JP2002027684A - 無停電電源システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 無停電電源装置が故障しても、短時間で給電
に復旧でき、無停電電源装置の修理に要する時間内のバ
イパス電源の停電による負荷の停止の危険を小さくする
ことができる無停電電源システムを得る。 【解決手段】 無停電の交流電力を出力する２台の無停
電電源装置２ａ，２ｂと、無停電電源装置の故障時に無
瞬断でバイパス電源３ａ，３ｂに切り換える２組の切換
回路４ａ，４ｂと、２組の切換回路の出力を開閉するス
イッチ６０１ａ，６０１ｂ，６０２ａ，６０２ｂとを備
え、これらスイッチにより、２組の切換回路と２組の負
荷との接続を選択する。また、２台の無停電電源装置の
出力を開閉するスイッチを備え、無停電電源装置の単機
運転または並列運転のいずれかを選択する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、無停電電源装置
（ＵＰＳ：Uninterruptible Power Supply）の出力を無
瞬断でバイパス電源に切り換える無停電電源システムに
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は、例えば文献「半導体交流無停電
電源システム用スイッチ」（電気学会電気規格調査会、
１９９１年１２月２５日、第１版第１刷発行）に示され
た従来の無停電電源システムを示す構成図である。図７
において、１は交流入力、２は図示しない蓄電池等の直
流電源を備え無停電の交流電力を出力する無停電電源装
置、３はバイパス電源、４はこのバイパス電源と無停電
電源装置２の出力とを無瞬断で切り換える切換回路であ
り、この切換回路４は、機械式スイッチ４０１，４０２
と、機械式スイッチ４０２に並列接続された半導体スイ
ッチ４０３と、制御回路４０４と、リレー回路４０５と
を備えている。５は、切換回路４の出力を受ける重要度
の高いコンピュータ等の負荷である。

【０００３】次に動作について説明する。図７におい
て、無停電電源装置２は、交流入力１により安定した交
流電力を出力すると共に、図示しない蓄電池を充電し交
流入力１の停電に備える。停電時は、蓄電池からの直流
電力を変換して交流電力を出力する。切換回路４は、通
常は無停電電源装置２の出力を負荷５に給電し、無停電
電源装置２の故障等の際には、制御回路４０４により、
故障等を検出してリレー回路４０５を動作させ、スイッ
チ４０１と４０２を切換制御することで、無瞬断でバイ
パス電源３からの給電に切り換える機能を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来の無停電電源シス
テムは以上のように構成されているので、万一、無停電
電源装置２が故障してバイパス電源３からの給電になる
と、無停電電源装置２を修理し復旧するまでの時間は無
停電機能が喪失する。バイパス電源３には、通常は商用
電源が使用されるので、ある確率で停電する可能性があ
る。このため、バイパス電源３からの給電中に停電が発
生すると、負荷が停止するという問題点があった。ま
た、同期制御が故障すると、無停電電源装置２の出力と
バイパス電源３との無瞬断切換ができなくなり、この時
に、万一、無停電電源装置２が故障すれば瞬断切換が発
生して負荷が停止する等の問題点があった。

【０００５】この発明は前記のような課題を解決するた
めになされたものであり、万一、無停電電源装置が故障
しても、短時間で無停電電源装置よりの給電に復旧で
き、無停電電源装置の修理に要する時間内のバイパス電
源の停電による負荷の停止の危険を小さくすることがで
きる無停電電源システムを得ることを目的とする。ま
た、同期制御の故障に対しても無瞬断切換を可能にする
ことができる無停電電源システムを得ることを目的とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係る無停電電
源システムは、無停電の交流電力を出力する２台の無停
電電源装置と、無停電電源装置の故障時に無瞬断でバイ
パス電源に切り換える２組の切換回路と、前記２組の切
換回路の出力を開閉するスイッチとを備えたものであ
る。

