無停電電源装置 インバータの構成

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無停電電源装置

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2023/10/22 05:18 UTC 版)

インバータの構成

商用の正弦波交流波形（紫）と、UPS出力の矩形波交流波形（黄）の比較

無停電電源装置のインバータで生成する波形は、正弦波・ステップ波・矩形波などがある。矩形波インバータのものは交流電動機を商用電源直結で利用する機器や、電源からのノイズに弱い機器、電源ユニットにPFC（力率改善回路）を搭載したパーソナルコンピュータには使用できない。

商用電源との同期

商用同期

常時商用電源に同期した交流を定電圧定周波数制御インバータで発生させるものである。インバータの機能が完全に失われた場合は、商用電源に無瞬断で切り替えることが可能である。従来は高炉排熱を利用した製鉄所の汽力発電所と電力会社との電力融通システム（売買電システム）に用いるものなどに必須であったが、近年では家庭用太陽光発電システム、燃料電池発電システムに用いるものなどにも必須になっている。

商用非同期

商用電源と無関係に定電圧・定周波数の交流を定電圧定周波数制御インバータで発生させるものである。回路構成が簡単で安価、短寿命の部品を少なくすることができることから長寿命である。パーソナルコンピュータや医療用モニタなどの小型の機器に用いられるようになってきている。

直流による電源供給

そもそも交流は変圧器（トランス）による変圧が容易であることから、広く用いられているのであるが、需要機器の多くは実際には直流需要機器である。これらの機器内部、もしくはACアダプタの内部では交流を直流に変換して用いており、ここで電力損失が生じる。また従来の交流入出力無停電電源装置では交流→直流→交流と変換を行うため、同様に電力損失が大きくなり、変換段数が多い分、装置も大型となる。そこで近年、直流を直接機器へ供給する方式が見直され、非常に多くの機器を取り扱う大型データセンターなどでは交流入力直流出力無停電装置が広く使われるようになってきている。

直流給電の持つ優位性は古くから知られており、交流入力直流出力無停電装置は回転型、静止型のいずれも古くからある。静止型についてみると、過去、小規模でも重要な無線設備などには固体化、すなわち機器が半導体素子によって構成され、低電圧動作となった時点で、バッテリーフロート方式が採用され、商用交流をトランスで降圧、ダイオードで整流して（初期は主にセレン整流器）、鉛蓄電池あるいはアルカリ蓄電池を充電、この蓄電池端子から無線機器への直流無停電給電がなされた。これは現在のものと基本的に同じ構造である。過去のものとの違いは、トランスとダイオードの構成部分を、効率のよいスイッチングレギュレータに代えていること、より効率のよい二次電池を使用していることぐらいである。すなわち直流無停電給電への「回帰」は、需要機器の進歩により消費電力が抑えられ、必要な蓄電容量、すなわち施設内で二次電池の占める容積が抑えられるようになったことが最大の理由である。このため従来、ごく一部の重要無線局などに適用されてきた直流無停電給電システムは今後、事業ベースでは広く一般に展開される方向にある。

例えば携帯電話基地局の場合、従来は無線設備から付帯設備に至るまで全て交流需要機器であったが、1998年頃を境に、ほとんどが直流需要機器とされた。これにより、各機器内での交流 - 直流変換が不要になり、一層の省電力化と大幅な設備小型化（容積でおよそ1/3）が実現された。また太陽電池を利用し、商用電力を必要としない設備などでは全て直流需要機器によって構成されるようになっている。