DE112013006680T5

DE112013006680T5 - Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112013006680T5
Application number: DE112013006680.7T
Authority: DE
Inventors: Masaki Yamada; Takaaki Takahara; Ryota KONDO; Satoshi Murakami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-02-15
Filing date: 2013-11-25
Publication date: 2015-10-29
Also published as: US20150357937A1; WO2014125697A1; JPWO2014125697A1; JP5932126B2; US9595887B2

Abstract

Eine Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung weist Folgendes auf: Einphasen-Wechselrichter (100a bis 100), die Wechselspannungs-Ausgangsenden aufweisen, die in Reihe mit den jeweiligen Phasen der Dreiphasen-Wechselspannungsleitungen geschaltet sind; eine Steuerungseinrichtung (200) zum Durchführen einer PWM-Steuerung für jeden Einphasen-Wechselrichter (100a bis 100c) auf der Basis einer Spannungsanweisung V*; und eine Detektionsschaltung (15) für die Wechselspannung zum Detektieren der Phase und der Spannungsamplitude der Dreiphasen-Wechselspannung. Die Steuerungseinrichtung (200) addiert eine Nullphasen-Komponente Vo, die die drei Phasen gemeinsam haben, zu einer Grundanweisung Vx* für jede Phase, um eine Spannungsanweisung V* zu erzeugen. Die Nullphasen-Komponente Vo wird erzeugt, indem eine Amplitude a angewendet wird, die auf der Basis der Phase und der Spannungsamplitude der eingestellten Referenz-Nullphasen-Spannung Voo berechnet worden ist. Dadurch wird der Spitzenwert der Spannungsanweisung V* für jeden Einphasen-Wechselrichter (100a bis 100c) verringert.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung zum Umsetzen von Energie zwischen einer Dreiphasen-Wechselspannung und einer Gleichspannung.
Stand der Technik
Eine Art von herkömmlichen Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtungen setzt eine Gleichspannung aus einer verteilten Spannungsversorgung, wie z. B. einer Solarbatterie in eine dreiphasige Ausgangs-Wechselspannung um und gibt die Wechselspannung an eine Last aus. Diese herkömmliche Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung weist einen Dreiphasen-Wechselrichter mit drei Stufen auf, der zwischen den positiven und den negativen Anschlüssen einer ersten Gleichspannungsversorgung angeschlossen ist, sowie einen oder eine Mehrzahl von einphasigen Wechselrichtern, die eine kleinere Gleichspannung als die Spannung auf einer der Stufen des Dreiphasen-Wechselrichters mit drei Stufen entgegennehmen und in Reihe mit einer Wechselspannungs-Ausgangsleitung für jede Phase des Dreiphasen-Wechselrichters mit drei Stufen verbunden sind.
Jede Phase des Dreiphasen-Wechselrichters mit drei Stufen gibt einen Spannungspuls pro Halbwelle der Spannung aus, und zwar für jede Phase, die an die Last angelegt ist. Jeder Einphasen-Wechselrichter führt eine PWM-Steuerung (Pulsweitenmodulations-Steuerung) aus, und die Summe der Ausgangsspannung des Dreiphasen-Wechselrichters mit drei Stufen und der Ausgangsspannung eines jeden Einphasen-Wechselrichters wird über einen Glättungsfilter an die Last ausgegeben.
Jeder Einphasen-Wechselrichter führt eine Ausgabe auf der Basis einer Ausgangsspannungs-Anweisung durch, die erhalten wird, indem die Nullphasen-Spannung, welche die drei Phasen gemeinsam haben, der Differenzspannung für jede Phase überlagert wird, welche erhalten wird, indem die Ausgangsspannung für jede Phase des Dreiphasen-Wechselrichters mit drei Stufen von der Sinuswellen-Spannung für jede Phase subtrahiert wird.
Die Nullphasen-Spannung, die die drei Phasen gemeinsam haben, wird berechnet, indem die Polarität der durchschnittlichen Spannung invertiert wird, die erhalten wird, indem der Maximalwert und der Minimalwert unter den Differenzspannungen für diese Phasen zu jedem Zeitpunkt gemittelt wird (siehe z. B. Patentdokument 1).
Literaturverzeichnis
Patentdokument

Patentdokument 1: Internationale Veröffentlichung WO 2010/103600 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Mit der Erfindung zu lösende Probleme
Die oben beschriebene Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung überlagert die Nullphasen-Spannung, die die drei Phasen gemeinsam haben, der Ausgangsspannung eines jeden Einphasen-Wechselrichters. Dadurch bewirkt sie eine Verringerung der Gleichspannung eines jeden Einphasen-Wechselrichters. Die zu überlagernde Spannung ist jedoch eindeutig auf der Basis der Differenzspannung zwischen der Sinuswellen-Spannung und der Ausgangsspannung des Dreiphasen-Wechselrichters mit drei Stufen bestimmt. Daher ergibt sich das Problem, dass es keinen Spielraum bei der Konzeption der Steuerung gibt und dass die Einstellung der Gleichspannung für jeden Einphasen-Wechselrichter begrenzt ist.
Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das obige Problem zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, Veränderungen des Spannungspegels einer Nullphasen-Spannungskomponente zu ermöglichen, die der Ausgangsspannung eines jeden Einphasen-Wechselrichters überlagert werden soll, und eine einfache Erzeugung der Nullphasen-Spannungskomponente zu ermöglichen, sodass der Freiheitsgrad beim Entwurfverbessert wird und eine Verringerung der Gleichspannung eines jeden Einphasen-Wechselrichters erzielt wird.
Lösung der Probleme
Eine Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: Einphasen-Wechselrichter, welche jeweils einen Gleichspannungs-Kondensator und eine Mehrzahl von Halbleiter-Schaltelementen aufweisen, wobei die Einphasen-Wechselrichter Wechselspannungs-Ausgangsenden aufweisen, die mit den jeweiligen Phasen der Dreiphasen-Wechselspannungsleitungen in Reihe geschaltet sind; und eine Steuerungseinrichtung zum Durchführen einer PWM-Steuerung für jeden Einphasen-Wechselrichter auf der Basis einer Spannungsanweisung.