【０００７】また、前記２組の切換回路の出力を開閉す
るスイッチは、２組の切換回路と２組の負荷との接続を
選択することを特徴とするものである。

【０００８】また、前記２台の無停電電源装置の出力を
開閉するスイッチをさらに備えたことを特徴とするもの
である。

【０００９】また、前記２台の無停電電源装置の出力を
開閉するスイッチは、無停電電源装置の単機運転または
並列運転のいずれかを選択することを特徴とするもので
ある。

【００１０】また、前記２組の切換回路は、バイパス電
源との同期制御等を行う制御回路をそれぞれ備え、２台
の無停電電源装置に共通の制御信号を送出することを特
徴とするものである。

【００１１】また、前記各制御回路は、リレー回路を備
え、リレー回路の出力により２台の無停電電源装置に送
出する共通の制御信号を選択することを特徴とするもの
である。

【００１２】また、前記各制御回路は、前記２組の制御
回路の内選択されている一方が故障したときに他方に切
り換えて無停電電源装置に共通の制御信号を送出するこ
とを特徴とするものである。

【００１３】さらに、前記各制御回路は、互いに他方の
制御回路の正常動作を監視し、正常動作信号の喪失によ
り他方の制御回路の故障を検知することを特徴とするも
のである。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、この発
明の実施の形態１に係る無停電電源システムの構成を示
すブロック図である。図１において、１ａ，１ｂは交流
入力、２ａ，２ｂは図示しない蓄電池等の直流電源を備
えてなる交流電力を出力する無停電電源装置、３ａ，３
ｂはバイパス電源、４ａ，４ｂはバイパス電源３ａ，３
ｂと無停電電源装置２ａ，２ｂの出力を無瞬断で切り換
える切換回路であり、この切換回路４ａ，４ｂには、切
換回路４ａを例にすると、機械式スイッチ４０１ａ，４
０２ａと、機械式スイッチ４０２ａに並列接続された半
導体スイッチ４０３ａと、制御回路４０４ａと、リレー
回路４０５ａとを備えている。切換回路４ｂにも同様な
構成を備えている。５ａ，５ｂは切換回路４ａ，４ｂの
出力を受ける重要度の高いコンピュータ等の負荷であ
る。６０１ａ，６０２ａと６０１ｂ，６０２ｂは２組の
切換回路４ａ，４ｂの出力を開閉する機械式スイッチを
示し、機械式スイッチ６０１ａ，６０２ａは、切換回路
４ａまたは切換回路４ｂの出力を選択して負荷５ａへ給
電し、機械式スイッチ６０１ｂ，６０２ｂは、同様に切
換回路４ａまたは切換回路４ｂの出力を選択して負荷５
ｂへ給電する。

【００１５】次に動作について説明する。通常、無停電
電源装置２ａは、切換回路４ａ、スイッチ６０１ａを通
して負荷５ａへ給電する。万一、無停電電源装置２ａが
故障すると、切換回路４ａにより自動的にバイパス電源
３ａから負荷５ａに給電する。すなわち、切換回路４ａ
において、制御回路４０４ａにより、無停電電源装置２
ａの故障が検出されると、リレー回路４０５ａを動作さ
せて、スイッチ４０１ａ、４０２ａを切り換えて、負荷
５ａへの給電を無停電電源装置２ａからバイパス電源３
ａに切り換える。無停電電源装置２ｂ、切換回路４ｂ、
負荷５ｂも、無停電電源装置２ａ、切換回路４ａ、負荷
５ａの関係と同様である。

【００１６】無停電電源装置２ａおよび無停電電源装置
２ｂの出力容量を、負荷５ａと負荷５ｂの合計容量以上
に選定しておくことにより、一方の無停電電源装置が故
障した場合に、スイッチ６０２ａもしくは６０２ｂを通
して他方の無停電電源装置から負荷へと給電できる。こ
の場合、バイパス電源３ａ，３ｂに、共通の電源または
同じ電圧、位相の電源を用いることにより、スイッチ６
０１ａ，６０２ｂによる負荷５ａへの給電切換を無瞬断
で行うことができる。同様に、スイッチ６０１ｂ，６０
２ｂによる負荷５ｂへの給電切換を無瞬断で行うことが
できる。すなわち、スイッチ６０１ａ，６０２ｂと６０
１ｂ，６０２ｂにより、２組の切換回路４ａ，４ｂと２
組の負荷５ａ，５ｂとの接続を任意に選択切換できる。

