DE112012003766T5 - Energie-Umwandlungsvorrichtung - Google Patents

Energie-Umwandlungsvorrichtung Download PDF

Info

Publication number
DE112012003766T5
DE112012003766T5 DE112012003766.9T DE112012003766T DE112012003766T5 DE 112012003766 T5 DE112012003766 T5 DE 112012003766T5 DE 112012003766 T DE112012003766 T DE 112012003766T DE 112012003766 T5 DE112012003766 T5 DE 112012003766T5
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
circuit
inverter circuit
period
capacitor
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE112012003766.9T
Other languages
English (en)
Inventor
c/o Mitsubishi Electric Corp. Kondo Ryota
c/o Mitsubishi Electric Corp. Murakami Satoshi
c/o Mitsubishi Electric Corp. Yamada Masaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of DE112012003766T5 publication Critical patent/DE112012003766T5/de
Granted legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M5/458—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M5/4585—Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having a rectifier with controlled elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4225—Arrangements for improving power factor of AC input using a non-isolated boost converter
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/483—Converters with outputs that each can have more than two voltages levels
    • H02M7/49—Combination of the output voltage waveforms of a plurality of converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0067—Converter structures employing plural converter units, other than for parallel operation of the units on a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/66—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal
    • H02M7/68—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters
    • H02M7/72—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/79—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/797—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output with possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

Eine Wechselrichterschaltung (100), die einen DC-Kondensator (105) enthält, ist in Reihe mit einer Wechselspannungsversorgung (1) verbunden. In einer auf die Wechselrichterschaltung (100) folgenden Stufe ist ein Glättungskondensator (3) über eine Umrichterschaltung (300) angeschlossen. Ein Kurzschluss-Zeitraum T zum Kurzschließen der AC-Anschlüsse der Umrichterschaltung (300) ist in dem einen Zyklus vorgesehen, so dass die Umrichterschaltung (300) gesteuert wird. Es wird eine PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung (100) durchgeführt, um den Leistungsfaktor der Wechselspannungsversorgung zu verbessern. Wenn die Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung (100) nicht durchgeführt werden kann, wird die PWM-Steuerung auf eine PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung (300) umgeschaltet, um die Stromsteuerung durchzuführen.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energie-Umwandlungsvorrichtung, welche das Ausgangssignal auf der Wechselspannungsseite eines einphasigen Wechselrichters einem Energieversorgungs-Ausgang überlagert, um eine gewünschte Gleichspannung zu erhalten.
  • Stand der Technik
  • Bei einer herkömmlichen Energie-Umwandlungsvorrichtung gilt Folgendes: Der Ausgang eines ersten Anschlusses einer Wechselspannungsversorgung ist mit einer Drosselspule verbunden. In der nachfolgenden Stufe der Drosselspule ist die Wechselspannungsseite einer Wechselrichterschaltung, die aus einem einphasigen Wechselrichter aufgebaut ist, in Reihe geschaltet. Der einphasige Wechselrichter in der Wechselrichterschaltung ist aufgebaut aus einer Halbleiter-Schalteinrichtung und einer Gleichspannungsquelle.
  • Außerdem gilt für erste und zweite Reihenschaltungen Folgendes: Sie sind parallelgeschaltet und jeweils aus einem Kurzschluss-Schalter und einer Gleichrichterdiode aufgebaut, die in Reihe geschaltet sind, um einen Wechselrichter zu bilden. Sie sind zwischen beide Anschlüsse eines Glättungskondensators in der Ausgangsstufe geschaltet. Der mittlere Punkt der ersten Reihenschaltung ist mit einer Wechselspannungs-Ausgangsleitung in der nachfolgenden Stufe der Wechselrichterschaltung verbunden. Der mittlere Punkt der zweiten Reihenschaltung ist mit einem zweiten Anschluss der Wechselspannungsversorgung verbunden.
  • Der Strom wird mittels einer PWM-Steuerung gesteuert und ausgegeben, so dass die Gleichspannung des Glättungskondensators auf einer konstanten Sollspannung gehalten werden kann. Der Eingangs-Leistungsfaktor der Wechselspannungsversorgung ist ungefähr 1. Die auf der Wechselspannungsseite erzeugte Spannung wird einer Eingangsspannung von der Wechselspannungsversorgung überlagert.
  • Der Kurzschluss-Schalter wird eingeschaltet, um den Glättungskondensator nur in einem Kurzschluss-Phasenbereich zu umgehen, der bei einer Phase im Nulldurchgang der Phase der Eingangsspannung von der Wechselspannungsversorgung zentriert ist. Ein Spannungsbefehl für die Wechselrichterschaltung wird synchron mit einer Einschalt-/Ausschaltsteuerung des Kurzschluss-Schalter korrigiert (siehe z. B. Patentdokument 1).
  • Liste zum Stand der Technik
  • Patentdokument
    • Patentdokument 1: Japanische Patent-Offenlegungsschrift JP 2009-095 160 A .
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Mit der Erfindung zu lösende Probleme
  • Bei einer solchen Energie-Umwandlungsvorrichtung wird der Lade-/Entladezustand der Gleichspannungsquelle der Wechselrichterschaltung mittels einer Einschalt-/Ausschaltsteuerung des Kurzschluss-Schalters gesteuert, um die Spannung der Gleichspannungsquelle aufrechtzuhalten. Die Wechselrichterschaltung wird einer Ausgangssteuerung unterzogen, um den Strom zu steuern. Falls jedoch die Gleichspannung der Wechselrichterschaltung niedrig ist, kann die Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung nicht durchgeführt werden.
  • Daher muss die Spannung der Gleichspannungsquelle der Wechselrichterschaltung auf einer vergleichsweise hohen Spannung gehalten werden, mit welcher die Stromsteuerung möglich ist. Im Ergebnis wird eine Erhöhung der Stehspannung der Energie-Umwandlungsvorrichtung benötigt. Dies verhindert die Verkleinerung der Vorrichtung und die Verringerung von Leistungsverlusten.
  • Die vorliegende Erfindung wurde konzipiert, um das obige Problem zu lösen. Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kleine und nur niedrige Leistungsverluste aufweisende Energie-Umwandlungsvorrichtung anzugeben, mit welcher die Verringerung der Gleichspannung einer Wechselrichterschaltung möglich ist und welche die Stromsteuerung zuverlässig fortführen kann.
  • Lösung der Probleme
  • Eine Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf:
    eine Wechselrichterschaltung, die eine Vielzahl von Halbleiter-Schalteinrichtungen und einen DC-Kondensator aufweist, und die mit einem ersten Anschluss einer Wechselspannungsversorgung in Reihe geschaltet ist;
    eine Umrichterschaltung, die eine Vielzahl von Halbleiter-Schalteinrichtungen aufweist, welche zwischen DC-Busleitungen vorgesehen sind, wobei der eine AC-Anschluss der Umrichterschaltung in Reihe mit der Wechselrichterschaltung geschaltet ist und der andere AC-Anschluss in Reihe mit einem zweiten Anschluss der Wechselspannungsversorgung geschaltet ist, und wobei die Umrichterschaltung dazu ausgebildet ist, DC-Energie zwischen den DC-Busleitungen auszugeben;
    einen Glättungskondensator, der zwischen die DC-Busleitungen geschaltet ist, zum Glätten des Ausgangs der Umrichterschaltung; und
    eine Steuerungsschaltung zum Steuern der Wechselrichterschaltung und der Umrichterschaltung, so dass die Spannung des DC-Kondensators der Wechselrichterschaltung einem Spannungs-Befehlswert folgt, so dass die Spannung des Glättungskondensators der Sollspannung folgt, und so dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms, welcher den Strom von der Wechselspannungsversorgung darstellt, 1 ist.
  • Die Steuerungsschaltung sieht Folgendes vor: einen Kurzschluss-Zeitraum, inklusive einer Phase der Wechselspannungsversorgung im Nulldurchgang, in welchem die AC-Anschlüsse der Umrichterschaltung kontinuierlich kurzgeschlossen werden, um den Glättungskondensator zu umgehen; und einen Zeitraum mit offenem Kreis, in welchem der DC-Ausgang der Umrichterschaltung kontinuierlich an den Glättungskondensator ausgegeben wird.
  • Die Steuerungsschaltung sorgt dadurch dafür, dass die Spannung des DC-Kondensators der Wechselrichterschaltung dem eingestellten Spannungs-Befehlswert folgt. Die Steuerungsschaltung führt eine PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung durch, und zwar im Kurzschluss-Zeitraum und im Zeitraum mit offenem Kreis. Die Steuerungsschaltung sieht einen Zeitraum zum Durchführen der PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung gemäß der Spannung des DC-Kondensators vor, und sie steuert den Leistungsfaktor des Eingangsstroms, so dass er 1 ist, und zwar dadurch, dass sie die zwischen der PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung und der PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung schaltet.
  • Wirkung der Erfindung
  • Bei der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung gilt Folgendes: die Steuerungsschaltung sieht einen Zeitraum zum Durchführen der PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung gemäß der Spannung des DC-Kondensators vor und steuert den Leistungsfaktor des Eingangsstroms, so dass er gleich 1 ist, und zwar dadurch, dass sie die zwischen der PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung und der PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung umschaltet.
  • Daher kann die Stromsteuerung fortgesetzt werden, und zwar ohne dass die Gleichspannung der Wechselrichterschaltung auf einer hohen Spannung gehalten werden muss. Damit wird es möglich, die Gleichspannung der Wechselrichterschaltung zu verringern und die Stromsteuerung verlässlich fortzuführen. Dadurch werden eine Verkleinerung und eine Verringerung der Leistungsverluste der Energie-Umwandlungsvorrichtung ermöglicht.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 ein Aufbaudiagramm einer Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 2 ein Stromlauf-Diagramm, das einen Stromlaufbetrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • 3 ein Stromlauf-Diagramm, das einen Stromlaufbetrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • 4 ein Stromlauf-Diagramm, das einen Stromlaufbetrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • 5 ein Stromlauf-Diagramm, das einen Stromlaufbetrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • 6 ein Diagramm, das eine Wellenform in jedem Bereich sowie das das Laden und Entladen eines DC-Kondensators einer Wechselrichterschaltung zeigt, um den prinzipiellen Betrieb im Hochsetz-Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
  • 7 ein Diagramm, das eine Wellenform in jedem Bereich sowie das das Laden und Entladen des DC-Kondensators der Wechselrichterschaltung zeigt, um den prinzipiellen Betrieb im Herabsetz-Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
  • 8 ein Diagramm, das den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert, und zwar in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 9 ein Stromlauf-Diagramm im Inneren der Wechselrichterschaltung bei der Stromsteuerung mittels einer Umrichterschaltung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • 10 ein Steuerungs-Blockdiagramm, das die Steuerung für die Umrichterschaltung mittels einer Steuerungsschaltung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 11 ein partielles Steuerungs-Blockdiagramm, das die Steuerung für die Umrichterschaltung mittels der Steuerungsschaltung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 12 ein Steuerungs-Blockdiagramm, das die Steuerung für die Wechselrichterschaltung mittels der Steuerungsschaltung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 13 ein Diagramm, das den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert, und zwar in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung.
  • 14 ein partielles Steuerungs-Blockdiagramm, das die Steuerung für die Umrichterschaltung mittels der Steuerungsschaltung gemäß Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • 15 ein Diagramm, das den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert, und zwar in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung.
  • 16 ein Diagramm, das den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert, und zwar in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung.
  • 17 ein Stromlauf-Diagramm, das einen Rückgewinnungs-Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • 18 ein Stromlauf-Diagramm, das einen Rückgewinnungs-Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • 19 ein Stromlauf-Diagramm, das einen Rückgewinnungs-Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • 20 ein Stromlauf-Diagramm, das einen Rückgewinnungs-Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung erläutert.
  • 21 ein Diagramm, das ein erstes Beispiel des Stromsteuerungs-Schaltbetriebs zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert, und zwar in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 22 ein Diagramm, das ein zweites Beispiel des Stromsteuerungs-Schaltbetriebs zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert, und zwar in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 23 ein Diagramm, das ein drittes Beispiel des Stromsteuerungs-Schaltbetriebs zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert, und zwar in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 24 ein Diagramm, das ein viertes Beispiel des Stromsteuerungs-Schaltbetriebs zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert, und zwar in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung.
  • 25 ein Diagramm, das den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert, und zwar in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
  • 26 ein Diagramm, das ein weiteres Beispiel des Stromsteuerungs-Schaltbetriebs zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert, und zwar in der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung.
  • 27 ein Steuerungs-Blockdiagramm, das die Steuerung für die Umrichterschaltung mittels der Steuerungsschaltung gemäß Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Beschreibung der Ausführungsformen
  • Ausführungsform 1
  • Nachstehend wird eine Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 ist ein schematisches Aufbaudiagramm der Energie-Umwandlungsvorrichtung gemäß Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung.
  • Wie in 1 gezeigt, weist die Energie-Umwandlungsvorrichtung Folgendes auf: eine Hauptschaltung zum Umwandeln von Wechselspannung einer Wechselspannungsversorgung 1 in Gleichspannung und zum Ausgeben der Gleichspannung; und eine Steuerungsschaltung 10.
  • Die Hauptschaltung weist Folgendes auf: eine Drosselspule 2 als strombegrenzende Schaltung; eine Wechselrichterschaltung 100; eine Umrichterschaltung 300; und einen Glättungskondensator 3. Der Ausgang eines ersten Anschlusses der Wechselspannungsversorgung 1 ist mit der Drosselspule 2 verbunden. In einer nachfolgenden Stufe der Drosselspule 2 ist die Wechselspannungsseite der Wechselrichterschaltung 100, die aus einem einphasigen Wechselrichter aufgebaut ist, in Reihe geschaltet.
  • Der eine der Wechselspannungsanschlüsse der Umrichterschaltung 300 ist mit einer Wechselspannungs-Ausgangsleitung in der nachfolgenden Stufe der Wechselrichterschaltung 100 verbunden. Der andere Wechselspannungsanschluss ist mit einem zweiten Anschluss der Wechselspannungsversorgung 1 verbunden. Die Umrichterschaltung 300 gibt eine Gleichspannung an den Glättungskondensator 3 aus, der zwischen die DC-Busleitungen 3a und 3b der Umrichterschaltung 300 geschaltet ist.
  • Der einphasige Wechselrichter in der Wechselrichterschaltung 100 ist ein Wechselrichter mit Vollbrückenkonfiguration, welcher aus folgenden Komponenten aufgebaut ist: eine Vielzahl von Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a bis 104a, wie beispielsweise IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors; Bipolar-Transistoren mit isoliertem Gate), zu welchen Dioden 101b bis 104b jeweils umgekehrt parallelgeschaltet sind; und einem DC-Kondensator 105.
  • Die Umrichterschaltung 300 weist eine Vielzahl von Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a zwischen den DC-Busleitungen auf. In diesem Fall ist die Umrichterschaltung 300 aus zwei Brückenschaltungen aufgebaut, die parallel zwischen die DC-Busleitungen geschaltet sind, wobei jede davon zwei aus der Vielzahl von Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a, wie z. B. IGBTs aufweist, mit welchen jeweils Dioden 301b bis 304b in umgekehrt paralleler Schaltung verbunden sind.
  • Eine Wechselspannungs-Ausgangsleitung in einer nachfolgenden Stufe der Wechselrichterschaltung 100 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen dem Emitter der Halbleiter-Schalteinrichtung 301a und dem Kollektor der Halbleiter-Schalteinrichtung 302a der Umrichterschaltung 300 verbunden. Ein Verbindungspunkt zwischen dem Emitter der Halbleiter-Schalteinrichtung 303a und dem Kollektor der Halbleiter-Schalteinrichtung 304a ist mit dem zweiten Anschluss der Wechselspannungsversorgung 1 verbunden.
  • Es sei angemerkt, dass anstelle von IGBTs die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a bis 104a und 301a bis 304a auch beispielsweise MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors; Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren) sein können, welche eine Diode zwischen Source und Drain aufweisen.
  • Die Drosselspule 2 kann in Reihe zwischen die Wechselrichterschaltung 100 und die Umrichterschaltung 300 geschaltet sein.
  • Auf der Basis der Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100, der Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vin und dem Strom Iin von der Wechselspannungsversorgung 1 erzeugt die Steuerungsschaltung 10 Folgendes: ein Gate-Signal 11 an die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a bis 104a der Wechselrichterschaltung 100; und ein Gate-Signal 12 an die Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a der Umrichterschaltung 300, um eine Ausgangssteuerung für die Wechselrichterschaltung 100 und die Umrichterschaltung 300 durchzuführen, so dass die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 eine konstante Sollspannung Vdc* wird.
  • Eine nicht dargestellte Last ist mit dem Glättungskondensator 3 verbunden. In einem Normalzustand ist die Spannung Vdc niedriger als die Sollspannung Vdc*, und die Steuerungsschaltung 10 führt eine Ausgangssteuerung für die Wechselrichterschaltung 100 und die Umrichterschaltung 300 aus, so dass die Wechselspannung von der Wechselspannungsversorgung 1 umgewandelt wird und eine Gleichspannung dem Glättungskondensator 3 zugeführt wird.
  • Der Stromlaufbetrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung mit dem obigen Aufbau, d. h. der Betrieb beim Ausgeben von Gleichspannung an den Glättungskondensator 3 wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. 2 bis 5 zeigen Stromlauf-Diagramme im Stromlaufbetrieb. 6 ist ein Diagramm, das die Wellenform in jedem Bereich zeigt, und das das Laden und Entladen des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 zeigt, um den prinzipiellen Stromlaufbetrieb im Hochsetz-Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung zu erläutern.
  • 7 ist ein Diagramm, das die Wellenform in jedem Bereich zeigt und das das Laden und Entladen des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 zeigt, um den prinzipiellen Stromlaufbetrieb im Herabsetz-Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung zu erläutern.
  • Es sei angemerkt, dass der Betrieb, in welchem die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 in der Ausgangsstufe höher ist als die Spitzenspannung Vp der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1, als „Hochsetz-Betrieb” bezeichnet wird. Der Betrieb, in welchem die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 in der Ausgangsstufe niedriger ist als die Spitzenspannung Vp der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1, wird als „Herabsetz-Betrieb” bezeichnet. Außerdem zeigen die 6 und 7 die Zustände, in welchen die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 derart gesteuert wird, dass sie die konstante Sollspannung Vdc* wird.
  • Die Spannung Vin aus der Wechselspannungsversorgung 1 hat Wellenformen, wie sie in 6 und 7 gezeigt sind. Die Wechselrichterschaltung 100 steuert den Strom Iin und gibt ihn aus, und zwar mittels einer PWM-Steuerung, so dass der Eingangs-Leistungsfaktor von der Wechselspannungsversorgung 1 ungefähr 1 ist. Sie überlagert eine erzeugte Spannung auf der Wechselspannungsseite der Spannung Vin, die ein Ausgangssignal der Wechselspannungsversorgung 1 ist. Nachstehend wird das Steuern des Stroms Iin, so dass der Eingangs-Leistungsfaktor von der Wechselspannungsversorgung 1 ungefähr zu 1 wird, einfach als Stromsteuerung bezeichnet.
