BR102012020499A2

BR102012020499A2 - Dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série

Info

Publication number: BR102012020499A2
Application number: BR102012020499-1A
Authority: BR
Inventors: Taisuke Katayama; Ryuji Suenaga; Kazuhiro Umeo; Eiji Yamamoto
Original assignee: Yaskawa Denki Seisakusho Kk
Priority date: 2011-10-28
Filing date: 2012-08-15
Publication date: 2013-12-03
Also published as: EP2587658A2; KR101462721B1; CN103095147A; JP2013110950A; US8923024B2; EP2587658B1; JP5652416B2; CN103095147B; US20130107588A1; EP2587658A3; KR20130047564A

Abstract

DISPOSITIVO DE CONVERSÃO DE ENERGIA DE MULTINÍVEL CONECTADO EM SÉRIE Um dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série de acordo com um aspecto de modalidades inclui um transformador de multienrolamentos e uma unidade de conversão. O transformador de multienrolamento tem uma relação em que n enrolamentos secundários conectados respectivamente a n conversos de energia monofásico na mesma fase de saída têm uma diferença de fase de voltagem de 60/n graus e uma relação e que uma relação em que os m enrolamentos secundários respectivamente conectados aos m conversores de energia monofásicos correspondentes às m fases de saída têm uma diferença de fase de voltagem de 60/m graus.

Description

I “DISPOSITIVO DE CONVERSÃO DE ENERGIA DE MULTINÍVEL CONECTADO EM SÉRIE”

CAMPO

As modalidades discutidas aqui são dirigidas a um dispositivo 5 de conversão de energia de multinível conectado em série,

ANTECEDENTES

Como um dispositivo de conversão de energia convencional é conhecido um dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série que tem uma pluralidade de fases de saída, cada uma das quais é 10 constituída por células de conversão de energia conectadas em série. O dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série inclui um transformador de multienrolamentos e uma pluralidade de conversores de energia monofásicos. O transformador de multienrolamentos transforma uma voltagem de entrada alternada multifásica em um enrolamento primário e 15 fornece a voltagem transformada para uma pluralidade de enrolamentos secundários. A pluralidade de conversores de energia monofásicos é respectivamente conectada aos enrolamentos secundários do transformador de multienrolamentos.

No dispositivo de conversão de energia de multinível 20 conectado em série, os enrolamentos secundários do transformador de multienrolamentos fornecem voltagens cujas fases são diferentes uma da outra a fim de reduzir uma corrente harmônica no enrolamento primário. Mais especificamente, foi proposto um método no qual, quando o dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série inclui nove 25 conversores de energia monofásicos, enrolamentos secundários conectados aos três conversores de energia monofásicos que constituem uma das fases U, VeW têm uma diferença de fase de voltagem de 20 graus e todos os enrolamentos secundários têm uma diferença de fase de voltagem de 20/3 graus. Este método foi conhecido como exposto, por exemplo, na Publicação de Patente Japonesa Aberta ao Público No. 2008-295149. Um aspecto de modalidades tem um objetivo das modalidades para prover uma nova substituição tecnológica para uma tecnologia convencional para reduzir uma corrente harmônica em um enrolamento primário.

SUMÁRIO

Um dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série de acordo com um aspecto de modalidades inclui um transformador de multienrolamentos e uma unidade de conversão de energia. O transformador de multienrolamentos distribui entrada de energia de CA em um enrolamento primário para m x n (n e m são números primos entre si) enrolamentos secundários. A unidade de conversão de energia inclui m x n conversores de energia monofásicos que são respectivamente conectados aos m x n enrolamentos secundários, em que cada uma das m fases de saída é constituída por saídas conectadas em série dos n conversores de energia monofásicos. O transformador de multienrolamentos tem uma relação em que os n enrolamentos secundários respectivamente conectados aos n conversores de energia monofásicos em uma fase de saída têm uma diferença de fase de voltagem de 60/n graus. Além disso, o transformador de multienrolamentos tem uma relação em que os m enrolamentos secundários respectivamente conectados aos m conversores de energia monofásicos correspondentes às m fases de saída têm uma diferença de fase de voltagem de 60/m graus.

De acordo com um aspecto das modalidades, é possível reduzir uma corrente harmônica em um enrolamento primário.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Uma apreciação mais completa da invenção e muitas das vantagens concomitantes da mesma serão facilmente obtidas à medida que a mesma for mais bem entendida pela referência à seguinte descrição detalhada quando considerada em conexão com os desenhos anexos, nos quais: a FIG. 1 é um diagrama ilustrando um dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série de acordo para uma primeira modalidade;

a FIG. 2 é um diagrama ilustrando um bloco de circuito de um conversor de energia monofásico ilustrado na FIG. 1;

a FIG. 3 é um diagrama ilustrando diferenças de fase de voltagem entre enrolamentos secundários de um transformador de multienrolamentos;

a FIG. 4 é um diagrama ilustrando uma relação de fase de voltagem entre os enrolamentos secundários do transformador de multienrolamentos;

a FIG. 5 é um diagrama ilustrando os fios do transformador de multienrolamentos;

as FIGS. 6 a 8 são diagramas ilustrando relações entre vetores de voltagem de linha de um enrolamento primário e vetores de voltagem de linha do enrolamento secundário do transformador de multienrolamentos;

a FIG. 9 é um diagrama ilustrando vetores de corrente de cada enrolamento secundário do transformador de multienrolamentos;

a FIG. 10 é um diagrama ilustrando vetores de corrente de cada enrolamento secundário do transformador de multienrolamentos;

a FIG. 11 é um diagrama explicando uma corrente em cada enrolamento secundário em uma fase r;

a FIG. 12 é um diagrama ilustrando vetores de corrente no enrolamento primário causados por correntes nos enrolamentos secundários quando uma voltagem primária é positiva;

a FIG. 13 é um diagrama ilustrando vetores de corrente no enrolamento primário causados por correntes nos enrolamentos secundários quando a voltagem primária é negativa;

a FIG. 14 é um diagrama ilustrando outra relação de fase de voltagem entre os enrolamentos secundários do transformador de multienrolamentos; e

a FIG. 15 é um diagrama ilustrando diferenças de fase de voltagem entre enrolamentos secundários de um transformador de multienrolamentos de um dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série de acordo para uma segunda modalidade.

