DE112009004960T5

DE112009004960T5 - Leistungsumwandlungseinrichtung

Info

Publication number: DE112009004960T5
Application number: DE112009004960T
Authority: DE
Inventors: Akihiko Iwata; Kenji Fujiwara; Kikuo Izumi; Tatsuya Okada
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-06-19
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2012-07-12
Anticipated expiration: 2029-11-27
Also published as: CN102460932A; CN102460932B; JPWO2010146637A1; DE112009004960T8; US8611120B2; DE112009004960B4; JP5457449B2; WO2010146637A1; US20120092915A1

Abstract

Eine Leistungsumwandlungseinrichtung der vorliegenden Erfindung enthält: einen Drei-Pegel-Inverter (1), welcher Brückenschaltungen (SuH und SuL), (SvH und SvL) und (SwH und SwL) enthält, welche jeweils eine erste Halbleiter-Umschaltvorrichtung und eine zweite Halbleiter-Umschaltvorrichtung, welche in Serie verbunden sind, enthalten, wobei die Brückenschaltungen mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss einer Gleichstrom-Leistungsversorgung (4) verbunden sind, und Umschaltschaltungen (SuMH und SuML), (SvMH und SvML): und (SwMH und SwML), welche bidirektionale Eigenschaften haben und mit jeweiligen Wechselstrom-Ausgangsanschlüssen (Vu0, Vv0 und Vw0) der Brückenschaltungen, welche die Verbindungspunkte zwischen den ersten Halbleiter-Umschaltvorrichtungen und den zweiten Halbleiter-Umschaltvorrichtungen sind, und einem Zwischenpotentialpunkt (VM) der Gleichstrom-Leistungsversorgung (4) verbunden sind; und Einzel-Phase-Inverter (2a), (2b) und (2c), welche jeweils eine Mehrzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen enthalten und jeweils in Serie mit den Wechselstrom-Ausgangsanschlüssen (Vu0, Vv0 und Vw0) der Brückenschaltungen verbunden sind. Die Summe von einer Ausgangsspannung des Drei-Pegel-Inverters (1) und von Ausgangsspannungen der Einzel-Phase-Inverter (2a), (2b) und (2c) wird einer Last zugeführt.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumwandlungseinrichtung, welche eine Gleichstromleistung (engt.; DC power) in eine Wechselstromleistung (engl.: AC power) umwandelt.
STAND DER TECHNIK
Ein Beispiel von herkömmlichen Leistungsumwandlungseinrichtungen ist eine Leistungsumwandlungseinrichtung, welche einen Drei-Pegel-Inverter und Einzel-Phase-Inverter, welche mit dem Drei-Pegel-Inverter verbunden sind, enthält, wie in Patentliteratur 1 offenbart. Die Leistungsumwandlungseinrichtung enthält: einen Drei-Pegel-Inverter, welcher Umschalt-Sektionen für drei Phasen enthält, wobei jede davon ermöglicht, dass drei Pegel von Spannungen als eine Ausgangsspannung für eine Phase ausgegeben werden, wobei die Umschalt-Sektionen mit einer gemeinsamen Gleichstromleistungsversorgung verbunden sind; und Einzel-Phase-Inverter, welche mit den jeweiligen Gleichstromleistungsversorgungen verbunden sind und den jeweiligen Phasen des Drei-Pegel-Inverters entsprechen. Jeder der Ausgangsanschlüsse des Drei-Pegel-Inverters ist mit einem der Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse von dem entsprechenden Einzel-Phase-Inverter verbunden, und der weitere der Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse von jedem der Einzel-Phase-Inverter ist mit einem Wechselstrommotor verbunden.
ZITIERUNGSLISTE
PATENTLITERATUR

PATENTLITERATUR 1: Japanische Patentanmeldung-Offenlegungsschrift No. 2000-166251

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, WELCHE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
Die zuvor erwähnte herkömmliche Leistungsumwandlungseinrichtung verwendet einen Drei-Pegel-Inverter eines Sternpunkt-Klemmentyps, welcher die Sternpunkte der Umschalt-Sektionen des Drei-Pegel-Inverters durch Dioden anklemmt. In diesem Aufbau fließen Ströme notwendigerweise in zwei Halbleitervorrichtungen pro Phase des Drei-Pegel-Inverters. Daher ist es schwierig, einen Leitungsverlust zu reduzieren, und wird die Leistungsumwandlungswirksamkeit verschlechtert.
Die vorliegende Erfindung löst die zuvor erwähnten Probleme, und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in einer Leistungsumwandlungseinrichtung, welche einen Drei-Pegel-Inverter und Einzel-Phase-Inverter in einer kombinierten Art und Weise enthält, einen Verbindungsverlust zu reduzieren und eine Leistungsumwandlungswirksamkeit zu verbessern.
