JP2016025720A - Inverter system - Google Patents

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靖幸 原
Yasuyuki Hara
靖幸 原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an inverter system capable of supplying a balanced AC output to a multi-phase load even when a single phase inverter device of an arbitrary phase gets failed into phase reduction operation.SOLUTION: An inverter system 10 has plural single phase inverters 11 to produce a balanced AC output of multi-phase using the output from plural single phase inverters 11-1-11-6 and supplies the same to the multi-phase load 12. When any one of the plural single phase inverters 11-1-11-6 gets inoperable, a determination section 21 of a control unit 15 determines whether or not phase reduction operation of the multi-phase load 12 is possible by using the output from the remaining available single phase inverter. When the phase reduction operation is possible, a phase calculation part 22 calculates phase difference in output voltage command values among the inverters for producing the balanced AC output based on the number of available single phase inverters to determine the phases of output voltage command value for each of the single phase inverters.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明の実施形態は、直流電源をもとに単相交流を出力する単相インバータを複数台備え、これら複数台の単相インバータ出力から多相の平衡交流出力を作り出し、多相負荷に供給するインバータシステムに関する。   The embodiment of the present invention includes a plurality of single-phase inverters that output a single-phase alternating current based on a direct-current power supply, and generates a multi-phase balanced alternating-current output from the multiple single-phase inverter outputs and supplies it to a multi-phase load. The present invention relates to an inverter system.

多相電動機などの多相負荷に対して多相交流を供給する電源装置として、個別に運転制御可能な単相インバータ装置を複数台備え、これらの単相インバータ装置の交流出力から多相の平衡交流出力を作り出して多相負荷に供給するインバータシステムが用いられている。   As a power supply device that supplies multiphase AC to a multiphase load such as a multiphase motor, it is equipped with multiple single-phase inverter devices that can be individually controlled and operated, and the multiphase balance is obtained from the AC output of these single-phase inverter devices. An inverter system that generates an alternating current output and supplies it to a multiphase load is used.

例えば、単相インバータ装置を少なくとも４台備え、少なくとも４相の多相電動機を駆動するインバータシステムがある。このようなインバータシステムにおいて、ある任意の相の単相インバータ装置で故障が発生して運転不可となった場合、故障許容台数を超えない限り、残りの単相インバータ装置により、負荷である多相電動機を減相したまま継続運転させている（例えば、特許文献１参照）。   For example, there is an inverter system that includes at least four single-phase inverter devices and drives at least four-phase multiphase motors. In such an inverter system, if a failure occurs in a single-phase inverter device of any arbitrary phase and operation becomes impossible, the remaining single-phase inverter device will cause a polyphase as a load unless the allowable number of failures is exceeded. The electric motor is continuously operated with the phase reduced (see, for example, Patent Document 1).

特開２００９−２３２６１７号公報JP 2009-232617 A

このように、従来のシステムは、ある任意の相の単相インバータが故障停止した場合、残りの単相インバータにより減相運転をする。この減相運転状態になった場合、故障停止したインバータの出力電圧が欠落するため欠相状態となり、多相電動機を駆動する出力電圧が不平衡になる。このため、電動機の振動が大きくなる問題点があった。   As described above, in the conventional system, when a single-phase inverter of an arbitrary phase is stopped due to a failure, the phase reduction operation is performed by the remaining single-phase inverter. In this phase-decreasing operation state, the output voltage of the inverter that has stopped due to failure is lost, resulting in an open-phase state, and the output voltage that drives the multiphase motor becomes unbalanced. For this reason, there has been a problem that the vibration of the electric motor becomes large.

この発明が解決しようとする課題は、ある任意の相の単相インバータ装置が故障して減相運転となった場合でも、多相負荷に対して平衡交流出力を供給できるインバータシステムを提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide an inverter system capable of supplying a balanced AC output to a multi-phase load even when a single-phase inverter device of an arbitrary phase fails and becomes a phase-down operation. It is in.

