DE112010005608T5

DE112010005608T5 - Leistungsumwandlungseinrichtung

Info

Publication number: DE112010005608T5
Application number: DE112010005608T
Authority: DE
Inventors: Satoshi Murakami; Masaki Yamada; Takashi Kaneyama; Kazutoshi AWANE
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-05-28
Filing date: 2010-10-26
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: US9276496B2; WO2011148526A1; DE112010005608B4; JP5400961B2; CN102918758A; US20130121045A1; CN102918758B; JPWO2011148526A1

Abstract

Eine Inverterschaltung (100) ist in Serie mit einer Wechselspannung-Leistungsversorgung (1) verbunden, und an der nachfolgenden Stufe ist ein Glättungskondensator (3) über eine Konverterschaltung (300) verbunden, welche Halbleiter-Umschaltvorrichtungen (101a bis 104a) enthält. Eine Steuerschaltung (10) steuert die Konverterschaltung (300) durch ein Bereitstellen von einer Kurzschluss-Zeitperiode (T) zum Überbrücken des Glättungskondensators (3) in jedem Zyklus, und steuert die Inverterschaltung (100) derart, dass der Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung (1) verbessert wird, indem eine Stromanweisung derart verwendet wird, dass die Spannung des Glättungskondensators (3) eine Zielspannung annimmt. Wenn die Spannung einer Gleichspannungsquelle (105) von der Inverterschaltung (100) einen vorbestimmten oberen Grenzwert überstiegen hat, erhöht die Steuerschaltung (10) die Stromanweisung zum Steuern der Inverterschaltung (100), wodurch die Entladegröße der Gleichspannungsquelle (105) erhöht wird. Somit ist es, sogar wenn die Spannungsschwankung von der Gleichspannungsquelle (105) von der Inverterschaltung (100) zunimmt, möglich, die Steuerung stabil fortzusetzen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Leistungsumwandlungseinrichtung, welche die Wechselspannungsseite-Ausgabe (engl.: AC-side output) eines Einzelphase-Inverters auf eine Leistungsversorgungs-Ausgabe überlagert, um eine gewünschte Gleichspannung zu erlangen.
STAND DER TECHNIK
Bei einer herkömmlichen Leistungsumwandlungseinrichtung ist eine Ausgabe von einem ersten Anschluss einer Wechselspannung-Leistungsversorgung mit einer Drosselspule (engl.: reactor) verbunden, und ist, bei der nachfolgenden Stufe der Drosselspule, die Wechselspannungsseite einer Inverterschaltung, welche einen Einzelphase-Inverter enthält, in Serie verbunden. Der Einzelphase-Inverter in der Inverterschaltung enthält eine Halbleiter-Umschaltvorrichtung und eine Gleichspannungsquelle. Zusätzlich sind eine erste und zweite Serienschaltung, welche parallel verbunden sind, wobei jede einen Kurzschluss-Umschalter und eine Gleichrichterdiode enthält, welche in Serie verbunden sind, um einen Inverter auszubilden, zwischen beiden Anschlüssen eines Glättungskondensators an der Ausgangsstufe verbunden. Der Mittelpunkt von der ersten Serienschaltung ist mit einer Wechselspannung-Ausgangsleitung an der nachfolgenden Stufe der Inverterschaltung verbunden, und der Mittelpunkt von der zweiten Serienschaltung ist mit einem zweiten Anschluss der Wechselspannung-Leistungsversorgung verbunden. Es wird ein Strom durch eine PWM-Steuerung derart gesteuert und ausgegeben, dass eine Gleichspannung des Glättungskondensators bei einer konstanten Zielspannung beibehalten werden kann, und der Eingangs-Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung ungefähr 1 beträgt, und eine Spannung, welche auf der Wechselspannungsseite erzeugt ist, auf eine Eingangsspannung von der Wechselspannung-Leistungsversorgung überlagert wird. Der Kurzschluss-Umschalter wird zur Überbrückung des Glättungskondensators lediglich innerhalb eines Kurzschluss-Phase-Bereiches, welcher bei einer Nulldurchgang-Phase von der Phase der Eingangsspannung von der Wechselspannung-Leistungsversorgung zentriert ist, eingeschaltet (siehe beispielsweise Patentdokument 1).
ZITIERUNGSLISTE
PATENTDOKUMENT

Patentdokument 1: Japanische Patentveröffentlichung-Offeniegungsschrift No. 2009-095160

UMRISS DER ERFINDUNG
PROBLEME, WELCHE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
Bei einer solchen Leistungsumwandlungseinrichtung wird die Gleichspannungsquelle der Inverterschaltung durch eine Ein-/Aus-Umschaltung des Kurzschluss-Umschalters zwischen Aufladen und Entladen umgeschaltet, um die Spannung der Gleichspannungsquelle beizubehalten, und wird die Inverterschaltung einer Ausgabesteuerung unterworfen, um somit den Strom zu steuern. Es tritt jedoch das folgende Problem auf. Das heißt, dass, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung stark schwankt, die Stromsteuerung durch die Inverterschaltung nicht durchgeführt werden kann, und ebenso die Spannung von der Gleichspannungsquelle nicht rückgewonnen (engl.: to recover) werden kann. Hieraus folgend ist es unmöglich, den Steuerbetrieb der Leistungsumwandlungseinrichtung zum Ausgeben einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator fortzuführen.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das zuvor genannte Problem zu lösen. Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Spannung der Gleichspannungsquelle, sogar wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle vorübergehend und stark schwankt, schnell rückzugewinnen, wodurch die Stromsteuerung durch die Inverterschaltung und die Spannungssteuerung zum Ausgeben einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator stabil fortgesetzt werden.
LÖSUNG DER PROBLEME
Eine erste Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: eine Inverterschaltung, welche einen oder mehrere Einzelphase-Inverter enthält, deren Wechselspannungsseiten in Serie verbunden sind, und wobei jeder davon eine Mehrzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen und eine Gleichspannungsquelle enthält, wobei die Wechselspannungsseiten in Serie mit einem ersten Anschluss einer Leistungsversorgung verbunden sind, wobei die Inverterschaltung die Summe von Ausgaben der Einzelphase-Inverter auf eine Ausgabe der Leistungsversorgung überlagert; eine Konverterschaltung, welche eine Mehrzahl von Umschaltern zwischen Gleichspannung-Bus-Leitungen hat, wobei einer der Wechselspannung-Anschlüsse der Konverterschaltung mit einer Wechselspannung-Ausgangsleitung an einer nachfolgenden Stufe der Inverterschaltung verbunden ist, und der andere der Wechselspannung-Anschlüsse mit einem zweiten Anschluss der Leistungsversorgung verbunden ist, wobei die Konverterschaltung eine Gleichspannungsleistung zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen ausgibt; einen Glättungskondensator, welcher zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen verbunden ist, welcher eine Ausgabe der Konverterschaltung glättet; und eine Steuerschaltung, welche eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung derart durchführt, um zu bewirken, dass die Spannung der Gleichspannungsversorgung von der Inverterschaltung einem Anweisungswert folgt, indem eine Kurzschluss-Zeitperiode zum Kurzschließen der Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung zum Überbrücken des Glättungskondensators bereitgestellt wird, und welche eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung derart durchführt, um zu bewirken, dass die Spannung des Glättungskondensators einer Zielspannung folgt, indem eine Stromanweisung verwendet wird. Im Leistungsfahrbetrieb (engl.: power running operation) zum Ausgeben einer Leistung an den Glättungskondensator steuert die Steuerschaltung die Konverterschaltung derart, dass die Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode aufgeladen wird, und dass die Kurzschluss-Zeitperiode mit abnehmender Spannung der Gleichspannungsquelle zunimmt, und die Kurzschluss-Zeitperiode mit zunehmender Spannung der Gleichspannungsquelle abnimmt. Wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung einen vorbestimmten oberen Grenzwert überstiegen hat, ändert die Steuerschaltung die Steuerung für die Inverterschaltung von jener für den stationären Zustand, wodurch die Entladegröße der Gleichspannungsquelle erhöht wird.
Eine zweite Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung enthält: eine Inverterschaltung, welche einen oder mehrere Einzelphase-Inverter enthält, deren Wechselspannungsseiten in Serie verbunden sind, und wobei jeder davon eine Mehrzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen und eine Gleichspannungsquelle enthält, wobei die Wechselspannungsseiten in Serie mit einem ersten Anschluss einer Wechselspannung-Leistungsversorgung verbunden sind, wobei die Inverterschaltung die Summe von Ausgaben der Einzelphase-Inverter auf eine Ausgabe der Wechselspannung-Leistungsversorgung überlagert; eine Konverterschaltung, welche eine Mehrzahl von Umschaltern zwischen Gleichspannung-Bus-Leitungen hat, wobei einer der Wechselspannung-Anschlüsse der Konverterschaltung mit einer Wechselspannung-Ausgangsleitung an einer nachfolgenden Stufe der Inverterschaltung verbunden ist, und der andere der Wechselspannung-Anschlüsse mit einem zweiten Anschluss der Wechselspannung-Leistungsversorgung verbunden ist, wobei die Konverterschaltung eine Gleichspannungsleistung zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen ausgibt; einen Glättungskondensator, welcher zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen verbunden ist, welcher eine Ausgabe der Konverterschaltung glättet; und eine Steuerschaltung, welche eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung derart durchführt, um zu bewirken, dass die Spannung der Gleichspannungsversorgung von der Inverterschaltung einem Anweisungswert folgt, indem eine Kurzschluss-Zeitperiode zum Kurzschließen der Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung zum Überbrücken des Glättungskondensators bereitgestellt wird, und welche eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung derart durchführt, um zu bewirken, dass die Spannung des Glättungskondensators einer Zielspannung folgt, indem eine Stromanweisung verwendet wird. Im Leistungsfahrbetrieb zum Ausgeben einer Leistung an den Glättungskondensator steuert die Steuerschaltung die Konverterschaltung derart, dass die Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode aufgeladen wird, und dass die Kurzschluss-Zeitperiode mit abnehmender Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung zunimmt, und die Kurzschluss-Zeitperiode mit zunehmender Spannung der Gleichspannungsquelle abnimmt. Im Leistungsfahrbetrieb, sobald die Spannung der Gleichspannungsquelle derart abgenommen hat, so dass sie außerhalb einer vorbestimmten Spannungsbedingung ist, um eine Steuerung für die Inverterschaltung unter Verwendung der Stromanweisung zu ermöglichen, beschränkt die Steuerschaltung die Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung darin, kurzgeschlossen zu sein, und, sobald die Spannung von der Gleichspannungsquelle weiter abgenommen hat, so dass sie gleich oder niedriger als ein vorbestimmter unterer Grenzwert ist, gibt die Steuerschaltung die Kurzschluss-Beschränkung der Wechselspannung-Anschlüsse frei, wodurch die Gleichspannungsquelle aufgeladen wird.
WIRKUNG DER ERFINDUNG
Gemäß der zuvor genannten ersten Leistungsumwandlungseinrichtung, sobald die Spannung von der Gleichspannungsquelle der Inverterschaltung den vorbestimmten oberen Grenzwert überstiegen hat, ändert die Steuerschaltung die Steuerung für die Inverterschaltung von jener für den stationären Zustand, wodurch die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle erhöht wird. Somit ist es möglich, die Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung schnell zurückzugewinnen. Daher ist es möglich, die Stromsteuerung für den stationären Zustand in der Inverterschaltung schnell zurückzugewinnen, wodurch die Spannungssteuerung zum Ausgeben einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator stabil fortgesetzt wird.
Gemäß der zuvor genannten zweiten Leistungsumwandlungseinrichtung, im Leistungsfahrbetrieb, sobald die Spannung der Gleichspannungsquelle derart abgenommen hat, so dass sie außerhalb der vorbestimmten Spannungsbedingung ist, um eine Steuerung für die Inverterschaltung unter Verwendung der Stromanweisung zu ermöglichen, beschränkt die Steuerschaltung die Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung darin, kurzgeschlossen zu sein, und, sobald die Spannung von der Gleichspannungsquelle weiter abgenommen hat, so dass sie gleich oder niedriger als der vorbestimmte untere Grenzwert ist, gibt die Steuerschaltung die Kurzschluss-Beschränkung der Wechselspannung-Anschlüsse frei, wodurch die Gleichspannungsquelle aufgeladen wird. Somit ist es möglich, die Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung schnell zurückzugewinnen, und die Stromsteuerung für den stationären Zustand in der Inverterschaltung schnell zurückzugewinnen, wodurch die Spannungssteuerung zum Ausgeben einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator stabil fortgesetzt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist ein Schaltplan einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Stromlaufplan zum Darstellen eines Leistungsfahrbetriebes der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
3 ist ein Stromlaufplan zum Darstellen des Leistungsfahrbetriebes der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
4 ist ein Stromlaufplan zum Darstellen des Leistungsfahrbetriebes der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
5 ist ein Stromlaufplan zum Darstellen des Leistungsfahrbetriebes der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Schaubild, welches die Wellenform von jeder Sektion und eine Aufladung und Entladung einer Gleichspannungsquelle von einer Inverterschaltung zeigt, um einen Betrieb in einem Hochsetz-Betrieb (engl.: step-up operation) der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darzustellen.
7 ist ein Schaubild, welches die Wellenform von jeder Sektion und eine Aufladung und Entladung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung zeigt, um einen Betrieb in einem Herabsetz-Betrieb (engl.: step-down operation) der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung darzustellen.
8 ist ein Schaubild, welches einen Spannungsbereich von der Gleichspannungsquelle der Inverterschaltung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
9 ist ein Steuer-Blockdiagramm, welches eine Steuerung durch die Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
10 ist ein Steuer-Blockdiagramm, welches eine Steuerung durch eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist ein Steuer-Blockdiagramm, welches eine Steuerung durch eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
12 ist ein Steuer-Blockdiagramm, welches eine Steuerung durch eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
13 ist ein Stromlaufplan zum Darstellen eines Regenerationsbetriebes von einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
14 ist ein Stromlaufplan zum Darstellen des Regenerationsbetriebes von der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
15 ist ein Stromlaufplan zum Darstellen des Regenerationsbetriebes von der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
16 ist ein Stromlaufplan zum Darstellen des Regenerationsbetriebes von der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
17 ist ein Steuer-Blockdiagramm, welches eine Steuerung durch die Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
18 ist ein Steuer-Blockdiagramm, welches eine Steuerung durch eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
19 ist ein Steuer-Blockdiagramm, welches eine Steuerung durch eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung zeigt.
