DE112018006967T5

DE112018006967T5 - Reihen-Multiplex-Umrichter

Info

Publication number: DE112018006967T5
Application number: DE112018006967.2T
Authority: DE
Inventors: Kazufumi Tanaka; Kazutoshi Kurahashi; Yoshiaki Yamamoto; Shuta Ishikawa
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2018-01-29
Filing date: 2018-01-29
Publication date: 2020-10-08
Also published as: US20210067054A1; US11183948B2; WO2019146124A1; JPWO2019146124A1; JP6391897B1

Abstract

Ein Reihen-Multiplex-Umrichter (1) weist eine Leistungswandlereinheit (10), eine Treibersignalerzeugungseinheit (41) und eine Treibersignalausgabeeinheit (42) auf. Die Treibersignalerzeugungseinheit (41) erzeugt n Treibersignale (Sp₁ bis Sp_n), die bewirken, dass verschiedene Einzelphasen-Umrichter der n Einzelphasen-Umrichter (15₁ bis 15_n) n Rechteck-Wellen-Spannungen sequentiell außer Phase ausgeben, wobei n eine ganze Zahl von drei oder mehr ist. Die Treibersignalausgabeeinheit (42) gibt die n Treibersignale (Sp₁ bis Sp_n) an die n Einzelphasen-Umrichter (15₁ bis 15_n) in einer Rotation aus, die um p jede m-fache Zeit einer Hälfte einer Ausgangsspannungsperiode der Leistungswandlereinheit (10) wechselt, wobei die Einzelphasen-Umrichter Eins-zu-Eins den n Treibersignalen (Sp₁ bis Sp_n) in einer Kombination der n Treibersignale (Sp₁ bis Sp_n) mit verschiedenen Einzelphasen-Umrichtern der n Einzelphasen-Umrichter (15₁ bis 15_n) entsprechen, wobei m eine natürliche Zahl ist und p eine natürliche Zahl ist, die teilerfremd zu n oder eins ist.

Description

Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Reihen-Multiplex-Umrichter mit einer Mehrzahl von Einzelphasen-Umrichtern, die Ausgangsanschlüsse aufweisen, die in Reihe verbunden sind.
Hintergrund
Herkömmlich bekannte Reihen-Multiplex-Umrichter bewirken, dass eine Mehrzahl von Einzelphasen-Umrichtern Rechteck-Wellen-Spannungen außer Phase zueinander ausgeben, kombinieren die Rechteck-Wellen-Spannungen und geben die kombinierte Spannung aus. Bezüglich dieser Art von Reihen-Multiplex-Umrichter, offenbart Patentliteratur 1 eine Technik des Austauschens, unter einer Mehrzahl von Einzelphasen-Umrichtern, Zeitpunkte bei dem die Mehrzahl von Pulsweitenmodulation(PWM)-Signalen entsprechend Eins-zu-Eins den Einzelphasen-Umrichtern sich ändern. Als Ergebnis wird die Zeitdauer während der eine Rechteck-Wellen-Spannung von jedem Einzelphasen-Umrichter ausgegeben wird, ausgeglichen.
Zitierungsliste
Patentliteratur
Patentliteratur 1: Japanische Patentanmeldung Offenlegungsschrift Nr. 2006-320103
Kurzdarstellung
Technisches Problem
Für den voranstehend herkömmlichen Reihen-Multiplex-Umrichter, kann die Zeitdauer während der eine Rechteck-Wellen-Spannung ausgegeben wird, unter den Einzelphasen-Umrichter ausgeglichen werden. Jedoch ist die Ausgangsleistung von jedem Einzelphasen-Umrichter bestimmt als das Produkt der momentanen Ausgangsspannung und des momentanen Ausgangsstroms von jedem Einzelphasen-Umrichter, stellt der voranstehend beschriebene herkömmlichen Reihen-Multiplex-Umrichter das Problem von großen Variationen in der Ausgangsleistung unter den Einzelphasen-Umrichtern bereit.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des Voranstehenden gemacht und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Reihen-Multiplex-Umrichter zu erlangen, der dazu in der Lage ist die Ausgangsleistung unter Einzelphasen-Umrichtern auszugleichen.
Lösung des Problems
Um die voranstehend beschriebenen Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erlangen, weist ein Reihen-Multiplex-Umrichter der vorliegende Erfindung eine Leistungswandlereinheit, eine Treibersignalerzeugungseinheit, und eine Treibersignalausgabeeinheit aus. Die Leistungswandlereinheit weist n Einzelphasen-Umrichter auf, wobei n eine ganze Zahl von drei oder mehr ist, und die n Einzelphasen-Umrichter haben Ausgangsanschlüsse, die in Reihe verbunden sind. Die Treibersignalerzeugungseinheit erzeugt n Treibersignale, die bewirken, dass verschiedene Einzelphasen-Umrichter der n Einzelphasen-Umrichter n Rechteck-Wellen-Spannungen sequentiell außer Phase ausgeben. Die Treibersignalausgabeeinheit gibt die n Treibersignale an die n Einzelphasen-Umrichter in einer Rotation aus, die, um p jedes m-fache Zeit von einer Hälfte einer Ausgangsspannungsperiode der Leistungswandlereinheit wechselt, wobei die Einzelphasen-Umrichter entsprechend Eins-zu-Eins an die n Treibersignalen entsprechend einer Kombination der n Treibersignale mit verschiedenen Einzelphasen-Umrichtern der n Einzelphasen-Umrichter, wobei m eine natürliche Zahl ist und p eine natürliche Zahl ist, die teilerfremd zu n oder eins ist.
Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann die Effekte des Ausgleichens der Ausgangsleistung zwischen Einzelphasen-Umrichtern erreichen.
Figurenliste

1 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Reihen-Multiplex-Umrichters gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Einzelphasen-Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
3 zeigt ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen Gate-Signalausgabe von einem Gate-Treiber und der Wellenform der Ausgangsspannung von einem Einzelphasen-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
4 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Treibersignalerzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
5 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel von Ausgangsspannungen von einer Mehrzahl von Einzelphasen-Umrichtern gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
6 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel von Ausgangsspannungen von der Mehrzahl von Einzelphasen-Umrichtern gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
7 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel von Ausgangsspannungen von einer Mehrzahl von Einzelphasen-Umrichtern gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
8 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Wellenform einer Ausgangsspannung und der Wellenform eines Ausgangsstroms von dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
9 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Wellenform einer Ausgangsspannung und der Wellenform eines Ausgangsstroms von dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
10 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Wellenform einer Ausgangsspannung und der Wellenform einer Ausgangsleistung von jedem Einzelphasen-Umrichter in dem in 9 dargestellten Zustand darstellt.
11 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Wellenform einer Ausgangsspannung und der Wellenform eines Ausgangsstroms in dem Fall einer Stromverzögerungsphase in dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
12 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Wellenform einer Ausgangsspannung und der Wellenform eines Ausgangsstroms in dem Fall einer Stromverzögerungsphase in dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
13 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Wellenform einer Ausgangsspannung und der Wellenform einer Ausgangsleistung von jedem Einzelphasen-Umrichter in dem in 12 dargestellten Zustand darstellt.
14 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Verhältnisses zwischen Ausgangsspannung, Ausgangsstrom und Ausgangszeitpunkten in dem Fall einer Stromverzögerungsphase in dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
15 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Verhältnisses zwischen Ausgangsleistung, Ausgangsstrom und Ausgangszeitpunkten in dem Fall einer Stromverzögerungsphase in dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
16 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Ausgangszeitpunkten darstellt, zu dem jeder Einzelphasen-Umrichter eine Rechteck-Wellen-Spannung auf einer Aktualisierungs-Periode-für- Aktualisierungs-Periode-Basis ausgibt.
17 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Verhältnisses zwischen Ausgangsspannung, Ausgangsstrom und Ausgangszeitpunkten für den Fall einer Vorauseilungsphase in dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
18 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Verhältnisses zwischen Ausgangsleistung, Ausgangsstrom und Ausgangszeitpunkten für den Fall einer Vorauseilungsphase in dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
19 zeigt ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel des Ausgangszeitpunkts darstellt, zu dem jeder Einzelphasen-Umrichter eine Rechteck-Wellen-Spannung auf einer Aktualisierungs-Periode-für- Aktualisierungs-Periode-Basis darstellt.
20 zeigt ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Prozess darstellt, der durch eine Steuerungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
21 zeigt ein Diagramm, das das eine beispielhafte Hardwarekonfiguration der Steuerungseinheit des Reihen-Multiplex-Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
22 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Reihen-Multiplex-Umrichters gemäß einer zweiten Ausführungsform darstellt.
23 zeigt ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Bestimmungsprozess darstellt, der durch eine Steuerungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird.

Beschreibung von Ausführungsformen
Hiernach wird ein Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail basierend auf den Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
Erste Ausführungsform
1 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Reihen-Multiplex-Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie in 1 dargestellt, weist der Reihen-Multiplex-Umrichter 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine Leistungswandlereinheit 10, eine Spannungsdetektionseinheit 20, eine Stromdetektionseinheit 30, eine Steuerungseinheit 40 und eine Betriebseinheit 50 auf. Die Steuerungseinheit 40 steuert die Leistungswandlereinheit 10 so dass die Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlereinheit 10 ausgegeben wird.
Die Leistungswandlereinheit 10 kann eine AC-Leistungsausgabe von einer Einzelphasen-AC-Leistungszufuhr 2 in eine AC-Leistung wandeln, die irgendeine Frequenz und Amplitude aufweist. Zum Beispiel kann die Leistungswandlereinheit 10 eine AC-Leistungsausgabe von der Einzelphasen-AC-Leistungszufuhr 2 in hochfrequenter AC-Leistung von 1 kHz oder mehr wandeln. Man beachte, dass die Leistungswandlereinheit 10 auch eine AC-Leistungsausgabe von der Einzelphasen-AC-Leistungszufuhr 2 in eine AC-Leistung wanden kann, die eine Frequenz von weniger als 1 kHz aufweist.
Die Leistungswandlereinheit 10 weist n Leistungswandlerblöcke 11₁ bis 11_n auf. Hier ist „n“ eine ganze Zahl von drei oder mehr. Der Leistungswandlerblock 11₁ weist einen Transformator 12₁ , eine Gleichrichterschaltung 13₁ , einen Kondensator 14₁ und einen Einzelphasen-Umrichter 15₁ auf. Der Leistungswandlerblock 11₂ weist einen Transformator 12₂ , eine Gleichrichterschaltung 13₂ , einen Kondensator 14₂ und einen Einzelphasen-Umrichter 15₂ auf.
Ähnlich zu den Leistungswandlerblöcken 11₁ und 11₂ weist jeder der Leistungswandlerblöcke 11₃ bis 11_n einen von Transformatoren 12₃ bis 12_n auf, einer von Gleichrichterschaltungen 13₃ bis 13_n , eine von Kondensatoren 14₃ bis 14_n und eine von Einzelphasen-Umrichtern 15₃ bis 15_n . Die Leistungswandlerblöcke 11₁ bis 11_n weisen dieselbe Konfiguration wie voranstehend beschrieben auf. Hiernach wird daher die Konfiguration des Leistungswandlerblocks 11₁ im Detail beschrieben.
Die Primärwicklung des Transformators 12₁ ist mit der Einzelphasen-AC-Leistungszufuhr 2 verbunden. Der Transformator 12₁ wandelt die AC-Spannungs-Vac-Ausgabe von der Einzelphasen-AC-Leistungszufuhr 2 in eine AC-Spannung u, die eine Amplitude aufweist, die auf dem Wicklungsverhältnis des Transformators 12₁ abhängt und gibt die AC-Spannung aus.
Die Gleichrichterschaltung 13₁ ist mit der Sekundärwicklung des Transformators 12₁ verbunden und richtet die AC-Spannungsausgabe des Transformators 12₁ gleich. Die Gleichrichterschaltung 13₁ ist zum Beispiel eine Vollwellengleichrichterschaltung, eine Halbwellengleichrichterschaltung oder eine Vollbrückenschaltung. Man beachte, dass die Gleichrichterschaltung 13₁ nur dazu in der Lage sein muss, die AC-Spannungsausgabe von dem Transformator 12₁ gleichzurichten und ist nicht notwendigerweise eine Vollwellengleichrichterschaltung, eine Halbwellengleichrichterschaltung oder eine Vollbrückenschaltung.
Der Kondensator 14₁ glättet die Ausgangsspannung von der Gleichrichterschaltung 13₁ . Die Gleichrichterschaltung 13₁ und der Kondensator 14₁ wandeln die AC-Spannungsausgabe von dem Transformator 12₁ in die DC-Spannung Vdc.