本発明の実施の形態に係るインバータシステムは、直流電源をもとに単相交流を出力する単相インバータを複数台備え、これら複数台の単相インバータ出力から多相の平衡交流出力を作り出し、多相負荷に供給するインバータシステムであって、前記複数台の単相インバータのいずれかが運転不可となった場合、残りの運転可能な単相インバータ出力により前記多相負荷の減相運転が可能かを判断する判断部と、前記減相運転が可能な場合、運転可能な単相インバータの台数に基づき、平衡交流出力を作り出すための各単相インバータの出力電圧指令値の、各単相インバータ間の位相差を再計算し、前記運転可能な単相インバータのうち、任意の１台の出力電圧指令値の位相を基準とし、残りの運転可能な単相インバータの出力電圧指令値の位相を、前記再計算された位相差に基づいて決定する位相計算部とを備えたことを特徴とする。   The inverter system according to the embodiment of the present invention includes a plurality of single-phase inverters that output single-phase alternating current based on a direct-current power source, and creates a multi-phase balanced alternating-current output from these multiple single-phase inverter outputs, Inverter system that supplies multi-phase load, and if any of the multiple single-phase inverters becomes inoperable, the multi-phase load can be phase-reduced by the remaining operable single-phase inverter output. Each of the single-phase inverters for the output voltage command value of each single-phase inverter to produce a balanced AC output based on the number of single-phase inverters that can be operated, Recalculate the phase difference between the output voltage command values of the remaining operable single-phase inverters based on the phase of any one of the operable single-phase inverters. The phases, and wherein the and a phase calculator for determining, based on the re-calculated phase difference.

この発明の実施形態によれば、ある相の単相インバータが故障し減相運転の状態において、多相負荷に対して平衡交流電圧を供給でき、多相負荷の減相運転時における振動発生などの不具合を防止できる。   According to the embodiment of the present invention, a single-phase inverter of a certain phase breaks down and a balanced AC voltage can be supplied to a multi-phase load in a phase-reduced operation state. Can be prevented.

本発明の一実施形態に係るインバータシステムの構成図である。It is a block diagram of the inverter system which concerns on one Embodiment of this invention. 図１で示した制御装置の機能を説明するブロック図である。It is a block diagram explaining the function of the control apparatus shown in FIG. 本発明の一実施形態の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of one Embodiment of this invention. １台の単相インバータの運転停止に伴う欠相状態の出力波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the output waveform of the phase loss state accompanying the operation stop of one single phase inverter. 本発明の一実施形態による、減相運転時おける平衡交流出力の波形を示す波形図である。It is a wave form diagram which shows the waveform of the balance alternating current output at the time of phase-reduction operation by one Embodiment of this invention.

以下、この発明の実施の形態を図１、図２に基づいて説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

図１はこの実施の形態に係るインバータシステムの概略構成図である。このインバータシステム１０は、６台の単相インバータ１１−１〜１１−６により６相の平衡交流出力を発生する。多相負荷１２としては、相数６相の多相電動機を例示している。勿論、４相以上の任意総数の場合でも同様に適用可能である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an inverter system according to this embodiment. This inverter system 10 generates a six-phase balanced AC output by six single-phase inverters 11-1 to 11-6. As the multiphase load 12, a multiphase motor having 6 phases is illustrated. Of course, the present invention can be similarly applied to an arbitrary total number of four or more phases.

図１において、インバータシステム１０は 直流電源１３からの直流電力をもとに、それぞれ単相交流を出力する複数台（この例では、上述のように６相用として６台）の単相インバータ１１−１〜１１−６を備えている。これら６台の単相インバータ１１−１〜１１−６は、制御装置１５により電圧指令値の位相が制御され、インバータシステム１０として、６相の平衡交流出力を作り出し、これを多相負荷である６相の多相電動機１２に供給して駆動する。   In FIG. 1, an inverter system 10 includes a plurality of single-phase inverters 11 that output single-phase alternating current based on direct-current power from a direct-current power supply 13 (in this example, six for six-phase as described above). -1 to 11-6. In these six single-phase inverters 11-1 to 11-6, the phase of the voltage command value is controlled by the control device 15, and as the inverter system 10, a six-phase balanced AC output is produced, which is a multiphase load. The 6-phase multi-phase motor 12 is supplied and driven.