LÖSUNG DER PROBLEME
Eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: einen Drei-Pegel-Inverter und einen Einzel-Phase-Inverter. Der Drei-Pegel-Inverter enthält: eine Brückenschaltung, welche eine erste Halbleiter-Umschaltvorrichtung und eine zweite Halbleiter-Umschaltvorrichtung enthält, welche in Serie verbunden sind, wobei die Brückenschaltung mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss einer Gleichstrom-Leistungsversorgung verbunden ist; und eine Umschalt-Schaltung, welche eine bidirektionale Eigenschaft hat und mit einem Wechselstrom-Ausgangsanschluss der Brückenschaltung, welcher der Verbindungspunkt zwischen der ersten Halbleiter-Umschaltvorrichtung und der zweiten Halbleiter-Umschaltvorrichtung ist, und einem Zwischenpotentialpunkt der Gleichstrom-Leistungsversorgung verbunden ist. Der Einzel-Phase-Inverter enthält eine Mehrzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen und ist in Serie mit dem Wechselstrom-Ausgangsanschluss der Brückenschaltung verbunden. Die Leistungsumwandlungseinrichtung führt die Summe einer Ausgangsspannung des Drei-Pegel-Inverters und einer Ausgangsspannung des Einzel-Phase-Inverters einer Last zu.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der Leistungsumwandlungseinrichtung der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Anzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen, in welchen Ströme pro Phase des Drei-Pegel-Inverters fließen, wenn der Drei-Pegel-Inverter eine positive oder negative Spannung ausgibt, auf Eins zu reduzieren, wodurch ein Verbindungsverlust reduziert wird. Daher wird es möglich, eine Leistungsumwandlungswirksamkeit der Leistungsumwandlungseinrichtung zu verbessern. Zusätzlich wird es möglich, die Ausstoßmenge von Kohlendioxid zu reduzieren und die Kosten und das Ausmaß der Leistungsumwandlungsvorrichtung durch Vereinfachung einer Kühleinrichtung zu reduzieren.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Schaubild, welches den Schaltungsaufbau einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
2 ist ein Schaubild zur Erläuterung des Gesamtbetriebes für eine U-Phase der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Schaubild, welches einen weiteren Schaltungsaufbau einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist ein Schaubild, welches den Schaltungsaufbau einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
5 ist ein Schaubild zur Erläuterung des Gesamtbetriebes für eine U-Phase der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
BESTER MODUS ZUR DURCHFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Ausführungsform 1
1 ist ein Schaubild, welches den Schaltungsaufbau einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 1 gezeigt, enthält eine Leistungsumwandlungseinrichtung 10 einen Drei-Pegel-Inverter 1, Einzel-Phase-Inverter 2a, 2b und 2c und einen Drei-Phase-Filter 3. Die Leistungsumwandlungseinrichtung 10 wandelt eine Gleichstromleistung, welche von einer Gleichstromleistungsversorgung 4 ausgegeben wird, in eine Wechselstromleistung um und führt die Wechselstromleistung einer Drei-Phase-Last 5 zu. Zusätzlich hat die Leistungsumwandlungseinrichtung 10 nicht nur eine Gleichstrom-/Wechselstrom-Umwandlungsfunktion zum Umwandeln einer Gleichspannung, welche zwischen einem positiven Anschluss VH und einem negativen Anschluss VL eingegeben wird, in Drei-Phase-Wechselspannungen, und Ausgeben der Drei-Phase-Wechselspannungen an einen U-Anschluss, einen V-Anschluss und einen W-Anschluss, sondern ebenso eine Wechselstrom-/Gleichstrom-Umwandlungsfunktion zum Umwandeln von Drei-Phase-Wechselspannungen, welche dem U-Anschluss, dem V-Anschluss und dem W-Anschluss eingegeben werden, in eine Gleichspannung, und zum Ausgeben der Gleichspannung zwischen dem positiven Anschluss VH und dem negativen Anschluss VL. Da grundlegende Betriebe der zwei Funktionen gleich sind, wird eine Beschreibung der Wechselstrom-/Gleichstrom-Umwandlung ausgelassen.
Zunächst wird der Aufbau des Drei-Pegel-Inverters 1 beschrieben. Der positive Anschluss VH und der negative Anschluss VL des Drei-Pegel-Inverters 1 werden jeweils mit einem positiven Anschluss und einem negativen Anschluss einer Gleichstromleistungsversorgung 4 verbunden. Der Drei-Pegel-Inverter 1 enthält Glättungskondensatoren CH und CL, eine U-Phase-Brückenschaltung (SuH und SuL), eine V-Phase-Brückenschaltung (SvH und SvL), eine W-Phase-Brückenschaltung (SwH und SwL), eine U-Phase-Umschaltschaltung (SuMH und SuML), eine V-Phase-Umschaltschaltung (SvMH und SvML) und eine W-Phase Umschaltschaltung (SwMH und SwML).
Die Glättungskondensatoren CH und CL (im Folgenden als Kondensatoren CH und CL beschrieben) sind in Serie verbunden. Der Hochspannungsanschluss des Kondensators CH ist mit dem positiven Anschluss VH verbunden, und der Niedrigspannungsanschluss des Kondensators CL ist mit dem negativen Anschluss VL verbunden. Zusätzlich ist ein Zwischenspannungsanschluss VM, welcher der Zwischenpotentialpunkt der Gleichstromleistungsversorgung 4 ist, mit dem Verbindungspunkt zwischen dem Kondensator CL und dem Kondensator CH verbunden.
Die U-Phase-Brückenschaltung (SuH und SuL), die V-Phase-Brückenschaltung (SvH und SvL) und die W-Phase-Brückenschaltung (SwH und SwL) enthalten jeweilige erste Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (SuH, SvH und SwH) und jeweilige zweite Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (SuL, SvL und SwL), welche jeweils in Serie verbunden sind, Jede von der U-Phase-Brückenschaltung (SuH und SuL), der V-Phase-Brückenschaltung (SvH und SvL) und der W-Phase-Brückenschaltung (SwH und SwL) ist mit dem positiven Anschluss VH und dem negativen Anschluss VL verbunden. Jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen SuH, SvH, SwH, SuL, SvL und SwL kann beispielsweise ein IGBT (Isolierschicht-Feldeffekttransistor) sein, mit welchem eine Diode gegenparallel verbunden ist. Die Emitter-Anschlüsse der zweiten Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (IGBTs an der Niedrigspannungsseite) SuL, SvL und SwL sind mit dem negativen Anschluss VL verbunden, und die Kollektor-Anschlüsse der ersten Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (IGBTs an der Hochspannungsseite) SuH, SvH und SwH sind mit dem positiven Anschluss VH verbunden. Zusätzlich sind die jeweiligen Verbindungspunkte zwischen den ersten Halbleiter-Umschaltvorrichtungen und den zweiten Halbleiter-Umschaltvorrichtungen gleich Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse Vu0, Vv0 und Vw0 der U-Phase-Brückenschaltung (SuH und SuL), der V-Phase-Brückenschaltung (SvH und SvL) und der W-Phase-Brückenschaltung (SwH und SwL). Im Folgenden werden die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen SuH, SvH, SwH, SuL, SvL und SwL als Umschaltvorrichtungen SuH, SvH, SwH, SuL, SvL und SwL bezeichnet.
Die U-Phase-Umschaltschaltung (SuMH und SuML), die V-Phase-Umschaltschaltung (SvMH und SvML) und die W-Phase-Umschaltschaltung (SwMH und SwML) sind jeweils mit dem Zwischenspannungsanschluss VM und den Wechselstrom-Ausgangsanschlüssen Vu0, Vv0 und Vw0 der U-Phase-Brückenschaltung (SuH und SuL), der V-Phase-Brückenschaltung (SvH und SvL) und der W-Phase-Brückenschaltung (SwH und SwL) verbunden. Jede von der U-Phase-Umschaltschaltung (SuMH und SuML), der V-Phase-Umschaltschaltung (SvMH und SvML) und der W-Phase-Umschaltschaltung (SwMH und SwML) enthält zwei Halbleiter-Umschaltvorrichtungen, welche in zueinander gegenüberliegende Richtungen in Serie verbunden sind, und hat eine bidirektionale Eigenschaft. Jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen SuMH, SuML, SvMH, SvML, SwMH und SwML kann beispielsweise ein IGBT sein, mit welchem eine Diode gegenparallel verbunden ist. Im Folgenden werden die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen SuMH, SuML, SvMH, SvML, SwMH und SwML als Umschaltvorrichtungen SuMH, SuML, SvMH, SvML, SwMH und SwML bezeichnet.