20 ist ein Schaltplan einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung.
21 ist ein Schaltplan einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung.
22 ist ein Schaubild, welches einen Spannungsbereich einer Gleichspannungsquelle von einer Inverterschaltung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt.
23 ist ein Steuer-Blockdiagramm, welches eine Steuerung durch die Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt.
24 ist ein Steuer-Blockdiagramm, welches eine Steuerung durch eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung zeigt.
AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
Ausführungsform 1
Im Folgenden wird eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein schematischer Schaltplan der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, enthält die Leistungsumwandlungseinrichtung eine Hauptschaltung und eine Steuerschaltung 10 zum Umwandeln einer Wechselspannungsleistung von einer Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 in eine Gleichspannungsleistung und zum Ausgeben der Gleichspannungsleistung.
Die Hauptschaltung enthält eine Drosselspule 2 als eine Strombegrenzungsschaltung, eine Inverterschaltung 100, eine Konverterschaltung 300 und einen Glättungskondensator 3. Ein Ausgang von einem ersten Anschluss der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ist mit der Drosselspule 2 verbunden, und die Wechselspannungsseite von der Inverterschaltung 100, welche einen Einzelphasen-Inverter enthält, ist an der nachfolgenden Stufe der Drosselspule 2 in Serie verbunden. Einer der Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung 300 ist an der nachfolgenden Stufe von der Inverterschaltung 100 mit einer Wechselspannung-Ausgangsleitung verbunden, und der andere ist mit einem zweiten Anschluss von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 verbunden. Die Konverterschaltung 300 gibt eine Gleichspannungsleistung an den Glättungskondensator 3 aus, welcher zwischen Gleichspannung-Bus-Leitungen 3a und 3b von der Konverterschaltung 300 verbunden ist.
Der Einzelphase-Inverter in der Inverterschaltung 100 ist ein Inverter mit einem Vollbrücken-Aufbau, welcher enthält: eine Mehrzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a, wie beispielsweise IGBTs (Isolierschicht-Gate-Bipolar-Transistoren), mit welchen jeweils Dioden 101b bis 104b gegenparallel verbunden sind; und eine Gleichspannungsquelle 105, welche einen Gleichspannung-Kondensator oder dergleichen enthält.
Die Konverterschaltung 300 hat eine Mehrzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a bis 304a zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen. In diesem Fall enthält die Konverterschaltung 300 zwei Brückenschaltungen, welche zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen parallel verbunden sind, wobei jede davon zwei von einer Mehrzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a bis 304a, wie beispielsweise IGBTs, welche in Serie verbunden sind, enthält, mit welchen jeweils Dioden 301b bis 304b gegenparallel verbunden sind.
Der Verbindungspunkt zwischen dem Emitter von der Halbleiter-Umschaltvorrichtung 301a und dem Kollektor von der Halbleiter-Umschaltvorrichtung 302a von der Konverterschaltung 300 ist mit einer Wechselspannung-Ausgangsleitung an der nachfolgenden Stufe von der Inverterschaltung 100 verbunden. Der Verbindungspunkt zwischen dem Emitter von der Halbleiter-Umschaltvorrichtung 303a und dem Kollektor von der Halbleiter-Umschaltvorrichtung 304a ist mit dem zweiten Anschluss von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 verbunden.
Es ist zu erwähnen, dass die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a und 301a bis 304a anstelle von IGBTs beispielsweise auch MOSFETs (Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren) sein können, welche Dioden zwischen den Sources und den Drains haben.
Die Drosselspule 2 kann zwischen der Inverterschaltung 100 und der Konverterschaltung 300 in Serie verbunden sein. In der Konverterschaltung 300 können anstelle der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a bis 304a auch mechanische Umschalter verwendet werden.
Basierend auf einer Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100, der Spannung Vdc vom Glättungskondensator 3 und einer Spannung Vin und einem Strom Iin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 erzeugt die Steuerschaltung 10 ein Gate-Signal 11 an die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a von der Inverterschaltung 100, und ein Gate-Signal 12 an die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a bis 304a von der Konverterschaltung 300, so dass eine Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 eine konstante Zielspannung Vdc* annimmt, wodurch eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 und die Konverterschaltung 300 durchgeführt wird.
Eine nicht angezeigte Last ist mit dem Glättungskondensator 3 verbunden. In einem normalen Zustand ist die Spannung Vdc geringer als die Zielspannung Vdc*, und führt die Steuerschaltung 10 eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 und die Konverterschaltung 300 derart durch, dass eine Wechselspannungsleistung von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 umgewandelt wird und eine Gleichspannungsleistung an den Glättungskondensator 3 zugeführt wird.
Ein Leistungsfahrbetrieb der Leistungsumwandlungseinrichtung, welche den zuvor genannten Aufbau hat, das heißt ein Betrieb zum Ausgeben einer Gleichspannungsleistung an den Glättungskondensator 3, wird mit Bezug auf die Zeichnung beschrieben. 2 bis 5 zeigen Stromlaufpläne im Leistungsfahrbetrieb. 6 ist ein Schaubild, welches die Wellenform von jeder Sektion und eine Aufladung und Entladung der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 zeigt, um den Leistungsfahrbetrieb in einem Heraufsetz-Betrieb von der Leistungsumwandlungseinrichtung darzustellen. 7 ist ein Schaubild, welches die Wellenform von jeder Sektion und eine Aufladung und Entladung der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 zeigt, um den Leistungsfahrbetrieb in einem Herabsetz-Betrieb von der Leistungsumwandlungseinrichtung darzustellen. Es ist zu erwähnen, dass der Betrieb, bei welchem die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 an der Ausgangsstufe höher ist als eine Spitzenspannung Vp von der Spannung Vin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 als ein „Heraufsetz-Betrieb” bezeichnet wird, und der Betrieb, bei welchem die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 an der Ausgangsstufe niedriger ist als die Spitzenspannung Vp von der Spannung Vin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 als „Herabsetz-Betrieb” bezeichnet wird. Zusätzlich zeigen 6 und 7 die Zustände an, bei welchen die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf die konstante Zielspannung Vdc* gesteuert wird.
Die Spannung Vin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 hat Wellenformen, wie in 6 und 7 angezeigt. Die Inverterschaltung 100 steuert den Strom Iin durch eine PWM-Steuerung und gibt diesen aus, derart, dass der Eingangsleistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ungefähr 1 ist, und überlagert eine erzeugte Spannung an der Wechselspannungsseite auf die Spannung Vin, welche eine Ausgabe von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ist.
Zunächst wird der Fall beschrieben, bei welchem die Spannung Vin positiv ist, das heißt, dass eine Spannungsphase θ von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 in einem Bereich von 0 ≤ θ < Π ist.
In der Inverterschaltung 100, wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 103a ausgeschaltet sind, fließt ein Strom derart, dass die Gleichspannungsquelle 105 aufgeladen wird, und, wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 104a ausgeschaltet sind, fließt ein Strom derart, dass ein Entladen der Gleichspannungsquelle 105 hervorgerufen wird. Andererseits, wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 104a ausgeschaltet sind, und wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 103a ausgeschaltet sind, fließt ein Strom, ohne in die Gleichspannungsquelle 105 zu fließen. Die Steuerschaltung 10 steuert die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a durch eine Kombination der zuvor beschriebenen vier Typen einer Steuerung, um zu bewirken, dass die Inverterschaltung 100 einen PWM-Betrieb durchführt, wodurch hervorgerufen wird, dass die Gleichspannungsquelle 105 ein Aufladen und Entladen durchführt und somit die Stromsteuerung durchführt. Es ist zu erwähnen, dass, wenn der Strom, welcher in jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a fließt, vom Emitter zum Kollektor davon fließt, die Halbleiter-Umschaltvorrichtung ausgeschaltet werden kann, um somit hervorzurufen, dass der Strom in die entsprechende der Dioden 101b bis 104b fließt, welche gegenparallel mit der Halbleiter-Umschaltvorrichtung verbunden sind.
Wie in 2 gezeigt, wird ein Strom von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 durch die Drosselspule 2 beschränkt und dann der Inverterschaltung 100 eingegeben. Die Ausgabe derer durchläuft durch die Diode 301b in der Konverterschaltung 300, um den Glättungskondensator 3 aufzuladen, und durchläuft dann durch die Diode 304b, um zur Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt veranlasst die Steuerschaltung 10, dass die Inverterschaltung 100 einen PWM-Betrieb durchführt, durch eine Kombination der zuvor genannten vier Typen einer Steuerung, wodurch hervorgerufen wird, dass die Gleichspannungsquelle 105 eine Entladung oder eine Aufladung und Entladung durchführt, und somit die Stromsteuerung durchführt.
In einem Phasenbereich (im Folgenden als eine Kurzschluss-Zeitperiode T bezeichnet) zwischen ±θ₁ zentriert an einer Nulldurchgang-Phase der Spannung Vin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1, wie in 3 gezeigt, schaltet die Steuerschaltung 10 die Halbleiter-Umschaltvorrichtung 302, welche ein Kurzschluss-Umschalter in Steuerung für die Konverterschaltung 300 ist, ein, wodurch der Glättungskondensator 3 überbrückt wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die weiteren Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a, 303a und 304a in der Konverterschaltung 300 ausgeschaltet. Ein Strom von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 wird durch die Drosselspule 2 begrenzt und dann der Inverterschaltung 100 eingegeben, um die Gleichspannungsquelle 105 aufzuladen, und durchläuft dann durch die Halbleiter-Umschaltvorrichtung 302a und die Diode 304b in der Konverterschaltung 300, um zur Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt veranlasst die Steuerschaltung 10, dass die Inverterschaltung 100 einen PWM-Betrieb durchführt, durch eine Kombination einer Steuerung zum Aufladen der Gleichspannungsquelle 105 und einer Steuerung zum Veranlassen, dass kein Strom dort hereinfließt, wodurch die Gleichspannungsquelle 105 aufgeladen wird und somit die Stromsteuerung durchgeführt wird.
Als Nächstes wird der Fall beschrieben, bei welchem die Spannung Vin negativ ist, das heißt, dass die Phase θ in einem Bereich von Π ≤ θ < 2Π ist.
In der Inverterschaltung 100, wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 104a ausgeschaltet sind, fließt ein Strom derart, dass die Gleichspannungsquelle 105 aufgeladen wird, und wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 103a ausgeschaltet sind, fließt ein Strom derart, dass ein Entladen der Gleichspannungsquelle 105 hervorgerufen wird. Andererseits, wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 104a ausgeschaltet sind, und wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 103a ausgeschaltet sind, fließt ein Strom, ohne dass er in die Gleichspannungsquelle 105 fließt. Die Steuerschaltung 10 steuert die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a durch eine Kombination der vier Typen einer Steuerung, wie zuvor beschrieben, um zu veranlassen, dass die Inverterschaltung 100 einen PWM-Betrieb durchführt, wodurch veranlasst wird, dass die Gleichspannungsquelle 105 eine Aufladung und Entladung durchführt und somit die Stromsteuerung durchführt.
Wie in 4 gezeigt, durchläuft ein Strom von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 durch die Diode 303b in der Konverterschaltung 300, um den Glättungskondensator 3 aufzuladen, und durchläuft dann durch die Diode 302b, um der Inverterschaltung 100 eingegeben zu werden. Die Ausgabe der Inverterschaltung 100 durchläuft durch die Drosselspule 2, um zur Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt veranlasst die Steuerschaltung 10, dass die Inverterschaltung 100 einen PWM-Betrieb durchführt, durch eine Kombination der zuvor genannten vier Typen einer Steuerung, wodurch die Gleichspannungsquelle 105 veranlasst wird, eine Entladung oder eine Aufladung und Entladung durchzuführen, und somit die Stromsteuerung durchzuführen.
Innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode T schaltet die Steuerschaltung 10, wie in 5 gezeigt, die Halbleiter-Umschaltvorrichtung 304a, welche ein Kurzschluss-Umschalter in Steuerung für die Konverterschaltung 300 ist, ein, wodurch der Glättungskondensator 3 überbrückt wird. Zu diesem Zeitpunkt sind die weiteren Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a, 302a und 303a in der Konverterschaltung 300 ausgeschaltet. Ein Strom von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 durchläuft durch die Halbleiter-Umschaltvorrichtung 304a und die Diode 302b in der Konverterschaltung 300, um der Inverterschaltung 100 eingegeben zu werden, lädt die Gleichspannungsquelle 105 auf, und durchläuft dann durch die Drosselspule 2, um zur Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt veranlasst die Steuerschaltung 10, dass die Inverterschaltung 100 einen PWM-Betrieb durchführt, durch eine Kombination einer Steuerung zum Aufladen der Gleichspannungsquelle 105 und einer Steuerung zum Veranlassen, dass kein Strom dort hereinfließt, wodurch die Gleichspannungsquelle 105 aufgeladen wird, und somit die Stromsteuerung durchführt.
In der Steuerung für die Konverterschaltung 300 wurde jener Fall beschrieben, bei welchem die Steuerschaltung 10 jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 302a und 304a lediglich dann einschaltet, wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtung als ein Kurzschluss-Umschalter betrieben wird. Wenn jedoch ein Strom in jede der Dioden 301b bis 304b fließt, kann die entsprechende der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a bis 304a, mit welcher die Diode gegenparallel verbunden ist, eingeschaltet werden, so dass der Strom in die entsprechende der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a bis 304a fließt. Das heißt, unabhängig davon ob die Spannung Vin innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode T positiv oder negativ ist, können die zwei Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 302a und 304a als Kurzschluss-Umschalter eingeschaltet werden, oder können die weiteren zwei Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a und 303a als Kurzschluss-Umschalter eingeschaltet werden.
Durch den zuvor genannten Betrieb gibt die Inverterschaltung 100 im Heraufsetz-Betrieb der Leistungsumwandlungseinrichtung, wie in 6 gezeigt, die Spannung (–Vin) aus, um die Gleichspannungsquelle 105 durch die Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode T aufzuladen. Danach, innerhalb einer Zeitperiode von θ₁ ≤ θ < Π – θ₁, um zu veranlassen, dass die Gleichspannungsquelle 105 entlädt, fügt die Inverterschaltung 100 (Vdc* – Vin), welches eine Ausgangsspannung von der Inverterschaltung 100 ist, zu der Spannung Vin der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 hinzu, wodurch die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 derart gesteuert wird, dass sie die Zielspannung Vdc* ist, welche höher als eine Spitzenspannung von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ist.
