DE112018006973T5 - Serieller multiplex-umrichter - Google Patents

Abstract

Ein serieller Multiplex-Umrichter (1) umfasst eine Leistungswandlungseinheit (10), eine Phasendifferenz-Auswahleinheit (43), eine Ansteuersignal-Erzeugungseinheit (41) und eine Ansteuersignal-Ausgabeeinheit (42). Die Phasendifferenz-Auswahleinheit (43) wählt aus einer Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten die Phasendifferenz zwischen Rechteckwellenspannungen von einer Vielzahl von einphasigen Umrichtern (15bis 15) aus. Die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit (41) erzeugt eine Vielzahl von Ansteuersignalen (Spbis Sp), die die verschiedenen einphasigen Umrichter (15bis 15) eine Vielzahl von Rechteckwellenspannungen ausgeben lässt, die sequentiell um die Phasendifferenz außer Phase sind, die durch die Phasendifferenz-Auswahleinheit (43) ausgewählt wird. Die Ansteuersignal-Ausgabeeinheit (42) gibt die Vielzahl von Ansteuersignalen (Spbis Sp), die durch die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit (41) erzeugt werden, an die Vielzahl von einphasigen Umrichtern (15bis 15) aus.

Description

• Gebiet
• Die vorliegende Erfindung betrifft einen seriellen Multiplex-Umrichter, der eine Vielzahl von einphasigen Umrichtern mit Ausgangsanschlüssen umfasst, die seriell verbunden sind.
• Hintergrund
• Herkömmlich bekannte serielle Multiplex-Umrichter umfassen eine Vielzahl von einphasigen Umrichtern zum Ausgeben von Rechteckwellenspannungen, die aus der Phase zueinander sind, zum Kombinieren der Rechteckwellenspannungen, und zum Ausgeben der kombinierten Spannung. Hinsichtlich dieses Typs eines seriellen Multiplex-Umrichters offenbart die Patenliteratur 1 ein Verfahren zum Berechnen des Phasenwinkels einer Rechteckwellenspannungsausgabe aus jedem einphasigen Umrichter derart, dass die Harmonische jeder Ordnung, die in der Ausgangsspannung aus dem seriellen Multiplex-Umrichter umfasst ist, einen gewünschten Wert oder weniger aufweist. Die einphasigen Umrichter geben dann individuell eine Rechteckwellenspannung bei dem berechneten Phasenwinkel aus.
• Zitatsliste
• Patenliteratur
• Patenliteratur 1: Offengelegte japanische Patentanmeldung mit der Nr. H6-245532
• Zusammenfassung
• Technisches Problem
• Der herkömmliche serielle Multiplex-Umrichter kann eine Steuerung derart durchführen, dass die harmonische Spannung bzw. Oberschwingungsspannung jeder Ordnung, die in der Ausgangsspannung des seriellen Multiplex-Umrichters umfasst ist, einen gewünschten Wert oder weniger aufweist, berücksichtigt aber nicht den Oberschwingungsstrom, der durch die Last fließt, die mit dem seriellen Multiplex-Umrichter verbunden ist. Da die Leichtigkeit des Strömens des Oberschwingungsstroms jeder Ordnung abhängig von den Eigenschaften der Last variiert, die mit dem seriellen Multiplex-Umrichter verbunden ist, selbst wenn die Oberschwingungsspannung jeder Ordnung, die in der Ausgangsspannung des seriellen Multiplex-Umrichters umfasst ist, unterdrückt wird, variiert die Größe des Oberschwingungsstroms jeder Ordnung abhängig von den Eigenschaften der Last. Deshalb erfordert ein Versuch, den Oberschwingungsstrom jeder Ordnung von dem seriellen Multiplex-Umrichter zur Last unbeachtlich der Eigenschaften der Last zu unterdrücken, einen großen harmonischen Filter bzw. Oberschwingungsfilter, der eine hohe Oberschwingungs-Verringerungswirkung aufweist, was in einer Erhöhung der Größe des seriellen Multiplex-Umrichters resultiert.
• Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des oben Gesagten getätigt, und eine Aufgabe derselben ist es, einen seriellen Multiplex-Umrichter zu erhalten, der fähig ist, den harmonischen Strom bzw. den Oberschwingungsstrom zu unterdrücken, der durch die Last fließt, indem jeder einphasige Umrichter gesteuert wird, selbst wenn die Eigenschaften der Last variieren.
• Lösung des Problems
• Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen und die Aufgabe zu erzielen, weist ein serieller Multiplex-Umrichter der vorliegenden Erfindung eine Leistungswandlungseinheit, eine Phasendifferenz-Auswahleinheit, eine Ansteuersignal-Erzeugungseinheit und eine Ansteuersignal-Ausgabeeinheit auf. Die Leistungswandlungseinheit umfasst eine Vielzahl von einphasigen Umrichtern mit Ausgangsanschlüssen, die seriell verbunden sind. Die Phasendifferenz-Auswahleinheit wählt aus einer Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten eine Phasendifferenz zwischen Rechteckwellenspannungen aus der Vielzahl von einphasigen Umrichtern aus. Die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit erzeugt eine Vielzahl von Ansteuersignalen, die unterschiedliche einphasige Umrichter eine Vielzahl von Rechteckwellenspannungen ausgeben lässt, die sequentiell um die Phasendifferenz außer Phase sind, die durch die Phasendifferenz-Auswahleinheit ausgewählt wird. Die Ansteuersignal-Ausgabeeinheit gibt die Vielzahl von Ansteuersignalen, die durch die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit erzeugt werden, an die Vielzahl von einphasigen Umrichtern aus.
• Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
• Die vorliegende Erfindung kann die Wirkung einer Unterdrückung des Oberschwingungsstroms erzielen, der durch die Last fließt, indem jeder einphasige Umrichter gesteuert wird, selbst wenn die Eigenschaften der Last variieren.
• Figurenliste
• 1 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration eines seriellen Multiplex-Umrichters gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
• 2 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration eines einphasigen Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 3 stellt ein Diagramm dar, das ein Verhältnis zwischen Gate-Signalen, die von einer Gate-Ansteuereinrichtung ausgegeben werden, und der Wellenform der Ausgangsspannung von einem einphasigen Umrichter gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 4 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration einer Ansteuersignal-Erzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 5 stellt ein Diagramm dar, das ein Beispiel von Ausgangsspannungen von einer Vielzahl von einphasigen Umrichtern gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 6 stellt ein Diagramm dar, das ein Beispiel von Ausgangsspannungen von einer Vielzahl von einphasigen Umrichtern gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 7 stellt ein Diagramm dar, das ein Beispiel von Ausgangsspannungen von einer Vielzahl von einphasigen Umrichtern gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 8 stellt ein Diagramm dar, das ein Beispiel der harmonischen Spannung bzw. Oberschwingungsspannung jeder Ordnung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 9 stellt ein partiell vergrößertes Diagramm der 8 dar.
• 10 stellt ein Diagramm dar, das Frequenzeigenschaften einer Vielzahl von Lasten gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 11 stellt ein Diagramm dar, das das Verhältnis zwischen der ersten Phasendifferenz und dem Oberschwingungsstrom für die erste Last gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 12 stellt ein Diagramm dar, das das Verhältnis zwischen der ersten Phasendifferenz und dem Oberschwingungsstrom für die zweite Last gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 13 stellt ein Diagramm dar, das das Verhältnis zwischen der ersten Phasendifferenz und dem Oberschwingungsstrom für die dritte Last gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 14 stellt ein Flussdiagramm dar, das einen exemplarischen Vorgang veranschaulicht, der durch eine Steuereinheit durchgeführt wird, gemäß der ersten Ausführungsform.
• 15 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Hardware-Konfiguration der Steuereinheit des seriellen Multiplex-Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht.
• 16 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration eines seriellen Multiplex-Umrichters gemäß einer zweiten Ausführungsform veranschaulicht.
• 17 stellt ein Flussdiagramm dar, das einen exemplarischen Vorgang veranschaulicht, der durch eine Steuereinheit durchgeführt wird, gemäß der zweiten Ausführungsform.
• Beschreibung der Ausführungsformen
• Nachfolgend werden serielle Multiplex-Umrichter gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert basierend auf den Zeichnungen beschrieben werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Ausführungsformen beschränkt.
• Erste Ausführungsform