Im Folgenden werden die Aufbauten der Einzel-Phase-Inverter 2a, 2b und 2c beschrieben. Der Einzel-Phase-Inverter 2a enthält: beispielsweise MOSFETs (Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) Su1 bis Su4 (im Folgenden lediglich als Umschaltvorrichtungen Su1 bis Su4 bezeichnet), mit welchen jeweils eine Diode gegenparallel verbunden ist, in Form von vier Halbleiter-Umschaltvorrichtungen; und einen Kondensator Cu. Die Umschaltvorrichtungen Su1 und Su2 sind in Serie verbunden, und die Umschaltvorrichtungen Su3 und Su4 sind in Serie verbunden. Die Source-Anschlüsse der Umschaltvorrichtungen Su2 und Su4 an der Niedrigspannungsseite sind mit dem Niedrigspannungsanschluss des Kondensators Cu verbunden, und die Drain-Anschlüsse der Umschaltvorrichtungen Su1 und Su3 an der Hochspannungsseite sind mit dem Hochspannungsanschluss des Kondensators Cu verbunden. Somit ist der Einzel-Phase-Inverter 2a ein Vollbrücken-Inverter. Es ist zu erwähnen, dass die Einzel-Phase-Inverter 2b und 2c für die V-Phase und W-Phase ebenso den gleichen Aufbau wie zuvor beschrieben haben, obwohl in der Zeichnung lediglich der Aufbau des Einzel-Phase-Inverters 2a für die U-Phase gezeigt ist.
Einer der Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse von jedem der Einzel-Phase-Inverter 2a, 2b und 2c ist mit dem entsprechenden von den Wechselstrom-Ausgangsanschlüssen Vu0, Vv0 und Vw0 des Drei-Pegel-Inverters 1 verbunden, und die werteren Wechselstrom-Ausgangsanschlüsse Vu1, Vv1 und Vw1 (Vv1 und Vw1 sind nicht gezeigt) sind über den Drei-Phase-Filter 3 und ein Relais 6 mit der Drei-Phase-Last 5 verbunden.
Durch den obigen Aufbau wird die Gesamtspannung aus der Ausgangsspannung des Drei-Pegel-Inverters 1 und den Ausgangsspannungen der Einzel-Phase-Inverter 2a, 2b und 2c als Drei-Phase-Wechselspannungen an die Drei-Phase-Last 5 zugeführt.
Als Nächstes wird der Betrieb der Leistungsumwandlungseinrichtung beschrieben. 2 ist ein Schaubild zur Erläuterung des Gesamtbetriebes für die U-Phase der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung. Es ist zu erwähnen, dass, da die Gesamtbetriebe für die V-Phase und W-Phase gleich jenen für die U-Phase sind, die Beschreibung derer ausgelassen werden wird.
In 2 stellt Vu(ref) einen U-Phase-Spannungs-Anweisungswert dar, stellt G(SuH) ein Gate-Signal der Umschaltvorrichtung SuH dar, stellt G(SuL) ein Gate-Signal der Umschaltvorrichtung SuL dar, stellt G(SuMH) ein Gate-Signal der Umschaltvorrichtung SuMH dar, stellt G(SuML) ein Gate-Signal der Umschaltvorrichtung SuML dar, stellt Vum eine Ausgangsspannung des Drei-Pegel-Inverters dar, stellt Vus(ref) einen Einzel-Phase-Inverter-Spannungs-Anweisungswert dar, stellt Vus eine Einzel-Phase-Inverter-Ausgangsspannung dar, stellt Vu1 die U-Phase-Ausgangsspannung dar, welche den Filter noch zu durchlaufen hat, stellt Vu die U-Phase-Ausgangsspannung dar, welche den Filter durchlaufen hat, stellt IuH einen Strom dar, welcher in der Umschaltvorrichtung SuH fließt, stellt IuL einen Strom dar, welcher in der Umschaltvorrichtung SuL fließt, stellt IuMH einen Strom dar, welche in der Umschaltvorrichtung SuMH fließt, und stellt IuML einen Strom dar, welcher in der Umschaltvorrichtung SuML fließt.
Wenn der U-Phase-Spannungs-Anweisungswert Vu(ref) der Leistungsumwandlungseinrichtung 10 größer als ein erster Einstellwert Vthp ist (> 0), schaltet der Drei-Pegel-Inverter 1 die Umschaltvorrichtungen SuH und SuML ein und schaltet die Umschaltvorrichtungen SuL und SuMH aus, wodurch eine positive Spannung V_CH zwischen dem Wechselstrom-Ausgangsanschluss Vu0 und dem Zwischenspannungsanschluss VM ausgegeben wird.
Zusätzlich, wenn der U-Phase-Spannungs-Anweisungswert Vu(ref) kleiner als ein zweiter Einstellwert Vthn ist (< 0), schaltet der Drei-Pegel-Inverter 1 die Umschaltvorrichtungen SuL und SuMH ein und schaltet die Umschaltvorrichtungen SuH und SuML aus, wodurch eine negative Spannung (–V_CL) zwischen dem Wechselstrom-Ausgangsanschluss Vu0 und dem Zwischenspannungsanschluss VM ausgegeben wird.
Wenn der U-Phase-Spannungs-Anweisungswert Vu(ref) gleich oder größer dem zweiten Einstellwert Vthn und gleich oder kleiner dem ersten Einstellwert Vthp ist, schaltet der Drei-Pegel-Inverter 1 die Umschaltvorrichtungen SuH und SuL aus, wodurch eine Nullspannung zwischen dem Wechselstrom-Ausgangsanschluss Vu0 und dem Zwischenspannungsanschluss VM ausgegeben wird. Die Umschaltvorrichtung SuMH wird eingeschaltet, nachdem eine Wartezeit Td verstrichen ist, da die Umschaltvorrichtung SuH ausgeschaltet war, und die Umschaltvorrichtung SuML wird eingeschaltet, nachdem die Wartezeit Td verstrichen ist, da die Umschaltvorrichtung SuL ausgeschaltet war.