Zusätzlich, im Herabsetz-Betrieb von der Leistungsumwandlungseinrichtung, wie in 7 gezeigt, gibt die Inverterschaltung 100 die Spannung (–Vin) aus, um die Gleichspannungsquelle 105 durch die Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode T aufzuladen. Danach fügt die Inverterschaltung 100 eine Ausgangsspannung von der Inverterschaltung 100 zu der Spannung Vin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 hinzu, wodurch die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 derart gesteuert wird, dass sie die Zielspannung Vdc* ist, welche niedriger ist als die Spitzenspannung von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1. Hier wird θ₂ (0 < θ₂ < Π/2) als jene Phase θ definiert, bei welcher die Spannung Vin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 gleich der Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 ist. Dann, wenn die Phase θ in einem Bereich von θ₁ < θ < θ₂ ist, und wenn die Phase θ in einem Bereich von Π – θ₂ ≤ θ < Π – θ₁ ist, gibt die Inverterschaltung 100 eine Spannung (Vdc* – Vin) aus, um zu veranlassen, dass die Gleichspannungsquelle 105 entlädt. Wenn die Phase θ in einem Bereich von θ₂ ≤ θ < Π – θ₂ ist, gibt die Inverterschaltung 100 eine Spannung (Vin – Vdc*) aus, um die Gleichspannungsquelle 105 aufzuladen.
Wie zuvor beschrieben, schaltet die Steuerschaltung 10 im Leistungsfahrbetrieb, wenn die Spannungsphase θ von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ist: (die Nulldurchgang-Phase (θ = 0, Π) ± θ₁), die Steuerung für die Konverterschaltung 300 um, und schaltet die Steuerschaltung 10 lediglich innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode T, welche ein Phasenbereich zwischen ±θ₁, zentriert auf der Nulldurchgang-Phase, die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 302a und 304a, welche Kurzschluss-Umschalter sind, ein, um den Glättungskondensator 3 zu überbrücken. Zu diesem Zeitpunkt führt die Steuerschaltung 10 die Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 derart durch, um in der Inverterschaltung 100 eine Spannung zu erzeugen, welche im Wesentlichen gleich der Spannung mit entgegengesetzter Polarität von der Spannung Vin ist, und um den Strom Iin derart zu steuern, dass der Eingangsleistungsfaktor etwa 1 ist, während die Gleichspannungsquelle 105 aufgeladen wird. Andererseits führt die Steuerschaltung 10 in dem Phasenbereich, welcher sich von der Kurzschluss-Zeitperiode unterscheidet, die Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 derart durch, dass die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Zielspannung Vdc* beibehalten wird, und um den Strom Iin derart zu steuern, dass der Eingangsleistungsfaktor etwa 1 beträgt. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Absolutwert von der Spannung Vin gleich oder kleiner als die Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 ist, entlädt die Gleichspannungsquelle 105, und, wenn der Absolutwert von der Spannung Vin gleich oder höher als die Zielspannung Vdc* ist, wird die Gleichspannungsquelle 105 aufgeladen.
Es ist zu erwähnen, dass, obwohl die Kurzschluss-Zeitperiode T auf der Nulldurchgang-Phase (θ = 0, Π) zentriert ist, die Kurzschluss-Zeitperiode T einen Bereich, einschließlich der Nulldurchgang-Phase, annehmen kann, dessen Zentrum in beide Richtungen abweicht.
Zusätzlich kann der Phasenbereich der Kurzschluss-Zeitperiode T derart entschieden werden, dass eine Energie zum Aufladen und eine Energie zum Entladen der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 zueinander gleich erstellt werden. Wenn eine Energie zum Aufladen und eine Energie zum Entladen der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 zueinander gleich sind, wird im Herabsetz-Betrieb, bei welchem Vdc* < Vp erfüllt ist, die folgende Gleichung erlangt. Hier ist Vp eine Spitzenspannung von der Spannung Vin, und ist Ip ein Spitzenstrom des Stroms Iin. [Gleichung 1]
Hierbei wird, wenn Vin = Vp·sinθ und Iin = Ip·sinθ angenommen werden, Vdc* = Vp·Π/(4cosθ₁) erlangt.
Vdc* nimmt seinen unteren Grenzwert an, wenn θ₁ gleich 0 ist, wobei der untere Grenzwert (Π/4)Vp beträgt.
Somit wird die Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 durch θ₁ entschieden, welche den Phasenbereich von der Kurzschluss-Zeitperiode T entscheidet. Das heißt, dass die Zielspannung Vdc* durch ein Ändern von θ₁ gesteuert werden kann. Dann wird die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 derart gesteuert, dass sie der Zielspannung Vdc* folgt.
Als Nächstes wird eine Spannungsbedingung für die Gleichspannungsquelle 105 der Inverterschaltung 100 beschrieben.
Die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 wird derart eingestellt, dass sie gleich oder höher als eine gewünschte erzeugte Spannung von der Inverterschaltung 100 in jedem Bereich von 0 ≤ θ < θ₁ und θ₁ ≤ θ < Π/2 im Heraufsetz-Betrieb, und in jedem Bereich von 0 ≤ θ < θ₁, θ₁ ≤ θ < θ₂ und θ₂ ≤ θ < Π/2 im Herabsetz-Betrieb ist, wobei die Inverterschaltung 100 die zuvor genannte gewünschte Steuerung mit einer hohen Zuverlässigkeit durchführen kann. Das heißt, dass die folgenden drei Bedingungen erfüllt sein müssen.

A: Vsub ≥ Vp·sinθ₁
B: Vsub ≥ (Vdc* – Vp·sinθ₁)
C: Vsub ≥ (Vp – Vdc*)

Hier ist Vp eine Spitzenspannung der Spannung Vin, und ist die Spannung Vsub derart eingestellt, dass sie gleich oder niedriger als die Spitzenspannung Vp ist.
Demgemäß ist ein Einstell-Freigabebereich der Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 wie in 8 gezeigt. Durch ein derartiges Einstellen der Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 wird es möglich, die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Zielspannung Vdc* beizubehalten, und die Steuerung für die Inverterschaltung 100 zum Steuern des Stroms Iin derart durchzuführen, dass der Eingangsleistungsfaktor etwa 1 beträgt, und zwar mit einer hohen Zuverlässigkeit über den gesamten Bereich von Phasen der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1.
In der Inverterschaltung 100, welche einer PWM-Steuerung unterworfen ist, nimmt der Verlust mit zunehmender Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 zu. Daher ist es gewünscht, dass die Spannung Vsub unter der Spannungsbedingung, welche den zuvor genannten Einstell-Freigabebereich erfüllt, klein eingestellt wird.
Ferner, durch ein Einstellen von lediglich dem Phasenbereich zwischen ±θ₁, zentriert auf der Nulldurchgang-Phase, als die Kurzschluss-Zeitperiode T zum Überbrücken des Glättungskondensators 3, wird es, unabhängig ob innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode T oder weiteren Zeitperioden, möglich, durch Betreiben von der Inverterschaltung 100 den Strom Iin derart zu steuern, dass der Eingangsleistungsfaktor etwa 1 ist, und eine Gleichspannungsleistung mit einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator 3 auszugeben.
Im Folgenden wird eine Steuerung für die Inverterschaltung 100 und die Konverterschaltung 300 als Nächstes detailliert mit Bezug auf 9 beschrieben. 9 ist ein Steuer-Blockdiagramm durch die Steuerschaltung 10, und zeigt eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 und eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100.
Wie in 9 gezeigt, veranlasst die Steuerschaltung 10, bei der Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300, dass die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 einem Anweisungswert Vsub* folgt.
Die Steuerschaltung 10 erlangt eine Ausgabe 33 durch PI-Steuerung als eine Spannungsanweisung, unter Verwendung von einer Differenz 32 als eine Rückführgröße zwischen dem eingestellten Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub, und erzeugt dann, basierend auf der Spannungsanweisung, ein Gate-Signal 12 für jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a bis 304a von der Konverterschaltung 300 durch eine PWM-Steuersektion 34. Die PWM-Steuersektion 34 führt einen Vergleichsbetrieb unter Verwendung einer Dreieckswelle (eine mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierte Dreieckswelle) 35 als eine Trägerwelle durch, welche mit einer Periode synchronisiert ist, welche doppelt so hoch ist wie die Frequenz von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1, und erzeugt das Gate-Signal 12, welches veranlasst, dass ein Signal, welches durch den Vergleichsbetrieb erlangt ist, im Wesentlichen auf der Nulldurchgang-Phase von der Spannung Vin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zentriert operiert, und zwar in Abhängigkeit von der Polarität der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1. Das heißt, dass durch das Gate-Signal 12 ebenso die Kurzschluss-Zeitperiode T zum Kurzschließen der Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung 300 derart gesteuert wird, dass die Kurzschluss-Zeitperiode T mit abnehmender Spannung Vsub zunimmt und die Kurzschluss-Zeitperiode T mit zunehmender Spannung Vsub abnimmt.
Zu einer Phase von (der Nulldurchgang-Phase – θ₁) der Spannung Vin der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1, wenn die Steuerschaltung 10 den Kurzschluss-Umschalter von der Konverterschaltung 300 durch das Gate-Signal 12 vom ausgeschalteten Zustand aus einschaltet, um den Strom zu steuern, ist es notwendig, eine Spannungsbedingung von Vp·|sinθ₁| < Vsub zu erfüllen. In Bezug auf die Stromsteuerung, wenn die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 derart abgenommen hat, so dass sie außerhalb der zuvor angegebenen Spannungsbedingung ist, beschränkt die PWM-Steuersektion 34 den Kurzschluss-Umschalter darin, eingeschaltet zu werden. Dann wird, wenn sich die Phase von der Spannung Vin der Nulldurchgang-Phase annähert und |Vin| < Vsub erfüllt wurde, der Kurzschluss-Umschalter vom ausgeschalteten Zustand aus eingeschaltet.
Zusätzlich wird die Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub ebenso einer Spannungs-Bestimmungseinheit 28 eingegeben. Wenn die Differenz 32 außerhalb eines eingestellten Bereichs wird, gibt die Spannungs-Bestimmungseinheit 28 Steuersignale 28a und 28b aus. Das Steuersignal 28 ist ein Signal zum Ändern der Steuerung für die Konverterschaltung 300. Wenn die Spannung Vsub aus der zuvor erwähnten Spannungsbedingung für die Stromsteuerung wird und dann weiter abnimmt, um gleich oder niedriger als ein vorbestimmter unterer Grenzwert V_L zu werden, wird das Steuersignal 28a an die PWM-Steuersektion 34 ausgegeben. Die PWM-Steuersektion 34 gibt die Beschränkung eines EIN-Betriebes des Kurzschluss-Umschalters frei und schaltet den Kurzschluss-Umschalter ein, um die Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung 300 kurzzuschließen, wodurch die Gleichspannungsquelle 105 aufgeladen wird, bis die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 der Inverterschaltung 100 eine erforderliche Spannung annimmt.
Es ist zu erwähnen, dass das Steuersignal 28b ein Signal zum Ändern der Steuerung für die Inverterschaltung 100 ist. Wenn die Spannung Vsub derart zugenommen hat, dass sie gleich oder höher als ein vorbestimmter oberer Grenzwert V_H wird, wird das Steuersignal 28b basierend auf der Differenz 32 von der Spannungs-Bestimmungseinheit 28 ausgegeben. Dann wird die Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 im Folgenden beschrieben.
Wie in 9 gezeigt, behält die Steuerschaltung 10 bei der Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Zielspannung Vdc* bei, und steuert den Strom Iin derart, dass der Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ungefähr 1 ist. Zunächst erlangt die Steuerschaltung 10 bei der Steuerung für einen stationären Zustand eine Ausgabe durch PI-Steuerung als einen Amplituden-Zielwert 22a, unter Verwendung von einer Differenz 21a zwischen der Gleichspannung Vdc und der Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 als eine Rückführgröße, und erzeugt dann, basierend auf dem Amplituden-Zielwert 22a, eine Stromanweisung Iin*, welche eine Sinuswelle ist, welche mit der Spannung Vin synchronisiert ist, von einer mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierten Frequenz 23, welche eine Amplitude von 1 hat. Als Nächstes erlangt die Steuerschaltung 10 eine Ausgabe durch PI-Steuerung unter Verwendung von einer Differenz 24 zwischen der Stromanweisung Iin* und dem erfassten Strom Iin als eine Rückführgröße, und wird die erlangte Ausgabe als eine Spannungsanweisung 25 verwendet, welche ein Zielwert der erzeugten Spannung von der Inverterschaltung 100 ist. Zu diesem Zeitpunkt korrigiert die Steuerschaltung 10 die Spannungsanweisung 25 durch ein Addieren von einer Vorwärtssteuerung-Korrekturspannung ΔV hierzu, welche mit einem Zeitpunkt einer Umschaltung zwischen einer Steuerung innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode T zum Kurzschalten der Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung 300 und einer Steuerung, um jeden Wechselspannung-Anschluss von der Konverterschaltung 300 in leitfähiger Verbindung mit dem Glättungskondensator 3 zu erstellen, das heißt eine Steuerung innerhalb jener Perioden, welche sich von der Kurzschluss-Zeitperiode unterscheiden, synchronisiert ist. Dann erzeugt die Steuerschaltung 10, basierend auf der korrigierten Spannungsanweisung 26, durch eine PWM-Steuersektion 27 das Gate-Signal 11 für jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a von der Inverterschaltung 100, wodurch die Inverterschaltung 100 betrieben wird.