• 1 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration eines seriellen Multiplex-Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Wie in 1 veranschaulicht, umfasst der serielle Multiplex-Umrichter 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine Leistungswandlungseinheit 10, eine Spannungserfassungseinheit 20, eine Stromerfassungseinheit 30, eine Steuereinheit 40, eine Operationseinheit 50 und einen harmonischen Filter bzw. einen Oberschwingungsfilter 70. Die Steuereinheit 40 steuert die Leistungswandlungseinheit 10 derart, dass die Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlungseinheit 10 ausgegeben wird.
• Die Leistungswandlungseinheit 10 kann eine AC- bzw. Wechselstrom-Leistung, die von einer einphasigen AC-Leistungsversorgung 2 ausgegeben wird, in eine AC-Leistung mit irgendeiner Frequenz und Amplitude wandeln. Die Leistungswandlungseinheit 10 kann zum Beispiel eine AC-Leistung, die von der einphasigen AC-Leistungsversorgung 2 ausgegeben wird, in eine Hochfrequenz-AC-Leistung mit einer Grundfrequenz von 1 kHz oder mehr wandeln. Es ist festzustellen, dass die Leistungswandlungseinheit 10 auch eine AC-Leistung, die von der einphasigen AC-Leistungsversorgung 2 ausgegeben wird, in eine AC-Leistung mit einer Grundfrequenz von weniger als 1 kHz wandeln kann.
• Die Leistungswandlungseinheit 10 umfasst n Leistungswandlungsblöcke 11₁ bis 11_n . Hier ist „n“ eine ganze Zahl, die zwei oder größer ist. Der Leistungswandlungsblock 11₁ umfasst einen Transformator 12₁ , eine Gleichrichterschaltung 13₁ , einen Kondensator 14₁ und einen einphasigen Umrichter 15₁ . Der Leistungswandlungsblock 11₂ umfasst einen Transformator 12₂ , eine Gleichrichterschaltung 13₂ , einen Kondensator 14₂ und einen einphasigen Umrichter 15₂ .
• Ähnlich zum Leistungswandlungsblock 11₁ und 11₂ umfasst jeder der Leistungswandlungsblöcke 11₃ bis 11_n einen der Transformatoren 12₃ bis 12_n , eine der Gleichrichterschaltungen 13₃ bis 13_n , einen der Kondensatoren 14₃ bis 14_n und einen der einphasigen Umrichtern 15₃ bis 15_n . Die Leistungswandlungsblöcke 11₁ bis 11_n weisen die gleiche Konfiguration auf, wie oben angegeben. Deshalb wird nachfolgend die Konfiguration des Leistungswandlungsblocks 11₁ detailliert beschrieben werden.
• Die primäre Wicklung des Transformators 12₁ ist mit der einphasigen AC-Leistungsversorgung 2 verbunden. Der Transformator 12₁ wandelt die AC- bzw. Wechselstrom-Spannung Vac, die von der einphasigen AC-Leistungsversorgung 2 ausgegeben wird, in eine AC-Spannung mit einer Amplitude, die von dem Wicklungsverhältnis des Transformators 12₁ abhängt, und gibt die AC-Spannung aus.
• Die Gleichrichterschaltung 13₁ ist mit der sekundären Wicklung des Transformators 12₁ verbunden und richtet die AC-Spannung gleich, die vom Transformator 12₁ ausgegeben wird. Die Gleichrichterschaltung 13₁ ist zum Beispiel eine Vollwellen-Gleichrichterschaltung, eine Halbwellen-Gleichrichterschaltung oder eine Vollbrückenschaltung. Es ist festzustellen, dass die Gleichrichterschaltung 13₁ lediglich die AC-Spannung gleichrichten können muss, die vom Transformator 12₁ ausgegeben wird, und ist nicht notwendigerweise eine Vollwellen-Gleichrichterschaltung, eine Halbwellen-Gleichrichterschaltung oder eine Vollbrückenschaltung.
• Der Kondensator 14₁ glättet die Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 13₁ . Die Gleichrichterschaltung 13₁ und der Kondensator 14₁ wandeln die AC-Spannung, die vom Transformator 12₁ ausgegeben wird, in die DC-Spannung bzw. Gleichspannung Vdc.
• Der einphasige Umrichter 15₁ wird durch die Steuereinheit 40 derart gesteuert, dass der einphasige Umrichter 15₁ die DC-Spannung Vdc, die durch die Gleichrichterschaltung 13₁ und den Kondensator 14₁ erzeugt wird, in eine Rechteckwellenspannung wandeln kann und die Rechteckwellenspannung ausgeben kann.
• Die Leistungswandlungsblöcke 11₂ bis 11_n erzeugen Rechteckwellenspannungen und geben sie ähnlich zum Leistungswandlungsblock 11₁ aus. Nachfolgend werden die AC-Spannungen, die von den einphasigen Umrichtern 15₁ bis 15_n ausgegeben werden, für ein einfacheres Verständnis jeweils als die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn bezeichnet werden. Es ist festzustellen, dass die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn gemeinsam als die Ausgangsspannung V_INV bezeichnet werden können.
• Ausgangsanschlüsse 16₁ , 17₁ , 16₂ , 17₂ ,..., 16_n-1 , 17_n-1 , 16_n und 17_n der einphasigen Umrichter 15₁ bis 15_n sind seriell verbunden. Folglich werden die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn der einphasigen Umrichter 15₁ bis 15_n kombiniert und ein Ergebnis der Kombination wird als Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlungseinheit 10 ausgegeben.
• Die Ausgangsspannung Vo der
• Leistungswandlungseinheit 10 wird über den Oberschwingungsfilter 70 an eine Last 3 geliefert. Der Oberschwingungsfilter 70 ist zum Beispiel ein LC-Filter, könnte aber ein LCL-Filter sein.
• Nachfolgend können die Transformatoren 12₁ bis 12_n gemeinsam als der Transformator 12 bezeichnet werden, und die Gleichrichterschaltungen 13₁ bis 13_n können gemeinsam als die Gleichrichterschaltung 13 bezeichnet werden. Die Kondensatoren 14₁ bis 14_n können gemeinsam als der Kondensator 14 bezeichnet werden, und die einphasigen Umrichter 15₁ bis 15_n können gemeinsam als der einphasige Umrichter 15 bezeichnet werden.
• In der exemplarischen Konfiguration, die in 1 veranschaulicht ist, umfasst jeder der Leistungswandlungsblöcke 11₁ bis 11_n den Transformator 12, die Gleichrichterschaltung 13 und den Kondensator 14. Alternativ könnte eine DC-Leistungsversorgung, die die DC-Spannung Vdc ausgibt, anstatt des Transformators 12, der Gleichrichterschaltung 13 und des Kondensators 14 vorgesehen sein.
• 2 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration eines einphasigen Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 2 veranschaulicht, umfasst der einphasige Umrichter 15₁ vier Schaltelemente Q1 bis Q4, die in einer Vollbrückenkonfiguration verbunden sind, Dioden D1 bis D4, die antiparallel mit den jeweiligen Schaltelementen Q1 bis Q4 verbunden sind, und eine Gatter- bzw. Gate-Ansteuereinrichtung 18.
• Die Gatteransteuereinrichtung 18 erzeugt Gate- bzw. Gattersignale Sg1 bis Sg4 auf Basis eines Ansteuersignals (wird später beschrieben), das von der Steuereinheit 40 ausgegeben wird, und gibt jedes der erzeugten Gattersignale Sg1 bis Sg4 an das entsprechende der Gates bzw. Gatter der Schaltelemente Q1 bis Q4 aus. Folglich werden die Schaltelemente Q1 bis Q4 einer An/Aus-Steuerung unterworfen, so dass die Ausgangsspannung V_INV1 erzeugt wird und durch den einphasigen Umrichter 15₁ ausgegeben wird. Die Schaltelemente Q1 bis Q4 sind Halbleiter-Schaltelemente, die durch Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und Bipolartransistoren mit integrierten Gates (IGBTs) repräsentiert werden.
• 3 stellt ein Diagramm dar, das das Verhältnis zwischen Gattersignale, die von einer GatterAnsteuereinrichtung ausgegeben werden, und der Wellenform der Ausgangsspannung des einphasigen Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 3 veranschaulicht, wird die Ausgangsspannung V_INV1 , die eine Rechteckwellenspannung umfasst, durch die Gattersignale Sg1 bis Sg4 erzeugt. In 3 ist „To“ eine Ausgangsspannungsdauer, die die Grunddauer der Ausgangsspannung Vo des seriellen Multiplex-Umrichters 1 angibt. Außerdem ist „+Va“ der Spannungswert einer positiven Rechteckwellenspannung, die von dem einphasigen Umrichter 15₁ ausgegeben wird, und „-Va“ ist der Spannungswert einer negativen Rechteckwellenspannung, die vom einphasigen Umrichter 15₁ ausgegeben wird.
• Eine Ansteuersignalausgabe von der Steuereinheit 40 an den einphasigen Umrichter 15 umfasst vier Impulsbreitenmodulations-(PWM-)Signale, die die gleiche Wellenform wie die jeweiligen Gattersignale Sg1 bis Sg4 aufweisen, und wird durch die Gatteransteuereinrichtung 18 verstärkt und an die Schaltelemente Q1 bis Q4 ausgegeben. Es ist festzustellen, dass dies ein nicht beschränkendes Beispiel eines Ansteuersignals darstellt und dass jedes Ansteuersignal verwendet werden kann, solange die Gatteransteuereinrichtung 18 die Gattersignale Sg1 bis Sg4 auf Basis des Ansteuersignals der Steuereinheit 40 erzeugen kann. Zum Beispiel könnte die Ansteuersignalausgabe von der Steuereinheit 40 an jeden einphasigen Umrichter 15 ein oder zwei PWM-Signale umfassen. Dies bedeutet, dass die Gatteransteuereinrichtung 18 zum Erzeugen und Ausgeben der Gattersignale Sg1 bis Sg4 aus einem Ansteuersignal eingerichtet sein kann, dass ein oder zwei PWM-Signale umfasst.
• Die einphasigen Umrichter 15₂ bis 15_n weisen die gleiche Konfiguration wie der einphasige Umrichter 15₁ auf. Es ist festzustellen, dass die einphasige Umrichter 15₁ bis 15_n nicht auf die in 2 veranschaulichte Konfiguration beschränkt sind. Dies bedeutet, dass die einphasigen Umrichter 15₁ bis 15_n lediglich die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn (die später beschrieben werden) ausgeben können müssen und nicht notwendigerweise die in 2 veranschaulichte Konfiguration haben müssen.