Wie zuvor beschrieben, gibt der Drei-Pegel-Inverter 1 als Ausgangsspannung Vum für die U-Phase drei Arten von Spannungen aus, nämlich die positive Spannung V_CH, die Nullspannung und die negative Spannung (–V_CL), welche zu der Frequenz des U-Phase-Spannungs-Anweisungswerts Vu(ref) der Leistungsumwandlungseinrichtung 10 synchronisiert sind. Wenn die Leistungsumwandlungseinrichtung 10 bei einem Leistungsfaktor von 1 betrieben wird, gibt der Drei-Pegel-Inverter 1 für die U-Phase eine Eins-Impuls-Spannung (engl.: one-pulse voltage), welche eine vorbestimmte Impulsbreite hat, welche den Mittelpunkt der Halbperiode eines Stroms für die U-Phase enthält, pro Halbperiode des Stroms aus, wobei die Polarität der Eins-Impuls-Spannung gleich jener des Stroms ist. Hier entspricht die Spannung V_CH gleich der Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators CH und entspricht die Spannung V_CL gleich der Spannung zwischen den Anschlüssen des Kondensators CL.
Der erste und zweite Einstellwert Vthp und Vthn werden gemäß den Kondensator-Spannungen V_CH und V_CL des Drei-Pegel-Inverters 1, dem U-Phase-Spannungs-Anweisungswert Vu(ref) und einer Spannung V_CU des Kondensators CU des Einzel-Phase-Inverters 2a bestimmt. Es ist zu erwähnen, dass die Spannung V_CU des Kondensators CU des Einzel-Phase-Inverters 2a kleiner ist als jene von sowohl der Spannung V_CH zwischen den Anschlüssen des Kondensators CH als auch der Spannung V_CL zwischen den Anschlüssen des Kondensators CL.
Der Einzel-Phase-Inverter 2a gibt die positive Spannung V_CU zwischen den Wechselstrom-Ausgangsaoschlüssen (Vu1 und Vu0) des Einzel-Phase-Inverters 2a aus, indem die Umschaltvorrichtungen Su2 und Su3 eingeschaltet werden und die Umschaltvorrichtungen Su1 und Su4 ausgeschaltet werden. Zusätzlich gibt der Einzel-Phase-Inverter 2a die negative Spannung (–V_CU) zwischen den Wechselstrom-Ausgangsanschlüssen (Vu1 und Vu0) aus, indem die Umschaltvorrichtungen Su1 und Su4 eingeschaltet werden und die Umschaltvorrichtungen Su2 und Su3 ausgeschaltet werden. Wenn die Umschaltvorrichtungen Su1 und Su3 eingeschaltet sind und die Umschaltvorrichtungen Su2 und Su4 ausgeschaltet sind, oder wenn die Umschaltvorrichtungen Su2 und Su4 eingeschaltet sind und die Umschaltvorrichtungen Su1 und Su3 ausgeschaltet sind, gibt der Einzel-Phase-Inverter 2a eine Nullspannung aus. Auf diese Art und Weise gibt der Einzel-Phase-Inverter 2a als seine Ausgangsspannung Vus drei Arten von Spannungen aus, nämlich die positive Spannung V_CU, die Nullspannung und die negative Spannung (–V_CU).
Der Einzel-Phase-Inverter 2a wird derart betrieben, dass die Differentialspannung zwischen dem U-Phase-Spannungs-Anweisungswert Vu(ref) der Leistungsumwandlungseinrichtung 10 und der Ausgangsspannung Vum des Drei-Pegel-Inverters 1 kompensiert wird. Daher wird der Spannungs-Anweisungswert Vus(ref) des Einzel-Phase-Inverters 2a durch die folgende Gleichung (1) ausgedrückt. Vus(ref) = Vu(ref) – Vum Gleichung (1)
Zusätzlich, führt der Einzel-Phase-Inverter 2a eine PWM-(Pulsbreiten-Modulation)-Steuerung gemäß dem Spannungs-Anweisungswert Vus(ref) und der Kondensator-Spannung V_CU durch, um zu bewirken, dass die Umschaltvorrichtungen Su1 bis Su4 einen Umschaltbetrieb durchführen, wodurch die Spannung Vus ausgegeben wird.
Dann wird die Gesamtspannung Vu1 aus der Ausgangsspannung Vum für die U-Phase des Drei-Pegel-Inverters 1 und der Ausgangsspannung Vus des Einzel-Phase-Inverters 2a dem Drei-Phase-Filter 3 eingegeben, und gibt der Drei-Phase-Filter 3 die Sinuswellenspannung Vu zwischen dem U-Anschluss und dem Zwischenspannungsanschluss VM aus, von der eine Oberschwingung entfernt wurde.
Ebenso unter Bezugnahme auf die V-Phase und W-Phase, werden Spannungen entsprechend den jeweiligen Spannungs-Anweisungswerten für die V-Phase und W-Phase ausgegeben, wobei Drei-Phase-Wechselspannungen an den U-Anschluss, den V-Anschluss und den W-Anschluss der Leistungsumwandlungseinrichtung 10 ausgegeben werden.
Als Nächstes werden die Wellenformen von Strömen, welche in den Halbleiter-Umschaltvorrichtungen des Drei-Pegel-Inverters 1 fließen, beschrieben. Der Leistungsfaktor der Wechselstrom-Ausgabe beträgt 1. Es ist zu erwähnen, dass hier ebenso die Wellenformen von Strömen, welche in den Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (SuH, SuL, SuML und SuMH) für die U-Phase fließen, beschrieben werden, dass jedoch die Wellenformen für die V-Phase und die W-Phase gleich jenen für die U-Phase sind.
Wie in 2 gezeigt, bezogen auf eine Zeitperiode von 0 bis Π (t0 bis t3), innerhalb welcher die Polaritäten der Spannungen und der Ströme positiv sind, sind innerhalb von einer Zeitperiode von t0 bis t1 und einer Zeitperiode von t2 bis t3 beide Umschaltvorrichtungen SuH und SuL ausgeschaltet, und fließen daher Ströme in dem IGBT der Umschaltvorrichtung SuML und der Diode der Umschaltvorrichtung SuMH. Die Anzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen, in welchen Ströme fließen, beträgt Zwei pro Phase, jedoch sind die Stromwerte gering. Daher ist ein Verbindungsverlust innerhalb dieser zwei Zeitperioden relativ klein. Innerhalb einer Zeitperiode von t1 bis t2 ist die Umschaltvorrichtung SuH eingeschaltet, und daher fließt ein Strom lediglich im IGBT der Umschaltvorrichtung SuH. Diese Zeitperiode enthält den Mittelpunkt der Halbperiode des Stroms, und innerhalb von dieser Zeitperiode ist der Stromwert groß. Jedoch beträgt die Anzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen, in welchen Ströme fließen, gleich Eins pro Phase, das heißt, dass ein Strom lediglich in der Umschaltvorrichtung SuH fließt. Daher ist ein Verbindungsverlust innerhalb von dieser Zeitperiode auf dem minimalen Pegel unterdrückt.