Zusätzlich, wenn die Spannung Vsub derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, wird das Steuersignal 28b von der Spannungs-Bestimmungseinheit 28 an eine Zusatzspannung-Betriebseinheit 29a ausgegeben, basierend auf der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub, wodurch die Steuerung von jener für den zuvor beschriebenen stationären Zustand geändert wird. Das heißt, dass die Zusatzspannung-Betriebseinheit 29a eine positive Spannung ΔV_A gemäß der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der Spannung Vsub ausgibt, und die positive Spannung ΔV_A zur Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 hinzuaddiert. Somit wird die Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 erhöht, um die Stromanweisung Iin* zu erhöhen, wodurch die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle 105 der Inverterschaltung 100 erhöht wird. Somit führt die Steuerschaltung 10 eine Steuerung durch, um die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle 105 zum Zeitpunkt der Entladung, verglichen mit dem stationären Zustand, zu erhöhen, bis die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 der Inverterschaltung 100 eine erforderliche Spannung annimmt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform steuert die Steuerschaltung 10 die Inverterschaltung 100 basierend auf der Stromanweisung Iin*, wodurch eine Steuerung realisiert wird, welche verursacht, dass die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 der Zielspannung Vdc* folgt, und verbessert den Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1. In der Konverterschaltung 300 treten, da es nicht notwendig ist, eine hochfrequente Umschaltung durchzuführen, kaum Umschaltverluste auf. Zusätzlich kann die Inverterschaltung 100, welche derart arbeitet, um den Leistungsfaktor zu steuern und die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 zu steuern, die Spannung Vsub, welche bei der Umschaltung verwendet wird, viel niedriger erstellen als die Spitzenspannung von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1. Daher ist es möglich, einen Umschaltverlust und Rauschen ohne eine große Drosselspule 2 zu reduzieren, wodurch die Zuverlässigkeit von Vorrichtungen in der Inverterschaltung 100 verbessert wird.
Zusätzlich steuert die Steuerschaltung 10 die Konverterschaltung 300 durch ein Bereitstellen von der Kurzschluss-Zeitperiode T zum Überbrücken des Glättungskondensators 3, so dass die Gleichspannungsquelle 105 in der Inverterschaltung 100 innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode T aufgeladen wird. Daher ist es möglich, zu verhindern, dass der Strom 0 annimmt, ohne dass die Inverterschaltung 100 eine hohe Spannung erzeugt, und eine Energie, welche in der Gleichspannungsquelle 105 gespeichert ist, zur Entladung an den Glättungskondensator 3, zu verwenden. Daher kann die Spannung, welche bei der Umschaltung verwendet wird, in der Inverterschaltung 100 weiter reduziert werden, wodurch die Wirksamkeit weiter erhöht werden kann und Rauschen weiter reduziert werden kann.
Zusätzlich, wenn die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 derart zugenommen hat, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, ändert die Steuerschaltung 10 die Steuerung für die Inverterschaltung 100 von der Steuerung für den stationären Zustand, um die positive Spannung ΔV_A entsprechend der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der Spannung Vsub zur Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 hinzuzuaddieren, wodurch die Zielspannung Vdc* erhöht wird, um die Stromanweisung Iin* zu erhöhen. Somit ist es möglich, die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 zu erhöhen, um die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 schnell zurückzugewinnen. Daher kann die Steuerschaltung 10 die Stromsteuerung für den stationären Zustand in der Inverterschaltung 100, das heißt die Spannungssteuerung zum Ausgeben der ursprünglichen Zielspannung Vdc* an den Glättungskondensator 3, schnell zurückgewinnen, wodurch die Spannungssteuerung zum Ausgeben einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator 3 stabil fortgesetzt wird.
Zusätzlich, wenn die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 der Inverterschaltung 100 derart abgenommen hat, dass sie außerhalb der vorbestimmten Spannungsbedingung für die Stromsteuerung ist, beschränkt die Steuerschaltung 10 den Kurzschluss-Umschalter von der Konverterschaltung 300 darin, eingeschaltet zu werden, wodurch der Stromsteuerung der Vorrang gegeben wird. Wenn der Kurzschluss-Umschalter darin beschränkt wird, eingeschaltet zu werden, wird der Stromsteuerung der Vorrang gegeben, wobei jedoch die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 nicht zurückgewonnen wird, bis der Kurzschluss-Umschalter eingeschaltet wird, und gibt es daher eine Befürchtung, dass der Leistungsumwandlungs-Betrieb zum Ausgeben einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator 3 deaktiviert werden könnte. Wenn jedoch die Spannung Vsub ferner soweit abgenommen hat, dass sie gleich oder niedriger als der vorbestimmte untere Grenzwert V_L ist, gibt die Steuerschaltung 10 die Beschränkung des EIN-Betriebes des Kurzschluss-Umschalters frei, um die Gleichspannungsquelle 105 aufzuladen. Hieraus resultierend ist es, obwohl die Stromsteuerung zeitweilig gestört wird, möglich, die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 schnell zurückzugewinnen, und die Stromsteuerung für den stationären Zustand in der Inverterschaltung schnell zurückzugewinnen, wodurch die Spannungssteuerung zum Ausgeben einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator stabil fortgesetzt wird.
Es ist zu erwähnen, dass, da die Leistungsumwandlungseinrichtung in der vorliegenden Ausführungsform lediglich den Leistungsfahrbetrieb durchführt, die Konverterschaltung 300 lediglich Dioden ohne die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a und 303a an den oberen Auslegern der zwei Brücken-Schaltungen haben kann, welche zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen parallel verbunden sind.
Ausführungsform 2
In der zuvor genannten Ausführungsform 1, wenn die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, erhöht die Steuerschaltung 10 die Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3, um die Stromanweisung Iin* zu erhöhen. Andererseits wird die Stromanweisung Iin* in der vorliegenden Ausführungsform durch eine weitere Steuerung erhöht.
10 ist ein Steuer-Blockdiagramm durch die Steuerschaltung 10 von einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung und zeigt eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 und eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100. Es ist zu erwähnen, dass der Aufbau von der Hauptschaltung gleich jenem der zuvor genannten Ausführungsform 1 ist, und dass die Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 gleich jener wie in 9 von der zuvor genannten Ausführungsform 1 ist.
Wie in 10 gezeigt, wird, in der Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100, die Steuerschaltung 10 die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Zielspannung Vdc* beibehalten, und wird sie den Strom Iin derart steuern, dass der Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ungefähr 1 ist. Zunächst wird die Steuerschaltung 10 bei der Steuerung für den stationären Zustand eine Ausgabe, als den Amplituden-Zielwert 22a, durch PI-Steuerung unter Verwendung der Differenz 21a zwischen der Gleichspannung Vdc und der Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 als eine Rückführgröße erlangen, und dann, basierend auf dem Amplituden-Zielwert 22a, die Stromanweisung Iin*, welche eine Sinuswelle ist, welche mit der Spannung Vin synchronisiert ist, von der mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierten Frequenz 23, welche eine Amplitude von 1 hat, erzeugen.
Wenn die Spannung Vsub derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, wird das Steuersignal 28b von der Spannungs-Bestimmungseinheit 28 an eine Amplituden-Multiplikationseinheit 29b, basierend auf der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub, ausgegeben, wodurch die Steuerung von jener von dem zuvor beschriebenen stationären Zustand geändert wird. Das heißt, dass die Amplituden-Multiplikationseinheit 29b die Amplitude (= 1) von der mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierten Frequenz 23 mit einem Koeffizienten K, welcher der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der Spannung Vsub entspricht, multipliziert, wodurch eine mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierte Frequenz 23a erzeugt wird, welche eine Amplitude von K hat. Dann wird die Stromanweisung Iin*, welche eine Sinuswelle ist, welche mit der Spannung Vin synchronisiert ist, vom Amplituden-Zielwert 22a und der mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierten Frequenz 23a, welche die Amplitude von K hat, erzeugt.
Die weiteren Punkte der Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 sind gleich jenen wie in 9 in der zuvor genannten Ausführungsform 1 beschrieben.
In diesem Fall erhöht die Steuerschaltung 10 die Amplitude von der mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierten Frequenz 23, um die Stromanweisung Iin* zu erhöhen, bis die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 eine erforderliche Spannung annimmt. Daher ist es, wie in der zuvor genannten Ausführungsform 1, möglich, die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle 105 zu erhöhen, um die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 schnell zurückzugewinnen, wodurch die gleiche Wirkung bereitgestellt wird.
Ausführungsform 3
In den zuvor genannten Ausführungsformen 1 und 2, wenn die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 der Inverterschaltung 100 derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, erhöht die Steuerschaltung 10 die Stromanweisung Iin*, um die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105 zu erhöhen. Andererseits wird in der vorliegenden Ausführungsform die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle 105 durch eine weitere Steuerung erhöht.
11 ist ein Steuer-Blockdiagramm durch die Steuerschaltung 10 einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung und zeigt eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 und eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100. Es ist ebenso in diesem Fall zu erwähnen, dass der Aufbau von der Hauptschaltung gleich jenem wie bei der zuvor genannten Ausführungsform 1 ist, und dass die Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 gleich jener ist, wie in 9 der zuvor erwähnten Ausführungsform 1 gezeigt.
Wie in 11 gezeigt, behält die Steuerschaltung 10 bei der Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 bei der Zielspannung Vdc* bei, und steuert sie den Strom Iin derart, dass der Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ungefähr 1 ist. Zunächst erlangt die Steuerschaltung 10 bei der Steuerung für den stationären Zustand eine Ausgabe durch PI-Steuerung als den Amplituden-Zielwert 22a, unter Verwendung der Differenz 21a zwischen der Gleichspannung Vdc und der Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 als eine Rückführgröße, und erzeugt dann, basierend auf dem Amplituden-Zielwert 22a, die Stromanweisung Iin*, welche eine Sinuswelle ist, welche mit der Spannung Vin synchronisiert ist, von der mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierten Frequenz 23, welche eine Amplitude von 1 hat.
Wenn die Spannung Vsub derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, wird das Steuersignal 28b von der Spannungs-Bestimmungseinheit 28 an eine Phasenverschiebeeinheit 29c (engl.: Phase shifting unit) basierend auf der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub ausgegeben, wodurch die Steuerung von jener für den zuvor beschriebenen stationären Zustand geändert wird. Das heißt, dass die Phasenverschiebeeinheit 29c die Phase von der mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierten Frequenz 23, welche eine Amplitude von 1 hat, um einen Phasenwinkel Δθ entsprechend der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der Spannung Vsub verschiebt, wodurch eine Frequenz 23b erzeugt wird. Dann wird die Stromanweisung Iin*, welche eine Sinuswelle ist, deren Phase um den vorbestimmten Phasenwinkel Δθ von der Phase der Spannung Vin verschoben ist, von dem Amplituden-Zielwert 22a und der Frequenz 23b erzeugt.
Die weiteren Punkte der Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 sind gleich jenen wie in 9 der zuvor genannten Ausführungsform 1 beschrieben.
In diesem Fall verschiebt die Steuerschaltung 10 die Phase der Stromanweisung Iin* um den vorbestimmten Phasenwinkel Δθ, bis die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 eine erforderliche Spannung annimmt. Hieraus resultierend steigt ein Blindstrom (engl.: wattless current) an, und wird die Inverterschaltung 100 derart der Ausgabesteuerung unterworfen, dass die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle 105 erhöht wird. Daher ist es möglich, die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 schnell zurückzugewinnen, wodurch die gleiche Wirkung bereitgestellt wird.
Es ist zu erwähnen, dass die Steuerverfahren zum Erhöhen der Stromanweisung Iin*, wie in den zuvor genannten Ausführungsformen 1 und 2 beschrieben, und das Steuerverfahren zum Verschieben der Phase der Stromanweisung Iin*, wie in der zuvor genannten Ausführungsform 3 beschrieben, jeweils alleine durchgeführt werden können oder auf eine kombinierte Art und Weise durchgeführt werden können, um die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle 105 zu erhöhen.
Ausführungsform 4
In der vorliegenden Ausführungsform wird, wenn die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105 durch eine weitere Steuerung erhöht.
12 ist ein Steuer-Blockdiagramm durch die Steuerschaltung 10 einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung und zeigt eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 und eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100. Es ist zu erwähnen, dass ebenso in diesem Fall der Aufbau von der Hauptschaltung gleich jenem der zuvor genannten Ausführungsform 1 ist.
Obwohl die Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 gleich jener wie in 9 in der zuvor genannten Ausführungsform 1 ist, wird in diesem Fall, wenn die Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub außerhalb des eingestellten Bereiches gelangt ist, die Spannungs-Bestimmungseinheit 28, welche die Differenz 32 empfängt, das gleiche Steuersignal 28a wie in der zuvor genannten Ausführungsform 1 zum Ändern der Steuerung für die Konverterschaltung 300, und ein im Folgenden beschriebenes Steuersignal 29d zum Ändern der Steuerung für die Inverterschaltung 100 ausgeben.
Wie in 12 gezeigt, behält die Steuerschaltung 10 in der Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Zielspannung Vdc* bei, und steuert den Strom Iin derart, dass der Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ungefähr 1 ist. Die Steuerung für den stationären Zustand ist gleich jener der zuvor genannten Ausführungsform 1.
Zusätzlich, wenn die Spannung Vsub derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, wird das Steuersignal 29d von der Spannungs-Bestimmungseinheit 28 an die PWM-Steuersektion 27 basierend auf der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub ausgegeben, wodurch die Steuerung von jener für den zuvor beschriebenen stationären Zustand geändert wird. Das heißt, dass die PWM-Steuersektion 27 verursacht, dass jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a damit fortfährt, in einem vorbestimmten Umschaltzustand zu sein, bis die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 eine erforderliche Spannung annimmt, und eine derartige Steuerung durchführt, dass ein Strom in jene Richtung fließt, welche hervorruft, dass die Gleichspannungsquelle 105 in der Inverterschaltung 100 entlädt.
Somit ist es möglich, die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 zu erhöhen, um die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 schnell zurückzugewinnen, wodurch die gleiche Wirkung bereitgestellt wird.
Ausführungsform 5
In den zuvor genannten Ausführungsformen 1 bis 4 wurde lediglich der Leistungsfahrbetrieb der Leistungsumwandlungseinrichtung beschrieben. Andererseits hat die Leistungsumwandlungseinrichtung in Ausführungsform 5 eine Regenerationsfunktion. Normalerweise führt die Leistungsumwandlungseinrichtung den Leistungsfahrbetrieb durch, wobei die Leistungsumwandlungseinrichtung jedoch, wenn die Spannung des Glättungskondensators 3 angestiegen ist, eine Leistung an die Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 über einen Regenerationsbetrieb zurückgewinnt. Es ist zu erwähnen, dass der Schaltungsaufbau gleich jenem ist, wie in 1 gezeigt, und dass der Leistungsfahrbetrieb gleich jenem der zuvor genannten Ausführungsform 1 ist.