この発明の実施形態に係るインバータシステム１０では、６台の単相インバータ１１−１〜１１−６のいずれかが故障等により運転不可となり、多相負荷である多相電動機を減相運転する際、減相状態における平衡交流出力を作り出すことにより、欠相運転に伴う振動発生などの不具合を防止することを課題としている。そのために、制御装置１５は、図２で示すように、減相運転が可能かを判断する判断部２１、及び減相運転時における残りの単相インバータの電圧指令値の位相7を再計算する位相計算部２２を有する。   In the inverter system 10 according to the embodiment of the present invention, when any one of the six single-phase inverters 11-1 to 11-6 becomes inoperable due to a failure or the like, the multiphase electric motor that is a multiphase load is operated in a phase-reduction operation. Therefore, it is an object of the present invention to prevent inconveniences such as generation of vibrations associated with the phase loss operation by creating a balanced AC output in a phase-decreasing state. Therefore, as shown in FIG. 2, the control device 15 recalculates the determination unit 21 that determines whether or not the phase reduction operation is possible, and the phase 7 of the voltage command value of the remaining single-phase inverter during the phase reduction operation. A phase calculation unit 22 is included.

判断部２１は、６台の単相インバータ１１−１〜１１−６のいずれかが故障等により運転不可となった場合、残りの運転可能な単相インバータ出力により多相負荷１２の減相運転が可能かを判断する。すなわち、判断部２１は、６台の単相インバータ１１−１〜１１−６から運転状態信号を入力してその運転状態を監視しており、故障発生などにより運転不可となった単相インバータの有無を検出する。この判断部２１には多相負荷１２を減相運転可能な相数（単相インバータの停止許容台数でもある）が設定されている。したがって、運転不可となった単相インバータ（ここでは１１−４とする）が生じた場合、残りの運転可能な単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６による減相運転が可能か否かを、上述した設定値（停止許容台数）との比較により判断する。   When one of the six single-phase inverters 11-1 to 11-6 becomes inoperable due to a failure or the like, the determination unit 21 performs phase-reduced operation of the multiphase load 12 with the remaining operable single-phase inverter output. Judge whether it is possible. That is, the determination unit 21 inputs the operation state signal from the six single-phase inverters 11-1 to 11-6 and monitors the operation state, and the single-phase inverter that has become unable to operate due to the occurrence of a failure or the like. Detect the presence or absence. The number of phases in which the multiphase load 12 can be phase-reduced (which is also the allowable number of single-phase inverter stops) is set in the determination unit 21. Therefore, when a single-phase inverter that cannot be operated (referred to as 11-4 in this case) occurs, the remaining operable single-phase inverters 11-1, 11-2, 11-3, 11-5, 11- Whether or not the phase reduction operation by 6 is possible is determined by comparison with the set value (allowable number of stops) described above.

位相計算部２２は、上述した減相運転が可能な場合、運転可能な単相インバータの台数に基づき、平衡交流出力を作り出すための運転可能な各単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６の出力電圧指令値の、各単相インバータ間の位相差を再計算する。そして、運転可能な単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６のうち、任意の１台（ここでは１１-１とする）の出力電圧指令値の位相を基準とし、残りの運転可能な単相インバータ１１−２，１１−３，１１−５、１１−６の出力電圧指令値の位相を、再計算された位相差に基づいて決定する。   When the phase reduction operation described above is possible, the phase calculation unit 22 operates each single-phase inverter 11-1, 11-2, 11 for creating a balanced AC output based on the number of operable single-phase inverters. Recalculate the phase difference between the single-phase inverters of the output voltage command values of −3, 11-5, and 11-6. The phase of the output voltage command value of any one of the operable single-phase inverters 11-1, 11-2, 11-3, 11-5, 11-6 (here, 11-1). Is used as a reference, and the phases of the output voltage command values of the remaining operable single-phase inverters 11-2, 11-3, 11-5, and 11-6 are determined based on the recalculated phase difference.