• Zum Fortsetzen der Erläuterung des seriellen Multiplex-Umrichters 1 wird wieder Bezug auf 1 genommen. Die Spannungserfassungseinheit 20 des seriellen Multiplex-Umrichters 1 erfasst wiederholt den aktuellen Wert der Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlungseinheit 10 und gibt den erfassten Spannungswert Vdet aus, der den erfassten aktuellen Wert der Ausgangsspannung Vo darstellt. Die Stromerfassungseinheit 30 des seriellen Multiplex-Umrichters 1 erfasst wiederholt den aktuellen Wert des Ausgangsstroms Io von der Leistungswandlungseinheit 10 und gibt den erfassten Stromwert Idet aus, der den erfassten aktuellen Wert des Ausgangsstroms Io darstellt.
• Die Steuereinheit 40 des seriellen Multiplex-Umrichters 1 umfasst eine Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41, eine Ansteuersignal-Ausgabeeinheit 42 und eine Phasendifferenz-Auswahleinheit 43. Die Ansteuersignal-Ausgabeeinheit 42 erzeugt n Ansteuersignale Sp₁ bis Sp_n . Die Ansteuersignal-Ausgabeeinheit 42 gibt die n Ansteuersignale Sp₁ bis Sp_n an die n einphasigen Umrichter 15₁ bis 15_n aus. Nachfolgend können die Ansteuersignale Sp₁ bis Sp_n gemeinsam als das Ansteuersignal Sp bezeichnet werden.
• Die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 erzeugt die n Ansteuersignale Sp durch eine konstante Ausgangsstromsteuerung auf Basis des erfassten Stromwerts Idet. Jedes Ansteuersignal Sp umfasst zum Beispiel eine Vielzahl von PWM-Signalen, wie oben beschrieben. Es ist festzustellen, dass die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 auch die n Ansteuersignale Sp durch eine konstante Ausgangsspannungssteuerung oder eine konstante Ausgangsleistungssteuerung erzeugen kann. Die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 kann zum Beispiel die n Ansteuersignale Sp durch eine konstante Ausgangsspannungssteuerung auf Basis des erfassten Spannungswerts Vdet erzeugen.
• Die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 kann die n Ansteuersignale Sp durch eine konstante Ausgangsleistungssteuerung auf Basis des erfassten Spannungswerts Vdet und des erfassten Stromwerts Idet erzeugen. In einem Fall, wo die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 lediglich eine konstante Ausgangsstromsteuerung durchführt, könnte die Spannungserfassungseinheit 20 nicht vorgesehen sein.
• Die Ansteuersignale Sp₁ bis Sp_n stellen Signale dar, die unterschiedliche der n einphasigen Umrichter 15 n Rechteckwellenspannungen ausgeben lässt, die sequentiell um die erste Phasendifferenz φ1 (die später beschrieben wird) außer Phase sind. Nachfolgend wird eine exemplarische Konfiguration der Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 beschrieben werden.
• 4 stellt ein Diagramm, das eine exemplarische Konfiguration der Ansteuersignal-Erzeugungseinheit gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 4 veranschaulicht, umfasst die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 eine Effektivwert-Berechnungseinheit 60, eine Strombefehls-Ausgabeeinheit 61, eine Substrahiereinrichtung 62, eine Stromsteuereinheit 63, eine Trägerwellen-Ausgabeeinheit 64, eine Vergleichseinrichtung 65 und eine Signalerzeugungseinheit 66.
• Die Effektivwert-Berechnungseinheit 60 berechnet den Ausgangsstrom-Effektivwert IoM, der den Effektivwert des Ausgangsstroms Io darstellt, auf Basis des erfassten Stromwerts Idet, der aus der Stromerfassungseinheit 30 ausgegeben wird. Die Effektivwert-Berechnungseinheit 60 berechnet den Ausgangsstrom-Effektivwert IoM zum Beispiel jede halbe Ausgangsspannungsdauer To. Die Ausgangsspannungsdauer To stellt die Grunddauer bzw. Grundperiode der Ausgangsspannung Vo dar, wie oben beschrieben, und To=1/fo ist erfüllt. Es ist festzustellen, dass „fo“ die Frequenz der Ausgangsspannung Vo ist und nachfolgend als die Ausgangsspannungsfrequenz fo bezeichnet wird.
• Die Strombefehls-Ausgabeeinheit 61 gibt den Strombefehl Iref aus. Der Wert des Strombefehls Iref wird durch die Strombefehls-Ausgabeeinheit 61 auf Basis zum Beispiel einer Information erzeugt, die von außerhalb der Strombefehls-Ausgabeeinheit 61 geliefert wird.
• Die Substrahiereinrichtung 62 subtrahiert den Ausgangsstrom-Effektivwert IoM vom Strombefehl Iref und gibt den Stromdifferenzwert ΔI als das Ergebnis der Subtraktion aus. Die Stromsteuereinheit 63 erzeugt den Spannungsbefehl Vref auf Basis des Stromdifferenzwerts ΔI, der von der Substrahiereinrichtung 62 ausgegeben wird. Die Stromsteuereinheit 63 kann den Spannungsbefehl Vref zum Beispiel durch eine proportionale Integralsteuerung oder eine proportionale Integralableitungssteuerung erzeugen.
• Die Trägerwellen-Ausgabeeinheit 64 erzeugt die Trägerwelle Vcs und gibt die erzeugte Trägerwelle Vcs aus. Die Trägerwelle Vcs ist zum Beispiel eine Spannung mit einer Dreieckswellenform oder eine Spannung mit einer Sägezahnwellenform. Die Ausgangsspannungsperiode To ist die gleiche wie die Periode der Trägerwelle Vcs. Wenn sich die Periode der Trägerwelle Vcs ändert, ändert sich die Ausgangsspannungsperiode To.
• Die Vergleichseinrichtung 65 vergleicht den Spannungsbefehl Vref mit der Trägerwelle Vcs und gibt das Ergebnis des Vergleichs aus. Insbesondere gibt die Vergleichseinrichtung 65 die erste Spannung V1 aus, wenn der Spannungsbefehl Vref größer als die Trägerwelle Vcs ist, und gibt die zweite Spannung V2 aus, die sich von der ersten Spannung V1 unterscheidet, wenn der Spannungsbefehl Vref kleiner als die Trägerwelle Vcs ist.
• Die Signalerzeugungseinheit 66 erzeugt die n Ansteuersignale Sp₁ bis Sp_n auf Basis der Spannungsausgabe der Vergleichseinrichtung 65. Die Signalerzeugungseinheit 66 weist eine Information auf, die die erste Phasendifferenz φ1 angibt, die von der Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 eingegeben wird. Die Signalerzeugungseinheit 66 bestimmt auch die zweite Phasendifferenz φ2 auf Basis des Tastverhältnisses bzw. Einschaltverhältnisses der Spannungsausgabe der Vergleichseinrichtung 65. Die Signalerzeugungseinheit 66 bestimmt zum Beispiel die zweite Phasendifferenz φ2 derart, dass je kürzer die Zeit ist, während der die zweite Spannung V2 von der Vergleichseinrichtung 65 ausgegeben wird, desto kleiner ist die zweite Phasendifferenz φ2 in einer halben Periode der Trägerwelle Vcs.
• Die Signalerzeugungseinheit 66 erzeugt die n Ansteuersignale Sp₁ bis Sp_n auf Basis der ersten Phasendifferenz φ1 und der zweiten Phasendifferenz φ2. Die Signalerzeugungseinheit 66 gibt die erzeugten n Ansteuersignale Sp₁ bis Sp_n an die Ansteuersignal-Ausgabeeinheit 42 aus, die in 1 veranschaulicht ist.
• Die einphasigen Umrichter 15₁ bis 15_n geben die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn aus den Ausgangsanschlüssen 16₁ , 17₁ , 16₂ , 17₂ ,..., 16_n-1 , 17_n-1 , 16_n und 17_n auf Basis der Ansteuersignale Sp₁ bis Sp_n aus, die von der Ansteuersignal-Ausgabeeinheit 42 ausgegeben werden. Die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn der einphasigen Umrichter 15₁ bis 15_n werden kombiniert und das Ergebnis der Kombination wird als die Ausgangsspannung Vo von der Leistungswandlungseinheit 10 ausgegeben.
• Hier werden die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn der einphasigen Umrichter 15₁ bis 15_n detailliert unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 beschrieben werden. Die 5 bis 7 stellen Diagramme dar, die Beispiele von Ausgangsspannungen von einer Vielzahl von einphasigen Umrichtern gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulichen. In den Beispielen der 5 bis 7 ist n=8 erfüllt, d.h. die Anzahl der einphasigen Umrichtern 15 beträgt acht, und die Ansteuersignale Sp₁ bis Sp₈ werden sequentiell in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung in die einphasigen Umrichter 15₁ bis 15₈ in einer Reihenfolge von Sp₁ bis Sp₈ eingegeben.
• Insbesondere wird das Ansteuersignal Sp₁ in den einphasigen Umrichter 15₁ eingegeben, das Ansteuersignal Sp₂ wird in den einphasigen Umrichter 15₂ eingegeben, das Ansteuersignal Sp₃ wird in den einphasigen Umrichter 15₃ eingegeben und das Ansteuersignal Sp₄ wird in den einphasigen Umrichter 15₄ eingegeben. Auf ähnliche Weise wird das Ansteuersignal Sp₅ in den einphasigen Umrichter 15₅ eingegeben, das Ansteuersignal Sp₆ wird in den einphasigen Umrichter 15₆ eingegeben, das Ansteuersignal Sp₇ wird in den einphasigen Umrichter 15₇ eingegeben und das Ansteuersignal Sp₈ wird in den einphasigen Umrichter 15₈ eingegeben.