Der Einzelphasen-Umrichter 15₁ wird durch die Steuerungseinheit 40 gesteuert, so dass der Einzelphasen-Umrichter 15₁ die DC-Spannung Vdc, die durch die Gleichrichterschaltung 13₁ und den Kondensator 14₁ erzeugt ist, in eine Rechteck-Wellen-Spannung und geben die Rechteck-Wellen-Spannung wandeln kann und gibt die Rechteck-Wellen-Spannung aus.
Die Leistungswandlerblöcke 11₂ bis 11_n erzeugen und Rechteck-Wellen-Spannungen geben diese aus, ähnlich zu dem Leistungswandlerblock 11₁ . Hiernach werden die Spannungsausgaben von den Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n jeweils bezeichnet als die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn zum vereinfachten Verständnis. Man beachte, dass die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn gemeinsam als die Ausgangsspannung V_INV bezeichnet werden können.
Ausgangsanschlüsse 16₁ , 17₁ , 16₂ , 17₂ ,..., 16"-₁, 17_n-1, 16_n , und 17_n der Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n sind in Reihe verbunden. Deswegen werden die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn von den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n kombiniert und ein Ergebnis der Kombination wird als die Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlereinheit 10 ausgegeben.
Die Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlereinheit 10 wird einer Last 3 zugeführt. In dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1, der in 1 dargestellt ist, wird die Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlereinheit 10 direkt der Last 3 zugeführt. Alternativ kann der Reihen-Multiplex-Umrichter 1 ein Oberwellenfilter oder ein Oberwellentransformator (nicht dargestellt) zwischen der Leistungswandlereinheit 10 und der Last 3 aufweisen. Der Oberwellenfilter ist, zum Beispiel, ein LC-Filter.
Hiernach werden die Transformatoren 12₁ bis 12_n gemeinsam Transformator 12 bezeichnet und die Gleichrichterschaltungen 13₁ bis 13_n können gemeinsam als die Gleichrichterschaltung 13 bezeichnet werden. Die Kondensatoren 14₁ bis 14_n können gemeinsam als der Kondensator 14 bezeichnet werden und die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n können gemeinsam als der Einzelphasen-Umrichter 15 bezeichnet werden.
In der beispielhaften Konfiguration, die in 1 dargestellt ist, weist jeder der Leistungswandlerblöcke 11₁ bis 11_n den Transformator 12, die Gleichrichterschaltung 13 und den Kondensator 14 auf. Alternativ kann eine DC-Leistungszufuhr, die die DC-Spannung Vdc ausgibt, anstatt des Transformators 12, der Gleichrichterschaltung 13 und dem Kondensator 14 bereitgestellt sein.
2 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Einzelphasen-Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Wie in 2 dargestellt, weist der Einzelphasen-Umrichter 15₁ vier Schaltelemente Q1 bis Q4 auf, die in Vollbrückenkonfiguration verbunden sind, Dioden D1 bis D4, die antiparallel zu den Schaltelementen Q1 bis Q4 jeweils verbunden sind und einen Gate-Treiber 18.
Der Gate-Treiber 18 erzeugt Gate-Signale Sg1 bis Sg4 auf der Basis einer Treibersignal (später beschrieben) Ausgabe von der Steuerungseinheit 40 und gibt jedes der erzeugten Gate-Signale Sg1 bis Sg4 an ein entsprechendes der Gates der Schaltelemente Q1 bis Q4 aus. Daher sind die Schaltelemente Q1 bis Q4 einer Ein/Aus-Steuerung unterzogen, so dass die Ausgangsspannung V_INV1 erzeugt wird und durch den Einzelphasen-Umrichter 15₁ ausgegeben wird. Die Schaltelemente Q1 to Q4 sind Halbleiterschaltelemente, die durch Metalloxid-Halbleiterfeldtransistoren (MOSFETs) und isoliertes Gate-Bipolartransistoren (IGBTs) repräsentiert sind.
3 zeigt ein Diagramm, das das Verhältnis zwischen einer Gate-Signalausgabe von einem Gate-Treiber und der Wellenform der Ausgangsspannung von einem Einzelphasen-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Wie in 3 dargestellt, wird die Ausgangsspannung V_INV1, die eine Rechteck-Wellen-Spannung aufweist, durch die Gate-Signale Sg1 bis Sg4 erzeugt. In 3 ist „To“ eine Ausgangsspannungsperiode, die die Fundamentalperiode der Ausgangsspannung Vo von dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1 angibt. Zusätzlich ist „+Va“ der Spannungswert einer positiven Rechteck-Wellen-Spannungsausgabe von dem Einzelphasen-Umrichter 15₁ und „-Va“ ist der Spannungswert einer negativen Rechteck-Wellen-Spannungsausgabe von dem Einzelphasen-Umrichter 15₁ .
Eine Treibersignalausgabe von der Steuerungseinheit 40 an den Einzelphasen-Umrichter 15 weist vier Pulsweitenmodulationssignale auf, die dieselbe Wellenform wie jeweilige Gate-Signale Sg1 bis Sg4 aufweisen und wird durch den Gate-Treiber 18 verstärkt und an die Schaltelemente Q1 bis Q4 ausgegeben. Man beachte, dass dieses ein nicht beschränkendes Beispiel eines Treibersignals ist und jegliches Treibersignal kann genutzt werden, solange der Gate-Treiber 18 die Gate-Signale Sg1 bis Sg4 auf der Basis des Treibersignals von der Steuerungseinheit 40 erzeugen kann. Zum Beispiel kann eine Treibersignalausgabe von der Steuerungseinheit 40 an jeden Einzelphasen-Umrichter 15 ein oder zwei PWM-Signale aufweisen. Dies bedeutet, dass der Gate-Treiber 18 dazu konfiguriert sein kann, die Gate-Signale Sg1 bis Sg4 von einem Treibersignal zu erzeugen und auszugeben, das ein oder zwei PWM-Signale aufweist.
Die Einzelphasen-Umrichter 15₂ bis 15_n weisen dieselbe Konfiguration wie der Einzelphasen-Umrichter 15₁ auf. Man beachte, dass die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n nicht auf die in 2 dargestellte Konfiguration beschränkt sind. Das bedeutet, dass die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n nur dazu in der Lage sein müssen, die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn (später beschrieben) auszugeben und müssen nicht notwendigerweise die in 2 dargestellte Konfiguration aufweisen.
Wie mit Bezug auf 1 wird die Erläuterung des Reihen-Multiplex-Umrichters 1 fortgesetzt. Die Spannungsdetektionseinheit 20 des Reihen-Multiplex-Umrichters 1 detektiert wiederholt den momentanen Wert der Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlereinheit 10 und gibt den detektierten Spannungswert Vdet aus, der der momentane detektierte Wert der Ausgangsspannung Vo ist. Die Stromdetektionseinheit 30 des Reihen-Multiplex-Umrichters 1 detektiert wiederholt den momentanen Wert des Ausgangsstroms Io von der Leistungswandlereinheit 10 und gibt den detektierten Stromwert Idet aus, der der detektierte momentane Wert des Ausgangsstroms Io ist.
Die Steuerungseinheit 40 des Reihen-Multiplex-Umrichters 1 weist eine Treibersignalerzeugungseinheit 41, eine Treibersignalausgabeeinheit 42 und eine Betriebsempfangseinheit 43 auf. Die Treibersignalausgabeeinheit 42 erzeugt n Treibersignale Sp₁ bis Sp_n. Die Treibersignalausgabeeinheit 42 gibt die n Treibersignale Sp₁ bis Sp_n an die n Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n aus. Hiernach können die Treibersignale Sp₁ bis Sp_n gemeinsam als das Treibersignal Sp bezeichnet werden.
Die Treibersignalerzeugungseinheit 41 erzeugt die n Treibersignale Sp durch Konstante-Ausgangsstrom-Steuerung auf der Basis des detektierten momentanen Stromwert Idet. Jedes Treibersignal Sp weist, zum Beispiel, eine Mehrzahl von PWM-Signale, wie voranstehend beschrieben, auf. Man beachte, dass die Treibersignalerzeugungseinheit 41 auch die n Treibersignale Sp durch Konstante-Ausgangsspannung-Steuerung oder Konstante-Ausgangsleistungs-Steuerung erzeugen kann. Zum Beispiel kann die Treibersignalerzeugungseinheit 41 die n Treibersignale Sp durch Konstante-Ausgangsspannung-Steuerung auf der Basis des detektierten Spannungswerts Vdet erzeugen.
Die Treibersignalerzeugungseinheit 41 kann die n Treibersignale Sp durch Konstante-Ausgangsleistungs-Steuerung auf der Basis des detektierten Spannungswerts Vdet und des detektierten Stromwerts Idet erzeugen. In einem Fall, wo die Treibersignalerzeugungseinheit 41 nur Konstante-Ausgangsstrom-Steuerung durchführt, kann Spannungsdetektionseinheit 20 nicht bereitgestellt sein.
Die Treibersignale Sp₁ bis Sp_n sind Signale, die bewirken, dass verschiedene Einzelphasen-Umrichter der n Einzelphasen-Umrichter 15 n Rechteck-Wellen-Spannungen sequentiell außer Phase um die erste Phasendifferenz φ1 (später beschrieben) ausgeben. Hiernach wird eine beispielhafte Konfiguration des Treibersignalerzeugungseinheit 41 beschrieben.
4 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration der Treibersignalerzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Wie in 4 dargestellt, weist die Treibersignalerzeugungseinheit 41 eine Effektivwertberechnungseinheit 60, eine Strombefehlsausgabeeinheit 61, einen Subtrahierer 62, eine Stromsteuerungseinheit 63, eine Trägerwellenausgabeeinheit 64, einen Vergleicher 65 und eine Signalerzeugungseinheit 66 auf.
Die Effektivwertberechnungseinheit 60 berechnet den Ausgangsstromeffektivwert Iom, welcher der Effektivwert des Ausgangsstroms Io ist, auf der Basis der detektierten Stromwert-Idet-Ausgabe von der Stromdetektionseinheit 30. Die Effektivwertberechnungseinheit 60 berechnet den Ausgangsstromeffektivwert Iom, zum Beispiel, jede halbe Ausgangsspannungsperiode To. Die Ausgangsspannungsperiode To ist die Fundamentalperiode der Ausgangsspannung Vo wie voranstehend beschrieben und To=1/fo ist erfüllt. Man beachte, dass „fo“ die Frequenz der Ausgangsspannung Vo ist und hiernach als die Ausgangsspannungsfrequenz fo bezeichnet wird.
Die Strombefehlsausgabeeinheit 61 gibt den Strombefehl Iref aus. Der Wert des Strombefehls Iref wird durch die Strombefehlsausgabeeinheit 61 auf der Basis von, zum Beispiel, Information erzeugt, die von außerhalb zu der Strombefehlsausgabeeinheit 61 zugeführt wird.
Der Subtrahierer 62 subtrahiert den Ausgangsstromeffektivwert Iom von dem Strombefehl Iref und gibt den Stromdifferenzwert ΔI als das Ergebnis der Subtraktion aus. Die Stromsteuerungseinheit 63 erzeugt den Spannungsbefehl Vref auf der Basis der Stromdifferenzwert ΔI-Ausgabe von dem Subtrahierer 62. Die Stromsteuerungseinheit 63 kann den Spannungsbefehl Vref durch, zum Beispiel, Proportional-Integral-Steuerung oder Proportional-Integral-Differential-Steuerung erzeugen.
Die Trägerwellenausgabeeinheit 64 erzeugt die Trägerwelle Vcs und gibt die erzeugte Trägerwelle Vcs aus. Die Trägerwelle Vcs ist, zum Beispiel, eine Spannung, die eine Dreieckswellenform oder eine Spannung, die eine Sägezahnwellenform aufweist. Die Ausgangsspannungsperiode To ist dieselbe wie die Periode der Trägerwelle Vcs. Wenn die Periode der Trägerwelle Vcs sich ändert, ändert sich die Ausgangsspannungsperiode To.
Der Vergleicher 65 vergleicht den Spannungsbefehl Vref mit der Trägerwelle Vcs und gibt das Ergebnis des Vergleichs aus. Spezifisch gibt der Vergleicher 65 die erste Spannung V1 aus, wenn der Spannungsbefehl Vref größer ist als die Trägerwelle Vcs und gibt die zweite Spannung V2, die verschieden von der ersten Spannung V1 ist, aus, wenn der Spannungsbefehl Vref kleiner als die Trägerwelle Vcs ist.