  • Zunächst wird der Fall beschrieben, in welchem die Spannung Vin positiv ist, d. h. die Phase θ der Spannung der Wechselspannungsversorgung 1 im Bereich von 0 ≦ θ < π liegt.
  • In der Wechselrichterschaltung 100 fließt dann, wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 103a ausgeschaltet sind, der Strom derart, dass er den DC-Kondensator 105 lädt. Wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 104a ausgeschaltet sind, fließt der Strom derart, dass der DC-Kondensator 105 entladen wird.
  • Wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 104a ausgeschaltet sind, und wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 103a ausgeschaltet sind, fließt andererseits der Strom derart, dass er nicht in den DC-Kondensator 105 fließt. Die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a bis 104a werden durch eine Kombination aus den vier Arten von Steuerung gesteuert, die oben beschrieben sind, um die Wechselrichterschaltung 100 dazu zu veranlassen, einen PWM-Betrieb durchzuführen.
  • Dadurch wird der DC-Kondensator 105 dazu veranlasst, ein Laden und Entladen durchzuführen. Damit wird folglich die Stromsteuerung ausgeführt. Es sei angemerkt, dass dann, wenn der Strom in jeder der Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a bis 104a von deren Emitter zu deren Kollektor fließt, die Halbleiter-Schalteinrichtung ausgeschaltet werden kann, so dass der Strom in der jeweils entsprechenden Diode 101b bis 104b fließt, die dazu umgekehrt parallelgeschaltet ist.
  • Wie in 2 gezeigt, ist der Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 durch die Drosselspule 2 begrenzt, und er fließt dann in die Wechselrichterschaltung 100. Deren Ausgabe geht durch die Diode 301b in die Umrichterschaltung 300, um den Glättungskondensator 3 aufzuladen. Sie geht dann durch die Diode 304b, um dann zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückzukehren.
  • Zu diesem Zeitpunkt findet in der Wechselrichterschaltung 100 ein PWM-Betrieb statt, und zwar durch eine Kombination der obigen vier Arten von Steuerung. Dadurch wird der DC-Kondensator 105 dazu veranlasst, ein Laden und ein Entladen durchzuführen. Dadurch wird folglich die Stromsteuerung ausgeführt.
  • In einem Phasenbereich (nachstehend als Kurzschluss-Zeitraum T bezeichnet) zwischen ±θ1, der auf die Phase der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 im Nulldurchgang zentriert ist, wie es in 3 gezeigt ist, gilt Folgendes: In der Umrichterschaltung 300 wird die Halbleiter-Schalteinrichtung 302a, die ein Kurzschluss-Schalter ist, eingeschaltet, so dass der Glättungskondensator 3 umgangen wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a, 303a und 304a in der Umrichterschaltung 300 ausgeschaltet.
  • Der Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 wird durch die Drosselspule 2 begrenzt und fließt dann in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um den DC-Kondensator 105 zu laden. Dann fließt er durch die Halbleiter-Schalteinrichtung 302a und die Diode 304b in der Umrichterschaltung 300, um dann zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt findet in der Wechselrichterschaltung 100 ein PWM-Betrieb statt, und zwar durch eine Kombination der Steuerung zum Laden des DC-Kondensators 105 und der Steuerung zum Veranlassen des Stroms, dort nicht zu fließen. Dadurch wird der DC-Kondensator 105 geladen. Folglich wird die Stromsteuerung ausgeführt.
  • Als nächstes wird der Fall beschrieben, wenn die Spannung Vin negativ ist, d. h. die Phase θ befindet sich in einem Bereich von π ≦ θ < 2π.
  • In der Wechselrichterschaltung 100 fließt dann, wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 104a ausgeschaltet sind, der Strom derart, dass er den DC-Kondensator 105 lädt. Wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 103a ausgeschaltet sind, fließt der Strom derart, dass der DC-Kondensator 105 entladen wird.
  • Wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 104a ausgeschaltet sind, und wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 103a ausgeschaltet sind, fließt andererseits der Strom derart, dass er nicht in den DC-Kondensator 105 fließt.
  • Die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a bis 104a werden durch eine Kombination aus den vier Arten von Steuerung gesteuert, die oben beschrieben sind, um die Wechselrichterschaltung 100 dazu zu veranlassen, einen PWM-Betrieb durchzuführen. Dadurch wird der DC-Kondensator 105 dazu veranlasst, ein Laden und Entladen durchzuführen. Dadurch wird folglich die Stromsteuerung ausgeführt.
  • Wie in 4 gezeigt, fließt der Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 durch die Diode 303b in der Umrichterschaltung 300, um den Glättungskondensator 3 zu laden. Er fließt durch die Diode 302b und dann in die Wechselrichterschaltung 100. Die Ausgabe der Wechselrichterschaltung 100 geht durch die Drosselspule 2, um dann zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückzukehren.
  • Zu diesem Zeitpunkt findet in der Wechselrichterschaltung 100 ein PWM-Betrieb statt, und zwar durch eine Kombination der obigen vier Arten von Steuerung. Dadurch wird der DC-Kondensator 105 dazu veranlasst, ein Laden und ein Entladen durchzuführen. Dadurch wird folglich die Stromsteuerung ausgeführt.
  • Wie in 5 gezeigt, wird im Kurzschluss-Zeitraum T in der Umrichterschaltung 300 die Halbleiter-Schalteinrichtung 304a, welche ein Kurzschluss-Schalter ist, eingeschaltet, so dass der Glättungskondensator 3 umgangen wird. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a, 302a und 303a in der Umrichterschaltung 300 ausgeschaltet. Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 geht durch die Halbleiter-Schalteinrichtung 304a und die Diode 302b in der Umrichterschaltung 300, fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um den DC-Kondensator 105 zu laden, und geht dann durch die Drosselspule 2, um zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückzukehren.
  • Zu diesem Zeitpunkt findet in der Wechselrichterschaltung 100 ein PWM-Betrieb statt, und zwar durch eine Kombination der Steuerung zum Laden des DC-Kondensators 105 und der Steuerung zum Veranlassen des Stroms, dort nicht zu fließen. Dadurch wird der DC-Kondensator 105 geladen. Folglich wird die Stromsteuerung ausgeführt.
  • Folglich beinhaltet der Betrieb der Umrichterschaltung 300 den Kurzschluss-Zeitraum T, in welchem die Wechselspannungsanschlüsse der Umrichterschaltung 300 kontinuierlich kurzgeschlossen werden, so dass der Glättungskondensator 3 umgangen wird. Er umfasst auch den Zeitraum (nachstehend als Zeitraum K mit offenem Kreis bezeichnet), in welchem der DC-Ausgang der Umrichterschaltung 300 kontinuierlich an den Glättungskondensator 3 ausgegeben wird. Sowohl im Kurzschluss-Zeitraum T, als auch im Zeitraum K mit offenem Kreis wird der Strom mittels eines PWM-Betriebs der Wechselrichterschaltung 100 gesteuert.
  • Es sei angemerkt, dass 6 und 7 den Fall zeigen, in welchen die Spannung des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 vergleichsweise hoch ist und die Stromsteuerung mittels eines PWM-Betriebs der Wechselrichterschaltung 100 im gesamten Phasenbereich der Spannung der Wechselspannungsversorgung durchgeführt werden kann. Der gesamte Zeitraum, der sich von dem Kurzschluss-Zeitraum T unterscheidet, ist der Zeitraum K mit offenem Kreis. Es sei angemerkt, dass die Spannungs-Bedingungen für den DC-Kondensator 105 später noch beschrieben werden.
  • Bei der Umrichterschaltung 300 wurde der Fall beschrieben, in welchem jede der Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a nur dann eingeschaltet wird, wenn die Halbleiter-Schalteinrichtung als Kurzschluss-Schalter betrieben wird. Wenn jedoch Strom in jeder der Dioden 301b bis 304b fließt, kann die entsprechende der Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a eingeschaltet werden, zu welcher diese Diode umgekehrt parallelgeschaltet ist, so dass der Strom in der Halbleiter-Schalteinrichtung 301a bis 304a fließt.
  • Das bedeutet – ob nun die Spannung Vin positiv oder negativ ist – dass im Kurzschluss-Zeitraum T die zwei Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a als Kurzschluss-Schalter eingeschaltet werden können, oder dass die anderen zwei Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 303a als Kurzschluss-Schalter eingeschaltet werden können.
  • Mittels des oben beschriebenen Betriebes gibt beim Hochsetz-Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung – wie in 6 gezeigt – die Wechselrichterschaltung 100 eine Spannung (–Vin) aus, um den DC-Kondensator 105 mittels der Wechselspannungsversorgung 1 im Kurzschluss-Zeitraum T zu laden. Danach gilt im Zeitraum K mit offenem Kreis mit θ1 ≦ θ < π – θ1 Folgendes, um den DC-Kondensator 105 zum Entladen zu veranlassen.
  • Die Wechselrichterschaltung 100 addiert (Vdc* – Vin), was die Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung 100 darstellt, zu der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1. Dadurch wird die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 derart gesteuert, dass sie die Sollspannung Vdc* annimmt, welche höher ist als die Spitzenspannung der Wechselspannungsversorgung 1.
  • Außerdem gibt im Herabsetz-Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung – wie in 7 gezeigt – die Wechselrichterschaltung 100 eine Spannung (–Vin) aus, um den DC-Kondensator 105 mittels der Wechselspannungsversorgung 1 im Kurzschluss-Zeitraum T zu laden. Danach gilt im nachfolgenden Zeitraum K mit offenem Kreis Folgendes: Die Wechselrichterschaltung 100 addiert die Ausgangsspannung der Wechselrichterschaltung 100 zu der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1.
  • Dadurch wird die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 derart gesteuert, dass sie die Sollspannung Vdc* annimmt, welche niedriger ist als die Spitzenspannung der Wechselspannungsversorgung 1. Hierbei ist θ2 (0 < θ2 < π/2) als die Phase θ definiert, bei welcher die Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 gleich der Sollspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 ist.
  • In diesem Fall gilt für einen Bereich von θ1 ≦ θ < θ2 und in einem Bereich von π – θ2 ≦ θ < π – θ1 Folgendes: Die Wechselrichterschaltung 100 gibt eine Spannung (Vdc* – Vin) aus, um den DC-Kondensator 105 zum Entladen zu veranlassen. Außerdem gibt in einem Bereich von θ2 ≦ θ < π – θ2 die Wechselrichterschaltung 100 eine negative Spannung (Vdc* – Vin) aus, um den DC-Kondensator 105 zu laden.
  • Wie oben beschrieben, wird im Stromlaufbetrieb bei ±θ1 ausgehend von einer Phase im Nulldurchgang (θ = 0, π) der Phase θ der Spannung der Wechselspannungsversorgung 1 die Steuerung für die Umrichterschaltung 300 geschaltet. Im Kurzschluss-Zeitraum T, welcher einen Phasenbereich zwischen ±θ1 zentriert auf die Phase im Nulldurchgang darstellt, werden die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a, welche Kurzschluss-Schalter sind, kontinuierlich eingeschaltet, um den Glättungskondensator 3 zu umgehen.
  • Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Wechselrichterschaltung 100 eine Spannung, die im wesentlichen gleich der Spannung mit der umgekehrten Polarität der Spannung Vin ist. Sie steuert den Strom Iin und gibt diesen aus, so dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr 1 ist, während der DC-Kondensator 105 geladen wird. Andererseits gilt im Zeitraum K mit offenem Kreis, in welchem die DC-Ausgabe der Umrichterschaltung 300 kontinuierlich an den Glättungskondensator 3 ausgegeben wird, Folgendes.
  • Die Wechselrichterschaltung 100 hält die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Sollspannung Vdc* und steuert den Strom Iin derart und gibt ihn aus, dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr 1 ist. Zu diesem Zeitpunkt gilt Folgendes: Wenn der Absolutwert der Spannung Vin gleich groß wie oder niedriger als die Sollspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 ist, dann entlädt der DC-Kondensator 105. Wenn der Absolutwert der Spannung Vin gleich groß wie oder höher ist als die Sollspannung Vdc*, dann wird der DC-Kondensator 105 geladen.
  • Es sei angemerkt, dass – obwohl der Kurzschluss-Zeitraum T auf der Phase im Nulldurchgang (θ = 0, π) zentriert ist – der Kurzschluss-Zeitraum T auch ein Phasenbereich inklusive der Phase im Nulldurchgang sein kann, dessen Mitte in eine der Richtungen verschoben ist.
  • Außerdem kann der Phasenbereich des Kurzschluss-Zeitraums T derart bestimmt werden, dass die Ladeenergie und die Entladeenergie des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 zueinander gleich groß gemacht werden. Für den Fall, dass die Stromsteuerung mittels eines PWM-Betriebs der Wechselrichterschaltung 100 im gesamten Phasenbereich der Spannung der Wechselspannungsversorgung durchgeführt werden kann, und dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 beträgt – d. h. dass die Ladeenergie und die Entladeenergie zueinander gleich groß sind – ist im Herabsetz-Betrieb, in welchem Vdc* < Vp erfüllt ist, der nachfolgende Ausdruck A erfüllt. Hierbei ist Vp die Spitzenspannung der Spannung Vin, und Ip ist der Spitzenstrom des Stroms Iin. Mathematischer Ausdruck 1
    Figure DE112012003766T5_0002
  • Wenn hierbei Vin = Vp·sinθ und Iin = Ip·sinθ angenommen werden, wird eine Relation zwischen Vdc* und Vp durch den nachfolgenden Ausdruck 1 dargestellt. Vdc* = Vp·π/(4cosθ1) Ausdruck 1.
  • Hierbei nimmt Vdc* seinen unteren Grenzwert an, wenn θ1 gleich 0 ist, und der untere Grenzwert ist (π/4)Vp. Der obige Ausdruck 1 ist auch im Hochsetz-Betrieb erfüllt, wobei Vp ≦ Vdc* erfüllt ist.
  • Folglich wird die Sollspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 mittels θ1 bestimmt, was den Phasenbereich des Kurzschluss-Zeitraums T bestimmt, d. h. die Sollspannung Vdc* kann dadurch gesteurt werden, dass θ1 verändert wird. Dann wird die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 so gesteuert, dass sie der Sollspannung Vdc* folgt.
  • Nachfolgend wird die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 beschrieben.
  • Die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 wird derart eingestellt, dass sie gleich groß wie oder größer ist als die Amplitude der gewünschten erzeugten Spannung der Wechselrichterschaltung 100 für jeden Phasenbereich. Das bedeutet, dass die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 die nachfolgenden Ausdrücke 2 und 3 erfüllen muss.
  • Bei der Phase θ im Kurzschluss-Zeitraum T: Vsub ≧ |Vp·sinθ| Ausdruck 2.
  • Bei der Phase θ im Zeitraum K mit offenem Kreis: Vsub ≧ |Vdc* – |Vp·sinθ|| Ausdruck 3.
  • Indem eine Variable θ aus den obigen Ausdrücken 2 und 3 beseitigt wird, werden die folgenden drei Ausdrücke 4 bis 6 erhalten. Vsub ≧ Vp·sinθ1 Ausdruck 4 Vsub ≧ (Vdc* – Vp·sinθ1) Ausdruck 5 Vsub ≧ (Vp – Vdc*) Ausdruck 6.
  • Das heißt, wenn die Spannung Vsub die obigen drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6) erfüllt, gilt Folgendes: Die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 kann auf der Sollspannung Vdc* gehalten werden. Die Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 zum Steuern des Stroms Iin, so dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr 1 ist, kann zuverlässig im gesamten Phasenbereich der Wechsel spannungsversorgung 1 durchgeführt werden.
  • Es sei angemerkt, dass die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 derart eingestellt wird, dass sie gleich groß wie oder kleiner als die Spitzenspannung Vp der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 ist. In der Wechselrichterschaltung 100, die einer PWM-Steuerung unterzogen wird, erhöhen sich die Verluste zusammen mit einem Anstieg der Spannung Vsub des DC-Kondensators 105. Daher ist es wünschenswert, dass die Spannung Vsub unter den drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6) klein eingestellt wird.
  • Ferner wird nur ein Phasenbereich zwischen ±θ1 zentriert auf die Phase im Nulldurchgang als Kurzschluss-Zeitraum T eingestellt, in welchem der Glättungskondensator 3 umgangen wird. Dadurch kann sowohl im Kurzschluss-Zeitraum T, als auch im anderen Zeitraum K mit offenem Kreis die Wechselrichterschaltung 100 den Strom Iin derart steuern, dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr 1 ist, und sie kann DC-Energie auf der gewünschten Spannung an den Glättungskondensator 3 ausgeben.
  • Nachfolgend wird der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung für den Fall beschrieben, in welchem die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 eine der obigen drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6) nicht erfüllt. In diesem Fall ist es unmöglich, die Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 im gesamten Phasenbereich der Spannung der Wechselspannungsversorgung durchzuführen.
  • Daher wird der Strom Iin derart gesteuert, dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr 1 ist, während zwischen der PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 und der PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 umgeschaltet wird.
  • 8 ist ein Diagramm, das den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert. In diesem Fall gilt bei der Phase θ1, die den durch Gleichtung 1 erhaltenen Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt, Folgendes: Die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 erfüllt nicht den Ausdruck 4, d. h. Vsub < Vp·sinθ1 ist erfüllt. Daher muss eine neue Phase θA bestimmt werden, die den Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt. Gleichzeitig muss eine neue Phase θB bestimmt werden, die den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmt.
  • Im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis wird eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird eine PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 durchgeführt. Im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA, π – θA ≦ θ ≦ π + θA und 2π – θA ≦ θ ≦ 2π erfüllt die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 den obigen Ausdruck 2. Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θB ≦ θ ≦ π – θB und π + θB ≦ θ ≦ 2π – θB erfüllt die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 3.
  • Das heißt, im Kurzschluss-Zeitraum T ist die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer als die Amplitude der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1. Im Zeitraum K mit offenem Kreis ist die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer als die Differenz zwischen den Amplituden der Spannung Vdc (Sollspannung Vdc*) des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vin.
  • In diesem Fall wird die Phase θA, die den Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt, derart berechnet, dass sie den obigen Ausdruck 2 erfüllt. Dann wird die Phase θB berechnet, so dass sie dafür sorgt, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis insgesamt zu 0 wird. Dadurch wird der Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmt.
  • Beispielsweise gilt im Hochsetz-Betrieb Folgendes: Da der DC-Kondensator 105 im Kurzschluss-Zeitraum T geladen und im Zeitraum K mit offenem Kreis entladen wird, so wird eine Berechnung durchgeführt, indem der nachfolgende Ausdruck B verwendet wird, so dass die Ladeenergie und die Entladeenergie zueinander gleich groß gemacht werden. Mathematischer Ausdruck 2
    Figure DE112012003766T5_0003
  • Wie in 8 gezeigt, schaltet dann im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA und π – θA ≦ θ ≦ π die Umrichterschaltung 300 kontinuierlich die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a ein, welche Kurzschluss-Schalter sind, um den Glättungskondensator 3 zu umgehen. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 300a in der Umrichterschaltung 300 ausgeschaltet.
  • Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um den DC-Kondensator 105 zu laden. Dann geht er durch die Umrichterschaltung 300, um zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 geladen wird.
  • Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θB ≦ θ ≦ π – θB sind in der Umrichterschaltung 300 alle Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a ausgeschaltet. Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein. Ihr Ausgang geht durch die Umrichterschaltung 300, während er den Glättungskondensator 3 auflädt. Er kehrt dann zur Wechselspannungsversorgung 1 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst wird.
  • Im Zeitraum von θA ≦ θ ≦ θB und π – θB ≦ θ ≦ π – θA gilt in der Wechselrichterschaltung 100, wie in 9 gezeigt, Folgendes: Die Spannung am Ausgang auf der Wechselspannungsseite wird so gesteuert, dass sie 0 wird, um dafür zu sorgen, dass der Strom nicht im DC-Kondensator 105 fließt, während der DC-Kondensator 105 keine Ladung und Entladung durchführt. Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 geht durch die Wechselrichterschaltung 100 und fließt dann in die Umrichterschaltung 300 hinein. Dann werden in der Umrichterschaltung 300 die Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 303a ausgeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtung 302a wird eingeschaltet.
  • Der Strom wird mittels einer PWM-Steuerung unter Verwendung der Halbleiter-Schalteinrichtung 304a gesteuert. Dadurch wird der Glättungskondensator 3 geladen. Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Spannung Vin negativ ist, die Halbleiter-Schalteinrichtung 304a eingeschaltet wird und der Strom mittels einer PWM-Steuerung unter Verwendung der Halbleiter-Schalteinrichtung 302a gesteuert wird. Dadurch wird der Glättungskondensator 3 geladen.
  • Folglich gilt für den Fall, wenn es einen Zeitraum gibt, in welchem die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors mittels der Wechselrichterschaltung 100 nicht vorgenommen wird, Folgendes: Der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis werden erneut derart eingestellt, dass die Ladeenergie und die Entladeenergie des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 gleich groß zueinander gemacht werden. Dann wird im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis eine Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt.
  • In dem anderen Zeitraum wird eine Stromsteuerung mittels der Umrichterschaltung 300 durchgeführt. Dadurch wird die Gleichspannung des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 konstant gehalten, und die Steuerung des Leistungsfaktors für den Eingangsstrom Iin wird durchgehend in einem einzigen Zyklus durchgeführt, so dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms Iin derart gesteuert wird, dass er 1 ist.
  • Als nächstes werden nachstehend die Einzelheiten der Steuerungen für die Wechselrichterschaltung 100 und die Umrichterschaltung 300 beschrieben. 10 ist ein Steuerungs-Blockdiagramm der Ausgangssteuerung für die Umrichterschaltung 300 mittels der Steuerungsschaltung 10. 11 ist ein partielles Steuerungs-Blockdiagramm der Ausgangssteuerung für die Umrichterschaltung 300 mittels der Steuerungsschaltung 10. 12 ist ein Steuerungs-Blockdiagramm der Ausgangssteuerung für die Wechselrichterschaltung 100 mittels der Steuerungsschaltung 10.
  • Wie in 10 gezeigt, wird in der Ausgangssteuerung für die Umrichterschaltung 300 nicht nur eine Steuerung für konstante Spannung Vsub durchgeführt, um die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 dazu zu veranlassen, dem Befehlswert Vsub* zu folgen, sondern es wird nach Bedarf auch eine Steuerung des Leistungsfaktors des Eingangsstroms durchgeführt.
  • Zunächst wird die Steuerung für konstante Spannung Vsub für den DC-Kondensator 105 der Wechselrichterschaltung 100 mittels der Umrichterschaltung 300 beschrieben. Wenn als Rückführungsbetrag eine Differenz 21 zwischen dem eingestellten Befehlswert Vsub* und der detektierten Spannung Vsub verwendet wird, so wird eine PI-Regelung durchgeführt, um ein Ausgangssignal 22 als einen Spannungsbefehl zu erhalten.
  • Dann wird unter Verwendung des Spannungsbefehls ein Gate-Signal 24 für jede der Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a der Umrichterschaltung 300 mittels einer PWM-Steuerung 23 erzeugt. Bei der PWM-Steuerung 23 wird eine Vergleichsoperation unter Verwendung einer Dreieckswelle (auf die Wechselspannungsversorgung synchronisierte Dreieckswelle) 25 als Trägerwelle durchgeführt, welche synchronisiert ist mit einem Zeitraum, der dem Zweifachen der Frequenz der Wechselspannungsversorgung 1 entspricht.
  • Danach wird aus dem mittels der Vergleichsoperation erhaltenen Signal auf der Basis der Polarität 53 der Wechselspannungsversorgung Vin, die mittels einer Polaritäts-Bestimmungsvorrichtung 52 erhalten wird, das Gate-Signal 24 erzeugt, welches derart arbeitet, dass es im wesentlichen zentriert auf die Phase im Nulldurchgang der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 ist. Dann wird das Gate-Signal 24 einer Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 zugeführt.
  • Nachfolgend wird die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors mittels der Umrichterschaltung 300 beschrieben. Diese Steuerung hält die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Sollspannung Vdc* und steuert den Strom Iin, so dass der Leistungsfaktor der Wechselspannungsversorgung 1 ungefähr 1 ist. Zunächst wird unter Verwendung der Differenz 26 zwischen der Gleichspannung Vdc und der Sollspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 als Rückführungsbetrag eine PI-Regelung durchgeführt, um einen Ausgang als Amplituden-Sollwert 27 zu erhalten.
  • Dann wird auf der Basis des Amplituden-Sollwerts 27 ein Strombefehl Iin* 28 erzeugt, der durch eine Sinuswelle dargestellt wird, die mit der Spannung Vin synchronisiert ist, und zwar aus einer auf die Wechselspannungsversorgung synchronisierten Frequenz.
  • Danach wird unter Verwendung der Differenz 29 zwischen dem Strombefehl Iin* und dem detektierten Strom Iin als Rückführungsbetrag eine PI-Regelung durchgeführt, um einen Ausgang als Spannungsbefehl 30 zu erhalten, der ein Sollwert der erzeugten Spannung der Umrichterschaltung 300 ist. Auf der Basis des Spannungsbefehls 30 wird ein Gate-Signal 31 mittels einer PWM-Steuerung erzeugt, und es wird der Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 zugeführt.
  • Außerdem bestimmt eine Stromsteuerungs-Bestimmungseinrichtung 32, ob oder ob nicht die Bedingungen für die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors durch die Wechselrichterschaltung 100 erfüllt sind, und zwar auf der Basis der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1, der Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100.
  • Das heißt, es wird ermittelt, ob oder ob nicht die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 die obigen drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6) erfüllt, um eine Bedingung abzuleiten, für welche die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors durch die Wechselrichterschaltung 100 nicht erfüllt ist.
  • Eine Einrichtung 50 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums (Kurzschluss-Zeitraum, Zeitraum mit offenem Kreis) bestimmt erneut den Kurzschluss-Zeitraum T und den Zeitraum K mit offenem Kreis auf der Basis des Ausgangs der Stromsteuerungs-Bestimmungseinrichtung 32, um Phasen θA 34 und θB 36 auszugeben.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform erfüllt – wie oben beschrieben – die Spannung Vsub nicht die Bedingung gemäß Ausdruck 4. Wie in 11 gezeigt, besitzt die Einrichtung 50 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums eine Einrichtung 33 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit Kurzschluss sowie eine Einrichtung 35 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit offenem Kreis. Zunächst gibt die Einrichtung 33 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit Kurzschluss die Phase θA 34 aus, die den Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt, um den obigen Ausdruck 2 zu erfüllen.
  • Dann bestimmt die Einrichtung 35 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit offenem Kreis den Zeitraum K mit offenem Kreis, um zu bewirken, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis insgesamt 0 wird. Dann gibt sie die Phase θB 36 aus. Zu diesem Zeitpunkt erfüllt im bestimmten Zeitraum K mit offenem Kreis die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 3.
  • Dann wird der Ausgang 22, der mittels einer PI-Regelung unter Verwendung der Differenz 21 zwischen dem Befehlswert Vsub* und der Spannung Vsub erhalten worden ist, auf einen Ausgang 34 von der Einrichtung 33 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit Kurzschluss addiert. Dadurch wird die Phase θA fein eingestellt. Die eingestellte Phase θA 37 und die Phase θB 36 von der Einrichtung 35 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit offenem Kreis werden der Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 zugeführt.
  • Die Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 empfängt das Gate-Signal 24 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub, das Gate-Signal 31 von der Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors und die Phasen θA 37 und θB 36, die den neu eingestellten Kurzschluss-Zeitraum T und den neu eingestellten Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen. Dann wird – weiterhin auf der Basis der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 und der Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 – folgende Verarbeitung vorgenommen: Die Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 gibt als das Gate-Signal 12 zur Umrichterschaltung 300 das Gate-Signal 24 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis und das Gate-Signal 31 im anderen Zeitraum aus.
  • Wie in 12 gezeigt, hält die Ausgangssteuerung für die Wechselrichterschaltung 100 die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Sollspannung Vdc* und steuert den Strom Iin derart, dass der Leistungsfaktor der Wechselspannungsversorgung 1 ungefähr 1 ist.
  • Zunächst wird unter Verwendung der Differenz 40 zwischen der Gleichspannung Vdc und der Sollspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 als Rückführungsbetrag eine PI-Regelung durchgeführt, um einen Ausgang als Amplituden-Zielwert 41 zu erhalten. Dann wird auf der Basis des Amplituden-Sollwerts 41 ein Strombefehl Iin* 42 erzeugt, der durch eine Sinuswelle dargestellt wird, die mit der Spannung Vin synchronisiert ist, und zwar aus einer auf die Wechselspannungsversorgung synchronisierten Frequenz.
  • Danach wird unter Verwendung der Differenz 43 zwischen dem Strombefehl Iin* 42 und dem detektierten Strom Iin als Rückführungsbetrag eine PI-Regelung durchgeführt, um einen Ausgang als Spannungsbefehl 44 zu erhalten, der ein Sollwert der erzeugten Spannung der Wechselrichterschaltung 100 ist.
  • Zu diesem Zeitpunkt wird der Spannungsbefehl 44 korrigiert, indem darauf eine Vorwärtskopplung-Korrekturspannung ΔV addiert wird, die synchronisiert ist mit einem Zeitpunkt des Umschaltens zwischen der Steuerung im Kurzschluss-Zeitraum T zum Kurzschließen der AC-Anschlüsse der Umrichterschaltung 300 und der Steuerung in den Zeiträumen, die sich von dem Kurzschluss-Zeitraum unterscheiden.
  • Dann wird ein Gate-Signal 47 für jede der Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a bis 104a der Wechselrichterschaltung 100 mittels einer PWM-Steuerung 46 erzeugt, und zwar unter Verwendung des korrigierten Spannungsbefehls 45. Es wird einer Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 48 zugeführt.
  • Dann empfängt die Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 48 das Gate-Signal 47 von der Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors und die Phasen θA 37 und θB 36, die den Kurzschluss-Zeitraum T und den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen und durch die Steuerung der Umrichterschaltung 300 berechnet worden sind. Dann wird – weiterhin auf der Basis der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 und der Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 – folgende Verarbeitung vorgenommen: Die Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 48 gibt als das Gate-Signal 11 zur Wechselrichterschaltung 100 das Gate-Signal 47 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis aus, und sie gibt ein Gate-Signal zum Ausgeben der Spannung 0 im anderen Zeitraum aus.
  • Es sei angemerkt, dass für den Fall, dass die Spannung Vsub die obigen drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6) erfüllt, Folgendes gilt: Bei der Steuerung für die Umrichterschaltung 300 gibt die Einrichtung 50 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums nicht die Phasen θA und θB aus. Die Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 fährt damit fort, das Gate-Signal 24 auf der Basis der Steuerung für konstante Spannung Vsub auszugeben. Außerdem führt bei der Ausgangssteuerung für die Wechselrichterschaltung 100 die Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 48 damit fort, das Gate-Signal 47 auf der Basis der Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors auszugeben.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Hauptsteuerung für die Wechselrichterschaltung 100 unter Verwendung des Strombefehls Iin* durchgeführt. Dadurch wird die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3 dazu veranlasst, der Sollspannung Vdc* zu folgen, und der Leistungsfaktor der Wechselspannungsversorgung 1 wird verbessert. Bei der Hauptsteuerung für die Umrichterschaltung 300 ist es nicht nötig, ein Schalten mit hoher Frequenz durchzuführen; daher sind die Schaltverluste gering.
  • Außerdem können die Wechselrichterschaltung 100, die den Leistungsfaktor steuert und die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 steuert, die Spannung Vsub, die beim Schalten verwendet wird, viel kleiner als die Spitzenspannung der Wechselspannungsversorgung 1 machen. Außerdem ist der Kurzschluss-Zeitraum T zum Umgehen des Glättungskondensators 3 vorgesehen, um die Umrichterschaltung 300 zu steuern, und die Wechselrichterschaltung 100 lädt den DC-Kondensator 105 im Kurzschluss-Zeitraum T auf.
  • Daher ist es möglich, den Strom daran zu hindern, 0 zu werden, ohne dass die Wechselrichterschaltung 100 eine hohe Spannung erzeugt. Außerdem ist es möglich, die in dem DC-Kondensator 105 gespeicherte Energie zum Entladen des Glättungskondensators 3 zu verwenden. Daher kann in der Wechselrichterschaltung 100 die beim Schalten verwendete Spannung weiter verringert werden. Dadurch kann der Wirkungsgrad weiter erhöht werden, und Störungen können weiter verringert werden.
  • Des Weiteren ist sogar für den Fall, dass die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 nicht die Bedingung erfüllt, um die Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 im gesamten Phasenbereich der Wechselspannungsversorgung durchzuführen, ein Zeitraum zum Durchführen von PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 vorgesehen.
  • Dadurch wird der Leistungsfaktor des Eingangsstroms so gesteuert, dass er 1 wird, während zwischen der PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 und PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 umgeschaltet wird. Folglich wird die Stromsteuerung zuverlässig fortgeführt. Daher ist es nicht nötig, die Gleichspannung Vsub der Wechselrichterschaltung 100 auf einem Spannungspegel zu halten, welcher eine Stromsteuerung ermöglicht, und die Spannung kann weiter verringert werden.
  • Außerdem wird der Stromsteuerungs-Zeitraum für die Umrichterschaltung 300 für den Fall, dass die Stromsteuerung auf die Umrichterschaltung 300 umgeschaltet wird, derart eingestellt, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 ist. Daher wird die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 derart gesteuert, dass sie konstant ist.
  • Daher können die Bereiche der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung und der Gleichspannung Vdc erweitert werden, ohne die Stehspannung der Energie-Umwandlungsvorrichtung zu vergrößern. Die Stromsteuerung kann in einem breiten Betriebsbereich durchgeführt werden. Eine größenmäßige Verkleinerung der Vorrichtung und eine Verringerung der Leistungsverluste der Energie-Umwandlungsvorrichtung können verwirklicht werden. Da außerdem die Stromsteuerung fortgeführt werden kann, wird die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert.
  • Ausführungsform 2
  • In der obigen Ausführungsform 1 wurde der Fall beschrieben, in welchem die Wechselrichterschaltung 100 nicht den Ausdruck 4 erfüllt, und zwar unter den drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6), die es ermöglichen, dass die Stromsteuerung im gesamten Phasenbereich der Wechselspannungsversorgung 1 durchgeführt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Fall beschrieben, dass Ausdruck 6 nicht erfüllt ist. Das bedeutet, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung einen Herabsetz-Betrieb durchführt und folglich Vsub < (Vp – Vdc*) erfüllt.
  • Es sei angemerkt, dass der Aufbau der Hauptschaltung und der Aufbau der Steuerungsschaltung 10 die gleichen sind wie bei der obigen Ausführungsform 1. Der unter Bezugnahme auf 2 bis 7 beschriebene prinzipielle Stromlaufbetrieb ist ebenfalls der gleiche wie bei der obigen Ausführungsform 1.
  • 13 ist ein Diagramm, das den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb gemäß Ausführungsform 2 zusammen mit einer Wellenform für jeden Bereich erläutert. In diesem Fall gibt es einen Zeitraum mit einem Spitzenspannungs-Punkt der Wechselspannungsversorgung 1, in welchem die Wechselrichterschaltung 100 keine Vorgänge zum Ausgeben der Spannung (Vin – Vdc*) durchführen kann, um den DC Kondensator 105 zu laden.
  • Daher muss eine neue Phase θB bestimmt werden, die den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmt. Gleichzeitig muss eine neue Phase θA bestimmt werden, die den Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt. Für diesen Fall ist die Phase θA ebenfalls das andere Ende des Zeitraums K mit offenem Kreis.
  • Im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis wird eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird eine PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 durchgeführt. Im Kurzschluss-Zeitraum von 0 ≦ θ ≦ θA, π – θA ≦ θ ≦ π + θA und 2π – θA ≦ θ ≦ 2π erfüllt die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 den obigen Ausdruck 2. Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θA ≦ θ ≦ θB, π – θB ≦ θ ≦ π – θA, π + θA ≦ θ ≦ π + θB, 2π – θB ≦ θ ≦ 2π – θA erfüllt die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 3.
  • Das heißt, im Kurzschluss-Zeitraum T ist die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer als die Amplitude der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1. Im Zeitraum K mit offenem Kreis ist die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer als die Differenz zwischen den Amplituden der Spannung Vdc (Sollspannung Vdc*) des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vin.
  • In diesem Fall wird zunächst die Phase θB berechnet, die das eine Ende des Zeitraums K mit offenem Kreis bestimmt, und zwar derart, dass sie den obigen Ausdruck 3 erfüllt. Dann wird die Phase θA berechnet, so dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis dazu veranlasst wird, insgesamt 0 zu sein.
  • Dadurch werden beide Enden des Kurzschluss-Zeitraums T und das andere Ende des Zeitraums mit offenem Kreis K bestimmt. In diesem Fall wird eine Berechnung vorgenommen, indem der nachfolgende Ausdruck C verwendet wird, um die Ladeenergie und die Entladeenergie zueinander gleich zu machen. Mathematischer Ausdruck 3
    Figure DE112012003766T5_0004
  • Wie in 13, gezeigt, schaltet dann im Kurzschluss-Zeitraum T von ≦ θ ≦ θA und π – θA ≦ θ ≦ π die Umrichterschaltung 300 kontinuierlich die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a ein, welche Kurzschluss-Schalter sind, um den Glättungskondensator 3 zu umgehen. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 300a in der Umrichterschaltung 300 ausgeschaltet.