• In den 5 bis 7 bedeutet „1“ die oben erwähnte „+Va“, die den Spannungswert einer positiven Rechteckwellenspannung darstellt, die vom einphasigen Umrichter 15 ausgegeben wird, und „-1“ bedeutet, die oben erwähnte „-Va“, die den Spannungswert einer negativen Rechteckwellenspannung darstellt, die von dem einphasigen Umrichter 15 ausgegeben wird. Auch bedeuten „2“ bis „7“ Vielfache von „+Va“, und „-2“ bis „-7“ bedeuten Vielfache von „-Va“. In den 5 bis 7 repräsentiert die vertikale Achse den aktuellen Wert der Ausgangsspannung Vo und die horizontale Achse repräsentiert die Phase der Ausgangsspannung Vo. Das Intervall zwischen vertikal gestrichelten Linien beträgt 18°. Nachfolgend wird die Phase der Ausgangsspannung Vo als die Ausgangsspannungsphase θο bezeichnet.
• Wie in 5 veranschaulicht, sind die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INV8 sequentiell um die erste Phasendifferenz φ1 außer Phase. Insbesondere werden die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INVn8 zu positiven Rechteckwellenspannungen zu Zeitpunkten, die sequentiell um die erste Phasendifferenz φ1 außer Phase sind, und werden zu negativen Rechteckwellenspannungen zu Zeitpunkten, die sequentiell um die erste Phasendifferenz φ1 außer Phase sind. In dem in 5 veranschaulichten Beispiel ist φ1=18° erfüllt.
• Zum Beispiel ist die positive Rechteckwellenspannung bei der Ausgangsspannung V_INV2 mit der positiven Rechteckwellenspannung bei der Ausgangsspannung V_INV1 um die erste Phasendifferenz φ1 außer Phase. Die positive Rechteckwellenspannung bei der Ausgangsspannung V_INV3 ist mit der positiven Rechteckwellenspannung bei der Ausgangsspannung V_INV2 um die erste Phasendifferenz φ1 außer Phase. Auf ähnliche Weise ist die negative Rechteckwellenspannung bei der Ausgangsspannung V_INV2 mit der negativen Rechteckwellenspannung bei der Ausgangsspannung V_INV1 um die erste Phasendifferenz φ1 außer Phase. Die negative Rechteckwellenspannung bei der Ausgangsspannung V_INV3 ist mit der negativen Rechteckwellenspannung bei der Ausgangsspannung V_INV2 um die erste Phasendifferenz φ1 außer Phase.
• Der einphasige Umrichter 15 gibt auch, basierend auf dem Ansteuersignal Sp, eine negative Rechteckwellenspannung aus, die um die zweite Phasendifferenz φ2 von dem Ende der Ausgabe der positiven Rechteckwellenspannung verschoben ist. In dem in 5 veranschaulichten Beispiel ist φ2=54° erfüllt. Für die Ausgangsspannung V_INV1 des einphasigen Umrichters 15₁ stellt die Zeitdauer von 0°≤θo≤126° eine Zeitdauer dar, während der eine positive Rechteckwellenspannung ausgegeben wird, und die Zeitdauer von 180°≤θo≤306° stellt eine Zeitdauer dar, während der eine negative Rechteckwellenspannung ausgegeben wird. Deshalb beginnt für die Ausgangsspannung V_INV1 die Zeitdauer der negativen Rechteckwellenspannung zu dem um 54° verschobenen Zeitpunkt, was die zweite Phasendifferenz φ2 darstellt, von dem Ende der Zeitdauer der positiven Rechteckwellenspannung.
• Auf ähnliche Weise beginnt für die Ausgangsspannungen V_INV2 bis V_INV8 der einphasigen Umrichter 15₂ bis 15₈ die Zeitdauer der negativen Rechteckwellenspannung zu dem Zeitpunkt, der um die zweite Phasendifferenz φ2 gegenüber dem Ende der Zeitdauer der positiven Rechteckwellenspannung verschoben ist. Aus dem Vorhergehenden ist klar, dass das Ansteuersignal Sp derart erzeugt wird, dass die Ausgangsspannung V_INV des einphasigen Umrichters 15 die zweite Phasendifferenz φ2 umfasst.
• Wie oben beschrieben, da die Ausgangsanschlüsse 16₁ , 17₁ , 16₂ , 17₂ ,..., 16_n-1 , 17_n-1 , 16_n und 17_n der einphasigen Umrichter 15₁ bis 15₈ seriell verbunden sind, werden die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INV8 der einphasigen Umrichter 15₁ bis 15₈ kombiniert. Deshalb ist die Wellenform der Ausgangsspannung Vo der Leistungswandlungseinheit 10, wie in 5 veranschaulicht, eine aus den Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INV8 zusammengesetzte Wellenform.
• Zum Beispiel ist in dem Fall von 0°≤θo<18° die Ausgangsspannung V_INV1 +Va, sind die Ausgangsspannungen V_INV2 bis V_INV4 0 V und sind die Ausgangsspannungen V_INV5 bis V_INV8 -Va. Deshalb ist die Ausgangsspannung Vo -3×Va. In dem Fall von 18°≤θo<36° sind die Ausgangsspannungen V_INV1 und V_INV2 +Va, sind die Ausgangsspannungen V_INV3 bis V_INV5 0 V und sind die Ausgangsspannungen V_INV6 bis V_INV8 -Va. Deshalb ist die Ausgangsspannung Vo -Va. Im Fall von 36°≤θo<54° sind die Ausgangsspannungen V_INV1 bis V_INV3 +Va, sind die Ausgangsspannungen V_INV4 bis V_INV6 0 V und sind die Ausgangsspannungen V_INV7 und V_INV8 -Va. Deshalb ist die Ausgangsspannung Vo +Va.
• Wie oben beschrieben, werden die Rechteckwellenspannungen der einphasigen Umrichter 15₁ bis 15_n zu unterschiedlichen Zeitpunkten ausgegeben und kombiniert. Deshalb hat die Ausgangsspannung Vo der Leistungswandlungseinheit 10 eine pseudosinusförmige Wellenform, die sich schrittweise ändert, und eine Oberschwingungsspannung kann unterdrückt werden. In dem in 5 veranschaulichten Beispiel ändert sich die Ausgangsspannung Vo schrittweise im Bereich von 7×Va bis -7×Va. Eine Änderung der Größe der zweiten Phasendifferenz φ2 zum Erhöhen oder Verringern der Zeit, während der der einphasige Umrichter 15 eine Rechteckwellenspannung ausgibt, steuert eine Wellenform der Ausgangsspannung Vo.
• Die in 6 veranschaulichte zweite Phasendifferenz φ2 ist größer als die zweite Phasendifferenz φ2, die in 5 veranschaulicht ist. Insbesondere ist die in 6 veranschaulichte zweite Phasendifferenz φ2 um die Zeit, die äquivalent zu 36° ist, größer als die zweite Phasendifferenz φ2, die in 5 veranschaulicht ist. Deshalb ändert sich in dem in 6 veranschaulichten Beispiel die Ausgangsspannung Vo schrittweise im Bereich von 6×Va bis -6×Va und weist eine kleinere Amplitude als die Ausgangsspannung Vo auf, die in 5 veranschaulicht ist.
• Auf ähnliche Weise ist die in 7 veranschaulichte zweite Phasendifferenz φ2 größer als die zweite Phasendifferenz φ2 eingestellt, die in 6 veranschaulicht ist. Insbesondere ist die in 7 veranschaulichte zweite Phasendifferenz φ2 um die Zeit, die äquivalent zu 36° ist, größer als die zweite Phasendifferenz φ2, die in 6 veranschaulicht ist. Deshalb ändert sich in dem in 7 veranschaulichten Beispiel die Ausgangsspannung Vo schrittweise in dem Bereich von 3×Va bis -3×Va und weist eine kleinere Amplitude als die Ausgangsspannung Vo auf, die in 6 veranschaulicht ist.
• Aus dem Vorhergehenden ist klar, dass der serielle Multiplex-Umrichter 1 eine Oberschwingungsspannung unterdrücken kann, indem die erste Phasendifferenz φ1 vorgesehen wird, und die Amplitude der Ausgangsspannung Vo ändern kann, indem die zweite Phasendifferenz φ2 geändert wird.
• Man nehme ein Beispiel an, bei dem, wie in 1 veranschaulicht, die Last 3, die durch eine Resonanzschaltung einschließlich L, C und R repräsentiert wird, äquivalent mit dem seriellen Multiplex-Umrichter 1 verbunden ist, und die Steuereinheit 40 eine konstante Ausgangsstromsteuerung auf die Leistungswandlungseinheit 10 anwendet. In dem in 1 veranschaulichten Beispiel ist die Last 3 durch eine serielle Resonanzschaltung eingerichtet, bei der eine L, ein C und ein R seriell verbunden sind, wobei die Last 3 aber nicht auf die in 1 veranschaulichte Konfiguration beschränkt ist.
• Die Ausgangsspannung Vo des seriellen Multiplex-Umrichters 1 kann durch die unten angegebene Formel (1) ausgedrückt werden. In der unten angegebenen Formel (1) repräsentiert „m“ die Ordnung, wobei m=1 die Grundfrequenz ist und m>1 die Oberschwingungsfrequenz bzw. harmonische Frequenz ist. Nachfolgend bezieht sich der Begriff „harmonisch“ auf die neunte Harmonische oder eine Harmonische einer niedrigeren Ordnung zur Vereinfachung der Beschreibung, wobei die Harmonische jedoch auf die neunte Harmonische oder eine Harmonische niedrigerer Ordnung beschränkt ist. Harmonische können zum Beispiel die elfte oder Harmonische höherer Ordnungen umfassen. Da die Ausgangsspannung Vo eine symmetrische Wellenspannung ist, wie in den 5 bis 7 veranschaulicht, können Harmonische gerader Ordnung in der Ausgangsspannung Vo ignoriert werden.
  [Formel 1] $$\text{Vo=8Vdc }{\displaystyle \sum _{\text{m=1}\text{,3}\text{,5}\mathrm{,...}}\frac{\left(-1\right)\frac{\text{m-1}}{2}}{\mathrm{\pi }\text{m}}\text{sin}\left(\frac{\text{m}{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{2}}}{2}\right)}\{\text{cos}\left(\frac{\text{m}{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{1}}}{2}\right)+\text{cos}\left(\frac{3\text{m}{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{1}}}{2}\right)+\text{cos}\left(\frac{5\text{m}{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{1}}}{2}\right)+\text{cos}\left(\frac{7\text{m}{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{1}}}{2}\right)\}$$