13 bis 16 zeigen Stromlaufpläne im Regenerationsbetrieb. Wenn die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 von der Zielspannung Vdc* aus um eine vorbestimmte Spannung angestiegen ist, schaltet die Steuerschaltung 10 die Steuerung für die Leistungsumwandlungseinrichtung vom Leistungsfahrbetrieb in den Regenerationsbetrieb um.
Zunächst wird jener Fall beschrieben, bei welchem die Spannung Vin der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 positiv ist, das heißt, dass θ in einem Bereich von 0 ≤ θ < Π ist
In der Inverterschaltung 100 wird, wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 103a ausgeschaltet sind, ein Strom derart fließen, um zu bewirken, dass die Gleichspannungsquelle 105 entladen wird, und wird, wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 104a ausgeschaltet sind, ein Strom derart fließen, dass die Gleichspannungsquelle 105 aufgeladen wird. Andererseits wird, wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 104a ausgeschaltet sind, und wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 103a ausgeschaltet sind, ein Strom fließen, ohne in die Gleichspannungsquelle 105 zu fließen. Die Steuerschaltung 10 steuert die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a durch eine Kombination der vier Typen von Steuerung, wie zuvor beschrieben, um den Strom Iin derart zu steuern, dass der Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ungefähr (–1) ist, und um eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 durch PWM-Steuerung durchzuführen, wodurch verursacht wird, dass die Gleichspannungsquelle 105 eine Aufladung und Entladung durchführt, und die erzeugte Spannung auf der Wechselspannungsseite auf die Spannung Vin, welche eine Ausgabe der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ist, überlagert wird. Es ist zu erwähnen, dass, wenn der Strom, welcher in jeder der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a fließt, vom Emitter zum Kollektor davon fließt, die Halbleiter-Umschaltvorrichtung ausgeschaltet werden kann, um somit zu verursachen, dass der Strom in die entsprechende der Dioden 101b bis 104b fließt, welche mit der Halbleiter-Umschaltvorrichtung gegenparallel verbunden sind.
Wie in 13 gezeigt, sind die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a und 304a in der Konverterschaltung 300 eingeschaltet. Ein Strom vom positiven Anschluss des Glättungskondensators 3 durchläuft durch die Halbleiter-Umschaltvorrichtung 301a der Konverterschaltung 300, um der Inverterschaltung 100 eingegeben zu werden. Der Strom von der Inverterschaltung 100 durchläuft durch die Drosselspule 2, um an der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zurückgewonnen zu werden, und dann vom weiteren Anschluss der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1, durchläuft durch die Halbleiter-Umschaltvorrichtung 304a der Konverterschaltung 300, um zum negativen Anschluss des Glättungskondensators 3 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt ruft die Steuerschaltung 10 hervor, dass die Inverterschaltung 100 einen PWM-Betrieb durchführt, und zwar durch eine Kombination der zuvor genannten vier Typen von Steuerung, wodurch hervorgerufen wird, dass die Gleichspannungsquelle 105 eine Entladung oder eine Hufladung und Entladung durchführt, und somit die Stromsteuerung durchführt. Die Gleichspannungsquelle 105 wird mit einer Energie vom Glättungskondensator 3 aufgeladen, und in der Zwischenzeit wird, im Falle der Entladung (Heraufsetz-Betrieb), eine Energie von der Gleichspannungsquelle 105, zusammen mit einer Energie vom Glättungskondensator 3, an die Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zurückgewonnen.
Innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode T, welche einem Phasenbereich zwischen ±θ₁, zentriert auf der Nulldurchgang-Phase von der Spannung Vin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1, entspricht, wie in 14 gezeigt, schaltet die Steuerschaltung 10 die Halbleiter-Umschaltvorrichtung 304a, welche ein Kurzschluss-Umschalter in der Konverterschaltung 300 ist, ein, wodurch der Glättungskondensator 3 überbrückt wird. Ein Strom vom positiven Anschluss in der Inverterschaltung 100 durchläuft durch die Drosselspule 2, um an der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zurückgewonnen zu werden. Dann durchläuft der Strom vom anderen Anschluss der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 durch die Halbleiter-Umschaltvorrichtung 304a und die Diode 302b von der Konverterschaltung 300, und wird der Inverterschaltung 100 eingegeben, um zum negativen Anschluss von der Gleichspannungsquelle 105 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt ruft die Steuerschaltung 10 hervor, dass die Inverterschaltung 100 einen PWM-Betrieb durchführt, und zwar durch eine Kombination von einer Steuerung zum Hervorrufen, dass die Gleichspannungsquelle 105 entlädt, und einer Steuerung zum Hervorrufen, dass kein Strom dort hereinfließt, wodurch hervorgerufen wird, dass die Gleichspannungsquelle 105 entlädt, und somit die Stromsteuerung durchgeführt wird.
Als Nächstes wird jener Fall beschrieben, bei welchem die Spannung Vin negativ ist, das heißt, dass 0 in einem Bereich von Π ≤ θ < 2Π ist.
In der Konverterschaltung 100 wird, wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 104a ausgeschaltet sind, ein Strom derart fließen, um zu verursachen, dass die Gleichspannungsquelle 105 entlädt, und wird, wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 103a ausgeschaltet sind, ein Strom derart fließen, dass die Gleichspannungsquelle 105 aufgeladen wird. Andererseits wird, wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 104a ausgeschaltet sind, und wenn die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 102a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a und 103a ausgeschaltet sind, ein Strom fließen, ohne in die Gleichspannungsquelle 105 zu fließen. Die Steuerschaltung 10 steuert die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a durch eine Kombination der vier Typen von Steuerung, wie zuvor beschrieben, um den Strom Iin derart zu steuern, dass der Leistungsfaktor der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ungefähr (–1) ist, und eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 durch PWM-Steuerung durchführen, wodurch verursacht wird, dass die Gleichspannungsquelle 105 eine Aufladung und Entladung durchführt, und die erzeugte Spannung auf der Wechselspannungsseite auf die Spannung Vin überlagert wird, welche eine Ausgabe der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 ist.
Wie in 15 gezeigt, werden die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 302a und 303a in der Konverterschaltung 300 eingeschaltet. Ein Strom vom positiven Anschluss des Glättungskondensators 3 durchläuft durch die Halbleiter-Umschaltvorrichtung 303a der Konverterschaltung 300, um an der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zurückgewonnen zu werden. Dann durchläuft der Strom vom weiteren Anschluss der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 durch die Drosselspule 2, um der Inverterschaltung 100 eingegeben zu werden, und durchläuft der Strom von der Inverterschaltung 100 durch die Halbleiter-Umschaltvorrichtung 302a der Konverterschaltung 300, um an den negativen Anschluss des Glättungskondensators 3 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt verursacht die Steuerschaltung 10, dass die Inverterschaltung 100 einen PWM-Betrieb durchführt, und zwar durch eine Kombination der zuvor genannten vier Typen von Steuerung, wodurch verursacht wird, dass die Gleichspannungsquelle 105 eine Entladung oder eine Aufladung und Entladung durchführt, und somit die Stromsteuerung durchgeführt wird. Die Gleichspannungsquelle 105 wird mit einer Energie vom Glättungskondensator 3 aufgeladen, und in der Zwischenzeit wird, im Falle einer Entladung (Heraufsetz-Betrieb), eine Energie von der Gleichspannungsquelle 105, zusammen mit einer Energie vom Glättungskondensator 3, an der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zurückgewonnen.
Innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode T, welche einem Phasenbereich zwischen ±θ₁, welcher auf der Nulldurchgang-Phase der Spannung Vin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zentriert ist, entspricht, schaltet die Steuerschaltung 10, wie in 16 gezeigt, die Halbleiter-Umschaltvorrichtung 302a, welche ein Kurzschluss-Umschalter in der Konverterschaltung 300 ist, ein, wodurch der Glättungskondensator 3 überbrückt wird. Ein Strom vom positiven Anschluss in der Inverterschaltung 100 durchläuft durch die Halbleiter-Umschaltvorrichtung 302a und die Diode 304b der Konverterschaltung 300, um an der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zurückgewonnen zu werden. Dann durchläuft der Strom vom weiteren Anschluss der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 durch die Drosselspule 2, und wird der Inverterschaltung 100 eingegeben, um zum negativen Anschluss der Gleichspannungsquelle 105 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt verursacht die Steuerschaltung 10, dass die Inverterschaltung 100 einen PWM-Betrieb durchführt, und zwar durch eine Kombination einer Steuerung zum Verursachen, dass die Gleichspannungsquelle 105 entlädt, und einer Steuerung zum Verursachen, dass kein Strom dort hereinfließt, wodurch ein Entladen der Gleichspannungsquelle 105 verursacht wird und somit die Stromsteuerung durchgeführt wird.
Bei der Steuerung für die Konverterschaltung 300 kann die Steuerschaltung 10, unabhängig davon, ob die Spannung Vin positiv oder negativ ist, innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode T die zwei Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 302a und 304a als Kurzschluss-Umschalter einschalten, oder kann die weiteren zwei Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a und 303a als Kurzschluss-Umschalter einschalten.
Wie zuvor beschrieben, schaltet die Steuerschaltung 10 ebenso im Regenerationsbetrieb, wie im Leistungsfahrbetrieb, wenn die Spannungsphase θ von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 beträgt: (die Nulldurchgang-Phase (θ = 0, Π) ± θ₁), die Steuerung für die Konverterschaltung 300 um, und wird der Glättungskondensator 3 lediglich innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode T zwischen ±θ₁, zentriert auf der Nulldurchgang-Phase, überbrückt. Zu diesem Zeitpunkt führt die Steuerschaltung 10 die Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 derart durch, dass in der Inverterschaltung 100 eine Spannung erzeugt wird, welche im Wesentlichen gleich der Spannung mit entgegengesetzter Polarität von der Spannung Vin ist, und dass der Strom Iin derart gesteuert wird, dass der Eingangsleistungsfaktor ungefähr (–1) beträgt, während die Gleichspannungsquelle 105 entlädt. Andererseits führt die Steuerschaltung 10, in jenem Phasenbereich, welcher sich von der Kurzschluss-Zeitperiode unterscheidet, die Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 derart durch, dass die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Zielspannung Vdc* beibehalten wird, und dass der Strom Iin derart gesteuert wird, dass der Eingangsleistungsfaktor ungefähr (–1) beträgt. Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Absolutwert der Spannung Vin gleich oder niedriger als die Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 ist, wird die Gleichspannungsquelle 105 aufgeladen, und wenn der Absolutwert der Spannung Vin gleich oder höher als die Zielspannung Vdc* ist, entlädt die Gleichspannungsquelle 105.
Es ist zu erwähnen, dass, obwohl die Kurzschluss-Zeitperiode T auf der Nulldurchgang-Phase (θ = 0, Π) zentriert ist, die Kurzschluss-Zeitperiode T einen Bereiches einnehmen kann, einschließlich der Nulldurchgang-Phase, dessen Zentrum in eine Richtung abweicht.
Als Nächstes wird eine Steuerung für die Inverterschaltung 100 und die Konverterschaltung 300 im Folgenden mit Bezug auf 17 detailliert beschrieben. 17 ist ein Steuer-Blockdiagramm durch die Steuerschaltung 10 und zeigt eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 und eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100.
Wie in 17 gezeigt, verursacht die Steuerschaltung 10 in der Eingabesteuerung für die Konverterschaltung 300, dass die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 einem Anweisungswert Vsub* folgt.
Zuerst, wie bei der zuvor genannten Ausführungsform 1, gibt die Steuerschaltung 10 die Ausgabe 33, welche durch PI-Steuerung unter Verwendung, als eine Rückführgröße, von der Differenz 32 zwischen dem eingestellten Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub erlangt ist, einer Leistungsfahr-/Regenerations-Auswahl-Einrichtung 40 ein. Zusätzlich wird ein Signal 33a, welches durch Invertieren der Polarität von der Ausgabe 33 erlangt ist, welche durch die PI-Steuerung erlangt ist, ebenso der Leistungsfahr-/Regenerations-Auswahl-Einrichtung 40 eingegeben. Basierend auf dem Leistungsfahr-/Regenerationssignal 37, wird die Ausgabe 33 im Leistungsfahrbetrieb ausgewählt und ausgegeben, und wird das Signal 33a im Regenerationsbetrieb ausgewählt und ausgegeben.
Dann wird, basierend auf der Ausgabe von der Leistungsfahr-/Regenerations-Auswahl-Einrichtung 40 als eine Spannungsanweisung, das Gate-Signal 12 für jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a bis 304a der Konverterschaltung 300 durch die PWM-Steuersektion 34 erzeugt. Die PWM-Steuersektion 34 führt einen Vergleichsbetrieb unter Verwendung, als eine Trägerwelle, von der Dreieckswelle (eine mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierte Dreieckswelle) 35, welche mit einer Periode synchronisiert ist, welche dem Doppelten der Frequenz von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 entspricht, durch, und erzeugt das Gate-Signal 12, welches verursacht, dass ein Signal, welches durch den Vergleichsbetrieb erlangt ist, derart arbeitet, dass es im Wesentlichen auf der Nulldurchgang-Phase von der Spannung Vin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zentriert ist, basierend auf der Polarität von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 und dem Leistungsfahr-/Regenerationssignal 37. Das heißt, dass durch das Gate-Signal 12 ebenso die Kurzschluss-Zeitperiode T zum Kurzschließen der Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung 300 derart gesteuert wird, dass, im Leistungsfahrbetrieb, die Kurzschluss-Zeitperiode T mit abnehmender Spannung Vsub zunimmt, und die Kurzschluss-Zeitperiode T mit zunehmender Spannung Vsub abnimmt. Zusätzlich wird im Regenerationsbetrieb die Kurzschluss-Zeitperiode T derart gesteuert, dass die Kurzschluss-Zeitperiode T mit abnehmender Spannung Vsub abnimmt, und die Kurzschluss-Zeitperiode T mit zunehmender Spannung Vsub zunimmt.
Bei einer Phase von: (die Nulldurchgang-Phase von der Wechselspannung Vin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 – θ₁), wenn die Steuerschaltung 10 den Kurzschluss-Umschalter von der Konverterschaltung 300 durch das Gate-Signal 12 von AUS auf EIN umschaltet, um den Strom zu steuern, ist es notwendig, eine Spannungsbedingung von Vp·|sinθ₁| < Vsub zu erfüllen. In Anbetracht der Stromsteuerung, wenn die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 derart abgenommen hat, dass sie außerhalb der zuvor genannten Spannungsbedingung ist, beschränkt die PWM-Steuersektion 34 den Kurzschluss-Umschalter darin, eingeschaltet zu werden. Dann, wenn sich die Phase von der Spannung Vin der Nulldurchgang-Phase annähert und |Vin| < Vsub erfüllt ist, wird der Kurzschluss-Umschalter von AUS auf EIN umgeschaltet.