Die Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung weist ferner eine Detektionsschaltung für die Wechselspannung zum Detektieren der Phase und der Spannung der Dreiphasen-Wechselspannung von den Dreiphasen-Wechselspannungsleitungen auf. Die Steuerungseinrichtung weist einen Erzeugungsbereich für die Spannungsanweisung auf, zum Addieren – auf der Basis der Phase und der Spannung von der Detektionsschaltung für die Wechselspannung – einer Nullphasen-Komponente, welche die drei Phasen gemeinsam haben, zu jeder Phase, um die Spannungsanweisung zu erzeugen.
Der Erzeugungsbereich für die Spannungsanweisung berechnet die Amplitude der Nullphasen-Komponente und wendet die Amplitude auf die vorab eingestellte Referenz-Nullphasen-Spannung an, um die Nullphasen-Komponente zu bestimmen, die mit der Phase der Dreiphasen-Wechselspannung synchronisiert ist.
Wirkung der Erfindung
Da die Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der oben beschriebenen Weise konfiguriert ist, kann der Spannungspegel einer Nullphasen-Spannungskomponente, der zu der Ausgangsspannung eines jeden Einphasen-Wechselrichters addiert werden soll, einfach verändert werden, und die Nullphasen-Spannungskomponente kann einfach erzeugt werden.
Während Spannungen zwischen den Außenleitern des Dreiphasen-Wechselspannungsausgangs im dreiphasigen Gleichgewichtszustand gehalten werden, wird daher der Freiheitsgrad beim Entwurf verbessert, und die Gleichspannung des Einphasen-Wechselrichters kann verringert werden. Folglich kann eine Verringerung der Stehspannung eines jeden Elements des Einphasen-Wechselrichters wirkungsvoll erzielt werden, und eine Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung mit kleiner Größe und hoher Effizienz kann zuverlässig erhalten werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen zeigen:
1 ein Diagramm, das die Hauptschaltungskonfiguration einer Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ein Diagramm zur Erläuterung der Steuerungskonfiguration der Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
3 ein Diagramm von Wellenformen in verschiedenen Bereichen zur Erläuterung der Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
4 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs eines Einphasen-Wechselrichters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
5 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Einphasen-Wechselrichters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
6 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Einphasen-Wechselrichters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
7 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Einphasen-Wechselrichters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
8 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs eines Dreiphasen-Umrichters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
9 ein Diagramm zur Erläuterung des Betriebs des Dreiphasen-Umrichters gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
10 ein Wellenform-Diagramm zur Erläuterung einer Spannungsanweisung für den Einphasen-Wechselrichter gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;
11 ein Wellenform-Diagramm zur Erläuterung der Erzeugung der Spannungsanweisung für den Einphasen-Wechselrichter gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung; und
12 ein Steuerungs-Blockdiagramm zur Erläuterung der Erzeugung der Spannungsanweisung für den Einphasen-Wechselrichter gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der Ausführungsformen
Ausführungsform 1
Nachstehend wird auf der Basis der Zeichnungen eine Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung als eine Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung beschrieben, welche die Dreiphasen-Wechselspannung aus einer Wechselspannungsversorgung in Gleichspannung umsetzt.
1 ist ein schematisches Konfigurationsdiagramm einer Hauptschaltung der Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Wie in 1 gezeigt, weist die Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung Folgendes auf:
Eine Wechselrichter-Schaltung 100, die mit Dreiphasen-Wechselspannungsleitungen von einer Wechselspannungs-versorgung 1 verbunden ist, welche eine dreiphasige Wechselspannungsquelle ist; einen Dreiphasen-Umrichter 5 als einen Dreiphasen-Leistungsumrichter; und einen Glättungskondensator 6 als einen Kondensator, der mit der Gleichspannungsseite des Dreiphasen-Umrichters 5 verbunden ist.
Die Dreiphasen-Wechselspannungsleitungen sind aus Wechselspannungs-Eingangsleitungen 2a bis 2c für die jeweiligen Phasen gebildet (nachstehend einfach als Wechselspannungsleitungen 2a bis 2c für die jeweiligen Phasen bezeichnet), und zwar von der Wechselspannungsversorgung 1, und die Wechselrichter-Schaltung 100 ist aus Einphasen-Wechselrichtern 100a bis 100c für die jeweiligen Phasen gebildet.
Die Wechselspannungsleitungen 2a bis 2c für die jeweiligen Phasen sind mit Drosselspulen La bis Lc für die jeweiligen Phasen als Strombegrenzungsschaltungen verbunden, und dann sind die Drosselspulen La bis Lc für die jeweiligen Phasen in Reihe mit den Wechselspannungsseiten der Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c verbunden.
Jede der Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c ist aus Halbleiter-Schaltelementen 3a bis 3d und einem Gleichspannungs-Kondensator 4 gebildet. Als Halbleiter-Schaltelemente 3a bis 3d werden z. B. ein Bipolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT), mit dem eine Diode antiparallel verbunden ist, oder ein Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) mit einer Diode zwischen dessen Source und Drain verwendet. Die Drosselspulen La bis Lc für die jeweiligen Phasen können hinter die Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c geschaltet sein.
Ein Dreiphasen-Umrichter 5 ist aus Halbleiter-Schaltelementen (5a, 5b), (5c, 5d) und (5e, 5f) gebildet, so dass zwei Halbleiterelemente für jede Phase in Reihe geschaltet sind. Wechselspannungsenden A, B und C für die jeweiligen Phasen des Dreiphasen-Umrichters 5 sind mit den jeweiligen Einphasen-Wechselrichtern 100a bis 100c über die Wechselspannungsleitungen 2a bis 2c für die jeweiligen Phasen verbunden.
Ein positiver Anschluss und ein negativer Anschluss eines Glättungskondensators 6 sind mit einer Gleichspannungsseite des Dreiphasen-Umrichters 5 verbunden. In diesem Fall wird für die Halbleiter-Schaltelemente 5a bis 5f ein IGBT verwendet, mit welchem eine Diode antiparallel verbunden ist, oder es wird ein MOSFET mit einer Diode zwischen dessen Source und Drain verwendet.
