”地震大国”日本の救世主！「UPS」全解剖

　諸外国に比べ、比較的電源環境が良好だと言われている日本。しかし、台風や地震、雷などの自然災害や、予期せぬ事故によって、長時間ではないものの停電することも珍しくない。2006年8月クレーン船のアームが送電線に接触し、首都圏140万世帯が約3時間停電した事故は記憶に新しい。
　また、電源障害というと上記のように「停電」だけを思い浮かべがちだが、実はほかにもいろいろある。

　UPSの内部構造の名称と役割は以下の通りである。

　このような、予期しない電源障害発生時に、機器の損傷やデータの損失を防ぎ、一定時間、電力を供給するための装置がUPSである。

　UPSには大きく分けて内部構造が異なる3つの給電方式がある。

【1.常時インバータ方式】
　常時整流器（交流から直流に常時変換する機器）からインバータ（直流から交流に逆変換する機器）を通して、正弦波（電圧が時間とともに同じ変化をくりかえしている状態）出力で給電する方式（図2参照）。電源障害時は無瞬断でバッテリ運転に切り替わり、インバータを通して給電する。装置の故障や保守点検時には、バイパス回路（非常時の際に使用されるバックアップライン）から直接、電力を供給できる。内部構造はバッテリと整流器、インバータ、半導体スイッチなどで構成される。常時インバータの派生として、整流器の変わりにコンバータを採用したダブルコンバージョン方式、またそれを改良したデルタコンバージョン方式（デルタ変圧器、デルタインバータ、メインインバータ、バッテリで構成）などがある。

特徴：瞬断を許さず、波形補正もなされるため、高品質な電力を供給する。信頼性が高いため、同じ容量のUPSでもほかの方式に比べ価格は高くなる。デメリットは常時整流器でACをDCに変換し、インバータでDCをACに変換して給電するため電力ロスが大きく、ほかの方式に比べ低効率であることだ。また、常にインバータ・コンバータ回路を稼働させているので、UPS自体の消費電力もほかの方式に比べて大きくなる。どのような電源環境でも対応可能だが、比較的電源変動がある場所での使用に向いている。どのような電源トラブルも許されない重要負荷に適用されることが多い。外形寸法は一般的に小さく軽いが、ラインインタラクティブ方式よりも、多量の熱を放出する。

【2.常時商用方式】
　平常時は常に商用電源から供給し、停電などの電源障害が発生したときは、出力側スイッチを内蔵されているバッテリに切り替え、インバータから給電する方式。内部構造は図3を見れば分かるように、バッテリと充電回路、インバータ、リレー（継電器）で構成される。

特徴：小型のUPSに使われることが多い。インバータを使うのは電源障害が発生したときのみで、常時は商用電源をそのまま使用するため電力ロスが少なく高効率であり、省エネにつながる。内部構造がシンプルなので、小型化、低価格化が図りやすい。デメリットとしては切り替え時に10msecほどの瞬断が発生することだが、一般的にパソコンやサーバなどでは、10msec程度の瞬断であれば問題がないと言われているため、電源事情が良く、負荷の重要度がそれほど高くなければ、十分活用できる。

【3.ラインインタラクティブ方式】
　常時インバータ方式と常時商用方式の持つメリット、デメリットを最大公約数的に活かした方式（図4参照）。常時は商用電源からオートトランス（電圧の高さを調整する装置、単巻変圧器のこと）で電圧の高さを安定させ、ノイズを除去して供給する。電源トラブル時はバッテリからインバータ給電に切り替わる。切り替え時間は常時商用方式と比較すると、短いとはいえ、無瞬断ではなく5msecほど必要となる。内部構造はバッテリ、オートトランス、整流器、インバータ、切り替え器で構成される。

特徴：普段は商用電源を供給するため電源ロスが少なく、高効率、ノイズ除去や電圧調整もされているため、より高品質な電力供給が可能になる。常時インバータ方式よりも内部構造がシンプルになるため、同方式のデメリットである価格の高さも解消できる。切り替え時間は5msec以下と短く、サーバでは10msecぐらいの瞬断ではシステムダウンになることはほとんどないため、PCやサーバ、ルータなどの省電力負荷への使用に適している。現在、企業情報システムにおいて、最も導入率の高い方式である。

　無瞬断での電力切り替えが可能な方式は常時インバータ方式だけではなく、以下のような方式もある。

○デュアルコンバージョン方式：常時インバータ方式のデメリットである変換効率の悪さを改善するための回路方式。内部構造はバッテリと直列コンバータ、並列コンバータで構成されている。常時電源は直列コンバータで出力電圧を制御し、出力する。停電時はバッテリから直列コンバータ経由で供給する。並列コンバータの役割は、直列コンバータへのエネルギーを補償し、入力電圧変動を吸収するためである。

特徴：常に直列コンバータから給電されるため、低電圧で高品質な電力を供給する。常時インバータ方式は全エネルギーをACからDCに変換するが、同方式は入力電圧の変動分のみ並列コンバータでACからDCに変換するため、効率が向上する。常時インバータ同様、いかなる電源トラブルも許されないミッションクリティカルな用途に適用されることが多い。

○パワーマルチプロセッシング方式：入力電流を電力変換器で昇圧、降圧し、最適な出力電力を供給する方式。最小限の変換動作で安定した電源供給が可能になる。電力変換器が故障した場合は、瞬時にバイパス回路に切り替えて供給できる。

特徴：常時インバータ方式よりも、電力変換効率が高く、主にサーバなどの重要な負荷機器向け。常時インバータ方式同様、電源環境は選ばないが、この方式を採用しているUPSの種類は少なく、価格も比較的高いケースがある。

○パラレルプロセッシング方式：常時はアクティブフィルタ運転となり、無効電流や高調波電流を補償、高品質の電力を供給する。停電時、ACスイッチはオフ状態となり、無瞬断でUPS運転に切り替わり、バッテリから電力を供給する。内部構造はACスイッチと双方向変換装置（コンバータ/インバータ）、バッテリで構成される。

特徴：常時インバータ方式よりも、電力変換効率が大幅に高い。発熱量も常時インバータ方式に比べ、大幅に低減している。工場生産設備、半導体製造装置、照明設備などに使われることが多く、比較的電源事情の良い環境での使用に適している。

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【1】UPSを解体しよう！

　1-1　タダの付属品じゃない！UPSの基礎知識を知ろう！

　1-2　動かない「UPS」…生死を見分ける! 統合電源管理アプリケーションの機能

【2】注目される「UPS」バッテリの最新動向

　2-1　大きくて重たい「UPS」よ、さらば！今、注目されるUPS「バッテリ」の最新動向！

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