Die Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub wird ebenso der Spannungs-Bestimmungseinheit 28 eingegeben. Wenn die Spannung Vsub angestiegen ist und die Differenz 32 außerhalb des eingestellten Bereiches gelangt ist, gibt die Spannungs-Bestimmungseinheit 28 das Steuersignal 28b aus, um die Steuerung für die Inverterschaltung 100 sowohl im Leistungsfahrbetrieb als auch im Regenerationsbetrieb zu ändern. Wenn die Spannung Vsub abgenommen hat und die Differenz 32 außerhalb des eingestellten Bereichs gelangt ist, gibt die Spannungs-Bestimmungseinheit 28 das Steuersignal 28a aus, um die Steuerung für die Konverterschaltung 300 lediglich im Leistungsfahrbetrieb zu ändern.
Wenn die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 der Inverterschaltung 100 derart abgenommen hat, dass sie außerhalb der vorbestimmten Spannungsbedingung für die Stromsteuerung ist, wie zuvor beschrieben, beschränkt die Steuerschaltung 10 den Kurzschluss-Umschalter von der Konverterschaltung 300 darin, eingeschaltet zu werden, wodurch der Stromsteuerung der Vorrang gegeben wird. Wenn der EIN-Betrieb des Kurzschluss-Umschalters beschränkt ist, wird der Stromsteuerung der Vorrang gegeben, wobei hingegen im Leistungsfahrbetrieb die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 nicht zurückgewonnen wird, bis der Kurzschluss-Umschalter eingeschaltet ist. Im Leistungsfahrbetrieb gibt die Steuerschaltung 10, wie bei der zuvor genannten Ausführungsform 1, wenn die Spannung Vsub weiter abgenommen hat, so dass sie gleich oder niedriger als der vorbestimmte untere Grenzwert V_L ist, die Beschränkung des EIN-Betriebes des Kurzschluss-Umschalters durch das Steuersignal 28a frei, um die Gleichspannungsquelle 105 aufzuladen. Hieraus resultierend ist es, obwohl die Stromsteuerung zeitweilig gestört ist, möglich, die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 schnell zurückzugewinnen und die Stromsteuerung für den stationären Zustand in der Inverterschaltung 100 schnell zurückzugewinnen, wodurch die Spannungssteuerung zum Ausgeben einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator 3 stabil fortgesetzt wird.
Im Regenerationsbetrieb, wenn die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 derart abgenommen hat, dass sie außerhalb der vorbestimmten Spannungsbedingung für die Stromsteuerung ist, und die Steuerschaltung 10 den Kurzschluss-Umschalter darin beschränkt hat, eingeschaltet zu werden, um der Stromsteuerung den Vorrang zu geben, wird die Gleichspannungsquelle 105 daran gehindert, vom Glättungskondensator 3 getrennt zu werden und entladen zu werden, und wird im Gegensatz hierzu die Gleichspannungsquelle 105 durch eine Regenerationsleistung vom Glättungskondensator 3 aufgeladen. Somit gibt es kein Problem.
Wie in 17 gezeigt, behält die Steuerschaltung 10 in der Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 für den stationären Zustand die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Zielspannung Vdc* bei, und steuert den Strom Iin derart, dass der Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 im Leistungsfahrbetrieb ungefähr 1 ist, und im Regenerationsbetrieb ungefähr (–1) ist. In diesem Fall wird die Polarität der Differenz 21a zwischen der Gleichspannung Vdc und der Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 in Abhängigkeit vom Leistungsfahrbetrieb/Regenerationsbetrieb invertiert. Daher kann die Steuerschaltung 10 die Stromsteuerung durch Steuern der Inverterschaltung 100, auf die gleiche Art und Weise wie in der zuvor genannten Ausführungsform 1, entweder im Leistungsfahrbetrieb oder im Regenerationsbetrieb durchführen.
Wenn die Spannung Vsub derart zugenommen hat, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, wird das Steuersignal 28b von der Spannungs-Bestimmungseinheit 28 an die Zusatzspannung-Betriebseinheit 29a basierend auf der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub ausgegeben, wodurch die Steuerung von jener für den stationären Zustand, wie zuvor beschrieben, geändert wird. Die Zusatzspannung-Betriebseinheit 29a gibt die positive Spannung ΔV_A gemäß der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der Spannung Vsub aus, so dass die positive Spannung ΔV_A zu der Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 im Leistungsfahrbetrieb hinzuaddiert wird, und so dass die positive Spannung ΔV_A von der Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 im Regenerationsbetrieb subtrahiert wird.
Somit, im Leistungsfahrbetrieb, erhöht die Steuerschaltung 10 die Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3, um die Stromanweisung Iin* zu erhöhen, wodurch die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 erhöht wird. Andererseits, im Regenerationsbetrieb, verringert die Steuerschaltung 10 die Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3, um die Stromanweisung Iin* zu erhöhen, wodurch die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 erhöht wird.
Somit, wenn die Spannung Vsub derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, und zwar entweder im Leistungsfahrbetrieb oder im Regenerationsbetrieb, steuert die Steuerschaltung 10 die Inverterschaltung 100 derart, dass die Stromanweisung Iin* erhöht wird, um die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle 105, im Vergleich zum stationären Zustand, zu erhöhen, bis die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 der Inverterschaltung 100 eine erforderliche Spannung annimmt.
Wie zuvor beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform die Leistungsumwandlungseinrichtung eine Gleichspannungsleistung im Leistungsfahrbetrieb derart ausgeben, dass die Spannung des Glättungskondensators 3 eine gewünschte Spannung annimmt, und wird die Leistungsumwandlungseinrichtung, wenn die Spannung des Glättungskondensators 3 um eine vorbestimmte Spannung angestiegen ist, eine Leistung an die Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 über den Regenerationsbetrieb zurückgewinnen. Wenn beispielsweise ein Inverter zum Steuern eines Elektromotors oder dergleichen mit dem Glättungskondensator 3 verbunden ist, wird, wenn der Elektromotor verzögert, eine Leistung an den Glättungskondensator 3 zurückgegeben und steigt die Spannung des Glättungskondensators 3 an. Sogar wenn die Spannung des Glättungskondensators 3 wie zuvor beschrieben zugenommen hat, wird eine Leistung des Glättungskondensators 3 an die Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 über den Regenerationsbetrieb zurückgewonnen, wodurch der Glättungskondensator 3 derart stabil gesteuert werden kann, dass er eine gewünschte Spannung hat.
Zusätzlich, wenn die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, ändert die Steuerschaltung 10 die Steuerung für die Inverterschaltung 100 von der Steuerung für den stationären Zustand, um einen Additions-/Subtraktions-Betrieb für die Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 derart durchzuführen, dass die Stromanweisung Iin* im Leistungsfahrbetrieb oder Regenerationsbetrieb erhöht wird. Somit ist es möglich, die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 zu erhöhen, um die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 schnell zurückzugewinnen. Daher ist es möglich, die Stromsteuerung für den stationären Zustand in der Inverterschaltung 100, das heißt die Spannungssteuerung zum Ausgeben der ursprünglichen Zielspannung Vdc* an den Glättungskondensator 3, schnell zurückzugewinnen, wodurch die Spannungssteuerung zum Ausgeben einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator 3 stabil fortgeführt wird.
Zusätzlich, wenn die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 derart abgenommen hat, dass sie außerhalb der vorbestimmten Spannungsbedingung für die Stromsteuerung ist, beschränkt die Steuerschaltung 10 den Kurzschluss-Umschalter von der Konverterschaltung 300 darin, eingeschaltet zu sein, wodurch der Stromsteuerung der Vorrang gegeben wird. Im regenerativen Betrieb kann, wenn der Kurzschluss-Umschalter darin beschränkt ist, eingeschaltet zu sein, die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 zurückgewonnen werden. Im Leistungsfahrbetrieb wird, wie bei der zuvor genannten Ausführungsform 1, wenn die Spannung Vsub weiter derart abgenommen hat, dass sie gleich oder niedriger als der vorbestimmte untere Grenzwert V_L ist, die Beschränkung des EIN-Betriebes des Kurzschluss-Umschalters freigegeben, und wird die Gleichspannungsquelle 105 aufgeladen, wodurch die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 schnell zurückgewonnen werden kann, und die Stromsteuerung für den stationären Zustand in der Inverterschaltung schnell zurückgewonnen werden kann. Somit ist es möglich, die Spannungssteuerung zum Ausgeben einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator stabil fortzuführen.
Ausführungsform 6
Ebenso kann in der Leistungsumwandlungseinrichtung, welche die in der zuvor genannten Ausführungsform 5 beschriebene regenerative Funktion hat, die Steuerschaltung 10, wie in der zuvor genannten Ausführungsform 2, die Amplitude von der mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierten Frequenz 23 erhöhen, um die Stromanweisung Iin* zu erhöhen.
18 ist ein Steuer-Blockdiagramm durch die Steuerschaltung 10 einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung, und zeigt eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 und eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100. Es ist zu erwähnen, dass der Aufbau der Hauptschaltung gleich jenem der zuvor genannten Ausführungsformen 1 und 5 ist, und dass die Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 gleich jener ist, wie in 17 der zuvor genannten Ausführungsform 5 gezeigt.
Wenn die Spannung Vsub derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, wird das Steuersignal 28b von der Spannungs-Bestimmungseinheit 28 an die Amplituden-Multiplikationseinheit 29b basierend auf der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub ausgegeben, wodurch die Steuerschaltung 10 die Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 von der Steuerung für den zuvor beschriebenen stationären Zustand ändert. Dann multipliziert die Amplituden-Multiplikationseinheit 29b, entweder im Leistungsfahrbetrieb oder Regenerationsbetrieb, die Amplitude (= 1) von der mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierten Frequenz 23 mit einem Koeffizienten K entsprechend der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der Spannung Vsub, wodurch die mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierte Frequenz 23a, welche eine Amplitude von K hat, erzeugt wird. Dann wird die Stromanweisung Iin*, welche eine Sinuswelle ist, welche mit der Spannung Vin synchronisiert ist, vom Amplituden-Zielwert 22a und der mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierten Frequenz 23a, welche die Amplitude von K hat, erzeugt.
Die weiteren Punkte der Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 sind gleich jenen, wie in 17 in der zuvor genannten Ausführungsform 5 beschrieben.
Somit, wenn die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, ändert die Steuerschaltung 10 die Steuerung für die Inverterschaltung 100 von der Steuerung für den stationären Zustand, und erhöht, entweder im Leistungsfahrbetrieb oder im Regenerationsbetrieb, die Amplitude von der mit der Wechselspannung-Leistungsversorgung synchronisierten Frequenz 23, um die Stromanweisung Iin* zu erhöhen, bis die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 eine erforderliche Spannung annimmt. Somit ist es möglich, die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle 105 der Inverterschaltung 100 zu erhöhen, um die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 schnell zurückzugewinnen, wodurch die gleiche Wirkung wie in der zuvor genannten Ausführungsform 5 bereitgestellt wird.
Es ist zu erwähnen, dass die Steuerverfahren zum Erhöhen der Stromanweisung Iin*, wie in den zuvor genannten Ausführungsformen 5 und 6 beschrieben, jeweils alleine durchgeführt werden können oder auf eine kombinierte Art und Weise durchgeführt werden können, um die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105 zu erhöhen.
Ausführungsform 7
In der vorliegenden Ausführungsform wird bei der Leistungsumwandlungseinrichtung, welche die Regenerationsfunktion hat, wenn die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle 105 durch die gleiche Steuerung wie bei der zuvor genannten Ausführungsform 4 erhöht.
19 ist ein Steuer-Blockdiagramm durch die Steuerschaltung 10 von einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung, und zeigt eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 und eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100. Es ist zu erwähnen, dass ebenso in diesem Fall der Aufbau von der Hauptschaltung gleich jenem der zuvor beschriebenen Ausführungsformen 1 und 5 ist.
Obwohl die Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 gleich jener ist, wie in 17 in der zuvor genannten Ausführungsform 5 beschrieben, wird in jenem Fall, bei welchem die Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub außerhalb des eingestellten Bereiches gelangt, die Spannungs-Bestimmungseinheit 28, welche die Differenz 32 empfängt, das gleiche Steuersignal 28a wie in der zuvor genannten Ausführungsform 5 zum Ändern der Steuerung für die Konverterschaltung 300, und das Steuersignal 29d zum Andern der Steuerung für die Inverterschaltung 100 ausgeben.
Wenn die Spannung Vsub derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, wird das Steuersignal 29d von der Spannungs-Bestimmungseinheit 28 an die PWM-Steuersektion 27 basierend auf der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub ausgegeben, wobei die Steuerschaltung 10 die Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 von der Steuerung für den stationären Zustand, wie zuvor beschrieben, ändert. Dann verursacht die PWM-Steuersektion 27 im Leistungsfahrbetrieb oder im Regenerationsbetrieb, dass jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a damit fortfährt, in einem vorbestimmten Umschaltzustand zu sein, bis die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 eine erforderliche Spannung annimmt, und führt eine derartige Steuerung durch, dass ein Strom in jene Richtung fließt, bei welcher hervorgerufen wird, dass die Gleichspannungsquelle 105 in der Inverterschaltung 100 entlädt.
Die weiteren Punkte der Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 sind gleich jenen, wie in 17 in der zuvor genannten Ausführungsform 5 beschrieben.
Somit ist es möglich, die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 zu erhöhen, um die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 schnell zurückzugewinnen, wodurch die gleiche Wirkung bereitgestellt wird.
In den zuvor genannten Ausführungsformen 5 bis 7, im Regenerationsbetrieb, wenn die Spannung Vsub ferner vom oberen Grenzwert V_H aus ansteigt, um eine vorbestimmte Spannung zu übersteigen, sogar obwohl die Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 derart geändert ist, dass die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105 ansteigt, kann der Kurzschluss-Umschalter bei der Steuerung für die Konverterschaltung 300 eingeschaltet werden, um die Gleichspannungsquelle 105 vom Glättungskondensator 3 zu trennen, und zu bewirken, dass die Gleichspannungsquelle 105 entlädt, wodurch eine Leistung an die Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 regeneriert werden kann.