  • Der Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um den DC-Kondensator 105 zu laden. Dann geht er durch die Umrichterschaltung 300, um zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 geladen wird.
  • Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θA ≦ θ ≦ θA und π – θB ≦ θ ≦ π – θA werden in der Umrichterschaltung 300 alle Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a ausgeschaltet. Der Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein. Ihr Ausgang geht durch die Umrichterschaltung 300, während er den Glättungskondensator 3 auflädt. Er kehrt dann zur Wechselspannungsversorgung 1 zurück.
  • Zu diesem Zeitpunkt gilt Folgendes: Wenn in der Wechselrichterschaltung 100 die Spannung Vin gleich groß wie oder niedriger als die Sollspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 ist, dann wird eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung derart durchgeführt, dass der DC-Kondensator 105 dazu veranlasst wird, sich zu entladen. Wenn die Spannung Vin gleich groß wie oder größer als die Spannung Vdc* des Glättungskondensators 3 ist, wird eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung derart durchgeführt, dass der DC-Kondensator 105 geladen wird.
  • Im Zeitraum von θB ≦ θ ≦ π – θB wird in der Wechselrichterschaltung 100 die Spannung am Ausgang auf der Wechselspannungsseite derart gesteuert, dass sie 0 wird, um dafür zu sorgen, dass der Strom nicht im DC-Kondensator 105 fließt, während der DC-Kondensator 105 keine Ladung und Entladung durchführt. Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 geht durch die Wechselrichterschaltung 100 und fließt dann in die Umrichterschaltung 300 hinein. Dann sind in der Umrichterschaltung 300 die Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 303a ausgeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtung 302a sind eingeschaltet.
  • Der Strom wird mittels einer PWM-Steuerung unter Verwendung der Halbleiter-Schalteinrichtung 304a gesteuert. Dadurch wird der Glättungskondensator 3 geladen. Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Spannung Vin negativ ist, die Halbleiter-Schalteinrichtung 304a eingeschaltet wird und der Strom mittels einer PWM-Steuerung unter Verwendung der Halbleiter-Schalteinrichtung 302a gesteuert wird. Dadurch wird der Glättungskondensator 3 geladen.
  • Folglich gilt für den Fall, wenn es einen Zeitraum gibt, in welchem die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors mittels der Wechselrichterschaltung 100 nicht vorgenommen wird, Folgendes: Der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis werden erneut derart eingestellt, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 wird. Dann wird im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis eine Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt.
  • In dem anderen Zeitraum wird eine Stromsteuerung mittels der Umrichterschaltung 300 durchgeführt. Dadurch wird die Gleichspannung des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 konstant gehalten, und die Steuerung des Leistungsfaktors für den Eingangsstrom Iin wird durchgehend in einem einzigen Zyklus durchgeführt, so dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms Iin derart gesteuert wird, dass er 1 ist.
  • Als nächstes werden nachstehend die Steuerungen für die Wechselrichterschaltung 100 und die Umrichterschaltung 300 beschrieben. Der Steuerungs-Aufbau für die Umrichterschaltung 300 mittels der Steuerungsschaltung 10 ist der gleiche wie in 10 die oben in Ausführungsform 1, gezeigt ist. Der Steuerungs-Aufbau für die Wechselrichterschaltung 100 ist der gleiche wie in 12. In diesem Fall ist der Betrieb der Einrichtung 50 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums (Kurzschluss-Zeitraum, Zeitraum mit offenem Kreis) verschieden. 14 zeigt ein Steuerungs-Blockdiagramm des verschiedenen Teils.
  • Bei der Ausgangssteuerung für die Umrichterschaltung 300 gilt wie bei der obigen Ausführungsform 1 Folgendes: Das Gate-Signal 24 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub, das Gate-Signal 31 von der Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors, die Phasen θA 37 und θB 36, die den neu eingestellten Kurzschluss-Zeitraum T und den neu eingestellten Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen, werden erzeugt und der Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 zugeführt.
  • Das Gate-Signal 24 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub und das Gate-Signal 31 von der Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors werden auf die gleiche Weise wie bei der obigen Ausführungsform 1 erzeugt.
  • Eine Stromsteuerungs-Bestimmungseinrichtung 32 bestimmt, ob oder ob nicht die Bedingungen für die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors von der Wechselrichterschaltung 100 erfüllt sind, und zwar auf der Basis der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1, der Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100.
  • Das heißt, es wird ermittelt, ob oder ob nicht die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 die obigen drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6) erfüllt, um eine Bedingung abzuleiten, für welche die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors von der Wechselrichterschaltung 100 nicht erfüllt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform erfüllt die Spannung Vsub nicht die Bedingung des Ausdrucks 6.
  • Die Einrichtung 50 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums bestimmt erneut den Kurzschluss-Zeitraum T und den Zeitraum K mit offenem Kreis auf der Basis des Ausgangs der Stromsteuerungs-Bestimmungseinrichtung 32, um Phasen θA 34 und θB 36 auszugeben.
  • Wie in 14 gezeigt, besitzt die Einrichtung 50 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums eine Einrichtung 33 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit Kurzschluss sowie eine Einrichtung 35 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit offenem Kreis. Zunächst gibt die Einrichtung 35 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit offenem Kreis die Phase θB 36 aus, die das eine Ende des Zeitraums K mit offenem Kreis bestimmt, um den obigen Ausdruck 3 zu erfüllen.
  • Dann bestimmt die Einrichtung 35 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit offenem Kreis beide Enden des Kurzschluss-Zeitraums T und das andere Ende des Zeitraums K mit offenem Kreis, um zu bewirken, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis insgesamt zu 0 wird. Dann gibt sie die Phase θA 34 aus. Zu diesem Zeitpunkt erfüllt im bestimmten Kurzschluss-Zeitraum T die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 2. Im bestimmten Zeitraum K mit offenem Kreis erfüllt die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 3.
  • Dann wird – wie bei der obigen Ausführungsform 1 – der Ausgang 22, der mittels einer PI-Regelung unter Verwendung der Differenz 21 zwischen dem Befehlswert Vsub* und der Spannung Vsub erhalten worden ist, auf einen Ausgang 34 von der Einrichtung 33 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit Kurzschluss addiert. Dadurch wird die Phase θA fein eingestellt. Die eingestellte Phase θA 37 und die Phase θB 36 von der Einrichtung 35 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit offenem Kreis werden der Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 zugeführt.
  • Die Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 empfängt das Gate-Signal 24 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub, das Gate-Signal 31 von der Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors und die Phasen θA 37 und θB 36, die den neu eingestellten Kurzschluss-Zeitraum T und den neu eingestellten Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen.
  • Dann wird – weiterhin auf der Basis der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 und der Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 – folgende Verarbeitung vorgenommen: Die Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 gibt als das Gate-Signal 12 zur Umrichterschaltung 300 das Gate-Signal 24 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis und das Gate-Signal 31 im anderen Zeitraum aus.
  • Bei der Ausgangssteuerung für die Wechselrichterschaltung 100 gilt wie bei der obigen Ausführungsform 1 Folgendes: Das Gate-Signal 47 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub sowie die Phasen θA 37 und θB 36, die den Kurzschluss-Zeitraum T und den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen und von der Steuerung der Umrichterschaltung 300 berechnet worden sind, werden der Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 48 zugeführt.
  • Dann empfängt die Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 48 weiterhin die Spannung Vin der Wechselrichterschaltung 1 und die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3. Sie gibt als Gate-Signal 11 zur Wechselrichterschaltung 100 das Gate-Signal 47 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis aus, und sie gibt ein Gate-Signal zum Ausgeben der Spannung 0 im anderen Zeitraum aus.
  • Auch bei der vorliegenden Ausführungsform – wie bei der obigen Ausführungsform 1 – ist sogar für den Fall, dass die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 nicht die Bedingung erfüllt, um die Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 im gesamten Phasenbereich der Wechselspannungsversorgung durchzuführen, ein Zeitraum zum Durchführen von PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 vorgesehen.
  • Dadurch wird der Leistungsfaktor des Eingangsstroms so gesteuert, dass er 1 wird, während zwischen der PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 und PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 umgeschaltet wird. Folglich wird die Stromsteuerung zuverlässig fortgeführt. Daher kann die Gleichspannung Vsub der Wechselrichterschaltung 100 weiter verringert werden.
  • Daher können die Bereiche der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung und der Gleichspannung Vdc erweitert werden, ohne die Stehspannung der Energie-Umwandlungsvorrichtung zu vergrößern. Die Stromsteuerung kann in einem breiten Betriebsbereich durchgeführt werden. Eine größenmäßige Verkleinerung der Vorrichtung und eine Verringerung der Leistungsverluste der Energie-Umwandlungsvorrichtung können verwirklicht werden. Da außerdem die Stromsteuerung fortgeführt werden kann, wird die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert.
  • Ausführungsform 3
  • Bei den obigen Ausführungsformen 1 und 2 wurde der Fall beschrieben, in welchem die Wechselrichterschaltung 100 nicht den Ausdruck 4 oder 6 erfüllt, und zwar unter den drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6), die es ermöglichen, dass die Stromsteuerung im gesamten Phasenbereich der Wechselspannungsversorgung 1 durchgeführt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Fall beschrieben, dass Ausdruck 5 nicht erfüllt ist.
  • In diesem Fall gilt bei der Phase θ1, die mittels des obigen Ausdrucks 1 berechnet worden ist, Folgendes: Die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 erfüllt nicht Ausdruck 5. Folglich ist Vsub < (Vdc* – Vp·sinθ1) erfüllt. Es sei angemerkt, dass der Aufbau der Hauptschaltung und der Aufbau der Steuerungsschaltung 10 die gleichen sind wie bei der obigen Ausführungsform 1. Der unter Bezugnahme auf 2 bis 7 beschriebene prinzipielle Stromlaufbetrieb ist ebenfalls der gleiche wie bei der obigen Ausführungsform 1.
  • 15 ist ein Diagramm, das den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb gemäß Ausführungsform 3 zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert. In diesem Fall gibt es einen Zeitraum inklusive der Phase θ1 der Wechselspannungsversorgung 1, in welchem die Wechselrichterschaltung 100 keine Vorgänge zum Ausgeben der Spannung (Vdc* – Vin) durchführen kann, um den DC-Kondensator 105 zum Entladen zu veranlassen. Daher muss eine neue Phase θB bestimmt werden, die den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmt. Gleichzeitig muss eine neue Phase θA bestimmt werden, die den Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt.
  • Im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis wird eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird eine PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 durchgeführt. Im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA, π – θA ≦ θ ≦ π + θA und 2π – θA ≦ θ ≦ 2π erfüllt die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 den obigen Ausdruck 2. Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θB ≦ θ ≦ π – θB, π + θB ≦ θ ≦ 2π – θB erfüllt die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 3.
  • Das heißt, im Kurzschluss-Zeitraum T ist die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer als die Amplitude der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1. Im Zeitraum K mit offenem Kreis ist die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer als die Differenz zwischen den Amplituden der Spannung Vdc (Sollspannung Vdc*) des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vin.
  • In diesem Fall wird zunächst die Phase θB, die den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmt, derart berechnet, dass sie den obigen Ausdruck 3 erfüllt. Dann wird die Phase θA berechnet, so dass sie dafür sorgt, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis insgesamt zu 0 wird. Dadurch wird der Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt. Beim Hochsetz-Betrieb, der in 15 gezeigt ist, wird die Berechnung durchgeführt, indem der obige Ausdruck B verwendet wird, um die Ladeenergie und die Entladeenergie zueinander gleich zu machen.
  • Wie in 15 gezeigt, schaltet dann im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA und π – θA ≦ θ ≦ π die Umrichterschaltung 300 kontinuierlich die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a ein, welche Kurzschluss-Schalter sind, um den Glättungskondensator 3 zu umgehen. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 300a in der Umrichterschaltung 300 ausgeschaltet.
  • Der Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um den DC-Kondensator 105 zu laden. Dann geht er durch die Umrichterschaltung 300, um zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 geladen wird.
  • Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θB ≦ θ ≦ π – θB sind in der Umrichterschaltung 300 alle Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a ausgeschaltet. Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein. Ihr Ausgang geht durch die Umrichterschaltung 300, während er den Glättungskondensator 3 auflädt. Er kehrt dann zur Wechselspannungsversorgung 1 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst wird.
  • Im Zeitraum von θA ≦ θ ≦ θB und π – θB ≦ θ ≦ π – θA gilt in der Wechselrichterschaltung 100 Folgendes: Die Spannung am Ausgang auf der Wechselspannungsseite wird so gesteuert, dass sie 0 wird, um dafür zu sorgen, dass der Strom nicht im DC-Kondensator 105 fließt, während der DC-Kondensator 105 keine Ladung und Entladung durchführt. Der Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 geht durch die Wechselrichterschaltung 100 und fließt dann in die Umrichterschaltung 300 hinein.
  • Dann werden in der Umrichterschaltung 300 die Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 303a ausgeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtung 302a wird eingeschaltet. Der Strom wird mittels einer PWM-Steuerung unter Verwendung der Halbleiter-Schalteinrichtung 304a gesteuert. Dadurch wird der Glättungskondensator 3 geladen.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Spannung Vin negativ ist, die Halbleiter-Schalteinrichtung 304a eingeschaltet wird und der Strom mittels einer PWM-Steuerung unter Verwendung der Halbleiter-Schalteinrichtung 302a gesteuert wird. Dadurch wird der Glättungskondensator 3 geladen.
  • Folglich gilt für den Fall, wenn es einen Zeitraum gibt, in welchem die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors mittels der Wechselrichterschaltung 100 nicht vorgenommen wird, Folgendes: Der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis werden erneut derart eingestellt, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 wird. Dann wird im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis eine Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt.
  • In dem anderen Zeitraum wird eine Stromsteuerung mittels der Umrichterschaltung 300 durchgeführt. Dadurch wird die Gleichspannung des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 konstant gehalten, und die Steuerung des Leistungsfaktors für den Eingangsstrom Iin wird durchgehend in einem einzigen Zyklus durchgeführt, so dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms Iin derart gesteuert wird, dass er 1 ist.
  • Als nächstes werden nachstehend die Steuerungen für die Wechselrichterschaltung 100 und die Umrichterschaltung 300 beschrieben. Der Steuerungs-Aufbau für die Umrichterschaltung 300 mittels der Steuerungsschaltung 10 ist der gleiche wie in 10 die oben in Ausführungsform 1, gezeigt ist. Der Steuerungs-Aufbau für die Wechselrichterschaltung 100 ist der gleiche wie in 12.
  • In diesem Fall ist der Betrieb der Einrichtung 50 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums (Kurzschluss-Zeitraum, Zeitraum mit offenem Kreis) verschieden. Ein Steuerungs-Blockdiagramm des verschiedenen Teils ist das gleiche wie in 14, das bei der obigen Ausführungsform 2 gezeigt ist.
  • Bei der Ausgangssteuerung für die Umrichterschaltung 300 gilt wie bei der obigen Ausführungsform 1 Folgendes: Das Gate-Signal 24 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub, das Gate-Signal 31 von der Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors, die Phasen θA 37 und θB 36, die den neu eingestellten Kurzschluss-Zeitraum T und den neu eingestellten Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen, werden erzeugt und der Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 zugeführt.
  • Das Gate-Signal 24 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub und das Gate-Signal 31 von der Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors werden auf die gleiche Weise wie bei der obigen Ausführungsform 1 erzeugt.
  • Eine Stromsteuerungs-Bestimmungseinrichtung 32 bestimmt, ob oder ob nicht die Bedingungen für die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors durch die Wechselrichterschaltung 100 erfüllt sind, und zwar auf der Basis der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1, der Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100.
  • Das heißt, es wird ermittelt, ob oder ob nicht die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 die obigen drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6) erfüllt, um eine Bedingung abzuleiten, für welche die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors durch die Wechselrichterschaltung 100 nicht erfüllt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform erfüllt die Spannung Vsub nicht die Bedingung des Ausdrucks 5.
  • Die Einrichtung 50 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums bestimmt erneut den Kurzschluss-Zeitraum T und den Zeitraum K mit offenem Kreis auf der Basis des Ausgangs der Stromsteuerungs-Bestimmungseinrichtung 32, um Phasen θA 34 und θB 36 auszugeben.
  • In der Einrichtung 50 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums gibt zunächst die Einrichtung 35 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit offenem Kreis die Phase θB 36 aus, die das eine Ende des Zeitraums K mit offenem Kreis bestimmt, um den obigen Ausdruck 3 zu erfüllen.
  • Dann bestimmt die Einrichtung 35 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit offenem Kreis den Kurzschluss-Zeitraum T, um zu bewirken, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis insgesamt 0 wird. Dann gibt sie die Phase θA 34 aus. Zu diesem Zeitpunkt erfüllt im bestimmten Kurzschluss-Zeitraum T die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 2.
  • Dann wird – wie bei der obigen Ausführungsform 1 – der Ausgang 22, der mittels einer PI-Regelung unter Verwendung der Differenz 21 zwischen dem Befehlswert Vsub* und der Spannung Vsub erhalten worden ist, auf einen Ausgang 34 von der Einrichtung 33 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit Kurzschluss addiert. Dadurch wird die Phase θA fein eingestellt. Die eingestellte Phase θA 37 und die Phase θB 36 von der Einrichtung 35 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit offenem Kreis werden der Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 zugeführt.
  • Die Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 empfängt das Gate-Signal 24 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub, das Gate-Signal 31 von der Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors und die Phasen θA 37 und θB 36, die den neu eingestellten Kurzschluss-Zeitraum T und den neu eingestellten Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen.
  • Dann wird – weiterhin auf der Basis der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 und der Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 – folgende Verarbeitung vorgenommen: Die Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 gibt als das Gate-Signal 12 zur Umrichterschaltung 300 das Gate-Signal 24 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis und das Gate-Signal 31 im anderen Zeitraum aus.
  • Bei der Ausgangssteuerung für die Wechselrichterschaltung 100 gilt wie bei der obigen Ausführungsform 1 Folgendes: Das Gate-Signal 47 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub sowie die Phasen θA 37 und θB 36, die den Kurzschluss-Zeitraum T und den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen und von der Steuerung der Umrichterschaltung 300 berechnet worden sind, werden der Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 48 zugeführt.
  • Dann empfängt die Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 48 weiterhin die Spannung Vin der Wechselrichterschaltung 1 und die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3. Sie gibt als Gate-Signal 11 zur Wechselrichterschaltung 100 das Gate-Signal 47 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis aus, und sie gibt ein Gate-Signal zum Ausgeben der Spannung 0 im anderen Zeitraum aus.
  • Auch bei der vorliegenden Ausführungsform – wie bei der obigen Ausführungsform 1 – ist sogar für den Fall, dass die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 nicht die Bedingung erfüllt, um die Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 im gesamten Phasenbereich der Wechselspannungsversorgung durchzuführen, ein Zeitraum zum Durchführen von PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 vorgesehen. Dadurch wird der Leistungsfaktor des Eingangsstroms so gesteuert, dass er 1 wird, während zwischen der PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 und PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 umgeschaltet wird.
