〔日本機械工業連合会会長賞〕 トランスレス直並列変換方式ミニUPS

〔日本機械工業連合会会長賞〕
トランスレス直並列変換方式ミニＵＰＳ
(デュアルコンバージョン方式ＧＸシリーズ)
富士電機ホールディングス株式会社
東京都千代田区
1.
機器の概要
ＵＰＳ(無停電電源装置、Uninterruptible Power System)の回路は、交流電力を
直流に変える電源側コンバータ(整流器)や、直流電力を交流電力に変えるインバー
タ、電力を蓄えるバッテリなどから成り立っている。これらは、いざ停電が発生し
たとき瞬時にバックアップできるように、運転または待機しているが、特に「常時
インバータ給電方式」ＵＰＳでは、コンバータでＡＣ→ＤＣ、インバータでＤＣ→
ＡＣに常時変換しているため、電力ロスが比較的大きく、総合効率(AC-AC 変換効率)
は、(小容量ＵＰＳの場合、)約 85％程度となる。効率が良い「常時商用給電方式」
ＵＰＳもあるが、停電時のバックアップ切換えの際に若干の瞬断が発生するなど、
出力安定性の面で劣り、使用場面は限られる。
今回開発したＵＰＳの新回路方式である「デュアルコンバージョン方式」は、従
来の「常時インバータ給電方式」と同等の性能(出力安定性)を持ちながら、高効率
を実現し、総合効率は、
95％以上になる。従来の常時
インバータとくらべるとそ
の電力ロスは約３分の１以
下に改善されることになり、
その省エネルギー効果は極
めて大きい。
写真 1 ＧＸシリーズ 700VA∼3000VA
(上段：自立タイプ、下段：ラックマウントタイプ)
図 1 従来の回路方式
常時インバータ給電方式
常時商用給電方式
常時
交流入力
常時
整流器
インバータ
充電器
交流入力
交流出力
インバータ
負 荷
交流出力
スイッチ
負 荷
バッテリ
バッテリ
停電時
停電時
常時商用給電方式
常時
交流入力
VR
充電器
交流出力
インバータ
バッテリ
負 荷
スイッチ
停電時
ラインインタラクティブ方式
2.
2.1
機器の技術的特徴および効果
技術的特徴
(1) 技術の独創性
従来と異なる発想の変換方式の採用した。従来(常時インバータ給電方式)は整
流器により直流に変換した後、インバータで交流に変換して負荷へ電力を供給す
るが、本製品は、電源電圧を利用して、過不足分だけを補償し負荷へ電力を供給
する。さらに、このシステムを重たく大きな変圧器を用いずに実現している。こ
れにより、高い変換効率（少ない損失）をもつ小形・軽量ＵＰＳを実現した。
図 2 デュアルコンバージョン方式の回路図
デュアルコンバージョン方式
① 直列コンバータ
ＰＷＭ制御により出力電圧を制御し、常に安定した電圧を出力する。
バッテリへは常時浮動充電を行ない、停電時も無瞬断でバックアップする。
② 並列コンバータ
入力電圧変動時は、並列コンバータより不足分のエネルギーを送り込む(過
剰なときは回生する)
(2) 省エネルギー性
従来の常時インバータ給電方式に比べて、8 ポイント以上の効率改善効果(87%→
95%)がある。これは、700VA の装置で年間約 380kWh である。容量毎の変換効率比較
と改善効果を下表に示す。
容量
700VA
1400VA
3000VA
従来方式
の効率
87%
86%
88%
開発方式
の効率
95%
96%
97%
比較
8pts 改善，381kWh/年低減 CO2 換算 45.7kg
10pts 改善，1188kWh/年低減 CO2 換算 143kg
9pts 改善，2217kW/年低減 CO2 換算 266kg
表 1 従来方式との効率の比較
2.2
効果 (経済性)
デュアルコンバージョン方式の最大の長所はその高効率性にある。
従来の「常時インバータ給電方式」との電力ロスの比較を、ＵＰＳの使用期間を
６年として計算すると以下のようになる。
◇ＵＰＳ１kVA あたりの電力ロスの計算
[従来の常時インバータ給電方式(弊社 J シリーズ)]
(電力ロスの計算)
1 (kVA)×0.8(力率)×{1/0.86(効率)-1}=130(W)
(6 年間分を 1kWh=20 円で計算)
130(W)×24(H)×365(日)×20(円/kWh)×6(年)=137,000(円)
[デュアルコンバージョン方式(ＧＸシリーズ)]
(電力ロスの計算)
1 (kVA)×0.8(力率)×{1/0.96(効率)-1}=33.3(W)
(6 年間分を 1kWh=20 円で計算)
33.3(W)×24(H)×365(日) ×20(円/kWh)×6(年)=35,000(円)
ＵＰＳの kVA 単価を 15 万円として 6 年間のライフサイクルコストを比較する。
(単位:円)
1kVA あたりの
従来ｼｽﾃﾑ
イニシャルコスト
6 年間ランニングコスト
150,000
137,000
当装置
ＧＸｼﾘｰｽﾞ
105,000
35,000
差異
削減率
45,000
102,000
30％
74％
表 2 従来方式との効率の比較
3. 用途
今年春の発売以来、コンピュータはもとより、半導体製造メーカを含めた幅広い
顧客層に対して実用化されており、1,500 台以上が使用されている。安定した電力
供給だけでなく高い変換効率による省エネルギー効果を発揮している。
また、7∼21kVA の並列冗長を可能とした高信頼タイプの新製品『ＲＸシリーズ』
(2004 年 10 月発売)でもデュアルコンバージョン方式を採用して高効率化を実現し
ており、本方式は高信頼ＵＰＳの進化形として期待されている。
図 3 ＧＸシリーズの出荷実績
１５００
台/月
累計
台数
４００
１０００
累計台数
３００
５００
２００
１００
1月
2月
↑
発売開始
3月
4月
5月
6月
7月
8月
9月
10月 11月