DESCRIÇÃO DAS MODALIDADES

Doravante, um dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série de acordo com modalidades da presente exposição será explicado em detalhe com referência aos desenhos anexos. Em adição, as modalidades expostas abaixo não são destinadas para limitar a presente invenção.

Primeira Modalidade

Primeiro, a configuração de um dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série de acordo com a primeira modalidade será explicada. A FIG. 1 é um diagrama ilustrando um dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série 1 de acordo com a primeira modalidade.

Como ilustrado na FIG. 1, o dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série 1 inclui um transformador de multienrolamentos 10 e uma unidade de conversão de energia 20. O dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série 1 converte energia de CA de fase R, fase S, e fase T a partir de uma fonte de energia de CA trifásica 2 em uma energia de CA e fornece a energia convertida para uma carga de corrente alternada 3. Aqui, como um exemplo, é explicado que o dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série 1 tem três fases de saída (m = 3), cada uma das quais é constituída por conversores de energia monofásicos de dois estágios (n = 2) e a carga de corrente alternada 3 é um motor. O transformador de multienrolamentos 10 inclui um enrolamento primário Ile seis enrolamentos secundários 12a a 12f (adiante, eles podem ser referidos como enrolamentos secundários 12). O transformador de multienrolamentos 10 transforma uma entrada de energia de CA no enrolamento primário 11 e fornece a energia transformada para os seis enrolamentos secundários 12a a 12f. O transformador de multienrolamentos é um transformador de deslocamento de fase que gera diferenças de fase de voltagem entre o enrolamento primário 11 e os enrolamentos secundários 12.

A unidade de conversão de energia 20 inclui seis conversores de energia monofásicos 21a a 21f (adiante, eles podem ser referidos como conversores de energia monofásicos 21) que são respectivamente conectados aos seis enrolamentos secundários 12a a 12f. Cada um dos conversores de energia monofásicos 21 converte energia de CA trifásica do correspondente enrolamento secundário 12 para energia de CA monofásica e fornece a energia de CA convertida através de seus próprios terminais de saída Ta e Tb.

Na unidade de conversão de energia 20, saídas conectadas em série dos conversores de energia monofásicos 21 constituem uma fase de saída. Em outras palavras, uma unidade de conversão de energia de fase U é constituída pelos conversores de energia monofásicos 21a e 21 d, uma unidade de conversão de energia de fase V é constituída pelos conversores de energia monofásicos 21be21e, e uma unidade de conversão de energia de fase W é constituída pelos conversores de energia monofásicos 21c e 21 f.

Mais especificamente, o terminal de saída Tb do conversor de energia monofásico 21a é conectado a um ponto neutro N, e o terminal de saída Ta do conversor de energia monofásico 21a é conectado ao terminal de saída Tb do conversor de energia monofásico 21 d. Esta conexão conduz à configuração da unidade de conversão de energia de fase U cujo terminal de saída é o terminal de saída Ta do conversor de energia monofásico 21 d. Similarmente, os terminais de saída Tb dos conversores de energia monofásicos 21d e 21c são conectados ao ponto neutro N, e os terminais de saída Ta dos conversores de energia monofásicos 21b e 21c são respectivamente conectados aos terminais de saída Tb dos conversores de 5 energia monofásicos 21e e 21 f. Estas conexões conduzem às configurações das unidades de conversão de energia de fase V e de fase W, cujos terminais de saída são os terminais de saída Ta dos conversores de energia monofásicos 21e e 21f.

Agora, a configuração do conversor de energia monofásico 21 será explicada. A FIG. 2 é um diagrama ilustrando um bloco de circuito do conversor de energia monofásico 21. Como ilustrado na FIG. 2, o conversor de energia monofásico 21 inclui uma unidade de retificação/regulação 30, uma unidade de inversor 31, e uma unidade de controle 32.

A unidade de retificação/regulação 30 inclui diodos DlO a D15 15 e um capacitor CIO. A unidade de retificação/regulação 30 converte a energia de CA trifásica (fase r, fase s, e fase t) do correspondente enrolamento secundário 12 para uma energia de CC. Neste caso, os diodos DlO e Dll realizam retificação de onda total sobre a energia de fase r, os diodos Dl 2 e Dl3 realizam retificação de onda total sobre a energia de fase s, e os diodos 20 D14eD15 realizam a retificação de onda total sobre a energia de fase t. Então, a voltagem retificada pelos diodos DlO a D15 é regulada pelo capacitor CIO.

A unidade de inversor 31 inclui os transistores Q20 a Q23 e os diodos D20 a D23. Os transistores Q20 e Q21 são conectados em série entre 25 as saídas da unidade de retificação/regulação 30. Similarmente, os transistores Q22 e Q23 são conectados em série as sais da unidade de retificação/regulação 30. Aqui, os diodos D20 a D23 são diodos de “roda livre”.

A unidade de controle 32 controla os estados de LIGA/DESLIGA dos transistores Q20 a Q23 da unidade de inversor 31 para fazer com que a unidade de inversor 31 converta a energia de CC da unidade de retificação/regulação 30 em uma energia de CA monofásica. Os transistores Q20 a Q23 usam dispositivos semicondutores de energia, tais como IGBT e MOSFET. A unidade de inversor 31 não é limitada à configuração do inversor de dois níveis ilustrado na FIG. 2. Por exemplo, a unidade de inversor 31 pode empregar a configuração de um inversor multinível, tal como um inversor de três níveis. Além disso, a unidade de inversor 31 pode empregar outras várias configurações.

A seguir, a configuração do transformador de multienrolamentos 10 será explicada. A FIG. 3 é um diagrama ilustrando diferenças de fase de voltagem entre os enrolamentos secundários 12a a 12f. A FIG. A FIG. 4 é um diagrama ilustrando uma relação de fase de voltagem entre os enrolamentos secundários 12a a 12f. Como descrito acima, os conversores de energia monofásicos 21a a 21 f são respectivamente posicionados em Ul, VI, Wl, U2, V2, e W2, e são respectivamente conectados aos enrolamentos secundários 12a a 12f (ver a FIG. 1). Aqui, nos símbolos Ul a W2, os caracteres U, V, e W indicam fases de saída e os números iT5 e “2" indicam a ordem de estágios que são conectados em série em uma fase de saída. Por conseguinte, o enrolamento secundário 12a corresponde à posição Ul, o enrolamento secundário 12b coresponde à posição VI, o enrolamento secundário 12c corresponde à posição Wl, o enrolamento secundário 12d corresponde à posição U2, o enrolamento secundário 12e corresponde à posição V2, e o enrolamento secundário 12f corresponde à posição W2.