Die Signalerzeugungseinheit 66 erzeugt die n Treibersignale Sp₁ bis Sp_n auf der Basis der Spannungsausgabe von dem Vergleicher 65. Die Signalerzeugungseinheit 66 weist eine Information aus, die die erste Phasendifferenz φ1 angibt. Die Signalerzeugungseinheit 66 bestimmt auch die zweite Phasendifferenz φ2 auf der Basis der relativen Einschaltdauer der Spannungsausgabe von dem Vergleicher 65. Zum Beispiel bestimmt die Signalerzeugungseinheit 66 die zweite Phasendifferenz φ2, so dass je kürzer die Zeit während die zweite Spannung V2 von dem Vergleicher 65 ausgegeben wird, desto kleiner die zweite Phasendifferenz φ2 ist, in Halbperioden der Trägerwelle Vcs.
Die Signalerzeugungseinheit 66 erzeugt die n Treibersignale Sp₁ bis Sp_n auf der Basis der ersten Phasendifferenz φ1 und der zweiten Phasendifferenz φ2. Die Signalerzeugungseinheit 66 gibt die erzeugten n Treibersignale Sp₁ bis Sp_n an die Treibersignalausgabeeinheit 42 aus, die in 1 dargestellt ist.
Die Treibersignalausgabeeinheit 42 bestimmt ein Muster einer Kombination der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n mit dem Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n bei jeder Aktualisierungsperiode Ts, die im Vorhinein festgesetzt ist. Die Treibersignalausgabeeinheit 42 gibt die Treibersignale Sp₁ bis Sp_n an die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n gemäß with des bestimmten Muster der Kombination der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n mit den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n aus. Man beachte, dass Ts=To/2×m erfüllt wird, wobei m eine natürliche Zahl ist.
Die Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n geben die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn von den Ausgangsanschlüssen 16₁ , 17₁ , 16₂ , 17₂ ,..., 16_n-1, 17_n-1, 16_n und 17_n auf der Basis der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n - Ausgabe von der Treibersignalausgabeeinheit 42 aus. Die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn von den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n werden kombiniert und das Ergebnis der Kombination wird als die Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlereinheit 10 ausgegeben.
Hier werden die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn von den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n im Detail beschrieben mit Bezug auf die 5 bis 7. Die 5 bis 7 sind Diagramme, die Beispiele der Ausgangsspannungen von einer Mehrzahl von Einzelphasen-Umrichtern gemäß der ersten Ausführungsform darstellen. In den Beispielen der 5 bis 7 ist n=8 erfüllt, das bedeutet, dass die Anzahl der Einzelphasen-Umrichter 15 acht ist und die Treibersignale Sp₁ bis Sp₈ werden sequentiell in Eins-zu-Eins-Korrespondenz zu den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15₈ in der Reihenfolge Sp₁ bis Sp₈ eingegeben.
Spezifisch wird das Treibersignal Sp₁ in den Einzelphasen-Umrichter 15₁ eingegeben, das Treibersignal Sp₂ wird in den Einzelphasen-Umrichter 15₂ eingegeben, das Treibersignal Sp₃ wird in den Einzelphasen-Umrichter 15₃ eingegeben und das Treibersignal Sp₄ wird in den Einzelphasen-Umrichter 15₄ eingegeben. Auf ähnliche Weise wird das Treibersignal Sp₅ in den Einzelphasen-Umrichter 15₅ eingegeben, das Treibersignal Sp₆ wird in den Einzelphasen-Umrichter 15₆ eingegeben, das Treibersignal Sp₇ wird in den Einzelphasen-Umrichter 15₇ eingegeben und das Treibersignal Sp₈ wird an den Einzelphasen-Umrichter 15₈ eingegeben.
In den 5 bis 7 bedeutet „1“ die voranstehend beschriebene „+Va“ welches der Spannungswert einer positiven Rechteck-Wellen-Spannungsausgabe von dem Einzelphasen-Umrichter 15 ist und „-1“ bedeutet, das voranstehende „-Va“, was der Spannungswert einer negativen Rechteck-Wellen-Spannungsausgabe von dem Einzelphasen-Umrichter 15 ist. Des Weiteren bedeutet „2“ bis „7“ Vielfache von „+Va“, und „-2“ bis „-7“ bedeuten Vielfache von „-Va“. In den 5 bis 7 repräsentiert die vertikale Achse den momentanen Wert der Ausgangsspannung Vo und die horizontale Achse repräsentiert die Phase der Ausgangsspannung Vo. Das Intervall zwischen vertikalen gestrichelten Linien ist 18°. Hiernach wird die Phase der Ausgangsspannung Vo als die Ausgangsspannungsphase θo ausgegeben.
Wie in 5 dargestellt, werden die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INV8 sequentiell außer Phase um die erste Phasendifferenz φ1 ausgegeben. Spezifisch werden die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn8 positive Rechteck-Wellen-Spannungen zu Zeitpunkten sequentiell außer Phase um die erste Phasendifferenz φ1 und werden negative Rechteck-Wellen-Spannungen zu Zeitpunkten sequentiell außer Phase um die erste Phasendifferenz φ1. In dem in 5 dargestellten Beispiel ist φ1=18° erfüllt.
Zum Beispiel ist die positive Rechteck-Wellen-Spannung bei der Ausgangsspannung V_INV2 außer Phase mit der positiven Rechteck-Wellen-Spannung bei der Ausgangsspannung V_INV1 um die ersten Phasendifferenz φ1. Die positive Rechteck-Wellen-Spannung bei der Ausgangsspannung V_INV3 ist außer Phase mit der positiven Rechteck-Wellen-Spannung bei der Ausgangsspannung V_INV2 um die erste Phasendifferenz φ1. Auf ähnliche Weise ist die negative Rechteck-Wellen-Spannung bei der Ausgangsspannung V_INV2 außer Phase mit der negativen Rechteck-Wellen-Spannung bei der Ausgangsspannung V_INV1 um die erste Phasendifferenz φ1. Die negative Rechteck-Wellen-Spannung bei der Ausgangsspannung V_INV3 ist außer Phase mit der negativen Rechteck-Wellen-Spannung bei der Ausgangsspannung V_INV2 um die erste Phasendifferenz φ1.
Der Einzelphasen-Umrichter 15 gibt also, auf der Basis des Treibersignals Sp, eine negative Rechteck-Wellen-Spannung aus, die um die zweite Phasendifferenz φ2 von dem Ende der Ausgabe der positiven Rechteck-Wellen-Spannung versetzt bzw. verschoben ist. In dem in 5 dargestellten Beispiel ist φ2=54° erfüllt. Für die Ausgangsspannung V_INV1 von dem Einzelphasen-Umrichter 15₁ ist die Zeitperiode von 0°≤θo<126° in Zeitperiode während der eine positive Rechteck-Wellen-Spannung ausgegeben wird, und die Zeitperiode von 180°≤θo<306° ist eine Zeitperiode während der eine negative Rechteck-Wellen-Spannung ausgegeben wird. Daher, für die Ausgangsspannung V_INV1, startet die Zeitperiode der negativen Rechteck-Wellen-Spannung beim 54° versetzten Zeitpunkt, welches die zweite Phasendifferenz φ2 ist, von dem Ende der Zeitperiode der positiven Rechteck-Wellen-Spannung.
Auf ähnliche Weise beginnt für die Ausgangsspannungen V_INV2 bis V_INV8 von den Einzelphasen-Umrichtern 15₂ bis 15₈ die Zeitperiode der negativen Rechteck-Wellen-Spannung zum Zeitpunkt der um die zweite Phasendifferenz φ2 von dem Ende der Zeitperiode der positiven Rechteck-Wellen-Spannung versetzt ist. Es ist klar von dem Voranstehenden, dass das Treibersignal Sp derart generiert wird, dass die Ausgangsspannung V_INV von dem Einzelphasen-Umrichter 15 die zweite Phasendifferenz φ2 einbezieht.
Wie voranstehend beschrieben, weil die Ausgangsanschlüsse 16₁ , 17₁ , 16₂ , 17₂ ,..., 16_n-1, 17_n-1, 16_n und 17_n der Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15₈ in Reihe verbunden sind, werden die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INV8 von den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15₈ kombiniert. Daher, wie in 5 dargestellt, ist die Wellenform der Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlereinheit 10 eine zusammengesetzte Wellenform der Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INV8 •
Zum Beispiel, im Fall von 0°≤θo<18°, ist die Ausgangsspannung V_INV1 = +Va, die Ausgangsspannungen V_INV2 bis V_INV4 sind 0 V und die Ausgangsspannungen V_INV5 bis V_INV8 sind -Va. Daher ist die Ausgangsspannung Vo = -3×Va. In dem Fall von 18°≤θo<36° sind die Ausgangsspannungen V_INV1 und V_INV2 = +Va, die Ausgangsspannungen V_INV3 bis V_INV5 sind 0 V und die Ausgangsspannungen V_INV6 bis V_INV8 sind -Va. Daher ist die Ausgangsspannung Vo = -Va. In dem Fall von 36°≤θo<54° sind die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INV3 = +Va, die Ausgangsspannungen V_INV4 bis V_INV6 sind 0 V und die Ausgangsspannungen V_INV7 und V_INV8 sind -Va. Daher ist die Ausgangsspannung Vo = +Va.
Daher werden die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INV8 von den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15₈ miteinander kombiniert und als die Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlereinheit 10 ausgegeben. In dem in 5 dargestellten Beispiel ändert sich die Ausgangsspannung Vo stufenweise in dem Bereich von 7×Va bis -7×Va. Das Ändern des Betrag der zweiten Phasendifferenz φ2 zum Erhöhen oder Verringern der Zeit während der der Einzelphasen-Umrichter 15 eine Rechteck-Wellen-Spannung ausgibt, steuert die Wellenform der Ausgangsspannung Vo.
Die zweite Phasendifferenz φ2, die in 6 dargestellt ist, ist größer festgesetzt als die zweite Phasendifferenz φ2, die in 5 dargestellt ist. Spezifisch ist die zweite Phasendifferenz φ2, die in 6 dargestellt ist, größer als die zweite Phasendifferenz φ2, die in 5 dargestellt ist um die Zeitäquivalent zu 36°. Daher, in dem in 6 dargestellten Beispiel, ändert sich die Ausgangsspannung Vo stufenweise im Bereich von 6×Va bis -6×Va und weist eine geringere Amplitude als die Ausgangsspannung Vo auf, die in 5 dargestellt ist.
Auf ähnliche Weise ist die zweite Phasendifferenz φ2, die in 7 dargestellt ist, größer festgesetzt als die zweite Phasendifferenz φ2, die in 6 dargestellt ist. Spezifisch ist die zweite Phasendifferenz φ2, die in 7 dargestellt ist, größer ist als die zweite Phasendifferenz φ2, die in 6 dargestellt ist, um die Zeitäquivalent zu 36°. Daher, in dem in 7 dargestellten Beispiel, ändert sich die Ausgangsspannung Vo stufenweise im Bereich von 3×Va bis -3×Va und weist eine kleinere Amplitude als die Ausgangsspannung Vo auf, die in 6 dargestellt ist.
Wie in den 5 bis 7, weil die Ausgangsspannungen V_INV1 zu V_INV8 sequentiell außer Phase sind, aber dieselbe Wellenform aufweisen, geben die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15₈ Rechteck-Wellen-Spannungen für eine gleiche Zeitdauer aus.
Des Weiteren, wie voranstehend beschrieben, weil die Treibersignalausgabeeinheit 42 der Steuerungseinheit 40 das Kombinationsmuster der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n mit den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n bei jeder Aktualisierungsperiode Ts ausgibt, kann die Ausgangsleistung unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 ausgeglichen werden. Hiernach wird der Grund beschrieben, warum die Ausgangsleistung unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 ausgeglichen werden kann.
Falls die Kombination der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n mit den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n in Eins-zu-Eins-Korrespondenz festgesetzt ist, treten zwei Phänomene wie folgt auf. Nun nehme man an, wie in 1 dargestellt, dass die Last 3, die durch einen Resonanzschaltkreis, der L, C und R äquivalent repräsentiert werden kann, mit dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1 verbunden ist. Dann nehme man an, dass die Steuerungseinheit 40 die Leistungswandlereinheit 10 durch Konstante-Ausgangsstrom-Steuerung steuert.
Zuerst wird das erste Phänomen, das auftritt, wenn die Kombination der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n mit den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n festgesetzt wird mit Bezug auf die 8 bis 10 beschrieben.