  • Folglich wird die Stromsteuerung zuverlässig fortgeführt. Daher kann die Gleichspannung Vsub der Wechselrichterschaltung 100 weiter verringert werden. Daher können die Bereiche der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung und der Gleichspannung Vdc erweitert werden, ohne die Stehspannung der Energie-Umwandlungsvorrichtung zu vergrößern.
  • Die Stromsteuerung kann in einem breiten Betriebsbereich durchgeführt werden. Eine größenmäßige Verkleinerung der Vorrichtung und eine Verringerung der Leistungsverluste der Energie-Umwandlungsvorrichtung können verwirklicht werden. Da außerdem die Stromsteuerung fortgeführt werden kann, wird die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert.
  • Ausführungsform 4
  • Bei den obigen Ausführungsformen 1 und 3 wurde der Fall beschrieben, in welchem die Wechselrichterschaltung 100 den einen der Ausdrücke (Ausdrücke 4 bis 6) nicht erfüllt, um es zu ermöglichen, dass die Stromsteuerung im gesamten Phasenbereich der Wechselspannungsversorgung 1 durchgeführt wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird der Fall beschrieben, dass die zwei Bedingungen der Ausdrücke 4 und 5 nicht erfüllt sind.
  • Es sei angemerkt, dass der Aufbau der Hauptschaltung und der Aufbau der Steuerungsschaltung 10 die gleichen sind wie bei der obigen Ausführungsform 1. Der unter Bezugnahme auf 2 bis 7 beschriebene prinzipielle Stromlaufbetrieb ist ebenfalls der gleiche wie bei der obigen Ausführungsform 1.
  • 16 ist ein Diagramm, das den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb gemäß Ausführungsform 4 zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert. In diesem Fall gibt es einen Zeitraum inklusive der Phase θ1 der Wechselspannungsversorgung 1, in welchem die Wechselrichterschaltung 100 weder den Vorgang zum Ausgeben der Spannung (–Vin) durchführen kann, um den DC-Kondensator 105 zu laden, noch den Vorgang zum Ausgeben der Spannung (Vdc* – Vin) durchführen kann, um den DC-Kondensator 105 zum Entladen zu veranlassen. Daher müssen eine neue Phase θA und eine neue Phase θB bestimmt werden, die den Kurzschluss-Zeitraum T und den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen.
  • Im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis wird eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird eine PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 durchgeführt. Im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA, π – θA ≦ θ ≦ π + θA und 2π – θA ≦ θ ≦ 2π erfüllt die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 den obigen Ausdruck 2. Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θB ≦ θ ≦ π – θB, π + θB ≦ θ ≦ 2π – θB erfüllt die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 3.
  • Das heißt, im Kurzschluss-Zeitraum T ist die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer als die Amplitude der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1. Im Zeitraum K mit offenem Kreis ist die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer als die Differenz zwischen den Amplituden der Spannung Vdc (Sollspannung Vdc*) des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vin.
  • In diesem Fall werden die Phase θA und die Phase θB so bestimmt, dass der obige Ausdruck 2 im Kurzschluss-Zeitraum T und der obige Ausdruck 3 im Zeitraum K mit offenem Kreis erfüllt sind, und dass der obige Ausdruck B erfüllt ist, um zu veranlassen, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis insgesamt zu 0 wird.
  • Wie in 16 gezeigt, schaltet dann im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA und π – θA ≦ θ ≦ π die Umrichterschaltung 300 kontinuierlich die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a ein, welche Kurzschluss-Schalter sind, um den Glättungskondensator 3 zu umgehen. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 300a in der Umrichterschaltung 300 ausgeschaltet.
  • Der Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um den DC-Kondensator 105 zu laden. Dann geht er durch die Umrichterschaltung 300, um zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 geladen wird.
  • Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θB ≦ θ ≦ π – θB sind in der Umrichterschaltung 300 alle Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a ausgeschaltet. Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein. Ihr Ausgang geht durch die Umrichterschaltung 300, während er den Glättungskondensator 3 auflädt. Er kehrt dann zur Wechselspannungsversorgung 1 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst wird.
  • Im Zeitraum von θA ≦ θ ≦ θB und π – θB ≦ θ ≦ π – θA gilt in der Wechselrichterschaltung 100 Folgendes: Die Spannung am Ausgang auf der Wechselspannungsseite wird so gesteuert, dass sie 0 wird, um dafür zu sorgen, dass der Strom nicht im DC-Kondensator 105 fließt, während der DC-Kondensator 105 keine Ladung und Entladung durchführt. Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 geht durch die Wechselrichterschaltung 100 und fließt dann in die Umrichterschaltung 300 hinein. Dann werden in der Umrichterschaltung 300 die Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 303a ausgeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtung 302a wird eingeschaltet.
  • Der Strom wird mittels einer PWM-Steuerung unter Verwendung der Halbleiter-Schalteinrichtung 304a gesteuert. Dadurch wird der Glättungskondensator 3 geladen. Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Spannung Vin negativ ist, die Halbleiter-Schalteinrichtung 304a eingeschaltet wird und der Strom mittels einer PWM-Steuerung unter Verwendung der Halbleiter-Schalteinrichtung 302a gesteuert wird. Dadurch wird der Glättungskondensator 3 geladen.
  • Folglich gilt für den Fall, wenn es einen Zeitraum gibt, in welchem die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors mittels der Wechselrichterschaltung 100 nicht vorgenommen wird, Folgendes: Der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis werden erneut derart eingestellt, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 wird. Dann wird im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis eine Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt.
  • In dem anderen Zeitraum wird eine Stromsteuerung mittels der Umrichterschaltung 300 durchgeführt. Dadurch wird die Gleichspannung des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 konstant gehalten, und die Steuerung des Leistungsfaktors für den Eingangsstrom Iin wird durchgehend in einem einzigen Zyklus durchgeführt, so dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms Iin derart gesteuert wird, dass er 1 ist.
  • Als nächstes werden nachstehend die Steuerungen für die Wechselrichterschaltung 100 und die Umrichterschaltung 300 beschrieben. Der Steuerungs-Aufbau für die Umrichterschaltung 300 mittels der Steuerungsschaltung 10 ist der gleiche wie in 10 die oben in Ausführungsform 1, gezeigt ist. Der Steuerungs-Aufbau für die Wechselrichterschaltung 100 ist der gleiche wie in 12.
  • Bei der Ausgangssteuerung für die Umrichterschaltung 300 gilt wie bei der obigen Ausführungsform 1 Folgendes: Das Gate-Signal 24 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub, das Gate-Signal 31 von der Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors, die Phasen θA 37 und θB 36, die den neu eingestellten Kurzschluss-Zeitraum T und den neu eingestellten Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen, werden erzeugt und der Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 zugeführt.
  • Das Gate-Signal 24 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub und das Gate-Signal 31 von der Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors werden auf die gleiche Weise wie bei der obigen Ausführungsform 1 erzeugt.
  • Eine Stromsteuerungs-Bestimmungseinrichtung 32 bestimmt, ob oder ob nicht die Bedingungen für die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors von der Wechselrichterschaltung 100 erfüllt sind, und zwar auf der Basis der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1, der Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100.
  • Das heißt, es wird ermittelt, ob oder ob nicht die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 die obigen drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6) erfüllt, um eine Bedingung abzuleiten, für welche die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors durch die Wechselrichterschaltung 100 nicht erfüllt ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform erfüllt die Spannung Vsub nicht die zwei Bedingungen der Ausdrücke 4 und 5.
  • Die Einrichtung 50 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums bestimmt erneut den Kurzschluss-Zeitraum T und den Zeitraum K mit offenem Kreis auf der Basis des Ausgangs der Stromsteuerungs-Bestimmungseinrichtung 32, um Phasen θA 34 und θB 36 auszugeben.
  • In diesem Fall werden die Phase θA und die Phase θB so bestimmt, dass der obige Ausdruck 2 im Kurzschluss-Zeitraum T und der obige Ausdruck 3 im Zeitraum K mit offenem Kreis erfüllt sind, und dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis insgesamt zu 0 wird. In diesem Fall wird eine Berechnung unter Verwendung des obigen Ausdrucks B vorgenommen.
  • Dann wird – wie bei der obigen Ausführungsform 1 – der Ausgang 22, der mittels einer PI-Regelung unter Verwendung der Differenz 21 zwischen dem Befehlswert Vsub* und der Spannung Vsub erhalten worden ist, auf einen Ausgang 34 von der Einrichtung 33 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit Kurzschluss addiert. Dadurch wird die Phase θA fein eingestellt. Die eingestellte Phase θA 37 und die Phase θB 36 von der Einrichtung 35 zum Berechnen des Stromsteuerungs-Zeitraums mit offenem Kreis werden der Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 zugeführt.
  • Die Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 empfängt das Gate-Signal 24 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub, das Gate-Signal 31 von der Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors und die Phasen θA 37 und θB 36, die den neu eingestellten Kurzschluss-Zeitraum T und den neu eingestellten Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen.
  • Dann wird – weiterhin auf der Basis der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 und der Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 – folgende Verarbeitung vorgenommen: Die Gate-Signal-Auswähleinrichtung 38 gibt als das Gate-Signal 12 zur Umrichterschaltung 300 das Gate-Signal 24 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis und das Gate-Signal 31 im anderen Zeitraum aus.
  • Bei der Ausgangssteuerung für die Wechselrichterschaltung 100 gilt wie bei der obigen Ausführungsform 1 Folgendes: Das Gate-Signal 47 von der Steuerung für konstante Spannung Vsub sowie die Phasen θA 37 und θB 36, die den Kurzschluss-Zeitraum T und den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen und von der Steuerung der Umrichterschaltung 300 berechnet worden sind, werden der Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 48 zugeführt.
  • Dann empfängt die Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 48 weiterhin die Spannung Vin der Wechselrichterschaltung 1 und die Spannung Vdc des Glättungskondensators 3. Sie gibt als das Gate-Signal 11 zur Wechselrichterschaltung 100 das Gate-Signal 47 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis aus, und sie gibt ein Gate-Signal zum Ausgeben der Spannung 0 im anderen Zeitraum aus.
  • Auch bei der vorliegenden Ausführungsform – wie bei der obigen Ausführungsform 1 – ist sogar für den Fall, dass die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 nicht die Bedingung erfüllt, um die Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 im gesamten Phasenbereich der Wechselspannungsversorgung durchzuführen, ein Zeitraum zum Durchführen von PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 vorgesehen.
  • Dadurch wird der Leistungsfaktor des Eingangsstroms so gesteuert, dass er 1 wird, während zwischen der PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 und PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 umgeschaltet wird. Folglich wird die Stromsteuerung zuverlässig fortgeführt. Daher kann die Gleichspannung Vsub der Wechselrichterschaltung 100 weiter verringert werden. Daher können die Bereiche der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung und der Gleichspannung Vdc erweitert werden, ohne die Stehspannung der Energie-Umwandlungsvorrichtung zu vergrößern.
  • Die Stromsteuerung kann in einem breiten Betriebsbereich durchgeführt werden. Eine größenmäßige Verkleinerung der Vorrichtung und eine Verringerung der Leistungsverluste der Energie-Umwandlungsvorrichtung können verwirklicht werden. Da außerdem die Stromsteuerung fortgeführt werden kann, wird die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert.
  • Ausführungsform 5
  • Bei den obigen Ausführungsformen 1 bis 4 wurde nur der Stromlaufbetrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung beschrieben. Andererseits weist in Ausführungsform 5 die Energie-Umwandlungsvorrichtung eine Rückgewinnungs-Funktion auf, so dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung Energie für die Wechselspannungsversorgung durch Rückgewinnungs-Betrieb zurückgewinnt.
  • Es sei angemerkt, dass der Schaltungsaufbau der gleiche ist wie derjenige, der in 1 gezeigt ist, und dass der Stromlaufbetrieb der gleiche wie bei der obigen Ausführungsform 1 ist.
  • 17 bis 20 zeigen Stromlauf-Diagramme im Rückgewinnungs-Betrieb.
  • Zunächst wird der Fall beschrieben, in welchem die Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 positiv ist, d. h. θ im Bereich von 0 ≦ θ < π liegt.
  • In der Wechselrichterschaltung 100 fließt dann, wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 103a ausgeschaltet sind, der Strom derart, dass er den DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst. Wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 104a ausgeschaltet sind, fließt der Strom derart, dass der DC-Kondensator 105 lädt.
  • Wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 104a ausgeschaltet sind, und wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 103a ausgeschaltet sind, fließt andererseits der Strom derart, dass er nicht in den DC-Kondensator 105 fließt.
  • Die Wechselrichterschaltung 100 steuert die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a bis 104a durch eine Kombination aus den vier Arten von Steuerung, wie sie oben beschrieben sind, um den Strom Iin zu steuern und auszugeben, und zwar mittels einer PWM-Steuerung, so dass der Leistungsfaktor der Wechselspannungsversorgung 1 ungefähr (–1) ist.
  • Dadurch wird der DC-Kondensator 105 zum Durchführen des Ladens und Entladens veranlasst und die erzeugte Spannung auf der Wechselspannungsseite der Spannung Vin überlagert, die ein Ausgang der Wechselspannungsversorgung 1 ist. Es sei angemerkt, dass dann, wenn der Strom in jeder der Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a bis 104a von deren Emitter zu deren Kollektor fließt, die Halbleiter-Schalteinrichtung ausgeschaltet werden kann, so dass der Strom in der jeweils entsprechenden Diode 101b bis 104b fließt, die dazu umgekehrt parallelgeschaltet ist.
  • Wie in 17 gezeigt, werden in der Umrichterschaltung 300 die Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 304a eingeschaltet. Strom vom positiven Anschluss des Glättungskondensators 3 geht durch die Halbleiter-Schalteinrichtung 301a der Umrichterschaltung 300 und fließt dann in die Wechselrichterschaltung 100. Der Strom von der Wechselrichterschaltung 100 geht durch die Drosselspule 2, um dann zur Wechselspannungsversorgung 1 hin zurückgewonnen zu werden.
  • Dann geht er von dem anderen Anschluss der Wechselspannungsversorgung 1 durch die Halbleiter-Schalteinrichtung 304a der Umrichterschaltung 300, um zum negativen Anschluss des Glättungskondensators 3 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt findet in der Wechselrichterschaltung 100 ein PWM-Betrieb statt, und zwar durch eine Kombination der obigen vier Arten von Steuerung. Dadurch wird der DC-Kondensator 105 dazu veranlasst, ein Laden und ein Entladen durchzuführen.
  • Dadurch wird folglich die Stromsteuerung ausgeführt. Der DC-Kondensator 105 wird mit Energie vom Glättungskondensator 3 aufgeladen. Andererseits wird für den Fall des Entladens (Hochsetz-Betrieb) die Energie vom DC-Kondensator 105 zurückgewonnen, und zwar zusammen mit der Energie vom Glättungskondensator 3 und hin zur Wechselspannungsversorgung 1.
  • Im Kurzschluss-Zeitraum T, der einem Phasenbereich zwischen ±θ1 entspricht, der auf die Phase der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 im Nulldurchgang zentriert ist, wie es in 18 gezeigt ist, gilt Folgendes: In der Umrichterschaltung 300 wird die Halbleiter-Schalteinrichtung 304a, die ein Kurzschluss-Schalter ist, eingeschaltet, so dass der Glättungskondensator 3 umgangen wird.
  • Der Strom vom positiven Anschluss des DC-Kondensators 105 in der Wechselrichterschaltung 100 geht durch die Drosselspule 2, um hin zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückgewonnen zu werden. Dann fließt vom anderen Anschluss der Wechselspannungsversorgung 1 der Strom durch die Halbleiter-Schalteinrichtung 304a und die Diode 302b der Umrichterschaltung 300 und fließt dann in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um zum negativen Anschluss des DC-Kondensators 105 zurückzukehren.
  • Zu diesem Zeitpunkt findet in der Wechselrichterschaltung 100 ein PWM-Betrieb statt, und zwar durch eine Kombination der Steuerung, die den DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst, und der Steuerung, die den Strom veranlasst, dort nicht hinein zu fließen. Dadurch wird der DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst. Folglich wird die Stromsteuerung ausgeführt.
  • Als nächstes wird der Fall beschrieben, wenn die Spannung Vin negativ ist, d. h., dass θ sich in einem Bereich von π ≦ θ < 2π befindet.
  • In der Wechselrichterschaltung 100 fließt dann, wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 104a ausgeschaltet sind, der Strom derart, dass der DC–Kondensator 105 entladen wird. Wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 103a ausgeschaltet sind, fließt der Strom derart, dass der DC-Kondensator 105 lädt.
  • Wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 103a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 104a ausgeschaltet sind, und wenn die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 104a eingeschaltet sind und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 103a ausgeschaltet sind, fließt andererseits der Strom derart, dass er nicht in den DC-Kondensator 105 fließt.
  • Die Wechselrichterschaltung 100 steuert die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a bis 104a durch eine Kombination aus den vier Arten von Steuerung, wie sie oben beschrieben sind, um den Strom Iin zu steuern und auszugeben, und zwar mittels einer PWM-Steuerung, so dass der Leistungsfaktor der Wechselspannungsversorgung 1 ungefähr (–1) ist. Dadurch wird der DC-Kondensator 105 zum Durchführen des Ladens und Entladens veranlasst und die erzeugte Spannung auf der Wechselspannungsseite der Spannung Vin überlagert, die ein Ausgang der Wechselspannungsversorgung 1 ist.
  • Wie in 19 gezeigt, werden in der Umrichterschaltung 300 die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 303a eingeschaltet. Der Strom vom positiven Anschluss des Glättungskondensators 3 geht durch die Halbleiter-Schalteinrichtung 303a der Umrichterschaltung 300, um dann zur Wechselspannungsversorgung 1 hin zurückgewonnen zu werden. Dann fließt von dem anderen Anschluss der Wechselspannungsversorgung 1 der Strom durch die Drosselspule 2 und fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein.
  • Der Strom von der Wechselrichterschaltung 100 geht durch die Halbleiter-Schalteinrichtung 302a der Umrichterschaltung 300, um zum negativen Anschluss des Glättungskondensators 3 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt findet in der Wechselrichterschaltung 100 ein PWM-Betrieb statt, und zwar durch eine Kombination der obigen vier Arten von Steuerung. Dadurch wird der DC-Kondensator 105 dazu veranlasst, ein Laden und ein Entladen durchzuführen.
  • Dadurch wird folglich die Stromsteuerung ausgeführt. Der DC-Kondensator 105 wird mit Energie vom Glättungskondensator 3 aufgeladen. Andererseits wird für den Fall des Entladens (Hochsetz-Betrieb) die Energie vom DC-Kondensator 105 zurückgewonnen, und zwar zusammen mit der Energie vom Glättungskondensator 3 und hin zur Wechselspannungsversorgung 1.