Como ilustrado na FIG. 3, no transformador de multienrolamentos 10 de acordo com a primeira modalidade, uma diferença de fase de voltagem entre os dois enrolamentos secundários 12 respectivamente conectados aos dois conversores de energia monofásicos 21 na mesma fase de saída é 30 graus. Mais especificamente, no caso da fase U, uma diferença de fase de voltagem entre o enrolamento secundário 12a correspondente à posição Ul e o enrolamento secundário 12d corespondente à posição U2 é 30 graus.

Similarmente, no caso da fase V, uma diferença de fase de voltagem entre o enrolamento secundário 12b correspondente à posição Vl e

o enrolamento secundário 12e correspondente à posição V2 é 30 graus. Além disso, no caso da fase W, uma diferença de fase de voltagem entre o enrolamento secundário 12c correspondente à posição Wl e o enrolamento secundário 12f correspondente à posição W2 é 30 graus.

Por outro lado, no transformador de multienrolamentos 10, uma diferença de fase de voltagem entre os dois enrolamentos secundários 12 respectivamente conectados aos dois conversores de energia monofásicos 21 corespondentes às fases de saída de diferentes é 20 graus. Mais especificamente, uma diferença de fase de voltagem entre o enrolamento secundário 12a correspondente à posição Vl é 20 graus. Além disso, uma diferença de fase de voltagem entre o enrolamento secundário 12b correspondente à posição Vl e o enrolamento secundário 12c correspondente à posição Wl é 20 graus.

Agora, um exemplo específico das diferenças de fase de voltagem entre os enrolamentos secundários 12a a 12f será explicado com referência à FIG. 4. Como ilustrado na FIG. 4, as fases de voltagem dos enrolamentos secundários 12 são (135 graus, 155 graus, 165 graus, 175 graus, 185 graus, 205 graus) na ordem de (Ul, VI, U2, Wl, V2, W2). Essas fases de voltagem dos enrolamentos secundários 12 são definidas como diferenças de fase entre as voltagens dos enrolamentos secundários 12 e a voltagem do enrolamento primário 11.

Por conseguinte, as fases de voltagem dos enrolamentos secundários 12 são (Ul, U2) = (135 graus, 165 graus) na fase U, (valor de saída VI, valor de saída V2) = (155 graus, 185 graus) na fase V, e (Wl, W2) = (175 graus, 205 graus) na fase W. A diferença de fase de voltagem entre as voltagens dos enrolamentos secundários 12 na mesma fase de saída é carga de corrente alternada 30 graus. Além disso, dois grupos das fases de voltagem 5 dos enrolamentos secundários 12 correspondentes às fases de saída diferentes são (Ul, VI, Wl) = (135 graus, 155 graus, 175 graus) e (U2, V2, W2) = (165 graus, 185 graus, 205 graus), e as duas diferenças de fase de voltagem em um grupo são 20 graus.

Um exemplo de configuração do transformador de multienrolamentos 10 tendo a relação de fase de voltagem entre os enrolamentos secundários 12 ilustrados na FIG. 4 é explicada com referência à FIG. 5. A FIG. 5 é um diagrama ilustrando os fios do transformador de multienrolamentos 10.

Como ilustrado na FIG. 5, o enrolamento secundário 12a é 15 formado por conexão delta estendida. Mais especificamente, um enrolamento primário de fase R Ila e um enrolamento secundário 12al são enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro isolado por um elemento de isolamento, um enrolamento primário de fase S Ilb e um enrolamento secundário 12a2 são enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro isolado pelo elemento de 20 isolamento, e um enrolamento primário de fase T Ilc e um enrolamento secundário 12a3 são enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro isolado pelo elemento de isolamento. Todos os enrolamentos secundários 12al a 12a3 têm derivações providas entre suas extremidades de bobina dos mesmos.

Na FIG. 5, cada enrolamento inclui uma extremidade de 25 bobina que tem um ponto negro e uma extremidade de bobina que não tem o ponto negro. Quando se considera um par do enrolamento primário e um da pluralidade de enrolamentos secundários, um ponto negro é colocado em um lado das extremidades de bobina de cada enrolamento de uma tal maneira que fluxos magnéticos feitos por ambos os enrolamentos têm direções nas quais os fluxos são reforçados um pelo outro quando correntes fluem para as, e a partir das extremidades de bobina dos dois enrolamentos que têm pontos negros. Aqui, a extremidade de bobina que tem o ponto negro é referida como uma extremidade de bobina positiva e a extremidade de bobina oposta à 5 extremidade de bobina positiva é referida como uma extremidade de bobina negativa. Na FIG. 5, as extremidades de bobina negativa dos enrolamentos secundários 12al, 12a2, e 12a3, corespondem respectivamente às extremidades de saída da fase r, fase s e fase t. Além disso, a extremidade de bobina negativa do enrolamento secundário 12al é conectada à derivação do 10 enrolamento secundário 12a3, a extremidade de bobina negativa do enrolamento secundário 12a3 é conectada à derivação do enrolamento secundário 12a2, e a extremidade de bobina negativa do enrolamento secundário 12a2 é conectada à derivação do enrolamento secundário 12al.

Aqui, uma relação entre os vetores de voltagem de linha do 15 enrolamento primário 11 e os vetores de voltagem de linha do enrolamento secundário 12a quando a conexão ilustrada na FIG. 5 é feita será explicada com referência à FIG. 6. A FIG. 6 é um diagrama ilustrando uma relação entre os vetores de voltagem de linha do enrolamento primário 11 e os vetores de voltagem de linha do enrolamento secundário 12a. As fases de saída da 20 fonte de energia de CA trifásica 2 são retardadas na ordem de uma fase R, uma fase S, e uma fase T para ter uma diferença de fase de voltagem de 120 graus.

Quando os enrolamento secundário 12al, 12a2, e 12a3 são conectados como descrito acima, os vetores de voltagem de linha Vgs, Vat, e 25 Vtr entre as fases dos enrolamentos secundários 12al, 12a2, e 12a3 são expressas com as seguintes Equações (dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série 1) a (carga de corrente alternada 3) por meio do uso dos vetores de fase Vr, Vs e Vt.