Die 8 und 9 sind Diagramme, die jeweils ein Beispiel der Wellenform einer Ausgangsspannung und der Wellenform eines Ausgangsstroms von dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellen. Zu Vereinfachungszwecken basieren die Beispiele der Wellenform der Ausgangsspannung Vo und der Wellenform des Ausgangsstroms Io, die in den 8 und 9 dargestellt sind, auf der Annahme, dass die Ausgangsspannungsfrequenz fo des Reihen-Multiplex-Umrichters 1 zur Resonanzfrequenz der Last 3 passt.
8 zeigt die Wellenform der Ausgangsspannung Vo und der Wellenform des Ausgangsstroms Io von dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1, wo die Last 3 viel Leistung verbraucht. In dem in 8 dargestellten Zustand überlappen die Rechteck-Wellen-Spannungsausgänge von dem jeweiligen Einzelphasen-Umrichtern 15 einander, weil die Zeit während der die Rechteck-Wellen-Spannung von jedem Einzelphasen-Umrichter 15 ausgegeben wird, lang ist. Daher, wie in 8 dargestellt, weist die Ausgangsspannung Vo eine pseudo-sinusförmige Wellenform auf.
9 zeigt die Wellenform der Ausgangsspannung Vo und die Wellenform des Ausgangsstroms Io von dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1, wo die Last 3 fast keine Leistung verbraucht. In dem in 9 dargestellt Zustand überlappen die Rechteck-Wellen-Spannungsausgänge von den jeweiligen Einzelphasen-Umrichtern 15 einander nicht, sondern sind unabhängig voneinander, weil die Zeit während der die Rechteck-Wellen-Spannung ausgegeben wird, von jedem Einzelphasen-Umrichter 15 ausgegeben wird, kurz ist.
10 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Wellenform einer Ausgangsspannung und der Wellenform einer Ausgangsleistung von jedem Einzelphasen-Umrichter in dem in 9 dargestellten Zustand darstellt. In 10 ist n=8 erfüllt und die Wellenformen der Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INV8 und die Wellenformen der Ausgangsleistungen P_INV1 bis P_INV8 von den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15₈ dargestellt. Hiernach können die Ausgangsleistungen P_INV1 bis P_INV8 gemeinsam als die Ausgangsleistung P_INV bezeichnet werden.
Weil die Ausgangsanschlüsse 16 und 17 der Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15₈ in Reihe verbunden sind, sind der Ausgangsstrom Io von dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1 und der Ausgangsstrom von den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15₈ dieselben. Des Weiteren, wie voranstehend beschrieben, geben die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15₈ Rechteck-Wellen-Spannungen für dieselbe Zeitdauer aus.
Jedoch geben die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15₈ Rechteck-Wellen-Spannungen zu verschiedenen Zeitpunkten aus. Die Ausgangsleistung P_INV von jedem Einzelphasen-Umrichter 15 wird als das Produkt der gegenwärtigen Ausgangsspannung und des gegenwärtigen Ausgangsstroms von jedem Einzelphasen-Umrichter 15 bestimmt. Die Einzelphasen-Umrichter 15 geben Rechteck-Wellen-Spannungen für dieselbe Zeitdauer aber zu verschiedenen Zeitpunkten aus und jeder Einzelphasen-Umrichter 15 gibt eine Rechteck-Wellen-Spannung zu einem festgesetzten Zeitpunkt aus. Daher sind die Ausgangsleistungen P_INV1 bis P_INV8 der Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n verschiedene voneinander.
Zum Beispiel ist die Ausgangsleistung P_INV von dem Einzelphasen-Umrichter 15, der eine Rechteck-Wellen-Spannung zu einem Zeitpunkt ausgibt, wenn der gegenwärtige Wert des Ausgangsstroms Io groß ist, groß. Entgegengesetzt ist die Ausgangsleistung P_INV von dem Einzelphasen-Umrichter 15 der eine Rechteck-Wellen-Spannung zu einem Zeitpunkt ausgibt, wenn der gegenwärtige Wert des Ausgangsstroms Io klein ist, klein.
Weil die Ausgangsleistungen P_INV von dem Einzelphasen-Umrichtern 15 voneinander wie voranstehend diskutiert abweichen, weichen auch die Verluste in den Einzelphasen-Umrichtern 15 voneinander ab. Um eine Gleichheit des Kühldesigns für die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n zu erreichen, sollte das Kühldesign für den Einzelphasen-Umrichter 15 mit den größten Verlusten auf alle verbleibenden Einzelphasen-Umrichter 15 beaufschlagt werden, was zu einer Vergrößerung der Größe und der Kosten des Reihen-Multiplex-Umrichters führt.
Als Nächstes wird das zweite Phänomen, das auftritt, wenn die Kombination der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n mit den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n festgesetzt ist, mit Bezug auf die 11 bis 13 beschrieben.
Die Charakteristiken der Last 3, die mit dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1 verbunden ist, ändern sich aufgrund von Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Alterungsverschlechterung und Ähnlichem und eine Differenz kann zwischen der Ausgangsspannungsfrequenz fo des Reihen-Multiplex-Umrichters 1 und der Resonanzfrequenz der Last 3 ergeben. In diesem Fall tritt ein Phasenversatz zwischen der Ausgangsspannung Vo und dem Ausgangsstrom Io des Reihen-Multiplex-Umrichters 1 auf. Hiernach kann die Phase des Ausgangsstroms Io als eine Stromverzögerungsphase bezeichnet werden, wenn die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo verzögert ist und die Phase des Ausgangsstroms Io kann als eine Stromvorauseilungsphase bezeichnet werden, wenn die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo vorauseilt.
Die 11 und 12 sind Diagramme, die jeweils ein Beispiel der Wellenform einer Ausgangsspannung und der Wellenform eines Ausgangsstroms in dem Fall einer Stromverzögerungsphase in dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellen. 11 zeigt die Wellenform der Ausgangsspannung Vo und die Wellenform des Ausgangsstroms Io von dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1, wo die Last 3 viel Leistung verbraucht, ähnlich zu 8. 12 zeigt die Wellenform der Ausgangsspannung Vo und der Wellenform des Ausgangsstroms Io von dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1, wo die Last 3 fast keine Spannung verbraucht, ähnlich zu 9.
13 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel der Wellenform einer Ausgangsspannung und der Wellenform einer Ausgangsleistung von jedem Einzelphasen-Umrichter in der in 12 dargestellten Zustand darstellt. Wie in 13 dargestellt, wenn die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo von dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1 verzögert ist, weisen die Ausgangsspannung V_INV und der Ausgangsstrom I_INV entgegengesetzte Polaritäten bei einigen Einzelphasen-Umrichtern 15 auf.
Der Einzelphasen-Umrichter 15 bei dem die Ausgangsspannung V_INV und der Ausgangsstrom I_INV entgegengesetze Polaritäten aufweisen, führen einen Regenerativbetrieb durch, wodurch der Kondensator 14, der mit dem Einzelphasen-Umrichter 15 verbunden ist, durch den Einzelphasen-Umrichter 15 geladen wird, und die Ausgangsleistung P_INV wird negativ. In dem in 13 dargestellten Beispiel, führen die Einzelphasen-Umrichter 15₁ und 15₂ einen Regenerativbetrieb aus und die Kondensatoren 14₁ und 14₂ , die mit den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ und 15₂ verbunden sind, werden geladen.
Das Laden der Kondensatoren 14₁ und 14₂ durch den Regenerativbetrieb der Einzelphasen-Umrichter 15₁ und 15₂ wird jede halbe Ausgangsspannungsperiode To wiederholt. Dadurch, in Abwesenheit von Entlademitteln zum Entladen der Kondensatoren 14₁ und 14₂ , nimmt Spannung der Kondensatoren 14₁ und 14₂ weiter zu aufgrund von wiederholtem Regenerativbetrieb. Falls die Spannung der Kondensatoren 14₁ und 14₂ die Widerstandsspannung der Halbleiterelemente der Einzelphasen-Umrichter 15₁ und 15₂ oder die Widerstandsspannung der Kondensatoren 14₁ und 14₂ überschreitet, fallen die Halbleiterelemente der Einzelphasen-Umrichter 15₁ und 15₂ oder die Kondensatoren 14₁ und 14₂ aufgrund der Überspannung aus.
Im Vorhandensein von Entlademitteln zum Entladen der Kondensatoren 14₁ und 14₂ , die durch einen Regenerativbetrieb geladen werden, bewirken die Entlademitteln einen Verlust, welcher den Verlust in den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ und 15₂ erhöht. Dies führt zu einer Vergrößerung der Größe und Kosten der Reihen-Multiplex-Umrichter.
Wie voranstehend diskutiert, wenn ein Phasenversatz zwischen der Ausgangsspannung Vo und dem Ausgangsstrom Io von dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1 aufgrund einer Differenz zwischen der Ausgangsspannungsfrequenz fo des Reihen-Multiplex-Umrichters 1 und der Resonanzfrequenz der Last 3 auftritt, führen einige Einzelphasen-Umrichter 15 einen Regenerativbetrieb durch, um dadurch die Kondensatoren 14 zu laden.
Das in 11 dargestellte Beispiel stellt einen Einzelphasen-Umrichter 15 bereit, der einen Regenerativbetrieb durchführt. In solch einem Fall jedoch, weil der Einzelphasen-Umrichter 15 eine Rechteck-Wellen-Spannung für eine lange Zeit ausgibt, ist die Polarität des Ausgangsstroms Io invertiert und die Ausgangsleistung P_INV ändert sich ins Positive. Wo der Einzelphasen-Umrichter 15 einen Regenerativbetrieb durchführt, aber die Ladezeit für den Kondensator 14 kürzer als die Entladezeit für den Kondensator 14 ist, erhöht sich die Spannung des Kondensators 14 daher nicht weiter.
Wie voranstehend beschrieben, treten das erste Phänomen, in dem die Ausgangsleistungen P_INV von den Einzelphasen-Umrichtern 15 voneinander abweichen, und das zweite Phänomen, in dem die Spannung des Kondensators 14 in einigen der Einzelphasen-Umrichtern 15 ansteigt, auf.
In Anbetracht dessen ändert die Treibersignalausgabeeinheit 42 das Kombinationsmuster der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n mit den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n bei jeder Aktualisierungsperiode Ts, die im Vorhinein festgesetzt ist. Spezifischer gibt die Treibersignalausgabeeinheit 42 die Treibersignale Sp₁ bis Sp_n an die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n in einer Rotation aus die wechselt, um p jeder Aktualisierungsperiode Ts, wobei der Einzelphasen-Umrichter 15 Eins-zu-Eins zu den Treibersignalen Sp₁ bis Sp_n in der Kombination der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n mit den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n entsprechen. Hier ist p eine natürliche Zahl, die teilerfremd zu n oder eins ist. Zum Beispiel in dem Fall für n=3 ist p=1 oder 2 erfüllt. In dem Fall von n=8 ist p=1, 3, 5 oder 7 erfüllt. Man beachte, dass p vor eine natürliche Zahl ausschließlich eins beschränkt sein kann, das bedeutet, eine natürliche Zahl, die teilerfremd zu n ist.
Hier sind die Zeitpunkte zu denen die Einzelphasen-Umrichter 15 Rechteck-Wellen-Spannungen gemäß der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n ausgeben, jeweils als die Ausgangszeitpunkte T₁ bis T_n bezeichnet. Zum Beispiel ist der Ausgangszeitpunkte zu dem der Einzelphasen-Umrichter 15 die Rechteck-Wellen-Spannung gemäß dem Treibersignal Sp₁ ausgibt, durch „T₁“ bezeichnet und der Ausgangszeitpunkte zu dem der Einzelphasen-Umrichter 15 die Rechteck-Wellen-Spannung gemäß dem Treibersignal Sp₂ ausgibt, ist als „T₂“ bezeichnet. Auf ähnliche Weise sind die Ausgangszeitpunkte zu denen der Einzelphasen-Umrichter 15 die Rechteck-Wellen-Spannungen gemäß der Treibersignale Sp₃ bis Sp_n ausgeben, durch „T₃“ bis „T_n“ bezeichnet.
Zunächst, in einem Fall wo die Phase des Ausgangsstroms Io von dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1 relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo verzögert ist, wird nachstehend beschrieben. 14 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Verhältnisses zwischen Ausgangsspannung, Ausgangsstrom und Ausgangszeitpunkten in dem Fall einer Stromverzögerungsphase in dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 15 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Verhältnisses zwischen Ausgangsleistung, Ausgangsstrom und Ausgangszeitpunkten in dem Fall einer Stromverzögerungsphase in dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. In 14 repräsentiert die horizontale Achse die Zeit und die vertikale Achse repräsentiert Stromwerte und Spannungswerte. In 15 repräsentiert die horizontale Achse Zeit und die vertikale Achse repräsentiert Stromwerte und Leistungswerte.