  • Im Kurzschluss-Zeitraum T, der einem Phasenbereich zwischen ±θ1 zentriert auf die Phase der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 im Nulldurchgang entspricht, wie es in 20, gezeigt ist, gilt Folgendes: In der Umrichterschaltung 300 wird die Halbleiter-Schalteinrichtung 302a, die ein Kurzschluss-Schalter ist, eingeschaltet, so dass der Glättungskondensator 3 umgangen wird. Strom vom positiven Anschluss in der Wechselrichterschaltung 100 geht durch die Halbleiter-Schalteinrichtung 302a und die Diode 304b der Umrichterschaltung 300, um dann zur Wechselspannungsversorgung 1 hin zurückgewonnen zu werden.
  • Dann geht von dem anderen Anschluss der Wechselspannungsversorgung 1 der Strom durch die Drosselspule 2 und fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um zum negativen Anschluss des DC-Kondensators 105 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt findet in der Wechselrichterschaltung 100 ein PWM-Betrieb statt, und zwar durch eine Kombination der Steuerung, die den DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst, und der Steuerung, die den Strom veranlasst, dort nicht hinein zu fließen. Dadurch wird der DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst. Folglich wird die Stromsteuerung ausgeführt.
  • In der Umrichterschaltung 300 kann – ob nun die Spannung Vin positiv oder negativ ist – im Kurzschluss-Zeitraum T die Steuerungsschaltung 10 die zwei Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a als Kurzschluss-Schalter einschalten, oder sie kann die anderen zwei Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 303a als Kurzschluss-Schalter einschalten.
  • Wie oben beschrieben, gilt auch im Rückgewinnungs-Betrieb wie im Stromlaufbetrieb Folgendes: Der Betrieb der Umrichterschaltung 300 beinhaltet den Kurzschluss-Zeitraum T, in welchem die AC-Anschlüsse der Umrichterschaltung 300 kontinuierlich kurzgeschlossen werden, so dass der Glättungskondensator 3 umgangen wird, und den Zeitraum (nachstehend als Zeitraum K mit offenem Kreis bezeichnet), in welchem DC-Energie vom Glättungskondensator 3 kontinuierlich der Umrichterschaltung 300 zugeführt wird. Sowohl im Kurzschluss-Zeitraum T, als auch im Zeitraum K mit offenem Kreis wird der Strom mittels eines PWM-Betriebs der Wechselrichterschaltung 100 gesteuert.
  • Das heißt, bei ±θ1 von einer Phase im Nulldurchgang (θ = 0, π) der Phase θ der Spannung der Wechselspannungsversorgung 1 wird die Steuerung für die Umrichterschaltung 300 umgeschaltet, und nur im Kurzschluss-Zeitraum zwischen ±θ1 zentriert auf die Phase im Nulldurchgang wird der Glättungskondensator 3 umgangen. Zu diesem Zeitpunkt erzeugt die Wechselrichterschaltung 100 eine Spannung, die im wesentlichen gleich der Spannung mit der umgekehrten Polarität der Spannung Vin ist. Sie steuert den Strom Iin und gibt diesen aus, so dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr (–1) ist, während der DC-Kondensator 105 entladen wird.
  • Andererseits hält im Zeitraum K mit offenem Kreis, der von dem Kurzschluss-Zeitraum verschieden ist, die Wechselrichterschaltung 100 die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Sollspannung Vdc* und steuert den Strom Iin derart und gibt diesen aus, dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr (–1) ist. Zu diesem Zeitpunkt gilt Folgendes: Wenn der Absolutwert der Spannung Vin gleich groß wie oder niedriger als die Sollspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 ist, dann lädt der DC-Kondensator 105. Wenn der Absolutwert der Spannung Vin gleich groß wie oder höher ist als die Sollspannung Vdc*, dann entlädt der DC-Kondensator 105.
  • Auch in solch einem Rückgewinnungs-Betrieb wird wie im Stromlaufbetrieb die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 derart eingestellt, dass sie die nachfolgenden Ausdrücke 2 und 3 erfüllt.
  • Bei der Phase θ im Kurzschluss-Zeitraum T: Vsub ≧ |Vp·sinθ| Ausdruck 2
  • Bei der Phase θ im Zeitraum K mit offenem Kreis: Vsub ≧ |Vdc* – |Vp·sinθ|| Ausdruck 3.
  • Um die Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 zum Steuern des Stroms Iin derart durchzuführen, dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr (–1) im gesamten Phasenbereich der Wechselspannungsversorgung 1 ist, ist es erforderlich, dass die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 die nachfolgenden drei Bedingungen wie im Stromlaufbetrieb erfüllt. Vsub ≧ Vp·sinθ1 Ausdruck 4 Vsub ≧ (Vdc* – Vp·sinθ1) Ausdruck 5 Vsub ≧ (Vp – Vdc*) Ausdruck 6.
  • Es wird nachstehend der Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung für den Fall beschrieben, in welchem die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 nicht eine der obigen drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6) erfüllt. In diesem Fall ist es unmöglich, die Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 im gesamten Phasenbereich der Spannung der Wechselspannungsversorgung durchzuführen.
  • Daher wird der Strom Iin derart gesteuert, dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr (–1) ist, während zwischen der PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 und der PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 umgeschaltet wird.
  • 21 ist ein Diagramm, das ein erstes Beispiel für den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb zusammen mit einer Wellenform in jedem Bereich erläutert. In diesem Fall gilt bei der Phase θ1, die den durch Ausdruck 1 erhaltenen Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt, Folgendes: Die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 erfüllt nicht Ausdruck 4, d. h. Vsub < Vp·sinθ1 ist erfüllt. Dann muss – wie bei der obigen Ausführungsform 1 – eine neue Phase θA bestimmt werden, die den Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt. Gleichzeitig muss eine neue Phase θB bestimmt werden, die den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmt.
  • Das heißt, dass im Kurzschluss-Zeitraum T die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 den obigen Ausdruck 2 erfüllt, so dass die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer ist als die Amplitude der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1. Im Zeitraum K mit offenem Kreis erfüllt die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 3, so dass die Spannung Vsub gleich groß oder größer ist als die Differenz zwischen den Amplituden der Spannung Vdc (Sollspannung Vdc*) des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vin. Außerdem werden der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis neu gesetzt, so dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 wird.
  • Im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis wird die Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird die PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 durchgeführt.
  • Wie in 21 gezeigt, schaltet dann im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA und π – θA ≦ θ ≦ π die Umrichterschaltung 300 kontinuierlich die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a ein, welche Kurzschluss-Schalter sind, um den Glättungskondensator 3 zu umgehen. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 300a in der Umrichterschaltung 300 ausgeschaltet.
  • Der Strom vom positiven Anschluss des DC-Kondensators 105 in der Wechselrichterschaltung 100 wird hin zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückgewonnen, geht durch die Umrichterschaltung 300 und fließt dann in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um zum negativen Anschluss des DC-Kondensators 105 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst wird.
  • Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θB ≦ θ ≦ π – θB gilt in der Umrichterschaltung 300 Folgendes: Die Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 304a werden eingeschaltet, und die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 303a werden ausgeschaltet. Dadurch wird DC-Energie vom Glättungskondensator 3 kontinuierlich der Umrichterschaltung 300 zugeführt. Strom vom positiven Anschluss des Glättungskondensators 3 geht durch die Umrichterschaltung 300 und fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein.
  • Dann wird der Strom von der Wechselrichterschaltung 100 zur Wechselspannungsversorgung 1 hin zurückgewonnen, geht durch die Umrichterschaltung 300 und kehrt zum negativen Anschluss des Glättungskondensators 3 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 geladen wird.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Spannung Vin negativ ist, die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 303a eingeschaltet sind und die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 304a ausgeschaltet sind.
  • Im Zeitraum von θA ≦ θ ≦ θB und π – θB ≦ θ ≦ π – θA gilt in der Wechselrichterschaltung 100, wie sie in 9 gezeigt ist, Folgendes: Die Spannung am Ausgang auf der Wechselspannungsseite wird so gesteuert, dass sie zu 0 wird, um dafür zu sorgen, dass der Strom nicht im DC-Kondensator 105 fließt, während der DC-Kondensator 105 keine Ladung und Entladung durchführt.
  • Dann wird in der Umrichterschaltung 300 ein Schalten der Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, um die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Sollspannung Vdc* zu halten und den Strom Iin derart zu steuern, dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr (–1) ist.
  • Folglich gilt für den Fall, dass es einen Zeitraum gibt, in welchem die Steuerung des Strom-Leistungsfaktors mittels der Wechselrichterschaltung 100 nicht durchgeführt wird, Folgendes: Der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis werden neu eingestellt, so dass der obige Ausdruck 2 im Kurzschluss-Zeitraum T erfüllt ist und der obige Ausdruck 3 im Zeitraum K mit offenem Kreis erfüllt ist, und so dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 ist. Dann wird im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis eine Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt.
  • In dem anderen Zeitraum wird eine Stromsteuerung mittels der Umrichterschaltung 300 durchgeführt. Dadurch wird die Gleichspannung des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 konstant gehalten, und die Steuerung des Leistungsfaktors für den Eingangsstrom Iin wird durchgehend in einem einzigen Zyklus durchgeführt, so dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms Iin derart gesteuert wird, dass er (–1) ist.
  • Als nächstes wird nachstehend ein zweites Beispiel für den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb auf der Basis von 22 erläutert. In diesem Fall führt die Energie-Umwandlungsvorrichtung einen Herabsetz-Betrieb durch, so dass Ausdruck 6 nicht erfüllt ist, d. h. Vsub < (Vp – Vdc*) ist erfüllt. Dann muss – wie bei der obigen Ausführungsform 2, – eine neue Phase θB bestimmt werden, die den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmt. Gleichzeitig muss eine neue Phase θA bestimmt werden, die den Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt. Für diesen Fall ist die Phase θA ebenfalls das andere Ende des Zeitraums K mit offenem Kreis.
  • Das heißt, dass im Kurzschluss-Zeitraum T die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 den obigen Ausdruck 2 erfüllt, so dass die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer ist als die Amplitude der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1. Im Zeitraum K mit offenem Kreis erfüllt die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 3, so dass die Spannung Vsub gleich groß oder größer ist als die Differenz zwischen den Amplituden der Spannung Vdc (Sollspannung Vdc*) des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vin. Außerdem werden der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis neu gesetzt, so dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 wird.
  • Im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis wird die Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird die PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 durchgeführt.
  • Wie in 22 gezeigt, schaltet dann im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA und π – θA ≦ θ ≦ π die Umrichterschaltung 300 kontinuierlich die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a ein, welche Kurzschluss-Schalter sind, um den Glättungskondensator 3 zu umgehen. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 300a in der Umrichterschaltung 300 ausgeschaltet.
  • Der Strom vom positiven Anschluss des DC-Kondensators 105 in der Wechselrichterschaltung 100 wird hin zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückgewonnen, geht durch die Umrichterschaltung 300 und fließt dann in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um zum negativen Anschluss des DC-Kondensators 105 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst wird.
  • Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θA ≦ θ ≦ θB und π – θB ≦ θ ≦ π – θA gilt in der Umrichterschaltung 300 Folgendes: Die Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 304a werden eingeschaltet, und die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 303a werden ausgeschaltet. Dadurch wird DC-Energie vom Glättungskondensator 3 kontinuierlich der Umrichterschaltung 300 zugeführt.
  • Der Strom vom positiven Anschluss des Glättungskondensators 3 geht durch die Umrichterschaltung 300 und fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein. Dann wird der Strom von der Wechselrichterschaltung 100 zur Wechselspannungsversorgung 1 hin zurückgewonnen, geht durch die Umrichterschaltung 300 und kehrt zum negativen Anschluss des Glättungskondensators 3 zurück.
  • Zu diesem Zeitpunkt gilt Folgendes: Wenn in der Wechselrichterschaltung 100 die Spannung Vin gleich groß wie oder niedriger als die Sollspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 ist, dann wird eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung derart durchgeführt, dass der DC-Kondensator 105 geladen wird. Wenn die Spannung Vin gleich groß wie oder größer als die Spannung Vdc* des Glättungskondensators 3, ist, wird eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung derart durchgeführt, dass der DC-Kondensator 105 dazu veranlasst wird, sich zu entladen.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Spannung Vin negativ ist, die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 303a eingeschaltet sind und die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 304a ausgeschaltet sind.
  • Im Zeitraum von θB ≦ θ ≦ π – θB wird in der Wechselrichterschaltung 100 die Spannung am Ausgang auf der Wechselspannungsseite derart gesteuert, dass sie 0 wird, um dafür zu sorgen, dass der Strom nicht im DC-Kondensator 105 fließt, während der DC-Kondensator 105 keine Ladung und Entladung durchführt. Der Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 geht durch die Wechselrichterschaltung 100 und fließt dann in die Umrichterschaltung 300 hinein.
  • Dann wird in der Umrichterschaltung 300 ein Schalten der Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, um die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Sollspannung Vdc* zu halten und den Strom Iin derart zu steuern, dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr (–1) ist.
  • Als nächstes wird nachstehend ein drittes Beispiel für den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb auf der Basis von 23 erläutert. In diesem Fall gilt bei der Phase θ1, die den durch Ausdruck 1 erhaltenen Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt, Folgendes: Die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 erfüllt nicht Ausdruck 5, d. h. Vsub < (Vdc* – Vp·sinθ1) ist erfüllt. Dann muss – wie bei der obigen Ausführungsform 3 – eine neue Phase θB bestimmt werden, die den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmt. Gleichzeitig muss eine neue Phase θA bestimmt werden, die den Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt.
  • Das heißt, dass im Kurzschluss-Zeitraum T die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 den obigen Ausdruck 2 erfüllt, so dass die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer ist als die Amplitude der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1. Im Zeitraum K mit offenem Kreis erfüllt die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 3, so dass die Spannung Vsub gleich groß oder größer ist als die Differenz zwischen den Amplituden der Spannung Vdc (Sollspannung Vdc*) des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vin. Außerdem werden der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis neu gesetzt, so dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 wird.
  • Im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis wird die Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird die PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 durchgeführt.
  • Wie in 23 gezeigt, schaltet dann im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA und π – θA ≦ θ ≦ π die Umrichterschaltung 300 kontinuierlich die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a ein, welche Kurzschluss-Schalter sind, um den Glättungskondensator 3 zu umgehen. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 300a in der Umrichterschaltung 300 ausgeschaltet.
  • Der Strom vom positiven Anschluss des DC-Kondensators 105 in der Wechselrichterschaltung 100 wird hin zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückgewonnen, geht durch die Umrichterschaltung 300 und fließt dann in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um zum negativen Anschluss des DC-Kondensators 105 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst wird.
  • Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θB ≦ θ ≦ π – θB gilt in der Umrichterschaltung 300 Folgendes: Die Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 304a werden eingeschaltet, und die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 303a werden ausgeschaltet. Dadurch wird DC-Energie vom Glättungskondensator 3 kontinuierlich der Umrichterschaltung 300 zugeführt. Strom vom positiven Anschluss des Glättungskondensators 3 geht durch die Umrichterschaltung 300 und fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein.
  • Dann wird der Strom von der Wechselrichterschaltung 100 zur Wechselspannungsversorgung 1 hin zurückgewonnen, geht durch die Umrichterschaltung 300 und kehrt zum negativen Anschluss des Glättungskondensators 3 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 geladen wird.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Spannung Vin negativ ist, die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 303a eingeschaltet sind und die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 304a ausgeschaltet sind.
  • Im Zeitraum von θA ≦ θ ≦ θB und π – θB ≦ θ ≦ π – θA gilt in der Wechselrichterschaltung 100 Folgendes: Die Spannung am Ausgang auf der Wechselspannungsseite wird so gesteuert, dass sie 0 wird, um dafür zu sorgen, dass der Strom nicht im DC-Kondensator 105 fließt, während der DC-Kondensator 105 keine Ladung und Entladung durchführt.
  • Dann wird in der Umrichterschaltung 300 ein Schalten der Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, um die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Sollspannung Vdc* zu halten und den Strom Iin derart zu steuern, dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr (–1) ist.
  • Als nächstes wird nachstehend ein viertes Beispiel für den Stromsteuerungs-Schaltbetrieb auf der Basis von 24 erläutert. In diesem Fall gilt bei der Phase θ1, die den durch den obigen Ausdruck 1 erhaltenen Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt, Folgendes: Die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 erfüllt nicht die beiden Bedingungen der Ausdrücke 4 und 5. Das heißt, dass Vsub < Vp·sinθ1 und Vsub < (Vdc* – Vp·sinθ1) erfüllt sind. Dann müssen wie bei der obigen Ausführungsform 4 eine neue Phase θA und eine neue Phase θB bestimmt werden, die den Kurzschluss-Zeitraum T und den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen.
  • Das heißt, dass im Kurzschluss-Zeitraum T die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 den obigen Ausdruck 2 erfüllt, so dass die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer ist als die Amplitude der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1. Im Zeitraum K mit offenem Kreis erfüllt die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 3, so dass die Spannung Vsub gleich groß oder größer ist als die Differenz zwischen den Amplituden der Spannung Vdc (Sollspannung Vdc*) des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vin. Außerdem werden der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis neu gesetzt, so dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 wird.
  • Im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis wird die Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird die PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 durchgeführt.
  • Wie in 24 gezeigt, schaltet dann im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA und π – θA ≦ θ ≦ π die Umrichterschaltung 300 kontinuierlich die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a ein, welche Kurzschluss-Schalter sind, um den Glättungskondensator 3 zu umgehen. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 300a in der Umrichterschaltung 300 ausgeschaltet.
  • Der Strom vom positiven Anschluss des DC-Kondensators 105 in der Wechselrichterschaltung 100 wird hin zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückgewonnen, geht durch die Umrichterschaltung 300 und fließt dann in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um zum negativen Anschluss des DC-Kondensators 105 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst wird.
  • Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θB ≦ θ ≦ π – θB gilt in der Umrichterschaltung 300 Folgendes: Die Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 304a werden eingeschaltet, und die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 303a werden ausgeschaltet. Dadurch wird DC-Energie vom Glättungskondensator 3 kontinuierlich der Umrichterschaltung 300 zugeführt. Der Strom vom positiven Anschluss des Glättungskondensators 3 geht durch die Umrichterschaltung 300 und fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein.
  • Dann wird der Strom von der Wechselrichterschaltung 100 zur Wechselspannungsversorgung 1 hin zurückgewonnen, geht durch die Umrichterschaltung 300 und kehrt zum negativen Anschluss des Glättungskondensators 3 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 geladen wird.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Spannung Vin negativ ist, die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 303a eingeschaltet sind und die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 304a ausgeschaltet sind.