2 zeigt eine Steuerungskonfiguration der Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung, deren Hauptschaltung wie oben beschrieben konfiguriert ist. Wie in 2 gezeigt, weist die Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung Folgendes auf: Einen Spannungssensor 10 zum Detektieren der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1; einen Stromsensor 11 zum Detektieren des Eingangs-Wechselstroms (nachstehend als Wechselstrom i bezeichnet), der in eine Drosselspule L (La bis Lc) hineinfließt; einen Spannungssensor 12 zum Detektieren einer Spannung Vsub des Gleichspannungs-Kondensators 4 für jeden der Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c; und einen Spannungssensor 13 zum Detektieren der Spannung Vdc des Glättungskondensators 6.
Eine Steuerungseinrichtung 200 erzeugt ein Treibersignal 20a für jedes der Halbleiter-Schaltelemente 3a bis 3d in den Einphasen-Wechselrichtern 100a bis 100c, sowie ein Treibersignal 15a für jedes der Halbleiter-Schaltelemente 5a bis 5f in dem Dreiphasen-Umrichter 5, und zwar auf der Basis der Detektionsergebnisse der Spannungssensoren 10, 12 und 13 und des Stromsensors 11, so dass sie eine Ausgangssteuerung der Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c und des Dreiphasen-Umrichters 5 durchführt.
Wie in 2 gezeigt, weist die Steuerungseinrichtung 200 Folgendes auf: einen Gleichgewichts-Steuerungsbereich 14 zum Durchführen eine Gleichgewichtssteuerung, so dass die Gleichspannungs-Kondensatorspannungen Vsub der Wechselrichter-Schaltungen 100 ausgeglichen sind; eine Detektionsschaltung 15 für die Wechselspannung zum Detektieren von Informationen über die Phase und die Spannung der Versorgungs-Wechselspannung Vin; einen Vsub-Steuerungsbereich 16 zum Steuern einer jeden Gleichspannungs-Kondensatorspannung Vsub; einen Vdc-Steuerungsbereich 17 zum Steuern der Glättungskondensatorspannung Vdc; einen Strom-Steuerungsbereich 18 zum Steuern des Wechselstroms i; einen Erzeugungsbereich 19 für die Nullphasen-Komponente (nachstehend: Vo-Erzeugungsbereich) zum Erzeugen einer Nullphasen-Komponente Vo, die später noch beschrieben wird, zur Erzeugung einer Spannungsanweisung für die Wechselrichter-Schaltung 100; und eine PWM-Schaltung 20 zum Erzeugen eines Treibersignals für die Wechselrichter-Schaltung 100. Der Strom-Steuerungsbereich 18 und der Vo-Erzeugungsbereich 19 bilden einen Erzeugungsbereich für die Spannungsanweisung.
Die Versorgungs-Wechselspannung Vin, die von dem Spannungssensor 10 detektiert worden ist, wird der Detektionsschaltung 15 für die Wechselspannung zugeführt, und die Detektionsschaltung 15 für die Wechselspannung detektiert eine Wechselspannungs-Phase θ und eine Wechselspannungs-Amplitude Vp für jede Phase, die Informationen über die Phase und die Spannung der Versorgungs-Wechselspannung Vin darstellen.
Ein Signal der detektierten Wechselspannungs-Phase θ wird als Treibersignal 15a an den Dreiphasen-Umrichter 5 ausgegeben, um jedes der Halbleiter-Schaltelemente 5a bis 5f des Dreiphasen-Umrichters 5 für jede positive/negative Halbwelle der Versorgungs-Wechselspannung Vin für jede Phase zu betreiben.
Der Vsub-Steuerungsbereich 16 empfängt die Gleichspannungs-Kondensatorspannung Vsub von jedem der Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c, die von dem Spannungssensor 12 detektiert wird, und er erzeugt einen Befehlswert Vdc* für die Glättungskondensatorspannung Vdc und gibt diesen aus, so dass die Gleichspannungs-Kondensatorspannung Vsub gleich einem eingestellten Befehlwert Vsub* wird.
Der Vdc-Steuerungsbereich 17 empfängt die Glättungskondensatorspannung Vdc, die von dem Spannungssensor 13 detektiert worden ist, sowie den Befehlswert Vdc* von dem Vsub-Steuerungsbereich 16, und er erzeugt einen Amplituden-Befehlswert 17a für den Wechselstrom i und gibt diesen aus, so dass die Glättungskondensatorspannung Vdc gleich dem Befehlswert Vdc* wird.
Jede Gleichspannungs-Kondensatorspannung Vsub von dem Spannungssensor 12 wird ebenfalls dem Gleichgewichts-Steuerungsbereich 14 zugeführt, und der Gleichgewichts-Steuerungsbereich 14 erzeugt einen Amplituden-Korrekturwert 14a für jede Phase für den Wechselstrom i und gibt diesen aus, so dass die Gleichspannungs-Kondensatorspannungen Vsub ausgeglichen sind.
Der Strom-Steuerungsbereich 18 empfängt den Wechselstrom i, der von dem Stromsensor 11 detektiert worden ist, die Wechselspannungs-Phase θ von der Detektionsschaltung 15 für die Wechselspannung sowie den Amplituden-Befehlswert 17a und den Amplituden-Korrekturwert 14a für den Wechselstrom i. Der Strom-Steuerungsbereich 18 erzeugt eine Sinuswellen-Stromanweisung i* auf der Basis der Wechselspannungs-Phase θ und einer Amplitude Ip, die erhalten wird, indem der Amplituden-Befehlswert 17a mit dem Amplituden-Korrekturwert 14a korrigiert wird, und er erzeugt eine Grundanweisung Vx* für die Ausgangsspannung von jedem der Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c und gibt diesen aus, so dass der Wechselstrom i der erzeugten Stromanweisung i* entspricht.
Der Vo-Erzeugungsbereich 19 empfängt die Wechselspannungs-Phase θ und die Wechselspannungs-Amplitude Vp von der Detektionsschaltung 15 für die Wechselspannung, sowie die Glättungskondensatorspannung Vdc, und er erzeugt die Nullphasen-Komponente Vo und gibt diese aus. Die ausgegebene Nullphasen-Komponente Vo wird zur Grundanweisung Vx* für jede Phase von dem Strom-Steuerungsbereich 18 addiert, so dass eine Spannungsanweisung V* für jeden der Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c erzeugt wird.