図４及び図５は、インバータシステム１０からの多相交流出力の波形図であり、図４は６台の単相インバータによる６相の交流出力のうち、１台の単相インバータ（上述のように１１−４とする）が運転不可になったことにより、破線で示す１相が欠けた状態での出力波形を表している。また、図５は残りの５台の運転可能な単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６による、位相再計算後の５相（減相状態）での平衡交流出力波形を表している。   4 and 5 are waveform diagrams of the multi-phase AC output from the inverter system 10, and FIG. 4 shows one single-phase inverter (as described above) among the six-phase AC outputs by the six single-phase inverters. 11-4) represents an output waveform in a state in which one phase indicated by a broken line is missing. Further, FIG. 5 shows five phases (phase reduction state) after the phase recalculation by the remaining five operable single-phase inverters 11-1, 11-2, 11-3, 11-5, and 11-6. Represents the balanced AC output waveform.

次に、この実施の形態の動作を図３のフローチャートを用いて説明する。このフローチャートにおいて、図１及び図２で示した制御装置１５は、図示しない運転指令判断部により外部からの運転指令の有無を判断する（３０１）。その結果、運転指令中で無いと判断した場合（３０１：Ｎ）、全ての単相インバータ１１−１〜１１−６を停止させる（３０２）。   Next, the operation of this embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG. In this flowchart, the control device 15 shown in FIGS. 1 and 2 determines the presence or absence of an operation command from the outside by an operation command determination unit (not shown) (301). As a result, when it is determined that the operation command is not being issued (301: N), all the single-phase inverters 11-1 to 11-6 are stopped (302).

これに対し、運転指令中（３０１：Ｙ）であれば、図２で示した判断部２１は、各単相インバータ１１−１〜１１−６から運転状態信号を入力してその運転状態を監視し、故障発生などにより運転不可となった単相インバータの有無を判断する（３０３）。その結果、その結果、運転不可となった台数が０の場合（３０３：Ｙ）、全ての単相インバータ１１−１〜１１−６への運転指令を継続する（３０４）。   On the other hand, if the operation command is being issued (301: Y), the determination unit 21 shown in FIG. 2 inputs an operation state signal from each of the single-phase inverters 11-1 to 11-6 and monitors the operation state. Then, it is determined whether or not there is a single-phase inverter that has become inoperable due to a failure or the like (303). As a result, if the number of units that cannot be operated is 0 (303: Y), the operation command to all the single-phase inverters 11-1 to 11-6 is continued (304).

これに対し、運転不可となった台数が０でない場合（３０３：Ｎ）、運転不可となった台数が、停止許容台数より少ないか、（言い換えると多相負荷１２の減相運転が可能な台数か）を判断する（３０５）。その結果、停止許容台数より少ない（減相運転が可能）場合（３０５：Ｙ）、その後の減相運転時における基準インバータを選定する（３０６）。その後、減相運転時における各単相インバータの電圧指令値位相を再計算し（３０７）、その結果に従って運転可能な単相インバータへの運転指令を出力する（３０８）。   On the other hand, when the number of disabled vehicles is not 0 (303: N), the number of disabled vehicles is smaller than the allowable number of stops (in other words, the number of units capable of dephasing operation of the multiphase load 12). (305). As a result, when the number is less than the allowable number of stops (dephasing operation is possible) (305: Y), a reference inverter for the subsequent dephasing operation is selected (306). Thereafter, the voltage command value phase of each single-phase inverter during phase-reduction operation is recalculated (307), and an operation command to the operable single-phase inverter is output according to the result (308).

これに対し、停止許容台数より多い（減相運転が不可）場合（３０５：Ｎ）、全単相インバータ１１−１〜１１−６の運転を停止させ（３０９）、処理を終了する。   On the other hand, when the number is larger than the allowable number of stops (dephasing operation is not possible) (305: N), the operation of all the single-phase inverters 11-1 to 11-6 is stopped (309), and the process is terminated.