Bezogen auf eine Zeitperiode von Π bis 2Π (t3 bis t6), innerhalb welcher die Polaritäten der Spannungen und der Ströme negativ sind, sind innerhalb von einer Zeitperiode von t3 bis t4 und einer Zeitperiode von t5 bis t6 beide Umschaltvorrichtungen SuH und SuL ausgeschaltet, und fließen daher Ströme in der Diode der Umschaltvorrichtung SuML und dem IGBT der Umschaltvorrichtung SuMH, Die Anzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen, in welchen Ströme fließen, beträgt Zwei pro Phase, jedoch sind die Stromwerte gering. Daher ist ein Verbindungsverlust innerhalb von diesen zwei Zeitperioden relativ klein. Innerhalb von einer Zeitperiode von t4 bis t5 ist die Umschaltvorrichtung SuL eingeschaltet, und fließt daher ein Strom lediglich im IGBT der Umschaltvorrichtung SuL. Diese Zeitperiode enthält den Mittelpunkt der Halbperiode des Stroms, und innerhalb von dieser Zeitperiode ist der Stromwert groß. Jedoch beträgt die Anzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen, in welchen Ströme fließen, gleich Eins pro Phase, das heißt, dass ein Strom lediglich in der Umschaltvorrichtung SuL fließt. Daher ist ein Verbindungsverlust innerhalb von dieser Zeitperiode auf dem minimalen Pegel unterdrückt.
Als Nächstes wird eine Stoßspannung, welche auftritt, wenn jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (SuH, SuL, SuML und SuMH) des Drei-Pegel-Inverters 1 einen Umschaltbetrieb durchführt, beschrieben. Wenn die Umschaltvorrichtung SuH einen Umschaltbetrieb durchführt, wird eine Stoßspannung, welche proportional zum Produkt einer parasitären Induktivität LuH und einer Stromänderungsrate ist, an die Umschaltvorrichtung SuH angelegt. In diesem Fall ist die zuvor erwähnte parasitäre Induktivität LuH die Summe aus parasitären Induktivitäten, welche in den drei Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (SuH, SuMH und SuML), dem Kondensator CH und den Leitungen, welche diese Bauteile miteinander verbinden, auftreten.
In der vorliegenden Ausführungsform enthält die Leistungsumwandlungseinrichtung 10 für die U-Phase die U-Phase-Brückenschaltung (SuH und SuL) und die U-Phase-Umschaltschaltung (SuMH und SuML), welche eine bidirektionale Eigenschaft hat. Im Vergleich zu der herkömmlichen Leistungsumwandlungseinrichtung, wie zuvor beschrieben, nehmen daher Leitungspfade zu, welche zu einer Stoßspannung beitragen, und ist die parasitäre Induktivität LuH wahrscheinlich hoch. Wenn die parasitäre Induktivität hoch ist, muss die Stromänderungsrate verringert werden, so dass die Stoßspannung gleich oder kleiner als die Vorrichtungs-Durchbruchspannung ist, und wird im Allgemeinen der Umschaltverlust erhöht, wenn die Stromänderungsrate verringert wird. Da jedoch der Drei-Pegel-Inverter 1 eine Spannung durch eine niedrigfrequente Umschaltung ausgibt, welche zu der Frequenz des U-Phase-Spannungs-Anweisungswerts Vu(ref) der Leistungsumwandlungseinrichtung 10 synchron ist, ist die Häufigkeit, mit welcher jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (SuH, SuL, SuML und SuMH) des Drei-Pegel-Inverters 1 einen Umschaltbetrieb durchführt, klein, und ist die Zunahme im Umschaltverlust vernachlässigbar, Wie zuvor beschrieben, beträgt in der vorliegenden Ausführungsform, innerhalb von Zeitperioden, in welchen der Stromwert groß ist, die Anzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen, in welchen Ströme fließen, im Drei-Pegel-Inverter 1 gleich Eins pro Phase. Daher ist es möglich, einen Leitungsverlust zu reduzieren und eine Leistungsumwandlungswirksamkeit zu verbessern. Zusätzlich ist es aufgrund der Verbesserung in der Leistungsumwandlungswirksamkeit möglich, die Ausstoßmenge von Kohlendioxid zu reduzieren und die Kosten und das Ausmaß der Leistungsumwandlungseinrichtung zu reduzieren, indem eine Kühleinrichtung vereinfacht wird.
Zusätzlich ist innerhalb von Zeitperioden, innerhalb welcher ein Strom in jeder der Umschaltschaltungen (SuMH und SuML), (SvMH und SvML) und (SwMH und SwML) für die drei Phasen fließt, der Stromwert relativ klein. Daher können Vorrichtungen, deren Stromauslegungen gering sind, für die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen der Umschaltschaltungen (SuMH und SuML), (SvMH und SvML) und (SwMH und SwML) für die drei Phasen verwendet werden, wodurch es möglich wird, die Kosten und das Ausmaß zu reduzieren.
Zusätzlich gibt der Einzel-Phase-Inverter 2a eine Spannung durch PWM-Steuerung aus, um somit die Differentialspannung zwischen dem U-Phase-Spannungs-Anweisungswert Vu(ref) der Leistungsumwandlungseinrichtung 10 und der Ausgangsspannung Vum des Drei-Pegel-Inverters 1 zu kompensieren. Daher kann eine Oberschwingung, welche in der Ausgangsspannung der Leistungsumwandlungseinrichtung 10 enthalten ist, reduziert werden.