Die 14 und 15, die die Beispiele bereitstellen, in denen n=8 erfüllt ist, stellen die Wellenformen der Ausgangsspannung Vo und der Ausgangsleistung Po und die Wellenform des Ausgangsstroms Io von dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1 in dem Fall dar, wo die Last 3 fast keine Leistung verbraucht, sind dargestellt, wie in 9. 14 zeigt das Verhältnis zwischen der Ausgangsspannung Vo und den Ausgangszeitpunkten T₁ bis T₈ und 15 zeigt das Verhältnis zwischen der Ausgangsleistung Po und den Ausgangszeitpunkten T₁ bis T₈.
Falls die Kombination der Treibersignale Sp₁ bis Sp₈ und der Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15₈ festgesetzt ist, gibt jeder Einzelphasen-Umrichter 15 eine Rechteck-Wellen-Spannung jeder halben Ausgangsspannungsperiode To zu demselben Zeitpunkt ab. In diesem Fall, wie voranstehend beschrieben, führen die Einzelphasen-Umrichter 15₁ und 15₂ wiederholt einen Regenerativbetrieb durch und laden weiter die Kondensatoren 14₁ und 14₂ . Des Weiteren gibt der Einzelphasen-Umrichter 15₆ weiter eine größere Ausgangsleistung P_INV6 als die anderen Einzelphasen-Umrichter 15 aus und erzeugt daher weiter einen größeren Leistungsverlust als die anderen Einzelphasen-Umrichter 15.
Um dies zu vermeiden gibt die Treibersignalausgabeeinheit 42 die Treibersignale Sp₁ bis Sp_n an die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n in einer Rotation aus die wechselt, um p jede Aktualisierungsperiode Ts, wobei jede der Einzelphasen-Umrichter 15 Eins-zu-Eins Treibersignalen Sp₁ bis Sp_n in der Kombination der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n mit verschiedenen Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n entspricht. Die Rotation die wechselt, um p, die Einzelphasen-Umrichter 15 entsprechend Eins-zu-Eins den Treibersignalen Sp₁ bis Sp_n in der Kombination der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n mit verschiedenen Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n ermöglicht die Zeitpunkte zu denen die Rechteck-Wellen-Spannung von jedem Einzelphasen-Umrichter 15 ausgegeben wird, in Rotation unter den Ausgangszeitpunkten T₁ bis T_n zu wechseln. Daher kann ein wiederholter Regenerativbetrieb und eine fortgesetzte Ausgabe von großer Ausgangsleistung P_INV vermieden werden.
Insbesondere ermöglicht die Rotation, die um p wechselt, wobei p eine natürliche Zahl teilerfremd zu n oder eins ist, wobei die Einzelphasen-Umrichter 15 Eins-zu-Eins den Treibersignalen Sp₁ bis Sp_n entsprechen, das die Zeitpunkte zu denen eine Rechteck-Wellen-Spannung von jedem Einzelphasen-Umrichter 15 ausgegeben wird, in n-Periodenrotation unter den Ausgangszeitpunkten T₁ bis T_n gewechselt wird. Es wird daher möglich, die Ausgangsleistung P_INV geeignet unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 auszugleichen und zu vermeiden, dass der Kondensator 14 aufgrund des Regenerativbetriebs überladen wird.
Hier wird die Rotation, die die Einzelphasen-Umrichter 15 entsprechend Eins-zu-Eins zu den Treibersignalen Sp₁ bis Sp_n in der Kombination der Treibersignale Sp₁ bis Sp_n mit verschiedenen Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n wechselt, beschrieben.
Zur Vereinfachung werden die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n als Einzelphasen-Umrichter in der ersten Stufe bis zur n-ten Stufe bezeichnet. In diesem Fall ist die Rotation der Einzelphasen-Umrichter 15 in Bezug auf die Treibersignale Sp eine Rotation, die die Einzelphasen-Umrichter in der Richtung von der ersten Stufe zu der n-ten Stufe versetzt bzw. wechselt, so dass der Einzelphasen-Umrichter in der n-ten Stufe um eine Stufe versetzt wird, um die erste Stufe zu werden.
Zum Beispiel wird die Reihenfolge der Rotation auf eine Weise bestimmt, dass der Einzelphasen-Umrichter 15, der mit dem Treibersignal Sp₁ zu kombinieren ist, in der Reihenfolge der Einzelphasen-Umrichter 15₁ in der ersten Stufe, der zweiten Einzelphasen-Umrichter 15₂ in der zweiten Stufe,..., und der Einzelphasen-Umrichter 15_n in der n-ten Stufe geändert wird und zu dem Einzelphasen-Umrichter 15₁ in der ersten Stufe durch einen Versatz von dem Einzelphasen-Umrichter 15_n in der n-ten Stufe zurückkehrt. Die Treibersignalausgabeeinheit 42 führt solch eine Änderung durch um den Einzelphasen-Umrichter 15 entsprechend zu jedem Treibersignal Sp um p in der Reihenfolge der Rotation jeder Aktualisierungsperiode Ts zu versetzen, anstatt den Einzelphasen-Umrichter 15 entsprechend zu jedem Treibersignal Sp um eins in die Reihenfolge der Rotation jede Aktualisierungsperiode Ts zu wechseln.
16 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Ausgangszeitpunkts darstellt, zu dem jeder Einzelphasen-Umrichter eine Rechteck-Wellen-Spannung auf einer Aktualisierungs-Periode-für- Aktualisierungs-Periode-Basis ausgibt. 16 stellt ein Beispiel bereit, in dem n=8 und p=5 erfüllt ist. Wie in 16 dargestellt gibt der Einzelphasen-Umrichter 15₁ Rechteck-Wellen-Spannungen zu dem Ausgangszeitpunkt T₁ in der ersten Periode, zu dem Ausgangszeitpunkt T₆ in der zweiten Periode, zu dem Ausgangszeitpunkt T₃ in der dritten Periode, und zu dem Ausgangszeitpunkt T₈ in der vierten Periode aus.
Des Weiteren gibt der Einzelphasen-Umrichter 15₁ Rechteck-Wellen-Spannungen zu dem Ausgangszeitpunkt T₅ in der fünften Periode, zu dem Ausgangszeitpunkt T₂ in der sechsten Periode, zu dem Ausgangszeitpunkt T₇ in der siebten Periode, und zu dem Ausgangszeitpunkt T₄ in der achten Periode aus. Dann gibt der Einzelphasen-Umrichter 15₁ eine Rechteck-Wellen-Spannung zu dem Ausgangszeitpunkt T₁ in der neunten Periode aus, welches dieselbe wie in der ersten Periode ist.
Wie voranstehend diskutiert wiederholt der Einzelphasen-Umrichter 15₁ den Vorgang des Ausgebens von Rechteck-Wellen-Spannungen in der Reihenfolge der Ausgangszeitpunkte T₁, T₆, T₃, T₈, T₅, T₂, T₇ und T₄ alle acht Perioden. Auf ähnliche Weise zu dem Einzelphasen-Umrichter 15₁ , wechseln die Einzelphasen-Umrichter 15₂ bis 15₈ die Ausgaben-Rechteck-Wellen-Spannungen in eine Rotation, die um die fünf unter den Ausgangszeitpunkten T₁ und T₈ wechselt. Daher kann die Menge von Leistungserzeugung unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 über die Zeit von acht Ausgangsspannungsperioden To ausgeglichen werden und der Leistungsverlust kann geeignet unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 ausgeglichen werden.
Der Einzelphasen-Umrichter 15₁ kann eine Rechteck-Wellen-Spannung zu dem Ausgangszeitpunkt T₆ ausgeben, wo die Ausgangsleistung P_INV groß in der nächsten Periode zu der Periode ist, in der die Einzelphasen-Umrichter 15₁ eine Rechteck-Wellen-Spannung zum Ausgangszeitpunkt T₁ ausgibt, wo die Ausgangsleistung P_INV klein ist. Daher kann der Kondensator 14, der durch den Regenerativbetrieb geladen wird, schnell entladen werden und Spannungsfluktuationen in dem Kondensator 14 können minimiert werden. Auf ähnliche Weise zu dem Einzelphasen-Umrichter 15₁ , können die Einzelphasen-Umrichter 15₂ bis 15₈ auch Spannungsfluktuationen in den Kondensatoren 14 mäßigen.
Obwohl die voranstehende Beschreibung zu einem Beispiel gemacht ist, in dem n=8 und p=5 erfüllt ist, können Effekte ähnlich zu den voranstehend beschriebenen in Beispielen erlangt werden, die anders als das Beispiel sind, in dem n=8 und p=5 ist. Spezifisch, im Fall von n=4×k, können Effekte ähnlich zu den voranstehend beschriebenen erlangt werden, indem p=n/2+1 ist. Hier ist keine natürliche Zahl. Zum Beispiel im Fall von n=4 ist p=3 erfüllt und in dem Fall von n=12 = p=7 erfüllt.
Alternativ, in dem Fall von n=2×k+1 können Effekte ähnlich zu den voranstehend beschriebenen erlangt werden, unter Nutzung über p=(n+1)/2. Zum Beispiel im Fall von n=5 ist p=3 erfüllt. In dem Fall von n=7 ist p=4 erfüllt, und in dem Fall von n=9 ist p=5 erfüllt.
Alternativ, in dem Fall von n=4×k+2, können Effekte ähnlich zu den voranstehend beschriebenen erlangt werden unter Nutzung über p=n/2+2. Zum Beispiel im Fall von n=6 ist p=5 erfüllt. In dem Fall von n=10 ist p=7 erfüllt und in dem Fall von n=14 ist p=9 erfüllt.
Die Rotation die die Umrichter um p versetzt, wobei p eine natürliche Zahl teilerfremd zu n oder eins ist, ermöglicht, dass der Zeitpunkt zu dem eine Rechteck-Wellen-Spannung von jedem Einzelphasen-Umrichter 15 ausgegeben wird, in n-Periodenrotation unter den Ausgangszeitpunkten T₁ bis T_n gewechselt wird. Daher, im Fall von n=4×k, kann p eine natürliche Zahl verschieden von n/2+1 sein. In dem Fall von n=2×k+1, kann p eine natürliche Zahl verschieden von (n+1)/2 sein und im Fall von n=4×k+2, kann p eine natürliche Zahl verschieden von n/2+2 sein.
Als Nächstes in einem Fall, wo der Ausgangsstrom Io von dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1 relativ zu der Ausgangsspannung Vo vorauseilt, wird nun beschrieben. 17 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Verhältnisses zwischen Ausgangsspannung, Ausgangsstrom und Ausgangszeitpunkten für den Fall einer Vorauseilungsphase in dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. 18 zeigt ein Diagramm, das ein Beispiel des Verhältnisses zwischen Ausgangsleistung, Ausgangsstrom und Ausgangszeitpunkten für den Fall einer Vorauseilungsphase in dem Reihen-Multiplex-Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. In 17 repräsentiert die horizontale Achse Zeit und die vertikalen Achsen repräsentieren Stromwerte und Spannungswerte. In 18 repräsentiert die horizontale Achse Zeit und die vertikalen Achsen repräsentieren Stromwerte und Leistungswerte.
Die 17 und 18, die Beispiele bereitstellen, in den n=8 erfüllt ist, stellen die Wellenform der Ausgangsspannung Vo oder der Ausgangsleistung Po und die Wellenform des Ausgangsstroms Io von dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1 in dem Fall dar, wo die Last 3 fast keine Leistung verbraucht, wie in 14 und 15.
19 zeigt ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel des Ausgangszeitpunkts darstellt, zu dem jeder Einzelphasen-Umrichter eine Rechteck-Wellen-Spannung auf einer Aktualisierungsperiode-für-Aktualisierungsperiode-Basis ausgibt. In 19 sind n=8 und p=3 erfüllt. Wie in 19 dargestellt wiederholt der Einzelphasen-Umrichter 15₁ den Vorgang des Ausgebens von Rechteck-Wellen-Spannungen in der Reihenfolge der Ausgangszeitpunkte T₁, T₄, T₇, T₂, T₅, T₈, T₃ und T₆ alle acht Perioden. Ähnlich zu dem Einzelphasen-Umrichter 15₁ , wechseln die Einzelphasen-Umrichter 15₂ bis 15₈ auch die Ausgabe der Rechteck-Wellen-Spannungen in eine Rotation, die um drei unter den Ausgangszeitpunkten T₁ und T₆ wechselt.