  
• In einem Fall, wo die Leistungswandlungseinheit 10 durch eine konstante Ausgangsstromsteuerung gesteuert wird, ändert sich die Ausgangsspannung Vo abhängig von der Impedanz der Last 3. Deshalb ändert sich die zweite Phasendifferenz φ2 zum Einstellen der Ausgangsspannung Vo im Bereich von 0°≤φ2≤180°. Wenn die zweite Phasendifferenz φ2 den Maximalwert einnimmt, erreicht die Oberschwingungsspannung jeder Ordnung den Maximalwert. Um den Maximalwert der Oberschwingungsspannung jeder Ordnung unter der Annahme, dass unten Formel (2) erfüllt ist, zu berechnen, kann die Oberschwingungsspannung jeder Ordnung in Bezug auf die erste Phasendifferenz φ1 deshalb durch eine Formel (3) ausgedrückt werden, die unten wiedergegeben ist.
  [Formel 2] $$\text{sin}\left(\frac{\text{m}{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{2}}}{2}\right)=1$$

  

  $$\text{Vrms}\left(\text{m}\right)=\frac{4\sqrt{2}\text{Vdc}}{\mathrm{\pi }\text{m}}\{\text{cos}\left(\frac{\text{m}{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{1}}}{2}\right)+\text{cos}\left(\frac{3\text{m}{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{1}}}{2}\right)+\text{cos}\left(\frac{5\text{m}{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{1}}}{2}\right)+\text{cos}\left(\frac{7\text{m}{\mathrm{\varphi }}_{\mathrm{1}}}{2}\right)\}$$