Vrs = Vr-Vs (1) Vat = Vs - Vt (2)

Vrx = Vt-Vr (3)

Por exemplo, os vetores de voltagem de linha Vrs e Vtr são como ilustrados na FIG. 6. Quando a fase de um vetor de voltagem de linha Vrs a partir da fase S até a fase R do enrolamento primário 11 é definida como uma fase de base, a fase do vetor de voltagem de linha Vrs a partir da 5 fase s até a fase r do enrolamento secundário 12a é avançada por 15 graus com relação à fase de base.

No enrolamento secundário 12a, a fase do vetor de voltagem de linha Vtr a partir da fase r até a fase t é avançada por 120 graus com relação à fase do vetor de voltagem de linha Vrs e 135 graus com relação à fase de 10 base. Além disto, a fase do vetor de voltagem de linha Vst a partir da fase t até a fase s é avançada por 240 graus com relação à fase do vetor de voltagem de linha Vxs e 255 graus com relação à fase de base. Portanto, o enrolamento secundário 12a é um enrolamento secundário com uma fase de voltagem que é avançada por 15 graus com relação à fase de base e é também um 15 enrolamento secundário com uma fase de voltagem que é avançada por 135 graus com relação à fase de base. Além disso, o enrolamento secundário 12a é um enrolamento secundário com uma fase de voltagem que é avançada por 255 graus com relação à fase de base.

Retomando para a FIG. 5, o enrolamento secundário 12b é 20 explicado. Como ilustrado na FIG. 5, o enrolamento secundário 12b é formado por conexão delta estendida. Mais especificamente, o enrolamento primário de fase R Ila e um enrolamento secundário 12bl são enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro isolado pelo elemento de isolamento, o enrolamento primário de fase S Ilb e um enrolamento secundário 12b2 são 25 enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro isolado pelo elemento de isolamento, e o enrolamento primário de fase T Ilc e um enrolamento secundário 12b3 são enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro isolado pelo elemento de isolamento. Todos dos enrolamentos secundários 12b 1 a 12b3 têm derivadas providas entre suas extremidades de bobina dos mesmos.

As extremidades de bobina negativas dos enrolamentos secundários 12bl, 12b2 e 12b3 corespondem respectivamente às extremidades de saída da fase r, fase s, e fase t. Além disso, a extremidade de bobina positiva do enrolamento secundário 12bl é conectada à derivação do enrolamento secundário 12b2, a extremidade de bobina positiva do enrolamento secundário 12b2 é conectada à derivação do enrolamento secundário 12b3, e a extremidade de bobina positiva do enrolamento secundário 12b3 é conectada à derivação do enrolamento secundário 12bl.

Agora, uma relação entre os vetores de voltagem de linha do enrolamento primário 11 e os vetores de voltagem de linha do enrolamento secundário 12b quando a conexão ilustrada na FIG. 5 é feita será explicada com referência à FIG. 7. A FIG. 7 é um diagrama ilustrando uma relação entre os vetores de voltagem de linha do enrolamento primário 11 e os vetores de voltagem de linha dos enrolamentos secundários 12b, 12c, e 12e. Aqui, a fase do vetor de voltagem de linha Vrs (ver a FIG. 6) a partir da fase S até a fase R é definida como a fase de base.

Quando os enrolamentos secundários 12bl, 12b2 e 12b3 são conectados como descrito acima, os vetores de voltagem de linha Vrs, Vst, e Vtr entre as fases dos enrolamentos secundários 12bl, 12b2, e 12b3 são expressos com as Equações (1) a (3) por meio do uso dos vetores de fase de voltagem Vr, Vs, e Vt, similarmente ao caso do enrolamento secundário 12a.

Por exemplo, o vetor de voltagem de linha Vrs é como ilustrado na FIG. 7. Em outras palavras, a fase do vetor de voltagem de linha Vrs a partir da fase s para a fase r do enrolamento secundário 12b é avançada por 165 graus com relação à fase de base.

Similarmente, as conexões (FIG. 5) para os enrolamentos secundários 12c e 12e são realizadas similarmente ao enrolamento secundário 12b, e as fases dos vetores de voltagem de linha Vrs a partir da fase s para a fase r dos enrolamentos secundários 12c e 12e são respectivamente avançadas por 155 graus e 175 graus com relação à fase de base. Neste caso, a posição de cada derivação dos enrolamentos secundários 12c e 12e é diferente daquela do enrolamento secundário 12b. Em outras palavras, os enrolamentos secundários 12c e 12e têm o número de enrolamentos de uma porção delta diferente daquela do enrolamento secundário 12b.

Retomando para a FIG. 5, o enrolamento secundário 12d é explicado. Como ilustrado na FIG. 5, o enrolamento secundário 12d é também formado por conexão delta estendida. Mais especificamente, o enrolamento primário de fase R Ila e um enrolamento secundário 12dl são enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro isolado pelo elemento de isolamento, o enrolamento primário de fase S Ilb e um enrolamento secundário 12d2 são enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro isolado pelo elemento de isolamento, e o enrolamento primário de fase T Ilc e um enrolamento secundário 12d3 são enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro isolado pelo elemento de isolamento. Todos os enrolamentos secundários 12dl a 12d3 têm derivações providas entre suas extremidades dos mesmos.

As extremidades de bobina negativas dos enrolamentos secundários 12dl, 12d2 e 12d3 correspondem respectivamente às extremidades de saída da fase r, fase s e fase t. Além disso, a extremidade de bobina positiva do enrolamento secundário 12dl é conectada à derivação do enrolamento secundário 12d3, a extremidade de bobina positiva do enrolamento secundário 12d2 é conectada à derivação do enrolamento secundário 12dl, e a extremidade de bobina positiva do enrolamento secundário 12d3 é conectada à derivação do enrolamento secundário 12d2.

Agora, uma relação entre os vetores de voltagem de linha do enrolamento primário 11 e os vetores de voltagem de linha dos enrolamentos secundários 12d e 12f quando a conexão ilustrada na FIG. 5 é realizada será explicada com referência à FIG. 8. A FIG. 8 é um diagrama ilustrando uma relação entre os vetores de voltagem de linha do enrolamento primário 11 e os vetores de voltagem de linha dos enrolamentos secundários 12d e 12f. Aqui, a fase do vetor de voltagem de linha VRS (ver a FIG. 6) desde a fase S até a fase R é definida como a fase de base.

