波数制御される。

【００１４】 次に、本考案に係る商用電源の出力異常検出手段を備えたオンライン方式無停 電交流電力供給装置の実施例を図１を参照して説明する。同図において、Ｉは商 用電源電力の入力端、７は充電器、８は充電器７により浮動充電される蓄電池、 ９は蓄電池８の電力をＤＣ−ＡＣ変換して負荷へ給電するインバータである。１ ０は常時は商用電源電力を負荷へ通電し、商用電源の異常時にはオフする電子ス イッチ、１１は本装置から負荷へ流れる負荷電流の大きさを検出する電流センサ 、１２は本装置の出力端に接続された負荷である。

【００１５】 他方、図１のＡ点には図２に同符号で示した出力の基準電圧［図３の信号（カ ）］が入力され、Ｂ点には図２に同符号で示した出力が商用電源電圧の比較波信 号ｃとして入力される。１３は前述の許容誤差に見合う大きさの直流電流ｄを出 力する誤差対応電圧発生器、１４はこの直流電圧を負電圧−ｄにする反転器、１ ５及び１６はそれぞれ加算器である。加算器１５は図３の基準電圧信号（カ）に 上記の直流電圧ｄを加算して、図４，図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示す正弦波の 参照波信号ａを出力し、加算器１６は基準電圧（カ）に上記の負電圧−ｄを加算 して、前記各図に示す正弦波の参照波信号ｂを出力する。図４及び図５（Ａ）の ｄは許容誤差となる。１７及び１８はそれぞれ比較器であり、これらの比較器で 比較波信号ｃと参照波信号ａ，ｂとの大小関係を比較する。

【００１６】 図５の（Ａ）は、参照波信号ａ，ｂと比較波信号ｃの相互関係を示したもので 、商用電源の正常時には比較波信号ｃは参照波信号ａ，ｂの正弦波の中間に位置 する状態にある。そして商用電源の異常時には、比較波信号ｃの大きさが変動し て、図６（Ａ）に例示したように参照波信号ａ，ｂに挟まれた範囲を逸脱するよ うになる。かかる比較波信号ｃの異常変動により比較器１７又は１８から電源電 圧異常検出信号ｅが出力されてＯＲ回路１９を通し、ＡＮＤ回路２２へ入力され る。

【００１７】 他方、前述の電流センサ１１で検出された負荷電流の波高値ｉは参照電圧発生 器２０による所定の参照値ｊと比較器２１により比較することにより、その大き さを判別する。商用電源が健全である場合に比べて、停電や不具合の発生により 商用電圧が低下すると負荷電流の波高値ｉが低下する。そこで、上記の比較器２ １による比較結果が波高値ｉ＞参照値ｊであれば商用電源は健全であるものとし 、比較器２１からはＡＮＤ回路２２のＡＮＤ条件が成立する信号は出力されない 。この場合、ＡＮＤ回路２２の出力は０となり、否定回路２３を通した制御信号 ｈで電子スイッチ１０がオン状態を保持して、商用電源電力が負荷１２へ継続供 給され、インバータ９は動作しない。

【００１８】 これに対して、商用電源の異常で負荷電流の波高値ｉが低下して、比較器２１ による比較結果が波高値ｉ＜参照値ｊになると、比較器２１からＡＮＤ回路２２ のＡＮＤ条件を成立させる負荷電流異常検出信号ｆが出力される。これにより、 ＡＮＤ回路２２より制御信号ｇが出力されてインバータ９が起動され、インバー タ出力が負荷１２へ供給されるようになるとともに、否定回路２３の出力信号が ０となって電子スイッチ１０がオフにされ、商用電源よりの給電は停止される。 図６の（Ｂ）〜（Ｆ）はそれぞれ前述の負荷電流波高値ｉ，参照値ｊ，異常検出 信号ｅ，ｆ及び制御信号ｇ，ｈの各信号波形を示したものである。