  
• 8 stellt ein Diagramm dar, das ein Beispiel einer Oberschwingungsspannung jeder Ordnung gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht, das das Berechnungsergebnis der Oberschwingungsspannung jeder Ordnung in Bezug auf die erste Phasendifferenz φ1 für den Fall Vdc=100 V in Formel (3) oben zeigt. 9 ist ein teilweise vergrößertes Diagramm der 8. In den 8 und 9 repräsentiert die horizontale Achse die Größe der ersten Phasendifferenz φ1 und die vertikale Achse repräsentiert die Größe der Oberschwingungsspannung jeder Ordnung.
• Wie in 8 veranschaulicht, nimmt die Oberschwingungsspannung jeder Ordnung periodisch in Bezug auf die Größe der ersten Phasendifferenz φ1 zu und ab. Unter Verwendung derartiger Eigenschaften zum Auswählen und Steuern der ersten Phasendifferenz φ1, so dass die Oberschwingungsspannung jeder Ordnung einen gewünschten Wert oder weniger einnimmt, kann deshalb die Oberschwingungsspannung jeder Ordnung unterdrückt werden.
• Wie in 9 veranschaulicht, wenn die Oberschwingungsspannung jeder Ordnung 50 [Vrms] oder weniger sein sollte, wird zum Beispiel 12,4°≤φ1≤19,5° oder 23,7°≤φ1≤37,4° angewendet, so dass die Oberschwingungsspannung jeder Ordnung auf 50 [Vrms] oder weniger eingestellt werden kann.
• Aus dem Vorhergehenden ist klar, dass ein Bestimmen der ersten Phasendifferenz φ1 unter Bezug auf das Berechnungsergebnis, das in 8 veranschaulicht ist, die Oberschwingungsspannung jeder Ordnung auf einen gewünschten Wert oder weniger einstellen kann. Deshalb kann in einem Fall, wo die Last 3 ein reiner Widerstand ist, dessen Eigenschaften sich abhängig von der Frequenz der Ausgangsspannung Vo nicht ändern, der Oberschwingungsstrom jeder Ordnung unterdrückt werden. Obwohl die Wirkung eines Unterdrückens des Oberschwingungsstroms selbst dann erhalten werden kann, wenn sich die Eigenschaften der Last 3 abhängig von der Frequenz der Ausgangsspannung Vo ändern, ist es erforderlich, die Leichtigkeit eines Fließens des Oberschwingungsstroms jeder Ordnung durch die Last 3 zu berücksichtigen, um den Oberschwingungsstrom jeder Ordnung auf einen gewünschten Wert oder weniger einzustellen. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass eine Bestimmung der ersten Phasendifferenz φ1 in Bezug auf das Berechnungsergebnis, das in 8 veranschaulicht ist, nicht ausreichen kann.
• Angesichts dessen ist der serielle Multiplex-Umrichter 1 eingerichtet, die erste Phasendifferenz φ1 in Anbetracht der Leichtigkeit eines Fließens des Oberschwingungsstroms jeder Ordnung durch die Last 3 umzuschalten. Hier ist zu berücksichtigen, dass die ersten bis dritten Lasten 3A bis 3C unterschiedliche Frequenzeigenschaften haben. 10 stellt ein Diagramm dar, das Frequenzeigenschaften einer Vielzahl von Lasten gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. In 10 repräsentiert die horizontale Achse die Frequenz und die vertikale Achse repräsentiert die Größe der Impedanz Z.
• Wie in 10 veranschaulicht, ist unter der Annahme, dass die Ausgangsspannungsfrequenz des seriellen Multiplex-Umrichters 1 f₀ ist, die Größe der neunten Impedanz klein bei der ersten Last 3A, was das Fließen des neunten Oberschwingungsstroms durch die erste Last 3A erleichtert. Auf ähnliche Weise fließt der siebte Oberschwingungsstrom einfach durch die zweite Last 3B und der fünfte Oberschwingungsstrom fließt einfach durch die dritte Last 3C. Die ersten bis dritten Lasten 3A bis 3C lassen nämlich Oberschwingungsströme unterschiedlicher Ordnungen einfach durchfließen.
• 11 stellt ein Diagramm dar, das das Verhältnis zwischen der ersten Phasendifferenz und dem Oberschwingungsstrom für die erste Last gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 12 stellt ein Diagramm dar, das das Verhältnis zwischen der ersten Phasendifferenz und dem Oberschwingungsstrom für die zweite Last gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. 13 stellt ein Diagramm dar, das das Verhältnis zwischen der ersten Phasendifferenz und dem Oberschwingungsstrom für die dritte Last gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in den 11 bis 13 veranschaulicht, sind der neunte Oberschwingungsstrom für die erste Last 3A, der siebte Oberschwingungsstrom für die zweite Last 3B und der fünfte Oberschwingungsstrom für die dritte Last 3C dominant und Oberschwingungsströme anderer Ordnungen fließen kaum.
• In dem Fall der ersten Last 3A, wie in 11 veranschaulicht, wird die erste Phasendifferenz φ1=5,0, 10,0, 15,0 oder 20,0 [Grad], bei der der neunte Oberschwingungsstrom nahe 0 [A] ist, zum Erzeugen eines Ansteuersignals ausgewählt, wodurch der Oberschwingungsstrom stark verringert werden kann. Deshalb kann der Oberwellenfilter 70 vereinfacht oder weggelassen werden. Dies macht es möglich, die Größe und die Kosten des seriellen Multiplex-Umrichters 1 zu verringern.
• Auf ähnliche Weise wird in dem Fall der zweiten Last 3B, wie in 12 veranschaulicht, die erste Phasendifferenz φ1=6,4, 12,8 oder 19,2 [Grad], bei der der siebte Oberschwingungsstrom nahe 0 [A] ist, zum Erzeugen eines Ansteuersignals ausgewählt, wodurch der Oberschwingungsstrom stark verringert werden kann. In dem Fall der dritten Last 3C wird, wie in 13 veranschaulicht, die erste Phasendifferenz φ1=9,0 oder 18,0 [Grad], bei der der fünfte Oberschwingungsstrom nahe 0 [A] ist, zum Erzeugen eines Ansteuersignals ausgewählt, wodurch der Oberschwingungsstrom stark verringert werden kann.
• Es wird wieder Bezug auf 1 genommen, um die Erläuterung der Steuereinheit 40 des seriellen Multiplex-Umrichters 1 fortzusetzen. Die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 der Steuereinheit 40 erlangt eine Information, die in die Operationseinheit 50 eingegeben wird, und gibt in die Ansteuersignal-Ausgabeeinheit 42 die Information über die erste Phasendifferenz φ1 entsprechend zum eingegebenen Inhalt in die Operationseinheit 50 ein.
• Die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 erzeugt die n Ansteuersignale Sp auf Basis der ersten Phasendifferenz φ1, die von der Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 eingegeben wird, und der oben beschriebenen zweite Phasendifferenz φ2. Es ist festzustellen, dass die Operationseinheit 50 zum Beispiel ein DIP-Schalter ist, aber eine abnehmbare Betätigungsvorrichtung sein könnte.
• Die Operationseinheit 50 ist zum Empfangen einer Eingabe des Werts der ersten Phasendifferenz φ1 selbst eingerichtet. In diesem Fall kann die Operationseinheit 50 zum Beispiel ein DIP-Schalter einschließlich einer Vielzahl von Schaltern sein, durch welche eine Vielzahl von Stellen der ersten Phasendifferenz φ1 ausgewählt und eingegeben werden können. Ferner kann die Operationseinheit 50 eine Eingabe einer indirekten Information zum Einstellen der ersten Phasendifferenz φ1 anstatt des Werts der ersten Phasendifferenz φ1 selbst empfangen. Die Operationseinheit 50 kann zum Beispiel eine Eingabe einer Information empfangen, die angibt, welche der ersten bis dritten Lasten 3A bis 3C die Last 3 ist. In diesem Fall kann die Operationseinheit 50 ein DIP-Schalter sein, der in drei Stufen geschaltet werden kann, die eine Eingabe in die Operationseinheit 50 erleichtern.
• Wenn die erste Phasendifferenz φ1 zunimmt, nimmt der Maximalwert der Ausgangsspannung Vo ab, die von der Leistungswandlungseinheit 10 ausgegeben werden kann. Deshalb ist es wünschenswert, dass die erste Phasendifferenz φ1 auf einen relativ kleinen Wert eingestellt wird. Wenn zum Beispiel eine Information, die die erste Last 3A angibt, in die Operationseinheit 50 eingegeben wird, wählt die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 5,0 [Grad] aus 5,0 [Grad], 10,0 [Grad], 15,0 [Grad] und 20,0 [Grad] als die erste Phasendifferenz φ1 aus. In diesem Fall kann der Maximalwert der Ausgangsspannung Vo, die von der Leistungswandlungseinheit 10 ausgegeben werden kann, darin gehindert werden, sich im Vergleich zu dem Fall zu verringern, wo die erste Phasendifferenz φ1 auf einen anderen Wert eingestellt ist.
• Auf ähnliche Weise wählt die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43, wenn eine Information, die die zweite Last 3B angibt, in die Operationseinheit 50 eingegeben wird, 6,4 [Grad] aus 6,4 [Grad], 12,8 [Grad] und 19,2 [Grad] als die erste Phasendifferenz φ1 aus. Wenn eine Information, die die dritte Last 3C angibt, in die Operationseinheit 50 eingegeben wird, wählt die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 9,0 [Grad] aus 9,0 [Grad] und 18,0 [Grad] als die erste Phasendifferenz φ1 aus. In diesem Fall kann der Maximalwert der Ausgangsspannung Vo, die von der Leistungswandlungseinheit 10 ausgegeben wird, daran gehindert werden, sich im Vergleich zu dem Fall zu verringern, wo die erste Phasendifferenz φ1 auf einen anderen Wert eingestellt ist.
• In den oben beschriebenen Beispielen ist ein Oberschwingungsstrom einfacher Ordnung dominant und Oberschwingungsströme anderer Ordnungen fließen kaum. Jedoch kann der serielle Multiplex-Umrichter 1 Oberschwingungsströme einer Vielzahl von Ordnungen unterdrücken.
• Zum Unterdrücken von Oberschwingungsströmen einer Vielzahl von Ordnungen wird die erste Phasendifferenz φ1, die einen Wert aufweist, der die Werte der Oberschwingungsströme der Vielzahl von Ordnungen kleiner oder gleich einem Schwellenwert macht, in die Operationseinheit 50 eingegeben, so dass die Oberschwingungsströme der Vielzahl von Ordnungen unterdrückt werden können. In diesem Fall, wie oben beschrieben, wird die erste Phasendifferenz φ1 auf einen kleinstmöglichen Wert eingestellt, so dass der Maximalwert der Ausgangsspannung Vo, die von der Leistungswandlungseinheit 10 ausgegeben werden kann, daran gehindert werden kann, sich zu verringern. Es ist festzustellen, dass der Schwellenwert für eine Vielzahl von Oberschwingungsstromordnungen der gleiche sein kann oder sich für jede Oberschwingungsstromordnung unterscheiden kann.
• Wie oben beschrieben, kann die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 die erste Phasendifferenz φ1 aus einer Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten auf Basis einer Eingabe in die Operationseinheit 50 auswählen. Eine Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten stellt Werte dar, die durch eine Eingabe in die Operationseinheit 50 auswählt werde können. Falls eine Information, die der Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 durch eine Eingabe in die Operationseinheit 50 bereitgestellt wird, eine Information ist, die angibt, welche der ersten bis dritten Lasten 3A bis 3C die Last 3 ist, ist eine Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten zum Beispiel 5,0 [Grad], 6,4 [Grad] und 9,0 [Grad].
• In dem in 1 veranschaulichten Beispiel werden Oberschwingungsströme einer Vielzahl von Ordnungen, die durch die Last 3 fließen, durch die Auswahl der ersten Phasendifferenz φ1 und den Oberschwingungsfilter 70 unterhalb des Schwellenwerts gehalten. Ein Halten von Oberschwingungsströmen einer Vielzahl von Ordnungen unterhalb des Schwellenwerts ist vorteilhaft zum Beispiel beim Verringern der Wirkung einer elektromagnetischen Strahlung des seriellen Multiplex-Umrichters 1 auf andere elektronische Vorrichtungen. Da der Oberschwingungsstrom, der durch die Last 3 fließt, ferner durch die Wahl der ersten Phasendifferenz φ1 unterdrückt werden kann, kann der Oberschwingungsfilter 70 vereinfacht oder weggelassen werden. Dies macht es möglich, die Kosten und die Größe des Oberschwingungsfilters 70 zu verringern und schließlich die Kosten und die Größe des seriellen Multiplex-Umrichters 1 zu verringern.
• In dem Fall, wo Oberschwingungsströme einer Vielzahl von Ordnungen, die durch die Last 3 fließen, unterhalb des Schwellenwerts durch die Wahl der ersten Phasendifferenz φ1 allein gehalten werden können, könnte der Oberschwingungsfilter 70 nicht in dem seriellen Multiplex-Umrichter 1 vorgesehen sein. Wenn kein Oberwellenfilter 70 vorgesehen ist, kann verhindert werden, dass sich die Kosten und die Größe des seriellen Multiplex-Umrichters 1 erhöhen.