Quando os enrolamentos secundários 12dl, 12d2 e 12d3 são conectados como descrito acima, os vetores de voltagem de linha Vrs, Vst, e Vtr entre as fases dos enrolamentos secundários 12dl, 12d2, e 12d3 são expressos com as Equações (1) a (3) por meio do uso dos vetores de fase de voltagem Vr, Vs, e Vt, similarmente ao caso do enrolamento secundário 12a. Por exemplo, a fase do vetor de voltagem de linha Vrs dos vetores de voltagem de linha Vrs, Vst, e Vtr é avançada por 185 graus com relação à fase de base, como ilustrado na FIG. 8.

Similarmente, como ilustrado na FIG. 8, a conexão (FIG. 5) para o enrolamento secundário 12f é realizada similarmente ao enrolamento secundário 12b, e a fase do vetor de voltagem de linha Vrs a partir da fase s para a fase r do enrolamento secundário 12f é avançada por 205 graus com relação à fase de base. Neste caso, a posição de cada derivação do enrolamento secundário 12f é diferente daquela do enrolamento secundário 12d. Em outras palavras, o enrolamento secundário 12f tem o número de enrolamentos de uma porção delta diferente daquela do enrolamento secundário 12d.

A seguir, os vetores de correntes dos enrolamentos secundários 12 do transformador de multienrolamentos 10 serão explicados com referência às FIGS. 9 e 10. As FIGS. 9 e 10 são diagramas ilustrando vetores de corrente dos enrolamentos secundários enrolamentos secundários 12 do transformador de multienrolamentos 10.

Nas FIGS. 9 e 10, um vetor de corrente Irs indica uma corrente entre a fase r e a fase s e um vetor de corrente Itr indica uma corrente entre a fase t e a fase r. O vetor de corrente Irs é um vetor de uma corrente de carregamento do capacitor CIO via os diodos Dl0, Dll, D12 e D13 (ver a FIG. 2) conectados à fase r e à fase s. o vetor de corrente Itr é um vetor de uma corrente de carregamento do capacitor CIO via os diodos Dl0, Dll, D14 e Dl5 conectados à fase t e à fase r.

Uma corrente indicada pelo vetor de corrente Irs flui quando uma voltagem de linha entre a fase r e a fase s entre três voltagens de linha se toma a máxima ou a mínima. Uma corrente indicada pelo vetor de corrente Itr flui quando uma voltagem de linha entre a fase t e a fase r entre as três voltagens de linha toma-se a máxima ou a mínima. Daqui em diante, é assumido que a direção positiva de um vetor de corrente indicado por um símbolo é uma direção na qual uma corrente flui a partir do enrolamento secundário 12 para a unidade de retificação/regulação 30 na fase designada pelo primeiro subscrito dos dois subscritos do símbolo e flui a partir da unidade de retificação/regulação 30 para o enrolamento secundário 12 na fase designada pelo segundo subscrito.

Quando a voltagem de linha entre a fase r e a fase s toma-se a mínima, uma voltagem de fase r é uma voltagem positiva e uma voltagem de fase s é uma voltagem negativa. Por conseguinte, quando a voltagem de linha entre a fase r e a fase s é a máxima, uma corrente flui de cada um dos enrolamentos secundários 12 para a unidade de retificação/regulação 30 na fase r e uma corrente flui da unidade de retificação/regulação 30 para cada um dos enrolamentos secundários 12 na fase s. Por conseguinte, a direção do vetor de corrente Irs neste instante é positiva e, como ilustrado na FIG. 9, os vetores de corrente Irs têm as mesmas direções que aquelas dos vetores de voltagem de linha Vrs nas FIGS. 6 e 8.

Quando a voltagem de linha entre a fase t e a fase r toma-se a mínima, uma voltagem de fase t é uma voltagem negativa e a voltagem de fase r é uma voltagem positiva. Por conseguinte, quando a voltagem de linha entre a fase t e a fase r é a mínima, uma corrente flui da unidade de retificação/regulação 30 para cada um dos enrolamentos secundários 12 na fase t e uma corrente flui de cada um dos enrolamentos secundários 12 para a unidade de retificação/regulação 30 na fase r. Por conseguinte, a direção do vetor de corrente Itr neste instante é negativo e, como ilustrado na FIG. 9, os vetores de corrente Itr têm as direções opostas àquelas dos vetores de voltagem de linha Vtr nas FIGS. 6 a 8.

Quando a voltagem de linha entre a fase r e a fase s toma-se a mínima, a voltagem de fase r é uma voltagem negativa e a voltagem de fase s é uma voltagem positiva. Por conseguinte, quando a voltagem de linha entre a fase r e a fase s é a mínima, uma corrente flui da unidade de retificação/regulação 30 para cada um dos enrolamentos secundários 12 na fase r e uma corrente flui de cada um dos enrolamentos secundários 12 para a unidade de retificação/regulação 30 na fase s. Por conseguinte, a direção do vetor de corrente Irs neste instante é negativo e, como ilustrado na FIG. 10, os vetores de corrente Irs têm as direções opostas àquelas dos vetores de voltagem de linha Vrs nas FIGS. 6 a 8.

Quando a voltagem de linha entre a fase t e a fase r toma-se a máxima, a voltagem de fase t é uma voltagem positiva e a voltagem de fase r é uma voltagem negativa. Por conseguinte, quando a voltagem de linha entre a fase t e a fase r é a máxima, uma corrente flui de cada uma das enrolamentos secundários 12 para a unidade de retificação/regulação 30 na fase t e uma corrente flui a partir da unidade de retificação/regulação 30 para cada um dos enrolamentos secundários 12 na fase s. Por conseguinte, a direção do vetor de corrente Itr da corrente entre a fase t e a fase r neste instante é positiva e, como ilustrado na FIG. 10, os vetores de corrente Itr têm as mesmas direções que aquelas dos vetores de voltagem de linha Vtr nas FIGS. 6 a 8.