【００１７】以上のように、実施の形態１によれば、無
停電電源システムを２重化し、給電切換のためのスイッ
チを設けたので、一方の無停電電源装置が故障した場合
に、負荷への給電を無瞬断で短時間の内に他方の無停電
電源装置からの給電に切り換えることが可能である。こ
れにより、無停電電源装置の修理に要する時間内のバイ
パス電源の停電による負荷の停止の危険を非常に小さく
することが可能となる。

【００１８】実施の形態２．上述した実施の形態１で
は、２組の無停電電源システム２ａ，２ｂをスイッチ６
０１ａ，６０２ａ，６０１ｂ，６０２ｂにより相互にバ
ックアップする場合について述べたが、図２に示すよう
に、無停電電源装置２ａ，２ｂの出力を開閉するスイッ
チ７０１ａ，７０１ｂ，７０２ａ，７０２ｂと、同期制
御信号を選択するスイッチ４０６ａ，４０６ｂ，４０７
ａ，４０７ｂを設け、無停電電源装置２ａと無停電電源
装置２ｂとを単機運転または並列運転のいずれかを選択
することも可能である。なお、図２において、その他の
構成は図１に示す実施の形態１と同様である。

【００１９】このようにしてなる図２に示す実施の形態
２に係る構成によれば、図３に示すような各種の運用方
式が選択可能になり、システムの信頼性を向上すること
ができる。また、切換回路４ａ，４ｂの点検ににおいて
も、無停電電源装置２ａ，２ｂは並列冗長運転のまま、
片系ずつ切換回路を点検することが可能になる。以下、
図３に示す各種の運用方式に従う各実施の形態について
説明する。

【００２０】実施の形態３．図３の方式イに示す運用に
ついて説明する。図２において、スイッチ７０２ａ，７
０２ｂを開として無停電電源装置２ａ，２ｂは単機運転
を行う。また、スイッチ６０２ａ，６０２ｂを開として
切換回路４ａは負荷５ａへ、切換回路４ｂは負荷５ｂへ
と給電する。この実施の形態３では、無停電電源装置の
一方が故障によりバイパス給電となった場合やシステム
の点検を一方ずつ行う時に、スイッチ６０１ａと６０２
ａまたは６０１ｂと６０２ｂの切換により、短時間の内
に、無瞬断で負荷を他方の無停電電源装置へ移し換える
ことを可能とすることができる。

【００２１】実施の形態４．図３の方式ロに示す運用に
ついて説明する。スイッチ７０２ａ，７０２ｂを開とし
て無停電電源装置は単機運転を行う。そして、スイッチ
６０２ａ，６０２ｂを閉として負荷５ａ、負荷５ｂの両
方に切換回路４ａまたは切換回路４ｂのいずれかより給
電する。例えば通常は無停電電源装置２ａ、切換回路４
ａより給電し、無停電電源装置２ｂ、切換回路４ｂは待
機状態とする。この時、無停電電源装置２ａの故障によ
り切換回路４ａがバイパス給電となった場合や、無停電
電源装置２ａ、切換回路４ａの点検を行う時に、スイッ
チ６０１ａと６０２ｂとの切換により、短時間の内に無
瞬断で負荷を切換回路４ｂに移し換えることを可能とす
るものである。この実施の形態４では、一方の無停電電
源装置と切換回路が共に待機しているため、点検を行う
場合に際し、無停電電源装置と切換回路とを組み合わせ
て試験を行うことができるという特長がある。