Ausführungsform 8
Bei den obigen Ausführungsformen enthält die Inverterschaltung 100 einen Einzel-Phase-Inverter. Jedoch kann eine Inverterschaltung 110, wie in 20 gezeigt, eine Mehrzahl von Einzel-Phase-Invertern 100 und 200 enthalten, deren Wechselspannungsseiten in Serie verbunden sind. Wie bei der zuvor genannten Ausführungsform 1, sind die Einzel-Phase-Inverter 100 und 200 jene Inverter mit einem Vollbrücken-Aufbau, welche jeweils enthalten: eine Mehrzahl von sich selbst ausschaltenden Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a und 201a bis 204a, wie beispielsweise IGBTs, mit welchen jeweils Dioden 101b bis 104b und 201b bis 204b gegenparallel verbunden sind; und Gleichspannungsquellen 105 und 205. In diesem Fall beträgt die Summe der Ausgaben der Einzel-Phase-Inverter 100 und 200 gleich der Ausgabe der Inverterschaltung 110.
Basierend auf Spannungen Vsub und Vsuba der Gleichspannungsquellen 105 und 205 der Einzel-Phase-Inverter 100 und 200, der Spannung Vdc des Glättungskondensators 3, und der Spannung Vin und dem Strom Iin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1, führt eine Steuerschaltung 10a, wie bei den zuvor genannten Ausführungsformen, eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 unter Verwendung der Stromanweisung Iin* derart durch, dass die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 einer Zielspannung nachfolgt, und sich der Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 dem Wert 1 im Leistungsfahrbetrieb 1 annähert, und sich im Regenerationsbetrieb dem Wert (–1) annähert. Zusätzlich führt die Steuerschaltung 10a eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 derart durch, dass die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 dem Anweisungswert Vsub* folgt, indem die Kurzschluss-Zeitperiode T zum Überbrücken des Glättungskondensators 3 bereitgestellt wird. Dann wird die erzeugte Spannung auf der Wechselspannungsseite von der Inverterschaltung 110 der Spannung Vin von der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 überlagert.
Ebenso wird bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Spannungen der Gleichspannungsquellen 105 und 205 von der Inverterschaltung 110 derart angestiegen sind, dass sie gleich oder höher als ein vorbestimmter oberer Grenzwert sind, wie bei den zuvor genannten Ausführungsformen, die Steuerschaltung 110a die Steuerung für die Inverterschaltung 110 von jener für den stationären Zustand ändern, um die Entladegrößen der Gleichspannungsquellen 105 und 205 zu erhöhen. Zusätzlich, wenn die Spannungen der Gleichspannungsquellen 105 und 205 derart abgenommen haben, dass sie außerhalb einer vorbestimmten Spannungsbedingung für die Stromsteuerung sind, beschränkt die Steuerschaltung 10a den Kurzschluss-Umschalter von der Konverterschaltung 300 darin, eingeschaltet zu sein, wodurch der Stromsteuerung der Vorrang gegeben wird. Dann wird im Leistungsfahrbetrieb, wenn die Spannungen der Gleichspannungsquellen 105 und 205 weiter derart abgenommen haben, dass sie gleich oder niedriger als ein vorbestimmter unterer Grenzwert sind, die Beschränkung des EIN-Betriebes des Kurzschluss-Umschalters freigegeben, und werden die Gleichspannungsquellen 105 und 205 aufgeladen.
Somit ist es, sogar wenn die Spannungen der Gleichspannungsquellen 105 und 205 von der Inverterschaltung 110 stark schwankten, wie bei den zuvor genannten Ausführungsformen, möglich, die Spannungen der Gleichspannungsquellen 105 und 205 schnell zurückzugewinnen, und die Stromsteuerung für den stationären Zustand in der Inverterschaltung 110 schnell zurückzugewinnen, wodurch die Spannungssteuerung zum Ausgeben einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator stabil fortgesetzt wird.
Es ist zu erwähnen, dass die Inverterschaltung 110 ihre Ausgabe durch stufenweise Steuerung erlangen kann, welche eine stufenförmige Spannungs-Wellenform erzeugt, indem die Summe der Ausgaben der Mehrzahl von Einzel-Phase-Inverter verwendet wird, oder eine PWM-Steuerung für lediglich einen spezifischen Einzel-Phase-Inverter aus der Mehrzahl von Einzel-Phase-Invertern durchführen kann.
Ausführungsform 9
Als Nächstes wird eine Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 21 ist ein schematischer Schaltplan der Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 9.
Wie in 21 gezeigt, ist die gleiche Hauptschaltung wie jene der zuvor genannten Ausführungsform 1 mit einer Gleichspannung-Leistungsversorgung 5 verbunden, um eine gewünschte Gleichspannung zu erlangen. Basierend auf der Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100, der Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 und einer Gleichspannung Va und einem Strom i von der Gleichspannung-Leistungsversorgung 5, erzeugt eine Steuerschaltung 10b ein Gate-Signal 13 an die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a der Inverterschaltung 100, und ein Gate-Signal 14 an die Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a bis 304a von der Konverterschaltung 300, so dass die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 die konstante Zielspannung Vdc* annimmt, wodurch eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 und die Konverterschaltung 300 durchgeführt wird.
Die Steuerschaltung 10b lädt die Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 auf, indem eine Kurzschluss-Zeitperiode in einem vorbestimmten Zyklus, innerhalb dessen die Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung 300 kurzgeschlossen sind, um den Glättungskondensator 3 zu überbrücken, bereitgestellt wird, und, in den Zeitperioden, welche sich von der Kurzschluss-Zeitperiode unterscheiden, überlagert die Ausgabe der Inverterschaltung 100 auf die Spannung Va der Gleichspannung-Leistungsversorgung 5 und gibt die resultierende Spannung an den Glättungskondensator 3 aus, wodurch die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf die Zielspannung Vdc* gesteuert wird. In diesem Fall wird die Spannung Va der Gleichspannung-Leistungsversorgung 5 heraufgesetzt, um die Ausgangsspannung Vdc zu erlangen.
Zusätzlich, wie bei der zuvor genannten Ausführungsform 5, hat die Leistungsumwandlungseinrichtung die Regenerationsfunktion. Wenn die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 um eine vorbestimmte Spannung von der Zielspannung Vdc* angestiegen ist, schaltet die Steuerschaltung 10b den Leistungsfahrbetrieb auf den Regenerationsbetrieb um, um eine Leistung an die Gleichspannung-Leistungsversorgung 5 zurückzugewinnen.
Es ist zu erwähnen, dass die Stromläufe im Leistungsfahrbetrieb und im Regenerationsbetrieb gleich jenen sind, wie in den zuvor genannten Ausführungsformen 1 und 5 beschrieben.
Die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105, welche von der Gleichspannung-Leistungsversorgung 5 aufgeladen ist, muss derart eingestellt werden, dass sie niedriger ist als die Gleichspannung Va von der Gleichspannung-Leistungsversorgung 5, und dass sie gleich oder höher als eine gewünschte erzeugte Spannung von der Inverterschaltung 100 ist. Das heißt, dass die Spannung Vsub derart eingestellt ist, dass sie zwei Bedingungen von Vsub < Va und Vsub ≥ Vdc* – Va erfüllt, wobei die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Zielspannung Vdc* beibehalten werden kann.
Demgemäß ist ein Einstell-Freigabebereich der Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 gleich wie in 22 gezeigt. Ebenso wird in diesem Fall, bei der Inverterschaltung 100, welche einer PWM-Steuerung unterworfen ist, der Verlust mit ansteigender Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 ansteigen. Daher ist es gewünscht, dass die Spannung Vsub unter einer Bedingung, welche die zuvor genannten zwei Bedingungen erfüllt, klein eingestellt wird.
Als Nächstes wird eine Steuerung für die Inverterschaltung 100 und die Konverterschaltung 300 im Folgenden mit Bezug auf 23 detailliert beschrieben. 23 ist ein Steuer-Blockdiagramm durch die Steuerschaltung 10b und zeigt eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 und eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100.
Wie in 23 gezeigt, verursacht die Steuerschaltung 10b bei der Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300, dass die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 der Inverterschaltung 100 einem Anweisungswert Vsub* folgt.
Zuerst gibt die Steuerschaltung 10b die Ausgabe 33, welche durch PI-Steuerung unter Verwendung, als eine Rückführgröße, von der Differenz 32 zwischen dem eingestellten Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub erlangt ist, der Leistungsfahr-/Regeneration-Auswahl-Einrichtung 40 ein. Zusätzlich wird das Signal 33a, welches durch ein Invertieren der Polarität von der Ausgabe 33 erlangt ist, welche durch die PI-Steuerung erlangt ist, ebenso der Leistungsfahr-/Regeneration-Auswahl-Einrichtung 40 eingegeben. Basierend auf dem Leistungsfahr-/Regenerationssignal 37, wird die Ausgabe 33 ausgewählt und im Leistungsfahrbetrieb ausgegeben, und wird das Signal 33a im Regenerationsbetrieb ausgewählt und ausgegeben. Dann wird, basierend auf der Ausgabe von der Leistungsfahr-/Regeneration-Auswahl-Einrichtung 40, als eine Spannungsanweisung, das Gate-Signal 14 für jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 301a bis 304a von der Konverterschaltung 300 durch die PWM-Steuersektion 34 erzeugt. Die PWM-Steuersektion 34 führt einen Vergleichsbetrieb unter Verwendung, als eine Trägerwelle, von einer Dreieckswelle 35a, welche in einem vorgegebenen Zyklus entsprechend dem Zyklus von der Kurzschluss-Zeitperiode erzeugt ist, durch, und erzeugt das Gate-Signal 14, von einem Signal, welches durch den Vergleichsbetrieb erlangt ist, basierend auf dem Leistungsfahr-/Regenerationssignal 37.
Das heißt, dass durch das Gate-Signal 14 ebenso die Kurzschluss-Zeitperiode zum Kurzschließen der Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung 300 derart gesteuert wird, dass die Kurzschluss-Zeitperiode im Leistungsfahrbetrieb mit abnehmender Spannung Vsub ansteigt, und die Kurzschluss-Zeitperiode mit ansteigender Spannung Vsub abnimmt. Zusätzlich wird die Kurzschluss-Zeitperiode im Regenerationsbetrieb derart gesteuert, dass die Kurzschluss-Zeitperiode mit abnehmender Spannung Vsub abnimmt, und die Kurzschluss-Zeitperiode mit ansteigender Spannung Vsub ansteigt.
Die Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub wird ebenso der Spannungs-Bestimmungseinheit 28 eingegeben. Wenn die Spannung Vsub angestiegen ist und die Differenz 32 außerhalb des eingestellten Bereichs gelangt ist, gibt die Spannungs-Bestimmungseinheit 28 das Steuersignal 28b aus, um die Steuerung für die Inverterschaltung 100 sowohl im Leistungsfahrbetrieb als auch im Regenerationsbetrieb zu ändern.
Wie in 23 gezeigt, behält die Steuerschaltung 10b bei der Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100, die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Zielspannung Vdc* bei. Bei der Steuerung für den stationären Zustand erlangt die Steuerschaltung 10b, als eine Stromanweisung i*, eine Ausgabe durch eine PI-Steuerung unter Verwendung, als eine Rückführgröße, von der Differenz 21a zwischen der Gleichspannung Vdc und der Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3. Dann erlangt die Steuerschaltung 10 eine Ausgabe durch PI-Steuerung unter Verwendung, als eine Rückführgröße, von einer Differenz 24a zwischen der Stromanweisung i* und dem erfassten Strom i, und wird die erlangte Ausgabe als eine Spannungsanweisung 25a verwendet, welche ein Zielwert von der erzeugten Spannung der Inverterschaltung 100 ist. Zu diesem Zeitpunkt korrigiert die Steuerschaltung 10 die Spannungsanweisung 25a durch ein Hinzuaddieren von der Vorwärtssteuerung-Korrekturspannung ΔV, welche mit einer Zeit eines Umschaltens zwischen einer Steuerung innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode zum Kurzschließen der Wechselspannung-Anschlüsse der Konverterschaltung 300, und einer Steuerung, um jeden Wechselspannung-Anschluss von der Konverterschaltung 300 mit dem Glättungskondensator 3 leitfähig zu gestalten, das heißt, eine Steuerung innerhalb jener Zeitperioden, welche sich von der Kurzschluss-Zeitperiode unterscheiden, synchronisiert ist. Dann, basierend auf der korrigierten Spannungsanweisung 26a, erzeugt die Steuerschaltung 10, durch die PWM-Steuersektion 27, das Gate-Signal 13 für jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a von der Inverterschaltung 100, wodurch die Inverterschaltung 100 betrieben wird.
Wenn die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, wird das Steuersignal 28b von der Spannungs-Bestimmungseinheit 28 an die Zusatzspannung-Betriebseinheit 29a basierend auf der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub ausgegeben, wodurch die Steuerung von jener für den zuvor beschriebenen stationären Zustand geändert wird. Die Zusatzspannung-Betriebseinheit 29a gibt die positive Spannung ΔV_A gemäß der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der Spannung Vsub aus, um somit die positive Spannung ΔV_A zur Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 im Leistungsfahrbetrieb hinzuzuaddieren, und die positive Spannung ΔV_A von der Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 im Regenerationsbetrieb zu subtrahieren.
Somit erhöht die Steuerschaltung 10b im Leistungsfahrbetrieb die Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3, um die Stromanweisung i* zu erhöhen, wodurch die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 erhöht wird. Andererseits verringert die Steuerschaltung 10b im Regenerationsbetrieb die Zielspannung Vdc* des Glättungskondensators 3, um die Stromanweisung i* zu erhöhen, wodurch die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 erhöht wird.
Somit, wenn entweder im Leistungsfahrbetrieb oder im Regenerationsbetrieb die Spannung Vsub derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, führt die Steuerschaltung 10b eine derartige Steuerung durch, dass die Stromanweisung i* erhöht wird, um die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105, im Vergleich zum stationären Zustand, zu erhöhen, bis die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 eine erforderliche Spannung annimmt. Somit ist es möglich, die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 schnell zurückzugewinnen, und die Stromsteuerung für den stationären Zustand in der Inverterschaltung 100 schnell zurückzugewinnen, das heißt die Spannungssteuerung zum Ausgeben der ursprünglichen Zielspannung Vdc* an den Glättungskondensator 3, wodurch die Spannungssteuerung zum Ausgeben einer gewünschten Spannung an den Glättungskondensator 3 stabil fortgesetzt wird.