Como descrito acima, a corrente em cada um dos enrolamentos secundários 12 na fase r pode fluir em quatro casos onde a voltagem de linha entre a fase r e a fase s é a máxima e mínima e onde a voltagem de linha entre a fase t e a fase r é a mínima e a máxima. A FIG. 11 é um diagrama explicando uma corrente em cada um dos enrolamentos secundários 12 na fase r. Uma relação de uma voltagem de linha Vrs entre a fase r e a fase s, uma voltagem de linha Vtr entre a fase t e a fase r, uma voltagem de fase Vr da fase r, e uma corrente de fase Ir da fase r é ilustrada na 11. Como ilustrado na FIG. 11, uma corrente em onda em forma de campanário flui atualmente nos quatro casos. No caso da fase s e da fase t, correntes fluem através dos enrolamentos secundários 12 similarmente ao caso da fase r.

A seguir, corrente no enrolamento primário de fase R Ila causada pelas correntes nos enrolamentos secundários 12a a 12f será explicada. Primeiro, a corrente no enrolamento secundário 12a é explicada como um exemplo. Quando uma corrente flui através do enrolamento secundário 12al, uma corrente para cancelar uma força magneto motriz causada pela corrente no enrolamento secundário 12al flui através do enrolamento primário de fase R Ila enrolado em tomo do mesmo núcleo de ferro quando o enrolamento secundário 12ai é enrolado em tomo. Em outras palavras, uma corrente para cancelar uma força magneto motriz causada pelo vetor de corrente Irs e o vetor de corrente Itr descrito acima flui através do enrolamento primário 11a.

No caso da corrente no enrolamento primário 1 la, é assumido que uma direção de uma corrente fluindo para fora do enrolamento primário

I Ia é uma direção positiva. Nos fios dos enrolamentos ilustrados na FIG. 5, a partir da definição de uma extremidade de bobina positiva descrita acima, verifica-se que a direção da corrente no enrolamento primário Ila para cancelar a força magneto motriz causada pela corrente fluindo para fora do enrolamento secundário 12al é uma direção de uma corrente fluindo para o enrolamento primário 11a, mais especificamente, uma direção negativa oposta àquela do enrolamento secundário 12al. Porque o vetor de corrente Irs flui através de uma porção de conexão em estrela do enrolamento secundário 12al, uma corrente, cuja direção é uma direção oposta ao vetor de corrente Irs e magnitude é obtida pela multiplicação da magnitude do vetor de corrente Irs por uma relação de enrolamento do enrolamento primário Ila e a porção de conexão em estrela do enrolamento secundário 12al, flui através do enrolamento primário 11a. Além disso, porque o vetor de corrente Itr flui através das porções de conexão em estrela e delta do enrolamento secundário 12al, uma corrente, cuja direção é uma direção oposta ao vetor de corrente Itr e magnitude é obtida pela multiplicação da magnitude do vetor de corrente Itr por uma relação de enrolamento do enrolamento primário Ila e o enrolamento secundário 12al, também flui através do enrolamento primário 11a.

A seguir, uma corrente no enrolamento secundário 12b será explicada. Também, no caso do enrolamento secundário enrolamento secundário 12b, uma corrente para cancelar uma força magneto motriz causada pelo vetor de corrente Irs e o vetor de corrente Itr do enrolamento secundário 12al flui através do enrolamento primário de 11a, em que o enrolamento secundário 12bl e o enrolamento primário Ila são enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro. A partir dos fios dos enrolamentos ilustrados na FIG. 5, verifica-se que a direção da corrente no enrolamento primário Ila para cancelar a força magneto motriz causada pela corrente fluindo para fora do enrolamento secundário 12bl é uma direção de uma corrente fluindo para fora do enrolamento primário 11a, mais especificamente, a direção positiva mesma que aquela do enrolamento secundário 12b.

Porque o vetor de corrente Irs flui através das porções de conexão em estrela e delta no enrolamento secundário 12bl, uma corrente, cuja direção é a mesma direção que o vetor de corrente Irs e magnitude é obtida pela multiplicação da magnitude do vetor de corrente Irs por uma relação de enrolamento do enrolamento primário llaeo enrolamento secundário 12bl, também flui através do enrolamento primário 11a. Além disso, porque o vetor de corrente Itr flui através da porção de conexão em estrela do enrolamento secundário 12bl, uma corrente, cuja direção é a mesma direção que o vetor de corrente Itr e magnitude é obtida pela multiplicação da magnitude do vetor de corrente Itr por uma relação de enrolamento do enrolamento primário Ila e a porção de conexão em estrela do enrolamento secundário 12bl, flui através do enrolamento primário 11a.

Também, no caso dos enrolamentos secundários 12c e 12e, uma corrente para cancelar uma força magneto motriz causada pelo vetor de corrente Irs e o vetor de corrente Itr de cada um dos enrolamentos secundários 12cl e 12el flui através do enrolamento primário de 11a, em que cada um dos enrolamentos secundários 12cl e 12el e o enrolamento primário Ila são enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro. Porque o estado de conexão dos enrolamentos secundários 12cl e 12el é o mesmo que aquele do enrolamento secundário 12bl, como ilustrado na FIG. 5, correntes pelos vetores de corrente Irs e Itr dos enrolamentos secundários 12cl e 12el fluem através do enrolamento primário Ila de acordo com a mesma ação de conversão que aquela do enrolamento secundário 12bl.

A seguir, uma corrente no enrolamento secundário 12d será explicada. Também, no caso do enrolamento secundário 12d, uma corrente para cancelar uma força magneto motriz causada pelo vetor de corrente Irs e o vetor de corrente Itr do enrolamento secundário 12dl flui através do enrolamento primário de 11a, em que o enrolamento secundário 12dl e o enrolamento primário Ila são enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro. A partir dos fios dos enrolamentos ilustrados na FIG. 5, verifica-se que a direção da corrente no enrolamento primário Ila para cancelar a força magneto motriz causada pela corrente fluindo para fora do enrolamento secundário 12dl é uma direção fluindo para fora do enrolamento primário Ila similarmente aos enrolamentos secundários 12bl, 12cl, e 12el, mais especificamente, a direção positiva similarmente ao enrolamento secundário 12dl.

Porque o vetor de corrente Irs flui através da porção de conexão em estrela no enrolamento secundário 12dl, uma corrente, cuja direção é a mesma direção que o vetor de corrente Irs e magnitude é obtida pela multiplicação da magnitude do vetor de corrente Irs por uma relação de enrolamento do enrolamento primário Ila e a porção de conexão em estrela do enrolamento secundário 12dl, também flui através do enrolamento primário 11a. Além disso, porque o vetor de corrente Itr flui através das porções de conexão em estrela e delta do enrolamento secundário 12dl, uma corrente, cuja direção é a mesma direção que o vetor de corrente Itr e magnitude é obtida pela multiplicação da magnitude do vetor de corrente Itr por uma relação de enrolamento do enrolamento primário Ila e o enrolamento secundário 12dl, flui através do enrolamento primário 11a.