【００１９】

【考案の効果】

以上述べたように、本考案の無停電交流電力供給装置によれば、常時、負荷へ 給電する商用電源の出力異常検出手段を、商用電源電圧の異常検出手段と負荷へ の出力電流の異常検出手段とにより構成し、両異常検出手段が共に異常を検出し た場合に制御信号を出力して、負荷への給電を商用電源よりインバータに切換え るようにしたので、単に商用電源電圧の低下検出のみで商用電源の異常を検出し ていた従来の検出手段に比し、負荷電流の影響により発生した商用電源電圧の波 形歪みや変動による電圧低下に影響されずに、停電や不具合の発生等の商用電源 の真の出力異常を適確に検出できて、負荷への給電系統の切換を極めて良好に行 うことができる。

【００２０】 以上により、商用電源の出力異常検出の誤動作が有効に防止され、蓄電池の過 放電による劣化やバックアップ補償時間不足を引き起こす等の問題を防止するこ とができる。

【００２１】 また、請求項２の考案によれば、商用電源の異常検出を高速度で適確且つ良好 に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案の実施例の概要を示すブロック図であ
る。

【図２】本考案における基準正弦波電圧発生手段の構成
例を示すブロック図である。

【図３】（ア）〜（カ）は基準正弦波電圧発生手段の動
作を説明するための信号波形図である。

【図４】商用電源電圧の異常検出に用いる二つの参照波
信号の波形図である。

【図５】（Ａ）及び（Ｂ）は負荷電流による商用電源電
圧の波形歪を示す信号波形図である。

【図６】（Ａ）〜（Ｆ）は図１の実施例の動作を説明す
るための信号波形図である。

【符号の説明】

７ 充電器 ８ 蓄電池 ９ インバータ １０ 電子スイッチ １１ 電流センサ １２ 負荷 １３ 誤差対応電圧発生器 １４ 反転器 １５，１６ 加算器 １７，１８，２１ 比較器 ２０ 参照電圧発生器 ２３ 否定回路 ２５ 商用電源電圧の異常検出手段 ２６ 負荷への出力電流の異常検出手段

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 商用電力を入力とし常時は商用電力を電
   子スイッチを通して負荷へ給電するとともに商用電力の
   整流出力で蓄電池を充電し、商用電源の出力異常時には
   前記蓄電池の直流電力をインバータにより交流電力に変
   換して負荷へ給電する無停電交流電力供給装置におい
   て、 商用電源の出力異常検出手段を商用電源電圧の異常検出
   手段と負荷への出力電流の異常検出手段とから構成し、 前記両異常検出手段が共に異常を検出した場合に制御信
   号を出力して、前記電子スイッチを制御するとともに前
   記インバータを駆動して負荷への給電を商用電源から前
   記インバータに切換えるようにしたことを特徴とする無
   停電交流電力供給装置。
2. 【請求項２】 商用電源電圧の異常検出手段は、 商用電源電圧に位相同期した基準正弦波電圧を入力と
   し、 該基準正弦波電圧に所定の大きさの正・負の直流電圧を
   それぞれ加算重畳して商用電源電圧の比較波信号に対し
   所定の大小関係を持つ二つの参照波信号を出力する加算
   器と、 前記商用電源電圧の比較波信号を前記二つの参照波信号
   と比較して前記比較波信号の大きさが前記二つの参照波
   信号により規定される所定の範囲を越えたとき、商用電
   源電圧の異常検出信号を出力する比較器とを具備してな
   り、 負荷への出力電流の異常検出手段は、 負荷への出力電流の大きさを検出する電流センサと、 所定の参照値を有する信号を出力する参照電圧発生器
   と、 前記電流センサにより検出した前記出力電流の大きさが
   前記参照値以下に低下したとき前記出力電流の異常検出
   信号を出力する比較器とを具備してなる請求項１に記載
   の無停電交流電力供給装置。