【００２２】実施の形態５．図３の方式ハに示す運用に
ついて説明する。スイッチ７０２ａ，７０２ｂを閉とし
で無停電電源装置は並列運転を行う。この場合、スイッ
チ４０７ａ，４０７ｂを閉として各無停電電源装置に共
通の制御信号を送信し並列運転を妨げないようにする。
そして、スイッチ６０２ａ，６０２ｂを開として切換回
路４ａは負荷５ａへ、切換回路４ｂは負荷５ｂへと給電
する。無停電電源装置は並列運転しているので、１台の
故障では残りの健全な無停電電源装置で給電が可能であ
り、バイパス給電となることはない。但し、負荷側に過
電流が発生した場合等で無停電電源装置が給電を継続で
きなくなった時には、切換回路４ａ、切換回路４ｂとも
バイパス給電となる。

【００２３】この実施の形態５においては、切換回路の
スイッチ４０１ａ，４０１ｂを強制遮断能力を有する半
導体スイッチ等の高速スイッチとすれば、一方の負荷側
の過電流が他方に波及することをなくすことができ、当
該の切換回路のみがバイパス給電となるようにすること
ができる。また、制御信号はスイッチ４０６ａ，４０６
ｂにより選択された一方の信号が無停電電源装置に送信
されるが、制御回路が故障すると、他方へと自動的に切
り換えることができる。以上のようにして、無停電電源
装置は並列冗長運転されると共に、切換制御回路は２重
化され、信頼性が高いシステムとすることができる。

【００２４】実施の形態６．図３の方式二に示す運用に
ついて説明する。スイッチ７０２ａ，７０２ｂを閉とし
て無停電電源装置は並列運転を行う。スイッチ４０７
ａ，４０７ｂも閉とする。スイッチ６０２ａ，６０２ｂ
を閉として負荷５ａ，負荷５ｂの両方に切換回路４ａま
たは切換回路４ｂのいずれかより給電する。例えば通常
は切換回路４ａより給電し、切換回路４ｂは待機状態と
する。切換回路４ａの点検を行う時に、スイッチ６０１
ａと６０２ｂとの切換により負荷を無瞬断で切換回路４
ｂに移し換えることを可能とするものである。また、制
御信号は、通常スイッチ４０６ａ，４０６ｂにより切換
回路４ａ側の信号が選択され無停電電源装置に送信され
るが、制御回路が故障すると切換回路４ｂ側へと自動的
に切り換える。

【００２５】この実施の形態６の場合も、無停電電源装
置は並列冗長運転しているので、１台の無停電電源装置
の故障では残りの健全な無停電電源装置で給電が継続さ
れ、バイパス給電となることはないため無停電電源装置
給電に復旧する時間が不要となる。

【００２６】実施の形態７．図３の方式ホに示す運用に
ついて説明する。スイッチ７０２ａ，７０２ｂを閉とし
て無停電電源装置は並列運転を行う。スイッチ４０７
ａ，４０７ｂも閉とする。スイッチ６０１ａ，６０１
ｂ，６０２ａ，６０２ｂを閉として負荷５ａ，負荷５ｂ
の両方に切換回路４ａ及び切換回路４ｂの両方で給電す
る。このように無停電電源装置、切換回路共に並列運転
を行う。この場合、一方の切換回路がバイパス給電とな
った場合、他方の切換回路もバイパス給電となるように
する必要がある。さもなければ、一方が無停電電源装置
からの給電、他方がバイパス電源からの給電となり、結
果的に、無停電電源装置が過電流を検出してバイパス給
電となる。また、制御信号は、スイッチ４０６ａ，４０
６ｂにより一方の信号が選択されて無停電電源装置に送
信されるが、制御回路が故障すると他方の信号へと自動
的に切り換える。

【００２７】この実施の形態７の場合も、無停電電源装
置は並列冗長運転しているので、１台の故障では残りの
健全な無停電電源装置で給電が可能であり、バイパス給
電となることはない。この方式の特長は、切換回路のス
イッチ４０１ａ，４０１ｂ，４０２ａ，４０２ｂのオー
プンモードの故障に対して２重化が図れることにある。