Também, no caso do enrolamento secundário 12f, um corrente para cancelar uma força magneto motriz causada pelo vetor de corrente Irs e o vetor de corrente Itr de um enrolamento secundário 12fl flui através do enrolamento primário Il a, em que o enrolamento secundário 12fl e o

enrolamento primário I Ia são enrolados em tomo do mesmo núcleo de ferro. Porque o estado de conexão do enrolamento secundário 12fl é o mesmo que aquele do enrolamento secundário 12dl como ilustrado na FIG. 5, a corrente pelos vetores de corrente Irs e Itr do enrolamento secundário 12fl flui através do enrolamento primário Ila de acordo com a mesma ação de conversão que 25 o caso do enrolamento secundário 12dl.

Como descrito acima, a corrente, cuja direção é a direção acima com relação aos vetores de corrente Irs e Itr de cada um dos enrolamentos secundários 12 e a magnitude está de acordo com a relação de enrolamento do enrolamento primário Ila e o enrolamento dos enrolamentos secundários 12 através dos quais a corrente de fase r flui devido aos vetores de corrente Irs e Itr, flui através do enrolamento primário 11a.

Por conseguinte, os vetores de corrente das correntes no enrolamento primário Ila causados pelas correntes nos enrolamentos 5 secundários 12a a 12f são como ilustrados na FIG. 12. A FIG. 12 é um diagrama ilustrando os vetores de corrente das correntes no enrolamento primário Ila causados pelas correntes nos enrolamentos secundários 12a a 12f quando a voltagem de fase r nos enrolamentos secundários 12a a 12f é positiva.

Por outro lado, como ilustrado na FIG. 13, quando a voltagem

de fase Vr da fase r é negativa, os vetores de corrente das correntes no enrolamento primário Ila causados pelas correntes nos enrolamentos secundários 12a a 12f têm uma diferença de fase de 180 graus com relação aos vetores de corrente ilustrados na FIG. 12. A FIG. 13 é um diagrama 15 ilustrando os vetores de corrente das correntes no enrolamento primário Ila causados pelas correntes nos enrolamentos secundários 12a a 12f quando a voltagem de fase Vr da fase r nos enrolamentos secundários 12a a 12f é negativa.

Por conseguinte, os vetores de corrente das correntes no

enrolamento primário Ila causados pelas correntes nos enrolamentos secundários 12a a 12f quando uma voltagem primária Vr é a voltagem positiva são ilustrados na FIG. 12. Por outro lado, os vetores de corrente das correntes no enrolamento primário Ila causados pelas correntes nos enrolamentos secundários 12a a 12f quando a voltagem primária Vr é a 25 voltagem negativa são como ilustrados na FIG. 13.

Como ilustrado nas FIGS. 12 e 13, as correntes com a diferença de fase de 10 graus no enrolamento primário Ila causadas pelos vetores de corrente Irs e Itr dos enrolamentos secundários 12a a 12f são simetricamente distribuídas com relação à fase na qual a voltagem de fase R é a máxima. O vetor de corrente Irs de cada um do enrolamento secundário 12 flui quando a voltagem de linha entre a fase r e a fase s toma-se a máxima ou a mínima dentre as três voltagens de linha, como descrito acima, e sua forma de onda é do tipo de campanário. Além disso, o vetor de corrente Itr de cada um dos enrolamentos secundários 12 flui quando a voltagem de linha entre a fase t e a fase r toma-se a máxima ou mínima dentre as três voltagens de linha, como descrito acima, e sua forma de onda é do tipo de campanário.

Entretanto, porque os vetores de corrente das correntes no enrolamento primário Ila causadas pelas correntes nos enrolamentos secundários 12 são distribuídos como descrito acima, uma influência pelas correntes em onda em forma de campanário é dispersa e assim harmônicas de corrente são reduzidas. Porque as mesmas correntes também fluem através dos enrolamentos primários de fase S e fase T Ilb e 11c, as harmônicas de corrente da fonte de energia de CA trifásica 2 são capazes de ser reduzidas.

Como descrito acima, o dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série 1 da primeira modalidade tem uma relação em que a diferença de fase de voltagem entre os dois enrolamentos secundários 12 conectados respectivamente aos dois conversores de energia monofásicos

21 na mesma fase de saída é 30 graus. Além disto, o dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série 1 tem uma relação em que a diferença de fase de voltagem entre os três enrolamentos secundários 12 conectados respectivamente aos três conversores de energia monofásicos 21 correspondentes às três fases de saída da fase U, da fase V, e da fase W é 20 graus.

Na primeira modalidade, esta configuração no dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série Icom os seis conversores de energia monofásicos 21a a 21f conectados aos seis enrolamentos secundários 12a a 12f correntes com onda em forma de campanário com as diferenças de fase de 10 graus no enrolamento primário 11 como ilustrado na FIG. 12 ou 13. Por conseguinte, uma influência pelas correntes em onda em forma de campanário pode ser dispersa e assim harmônicas de corrente da fonte de energia de CA trifásica 2 são capazes de ser reduzidas.

No exemplo descrito acima, foi explicado que a diferença de fase de voltagem entre os enrolamentos secundários 12 conectados aos conversores de energia monofásicos 21 correspondentes às três fases de saída da fase U, da fase V, e da fase W, em que os conversores de energia trifásicos

21 estão na posição que tem o mesmo número de estágio em cada fase de saída, é 20 graus. Todavia, a modalidade não é limitada a isto, por exemplo, pode existir um dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série IA no qual os enrolamentos secundários 12 são conectados aos conversores de energia monofásicos 21 substancialmente uma relação posicionai como ilustrada na FIG. 14. A FIG. 14 é um diagrama ilustrando outra relação de fase de voltagem entre os enrolamentos secundários 12 do transformador de multienrolamentos 10. Como ilustrado na FIG. 14, é somente necessário que a diferença de fase de voltagem entre os m enrolamentos secundários 12 (um conjunto) obtidos pela seleção de um enrolamento secundário 12 a partir daqueles conectados aos conversores de energia monofásicos 21 conectados em série entre si para cada fase de saída seja de 60/m graus.