Die PWM-Schaltung 20 erzeugt das Treibersignal 20a zum Durchführen der PWM-Steuerung für jeden der Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c auf der Basis der eingegebenen Spannungsanweisung V*, so dass jedes der Halbleiter-Schaltelemente 3a bis 3d in den Einphasen-Wechselrichtern 100a bis 100c betrieben wird.
Nachstehend wird der Betrieb der Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung beschrieben, die wie oben beschrieben gesteuert wird, und zwar unter Bezugnahme auf eine der drei Phasen, z. B. für die A-Phase. Auch für die anderen beiden Phasen (B-Phase und C-Phase) werden die gleichen Vorgänge durchgeführt, obwohl eine Phasendifferenz von 2π/3 voneinander zwischen den drei Phasen besteht.
3 ist ein Diagramm von Wellenformen in verschiedenen Bereichen zum Erläutern des Betriebs der Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung. 4 bis 7 sind Diagramme zum Erläutern des Betriebs des Einphasen-Wechselrichters 100a. 8 und 9 sind Diagramme zum Erläutern des Betriebs für eine Phase (A-Phase) des Dreiphasen-Umrichters 5. 10 ist ein Wellenform-Diagramm zum Erläutern der Spannungsanweisung für den Einphasen-Wechselrichter 100a. 11 und 12 sind ein Wellenform-Diagramm bzw. ein Steuerungs-Blockdiagramm zum Erläutern der Spannungsanweisung für den Einphasen-Wechselrichter 100a.
3(a) ist eine Spannungs-Wellenform der Versorgungs-Wechselspannung Vin (der Phasenspannung für die A-Phase), die von der Wechselspannungsversorgung 1 eingegeben wird. Wenn die Polarität der Versorgungs-Wechselspannung Vin für die A-Phase positiv ist, dann wird das Halbleiter-Schaltelement 5a des Dreiphasen-Umrichters 5 so gesteuert, dass es eingeschaltet ist, und das Halbleiter-Schaltelement 5b des Dreiphasen-Umrichters 5 wird so angesteuert, dass es ausgeschaltet ist.
Wenn die Polarität der Versorgungs-Wechselspannung Vin negativ ist, dann wird das Halbleiter-Schaltelement 5b so gesteuert, dass es eingeschaltet ist, und das Halbleiter-Schaltelement 5a wird so angesteuert, dass es ausgeschaltet ist. Wie in 3(b) gezeigt, hat das Potential V1A des Wechselspannungs-Endes für die A-Phase des Dreiphasen-Umrichters 5 solch eine Spannungs-Wellenform, dass die Spannung Vdc des Glättungskondensators 6 in einer Halbwelle ausgegeben wird. In diesem Fall wird angenommen, dass die Glättungskondensatorspannung Vdc höher ist als die Versorgungs-Wechselspannung Vin.
Was die anderen beiden Phasen (die B-Phase und die C-Phase) betrifft, so haben auf ähnliche Weise die Potentiale V1B und V1C des Wechselspannungs-Endes B und des Wechselspannungs-Endes C des Dreiphasen-Umrichters 5 Spannungs-Wellenformen, wie sie in 3(c) und in 3(d) gezeigt sind. Im Ergebnis weist das Potential eines Neutralpunkts N (nachstehend als Neutralpunkt-Potential VN bezeichnet) einen durchschnittlichen Wert zwischen den Potentialen V1A, V1B und V1C der Wechselspannungs-Enden für die drei Phasen.
Folglich hat es eine Wellenform, wie sie in 3(e) gezeigt ist. Die Spannung V1A–N des Wechselspannungs-Endes A unter Verwendung des Neutralpunkt-Potentials VN als Bezug hat eine Spannungs-Wellenform, wie sie in 3(f) gezeigt ist.
Die in 3(g) gezeigte Spannungs-Wellenform ist eine Differenzspannung, die erhalten wird, indem die Spannung V1A–N des Wechsel-spannungs-Endes A von der Versorgungs-Wechselspannung Vin abgezogen wird, und sie ist die Grundanweisung Vx* für die Ausgangsspannung des Einphasen-Wechselrichters 100a. Auch wenn die Einzelheiten der Steuerung und des Betriebs des Einphasen-Wechselrichters 100a später noch beschrieben werden, so führt der Einphasen-Wechselrichter 100a eine Ausgabe durch, während er den Strom i für die A-Phase mittels PWM-Steuerung steuert, so dass der Eingangs-Leistungsfaktor für die A-Phase von der Wechselspannungsversorgung 1 ungefähr Eins wird, und er überlagert die Ausgangsspannung auf der Wechselspannungsseite der Spannung V1A–N des Wechselspannungsendes A.
Es sei angemerkt, dass die Spannung des Einphasen-Wechselrichters 100a eine Spannung des Wechselspannungs-Ausgangsendes auf Seiten der Wechselspannungsversorgung 1 ist, und zwar unter Verwendung des Potentials des Wechselspannungsendes auf Seiten des Dreiphasen-Umrichters 5 als Referenz.
Nachstehend wird der Betrieb des Einphasen-Wechselrichters 100a beschrieben.
Wenn die Polaritäten der Spannung und des Stroms für die A-Phase der Wechselspannungsversorgung 1 positiv sind, gilt Folgendes: Falls das Halbleiter-Schaltelement 3a eingeschaltet ist und das Halbleiter-Schaltelement 3b ausgeschaltet ist, dann fließt Strom in den Einphasen-Wechselrichter 100a, und zwar durch den Strompfad, der in 4 gezeigt ist.
Falls das Halbleiter-Schaltelement 3c eingeschaltet ist und das Halbleiter-Schaltelement 3d ausgeschaltet ist, dann fließt der Strom durch das Halbleiter-Schaltelement 3a und das Halbleiter-Schaltelement 3c, während der Gleichspannungs-Kondensator 4 überbrückt wird.
Falls das Halbleiter-Schaltelement 3c ausgeschaltet ist und das Halbleiter-Schaltelement 3d eingeschaltet ist, dann fließt der Strom durch das Halbleiter-Schaltelement 3a, um den Gleichspannungs-Kondensator 4 zu laden, und er wird dann durch das Halbleiter-Schaltelement 3d ausgegeben.