Der Einzelphasen-Umrichter 15₁ kann eine Rechteck-Wellen-Spannung zum Ausgangszeitpunkt T₃ ausgeben, wo die Ausgangsleistung P_INV groß ist, in der Periode, die der Periode folgt, in der der Einzelphasen-Umrichter 15₁ eine Rechteck-Wellen-Spannung zu dem Ausgangszeitpunkt T₆ ausgibt, wo die Ausgangsleistung P_INV klein ist. Daher kann der Kondensator 14, der durch einen Regenerativbetrieb geladen wird, schnell entladen werden und Spannungsfluktuationen in dem Kondensator 14 können minimiert werden. Ähnlich zu dem Einzelphasen-Umrichter 15₁ können die Einzelphasen-Umrichter 15₂ bis 15₈ auch Spannungsfluktuationen in den Kondensatoren 14 mäßigen.
Daher kann die Menge von Leistungserzeugung unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 in der Zeit von acht Aktualisierungsperioden Ts ausgeglichen werden und der Leistungsverlust kann geeignet unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 ausgeglichen werden.
Obwohl die voranstehende Beschreibung für ein Beispiel gemacht wurde, in dem n=8 und p=3 erfüllt sind, können ähnliche Effekte zu dem voranstehend beschriebenen erlangt werden in Beispielen, die anders sind als Beispiele in dem n=8 und p=3 erfüllt sind. Spezifisch, im Fall von n=4×k, können Effekte ähnlich zu den voranstehend Beschriebenen erlangt werden, indem p=n/2-1 genutzt wird. Zum Beispiel in dem Fall von n=4 ist p=1 erfüllt und in dem Fall von n=12 ist p=5 erfüllt.
Alternativ im Fall von n=2×k+1, können Effekte ähnlich zu den voranstehend beschriebenen erlangt werden, unter Nutzung über p=(n-1)/2. Zum Beispiel im Fall von n=3 ist p=1 erfüllt. In dem Fall von n=5 ist p=2 erfüllt und in dem Fall von n=7 ist p=3 erfüllt.
Alternativ im Fall von n=4×k+2, können Effekte ähnlich zu den voranstehend beschriebenen erlangt werden, unter Nutzung über p=n/2-2. Zum Beispiel im Fall von n=6 ist p=1 erfüllt. In dem Fall von n=10 ist p=3 erfüllt und in dem Fall von n=14 ist p=5 erfüllt.
In dem Fall von auch einer Stromvorauseilungsphase ermöglicht die Rotation die Umrichter um p wechselt, wobei p eine natürliche Zahl teilerfremd zu n oder eins ist, das zum Zeitpunkt zu dem die Rechteck-Wellen-Spannung von jedem Einzelphasen-Umrichter 15 ausgegeben wird, in n-Periodenrotation unter den Ausgangszeitpunkten T₁ bis T_n gewechselt wird. Daher im Fall von n=4×k kann p eine natürliche Zahl verschieden von n/2-1 sein. Im Fall von n=2×k+1 kann p eine natürliche Zahl verschieden von (n-1)/2 sein und im Fall von n=4×k-2, kann p eine natürliche Zahl verschieden von n/2-2 sein.
Ein beispielhafter Fall einer Stromverzögerungsphase und ein beispielhafter Fall einer Stromvorauseilungsphase wurden soweit hauptsächlich beschrieben. Jedoch sogar wenn die Phase des Ausgangsstroms Io und die Phase der Ausgangsspannung Vo im Wesentlichen dieselbe sind, kann ein Leistungsverlust geeignet unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 ausgeglichen werden.
Es wird wiederum Bezug genommen auf die 1 um die Erläuterung der Steuerungseinheit 40 des Reihen-Multiplex-Umrichters 1 fortzusetzen. Eine Betriebsempfangseinheit 43 der Steuerungseinheit 40 Empfängt eine Eingabe der voranstehend beschriebenen Information über p durch ein an der Betriebseinheit 50 durchgeführten Betrieb und gibt Information über p, die durch die Betriebsempfangseinheit 43 empfangen wurde, an die Treibersignalausgabeeinheit 42 ein. Auf der Basis der p-Einheit von der Betriebsempfangseinheit 43 ändert die Treibersignalausgabeeinheit 42 das Kombinationsmuster der n Treibersignale Sp₁ bis Sp_n mit den Einzelphasen-Umrichtern 15₁ bis 15_n bei jeder Aktualisierungsperiode Ts, im Vorhinein festgesetzt ist. Man beachte, dass die Betriebseinheit 50 zum Beispiel ein DIP-Schalter ist, kann aber eine abnehmbare Betriebseinrichtung.
Die Betriebseinheit 50 ist dazu konfiguriert, einen Betrieb des Eingebens des Werts von p selbst zu empfangen. In diesem Fall kann die Betriebseinheit 50 zum Beispiel ein DIP-Schalter sein, durch den eine natürliche Zahl ausgewählt werden kann. Des Weiteren kann die Betriebseinheit 50 einen Betrieb des Eingebens von indirekter Information zum Festsetzen des p empfangen, anstatt des Werts von p selbst. Zum Beispiel kann die Betriebseinheit 50 selektiv eine erste Information festsetzen, dass die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo verzögert ist und zweite Information festsetzen, die angibt, dass die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo vorauseilt. In einem Fall, wo die Betriebseinheit 50 ein DIP-Schalter ist, der einen Schalter aufweist, setzt das Anschalten des DIP-Schalters die erste Information fest und das Ausschalten des DIP-Schalters die zweite Information fest.
Die Betriebsempfangseinheit 43 bestimmt p von dem Zustand des DIP-Schalters. Zum Beispiel in dem Fall wo n=8, p=n/2+1=5 ist, wenn der DIP-Schalter an ist, und p=n/2-1=3 festgesetzt ist, wenn der DIP-Schalter aus ist. In dem Fall von n=9, p=(n+1)/2=5 festgesetzt, wenn der DIP-Schalter an ist und p=(n-1)/2=4 festgesetzt, wenn der DIP-Schalter aus ist.
Wie voranstehend beschrieben, weist der Reihen-Multiplex-Umrichter 1 die Betriebseinheit 50 und die Betriebsempfangseinheit 43 auf. Daher, sogar in einem Fall wo die Charakteristiken der Last 3 sich abhängig von der Jahreszeit oder Ähnlichem ändern und der Phasenversatz der Ausgangsspannung Vo in Bezug auf den Ausgangsstrom Io zwischen einer Verzögerung und einem Vorauseilen geschaltet ist, kann der Leistungsverlust geeignet unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 ausgeglichen werden.
In einem Fall wo die Zeitperiode einer Stromverzögerungsphase und die Zeitperiode einer Stromvorauseilungsphase im Vorhinein bestimmt sind, kann p darauf festgesetzt sein in jeder Zeitperiode geschaltet zu werden. Zum Beispiel kann eine Kombination einer Zeitperiode und von p durch die Betriebseinheit 50 auf einer Zeitperiode für Zeitperiodenbasis festgesetzt sein. Unter den Kombinationen der Zeitperioden und p, die in der Betriebseinheit 50 festgesetzt sind, wird die Information über p kombiniert mit der Zeitperiode, die die gegenwärtige Zeit beinhaltet, durch die Betriebsempfangseinheit 43 an die Treibersignalausgabeeinheit 42 eingegeben.
Anstatt des Festsetzens einer Kombination einer Zeitperiode und p auf einer Zeitperiode für Zeitperiodenbasis, kann die Betriebseinheit 50 eine Kombination eines Temperaturbereichs und p auf einer Temperaturbereichs für Temperaturbereichsbasis festsetzen. In diesem Fall, unter den Kombinationen von Temperaturbereichen und p, die in der Betriebseinheit 50 festgesetzt sind, wird die Information von p mit dem Temperaturbereich, der die gegenwärtige Temperatur aufweist, durch die Betriebsempfangseinheit 43 an die Treibersignalausgabeeinheit 42 eingegeben.
Als Nächstes wird der Betrieb der Steuerungseinheit 40 unter Nutzung eines Flussdiagramms beschrieben. 20 zeigt ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Prozess darstellt, der durch die Steuerungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird. Wie in 20 dargestellt, erzeugt die Steuerungseinheit 40 die n Treibersignale Sp sequentiell außer Phase, um die erste Phasendifferenz φ1 (Schritt S11).
Als Nächstes bestimmt die Steuerungseinheit 40, ob der Aktualisierungszeitpunkt gekommen ist (Schritt S12). Der Aktualisierungszeitpunkt tritt zum Beispiel in jeder Aktualisierungsperiode Ts auf. In Antwort auf das Bestimmen, dass der Aktualisierungszeitpunkt gekommen ist (Schritt S12: Ja), wechselt die Steuerungseinheit 40 die Kombination der n Treibersignale Sp mit den n Einzelphasen-Umrichtern 15 um p und gibt die n Treibersignale Sp an die n Einzelphasen-Umrichter 15 aus (Schritt S13).
In Antwort auf das Bestimmen, dass der Aktualisierungszeitpunkt nicht gekommen ist (Schritt S12: Nein), gibt die Steuerungseinheit 40 die n Treibersignale Sp an die n Einzelphasen-Umrichter 15 unter Nutzung derselben Kombination der n Treibersignale Sp mit den n Einzelphasen-Umrichtern 15 wie beim letzten Mal aus (Schritt S14). Die Steuerungseinheit 40 führt wiederholt den in 20 dargestellten Vorgang durch, jede halbe Ausgangsspannungsperiode To.
Hier wird eine Hardwarekonfiguration der Steuerungseinheit 40 des Reihen-Multiplex-Umrichters 1 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. 21 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Hardwarekonfiguration der Steuerungseinheit des Reihen-Multiplex-Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. Wie in 21 dargestellt, weist die Steuerungseinheit 40 des Reihen-Multiplex-Umrichters 1 einen Prozessor 101, einen Speicher 102 und eine Eingangs/Ausgangsschaltung 103 auf. Der Prozessor 101, der Speicher 102 und die Eingangs/Ausgangsschaltung 103 können Daten miteinander über einen Bus 104 austauschen. Der Speicher 102 weist ein Aufzeichnungsmedium auf, auf dem ein computerlesbares Programm gespeichert ist.
Der Prozessor 101 liest und führt ein Programm aus, das in dem Speicher 102 gespeichert ist, um die Funktionen der Treibersignalerzeugungseinheit 41, der Treibersignalausgabeeinheit 42 und der Betriebsempfangseinheit 43 auszuführen, die voranstehend beschrieben sind. Der Prozessor 101 zeigt ein Beispiel einer Verarbeitungsschaltung und weist, zum Beispiel, ein oder mehrere einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) eines digitalen Signalprozessors (DSP) und einem System mit hohem Integrationsgrad (LSI) auf. Beispiele des Speichers 102 weisen einen nicht flüchtigen oder flüchtigen Halbleiterspeicher, eine Magnetdisk, eine flexible Disk, eine optische Scheibe, eine Kompaktscheibe, eine Minidisk, eine digitale vielseitige Disk (DVD) und Ähnliches auf. Beispiele der nicht flüchtigen oder flüchtigen Halbleiterspeicher weisen einen Zufallszugriffsspeicher (RAM), einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Flash-Speicher, einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM), einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EEPROM, registrierte Marke) und Ähnliches auf.
Man beachte, dass die Steuerungseinheit 40, die voranstehend beschrieben ist, durch zugewiesene Hardware implementiert sein kann, die dieselben Funktionen wie der Prozessor 101 und der Speicher 102 implementiert, die in 21 dargestellt sind. Zugewiesene Hardware ist zum Beispiel eine Einzelschaltung, eine zusammengesetzte Schaltung, ein programmierter Prozessor, ein parallel programmierter Prozessor, eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine feldprogrammierbare Gate-Anordnung (FPGA) oder eine Verarbeitungsschaltung, die eine Kombination davon aufweist. Ein Teil der Steuerungseinheit 40 kann durch zugewiesene Hardware implementiert sein und der Rest der Steuerungseinheit 40 kann durch den Prozessor 101 und dem Speicher 102 implementiert sein, die in 21 dargestellt sind.