Segunda Modalidade

A FIG. 15 é um diagrama ilustrando diferenças de fase de voltagem entre os enrolamentos secundários de um transformador de multienrolamentos de um dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série IB de acordo com a segunda modalidade. O dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série IB de acordo com a segunda modalidade tem uma configuração diferente daquelas do dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série I e IA de acordo com a primeira modalidade, na medida em que cada fase de saída é constituída pelos conversores de energia monofásico de três estágios (n = 3) 21.

Como ilustrado na FIG. 15, no dispositivo de conversão de 5 energia de multinível conectado em série IB de acordo com a segunda modalidade, uma diferença de fase de voltagem entre os enrolamentos secundários 12 conectados respectivamente aos três conversores de energia monofásicos 21 na mesma fase de saída é 20 graus. Mais especificamente, no caso da fase U, a diferença de fase de voltagem é 20 graus entre os 10 enrolamentos secundários 12 correspondentes às posições Ul e U2. Além disto, a diferença de fase de voltagem é 20 graus entre os enrolamentos secundários 12 correspondentes às posições U2 e U3. Esta relação é similarmente aplicada às fases V e W.

Por outro lado, no transformador de multienrolamento do 15 dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série 1B, uma diferença de fase de voltagem entre os três enrolamentos secundários 12 respectivamente conectados aos três conversores de energia monofásicos 21 correspondentes às diferentes fases de saída é 20 graus. Mais especificamente, a diferença de fase de voltagem é 20 graus entre os enrolamentos secundários 20 12 correspondentes às posições Ul e VI. Além disto, a diferença de fase de voltagem é 20 graus entre os enrolamentos secundários 12 correspondentes às posições Vl e U3. Esta relação é similarmente aplicada às fases Vl e Wl. Esta relação é similarmente aplicada aos enrolamentos secundários 12 correspondentes às posições (U2, V2, W2) e ás posições (U3, V3, W3).

Similarmente à primeira modalidade, é somente necessário que

a diferença de fase de voltagem entre os m enrolamentos secundários 12 (um conjunto) obtida pela seleção de um enrolamento secundário 12 a partir daqueles conectados aos conversores de energia monofásicos 21 conectados em série entre si para cada fase de saída seja de 60/m graus. Por conseguinte, a modalidade nãoé limitada à relação ilustrada na FIG. 15. Como descrito acima, o dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série IB de acordo com a segunda modalidade tem a diferença de fase de voltagem de 20 graus entre os três enrolamentos secundários 12, conectados respectivamente aos três conversores de energia monofásicos 21 na mesma fase de saída. Além disso, o dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série IB tem a diferença de fase de voltagem de 20 graus entre os três enrolamentos secundários 12 conectados respectivamente aos três conversores de energia monofásicos 21 correspondentes às três fases de saída da fase U, da fase V, e da fase W.

Por conseguinte, no dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série IB da segunda modalidade, correntes de onda em forma de campanário com a diferença de fase de 20/3 graus são geradas nas fases do enrolamento primário 11 devido aos nove conversores de energia monofásicos 21 conectados aos nove enrolamentos secundários 12. Como um resultado, uma influência pelos pulsos de corrente pode ser dispersa e assim harmônicas de corrente da fonte de energia de CA trifásica 2 são capazes de ser reduzidas.

Nas modalidades, os dispositivos de conversão de energia multiníveis conectados em série 1, IA, e 1B, cujas fases de saída são três fases (m = 3) e cada fase de saída é constituída por dois ou três conversores de energia monofásicos (n = 2 ou n = 3) 21, foram explicados. O número de fases de saída e o número dos conversores de energia monofásicos 21 que constituem cada fase de saída não são limitados à configuração.

Foi explicado nas modalidades que as fases de voltagem dos enrolamentos secundários 12 são avançadas na ordem da fase U, da fase V, e da fase W (fase U -> fase V -> fase W) como um exemplo (vertical a FIG. 4). Todavia, as modalidades não são limitadas a isto. Por exemplo, as fases de voltagem dos enrolamentos secundários 12 podem ser avançadas como (fase V -> fase W -> fase U) ou fase W -> fase U -> fase V). Alternativamente, as fases de voltagem dos enrolamentos secundários 12 podem ser retardadas ou atrasadas como (fase V fase W fase U), (fase W fase U fase V), ou (fase U -> fase V -> fase W).

Em outras palavras, é somente necessário que o transformador

de multienrolamentos 10 satisfaça as seguintes condições. Aqui, nem são números primos entre si.

(1) uma diferença de fase de voltagem entre os n enrolamentos secundários 12 conectados respectivamente aos n conversores de energia

monofásicos 21 na mesma fase de saída é 60/n graus.

(2) uma diferença de fase de voltagem entre os enrolamentos secundários 12 conectados aos conversores de energia monofásicos 21 correspondentes ás m fases de saída é 60/m graus.

Claims

1. Dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série, caracterizado pelo fato de compreender: um transformador de multienrolamentos que distribui entrada de energia de CA em um enrolamento primário para m x n (n e m são números primos entre si) enrolamentos secundários; e uma unidade de conversão de energia que inclui m x n conversores de energia monofásicos que são respectivamente conectados aos m x n enrolamentos secundários, cada uma das m fases de saída sendo constituída por saídas conectadas em série dos n conversores de energia monofásicos, em que o transformador de multienrolamentos tem uma relação em que os n enrolamentos secundários respectivamente conectados aos n conversores de energia monofásicos em uma mesma fase de saída têm uma diferença de fase de voltagem de 60/n graus e uma relação em que os m enrolamentos secundários respectivamente conectados aos m conversores de energia monofásicos correspondentes às m fases de saída têm uma diferença de fase de voltagem de 60/m graus.

2. Dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o transformador de multienrolamentos tem uma relação em que os enrolamentos secundários conectados aos m conversores de energia monofásicos correspondentes às m fases de saída, em que cada um dos m conversores de energia monofásicos está em uma mesma posição ordinal na correspondente fase de saída, têm a diferença de fase de voltagem de 60/m graus.

3. Dispositivo de conversão de energia de multinível conectado em série de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que cada um dos enrolamentos secundários do transformador de multienrolamentos é formado por conexão delta estendida.