Wenn die Polaritäten der Spannung und des Stroms für die A-Phase der Wechselspannungsversorgung 1 positiv sind, gilt Folgendes: Falls das Halbleiter-Schaltelement 3a ausgeschaltet ist und das Halbleiter-Schaltelement 3b eingeschaltet ist, dann fließt Strom in den Einphasen-Wechselrichter 100a, und zwar durch den Strompfad, der in 5 gezeigt ist.
Falls das Halbleiter-Schaltelement 3c eingeschaltet ist und das Halbleiter-Schaltelement 3d ausgeschaltet ist, dann fließt der Strom durch das Halbleiter-Schaltelement 3b, um den Gleichspannungs-Kondensator 4 zu laden, und er wird dann durch das Halbleiter-Schaltelement 3c ausgegeben.
Falls das Halbleiter-Schaltelement 3c ausgeschaltet ist und das Halbleiter-Schaltelement 3d eingeschaltet ist, dann fließt der Strom durch das Halbleiter-Schaltelement 3b und das Halbleiter-Schaltelement 3d, während der Gleichspannungs-Kondensator 4 überbrückt wird.
Wenn die Polaritäten der Spannung und des Stroms für die A-Phase der Wechselspannungsversorgung 1 negativ sind, dann gilt auf ähnliche Weise Folgendes: Wie in 6 und 7 gezeigt, werden das Laden, das Entladen und das Überbrücken des Gleichspannungs-Kondensators 4 gemäß einer Kombination von Schaltsteuerungen der Halbleiter-Schaltelemente 3a bis 3d gesteuert.
Folglich werden sowohl bei positiven als auch bei negativen Polaritäten vier Arten von Steuerung kombiniert, um die PWM-Steuerung für den Einphasen-Wechselrichter 100a durchzuführen.
Nachfolgend wird der Betrieb des Dreiphasen-Umrichters 5 beschrieben.
Wie in 8 gezeigt, ist dann, wenn die Polaritäten der Spannung und des Stroms für die A-Phase der Wechselspannungsversorgung 1 positiv sind, das Halbleiter-Schaltelement 5a eingeschaltet, und der Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt durch den Einphasen-Wechselrichter 100a zum positiven Anschluss des Glättungskondensators 6, und zwar über das Halbleiter-Schaltelement 5a.
Wenn wiederum die Polaritäten der Spannung und des Stroms für die A-Phase der Wechselspannungsversorgung 1 negativ sind, wie in 9 gezeigt, dann ist das Halbleiter-Schaltelement 5b eingeschaltet, und der Strom, der vom negativen Anschluss des Glättungskondensators 6 über das Halbleiter-Schaltelement 5b fließt, fließt durch den Einphasen-Wechselrichter 100a zu der Wechselspannungsversorgung 1.
Nachfolgend wird die Steuerung der Ausgangsspannung des Einphasen-Wechselrichters 100a unten detailliert beschrieben.
Wie oben beschrieben, erzeugt der Strom-Steuerungsbereich 18 in der Steuerungseinrichtung 200 die Grundanweisung Vx* für jede Ausgangsspannung der Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c, so dass der Wechselstrom i der Stromanweisung i* folgt, d. h. der Eingangs-Leistungsfaktor für die A-Phase von der Wechselspannungsversorgung 1 wird ungefähr Eins. Die Grundanweisung Vx* (siehe 3(g)) ist eine Anweisung zum Ausgeben einer Differenzspannung, die erhalten wird, indem die Spannung V1A–N des Wechselspannungs-Endes A von der Versorgungs-Wechselspannung Vin subtrahiert wird.
Der Einphasen-Wechselrichter 100a, der so arbeitet, dass er den Gleichspannungs-Kondensator 4 entlädt, wenn er eine positive Spannung ausgibt, und dass er den Gleichspannungs-Kondensator 4 lädt, wenn er eine negative Spannung ausgibt, wird so gesteuert, dass die Ladungsmenge und die Entladungsmenge in einer Wechselspannungs-Periode ausgeglichen sind. Im Ergebnis ist es nicht notwendig, dem Gleichspannungs-Kondensator 4 Spannung von einer weiteren externen Spannungsversorgung zuzuführen.
Da die Vorgänge in der positiven Halbwelle und der negativen Halbwelle während einer Periode der Wechselspannungsversorgung 1 symmetrisch sind, wird hier nur die positive Halbwelle unter Bezugnahme auf 10 und 11 beschrieben.
Wenn angenommen wird, dass der zugeführte Wechselstrom i so gesteuert wird, dass er eine Sinuswelle mit einem Leistungsfaktor von 1 ist, dann werden die Entladeleistung P_dch und die Ladeleistung P_ch des Einphasen-Wechselrichters 100a durch die folgenden Ausdrücke (1) und (2) dargestellt.
Es sei angemerkt, dass 0 und Vp eine Wechselspannungs-Phase und eine Wechselspannungs-Amplitude der Versorgungs-Wechselspannung Vin sind (A-Phase), dass Ip die Amplitude des Wechselstroms i ist, und dass θ₁ eine Phase ist, bei welcher die Versorgungs-Wechselspannung Vin und die Spannung V1A–N miteinander übereinstimmen. Obwohl der Einphasen-Wechselrichter 100a ausgangsgesteuert ist, und zwar auf Basis der Spannungsanweisung V*, die erhalten wird, indem die Nullphasen-Komponente Vo zu der Grundanweisung Vx* addiert wird, gilt Folgendes:
Da Die Nullphasen-Komponente Vo so gut wie keinen Einfluss auf die Leistung hat, werden die Entladeleistung P_dch und die Ladeleistung P_ch für den Fall berechnet, dass die Spannung auf der Basis der Grundanweisung Vx* ausgegeben wird.
[Mathematischer Ausdruck 1]
[Mathematischer Ausdruck 2]
Wie oben beschrieben, wird der Einphasen-Wechselrichter 100a so gesteuert, dass die Ladungsmenge und die Entladungsmenge innerhalb einer Wechselspannungsperiode ausgeglichen sind. Daher ist P_dch = P_ch erfüllt, und das Verhältnis zwischen der Wechselspannungs-Amplitude Vp und der Glättungskondensatorspannung Vdc wird durch den folgenden Ausdruck (3) dargestellt. Vdc = (π/2)Vp (3).