Zusätzlich ist die Häufigkeit, mit welcher der Drei-Pegel-Inverter 1, welcher den Umschaltbetrieb bei einer relativ hohen Spannung durchführt, den Umschaltbetrieb durchführt, gering. Darüber hinaus führt der Einzel-Phase-Inverter 2a, welcher den Hochfrequenz-Umschaltbetrieb durch PWM-Steuerung durchführt, den Umschaltbetrieb bei einer relativ geringen Spannung aus. Daher wird eine Zunahme im Umschaltverlust sowohl im Drei-Pegel-Inverter 1 als auch im Einzel-Phase-Inverter 2a unterdrückt.
Es ist zu erwähnen, dass, obwohl IGBTs als Halbleiter-Umschaltvorrichtungen des Drei-Pegel-Inverters 1 verwendet sind, die gleiche Wirkung sogar in jenem Fall erlangt wird, bei welchem beispielsweise MOSFETs oder Bipolar-Transistoren als Halbleiter-Umschaltvorrichtungen verwendet werden.
Zusätzlich sind in der vorliegenden Ausführungsform die Emitter-Anschlüsse von den zwei Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (IGBTs) von jeder der Umschaltschaltungen (SuMH und SuML), (SvMH und SvML) und (SwMH und SwML) für die drei Phasen miteinander verbunden. Es kann jedoch ein in 3 gezeigter Aufbau verwendet werden. Das heißt, dass die Kollektor-Anschlüsse miteinander verbunden werden können, wie bei den Umschaltschaltungen (SuMH und SuML), (SvMH und SvML) und (SwMH und SwML) für die drei Phasen eines Drei-Pegel-Inverters 1a von einer Leistungsumwandlüngseinrichtung 10a. Die Umschaltschaltungen haben ebenso bidirektionale Eigenschaften und stellen die gleiche Wirkung bereit.
Ausführungsform 2
4 ist ein Schaubild, welches den Schaltungsaufbau einer Leistungsumwandlungseinrichtung 10b gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt. Die Leistungsumwandlungseinrichtung 10b der Ausführungsform 2 enthält einen Drei-Pegel-Inverter 1b, die Einzel-Phase-Inverter 2a, 2b und 2c, und den Drei-Phase-Filter 3. Die Leistungsumwandlungseinrichtung 10b wandelt eine Gleichstromleistung, welche von der Gleichstrom-Leistungsversorgung 4 ausgegeben wird, in eine Wechselstromleistung um, und führt die Wechselstromleistung an die Drei-Phase-Last 5 zu. Wie in 4 gezeigt, sind die Aufbauten von Umschaltschaltungen (SuMH und SuMB), (SvMA und SvMB) und (SwMA und SwMB) für drei Phasen im Drei-Pegel-Inverter 1b unterschiedlich zu jenen in Ausführungsform 1, wie in 1 gezeigt. Die Aufbauten der weiteren Bauteile sind gleich jenen, wie in 1 gezeigt.
Die U-Phase-Umschaltschaltung (SuMH und SuMB), die V-Phase-Umschaltschaltung (SvMA und SvMB) und die W-Phase-Umschaltschaltung (SwMA und SwMB) sind mit dem Zwischenspannungsanschluss VM und mit den Wechselstrom-Ausgangsanschlüssen Vu0, Vv0 und Vw0 von jeweils der U-Phase-Brückenschaltung (SuH und SuL), der V-Phase-Brückenschaltung (SvH und SvL) und der W-Phase-Brückenschaltung (SwH und SwL) verbunden. Diese Umschaltschaltungen wirken als Umschalter, welche bidirektionale Eigenschaften haben.
Im Folgenden wird der Aufbau der U-Phase-Umschaltschaltung (SuMA und SuMB) beschrieben. Es ist zu erwähnen, dass die V-Phase-Umschaltschaltung (SuMA und SvMB) und die W-Phase-Umschaltschaltung (SwMA und SwMB) ebenso die gleichen Aufbauten haben, wie im Folgenden beschrieben.
Die U-Phase-Umschaltschaltung (SuMA und SuMB) enthält zwei Leistungsmodule SuMA und SuMB, deren Niedrigspannungs-Anschlüsse miteinander verbunden sind, und deren Hochspannungs-Anschlüsse miteinander verbunden sind. Die Zwischenanschlüsse der zwei Leistungsmodule SuMA und SuMB werden als beide Anschlüsse der U-Phase-Umschaltschaltung (SuMA und SuMB) verwendet. Jedes der Leistungsmodule SuMA und SuMB enthält zwei Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (IGBTs), wobei an jeder davon eine Diode gegenparallel verbunden ist, wobei die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen in Serie verbunden sind und in einer Einheit untergebracht sind. Das heißt, dass das Leistungsmodul SuMA die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (IGBTs) SuM1 und SuM2, welche in Serie verbunden sind, enthält, und das Leistungsmodul SuMB die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (IGBTs) SuM3 und SuM4 enthält, welche in Serie verbunden sind.
Hier sind in den zwei Leistungsmodulen SuMA und SuMB die Emitter-Anschlüsse der IGBTs (SuM2 und SuM4) an der Niedrigspannungsseite miteinander verbunden, und sind die Kollektor-Anschlüsse der IGBTs (SuM1 und SuM3) an der Hochspannungsseite miteinander verbunden. Einer der Anschlüsse der U-Phase-Umschaltschaltung (SuMA und SuMB), welcher der Verbindungspunkt (Zwischenanschluss) zwischen den Umschaltvorrichtungen SuM1 und SuM2 ist, ist mit dem Zwischenspannungsanschluss VM verbunden. Der weitere von den Anschlüssen der U-Phase-Umschaltschaltung (SuMA und SuMB), welcher der Verbindungspunkt (Zwischenanschluss) zwischen den Umschaltvorrichtungen SuM3 und SuM4 ist, ist mit dem U-Phase-Ausgangsanschluss Vu0 des Drei-Pegel-Inverters 1b verbunden.
Im Folgenden wird der Betrieb beschrieben. 5 ist ein Schaubild zur Erläuterung des Gesamtbetriebes für die U-Phase der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung. Es ist zu erwähnen, dass, da die Gesamtbetriebe für die V-Phase und W-Phase gleich jenen für die U-Phase sind, die Beschreibung derer ausgelassen werden wird.