Wie voranstehend beschrieben weist der Reihen-Multiplex-Umrichter 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Leistungswandlereinheit 10, die Treibersignalerzeugungseinheit 41 und die Treibersignalausgabeeinheit 42 auf. Die Leistungswandlereinheit 10 weist die n Einzelphasen-Umrichter 15 auf, wobei n eine ganze Zahl von drei oder mehr ist und die Ausgangsanschlüsse 16 und 17 der n Einzelphasen-Umrichter 15 sind in Reihe verbunden. Die Treibersignalerzeugungseinheit 41 erzeugt die n Treibersignale Sp die bewirken, dass verschiedene Einzelphasen-Umrichter der n Einzelphasen-Umrichter 15 n Rechteck-Wellen-Spannungen sequentiell außer Phase um die ersten Phasendifferenz φ1 ausgeben, die im Vorhinein festgesetzt ist. Die Treibersignalausgabeeinheit 42 gibt die n Treibersignale Sp an die n Einzelphasen-Umrichter 15 in einer Rotation aus, die wechselt, um p jede Aktualisierungsperiode Ts, wobei der Einzelphasen-Umrichter 15 Eins-zu-Eins den n Treibersignalen Sp entsprechen in einer Kombination der n Treibersignale Sp mit den n Einzelphasen-Umrichtern 15, wobei m eine natürliche Zahl ist, p eine natürliche Zahl teilerfremd zu n oder eins ist, und eine Aktualisierungsperiode Ts die m-fache Zeit der Hälfte der Ausgangsspannungsperiode To der Leistungswandlereinheit 10 ist. Deswegen ist der Zeitpunkt zu dem eine Rechteck-Wellen-Spannung ausgegeben wird für jeden Einzelphasen-Umrichter 15 in Rotation unter den Ausgangszeitpunkten T₁ bis T_n in der Zeit von n Aktualisierungsperioden Ts gewechselt. Daher kann die Menge der Leistungserzeugung unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 in der Zeit von n Aktualisierungsperioden Ts ausgeglichen werden und der Leistungsverlust kann geeignet unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 ausgeglichen werden.
Der Reihen-Multiplex-Umrichter 1 weist die Betriebsempfangseinheit 43 auf, die den Betrieb des Festsetzens von p empfängt. Die Treibersignalausgabeeinheit 42 gibt die n Treibersignale Sp an die n Einzelphasen-Umrichter 15 auf der Basis von p aus, das durch die Betriebsempfangseinheit 43 empfangen ist. Daher, sogar wenn die Last 3, die verschiedene Charakteristiken aufweist, mit dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1 verbunden ist, kann der Leistungsverlust geeignet unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 über einen Betrieb ausgeglichen werden, der an der Betriebsempfangseinheit 43 ausgeführt wird.
Wenn n 2×k+1 ist, ist p zumindest eines von (n+1)/2 und (n-1)/2. Daher, im Fall von n=2×k+1, sogar wenn die Ausgangsspannung Vo außer Phase mit dem Ausgangsstrom Io ist, kann der Leistungsverlust geeignet unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 ausgeglichen werden.
Wenn n 4×k ist, p ist p zumindest eines von n/2+1 und n/2-1. Daher, im Fall von 4×k, sogar wenn die Ausgangsspannung Vo außer Phase mit dem Ausgangsstrom Io ist, kann der Leistungsverlust geeignet unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 ausgeglichen werden.
Wenn n 4×k+2 ist, ist p zumindest eines von n/2+2 und n/2-2. Daher, im Fall von 4×k+2, sogar wenn die Ausgangsspannung Vo außer Phase mit dem Ausgangsstrom Io ist, kann der Leistungsverlust geeignet unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 ausgeglichen werden.
Zweite Ausführungsform
Die zweite Ausführungsform ist von der ersten Ausführungsform darin unterschiedlich, dass ein Phasenversatz der Ausgangsspannung Vo in Bezug auf den Ausgangsstrom Io detektiert werden kann und p automatisch geändert werden kann. In der folgenden Beschreibung sind Komponenten, die dieselben Funktionen mit die der ersten Ausführungsform haben, durch dieselben Bezugszeichen bezeichnet und die Beschreibungen davon wird ausgelassen. Der Unterschied zu dem Reihen-Multiplex-Umrichter 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird hauptsächlich beschrieben.
22 zeigt ein Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration eines Reihen-Multiplex-Umrichters gemäß der zweiten Ausführungsform darstellt. Wie in 22 dargestellt, weist der Reihen-Multiplex-Umrichter 1A gemäß der zweiten Ausführungsform die Leistungswandlereinheit 10, die Spannungsdetektionseinheit 20, die Stromdetektionseinheit 30 und eine Steuerungseinheit 40A auf.
Eine Steuerungseinheit 40A weist die Treibersignalerzeugungseinheit 41, eine Treibersignalausgabeeinheit 42A und eine Bestimmungseinheit 44 auf. Die Bestimmungseinheit 44 bestimmt, ob die Phase des Ausgangsstroms Io vorauseilt oder verzögert ist relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo auf der Basis der Ausgangsspannung Vo, die durch die Spannungsdetektionseinheit 20 detektiert ist, und den Ausgangsstrom Io, der durch die Stromdetektionseinheit 30 detektiert ist.
Die Bestimmungseinheit 44 erfasst den detektierten Spannungswert Vdet, der wiederholt von der Spannungsdetektionseinheit 20 ausgegeben wird und den detektierten Stromwert Idet, der wiederholt von der Stromdetektionseinheit 30 ausgegeben wird. Die Bestimmungseinheit 44 führt eine diskrete Fourier-Transformation an dem detektierten Spannungswert Vdet aus und dem detektierten Stromwert Idet aus, unter Nutzung eines Abtastzeitraum der ein Integralvielfaches der Ausgangsspannungsfrequenz fo ist. Mittels der diskreten Fourier-Transformation extrahiert die Bestimmungseinheit 44 die Primärkomponente Io1 des Ausgangsstroms Io und die Primärkomponente Vo1 der Ausgangsspannung Vo. Man beachte, dass, anstatt der diskreten Fourier-Transformation die Bestimmungseinheit 44 auch ein Verfahren und Algorithmus zum Extrahieren nur der Primärkomponente von einem Signal nutzen kann, das eine Mehrzahl von Frequenzkomponenten höherer Ordnung aufweist, wodurch die Primärkomponente Io1 des Ausgangsstroms Io und die Primärkomponente Vo1 der Ausgangsspannung Vo extrahiert werden.
In einem Fall, wo die Fourier-Transformation durch die Bestimmungseinheit 44 durchgeführt wird, werden die Primärkomponente Vo1 der Ausgangsspannung Vo und die Primärkomponente Io1 des Ausgangsstroms Io in komplexer Notation durch die Formeln (1) und (2) wie nachstehend ausgeführt wird, ausgedrückt. In den Formeln (1) und (2) wie nachstehend, gibt „Vo1Re“ den Realteil von Vo1 an, „Io1Re“ gibt den Realteil von Io1 an, „Vo1Im“ gibt den Imaginärteil von Vo1 an, „Io1Im“ gibt den Imaginärteil von Io1 an und „j“ gibt die Imaginäreinheit an. $Vo1 = Vo1Re + j \times Vo1Im$
$Io1 = Io1Re + j \times Io1Im$
Die Bestimmungseinheit 44 kann die die Phase θ durch Berechnungen von Formeln (3) und (4) wie nachstehend berechnen, um dadurch zu bestimmen, ob die Phase des Ausgangsstroms Io vorauseilt oder verzögert ist relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo. Die Phase θ gibt einen Phasenversatz des Ausgangsstroms Io in Bezug auf die Ausgangsspannung Vo an. $Z = Vo / Io$
$θ= arctan (Im (Z) / Re (Z))$
Man beachte, dass die Bestimmungseinheit 44 die Wellenform des Ausgangsstroms Io von dem detektierten Stromwert Idet und die Wellenform der Ausgangsspannung Vo von dem detektierten Spannungswert Vdet erlangen kann und die Wellenform des Ausgangsstroms Io mit der Wellenform der Ausgangsspannung Vo vergleichen kann. Die Bestimmungseinheit 44 kann aus einem Ergebnis des Vergleichs zwischen der Wellenform des Ausgangsstroms Io und der Wellenform der Ausgangsspannung Vo bestimmen, ob die Phase des Ausgangsstroms Io der Phase der Ausgangsspannung Vo vorauseilt oder relativ zu dieser verzögert ist.
Die Treibersignalausgabeeinheit 42A gibt die Treibersignale Sp₁ bis Sp_n an die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n jede Aktualisierungsperiode Ts auf der Basis von p aus, das von dem Phasenversatzbestimmungsergebnis bestimmt, das durch die Bestimmungseinheit 44 bereitgestellt ist.
Zum Beispiel im Fall von n=4×k bestimmt die Treibersignalausgabeeinheit 42A entweder n/2+1 oder n/2-1 als p auf der Basis des Bestimmungsergebnisses, dass durch die Bestimmungseinheit 44 bereitgestellt ist. Spezifisch in Antwort darauf, dass die Bestimmungseinheit 44 bestimmt, dass die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo verzögert ist, bestimmt die Treibersignalausgabeeinheit 42A n/2+1 als p. In Antwort auf darauf, dass die Bestimmungseinheit 44 bestimmt, dass die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo vorauseilt, bestimmt die Treibersignalausgabeeinheit 42A n/2-1 als p.
Im Fall von n=2×k+1 bestimmt die Treibersignalausgabeeinheit 42A entweder (n+1)/2 oder (n-1)/2 als p auf der Basis des Bestimmungsergebnisses, das durch die Bestimmungseinheit 44 bereitgestellt ist. Spezifisch, in Antwort darauf, dass die Bestimmungseinheit 44 bestimmt, dass die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo verzögert ist, bestimmt die Treibersignalausgabeeinheit 42A (n+1)/2 als p. In Antwort darauf, dass die Bestimmungseinheit 44 bestimmt, dass die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo vorauseilt, bestimmt die Treibersignalausgabeeinheit 42A (n-1)/2 als p.
Im Fall von n=4×k+2 berechnet die Treibersignalausgabeeinheit 42A entweder p=n/2+2 oder p=n/2-2 zum Bestimmen von p, auf der Basis des Bestimmungsergebnisses, das durch die Bestimmungseinheit 44 bereitgestellt ist. Spezifisch berechnet die Treibersignalausgabeeinheit 42A p=n/2+2 zum Bestimmen von p, in Antwort darauf, dass die Bestimmungseinheit 44 bestimmt, dass die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo verzögert ist. In Antwort darauf, dass die Bestimmungseinheit 44 bestimmt, dass die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo vorauseilt, berechnet die Treibersignalausgabeeinheit 42A p=n/2-2 zum Bestimmen von p.
Die Treibersignalausgabeeinheit 42A wechselt die Einzelphasen-Umrichter 15 entsprechend Eins-zu-Eins den Treibersignalen Sp₁ bis Sp_n in einer Rotation, die jeden der Einzelphasen-Umrichter um p versetzt, dass wie voranstehend beschrieben zu jeder Aktualisierungsperiode Ts bestimmt ist. Daher, sogar in einem Fall, wo der Zustand zwischen einer Stromverzögerungsphase und einer Stromvorauseilungsphase aufgrund einer Änderung in den Charakteristiken der Last 3 oder Ähnliches wechselt, wird es möglich geeignet die Ausgangsleistung P_INV unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 auszugleichen und zu vermeiden, dass der Kondensator 14 aufgrund des Regenerativbetriebs überladen wird.
In den voranstehend beschriebenen Beispielen ist die Bestimmungseinheit 44 ein Phasenversatz des Ausgangsstroms Io in Bezug auf die Ausgangsspannung Vo bestimmt in der Steuerungseinheit 40A bereitgestellt. Alternativ kann die Funktion der Bestimmungseinheit 44 in einer externen Einrichtung bereitgestellt sein. In diesem Fall kann die externe Einrichtung über eine drahtgebundene oder drahtlose Kommunikation die Steuerungseinheit 40A über ein Ergebnis einer Bestimmung des Phasenversatzes in Kenntnis setzen. Die Treibersignalausgabeeinheit 42A der Steuerungseinheit 40A kann die Treibersignalen Sp₁ bis Sp_n an die Einzelphasen-Umrichter 15₁ bis 15_n auf der Basis von p ausgeben, das von dem Phasenversatzbestimmungsergebnis bestimmt ist, das durch externe Einrichtung bereitgestellt ist.
Als Nächstes wird der Prozess zum Bestimmen von p durch die Steuerungseinheit 40A unter Nutzung eines Flussdiagramms beschrieben. 23 zeigt ein Flussdiagramm, das einen beispielhaften Bestimmungsprozess darstellt, der durch die Steuerungseinheit gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird. Wie in 23 dargestellt, führt die Steuerungseinheit 40A ein Stromphasenversatzbestimmungsprozess durch (Schritt S21). Der Phasenversatzbestimmungsprozess ist ein Prozess des Bestimmens was von einer Stromverzögerungsphase und einer Stromvorauseilungsphase aufgetreten ist. Eine Stromverzögerungsphase gibt an, dass die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo verzögert ist, wie voranstehend beschrieben, und eine Stromvorauseilungsphase gibt, dass die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo, wie voranstehend beschrieben, vorauseilt.