Es ist zu erwähnen, dass es, da die Gleichspannung-Leistung von der Gleichspannung-Leistungsversorgung 5 eingegeben wird, notwendig ist, den Leistungsfaktor wie im Falle einer Verwendung der Wechselspannung-Leistungsversorgung 1 zu steuern. Im Leistungsfahrbetrieb wird, wenn die Spannung Vsub der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 abgenommen hat, die Spannung Vsub durch ein Aufladen mit einer erhöhten Kurzschluss-Zeitperiode zurückgewonnen.
Ausführungsform 10
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform wird bei der Leistungsumwandlungseinrichtung, welche in der zuvor genannten Ausführungsform 9 beschrieben ist, wenn die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle 105 durch die gleiche Steuerung wie bei den zuvor genannten Ausführungsformen 4 und 7 erhöht.
24 ist ein Steuer-Blockdiagramm durch die Steuerschaltung 10b einer Leistungsumwandlungseinrichtung gemäß Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung, und zeigt eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 und eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100. Der Aufbau der Leistungsumwandlungseinrichtung ist gleich jenem wie in 21 gezeigt.
Obwohl die Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung 300 gleich jener ist, wie in 23 in Ausführungsform 9 beschrieben, wird in dem Fall, wenn die erfasste Spannung Vsub angestiegen ist und die Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub außerhalb des eingestellten Bereichs gelangt ist, die Spannungs-Bestimmungseinheit 28, welche die Differenz 32 empfängt, das Steuersignal 29d zum Ändern der Steuerung für die Inverterschaltung 100 ausgeben.
Wenn die Spannung Vsub derart angestiegen ist, dass sie gleich oder höher als der vorbestimmte obere Grenzwert V_H ist, wird das Steuersignal 29d von der Spannungs-Bestimmungseinheit 28 an die PWM-Steuersektion 27 basierend auf der Differenz 32 zwischen dem Anweisungswert Vsub* und der erfassten Spannung Vsub ausgegeben, wodurch die Steuerschaltung 10b die Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 von der Steuerung für den zuvor beschriebenen stationären Zustand ändert. Dann verursacht die PWM-Steuersektion 27, entweder im Leistungsfahrbetrieb oder im Regenerationsbetrieb, dass jede der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen 101a bis 104a damit fortfährt, in einem vorbestimmten Umschaltzustand zu sein, bis die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 eine erforderliche Spannung annimmt, und führt eine derartige Steuerung durch, dass ein Strom in jene Richtung fließt, welche hervorruft, dass die Gleichspannungsquelle 105 in der Inverterschaltung 100 entlädt.
Die weiteren Punkte der Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung 100 sind gleich jenen, wie in 23 in Ausführungsform 9 beschrieben.
Somit ist es möglich, die Entladegröße der Gleichspannungsquelle 105 von der Inverterschaltung 100 zu erhöhen, um die Spannung Vsub von der Gleichspannungsquelle 105 schnell zurückzugewinnen, wodurch die gleiche Wirkung bereitgestellt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2009-095160 [0003]

Claims

Leistungsumwandlungseinrichtung, welche enthält: eine Inverterschaltung, welche einen oder mehrere Einzelphase-Inverter enthält, deren Wechselspannungsseiten in Serie verbunden sind, und wobei jeder davon eine Mehrzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen und eine Gleichspannungsquelle enthält, wobei die Wechselspannungsseiten in Serie mit einem ersten Anschluss einer Leistungsversorgung verbunden sind, wobei die Inverterschaltung die Summe von Ausgaben der Einzelphase-Inverter auf eine Ausgabe der Leistungsversorgung überlagert; eine Konverterschaltung, welche eine Mehrzahl von Umschaltern zwischen Gleichspannung-Bus-Leitungen hat, wobei einer der Wechselspannung-Anschlüsse der Konverterschaltung mit einer Wechselspannung-Ausgangsleitung an einer nachfolgenden Stufe der Inverterschaltung verbunden ist, und der andere der Wechselspannung-Anschlüsse mit einem zweiten Anschluss der Leistungsversorgung verbunden ist, wobei die Konverterschaltung eine Gleichspannungsleistung zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen ausgibt; einen Glättungskondensator, welcher zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen verbunden ist, welcher eine Ausgabe der Konverterschaltung glättet; und eine Steuerschaltung, welche eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung derart durchführt, um zu bewirken, dass die Spannung der Gleichspannungsversorgung von der Inverterschaltung einem Anweisungswert folgt, indem eine Kurzschluss-Zeitperiode zum Kurzschließen der Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung zum Überbrücken des Glättungskondensators bereitgestellt wird, und welche eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung derart durchführt, um zu bewirken, dass die Spannung des Glättungskondensators einer Zielspannung folgt, indem eine Stromanweisung verwendet wird, wobei die Steuerschaltung: im Leistungsfahrbetrieb zum Ausgeben einer Leistung an den Glättungskondensator, die Konverterschaltung derart steuert, dass die Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode aufgeladen wird, und dass die Kurzschluss-Zeitperiode mit abnehmender Spannung der Gleichspannungsquelle zunimmt, und die Kurzschluss-Zeitperiode mit zunehmender Spannung der Gleichspannungsquelle abnimmt, und wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung einen vorbestimmten oberen Grenzwert überstiegen hat, die Steuerung für die Inverterschaltung ändert, wodurch die Entladegröße der Gleichspannungsquelle erhöht wird.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung den vorbestimmten oberen Grenzwert überstiegen hat, die Steuerschaltung die Stromanweisung zum Steuern der Inverterschaltung erhöht, wodurch die Entladegröße der Gleichspannungsquelle erhöht wird.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 2, bei welcher im Leistungsfahrbetrieb, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung den vorbestimmten oberen Grenzwert überstiegen hat, die Steuerschaltung die Zielspannung des Glättungskondensators um eine vorbestimmte Spannung erhöht, wodurch die Stromanweisung erhöht wird.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung den vorbestimmten oberen Grenzwert überstiegen hat, die Steuerschaltung hervorruft, dass jede der Mehrzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen damit fortfährt, in einem vorbestimmten Umschaltzustand zu sein, so dass ein Strom derart in die Inverterschaltung fließt, um ein Entladen der Gleichspannungsquelle hervorzurufen.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Leistungsversorgung eine Wechselspannung-Leistungsversorgung ist, und die Steuerschaltung: die Stromanweisung basierend auf einer synchronisierten Frequenz der Wechselspannung-Leistungsversorgung erzeugt, wodurch eine derartige Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung durchgeführt wird, dass der Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung verbessert wird, und wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung den vorbestimmten oberen Grenzwert überstiegen hat, die Amplitude der synchronisierten Frequenz erhöht, wodurch die Stromanweisung erhöht wird.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Leistungsversorgung eine Wechselspannung-Leistungsversorgung ist, und die Steuerschaltung: die Stromanweisung basierend auf einer synchronisierten Frequenz der Wechselspannung-Leistungsversorgung erzeugt, wodurch eine derartige Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung durchgeführt wird, dass der Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung verbessert wird, und im Leistungsfahrbetrieb, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung den vorbestimmten oberen Grenzwert überstiegen hat, die Phase der synchronisierten Frequenz um einen vorbestimmten Winkel verschiebt, wodurch die Entladegröße von der Gleichspannungsquelle erhöht wird.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Leistungsversorgung eine Wechselspannung-Leistungsversorgung ist, und die Steuerschaltung derart die Stromanweisung erzeugt, dass der Leistungsfaktor von der Wechselspannung-Leistungsversorgung verbessert wird, wodurch eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung durchgeführt wird.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 7, bei welcher die Steuerschaltung im Leistungsfahrbetrieb: wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle derart abgenommen hat, dass sie außerhalb einer vorbestimmten Spannungsbedingung ist, um eine Steuerung für die Inverterschaltung unter Verwendung der Stromanweisung freizugeben, die Wechselspannung-Anschlüsse der Konverterschaltung darin beschränkt, kurzgeschlossen zu sein, und wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle weiter derart abgenommen hat, dass sie gleich oder niedriger als ein vorbestimmter unterer Grenzwert ist, die Kurzschluss-Beschränkung der Wechselspannung-Anschlüsse freigibt, wodurch die Gleichspannungsquelle aufgeladen wird.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher die Leistungsversorgung eine Gleichspannung-Leistungsversorgung ist, die Zielspannung des Glättungskondensators derart eingestellt ist, dass sie höher als die Spannung der Gleichspannung-Leistungsversorgung ist, und der Spannungsanweisungswert für die Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung derart eingestellt ist, dass er niedriger als die Spannung der Gleichspannung-Leistungsversorgung ist.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die Steuerschaltung: eine Regenerationsfunktion zum Regenerieren von Leistung vom Glättungskondensator an die Leistungsversorgung hat, und im Betrieb einer Leistungsregeneration vom Glättungskondensator, die Konverterschaltung derart steuert, dass die Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode entlädt, und dass die Kurzschluss-Zeitperiode mit abnehmender Spannung der Gleichspannungsquelle abnimmt, und die Kurzschluss-Zeitperiode mit zunehmender Spannung der Gleichspannungsquelle zunimmt.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher die Steuerschaltung: eine Regenerationsfunktion zum Regenerieren von Leistung vom Glättungskondensator an die Leistungsversorgung hat, im Betrieb der Leistungsregeneration vom Glättungskondensator, die Konverterschaltung derart steuert, dass die Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode entlädt, und dass die Kurzschluss-Zeitperiode mit abnehmender Spannung der Gleichspannungsquelle abnimmt, und die Kurzschluss-Zeitperiode mit zunehmender Spannung der Gleichspannungsquelle zunimmt, und im Betrieb der Leistungsregeneration, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung den vorbestimmten oberen Grenzwert überstiegen hat, die Zielspannung des Glättungskondensators um eine vorbestimmte Spannung verringert, wodurch die Stromanweisung erhöht wird.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welcher die Konverterschaltung zwei Brücken-Schaltungen enthält, welche zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen parallel verbunden sind, und wobei jede davon zwei Halbleiter-Umschaltvorrichtungen enthält, welche als die Umschalter in Serie verbunden sind, und eine Diode gegenparallel mit jeder der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen verbunden ist.
Leistungsumwandlungseinrichtung, welche enthält: eine Inverterschaltung, welche einen oder mehrere Einzelphase-Inverter enthält, deren Wechselspannungsseiten in Serie verbunden sind, und wobei jeder davon eine Mehrzahl von Halbleiter-Umschaltvorrichtungen und eine Gleichspannungsquelle enthält, wobei die Wechselspannungsseiten in Serie mit einem ersten Anschluss einer Wechselspannung-Leistungsversorgung verbunden sind, wobei die Inverterschaltung die Summe von Ausgaben der Einzelphase-Inverter auf eine Ausgabe der Wechselspannung-Leistungsversorgung überlagert; eine Konverterschaltung, welche eine Mehrzahl von Umschaltern zwischen Gleichspannung-Bus-Leitungen hat, wobei einer der Wechselspannung-Anschlüsse der Konverterschaltung mit einer Wechselspannung-Ausgangsleitung an einer nachfolgenden Stufe der Inverterschaltung verbunden ist, und der andere der Wechselspannung-Anschlüsse mit einem zweiten Anschluss der Wechselspannung-Leistungsversorgung verbunden ist, wobei die Konverterschaltung eine Gleichspannungsleistung zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen ausgibt; einen Glättungskondensator, welcher zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen verbunden ist, welcher eine Ausgabe der Konverterschaltung glättet; und eine Steuerschaltung, welche eine Ausgabesteuerung für die Konverterschaltung derart durchführt, um zu bewirken, dass die Spannung der Gleichspannungsversorgung von der Inverterschaltung einem Anweisungswert folgt, indem eine Kurzschluss-Zeitperiode zum Kurzschließen der Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung zum Überbrücken des Glättungskondensators bereitgestellt wird, und welche eine Ausgabesteuerung für die Inverterschaltung derart durchführt, um zu bewirken, dass die Spannung des Glättungskondensators einer Zielspannung folgt, indem eine Stromanweisung verwendet wird, wobei die Steuerschaltung: im Leistungsfahrbetrieb zum Ausgeben einer Leistung an den Glättungskondensator, die Konverterschaltung derart steuert, dass die Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode aufgeladen wird, und dass die Kurzschluss-Zeitperiode mit abnehmender Spannung der Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung zunimmt, und die Kurzschluss-Zeitperiode mit zunehmender Spannung der Gleichspannungsquelle abnimmt, und im Leistungsfahrbetrieb, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle derart abgenommen hat, so dass sie außerhalb einer vorbestimmten Spannungsbedingung ist, um eine Steuerung für die Inverterschaltung unter Verwendung der Stromanweisung zu ermöglichen, die Wechselspannung-Anschlüsse von der Konverterschaltung darin beschränkt, kurzgeschlossen zu sein, und, wenn die Spannung der Gleichspannungsquelle weiter abgenommen hat, so dass sie gleich oder niedriger als ein vorbestimmter unterer Grenzwert ist, die Kurzschluss-Beschränkung der Wechselspannung-Anschlüsse freigibt, wodurch die Gleichspannungsquelle aufgeladen wird.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 13, bei welcher die Steuerschaltung: eine Regenerationsfunktion zum Regenerieren von Leistung vom Glättungskondensator an die Leistungsversorgung hat, und im Betrieb der Leistungsregeneration vom Glättungskondensator, die Konverterschaltung derart steuert, dass die Gleichspannungsquelle von der Inverterschaltung innerhalb der Kurzschluss-Zeitperiode entlädt, und dass die Kurzschluss-Zeitperiode mit abnehmender Spannung der Gleichspannungsquelle abnimmt, und die Kurzschluss-Zeitperiode mit zunehmender Spannung der Gleichspannungsquelle zunimmt.
Leistungsumwandlungseinrichtung nach Anspruch 13 oder 14, bei welcher die Konverterschaltung zwei Brücken-Schaltungen enthält, welche zwischen den Gleichspannung-Bus-Leitungen parallel verbunden sind, und wobei jede davon zwei Halbleiter-Umschaltvorrichtungen enthält, welche als die Umschalter in Serie verbunden sind, und eine Diode gegenparallel mit jeder der Halbleiter-Umschaltvorrichtungen verbunden ist.