  • Im Zeitraum von θA ≦ θ ≦ θB und π – θB ≦ θ ≦ π – θA gilt in der Wechselrichterschaltung 100 Folgendes: Die Spannung am Ausgang auf der Wechselspannungsseite wird so gesteuert, dass sie 0 wird, um dafür zu sorgen, dass der Strom nicht im DC-Kondensator 105 fließt, während der DC-Kondensator 105 keine Ladung und Entladung durchführt.
  • Dann wird in der Umrichterschaltung 300 ein Schalten der Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, um die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Sollspannung Vdc* zu halten und den Strom Iin derart zu steuern, dass der Eingangs-Leistungsfaktor ungefähr (–1) ist.
  • Wie oben beschrieben, gilt beim Rückgewinnungs-Betrieb der Energie-Umwandlungsvorrichtung in jedem von erstem bis viertem Beispiel des Stromsteuerungs-Schaltbetriebs für den Fall, dass es einen Zeitraum gibt, in welchem die Steuerung des Strom-Leistungsfaktors mittels der Wechselrichterschaltung 100 nicht durchgeführt wird, Folgendes: Der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis werden neu eingestellt, so dass der obige Ausdruck 2 im Kurzschluss-Zeitraum T erfüllt ist und der obige Ausdruck 3 im Zeitraum K mit offenem Kreis erfüllt ist, und so dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 ist.
  • Dann wird im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis eine Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird eine Stromsteuerung mittels der Umrichterschaltung 300 durchgeführt. Folglich wird die Gleichspannung des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 konstant gehalten, und die Steuerung des Leistungsfaktors für den Eingangsstrom Iin wird durchgehend in dem einen Zyklus fortgeführt, so dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms Iin derart gesteuert wird, dass er (–1) ist.
  • Der Steuerungs-Aufbau für die Umrichterschaltung 300 mittels der Steuerungsschaltung 10 ist der gleiche wie in 10, die oben bei der Ausführungsform 1 gezeigt ist. Im Einzelnen entspricht das erste Beispiel dem Fall von 11, und das zweite und dritte Beispiel entsprechen den Fällen von 14. Der Steuerungs-Aufbau für die Wechselrichterschaltung 100 ist der gleiche wie in 12.
  • Es sei angemerkt, dass der Strom Iin derart gesteuert wird, dass der Leistungsfaktor ungefähr 1 im Stromlaufbetrieb ist und ungefähr (–1) im Rückgewinnungs-Betrieb. Das Gate-Signal 12 für die Umrichterschaltung 300 und das Gate-Signal 11 für die Wechselrichterschaltung 100 entsprechen den Fällen von 21 bis 24.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform hat die Steuerungsschaltung 10 die Rückgewinnungs-Funktion, um Energie vom Glättungskondensator 3 hin zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückzugewinnen. Außerdem ist sogar für den Fall, dass die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 nicht die Bedingung erfüllt, um die Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 im gesamten Phasenbereich der Wechselspannungsversorgung durchzuführen, ein Zeitraum zum Durchführen von PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 vorgesehen. Dadurch wird der Leistungsfaktor des Eingangsstroms so gesteuert, dass er (–1) wird, während zwischen der PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 und PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 umgeschaltet wird.
  • Daher kann nicht nur im Stromlaufbetrieb, sondern auch im Rückgewinnungs-Betrieb die Stromsteuerung zuverlässig durchgehend in dem einen Zyklus der Wechselspannungsversorgung 1 durchgeführt werden, und die Gleichspannung Vsub der Wechselrichterschaltung 100 kann verringert werden. Daher können die Bereiche der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung und der Gleichspannung Vdc erweitert werden, ohne die Stehspannung der Energie-Umwandlungsvorrichtung zu vergrößern.
  • Die Stromsteuerung kann in einem breiten Betriebsbereich durchgeführt werden. Eine größenmäßige Verkleinerung der Vorrichtung und eine Verringerung der Leistungsverluste der Energie-Umwandlungsvorrichtung können verwirklicht werden. Da außerdem die Stromsteuerung fortgeführt werden kann, wird die Zuverlässigkeit der Vorrichtung verbessert.
  • Ausführungsform 6
  • Bei den obigen Ausführungsformen 1 bis 5 gibt dann, wenn die Umrichterschaltung 300 die Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchführt, die Wechselrichterschaltung 100 ein Signal 0 aus. Bei der vorliegenden Ausführungsform 6 gibt dann, wenn die Umrichterschaltung 300 die Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchführt, die Wechselrichterschaltung 100 eine Spannung aus, die eine zu der Versorgungsspannung Vin umgekehrte Polarität hat.
  • Es sei angemerkt, dass der Aufbau der Hauptschaltung der gleiche ist wie bei der obigen Ausführungsform 1. Der unter Bezugnahme auf 2 bis 7 beschriebene prinzipielle Stromlaufbetrieb ist ebenfalls der gleiche wie bei der obigen Ausführungsform 1.
  • Der Fall, in welchem die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 nicht eine oder beide der Ausdrücke 4 und 5 der obigen drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6) erfüllt, wird nachstehend auf der Basis von 25 beschrieben. Hierbei wird der Stromlaufbetrieb angenommen.
  • In diesem Fall gibt es einen Zeitraum inklusive der Phase θ1 der Wechselspannungsversorgung 1, in welchem die Wechselrichterschaltung 100 einen oder beide der folgenden Vorgänge nicht durchführen kann: Den Vorgang zum Ausgeben der Spannung (–Vin), um den DC-Kondensator 105 zu laden; und den Vorgang zum Ausgeben der Spannung (Vdc* – Vin), um den DC-Kondensator 105 zum Entladen zu veranlassen. Daher müssen eine neue Phase θA und eine neue Phase θB bestimmt werden, die den Kurzschluss-Zeitraum T und den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen.
  • Im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis wird eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird eine PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 durchgeführt. Im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA, π – θA ≦ θ ≦ π + θA und 2π θA ≦ θ ≦ 2π erfüllt die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 den obigen Ausdruck 2. Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θB ≦ θ ≦ π – θB und π + θB ≦ θ ≦ 2π – θB erfüllt die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 3.
  • Das heißt, im Kurzschluss-Zeitraum T ist die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer als die Amplitude der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1. Im Zeitraum K mit offenem Kreis ist die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer als die Differenz zwischen den Amplituden der Spannung Vdc (Sollspannung Vdc*) des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vin.
  • In dem vom Kurzschluss-Zeitraum T und vom Zeitraum K mit offenem Kreis verschiedenen Zeitraum führt die Umrichterschaltung 300 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durch, und in diesem Zeitraum gibt die Wechselrichterschaltung 100 eine Spannung aus, welche eine zur Versorgungsspannung Vin umgekehrte Polarität aufweist.
  • Daher bestimmt die Steuerungsschaltung 10 die Phase θA und die Phase θB, so dass der obige Ausdruck 2 im Kurzschluss-Zeitraum erfüllt ist und der obige Ausdruck 3 im Zeitraum K mit offenem Kreis erfüllt ist, und so dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 in dem einen Zyklus (oder Halbzyklus oder Viertelzyklus) inklusive dem Kurzschluss-Zeitraum T, dem Zeitraum K mit offenem Kreis und dem Zeitraum 0 ist, in welchem die Umrichterschaltung 300 PWM-Steuerung durchführt.
  • In diesem Fall werden die Phase θA und die Phase θB derart bestimmt, dass sie den nachfolgenden Ausdruck D erfüllen: Mathematischer Ausdruck 4
    Figure DE112012003766T5_0005
  • Wie in 25, gezeigt, schaltet dann im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA und π – θA ≦ θ ≦ π die Umrichterschaltung 300 kontinuierlich die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a ein, welche Kurzschluss-Schalter sind, um den Glättungskondensator 3 zu umgehen. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 300a in der Umrichterschaltung 300 ausgeschaltet.
  • Der Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um den DC-Kondensator 105 zu laden. Dann geht er durch die Umrichterschaltung 300, um zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 geladen wird.
  • Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θB ≦ θ ≦ π – θB sind in der Umrichterschaltung 300 alle Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a ausgeschaltet. Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein. Ihr Ausgang geht durch die Umrichterschaltung 300, während er den Glättungskondensator 3 auflädt. Er kehrt dann zur Wechselspannungsversorgung 1 zurück. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 zum Entladen veranlasst wird.
  • Im Zeitraum von θA ≦ θ ≦ θB und π – θB ≦ θ ≦ π – θA werden in der Wechselrichterschaltung 100 die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 104a eingeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 103a werden ausgeschaltet. Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 lädt den DC-Kondensator 105 der Wechselrichterschaltung 100 und fließt dann in die Umrichterschaltung 300.
  • Dann werden in der Umrichterschaltung 300 die Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 303a ausgeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtung 302a wird eingeschaltet. Der Strom wird mittels einer PWM-Steuerung unter Verwendung der Halbleiter-Schalteinrichtung 304a gesteuert. Dadurch wird der Glättungskondensator 3 geladen.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Spannung Vin negativ ist, in der Wechselrichterschaltung 100 die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 103a eingeschaltet und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 104a ausgeschaltet werden, um den DC-Kondensator 105 zu laden. In der Umrichterschaltung 300 wird die Halbleiter-Schalteinrichtung 304a eingeschaltet, und der Strom wird mittels einer PWM-Steuerung unter Verwendung der Halbleiter-Schalteinrichtung 302a gesteuert. Dadurch wird der Glättungskondensator 3 geladen.
  • Folglich gilt für den Fall, wenn es einen Zeitraum gibt, in welchem die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors mittels der Wechselrichterschaltung 100 nicht vorgenommen wird, Folgendes: Der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis werden erneut derart eingestellt, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 wird.
  • Dann wird im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis eine Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird eine Stromsteuerung mittels der Umrichterschaltung 300 durchgeführt, und die Wechselrichterschaltung 100 gibt eine Spannung aus, die eine Polarität aufweist, die umgekehrt zu der der Versorgungsspannung Vin ist.
  • Als nächstes wird nachstehend auf der Basis von 26 der Fall beschrieben, in welchem die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 nicht Ausdruck 6 unter den obigen drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6) erfüllt. Das bedeutet, dass die Energie-Umwandlungsvorrichtung einen Herabsetz-Betrieb durchführt und folglich Vsub < (Vp – Vdc*) erfüllt.
  • In diesem Fall gibt es einen Zeitraum inklusive einem Spitzenspannungs-Punkt der Wechselspannungsversorgung 1, in welchem die Wechselrichterschaltung 100 keine Vorgänge zum Ausgeben der Spannung (Vin – Vdc*) durchführen kann, um den DC-Kondensator 105 zu laden. Daher muss eine neue Phase θB bestimmt werden, die den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmt. Gleichzeitig muss eine neue Phase θA bestimmt werden, die den Kurzschluss-Zeitraum T bestimmt. Für diesen Fall ist die Phase θA ebenfalls das andere Ende des Zeitraums K mit offenem Kreis.
  • Im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis wird eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird eine PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 durchgeführt. Im Kurzschluss-Zeitraum von 0 ≦ θ ≦ θA, π – θA ≦ θ ≦ π + θA und 2π – θA ≦ θ ≦ 2π erfüllt die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 den obigen Ausdruck 2. Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θA ≦ θ ≦ θB, π – θB ≦ θ ≦ π – θA, π + θA ≦ θ ≦ π + θB, 2π – θB ≦ θ ≦ 2π – θA erfüllt die Spannung Vsub den obigen Ausdruck 3.
  • Das heißt, im Kurzschluss-Zeitraum T ist die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer als die Amplitude der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1. Im Zeitraum K mit offenem Kreis ist die Spannung Vsub gleich groß wie oder größer als die Differenz zwischen den Amplituden der Spannung Vdc (Sollspannung Vdc*) des Glättungskondensators 3 und der Spannung Vin.
  • In dem vom Kurzschluss-Zeitraum T und vom Zeitraum K mit offenem Kreis verschiedenen Zeitraum führt die Umrichterschaltung 300 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durch, und in diesem Zeitraum gibt die Wechselrichterschaltung 100 eine Spannung aus, welche eine zur Versorgungsspannung Vin umgekehrte Polarität aufweist.
  • Daher bestimmt die Steuerungsschaltung 10 die Phase θA und die Phase θB, so dass der obige Ausdruck 2 im Kurzschluss-Zeitraum erfüllt ist und der obige Ausdruck 3 im Zeitraum K mit offenem Kreis erfüllt ist, und so dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 in dem einen Zyklus (oder Halbzyklus oder Viertelzyklus) inklusive dem Kurzschluss-Zeitraum T, dem Zeitraum K mit offenem Kreis und dem Zeitraum 0 ist, in welchem die Umrichterschaltung 300 PWM-Steuerung durchführt.
  • In diesem Fall werden die Phase θA und die Phase θB derart bestimmt, dass sie den nachfolgenden Ausdruck E erfüllen: Mathematischer Ausdruck 5
    Figure DE112012003766T5_0006
  • Wie in 26, gezeigt, schaltet dann im Kurzschluss-Zeitraum T von 0 ≦ θ ≦ θA und π – θA ≦ θ ≦ π die Umrichterschaltung 300 kontinuierlich die Halbleiter-Schalteinrichtungen 302a und 304a ein, welche Kurzschluss-Schalter sind, um den Glättungskondensator 3 zu umgehen. Zu diesem Zeitpunkt werden die anderen Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 300a in der Umrichterschaltung 300 ausgeschaltet.
  • Der Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein, um den DC-Kondensator 105 zu laden. Dann geht er durch die Umrichterschaltung 300, um zur Wechselspannungsversorgung 1 zurückzukehren. Zu diesem Zeitpunkt wird in der Wechselrichterschaltung 100 eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung durchgeführt, so dass der DC-Kondensator 105 geladen wird.
  • Im Zeitraum K mit offenem Kreis von θA ≦ θ ≦ θB und π – θB ≦ θ ≦ π – θA werden in der Umrichterschaltung 300 alle Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a bis 304a ausgeschaltet. Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 fließt in die Wechselrichterschaltung 100 hinein. Ihr Ausgang geht durch die Umrichterschaltung 300, während er den Glättungskondensator 3 auflädt. Er kehrt dann zur Wechselspannungsversorgung 1 zurück.
  • Zu diesem Zeitpunkt gilt Folgendes: Wenn in der Wechselrichterschaltung 100 die Spannung Vin gleich groß wie oder niedriger als die Sollspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 ist, dann wird eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung derart durchgeführt, dass der DC-Kondensator 105 dazu veranlasst wird, sich zu entladen. Wenn die Spannung Vin gleich groß wie oder größer als die Spannung Vdc* des Glättungskondensators 3 ist, wird eine Stromsteuerung mittels einer PWM-Steuerung derart durchgeführt, dass der DC-Kondensator 105 geladen wird.
  • Im Zeitraum von θB ≦ θ ≦ π – θB werden in der Wechselrichterschaltung 100 die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 104a eingeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 103a werden ausgeschaltet. Strom von der Wechselspannungsversorgung 1 lädt den DC-Kondensator 105 der Wechselrichterschaltung 100 und fließt dann in die Umrichterschaltung 300.
  • Dann werden in der Umrichterschaltung 300 die Halbleiter-Schalteinrichtungen 301a und 303a ausgeschaltet, und die Halbleiter-Schalteinrichtung 302a wird eingeschaltet. Der Strom wird mittels einer PWM-Steuerung unter Verwendung der Halbleiter-Schalteinrichtung 304a gesteuert. Dadurch wird der Glättungskondensator 3 geladen.
  • Es sei angemerkt, dass dann, wenn die Spannung Vin negativ ist, in der Wechselrichterschaltung 100 die Halbleiter-Schalteinrichtungen 102a und 103a eingeschaltet und die Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a und 104a ausgeschaltet werden, um den DC-Kondensator 105 zu laden. In der Umrichterschaltung 300 wird die Halbleiter-Schalteinrichtung 304a eingeschaltet, und der Strom wird mittels einer PWM-Steuerung unter Verwendung der Halbleiter-Schalteinrichtung 302a gesteuert. Dadurch wird der Glättungskondensator 3 geladen.
  • Auch in diesem Fall gilt – wie in dem Fall, der in 25 gezeigt ist –, wenn es einen Zeitraum gibt, in welchem die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors mittels der Wechselrichterschaltung 100 nicht vorgenommen wird, Folgendes: Der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis werden erneut derart eingestellt, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 insgesamt 0 wird.
  • Dann wird im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis eine Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung 100 durchgeführt. In dem anderen Zeitraum wird eine Stromsteuerung mittels der Umrichterschaltung 300 durchgeführt, und die Wechselrichterschaltung 100 gibt eine Spannung aus, die eine Polarität aufweist, die umgekehrt zu der der Versorgungsspannung Vin ist.
  • Der Steuerungs-Aufbau für die Umrichterschaltung 300 mittels der Steuerungsschaltung 10 ist der gleiche wie in 10 und 14, die bei der obigen Ausführungsform 1 gezeigt sind. Das Gate-Signal 12 für die Umrichterschaltung 300 entspricht dem Fall von 25 oder 26.
  • Die Ausgangssteuerung für die Wechselrichterschaltung 100 wird nachstehend beschrieben. 27 ist ein Steuerungs-Blockdiagramm der Ausgangssteuerung für die Wechselrichterschaltung 100 mittels der Steuerungsschaltung 10. Wie in 27 gezeigt, wird bei der prinzipiellen Ausgangssteuerung für die Wechselrichterschaltung 100 die Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 auf der Sollspannung Vdc* gehalten, und der Strom Iin wird derart gesteuert, dass der Leistungsfaktor der Wechselspannungsversorgung 1 ungefähr 1 ist.
  • Zunächst wird unter Verwendung der Differenz 40 zwischen der Gleichspannung Vdc und der Sollspannung Vdc* des Glättungskondensators 3 als Rückführungsbetrag eine PI-Regelung durchgeführt, um einen Ausgang als Amplituden-Sollwert 41 zu erhalten. Dann wird auf der Basis des Amplituden-Sollwerts 41 ein Strombefehl Iin* 42 erzeugt, der durch eine Sinuswelle dargestellt wird, die mit der Spannung Vin synchronisiert ist, und zwar aus einer auf die Wechselspannungsversorgung synchronisierten Frequenz.
  • Danach wird unter Verwendung der Differenz 43 zwischen dem Strombefehl Iin* 42 und dem detektierten Strom Iin als Rückführungsbetrag eine PI-Regelung durchgeführt, um einen Ausgang als Spannungsbefehl 44 zu erhalten, der ein Sollwert der erzeugten Spannung der Wechselrichterschaltung 100 ist. Zu diesem Zeitpunkt wird der Spannungsbefehl 44 korrigiert, indem darauf eine Vorwärtskopplung-Korrekturspannung ΔV addiert wird, die synchronisiert ist mit einem Zeitpunkt des Umschaltens zwischen der Steuerung im Kurzschluss-Zeitraum T zum Kurzschließen der AC-Anschlüsse der Umrichterschaltung 300 und der Steuerung in den Zeiträumen, die sich von dem Kurzschluss-Zeitraum unterscheiden.