ここで、６台の単相インバータ１１−１〜１１−６のうち、故障などにより運転不可になった単相インバータは、前述のように１１−４とする。判断ステップ３０５では、運転不可の台数が１台であるから、停止許容台数より少ないものと判断し、多相負荷１２を減相運転することとする。   Here, among the six single-phase inverters 11-1 to 11-6, the single-phase inverter that cannot be operated due to a failure or the like is 11-4 as described above. In determination step 305, since the number of units that cannot be operated is one, it is determined that the number is less than the allowable number of stops, and the multiphase load 12 is subjected to phase reduction operation.

６台の単相インバータ１１−１〜１１−６が健全であれば、それらの電圧指令値の、各インバータ間の位相差は、３６０°／６＝６０°であり、６相の平衡交流出力が得られる。しかし、１台の単相インバータ１１−４が停止した場合、図４の破線で示したように、その交流出力に対応する相が欠相となる。このため、そのまま減相運転を行うと、電圧不平衡状態となり、多相負荷１２である電動機の振動が大きくなる。   If the six single-phase inverters 11-1 to 11-6 are healthy, the phase difference between the inverters of their voltage command values is 360 ° / 6 = 60 °, and the six-phase balanced AC output Is obtained. However, when one single-phase inverter 11-4 is stopped, the phase corresponding to the AC output is lost as shown by the broken line in FIG. For this reason, if the phase reduction operation is performed as it is, a voltage unbalanced state is caused, and the vibration of the electric motor that is the multiphase load 12 is increased.

そこで、この発明の実施の形態では、減相運転時においても平衡交流出力を供給して多相負荷１２である電動機の振動増加などの不具合発生を防止している。すなわち、減相運転を行うに当たって、先ず、処理ステップ３０６にて、減相運転時における基準となる単相インバータを、運転可能な残りの単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６の中から任意に選定する。基準となる単相インバータとは、各単相インバータに対す電圧指令値の位相の基準となることであり、ここでは、前述のように１１−１とする。   Therefore, in the embodiment of the present invention, even during phase-reduction operation, a balanced AC output is supplied to prevent problems such as an increase in vibration of the motor that is the multiphase load 12. That is, in performing the phase-reduction operation, first, in processing step 306, the single-phase inverter that is a reference in the phase-reduction operation is replaced with the remaining operable single-phase inverters 11-1, 11-2, 11-3, It is arbitrarily selected from 11-5 and 11-6. The reference single-phase inverter is a reference for the phase of the voltage command value for each single-phase inverter, and is 11-1 as described above.

前述のように６台の単相インバータ１１−１〜１１−６のうち、１台の単相インバータ１１−４が停止したので、残りの単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６による５相の減相運転となる。この場合、各単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６の電圧指令値の、各インバータ間の位相差は、３６０°／５＝７２°となる。したがって、単相インバータ１１−１の電圧指令値の位相を基準として、他の単相インバータの電圧指令値の位相を、上述した７２°位相差でそれぞれ決定する。そして、処理ステップ３０８で、各単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６への運転指令を出力することにより、図５で示す５相の平衡交流出力を発生させる。   As described above, since one single-phase inverter 11-4 is stopped among the six single-phase inverters 11-1 to 11-6, the remaining single-phase inverters 11-1, 11-2, and 11-3 are stopped. , 11-5, 11-6, a five-phase dephasing operation. In this case, the phase difference between the inverters of the voltage command values of the single-phase inverters 11-1, 11-2, 11-3, 11-5, and 11-6 is 360 ° / 5 = 72 °. Therefore, with the phase of the voltage command value of the single-phase inverter 11-1 as a reference, the phase of the voltage command value of the other single-phase inverter is determined by the above-described 72 ° phase difference. Then, in processing step 308, by outputting an operation command to each single-phase inverter 11-1, 11-2, 11-3, 11-5, 11-6, the five-phase balanced AC output shown in FIG. Is generated.