• In den oben beschriebenen Beispielen wählt die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 die erste Phasendifferenz φ1 aus einer Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten auf Basis einer Eingabe in die Operationseinheit 50 aus. Alternativ kann die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 die erste Phasendifferenz φ1 aus einer Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten auf Basis eines externen Signals auswählen. Die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 kann zum Beispiel als die erste Phasendifferenz φ1 einen Phasendifferenzkandidaten auswählen, der sich abhängig davon ändert, ob eine erste Information oder eine zweite Information von außerhalb erlangt wird. Die erste Information ist zum Beispiel eine Information, die von der Außenseite ausgegeben wird, wenn der Zustand der Last 3 zu den Eigenschaften der ersten Last 3A geschaltet wird, und die zweite Information ist zum Beispiel eine Information, die von außen eingegeben wird, wenn der Zustand der Last 3 zu den Eigenschaften der zweiten Last 3B umgeschaltet wird. Es ist festzustellen, dass eine Information, die von außen eingegeben wird, der Wert der ersten Phasendifferenz φ1 selbst sein könnte.
• Als Nächstes wird ein Betrieb der Steuereinheit 40 unter Verwendung eines Flussdiagramms beschrieben werden. 14 stellt ein Flussdiagramm dar, das einen exemplarischen Vorgang veranschaulicht, der durch die Steuereinheit gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird. Wie in 14 veranschaulicht, erzeugt die Steuereinheit 40 die n Ansteuersignale Sp auf Basis der ersten Phasendifferenz φ1, die durch eine Eingabe in die Operationseinheit 50 ausgewählt wird (Schritt S11). Als Nächstes gibt die Steuereinheit 40 die n Ansteuersignale Sp, die im Schritt S11 erzeugt werden, an die n einphasigen Umrichter 15 aus (Schritt S12). Die Steuereinheit 40 führt wiederholt den in 14 veranschaulichten Vorgang durch.
• Hier wird eine Hardware-Konfiguration der Steuereinheit 40 des seriellen Multiplex-Umrichters 1 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben werden. 15 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Hardware-Konfiguration der Steuereinheit des seriellen Multiplex-Umrichters gemäß der ersten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 15 veranschaulicht, umfasst die Steuereinheit 40 des seriellen Multiplex-Umrichters 1 einen Prozessor 101, einen Speicher 102 und eine Eingabe/Ausgabe-Schaltung 103.
  Der Prozessor 101, der Speicher 102 und die Eingabe/Ausgabe-Schaltung 103 können Daten miteinander über einen Bus 104 austauschen. Der Speicher 102 umfasst ein Speichermedium, auf welchem ein computerlesbares Programm gespeichert ist.
• Der Prozessor 101 liest ein Programm, das in dem Speicher 102 gespeichert ist, und führt es aus, um die Funktionen der Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41, der Ansteuersignal-Ausgabeeinheit 42 und der Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 auszuführen, die oben beschrieben sind. Der Prozessor 101 stellt ein Beispiel einer Verarbeitungsschaltung dar und umfasst zum Beispiel eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen digitalen Signalprozessor (DSP) und/oder ein System mit hohem Integrationsgrad (LSI). Beispiele des Speichers 102 umfassen einen nicht flüchtigen oder flüchtigen Halbleiterspeicher, eine Magnetplatte, eine Diskette, eine optische Platte, eine Compactdisk, eine Minidisk, eine Digital Versatile Disc (DVD) und/oder dergleichen. Beispiele des nicht flüchtigen oder flüchtigen Halbleiterspeichers umfassen einen Direktzugriffsspeicher (RAM), einen Festwertspeicher (ROM), einen Flash-Speicher, einen löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EPROM), einen elektrisch löschbaren programmierbaren Festwertspeicher (EEPROM, eingetragene Marke) und dergleichen.
• Es ist festzustellen, dass die Steuereinheit 40 durch eine zweckgebundene Hardware implementiert sein könnte, die die gleichen Funktionen wie der Prozessor 101 und der Speicher 102 implementiert, die in 15 veranschaulicht sind. Eine zweckgebunden Hardware ist zum Beispiel eine einzelne Schaltung, eine Verbundschaltung, ein programmierter Prozessor, ein parallelprogrammierter Prozessor, eine anwendungsspezifisch integrierte Schaltung (ASIC), ein frei programmierbares Verknüpfungsfeld (FPGA), oder eine Verarbeitungsschaltung einschließlich einer Kombination davon. Ein Teil der Steuereinheit 40 könnte durch eine zweckgebundene Hardware implementiert sein und der Rest der Steuereinheit 40 könnte durch den Prozessor 101 und den Speicher 102 implementiert sein, die in 15 veranschaulicht sind.
• Wie oben beschrieben, umfasst der serielle Multiplex-Umrichter 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Leistungswandlungseinheit 10, die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43, die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 und die Ansteuersignal-Ausgabeeinheit 42. Die Leistungswandlungseinheit 10 umfasst die Vielzahl von einphasigen Umrichter 15₁ bis 15_n , und die Ausgangsanschlüsse 16₁ , 17₁ , 16₂ , 17₂ ,..., 16_n-1 , 17_n-1 , 16_n und 17_n der Vielzahl von einphasigen Umrichtern 15₁ bis 15_n sind seriell verbunden. Die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 wählt aus einer Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten die erste Phasendifferenz φ1 aus, die die Phasendifferenz zwischen Rechteckwellenspannungen von der Vielzahl von einphasigen Umrichtern 15₁ bis 15_n darstellt. Die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 erzeugt die Vielzahl von Ansteuersignalen Sp₁ bis Sp_n , die unterschiedliche der verschiedenen einphasigen Umrichter 15₁ bis 15_n eine Vielzahl von Rechteckwellenspannungen ausgeben lässt, die sequentiell um die erste Phasendifferenz φ1 außer Phase sind, die durch die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 ausgewählt wird. Die Ansteuersignal-Ausgabeeinheit 42 gibt die Vielzahl von Ansteuersignalen Sp₁ bis Sp_n , die durch die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 erzeugt werden, an die Vielzahl von einphasigen Umrichtern 15 aus. Deshalb wählt der serielle Multiplex-Umrichter 1 aus einer Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten die erste Phasendifferenz φ1 aus, die den Oberschwingungsstrom unterdrücken kann, der durch die Last 3 fließt, so dass der Oberschwingungsstrom, der durch die Last 3 fließt, einfach unterdrückt werden kann, indem jeder einphasige Umrichter 15 unterdrückt wird, selbst sich wenn die Eigenschaften der Last 3 ändern. Der Oberschwingungsstrom, der durch die Last 3 fließt, könnte nicht ausreichend durch die Wahl der ersten Phasendifferenz φ1 allein unterdrückt sein. In diesem Fall kann jedoch der Oberschwingungsfilter 70, der eine geringe Oberschwingungs-Verringerungswirkung) aufweist, im Vergleich zu dem Fall verwendet werden, wo die erste Phasendifferenz φ1 nicht ausgewählt werden kann. Folglich kann der Oberschwingungsfilter 70 hinsichtlich einer Größe verringert werden oder weggelassen werden, so dass eine Erhöhung der Kosten und der Größe des seriellen Multiplex-Umrichters 1 verhindert werden können.
• Der serielle Multiplex-Umrichter 1 umfasst die Operationseinheit 50, die eine externe Eingabe empfängt. Die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43 wählt die erste Phasendifferenz φ1 aus einer Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten auf Basis einer Eingabe in die Operationseinheit 50 aus. Folglich kann zum Beispiel die erste Phasendifferenz φ1, die für die Eigenschaften der Last 3 geeignet ist, die mit dem seriellen Multiplex-Umrichter 1 verbunden ist, einfach durch die Installiereinrichtung des seriellen Multiplex-Umrichters 1 ausgewählt werden, der die Operationseinheit 50 betreibt.
• Zweite Ausführungsform Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform darin, dass die Impedanz der Last 3 so erfasst wird, dass die erste Phasendifferenz φ1 aus einer Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten auf Basis der erfassten Impedanz ausgewählt werden kann. In der folgenden Beschreibung werden Komponenten, die die gleichen Funktionen wie jene bei der ersten Ausführungsform aufweisen, durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet und eine Beschreibung derselben wird weggelassen. Der Unterschied zum seriellen Multiplex-Umrichter 1 gemäß der ersten Ausführungsform wird hauptsächlich beschrieben.
• 16 stellt ein Diagramm dar, das eine exemplarische Konfiguration eines seriellen Multiplex-Umrichters gemäß der zweiten Ausführungsform veranschaulicht. Wie in 16 veranschaulicht, umfasst der serielle Multiplex-Umrichter 1A gemäß der zweiten Ausführungsform die Leistungswandlungseinheit 10, die Spannungserfassungseinheit 20, die Stromerfassungseinheit 30 und eine Steuereinheit 40A.
• Die Steuereinheit 40A umfasst die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41, die Ansteuersignal-Ausgabeeinheit 42, eine Phasendifferenz-Auswahleinheit 43A, eine Impedanzerfassungseinheit 44 und eine Oberschwingungsstrom-Berechnungseinheit 45.
• Die Impedanzerfassungseinheit 44 erfasst die Impedanz Z_m (m=3, 5, 7 oder 9) für die Harmonische jeder Ordnung der Last 3, die mit der Leistungswandlungseinheit 10 verbunden ist, auf Basis der Ausgangsspannung Vo, die durch die Spannungserfassungseinheit 20 erfasst wird, und des Ausgangsstroms Io, der durch die Stromerfassungseinheit 30 wird. Es ist festzustellen, dass die Impedanz Z_m nicht auf die Impedanz für die neunte Harmonische oder eine Harmonische niedrigerer Ordnung beschränkt ist und dass sie die Impedanz für die elfte Harmonische oder eine Harmonische höherer Ordnung umfassen könnte. Dies bedeutet, dass die Impedanzerfassungseinheit 44 die Impedanz für Harmonische einer Vielzahl von Ordnungen berechnen kann, die vorab festgelegt werden.
• Zum Beispiel erlangt die Impedanzerfassungseinheit 44 den erfassten Spannungswert Vdet, der wiederholt von der Spannungserfassungseinheit 20 ausgegeben wird, und den erfassten Stromwert Idet, der wiederholt von der Stromerfassungseinheit 30 ausgegeben wird. Dann führt die Impedanzerfassungseinheit 44 eine diskrete Fourier-Transformation für den erfassten Spannungswert Vdet und den erfassten Stromwert Idet unter Verwendung einer Abtastdauer durch, die ein integrales Vielfaches der Ausgangsspannungsfrequenz fo ist. Durch die diskrete Fourier-Transformation extrahiert die Impedanzerfassungseinheit 44 die Oberschwingungskomponente jeder Ordnung, die in dem Ausgangsstrom Io umfasst ist, und die Oberschwingungskomponente jeder Ordnung, die in der Ausgangsspannung Vo umfasst ist. Nachfolgend wird die Oberschwingungskomponente m-ter Ordnung, die in der Ausgangsspannung Vo umfasst ist, als die Oberschwingungsspannung Vo_m bezeichnet, und die Oberschwingungskomponente m-ter Ordnung, die im Ausgangsstrom Io umfasst ist, wird als der Oberschwingungsstrom Io_m bezeichnet. Es ist festzustellen, dass „m“ eine positive ungerade Zahl größer oder gleich drei ist.
• Es ist festzustellen, dass anstatt der diskreten Fourier-Transformation die Impedanzerfassungseinheit 44 ein Verfahren und einen Algorithmus zum Extrahieren einer Vielzahl von Frequenzkomponenten höherer Ordnung verwenden kann, die in dem Ausgangsstrom Io umfasst sind, um die Oberschwingungskomponente jeder Ordnung des Ausgangsstroms Io und die Oberschwingungskomponente jeder Ordnung der Ausgangsspannung Vo zu extrahieren.
• In einem Fall, wo die Fourier-Transformation durch die Impedanzerfassungseinheit 44 durchgeführt wird, werden die Oberschwingungsspannung m-ter Ordnung Vom, die in der Ausgangsspannung Vo umfasst ist, und der Oberschwingungsstrom m-ter Ordnung Io_m der in dem Ausgangsstrom Io umfasst ist, in einer komplexen Schreibweise durch die Formeln (4) und (5) unten ausgedrückt. In den Formeln (4) und (5) unten gibt „Vo_mRe“ den reellen Teil von Vo_m an, „Io_mRe“ gibt den reellen Teil von Io_m an, „Vo_mIm“ gibt den imaginären Teil von Vom an, „Io_mIm“ gibt den imaginären Teil von Io_m an und „j“ die imaginäre Einheit an. $${\text{Vo}}_{\text{m}}={\text{Vo}}_{\text{m}}\text{Re+j}\times {\text{Vo}}_{\text{m}}\text{Im}$$