In 5 stellt Vu(ref) einen U-Phase-Spannungs-Anweisungswert dar, stellt G(SuH) ein Gate-Signal der Umschaltvorrichtung SuH dar, stellt G(SuL) ein Gate-Signal der Umschaltvorrichtung SuL dar, stellt G(SuM1, SuM4) ein Gate-Signal von jeder der Umschaltvorrichtungen SuM1 und SuM4 dar, stellt G(SuM2, SuM3) ein Gate-Signal von jeder der Umschaltvorrichtungen SuM2 und SuM3 dar, stellt Vum eine Ausgangsspannung des Drei-Pegel-Inverters dar, stellt Vus(ref) einen Einzel-Phase-Inverter-Spannungs-Anweisungswert dar, stellt Vus eine Einzel-Phase-Inverter-Ausgangsspannung dar, stellt Vu1 die U-Phase-Ausgangsspannung dar, welche noch den Filter zu durchlaufen hat, stellt Vu die U-Phase-Ausgangsspannung dar, welche den Filter durchlaufen hat, stellt IuH einen Strom dar, welcher in der Umschaltvorrichtung SuH fließt, stellt IuL einen Strom dar, welcher in der Umschaltvorrichtung SuL fließt, stellt IuMH einen Strom dar, welcher in jeder der Umschaltvorrichtungen SuM1 und SuM4 fließt, und stellt IuML einen Strom dar, welcher in jeder der Umschaltvorrichtungen SuM2 und SuM3 fließt.
Wenn der U-Phase-Spannungs-Anweisungswert Vu(ref) der Leistungsumwandlungseinrichtung 10b größer als der erste Einstellwert Vthp ist (> 0), schaltet der Drei-Pegel-Inverter 1b die Umschaltvorrichtungen SuH, SuM2 und SuM3 ein, und schaltet die Umschaltvorrichtungen SuL, SuM1 und SuM4 aus, wodurch die positive Spannung V_CH zwischen dem Wechseistrom-Ausgangsanschluss Vu0 und dem Zwischenspannungsanschluss VM ausgegeben wird.
Zusätzlich, wenn der U-Phase-Spannungs-Anweisungswert Vu(ref) kleiner als der zweite Einstellwert Vthn ist (< 0), schaltet der Drei-Pegel-Inverter 1 die Umschaltvorrichtungen SuL, SuM1 und SuM4 ein, und schaltet er die Umschaltvorrichtungen SuH, SuM2 und SuM3 aus, wodurch die negative Spannung (–V_CL) zwischen dem Wechselstrom-Ausgangsanschluss Vu0 und dem Zwischenspannungsanschluss VM ausgegeben wird. Wenn der U-Phase-Spannungs-Anweisungswert Vu(ref) gleich oder größer als der zweite Einstellwert Vthn und gleich oder kleiner als der erste Einstellwert Vthp ist, schaltet der Drei-Pegel-Inverter 1 die Umschaltvorrichtungen SuH und SuL aus, wodurch eine Nullspannung zwischen dem Wechselstrom-Ausgangsanschluss Vu0 und dem Zwischenspannungsanschluss VM ausgegeben wird. Die Umschaltvorrichtungen SuM1 und SuM4 werden nach der Wartezeit Td, welche verstrichen ist, seitdem die Umschaltvorrichtung SuH ausgeschaltet wurde, eingeschaltet, und die Umschaltvorrichtungen SuM2. und SuM3 werden nach der Wartezeit Td, welche verstrichen ist, seitdem die Umschaltvorrichtung SuL ausgeschaltet wurde, eingeschaltet.
Es ist zu erwähnen, dass eine Art und Weise zum Erzeugen des ersten und zweiten Einstellwertes Vthp und Vthn, und eine Art und Weise des Betriebes des Einzel-Phase-Inverters 2a gleich jenen wie in Ausführungsform 1 sind.
Ebenso gibt der Drei-Pegel-Inverter 1b in der vorliegenden Ausführungsform, ähnlich zu Ausführungsform 1, als Ausgangsspannung Vum für die U-Phase drei Arten von Spannungen aus, nämlich die positive Spannung V_CH, die Nullspannung und die negative Spannung (–V_CL), welche zu der Frequenz des U-Phase-Spannungs-Anweisungswertes Vu(ref) der Leistungsumwandlungseinrichtung 10b synchron sind. Wenn die Leistungsumwandlungseinrichtung 10b bei einem Leistungsfaktor von 1 betrieben wird, gibt der Drei-Pegel-Inverter 1b für die U-Phase eine Eins-Impuls-Spannung, welche eine vorbestimmte Impulsbreite hat, welche den Mittelpunkt von der Halbperiode eines Stromes für die U-Phase enthält, pro Halbperiode des Stromes aus, wobei die Polarität der Eins-Impuls-Spannung gleich jener des Stromes ist. Innerhalb von einer Zeitperiode, in welcher die Eins-Impuls-Spannung ausgegeben wird, ist der Stromwert hoch, beträgt jedoch die Anzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen, in welchen Ströme fließen, gleich Eins pro Phase. Daher wird ein Leitungsverlust auf den minimalen Pegel unterdrückt.
Zusätzlich, innerhalb von einer Zeitperiode, in welcher beide Umschaltvorrichtungen SuH und SuL ausgeschaltet sind, wird ein Stromfluss in zwei Strompfade unterteilt, das heißt ein Strompfad, welcher die Umschaltvorrichtungen SuM1 und SuM3 durchläuft, und ein Strompfad, welcher die Umschaltvorrichtungen SuM2 und SuM4 durchläuft. Die Anzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen, in welchen Ströme fließen, beträgt gleich Vier pro Phase. Jedoch sind die Stromwerte innerhalb dieser Zeitperiode relativ gering, und beträgt der Wert eines Stroms, welcher in jeder der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen fließt, der Hälfte des Stromwertes in der Ausführungsform 1. Daher ist der Leitungsverlust innerhalb von dieser Zeitperiode relativ gering, wie in Ausführungsform 1.
Wie zuvor beschrieben, stellt die vorliegende Ausführungsform die gleiche Wirkung wie in Ausführungsform 1 bereit. Zusätzlich, wenn zwei allgemeine Leistungsmodule, wobei jedes zwei Vorrichtungen enthält, welche in hoher Stückzahl verbreitet sind und einen hohen Typen-Unterschied haben, für jede der Umschaltvorrichtungen (SuMA und SuMB), (SvMA und SvMB) und (SwMA und SwMB) verwendet werden, wird es möglich, eine Leistungsumwandlungseinrichtung einfach herzustellen, welche geringe Kosten hat und eine hohe Wirksamkeit hat.
Es ist zu erwähnen, dass, obwohl in Ausführungsformen 1 und 2 ein Einzel-Phase-Inverter (2a, 2b oder 2c) für jede Phase bereitgestellt ist, mehrere Einzel-Phase-Inverter in Serie mit dem Drei-Pegel-Inverter 1 (1a oder 1b) für jede Phase verbunden werden können.