  • Dann wird ein Gate-Signal 47 für jede der Halbleiter-Schalteinrichtungen 101a bis 104a der Wechselrichterschaltung 100 mittels einer PWM-Steuerung 46 erzeugt, und zwar unter Verwendung des korrigierten Spannungsbefehls 45. Es wird einer Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 51 zugeführt.
  • Dann empfängt die Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 51 das Gate-Signal 47 von der Steuerung des Eingangs-Leistungsfaktors, die Phasen θA 37 und θB 36, die den Kurzschluss-Zeitraum T und den Zeitraum K mit offenem Kreis bestimmen und mittels der Steuerung der Umrichterschaltung 300 berechnet worden sind, die Spannung Vsub des DC-Kondensators 105 und eine Polarität 53 der Versorgungsspannung Vin.
  • Dann gibt – weiterhin auf der Basis der Spannung Vin der Wechselspannungsversorgung 1 und der Gleichspannung Vdc des Glättungskondensators 3 – die Gate-Signal-Erzeugungseinrichtung 51 das Gate-Signal 11 an die Wechselrichterschaltung 100 aus. Als das Gate-Signal 11 der Wechselrichterschaltung 100 wird das Gate-Signal 47 im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis ausgegeben, und ein Gate-Signal zum Ausgeben der Spannung Vsub wird in dem anderen Zeitraum ausgegeben.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform wird die Gleichspannung des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 konstant gehalten, und die Steuerung des Leistungsfaktors für den Eingangsstrom Iin wird durchgehend in dem einen Zyklus fortgeführt, so dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms Iin derart gesteuert wird, dass er 1 ist.
  • Ferner gilt in dem Zeitraum, in dem die Stromsteuerung von der Umrichterschaltung 300 durchgeführt wird, Folgendes: Da die Wechselrichterschaltung 100 eine Spannung mit einer Polarität ausgibt, die entgegengesetzt zu derer der Versorgungsspannung Vin ist, ist die Schaltspannung in der Umrichterschaltung 300 gleich der Differenzspannung zwischen der Versorgungsspannung Vin und der Ausgangsspannung Vsub der Wechselrichterschaltung 100.
  • Daher wird die Schaltspannung verglichen mit dem Fall der obigen Ausführungsformen 1 bis 4 verringert, so dass Schaltverluste in der Umrichterschaltung 300 verringert werden. Zudem ist die an die Drosselspule 2 angelegte Spannung ebenfalls gleich der Differenzspannung zwischen der Versorgungsspannung Vin und der Ausgangsspannung Vsub der Wechselrichterschaltung 100.
  • Dadurch wird die angelegte Spannung verringert. In diesem Fall können Eisenverluste der Drosselspule 2 verringert werden. Ferner kann die Kapazität der Drosselspule verringert werden, und zwar um einen Betrag, der dem Verringerungsbetrag der angelegten Spannung entspricht.
  • Es sei angemerkt, dass auch die vorliegende Ausführungsform auf eine Energie-Umwandlungsvorrichtung angewendet werden kann, die zur bidirektionalen Steuerung für Stromlauf/Rückgewinnung geeignet ist. Auch in einem solchen Fall wird die gleiche Wirkung erzielt.
  • Ausführungsform 7
  • Bei den obigen Ausführungsformen ist die Wechselrichterschaltung 100 aufgebaut aus einem einphasigen Wechselrichter. Die Wechselrichterschaltung kann jedoch auch aus einer Vielzahl von einphasigen Wechselrichtern aufgebaut werden, deren AC-Seiten in Reihe geschaltet sind. In diesem Fall wird die Summe der Spannung der DC-Kondensatoren der Vielzahl von in Reihe geschalteten einphasigen Wechselrichtern als die Spannung Vsub angenommen.
  • Dann wird – beruhend darauf, ob oder ob nicht eine solche Spannung Vsub die obigen drei Bedingungen (Ausdrücke 4 bis 6) erfüllt – bestimmt, ob oder ob nicht eine Stromsteuerung mittels der Wechselrichterschaltung im gesamten Phasenbereich der Wechselspannungsversorgung durchgeführt werden kann.
  • Dann gilt für den Fall, wenn es einen Zeitraum gibt, in welchem die Steuerung des Eingangsstrom-Leistungsfaktors mittels der Wechselrichterschaltung 100 nicht vorgenommen wird, Folgendes: Der Kurzschluss-Zeitraum T und der Zeitraum K mit offenem Kreis werden erneut derart eingestellt, dass der Lade-/Entladebetrag eines jeden DC-Kondensators der Wechselrichterschaltung insgesamt 0 wird. Dann wird im Kurzschluss-Zeitraum T und im Zeitraum K mit offenem Kreis eine PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung durchgeführt, um eine Stromsteuerung vorzunehmen. In dem anderen Zeitraum wird eine PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 vorgenommen, um eine Stromsteuerung durchzuführen.
  • Dadurch wird die Gleichspannung des DC-Kondensators 105 der Wechselrichterschaltung 100 konstant gehalten, und die Steuerung des Leistungsfaktors für den Eingangsstrom Iin wird durchgehend in dem einen Zyklus durchgeführt, so dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms Iin derart gesteuert wird, dass er 1 ist. In diesem Fall werden während des Zeitraums, in dem eine PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung 300 vorgenommen werden, alle Ausgangsspannungen der einphasigen Wechselrichter der Wechselrichterschaltung auf 0 gesetzt.
  • Alternativ können dadurch, dass die obige Ausführungsform 6 angewendet wird, die Ausgangsspannungen des einen oder der mehreren einphasigen Wechselrichter(s) derart eingestellt werden, dass sie Polaritäten aufweisen, die entgegengesetzt zu derer der Versorgungsspannung Vin sind.
  • Auch in diesem Fall wird die gleiche Wirkung wie bei den obigen Ausführungsformen 1 bis 4 und wie bei der obigen Ausführungsform 6 erzielt. Ferner kann die vorliegende Ausführungsform auf eine Energie-Umwandlungsvorrichtung angewendet werden, die dazu in der Lage ist, eine bidirektionale Steuerung für Stromlauf/Rückgewinnung durchzuführen, so dass die gleiche Wirkung wie bei der obigen Ausführungsform 5 erzielt wird.
  • Es sei angemerkt, dass im Umfang der vorliegenden Erfindung die obigen Ausführungsformen frei miteinander kombiniert werden können, und es kann eine jede der obigen Ausführungsformen angemessen verändert oder gekürzt werden.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche das Ausgangssignal auf der Wechselspannungsseite eines einphasigen Wechselrichters einem Energieversorgungs-Ausgangssignal überlagert, um eine gewünschte Gleichspannung zu erhalten, und die vorliegende Erfindung ist weitem Umfang anwendbar auf dem Gebiet der Energieumwandlung.

Claims (10)

  1. Energie-Umwandlungsvorrichtung, die Folgendes aufweist: – eine Wechselrichterschaltung, die eine Vielzahl von Halbleiter-Schalteinrichtungen und einen DC-Kondensator aufweist und die mit einem ersten Anschluss einer Wechselspannungsversorgung in Reihe geschaltet ist; – eine Umrichterschaltung, die eine Vielzahl von Halbleiter-Schalteinrichtungen aufweist, welche zwischen DC-Busleitungen vorgesehen sind, wobei der eine AC-Anschluss der Umrichterschaltung in Reihe mit der Wechselrichterschaltung geschaltet ist und der andere AC-Anschluss in Reihe mit einem zweiten Anschluss der Wechselspannungsversorgung geschaltet ist, und wobei die Umrichterschaltung dazu ausgebildet ist, DC-Energie zwischen den DC-Busleitungen auszugeben; – einen Glättungskondensator, der zwischen die DC-Busleitungen geschaltet ist, zum Glätten des Ausgangs der Umrichterschaltung; und – eine Steuerungsschaltung zum Steuern der Wechselrichterschaltung und der Umrichterschaltung derart, dass die Spannung des DC-Kondensators der Wechselrichterschaltung einem Spannungs-Befehlswert folgt, dass die Spannung des Glättungskondensators der Sollspannung folgt, und dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms, welcher den Strom von der Wechselspannungsversorgung darstellt, gleich 1 ist, – wobei die Steuerungsschaltung Folgendes vorsieht: – einen Kurzschluss-Zeitraum inklusive einer Phase der Wechselspannungsversorgung im Nulldurchgang, in welchem die AC-Anschlüsse der Umrichterschaltung kontinuierlich kurzgeschlossen werden, um den Glättungskondensator zu umgehen; und – einen Zeitraum mit offenem Kreis, in welchem der DC-Ausgang der Umrichterschaltung kontinuierlich an den Glättungskondensator ausgegeben wird, und wobei die Steuerungsschaltung dadurch dafür sorgt, dass die Spannung des DC-Kondensators der Wechselrichterschaltung dem eingestellten Spannungs-Befehlswert folgt, – wobei die Steuerungsschaltung eine PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung durchführt, und zwar im Kurzschluss-Zeitraum und im Zeitraum mit offenem Kreis, und – wobei die Steuerungsschaltung einen Zeitraum zum Durchführen der PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung gemäß der Spannung des DC-Kondensators vorsieht und den Leistungsfaktor des Eingangsstroms derart steuert, dass er gleich 1 ist, und zwar dadurch, dass sie zwischen der PWM-Steuerung für die Wechselrichterschaltung und der PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung umschaltet.
  2. Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsschaltung den Kurzschluss-Zeitraum und den Zeitraum mit offenem Kreis so bestimmt, dass die Spannung des DC-Kondensators der Wechselrichterschaltung im Kurzschluss-Zeitraum gleich groß wie oder größer als die Spannung der Wechselspannungsversorgung ist, und dass sie im Zeitraum mit offenem Kreis gleich groß wie oder größer ist als die Differenz zwischen den Amplituden der Spannung des Glättungskondensators und der Spannung der Wechselspannungsversorgung.
  3. Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungsschaltung den Ausgang auf der Wechselspannungsseite der Wechselrichterschaltung derart steuert, dass er gleich 0 ist im Zeitraum zum Durchführen der PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung, und wobei sie dafür sorgt, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators der Wechselrichterschaltung im Kurzschluss-Zeitraum und im Zeitraum mit offenem Kreis insgesamt im wesentlichen gleich 0 ist.
  4. Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungsschaltung die Wechselrichterschaltung dazu veranlasst, an die Wechselspannungsseite kontinuierlich eine Spannung mit einer Polarität auszugeben, die entgegengesetzt zu der der Spannung der Wechselspannungsversorgung im Zeitraum zum Durchführen der PWM-Steuerung für die Steuerungsschaltung ist, und wobei sie dafür sogt, dass der Lade-/Entladebetrag des DC-Kondensators der Wechselrichterschaltung in dem einen Zyklus inklusive dem Kurzschluss-Zeitraum, dem Zeitraum mit offenem Kreis und dem Zeitraum zum Durchführen der PWM-Steuerung für die Umrichterschaltung im wesentlichen gleich 0 ist.
  5. Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Steuerungsschaltung eine Rückgewinnungs-Funktion zum Rückgewinnen von Energie vom Glättungskondensator hin zur Wechselspannungsversorgung aufweist, und wobei sie die Wechselrichterschaltung und die Umrichterschaltung derart steuert, dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms bei der Rückgewinnung –1 ist.
  6. Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Steuerungsschaltung eine Rückgewinnungs-Funktion zum Rückgewinnen von Energie vom Glättungskondensator hin zur Wechselspannungsversorgung aufweist, und wobei sie die Wechselrichterschaltung und die Umrichterschaltung derart steuert, dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms bei der Rückgewinnung –1 ist.
  7. Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Steuerungsschaltung eine Rückgewinnungs-Funktion zum Rückgewinnen von Energie vom Glättungskondensator hin zur Wechselspannungsversorgung aufweist, und wobei sie die Wechselrichterschaltung und die Umrichterschaltung derart steuert, dass der Leistungsfaktor des Eingangsstroms bei der Rückgewinnung –1 ist.
  8. Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die Steuerungsschaltung die Wechselrichterschaltung und die Umrichterschaltung derart steuert, dass beim Stromlauf zum Ausgeben von Energie an den Glättungskondensator der DC-Kondensator der Wechselrichterschaltung im Kurzschluss-Zeitraum geladen wird, und dass beim Rückgewinnen vom Glättungskondensator der DC-Kondensator der Wechselrichterschaltung im Kurzschluss-Zeitraum entlädt.
  9. Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Steuerungsschaltung die Wechselrichterschaltung und die Umrichterschaltung derart steuert, dass beim Stromlauf zum Ausgeben von Energie an den Glättungskondensator der DC-Kondensator der Wechselrichterschaltung im Kurzschluss-Zeitraum geladen wird, und dass beim Rückgewinnen vom Glättungskondensator der DC-Kondensator der Wechselrichterschaltung im Kurzschluss-Zeitraum entlädt.
  10. Energie-Umwandlungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Steuerungsschaltung die Wechselrichterschaltung und die Umrichterschaltung derart steuert, dass beim Stromlauf zum Ausgeben von Energie an den Glättungskondensator der DC-Kondensator der Wechselrichterschaltung im Kurzschluss-Zeitraum geladen wird, und dass beim Rückgewinnen vom Glättungskondensator der DC-Kondensator der Wechselrichterschaltung im Kurzschluss-Zeitraum entlädt.
DE112012003766.9T 2011-09-08 2012-05-22 Energie-Umwandlungsvorrichtung Granted DE112012003766T5 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011195537 2011-09-08
JP2011-195537 2011-09-08
PCT/JP2012/063015 WO2013035383A1 (ja) 2011-09-08 2012-05-22 電力変換装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE112012003766T5 true DE112012003766T5 (de) 2014-09-18

Family

ID=47831848

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112012003766.9T Granted DE112012003766T5 (de) 2011-09-08 2012-05-22 Energie-Umwandlungsvorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9401655B2 (de)
JP (1) JP5631499B2 (de)
CN (1) CN103782500B (de)
DE (1) DE112012003766T5 (de)
WO (1) WO2013035383A1 (de)

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6129650B2 (ja) * 2013-06-06 2017-05-17 株式会社東芝 車両用電力変換装置
JP6113248B1 (ja) * 2015-10-23 2017-04-12 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP6651858B2 (ja) * 2016-01-12 2020-02-19 住友電気工業株式会社 電力変換装置及び電力変換装置の制御方法
WO2017138176A1 (ja) * 2016-02-08 2017-08-17 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP6129450B1 (ja) * 2016-02-08 2017-05-17 三菱電機株式会社 電力変換装置
CN110809854B (zh) * 2017-07-07 2021-04-09 三菱电机株式会社 交流直流变换装置、电动机驱动控制装置、送风机、压缩机以及空调机
JP6911677B2 (ja) * 2017-09-27 2021-07-28 富士電機株式会社 交流−直流変換装置
EP3754827A4 (de) * 2018-02-16 2021-03-17 Mitsubishi Electric Corporation Steuerungsvorrichtung eines leistungswandlers
EP3797466A1 (de) * 2018-06-01 2021-03-31 Futurewei Technologies, Inc. Multilevel-wechselrichter mit geschalteten kapazitäten zum drahtlosen laden mit leistungsregelung
WO2021240657A1 (ja) 2020-05-26 2021-12-02 三菱電機株式会社 電力変換装置、モータ駆動装置、送風機、圧縮機及び空気調和機
JP7130024B2 (ja) * 2020-11-12 2022-09-02 三菱電機株式会社 電力変換装置
US11424692B2 (en) * 2020-12-23 2022-08-23 Hamilton Sundstrand Corporation Multi-level single-phase AC-to-DC converter
CN116569469A (zh) * 2020-12-23 2023-08-08 三菱电机株式会社 电力变换装置

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4468840B2 (ja) * 2005-02-25 2010-05-26 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP2007282442A (ja) * 2006-04-11 2007-10-25 Fuji Electric Systems Co Ltd 交直変換回路
JP4958715B2 (ja) * 2007-10-10 2012-06-20 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP5323426B2 (ja) * 2008-09-08 2013-10-23 三菱電機株式会社 電力変換装置
US8659924B2 (en) * 2008-12-12 2014-02-25 Mitsubishi Electric Corporation Power conversion apparatus
WO2010113218A1 (ja) * 2009-04-01 2010-10-07 三菱電機株式会社 電力変換装置
JP4850279B2 (ja) * 2009-11-27 2012-01-11 三菱電機株式会社 電力変換装置
CN102918758B (zh) * 2010-05-28 2015-03-18 三菱电机株式会社 电力变换装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20140233279A1 (en) 2014-08-21
JPWO2013035383A1 (ja) 2015-03-23
JP5631499B2 (ja) 2014-11-26
WO2013035383A1 (ja) 2013-03-14
US9401655B2 (en) 2016-07-26
CN103782500A (zh) 2014-05-07
CN103782500B (zh) 2017-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE112012003766T5 (de) Energie-Umwandlungsvorrichtung
EP2451064B1 (de) Hochsetzsteller
EP2515424B1 (de) Gleichspannungswandler
DE112015006096B4 (de) Dc/dc-umsetzer
EP2187510A1 (de) Stromrichteranlaufschaltung
DE112010005608B4 (de) Leistungsumwandlungseinrichtung
WO2010086823A2 (de) DC/DC-Wandler und AC/DC-Wandler
EP2144359A2 (de) DC/DC- Wandler
DE112017003265T5 (de) Parallele stromversorgungsvorrichtung
DE112015002279T5 (de) Energie-umsetzungsvorrichtung
EP2451065B1 (de) Wechselrichterschaltung mit einem tiefsetzsteller
DE112014004505T5 (de) Elektrische Energieumwandlungs-Einrichtung
DE102017129180A1 (de) Drahtlose Leistungsempfangsvorrichtung, drahtloses Leistungsübertragungssystem, das diese verwendet, und Gleichrichter
DE112009004627T5 (de) Leistungsumwandlungsvorrichtung
DE102013005070B4 (de) Hoch-Tiefsetzsteller
EP2515425A2 (de) Gleichspannungswandler
DE10153738A1 (de) Gleichrichterschaltung und Verfahren zu deren Steuerung
WO2020064432A1 (de) Ladeschaltung für einen fahrzeugseitigen elektrischen energiespeicher
WO2020064429A1 (de) Ladeschaltung für einen fahrzeugseitigen elektrischen energiespeicher
DE102012111607A1 (de) DC-DC-Wandler und Verfahren zur Steuerung eines DC-DC-Wandlers
EP3562016A1 (de) Vorladung eines zwischenkreises
EP1976103B1 (de) Weich schaltende Umrichterschaltung und Verfahren zu ihrer Steuerung
DE4342327A1 (de) Durch eine Batterie unterbruchfrei gestütztes Schaltnetzteil
DE2614445C2 (de) Stromrichteranordnung zur Umformung einer vorgegebenen Netzwechselspannung
DE112016004305T5 (de) Stromversorgungsvorrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed
R083 Amendment of/additions to inventor(s)
R084 Declaration of willingness to licence
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division