  

  $${\text{Io}}_{\text{m}}={\text{Io}}_{\text{m}}\text{Re+j}\times {\text{Io}}_{\text{m}}\text{Im}$$

  
• Die Impedanzerfassungseinheit 44 kann die Impedanz Z_m durch Berechnungen der Formeln (6) und (7) unten berechnen. In Formel (7) gibt Re(Z_m) den reellen Teil der Impedanz Z_m an und Re(Z_m) gibt den reellen Teil der Impedanz Z_m an. $${\text{Z}}_{\text{m}}={\text{Vo}}_{\text{m}}/{\text{Io}}_{\text{m}}$$

  

  $$|\text{Z}{}_{\text{m}}|=\surd \left(\text{Re}{\left({\text{Z}}_{\text{m}}\right)}^2+\text{Im}{\left({\text{Z}}_{\text{m}}\right)}^2\right)$$

  
• Es ist festzustellen, dass die Impedanzerfassungseinheit 44 die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 auch die Ansteuersignale Sp₁ bis Sp_n zum periodischen Ablenken („sweeping“) der Ausgangsspannungsfrequenz fo erzeugen kann. In diesem Fall gibt die Ansteuersignal-Ausgabeeinheit 42 an die einphasigen Umrichter 15₁ bis 15_n die Ansteuersignale Sp₁ bis Sp_n aus, die von der Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41 ausgegeben werden, so dass die Leistungswandlungseinheit 10 die Ausgangsspannung Vo, deren Ausgangsspannungsfrequenz fo periodisch abgelenkt wird, von dem seriellen Multiplex-Umrichter 1A an die Last 3 ausgeben lässt. Die Impedanzerfassungseinheit 44 kann auch die Impedanz Z_m für die Harmonische jeder Ordnung auf Basis des erfassten Spannungswerts Vdet und des erfassten Stromwerts Idet berechnen, die erhalten werden, wenn die Ausgangsspannungsfrequenz fo die Frequenz der Harmonischen jeder Ordnung ist.
• Auf Basis der Impedanz Z_m der Last 3, die durch die Impedanzerfassungseinheit 44 erfasst wird, und der theoretischen Formel für die Oberschwingungsspannung, die durch die Formel (3) oben ausgedrückt wird, berechnet die Oberschwingungsstrom-Berechnungseinheit 45 den Oberschwingungsstrom jeder Ordnung, der durch die Last 3 fließt. Die Oberschwingungsstrom-Berechnungseinheit 45 kann zum Beispiel den Wert der ersten Phasendifferenz φ1 in Formel (3) oben ändern, um dadurch die Oberschwingungsspannung Vom für jeden Wert der ersten Phasendifferenz φ1 auf Basis der Formel (3) oben zu berechnen.
• Die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43A wählt aus einer Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten die erste Phasendifferenz φ1 aus, die den Oberschwingungsstrom Io_m jeder Ordnung, der durch die Oberschwingungsstrom-Berechnungseinheit 45 erfasst wird, kleiner oder gleich dem Schwellenwert Ith macht. Der Schwellenwert Ith kann gleich dem Oberschwingungsstrom Io_m jeder Ordnung sein, oder der Schwellenwert Ith kann sich von dem Oberschwingungsstrom Io_m jeder Ordnung unterscheiden.
• Als Nächstes wird ein Vorgang, der durch die Steuereinheit 40A durchgeführt wird, unter Verwendung eines Flussdiagrammes beschrieben werden. 17 stellt ein Flussdiagramm dar, das einen exemplarischen Vorgang veranschaulicht, der durch die Steuereinheit durchgeführt wird, gemäß der zweiten Ausführungsform. Wie in 17 beschrieben, erfasst die Steuereinheit 40A die Impedanz Z_m für die Harmonische jeder Ordnung (Schritt S21).
• Als Nächstes berechnet die Steuereinheit 40A den Oberschwingungsstrom Io_m jeder Ordnung auf Basis der Impedanz Z_m der Last 3 (Schritt S22). Die Steuereinheit 40A wählt die erste Phasendifferenz φ1 aus, die den Oberschwingungsstrom Io_m jeder Ordnung kleiner oder gleich dem Schwellenwert Ith macht (Schritt S23). Der in 17 veranschaulichte Vorgang wird durch die Steuereinheit 40A gestartet, wenn zum Beispiel ein Knopf (nicht veranschaulicht) die an dem seriellen Multiplex-Umrichter 1A vorgesehen ist, gedrückt wird. Ferner kann die Steuereinheit 40A den in 17 veranschaulichten Vorgang zu einem voreingestellten Zeitpunkt ausführen. Ein voreingestellter Zeitpunkt ist ein Zeitpunkt, der frei eingestellt werden kann, und könnte zum Beispiel ein Zeitpunkt sein, der einmal pro voreingestellter Zeitdauer auftritt, wie zum Beispiel einmal am Tag oder einmal im Monat.
• Eine exemplarische Hardware-Konfiguration der Steuereinheit 40A des seriellen Multiplex-Umrichters 1A gemäß der zweiten Ausführungsform ist die gleiche wie die exemplarische Hardware-Konfiguration, die in 15 veranschaulicht ist. Der Prozessor 101 kann ein Programm lesen und ausführen, das in dem Speicher 102 gespeichert ist, um die Funktionen der Ansteuersignal-Erzeugungseinheit 41, der Ansteuersignal-Ausgabeeinheit 42, der Phasendifferenz-Auswahleinheit 43A, der Impedanzerfassungseinheit 44 und der Oberschwingungsstrom-Berechnungseinheit 45 auszuführen.
• Wie oben beschrieben, umfasst der serielle Multiplex-Umrichter 1A gemäß der zweiten Ausführungsform die Spannungserfassungseinheit 20, die Stromerfassungseinheit 30, die Impedanzerfassungseinheit 44 und die Oberschwingungsstrom-Berechnungseinheit 45. Die Spannungserfassungseinheit 20 erfasst die Ausgangsspannung Vo der Leistungswandlungseinheit 10. Die Stromerfassungseinheit 30 erfasst den Ausgangsstrom Io der Leistungswandlungseinheit 10. Die Impedanzerfassungseinheit 44 erfasst die Impedanz Z_m der Last 3, die mit der Leistungswandlungseinheit 10 verbunden ist, auf Basis der Ausgangsspannung Vo, die durch die Spannungserfassungseinheit 20 erfasst wird, und des Ausgangsstroms Io, der durch die Stromerfassungseinheit 30 erfasst wird. Die Oberschwingungsstrom-Berechnungseinheit 45 berechnet die Oberschwingungsströme Io_m einer Vielzahl von Ordnungen, die durch die Last 3 fließen, auf Basis der Impedanz Z_m der Last 3, die durch die Impedanzerfassungseinheit 44 erfasst wird. Die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43A wählt aus einer Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten die erste Phasendifferenz φ1 aus, die die Oberschwingungsströme Io_m der Vielzahl von Ordnungen, die durch die Oberschwingungsstrom-Berechnungseinheit 45 erfasst werden, kleiner oder gleich dem Schwellenwert Ith macht. Folglich wird erste Phasendifferenz φ1, die einen geeigneten Wert aufweist, automatisch ohne eine manuelle Einstellung der ersten Phasendifferenz φ1 ausgewählt, so dass der Oberschwingungsstrom Io_m, der durch die Last 3 fließt, einfach unterdrückt werden kann.
• In einem Fall, wo zwei oder mehr der Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten die Oberschwingungsströme Io_m der Vielzahl von Ordnungen kleiner oder gleich den Schwellenwert Ith machen, wählt die Phasendifferenz-Auswahleinheit 43A als die erste Phasendifferenz φ1 den kleinsten Phasendifferenzkandidat der zwei oder mehr Phasendifferenzkandidaten aus, die die Oberschwingungsströme Io_m der Vielzahl von Ordnungen kleiner oder gleich den Schwellenwert Ith machen. In diesem Fall kann der Maximalwert der Ausgangsspannung Vo, die von der Leistungswandlungseinheit 10 ausgegeben wird, daran gehindert werden, sich zu verringern, im Vergleich zu dem Fall, wo die erste Phasendifferenz φ1 auf einen anderen Wert eingestellt ist.
• Obwohl die oben beschriebenen seriellen Multiplex-Umrichter 1 und 1A die n Transformatoren 12, umfassen, könnten die seriellen Multiplex-Umrichter 1 und 1A einen Mehrfachausgangs-Transformator anstatt der n Transformatoren 12 umfassen. In diesem Fall ist die primäre Seite des Mehrfachausgangs-Transformators mit der einphasigen AC-Leistungsversorgung 2 verbunden und die AC-Spannung wird von den n sekundären Seiten des Mehrfachausgangs-Transformators an die n Gleichrichterschaltungen 13 ausgegeben.
• In den oben beschriebenen Beispielen wird die einphasige AC-Spannung Vac von der einphasigen AC-Leistungsversorgung 2 in die DC-Spannung Vdc gewandelt. Jedoch ist die Leistungsversorgung nicht auf die einphasige AC-Leistungsversorgung 2 beschränkt. Die seriellen Multiplex-Umrichter 1 und 1A könnten zum Bespiel eingerichtet sein, eine dreiphasige AC-Spannung von einer dreiphasigen AC-Leistungsversorgung anstatt von der einphasigen AC-Leistungsversorgung 2 in die DC-Spannung Vdc zu wandeln. In diesem Fall wird ein dreiphasige Transformator als der Transformator 12 verwendet, und eine dreiphasige Gleichrichterschaltung wird als die Gleichrichterschaltung 13 verwendet, wodurch eine dreiphasige AC-Spannung in die DC-Spannung Vdc gewandelt werden kann.
• In den oben beschriebenen Beispielen wird die DC-Spannung Vdc in jeden einphasigen Umrichter 15 von einer unabhängigen DC-Leistungsversorgung eingegeben, die den Transformator 12, die Gleichrichterschaltung 13 und den Kondensator 14 umfasst. Alternativ könnte die DC-Spannung Vdc von einer DC-Leistungsversorgung in die n einphasigen Umrichter 15 eingegeben werden. In diesem Fall werden die Ausgangsspannungen V_INV der individuellen einphasigen Umrichter 15 in die primären Seiten der n Transformatoren eingegeben, die auf einer Einphasiger-Umrichter-füreinphasiger-Umrichter-Basis vorgesehen sind. Die sekundären Seiten der n Transformatoren werden seriell verbunden, wodurch die Ausgangsspannungen V_INV der einphasigen Umrichter 15 kombiniert werden und an die Last 3 ausgegeben werden.
• Die Konfigurationen in den oben erwähnten Ausführungsformen beschriebenen Konfigurationen geben Beispiele der Inhalte der vorliegenden Erfindung an. Die Konfigurationen können mit einem anderen wohlbekannten Verfahren kombiniert werden und einige der Konfigurationen können weggelassen werden oder in einer Reichweite geändert werden, die nicht von der vorliegenden Erfindung abweicht.
• Bezugszeichenliste

1, 1A

serieller Multiplex-Umrichter;

2

einphasige AC-Leistungsversorgung;

3, 3A, 3B, 3C

Last;

10

Leistungswandlungseinheit;

11₁ bis 11_n

Leistungswandlungsblock;

12, 12₁ bis 12_n

Transformator;

13, 13₁ bis 13_n

Gleichrichterschaltung;

14, 14₁ bis 14_n

Kondensator;

15, 15₁ bis 15_n

einphasiger Umrichter;

16₁ bis 16_n, 17₁ bis 17_n

Ausgangsanschluss;

18

Gatteransteuereinrichtung;

20

Spannungserfassungseinheit;

30

Stromerfassungseinheit;

40, 40A

Steuereinheit;

41

Ansteuersignal-Erzeugungseinheit;

42

Ansteuersignal-Ausgabeeinheit;

43, 43A

Phasendifferenz-Auswahleinheit;

44

Impedanzerfassungseinheit;

45

Oberschwingungsstrom-Berechnungseinheit;

50

Operationseinheit;

60

Effektivwert-Berechnungseinheit;

61

Strombefehls-Ausgabeeinheit;

62

Substrahiereinrichtung;

63

Stromsteuereinheit;

64

Trägerwellen-Ausgabeeinheit;

65

Vergleichseinrichtung;

66

Signalerzeugungseinheit;

70

Oberschwingungsfilter;

Sp, Sp₁ bis Sp_n

Ansteuersignal.

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• JP H6245532 [0003]

Claims (4)

1. Serieller Multiplex-Umrichter, der aufweist: eine Leistungswandlungseinheit, die eine Vielzahl von einphasigen Umrichtern mit Ausgangsanschlüssen umfasst, die seriell verbunden sind; eine Phasendifferenz-Auswahleinheit zum Auswählen aus einer Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten einer Phasendifferenz zwischen Rechteckwellenspannungen aus der Vielzahl von einphasigen Umrichtern; eine Ansteuersignal-Erzeugungseinheit zum Erzeugen einer Vielzahl von Ansteuersignalen, die unterschiedliche einphasige Umrichter eine Vielzahl von Rechteckwellenspannungen ausgeben lässt, die sequentiell um die Phasendifferenz außer Phase sind, die durch die Phasendifferenz-Auswahleinheit ausgewählt wird; und eine Ansteuersignal-Ausgabeeinheit zum Ausgeben der Vielzahl von Ansteuersignalen, die durch die Ansteuersignal-Erzeugungseinheit erzeugt werden, an die Vielzahl von einphasigen Umrichtern.
2. Serieller Multiplex-Umrichter nach Anspruch 1, der aufweist eine Operationseinheit zum Empfangen einer Eingabe, wobei die Phasendifferenz-Auswahleinheit die Phasendifferenz aus der Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten auf Basis der Eingabe in die Operationseinheit auswählt.
3. Serieller Multiplex-Umrichter nach Anspruch 1, der aufweist: eine Spannungserfassungseinheit zum Erfassen einer Ausgangsspannung der Leistungswandlungseinheit; eine Stromerfassungseinheit zum Erfassen eines Ausgangsstroms der Leistungswandlungseinheit; eine Impedanzerfassungseinheit zum Erfassen einer Impedanz einer Last, die mit der Leistungswandlungseinheit verbunden ist, auf Basis der Ausgangsspannung, die durch die Spannungserfassungseinheit erfasst wird, und des Ausgangsstroms, der durch die Stromerfassungseinheit erfasst wird; und eine Oberschwingungsstrom-Berechnungseinheit zum Berechnen von Oberschwingungsströmen einer Vielzahl von Ordnungen, die durch die Last fließen, auf Basis der Impedanz der Last, die durch die Impedanzerfassungseinheit erfasst wird, wobei die Phasendifferenz-Auswahleinheit aus der Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten die Phasendifferenz auswählt, die die Oberschwingungsströme der Vielzahl von Ordnungen, die durch die Oberschwingungsstrom-Berechnungseinheit erfasst werden, kleiner oder gleich einem Schwellenwert macht.
4. Serieller Multiplex-Umrichter nach Anspruch 3, wobei in einem Fall, wo zwei oder mehr der Vielzahl von Phasendifferenzkandidaten die Oberschwingungsströme der Vielzahl von Ordnungen gleich oder kleiner als den Schwellenwert machen, die Phasendifferenz-Auswahleinheit als Phasendifferenz einen kleinsten Phasendifferenzkandidaten der zwei oder mehr Phasendifferenzkandidaten auswählt, die die Oberschwingungsströme der Vielzahl von Ordnungen gleich oder kleiner als den Schwellenwert machen.

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