Falls der Wert der Glättungskondensatorspannung Vdc so eingestellt ist, kann der Einphasen-Wechselrichter 100a so gesteuert werden, dass das Laden und Entladen ausgeglichen sind, und die Gleichspannungs-Kondensatorspannung Vsub wird konstant.
Nachfolgend wird die Erzeugung der Spannungsanweisung V* für den Einphasen-Wechselrichter 100a unten detailliert beschrieben.
11(a) bis 11(c) zeigen die Grundanweisung V*, die Nullphasen-Komponente Vo und die Spannungsanweisung V* für den Einphasen-Wechselrichter 100a.
In einer positiven Halbwelle der Wechselspannungsversorgung 1 schwankt die Grundanweisung Vx* zwischen einem Minimalwert Vα (= (–1/3)Vdc) und einem Maximalwert Vβ (= Vp·sin(π/3) – (1/3)Vdc), und deren Absolutwert nimmt ein Maximum bei den Phasen θ und π als Vα an.
In der folgenden negativen Halbwelle schwankt die Grundanweisung Vx* zwischen Vβ (= –Vp·sin(π/3) + (1/3)Vdc) und –Vα (= (1/3)Vdc), und deren Absolutwert nimmt ein Maximum bei den Phasen π und 2π als –Vα an.
Die Grundanweisungen Vx* für die anderen zwei Phasen (B-Phase und C-Phase) haben ebenfalls die gleiche Spannungs-Wellenform, obwohl eine Phasendifferenz von 2π/3 zueinander zwischen den drei Phasen besteht.
Wie in 12 gezeigt, wird die Nullphasen-Komponente Vo, die die drei Phasen gemeinsam haben und die von dem Vo-Erzeugungsbereich 19 erzeugt wird, zu der Grundanweisung Vx* addiert, und zwar für jede Phase, die von dem Strom-Steuerungsbereich 18 ausgegeben wird. Dadurch wird die Spannungsanweisung V* erzeugt.
Damit die Spannungsanweisung V*, der durch die Addition erhalten wird, die Spannung zwischen den Außenleitern so aufrechterhält, dass ein dreiphasiger Gleichgewichtszustand beibehalten wird, wird die Nullphasen-Komponente Vo addiert, und zwar mit der gleichen Frequenz, der gleichen Phase und der gleichen Amplitude zu jeder Grundanweisung Vx* für die Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c.
Eine Nullphasen-Komponente Vo ist eine Spannungskomponente, die einheitlich zu allen Grundanweisungen Vx* für die jeweiligen Phasen addiert wird, wie oben beschrieben, um jeden Spitzenwert (Absolutwert) zu verringern. Daher hat die Nullphasen-Komponente Vo eine Spannungs-Wellenform, die eine Frequenz hat, die 6 N-mal (N: positive Ganzzahl) so hoch ist wie die Frequenz der Versorgungs-Wechselspannung Vin, und deren Polarität bei π/3-Intervallen invertiert ist.
Der Vo-Erzeugungsbereich 19 speichert die vorab eingestellte Referenz-Nullphasen-Spannung Voo. Der Vo-Erzeugungsbereich 19 berechnet die Amplitude a der Nullphasen-Komponente Vo, auf Basis der Phase θ und der Wechselspannungs-Amplitude Vp von der Detektionsschaltung 15 für die Wechselspannung und der Glättungskondensatorspannung Vdc, und er wendet die Amplitude a auf dei Referenz-Nullphasen-Spannung Voo an. Dadurch wird die Nullphasen-Spannung Vo (= a·Voo) erzeugt.
In diesem Fall hat die Referenz-Nullphasen-Spannung Voo eine Sinus-Wellenform, deren Frequenz sechs Mal so hoch wie die Frequenz der Versorgungs-Wechselspannung Vin ist und wie folgt dargestellt wird:
cos6θ (0 ≤ θ < π/3, 2π/3 ≤ θ < π, 4π/3 ≤ θ < 5π/3)
–cos6θ (π/3 ≤ θ < 2π/3, π ≤ θ < 4π/3, 5π/3 ≤ θ < 2π).
Die Nullphasen-Komponente Vo ist als ±a·cos6θ dargestellt.
Die Amplitude a wird so berechnet, dass sie den Spitzenwert (Absolutwert) der Spannungsanweisung V* verringert. Die Spannungsanweisung V*, die dadurch erhalten wird, dass die Nullphasen-Komponente Vo zur Grundanweisung Vx* addiert wird, variiert zwischen Vα + a und Vβ + a. Die Amplitude a wird so berechnet, dass beide Absolutwerte von Vα + a und Vβ + a kleiner als –Vα werden, so dass der Spitzenwert der Spannungsanweisung V verringert wird. Im Ergebnis kann die minimale benötigtigte Spannung der Gleichspannungs-Kondensatorspannung des Einphasen-Wechselrichters 100a so verringert werden, dass sie kleiner ist als –Vα (= (1/3)Vdc).
In diesem Fall wird die Amplitude a wie folgt berechnet, so dass der Absolutwert von Vα + a, welche der minimale Spannungswert der Spannungsanweisung V* ist, gleich dem Absolutwert von Vβ + a ist, welche der maximale Spannungswert der Spannungsanweisung V* ist.
Das heißt, –((–1/3)Vdc + a) = Vp·sin(π/3) – (1/3)Vdc + a ist erfüllt.
Daher wird a = 1/2((2/3)Vdc – Vp·sin(π/3)) erhalten.
Wenn die Absolutwerte des minimalen Spannungswerts und des maximalen Spannungswerts der Spannungsanweisung V* gleich groß sind, dann kann der Spitzenwert der Spannungsanweisung V* am meisten verringert werden, und die Gleichspannungs-Kondensatorspannung Vsub des Einphasen-Wechselrichters 100a kann wirksam verringert werden.
Falls die Amplitude a in einem Bereich (nachstehend als Amplitudenbereich bezeichnet) 0 < a < ((2/3)Vdc – Vp·sin(π/3)) eingestellt ist, dann kann der Spitzenwert der Spannungsanweisung V* verringert werden, und die Gleichspannung des Einphasen-Wechselrichters 100a kann verringert werden.