このように、停止台数が０で無いと判断されると、停止台数が停止許容台数を満足するか判定し、停止許容台数を満たす場合、健全な単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６のうち１台（１１−１）を選定して、健全なほかの単相インバータの位相を、インバータシステム１０全体で出力する電圧が平衡交流となるように再計算を行なう。その後、健全な単相インバータ１１−１，１１−２，１１−３，１１−５、１１−６に対して運転指令を与えることにより、インバータシステム１０が多相負荷１２へ供給する電圧を平衡交流にすることができる。   Thus, if it is determined that the number of stops is not 0, it is determined whether the number of stops satisfies the allowable number of stops, and if the allowable number of stops is satisfied, sound single-phase inverters 11-1, 11-2, 11 are satisfied. Select one (11-1) among -3, 11-5, and 11-6 so that the voltage output from the whole inverter system 10 is balanced AC with the phase of another healthy single-phase inverter. Recalculate. After that, the operation system is given to the sound single-phase inverters 11-1, 11-2, 11-3, 11-5, and 11-6 to balance the voltage that the inverter system 10 supplies to the multiphase load 12. It can be exchanged.

すなわち、従来の多相負荷１２の減相運転時の制御は、欠相時に図４のように電圧不平衡を引き起こしていたが、本発明の実施形態によれば、運転不可となった単相インバータを除き、正常な１台の単相インバータの電圧指令値の位相を基準とし、残りの正常な単相インバータの出力電圧指令値の位相を再計算することにより、全体の相数から欠相分を引いた相数で、図５で示す平衡交流を作り出す。このため、欠相運転に伴う振動発生などの不具合を防止することができる。   That is, the conventional control during the phase-reduction operation of the multiphase load 12 caused voltage imbalance as shown in FIG. 4 at the time of phase loss. However, according to the embodiment of the present invention, the single-phase operation becomes impossible. With the exception of the inverter, the phase of the voltage command value of one normal single-phase inverter is used as a reference, and the phase of the output voltage command value of the remaining normal single-phase inverter is recalculated. The balanced alternating current shown in FIG. 5 is created with the number of phases minus the minute. For this reason, it is possible to prevent problems such as the occurrence of vibration associated with the phase loss operation.

１０…インバータシステム
１１−１〜１１−６…単相インバータ
１２…多相負荷
１３…直流電源
１５…制御装置
２１…判断部
２２…位相計算部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Inverter system 11-1 to 11-6 ... Single phase inverter 12 ... Multi-phase load 13 ... DC power supply 15 ... Control apparatus 21 ... Judgment part 22 ... Phase calculation part

Claims (2)

直流電源をもとに単相交流を出力する単相インバータを複数台備え、これら複数台の単相インバータ出力から多相の平衡交流出力を作り出し、多相負荷に供給するインバータシステムであって、
前記複数台の単相インバータのいずれかが運転不可となった場合、残りの運転可能な単相インバータ出力により前記多相負荷の減相運転が可能かを判断する判断部と、
前記減相運転が可能な場合、運転可能な単相インバータの台数に基づき、平衡交流出力を作り出すための各単相インバータの出力電圧指令値の、各単相インバータ間の位相差を再計算し、前記運転可能な単相インバータのうち、任意の１台の出力電圧指令値の位相を基準とし、残りの運転可能な単相インバータの出力電圧指令値の位相を、前記再計算された位相差に基づいて決定する位相計算部と、
を備えたことを特徴とするインバータシステム。 An inverter system comprising a plurality of single-phase inverters that output single-phase alternating current based on a direct-current power supply, creating a multi-phase balanced alternating-current output from these multiple single-phase inverter outputs, and supplying it to a multi-phase load,
When any one of the plurality of single-phase inverters cannot be operated, a determination unit that determines whether the multiphase load can be phase-reduced by the remaining operable single-phase inverter output;
When the phase reduction operation is possible, based on the number of operable single-phase inverters, recalculate the phase difference between the single-phase inverters of the output voltage command value of each single-phase inverter to create a balanced AC output. The phase of the output voltage command value of any one of the operable single-phase inverters is used as a reference, and the phase of the output voltage command value of the remaining operable single-phase inverter is the recalculated phase difference. A phase calculator that determines based on:
An inverter system characterized by comprising: 前記単相インバータは少なくとも４台備え、多相負荷として少なくとも４相の多相電動機を駆動することを特徴とする請求項１に記載のインバータシステム。   The inverter system according to claim 1, wherein at least four single-phase inverters are provided, and at least a four-phase multiphase motor is driven as a multiphase load.
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