【００２８】実施の形態８．上述した実施の形態５〜７
で示したシステムに適用できる切換制御信号の選択方式
を図４に基づいて説明する。制御回路４０４ａ，４０４
ｂの制御信号の主たるものは同期制御信号であり、この
信号に基づいて無停電電源装置２ａ，２ｂはバイパス電
源と電圧の同期をとって運転し、万一のバイパス電源へ
の自動切り換えに備えている。同期制御信号は、無停電
電源装置の並列運転制御を妨げないように共通の信号を
無停電電源装置に送信している。この制御信号の選択
は、操作スイッチ８０１ａ，８０１ｂにより行われ、任
意に選択が可能である。運用されている一方の制御回路
が何らかの原因で自動的に休止となった場合には、リレ
ー回路４０５ａ，４０５ｂの信号授受により検知し、残
りの制御回路に自動的に切り換える。この場合に両者が
同時に選択され、制御回路の故障の原因とならぬように
信号選択のリレー４１１ａ，４１１ｂのコイル回路に互
いのＢ接点４１１ｂ２，４１１ａ２を設けている。

【００２９】以上のように、実施の形態８によれば、無
停電電源装置は安定に並列運転を行うことができるとと
もに、一方の制御回路が休止した場合にも他方の制御回
路が自動的にバックアップするので信頼性の高い無停電
電源システムを実現することができる。

【００３０】実施の形態９．実施の形態８で示した切換
制御信号の選択方式では、両方の切換回路に信号選択の
リレーを設ける場合について述べたが、図５に示すよう
に、片方の切換回路にのみリレーを設けてもよい。図５
では、切換回路４ａにリレー４１１を設け、リレー４１
１のＡ接点で制御回路Ａ４０４ａの信号を選択し、リレ
ー４１１のＢ接点で制御回路Ｂ４０４ｂの信号を選択し
て無停電電源装置に共通信号として送信する。この場
合、運用、休止の選択スイッチは、切換回路４ａのみに
設ければよく、切換制御信号の選択回路がシンプルに構
成できる。また、同じリレーのＡ接点とＢ接点とで選択
するので、両者が同時に選択されることもない。リレー
回路の故障や制御電源の喪失に対しても制御回路Ｂ４０
４ｂでのバックアップが可能である。

【００３１】実施の形態１０．実施の形態８で示した切
換制御信号の選択方式においてリレーコイルの断線及び
リレー回路の異常を検知する方法を図６に示す。制御信
号の数がリレーの接点数より多い場合には、複数のリレ
ーを使用せざるを得ない。その場合に、どのリレーコイ
ルが断線しても他方の制御信号に切り換えるために、各
リレーのＡ接点をリレー回路にフィードバックし、リレ
ー回路からは他方のリレー回路に正常であるという信号
を送出している。リレー回路は、自己が選択されていな
い時に相手の正常信号喪失すれば自動的に自己の制御回
路を選択するように動作させる。

【００３２】このように構成することにより、いずれか
一方の制御信号を優先することなく、任意に信号を選択
できるとともに、リレーコイルの断線、リレー回路の故
障、制御電源の喪失のいずれの場合にも他系の制御回路
へ切り換えることが可能になる。

【００３３】

【発明の効果】以上のように、この発明によれば、無停
電電源システムを２重化し、給電切換のための２組の切
換回路の出力を開閉するスイッチを設けたので、一方の
無停電電源装置が故障した場合に、負荷への給電を無瞬
断で短時間の内に他方の無停電電源装置からの給電に切
り換えることができ、無停電電源装置の修理に要する時
間内のバイパス電源の停電による負荷の停止の危険を小
さくすることができる。

【００３４】また、２組の切換回路の出力を開閉するス
イッチにより、２組の切換回路と２組の負荷との接続を
任意に選択することができる。

【００３５】また、２台の無停電電源装置の出力を開閉
するスイッチをさらに備えることで、２台の無停電電源
装置を並列冗長運転したまま、片系ずつ切換回路を点検
することができる。

【００３６】また、２台の無停電電源装置の出力を開閉
するスイッチにより、無停電電源装置の単機運転または
並列運転のいずれかを選択することができる。

【００３７】また、２組の切換回路に、バイパス電源と
の同期制御等を行う制御回路をそれぞれ備え、２台の無
停電電源装置に共通の制御信号を送出して同期制御を行
うことができる。

