【整流器・蓄電池・インバータ】UPSの仕組みと構成要素

電気電気設計

NEONEEETです。

この記事は、化学工場の機電系設計者・プラントエンジニアを対象としています。

この記事を読むと、UPSの簡単な仕組みを知ることができます。

結論

UPSは整流器・蓄電池・インバータから成る。

信頼度を上げるために、冗長化する。

はじめに

電気の話は、ほとんどの人は理解していません。

電気を知らない大半の人はそもそも勉強する気がない。

電気を知っている工場の電気専門家が素人に教えるのが下手。

という状況がどこの工場でも多いのではないでしょうか?

そこにチャレンジする企画です。

UPSの仕組み

UPSの簡単な仕組みは下図で説明できます。

UPSは整流装置・蓄電池・インバータから成ります

整流装置は交流を直流に変える

電気は普通交流で電気ケーブルを流れます。

これを直流に変換するための装置が整流装置

直流の電流で蓄電池に電気を貯めます。

交流の電源を蓄電池につないでも電気はたまりません。

交流は電圧・電流が定期的に変動します。

正の電圧が蓄電池に加わる時に電気がたまるとした場合、

負の電圧が蓄電池にかかると放電されます。

一定時間ごとに充電と放電を繰り返すだけであり、蓄電池に充電はされません。

インバータで直流を交流に変換する

直流の電流を使って蓄電池にためつつ、

交流電流として出口に供給するために、インバータで変換します。

交流電源が止まると

このシステムで交流電源が止まると、蓄電池に溜まった電圧が直流の電流として放出されます。

これをインバータを通して、交流に変換して供給します。

UPSの能力は蓄電池の能力

UPSはごく簡単に言うと、電池そのものです。

電池に蓄えている電気量と、ユーザーの電気使用量によって、

何秒間電気が止まっても、使うことができるかが決まります。

この意味で、充電器そのもの、携帯のバッテリーそのものと同じです。

ノートパソコンでバッテリーを外しても、電源ケーブルをつないでいると使えますよね。

UPSはこのバッテリーと同じ扱いで考えればいいと思います。

冗長化

UPSの考え方を発展させて、UPSを複数つなぐという思想があります。

下図のようなシステムで冗長化と言われます。

UPSにも寿命があり、偶発的に故障する可能性があるため、

信頼度を高めるために冗長化します。

数をとにかく増やす!

という思想です。

1個が壊れても、他が動いているから大丈夫。

これが冗長化。

化学プラントではユーティリティ供給ポンプや冷凍機などにこういう仕組みを取り入れています。

私の会社では、据付予備などと表現しています。

冗長化と据付予備

表現は違うし、対象も違いますが、思想は同じです。

おわりに

UPSの構造は割と単純です。

整流器・蓄電池・インバータで構成されます。

この記事が記事が皆さんのお役に立てれば嬉しいです。

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