Außerdem wird die Amplitude a innerhalb des Amplitudenbereichs berechnet, so dass der Spitzenwert (Absolutwert von Vα + a oder Vβ + a) der Spannungsanweisung V* gleich groß wie oder kleiner als der Spannungswert der Gleichspannungs-Kondensatorspannung Vsub wird, die eingestellt worden ist. Im Ergebnis kann die Gleichspannung des Einphasen-Wechselrichters 100a zuverlässig verringert werden.
Auch wenn die A-Phase der Wechselspannungsversorgung 1 und des Einphasen-Wechselrichters 100a der Wechselrichter-Schaltung 100 oben beschrieben worden ist, trifft das Gleiche auch auf die anderen beiden Phasen zu, d. h. die Einphasen-Wechselrichter 100b und 100c.
Wie oben beschrieben, berechnet bei der vorliegenden Ausführungsform die Steuerungseinrichtung 200 die Amplitude a der Nullphasen-Komponente Vo auf der Basis der Wechselspannungs-Phase θ, der Wechselspannungs-Amplitude Vp und der Glättungskondensatorspannung Vdc, und sie erzeugt die Nullphasen-Komponente Vo, die erhalten wird, indem die Amplitude a auf die im voraus eingestellte Referenz-Nullphasen-Spannung Voo angewendet wird.
Dann wird die Nullphasen-Komponente Vo, die die drei Phasen gemeinsam haben, zu der Grundanweisung Vx* für jeden der Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c addiert, so dass die Spannungsanweisung V* erzeugt wird. Die Steuerungseinrichtung 200 bestimmt die Amplitude a innerhalb des Amplitudenbereichs, so dass der Spitzenwert der Spannungsanweisung V* verringert werden kann, und so dass die Gleichspannungen der Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c verringert werden können.
Da die Amplitude auf Basis der Informationen (θ, Vp, Vdc) berechnet werden kann, die für eine gewöhnliche Steuerung für solche Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtungen verwendet werden, kann außerdem die Nullphasen-Komponente Vo auf einfache Weise erzeugt werden, und deren Spannungspegel kann verändert werden.
Während die Spannungen zwischen den Außenleitern bei dem dreiphasigen Wechselspannungs-Ausgang in einem dreiphasigen Gleichgewichtszustand gehalten werden, kann folglich der Freiheitsgrad beim Entwurf verbessert werden, und die Gleichspannungen der Einphasen-Wechselrichter 100a bis 100c können verringert werden. Daher kann eine Verringerung der Stehspannung eines jeden Elements in den Einphasen-Wechselrichtern 100a bis 100c wirksam gefördert werden. Grundsätzlich verringern sich einhergehend mit einer Verringerung der Stehspannung von Elementen die Leitungsverluste, so dass die Effizienz verbessert werden kann.
Außerdem kann die Spannung zum Einschalten/Ausschalten eines Halbleiter-Schaltelement verringert werden, so dass die Verbesserung der Effizienz weiter gefördert werden kann. Gleichzeitig können infolge der Verringerung der Spannung zum Einschalten/Ausschalten eines Halbleiter-Schaltelements Störungen verringert werden. Folglich kann eine Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung mit geringer Größe und hoher Effizienz zuverlässig erhalten werden.
Bei der obigen Ausführungsform beträgt die Referenz-Nullphasen-Spannung Voo = +cos6θ, aber sie kann unter Verwendung des folgenden Ausdrucks eingestellt werden. In diesem Fall ist n eine Ganzahl gleich oder größer 0 (Null), und die Referenz-Nullphasen-Spannung Voo hat eine Spannungs-Wellenform, die eine Frequenz aufweist, die 6 N-mal (N: positive Ganzzahl) so groß ist wie die Frequenz der Versorgungs-Wechselspannung Vin, und deren Polarität bei Intervallen von π/3 invertiert ist.
cos6nθ (0 ≤ θ < π/3, 2π/3 ≤ θ < π, 4π/3 ≤ θ < 5π/3)
–cos6nθ (π/3 ≤ θ < 2π/3, π ≤ 0 < 4π/3, 5π/3 ≤ θ < 2π)
Es sei Folgendes angemerkt: Wenn n = 0 ist, dann ist die Referenz-Nullphasen-Spannung Voo = ±1, und in diesem Fall hat die Nullphasen-Komponente Vo eine Wellenform, bei welcher deren sich Wert abwechselnd zwischen konstanten Werten a und –a, die der Amplitude entsprechen, in Intervallen von π/3 ändert.
Obwohl die Wechselspannungs-Amplitude Vp als eine Information über die mittels der Detektionsschaltung 15 für die Wechselspannung detektierte Spannung dargestellt worden ist, können auch andere Spannungswerte, wie z. B. ein Effektivwert verwendet werden.
Falls die Amplitude a der Nullphasen-Komponente Vo innerhalb des Amplitudenbereichs auf der Basis der Stehspannungen der Halbleiter-Schaltelemente 3a bis 3d bestimmt wird, die in den Einphasen-Wechselrichtern 100a bis 100c verwendet werden, oder der Stehspannung des Glättungskondensators 6, dann kann eine Verringerung der Stehspannung eines jeden Elements wirksam gefördert werden.
Der Dreiphasen-Umrichter ist nicht auf den Dreiphasen-Umrichter 5 gemäß der obigen Ausführungsform beschränkt, sondern er kann auch ein Dreiphasen-Umrichter sein, der ein Diodenelement verwendet, oder er kann ein Dreiphasen-Umrichter mit 3 Stufen sein.
Bei der obigen Ausführungsform ist der Fall gezeigt, in welchem die Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung Dreiphasen-Wechselspannung von der Wechselspannungsversorgung 1 in Gleichspannung umsetzt. Es kann jedoch auch eine Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung verwendet werden, die Gleichspannung von dem Glättungskondensator 6 in Wechselspannung umsetzt und die Wechselspannung an die Wechselspannungsversorgung 1 ausgibt.