Zusätzlich, obwohl der Drei-Pegel-Inverter 1 (1a oder 1b) eine Eins-Impuls-Spannung pro Halbperiode eines Stroms ausgibt, kann eine Spannung durch PWM-Steuerung vor und nach der Eins-Impuls-Spannung ausgegeben werden, so dass die Spannungen durch die PWM-Steuerung und die Eins-Impuls-Spannung sequentiell ausgegeben werden. Hieraus resultierend können Gleichspannungen in den Einzel-Phase-Invertern 2a, 2b und 2c reduziert werden.
Zusätzlich, obwohl in den obigen Ausführungsformen jene Fälle beschrieben wurden, bei welchen die Leistungsumwandlungseinrichtungen 10, 10a und 10b Drei-Phase-Leistungsumwandlungseinrichtungen sind, können die Leistungsumwandlungseinrichtungen 10, 10a und 10b Einzel-Phase-Leistungsumwandlungseinrichtungen oder weitere Mehrfachphase-Leistungsumwandlungseinrichtungen sein.

Claims

Leistungsumwandlungseinrichtung, welche enthält: einen Drei-Pegel-Inverter (1, 1a, 1b), welcher enthält: eine Brückenschaltung, welche eine erste Halbleiter-Umschaltvorrichtung (SuH, SvH, SwH) und eine zweite Halbleiter-Umschaltvorrichtung (SuL, SvL, SwL), welche in Serie verbunden sind, enthält, wobei die Brückenschaltung mit einem positiven Anschluss (VH) und einem negativen Anschluss (VL) einer Gleichstrom-Leistungsversorgung (4) verbunden ist, eine Umschaltschaltung, welche eine bidirektionale Eigenschaft hat und mit einem Wechselstrom-Ausgangsanschluss (Vu0, Vv0, Vw0) der Brückenschaltung, welcher der Verbindungspunkt zwischen der ersten Halbleiter-Umschaltvorrichtung (SuH, SvH, SwH) und der zweiten Halbleiter-Umschaltvorrichtung (SuL, SvL, SwL) ist, und einem Zwischenpotentialpunkt (VM) der Gleichstrom-Leistungsversorgung (4) verbunden ist, einen ersten Glättungskondensator (CH), welcher mit dem Zwischenpotentlalpunkt (VM) der Gleichstrom-Leistungsversorgung (4) verbunden ist, und mit einem positiven Anschluss (VH) der Gleichstrom-Leistungsversorgung (4) verbunden ist, und einen zweiten Glättungskondensator (CL), welcher mit dem Zwischenpotentialpunkt (VM) der Gleichstrom-Leistungsversorgung (4) verbunden ist, und mit einem negativen Anschluss (VL) der Gleichstrom-Leistungsversorgung (4) verbunden ist; einen Einzel-Phase-Inverter (2a, 2b, 2c), welcher eine Mehrzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (Su1, Su2, Su3, Su4) und einen Kondensator (Cu) enthält, und in Serie mit dem Wechselstrom-Ausgangsanschluss (Vu0, Vv0, Vw0) der Brückenschaltung verbunden ist, wobei eine Spannung des Kondensators (Cu) des Einzel-Phase-Inverters (2a, 2b, 2c) kleiner als jede von einer Spannung des Glättungskondensators (CH, CL) des Drei-Pegel-Inverters (1, 1a, 1b) ist, wobei eine Antriebsfrequenz der Halbleiter-Umschatvorrichtungen (Su1, Su2, Su3, Su4) des Einzel-Phase-Inverters (2a, 2b, 2c) höher als eine Antriebsfrequenz der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (SuH, SuL, SvH, SvL, SwH, SwL) des Drei-Pegel-Inverters (1, 1a, 1b) ist, und wobei die Summe von einer Ausgangsspannung des Drei-Pegel-Inverters (1, 1a, 1b) und einer Ausgangsspannung des Einzel-Phase-Inverters (2a, 2b, 2c) einer Last (5) zugeführt wird.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Drei-Pegel-Inverter (1, 1a, 1b) eine Eins-Impuls-Spannung pro Halbperiode eines Stroms ausgibt, wobei eine Impulsbreite der Eins-Impuls-Spannung derart eingestellt wird, dass eine Gesamtgröße einer Leistungsschwankung des Kondensators (Cu) des Einzel-Phase-Inverters (2a, 2b, 2c) ungefähr gleich Null wird.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Umschaltschaltung, welche eine bidirektionale Eigenschaft hat, zwei Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (SuML, SuMH) oder (SvML, SvMH) oder (SwML, SwMH) enthält, welche in zueinander gegenüberliegende Richtungen in Serie verbunden sind.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Umschaltschaltung, welche eine bidirektionale Eigenschaft hat, zwei Leistungsmodule (SuMA, SuMB) oder (SvMA, SvMB) oder (SwMA, SwMB) enthält, wobei jedes davon eine Mehrzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen, welche in Serie verbunden sind, enthält, wobei Niedrigspannungsanschlüsse der Leistungsmodule miteinander verbunden sind, Hochspannungsanschlüsse der Leistungsmodule miteinander verbunden sind, und zwei Zwischenanschlüsse der Leistungsmodule jeweilige Anschlüsse der Umschaltschaltung sind.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei welcher der Drei-Pegel-Inverter eine Eins-Impuls-Spannung, welche eine vorbestimmte Impulsbreite hat, welche den Mittelpunkt von der Halbperiode des Stromes enthält, pro Halbperiode des Stroms ausgibt, wobei die Polarität der Eins-Impuls-Spannung gleich jener des Stromes ist.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei welcher der Drei-Pegel-Inverter eine Spannung durch PWM-Steuerung vor und nach der Eins-Impuls-Spannung pro Halbperiode des Stroms ausgibt.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei welcher der Drei-Pegel-Inverter (1, 1a, 1b) die Eins-Impuls-Spannung innerhalb von einer Zeitperiode ausgibt, in welcher der Absolutwert einer Spannungsanweisung an die Last (5) größer als ein vorbestimmter Wert ist.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei welcher der Einzel-Phase-Inverter (2a, 2b, 2c) eine Spannung durch PWM-Steuerung ausgibt, welche eine Differentialspannung zwischen einer Spannungsanweisung an die Last (5) und einer Ausgangsspannung des Drei-Pegel-Inverters (1, 1a, 1b) kompensiert.