【００３８】また、各制御回路は、リレー回路を備え、
リレー回路の出力により２台の無停電電源装置に送出す
る共通の制御信号を選択することができる。

【００３９】また、各制御回路は、前記２組の制御回路
の内選択されている一方が故障したときに他方に切り換
えて無停電電源装置に共通の制御信号を送出することが
できる。

【００４０】さらに、各制御回路は、互いに他方の制御
回路の正常動作を監視し、正常動作信号の喪失により他
方の制御回路の故障を検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１を示す無停電電源シ
ステムの構成図である。

【図２】 この発明の実施の形態２を示す無停電電源シ
ステムの構成図である。

【図３】 この発明の実施の形態３〜７の５つの異なる
運用方式を示す比較表である。

【図４】 この発明の実施の形態８を示す制御信号の切
換回路の構成図である。

【図５】 この発明の実施の形態９を示す制御信号の切
換回路の構成図である。

【図６】 この発明の実施の形態１０を示す制御信号の
切換回路の構成図である。

【図７】 従来例を示す無停電電源システムの構成図で
ある。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ 交流入力、２ａ，２ｂ 無停電電源装置、
３ａ，３ｂ バイパス電源、４ａ，４ｂ 切換回路、５
ａ，５ｂ 負荷、４０１ａ，４０１ｂ，４０２ａ，４０
２ｂ 無停電電源装置とバイパス電源を切り換えるスイ
ッチ、４０４ａ，４０４ｂ 制御回路、４０５ａ，４０
５ｂ リレー回路、４０６ａ，４０６ｂ，４０７ａ，４
０７ｂ 同期信号選択用スイッチ、４１１ａ・・・４１
ｎａ，４１１ｂ・・・４１ｎｂ リレー、６０１ａ，６
０１ｂ，６０２ａ，６０２ｂ ２組の切換回路の出力を
開閉するスイッチ、７０１ａ，７０１ｂ，７０２ａ，７
０２ｂ ２台の無停電電源装置の出力を開閉するスイッ
チ、８０１ａ，８０１ｂ，８０２ａ，８０２ｂ 操作ス
イッチ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 無停電の交流電力を出力する２台の無停
   電電源装置と、 無停電電源装置の故障時に無瞬断でバイパス電源に切り
   換える２組の切換回路と、 前記２組の切換回路の出力を開閉するスイッチとを備え
   た無停電電源システム。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の無停電電源システムに
   おいて、 前記２組の切換回路の出力を開閉するスイッチは、２組
   の切換回路と２組の負荷との接続を選択することを特徴
   とする無停電電源システム。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の無停電電源シ
   ステムにおいて、 前記２台の無停電電源装置の出力を開閉するスイッチを
   さらに備えたことを特徴とする無停電電源システム。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の無停電電源システムに
   おいて、 前記２台の無停電電源装置の出力を開閉するスイッチ
   は、無停電電源装置の単機運転または並列運転のいずれ
   かを選択することを特徴とする無停電電源システム。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の無
   停電電源システムにおいて、 前記２組の切換回路は、バイパス電源との同期制御等を
   行う制御回路をそれぞれ備え、２台の無停電電源装置に
   共通の制御信号を送出することを特徴とする無停電電源
   システム。
6. 【請求項６】 請求項５に記載の無停電電源システムに
   おいて、 前記各制御回路は、リレー回路を備え、リレー回路の出
   力により２台の無停電電源装置に送出する共通の制御信
   号を選択することを特徴とする無停電電源システム。
7. 【請求項７】 請求項５に記載の無停電電源システムに
   おいて、 前記各制御回路は、前記２組の制御回路の内選択されて
   いる一方が故障したときに他方に切り換えて無停電電源
   装置に共通の制御信号を送出することを特徴とする無停
   電電源システム。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の無停電電源システムに
   おいて、 前記各制御回路は、互いに他方の制御回路の正常動作を
   監視し、正常動作信号の喪失により他方の制御回路の故
   障を検知することを特徴とする無停電電源システム。