Die Wechselrichter-Schaltung 100, die aus den Einphasen-Wechselrichtern 100a bis 100c aufgebaut ist, kann auch auf Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtungen Anwendung finden, die andere Schaltungskonfigurationen aufweisen. Obwohl die Art der Erzeugung der Grundanweisung Vx* verschieden ist, kann die Nullphasen-Komponente Vo, die die drei Phasen gemeinsam haben, in diesem Fall auf die gleiche Weise erzeugt werden, indem die Amplitude a unter Verwendung der Wechselspannungs-Phase θ und der Wechselspannungs-Amplitude Vp für jede Phase berechnet wird und die Amplitude a auf die im Voraus eingestellte Referenz-Nullphasen-Spannung Voo angewendet wird, und die Spannungsanweisung V*, die erhalten wird, indem die Nullphasen-Komponente Vo zu der Grundanweisung Vx* addiert wird, bietet die gleiche Wirkung wie bei der obigen Ausführungsform 1.
Es sei angemerkt, dass innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung jede der obigen Ausführungsformen angemessen verändert oder verkürzt werden kann.

Claims

Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung, die Folgendes aufweist: Einphasen-Wechselrichter, die jeweils einen Gleichspannungs-Kondensator und eine Mehrzahl von Halbleiter-Schaltelementen aufweisen, wobei die Einphasen-Wechselrichter Wechselspannungs-Ausgangsenden haben, die in Reihe mit den jeweiligen Phasen von Dreiphasen- Wechselspannungsleitungen geschaltet sind; und eine Steuerungseinrichtung zum Durchführen einer PWM-Steuerung für jeden Einphasen-Wechselrichter auf der Basis einer Spannungsanweisung, wobei die Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung ferner eine Detektionsschaltung für die Wechselspannung zum Detektieren der Phase und der Spannung der Dreiphasen-Wechselspannung von den Dreiphasen-Wechselspannungsleitungen aufweist, wobei die Steuerungseinrichtung einen Erzeugungsbereich für die Spannungsanweisung aufweist, zum Addieren – auf der Basis der Phase und der Spannung von der Detektionsschaltung für die Wechselspannung – einer Nullphasen-Komponente, welche die drei Phasen gemeinsam haben, zu jeder Phase, um die Spannungsanweisung zu erzeugen, und wobei der Erzeugungsbereich für die Spannungsanweisung die Amplitude der Nullphasen-Komponente berechnet und die Amplitude auf die vorab eingestellte Referenz-Nullphasen-Spannung anwendet, um die Nullphasen-Komponente zu bestimmen, die mit der Phase der Dreiphasen-Wechselspannung synchronisiert ist.
Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Erzeugungsbereich für die Spannungsanweisung die Amplitude so berechnet, dass die Größe eines Spitzenwerts der Spannungsanweisung gleich der oder kleiner als die Spannung des Gleichspannungs-Kondensators eines jeden Einphasen-Wechselrichters wird.
Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, die ferner Folgendes aufweist: einen Dreiphasen-Leistungsumrichter, der eine Mehrzahl von Halbleiterelementen aufweist, zum Umsetzen von Spannung zwischen Wechselspannung und Gleichspannung, wobei der Dreiphasen-Leistungsumrichter Wechselspannungs-Enden für die jeweiligen Phasen aufweist, die mit den jeweiligen Einphasen-Wechselrichtern über die Dreiphasen-Wechselspannungsleitungen verbunden sind; und einen Kondensator, der mit der Gleichspannungsseite des Dreiphasen-Leistungsumrichter verbunden ist, wobei die Dreiphasen-Wechselspannungsleitungen mit der Dreiphasen-Wechselspannung verbunden sind, wobei die Einphasen-Wechselrichter jeweils in Reihe mit den Dreiphasen-Wechselspannungsleitungen verbunden sind, und zwar zwischen dem Dreiphasen-Leistungsumrichter und der Wechselspannungsversorgung, und wobei die Ausgangsspannungen der Einphasen-Wechselrichter jeweils den Ausgangs-Wechselspannungen für die jeweiligen Phasen des Dreiphasen-Leistungsumrichters überlagert sind, und wobei die sich ergebenden Spannungen an die Wechselspannungsversorgung ausgegeben werden.
Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung nach Anspruch 3, die ferner Folgendes aufweist: einen Detektor zum Detektieren der Spannung des Kondensators, wobei die Detektionsschaltung für die Wechselspannung die Spannung der Wechselspannungsversorgung als die Dreiphasen-Wechselspannung detektiert, und wobei der Erzeugungsbereich für die Spannungsanweisung eine Amplitude der Nullphasen-Komponente berechnet, und zwar auf der Basis des Kondensators und auf der Basis der Phase und der Spannung von der Detektionsschaltung für die Wechselspannung.
Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei der Erzeugungsbereich für die Spannungsanweisung die Grundanweisungen für die jeweiligen Phasen erzeugt, um so Differenzen zwischen den Spannungen für die jeweiligen Phasen der Wechselspannungsversorgung und den Ausgangs-Wechselspannungen für die jeweiligen Phasen des Dreiphasen-Leistungsumrichters auszugeben, und wobei er die Amplitude der Nullphasen-Komponente so berechnet, dass die Absolutwerte eines maximalen Spannungswerts und eines minimalen Spannungswerts der Spannungsanweisung gleich groß sind.
Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei der Erzeugungsbereich für die Spannungsanweisung die Amplitude der Nullphasen-Komponente bestimmt, und zwar auf der Basis von Element-Stehspannungen der Halbleiter-Schaltelemente in jedem Einphasen-Wechselrichter und der Element-Stehspannung des Kondensators.
Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei die Nullphasen-Komponente eine Spannungs-Wellenform hat, die eine Frequenz aufweist, die 6 N-mal so groß wie die Frequenz der Dreiphasen-Wechselspannung ist und deren Polarität bei jeder (1/6)-Periode der Dreiphasen-Wechselspannung invertiert wird.
Dreiphasen-Spannungs-Umsetzungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Spannungs-Wellenform der Nullphasen-Komponente einen konstanten Wert angibt, dessen Polarität bei jeder (1/6)-Periode invertiert wird, oder eine Sinus-Wellenform, deren Polarität bei jeder (1/6)-Periode invertiert wird.