Als Nächstes bestimmt die Steuerungseinheit 40A, ob das Ergebnis des Stromphasenversatzbestimmungsprozesses eine Stromverzögerungsphase angibt (Schritt S22). Wenn das Ergebnis des Stromphasenversatzbestimmungsprozesses eine Stromverzögerungsphase angibt (Schritt S22: Ja), bestimmt die Steuerungseinheit 40A p1 als p (Schritt S23). Wenn das Ergebnis des Stromphasenversatzbestimmungsprozesses keine Stromverzögerungsphase angibt (Schritt S22: Nein), bestimmt die Steuerungseinheit 40A p2 als p (Schritt S24). Die Steuerungseinheit 40A kann den in 22 dargestellten Prozess zu jeder voreingestellten Periode durchführen.
Hier ist „p1“ im Schritt S23 p=n/2+1 in dem Fall von n=4×k, p=(n+1)/2 in dem Fall von n=2×k+1 und p=n/2+2 in dem Fall von n=4×k+2. Zusätzlich ist „p2“ im Schritt S23 p=n/2-1 in dem Fall von n=4×k, p=(n-1)/2 in dem Fall von n=2×k+1 und p=n/2-2 in dem Fall von n=4×k+2.
Eine beispielhafte Hardwarekonfiguration der Steuerungseinheit 40A des Reihen-Multiplex-Umrichters 1A gemäß der zweiten Ausführungsform ist dieselbe wie die beispielhafte Hardwarekonfiguration, die in 21 dargestellt ist. Der Prozessor 101 kann ein Programm lesen und ausführen, das in dem Speicher 102 gespeichert ist, um die Funktionen der Treibersignalerzeugungseinheit 41, der Treibersignalausgabeeinheit 42A und der Bestimmungseinheit 44 auszuführen.
Wie voranstehend beschrieben, weist der Reihen-Multiplex-Umrichter 1A gemäß der zweiten Ausführungsform die Spannungsdetektionseinheit 20 auf, die die Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlereinheit 10 detektiert, die Stromdetektionseinheit 30 auf, die den Ausgangsstrom Io von der Leistungswandlereinheit 10 detektiert und die Bestimmungseinheit 44 auf. Die Bestimmungseinheit 44 bestimmt, ob die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo vorauseilt oder verzögert ist, auf der Basis der Ausgangsspannung Vo, die durch die Spannungsdetektionseinheit 20 detektiert ist und des Ausgangsstroms Io, der durch die Stromdetektionseinheit 30 detektiert ist. In Antwort darauf, dass die Bestimmungseinheit 44 bestimmt, dass die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo verzögert ist, gibt die Treibersignalausgabeeinheit 42A die n Treibersignale Sp an die n Einzelphasen-Umrichtern 15 in einer Rotation aus, die sich um die erste Zahl, nämlich das voranstehend beschriebene p1, versetzt, wobei jeder der Einzelphasen-Umrichter 15 Eins-zu-Eins zu den n Treibersignalen Sp entspricht in einer Kombination der n Treibersignale Sp mit verschiedenen Einzelphasen-Umrichtern der n Einzelphasen-Umrichter 15. In Antwort darauf, dass die Bestimmungseinheit 44 bestimmt, dass die Phase des Ausgangsstroms Io relativ zu der Phase der Ausgangsspannung Vo vorauseilt, gibt die Treibersignalausgabeeinheit 42A die n Treibersignale Sp an die n Einzelphasen-Umrichtern 15 in einer Rotation aus, die sich um die zweite Zahl versetzt, nämlich p2 wie voranstehend beschrieben, wobei jeder der Einzelphasen-Umrichter 15 Eins-zu-Eins den n Treibersignalen Sp in einer Kombination der n Treibersignale Sp mit verschiedenen Einzelphasen-Umrichtern der n Einzelphasen-Umrichter 15 entspricht. Daher, sogar in einem Fall wo der Zustand zwischen einer Stromverzögerungsphase und einer Stromvorauseilungsphase aufgrund einer Änderung in den Charakteristiken der Last 3 oder Ähnlichem sich ändert, wird es möglich, die Ausgangsleistung P_INV unter den Einzelphasen-Umrichtern 15 geeignet auszugleichen und zu verhindern, dass der Kondensator 14 aufgrund eines Regenerativbetriebs überladen wird. Man beachte, dass p1 und p2 auf eine natürliche Zahl ausschließlich eins beschränkt sein können, das bedeutet, eine natürliche Zahl, die teilerfremd zu n ist.
Obwohl der voranstehend beschriebene Reihen-Multiplex-Umrichter 1 und 1A die n Transformatoren 12 aufweisen, können die Reihen-Multiplex-Umrichter 1 und 1A einen einzigen Multi-Ausgang-Transformator anstatt der n Transformatoren 12 aufweisen. In diesem Fall ist die Primärseite des Multi-Ausgang-Transformators mit der Einzelphasen-AC-Leistungszufuhr 2 verbunden, und eine AC-Spannung wird von den n Sekundärseiten des Multi-Ausgang-Transformators an die n Gleichrichterschaltungen 13 ausgegeben.
In den voranstehend beschriebenen Beispielen wird Einzelphasen-AC-Spannung Vac von der Einzelphasen-AC-Leistungszufuhr 2 in die DC-Spannung Vdc gewandelt. Jedoch ist die Leistungszufuhr nicht auf die Einzelphasen-AC-Leistungszufuhr 2 beschränkt. Zum Beispiel können die Reihen-Multiplex-Umrichter 1 und 1A dazu konfiguriert sein, Dreiphasen-AC-Spannung von einer Dreiphasen-AC-Leistungszufuhr zu wandeln, anstatt der Einzelphasen-AC-Leistungszufuhr 2, in die DC-Spannung Vdc. In diesem Fall wird ein Dreiphasen-Transformator als ein Transformator 12 benutzt und eine Dreiphasen-Gleichrichterschaltung wird als die Gleichrichterschaltung 13 genutzt, wodurch Dreiphasen-AC-Spannung in die DC-Spannung Vdc gewandelt werden kann.
In den voranstehend beschriebenen Beispielen wird die DC-Spannung Vdc an jeden Einzelphasen-Umrichter 15 von einer unabhängigen DC-Leistungszufuhr eingegeben, die den Transformator 12, die Gleichrichterschaltung 13 und den Kondensator 14 aufweist. Alternativ kann die DC-Spannung Vdc von einer DC-Leistungszufuhr an die n Einzelphasen-Umrichter 15 eingegeben werden. In diesem Fall werden die Ausgangsspannungen V_INV von den individuellen Einzelphasen-Umrichtern 15 an die Primärseiten von n Transformatoren eingegeben, die auf einer Einzelphasenumrichter-für-Einzelphasenumrichter-Basis bereitgestellt sind. Die Sekundärseiten der n Transformatoren sind in Reihe verbunden, wodurch die Ausgangsspannungen V_INV von den Einzelphasen-Umrichtern 15 kombiniert und an die Last 3 ausgegeben werden.
Die Konfigurationen, die in den voranstehend beschriebenen Ausführungsformen beschrieben sind, geben Beispiele der Inhalt der vorliegenden Erfindung an. Diese Konfigurationen können mit anderen allgemein bekannten Techniken kombiniert werden und einige der Konfigurationen können ausgelassen oder geändert werden in einem Bereich der sich nicht von dem Geist der vorliegenden Erfindung ändert.
Bezugszeichenliste

1, 1A: Reihen-Multiplex-Umrichter;
2: Einzelphasen-AC-Leistungszufuhr;
3: Last;
10: Leistungswandlereinheit;
11₁bis 11_n: Leistungswandlerblock;
12, 12₁ bis 12_n: Transformator;
13, 13₁ bis 13_n: Gleichrichterschaltung;
14,14₁ bis 14_n: Kondensator;
15, 15₁ bis 15_n: Einzelphasen-Umrichter;
16, 16₁ bis 16_n, 17, 17₁ bis 17_n: Ausgangsanschluss;
18: Gate-Treiber;
20: Spannungsdetektionseinheit;
30: Stromdetektionseinheit;
40, 40A: Steuerungseinheit;
41: Treibersignalerzeugungseinheit;
42, 42A: Treibersignalausgabeeinheit;
43: Betriebsempfangseinheit;
44: Bestimmungseinheit;
50: Betriebseinheit;
60: Effektivwertberechnungseinheit;
61: Strombefehlsausgabeeinheit;
62: Subtrahierer;
63: Stromsteuerungseinheit;
64: Trägerwellenausgabeeinheit;
65: Vergleicher;
66: Signalerzeugungseinheit.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006320103 [0003]

Claims

Reihen-Multiplex-Umrichter, mit: einer Leistungswandlereinheit mit n Einzelphasen-Umrichtern, wobei n eine ganze Zahl von drei oder mehr ist, wobei die n Einzelphasen-Umrichter Ausgangsanschlüsse aufweisen, die in Reihe verbunden sind; einer Treibersignalerzeugungseinheit zum Erzeugen von n Treibersignalen, die bewirken, dass verschiedene Einzelphasen-Umrichter der n Einzelphasen-Umrichter n Rechteck-Wellen-Spannungen sequentiell außer Phase ausgeben; und einer Treibersignalausgabeeinheit zum Ausgeben der n Treibersignale an die n Einzelphasen-Umrichter in einer Rotation, die um p jede m-fache Zeit von einer Hälfte einer Ausgangsspannungsperiode der Leistungswandlereinheit wechselt, wobei die Einzelphasen-Umrichter Eins-zu-Eins den n Treibersignalen in einer Kombination der n Treibersignale mit verschiedenen Einzelphasen-Umrichtern der n Einzelphasen-Umrichter entsprechen, wobei m eine natürliche Zahl ist und p eine natürliche Zahl ist, die teilerfremd zu n oder eins ist.
Reihen-Multiplex-Umrichter nach Anspruch 1, mit einer Betriebsempfangseinheit zum Empfangen eines Betriebs zum Festsetzen des p, wobei die Treibersignalausgabeeinheit die n Treibersignale an die n Einzelphasen-Umrichter auf einer Basis des p ausgibt, das durch die Betriebsempfangseinheit empfangen ist.
Reihen-Multiplex-Umrichter nach Anspruch 1, wobei das p eine erste Zahl und eine zweite Zahl aufweist, die verschieden voneinander sind, wobei der Reihen-Multiplex-Umrichter aufweist: eine Spannungsdetektionseinheit zum Detektieren einer Ausgangsspannung von der Leistungswandlereinheit; eine Stromdetektionseinheit zum Detektieren eines Ausgangsstroms von der Leistungswandlereinheit; und eine Bestimmungseinheit zum Bestimmen, ob eine Phase des Ausgangsstroms vorauseilt oder verzögert ist relativ zu einer Phase der Ausgangsspannung auf der Basis der Ausgangsspannung, die durch die Spannungsdetektionseinheit detektiert ist, und dem Ausgangsstrom, der durch die Stromdetektionseinheit detektiert ist, wobei in Antwort darauf, dass die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Phase des Ausgangsstroms relativ zu der Phase der Ausgangsspannung verzögert ist, die Treibersignalausgabeeinheit die n Treibersignale an die n Einzelphasen-Umrichter in einer Rotation ausgibt, die um die erste Zahl die Einzelphasen-Umrichter, die Eins-zu-Eins den n Treibersignalen in der Kombination entsprechen, wechselt und wobei in Antwort darauf, dass die Bestimmungseinheit bestimmt, dass die Phase des Ausgangsstroms relativ zu der Phase der Ausgangsspannung vorauseilt, die Treibersignalausgabeeinheit die n Treibersignale an die n Einzelphasen-Umrichter in einer Rotation ausgibt, die um die zweite Zahl die Einzelphasen-Umrichter, die Eins-zu-Eins den n Treibersignalen in der Kombination entsprechen, wechselt.
Reihen-Multiplex-Umrichter nach Anspruch 2 oder 3, wobei das n 2×k+1 ist, wobei k eine natürliche Zahl ist und wobei das p zumindest eines von n/2+1/2 und n/2-1/2 ist.
Reihen-Multiplex-Umrichter nach Anspruch 2 oder 3, wobei das n 4×k ist, wobei k eine natürliche Zahl ist, und wobei p zumindest eines von n/2+1 und n/2-1 ist.
Reihen-Multiplex-Umrichter nach Anspruch 2 oder 3, wobei das n 4×k+2 ist, wobei k eine natürliche Zahl ist, und wobei p zumindest eines von n/2+2 und n/2-2 ist.