DE19729388C2

DE19729388C2 - Power Rectifiers

Info

Publication number: DE19729388C2
Application number: DE19729388A
Authority: DE
Inventors: Toshiaki Okuyama; Yoshitaka Iwaji
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-07-09
Filing date: 1997-07-09
Publication date: 2002-09-05
Anticipated expiration: 2017-07-10
Also published as: DE19729388A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Leistungsstromrichter zum Erzeugen eines Gleich stroms oder einer Gleichspannung aus einer Wechselspannung, insbesondere einen Leis tungsstromrichter, bei dem die Unterdrückung von Oberwellen im Eingangsstrom und der Leistungsfaktor verbessert sind.The invention relates to a power converter for generating a DC current or a DC voltage from an AC voltage, in particular a Leis power converter, in which the suppression of harmonics in the input current and Power factor are improved.

Um Gleichstrom oder Gleichspannung aus Wechselspannung zu erzeugen, werden häufig Zweiweg-Diodengleichrichtern verwendet. Da Diodengleichrichter im Aufbau ein fach sind und die Erzeugung einer Gleichspannung auf einfache Weise gestatten, werden sie in weitem Umfang für elektrische Hausgeräte, allgemeine Industriegeräte usw. verwen det.To generate direct current or direct voltage from alternating voltage often used two-way diode rectifiers. Because diode rectifier under construction are fold and allow the generation of a DC voltage in a simple manner widely use them for electrical household appliances, general industrial appliances, etc. det.

Bei Wandlern hoher Leistung werden zwei Diodengleichrichter kombiniert, um Oberwellen im Eingangsstrom oder eine pulsierende Spannung an der Ausgangsseite des Gleichrichters zu unterdrücken. In die beiden Diodengleichrichter wird jeweils eine von zwei Zweigspannungen von einer Spannungsquelle eingegeben, deren Phasen durch einen Transformator um 30° gegeneinander verschoben sind. Ferner werden die beiden Dioden gleichrichter mit ihren Ausgängen (gleichsspannungsseitig) seriell oder parallel geschaltet. Durch diesen Aufbau eines Stromrichters aus zwei Diodengleichrichtern können Oberwel len der Spannung an der Ausgangsseite verringert werden.For high power converters, two diode rectifiers are combined to Harmonics in the input current or a pulsating voltage on the output side of the Suppress rectifier. In each of the two diode rectifiers, one of two branch voltages are entered from a voltage source, the phases of which are given by a Transformer are shifted by 30 ° against each other. Furthermore, the two diodes rectifiers with their outputs (DC side) connected in series or in parallel. This construction of a converter from two diode rectifiers allows Oberwel len the voltage on the output side can be reduced.

Im allgemeinen entstehen in einem Diodengleichrichter viele Arten von Oberwel len. Insbesondere werden viele Oberwellen niedriger Ordnung, etwa der 5., 7., 11. oder 13. Ordnung, erzeugt. Zum Verringern jeder Oberwelle muß ein Filter verwendet werden.In general, many types of harmonics arise in a diode rectifier len. In particular, many harmonics of low order, such as the 5th, 7th, 11th or 13th Order, generated. A filter must be used to reduce each harmonic.

Bei einem Stromrichter, bei dem zwei den beiden Diodengleichrichtern zugeführte Zweigspannungen unter Verwendung zweier Transformatoren um 30° phasenverschoben werden, heben die Oberwellen 5., 7., 17. und 19. Ordnung einander auf. Daher werden die Oberwellen im Eingangsstrom und der Ausgangsspannung des aus den oben genannten Gleichrichtern bestehenden Stromrichters im Vergleich mit den Oberwellen eines aus einem Diodengleichrichter bestehenden Stromrichters stärker verringert. Da jedoch die Komponenten 11. und 13. Ordnung nicht gegeneinander aufgehoben werden können, sind Filter erforderlich, um diese Oberwellen zu verringern.In the case of a converter in which two are fed to the two diode rectifiers Branch voltages are phase shifted by 30 ° using two transformers 5th, 7th, 17th and 19th order harmonics cancel each other out. Therefore, the Harmonics in the input current and the output voltage from the above Rectifiers existing in comparison with the harmonics of one existing converter rectified more strongly. However, since the Components of the 11th and 13th order cannot be canceled against each other Filters required to reduce these harmonics.

Ferner kann zwar ein relativ hoher auf die Grundwelle bezogener Leistungsfaktor von 0,95 bis 0,97 erzielt werden, jedoch ist es schwierig, einen Leistungsfaktor von 1,0 zu erzielen.Furthermore, a relatively high power factor related to the fundamental wave can from 0.95 to 0.97 can be achieved, however, it is difficult to get a power factor of 1.0 too achieve.

Der Leistungsfaktor läßt sich auf nahezu 1,0 dadurch erhöhen, daß die Gesamt induktivität der Spannungseingangsschaltung einschließlich des Transformators auf der Wechselspannungsseite (Summe aus der Streuinduktivität der Transformatoren und der Induktivität der Spannungseingangsschaltung) so weit wie möglich verringert wird; dadurch steigt jedoch der Spitzenwert des Eingangsstroms an, und auch die Amplituden der Oberwellen werden größer.The power factor can be increased to almost 1.0 by the total inductance of the voltage input circuit including the transformer on the AC side (sum of the leakage inductance of the transformers and the Inductance of the voltage input circuit) is reduced as much as possible; thereby however, the peak value of the input current increases, and so does the amplitude of the Harmonics are getting bigger.

Aus CH 648 965 A5 ist ein Leistungsstromrichter bekannt, der zwei aus Halblei terdioden aufgebaute, über ein induktives Bauelement aus einer dreiphasigen Wechsel spannungsquelle gespeiste Gleichrichter und eine in Reihe zum Ausgang des Gleichrich ters liegende einphasige Quelle zur Erzeugung einer sinusförmigen Wechselspannung mit der sechsfachen Frequenz der dreiphasigen Wechselstromquelle aufweist. Abgesehen da von, daß sich eine zur der speisenden Wechselspannungsquelle synchrone Spannung nicht ohne weiteres sinusförmig erzeugen läßt, vermag auch die bekannte Schaltung Oberwellen nur unvollständig zu unterdrücken. Insbesondere werden auch dort Oberwellen der 11. und 13. Ordnung ungenügend beseitigt.From CH 648 965 A5 a power converter is known, the two from half lead ter diodes built up via an inductive component from a three-phase change rectifier powered by voltage source and one in series to the output of the rectifier ters lying single-phase source for generating a sinusoidal AC voltage with six times the frequency of the three-phase AC source. Except there of that a voltage synchronous to the supplying AC voltage source is not can be easily generated sinusoidally, the known circuit can harmonics to suppress only incompletely. In particular, harmonics of the 11th and 13th order insufficiently removed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Leistungsstromrichter zu schaf fen, der Oberwellen der Ordnung 12n ± 1, mit n = 1, 2, 3, . . ., wie sie im Eingangsstrom eines aus Halbleiterelementen aufgebauten Stromrichters erzeugt werden, herabsetzen kann.The invention has for its object to provide a power converter fen, the harmonics of order 12n ± 1, with n = 1, 2, 3,. , . as in the input stream of a converter constructed from semiconductor elements are reduced can.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist in Anspruch 1 angegeben. Da durch, daß an die Ausgangsanschlüsse des Leistungsstromrichters eine einphasige Recht eckspannung mit dem Sechsfachen der Frequenz der dreiphasigen Wechselspannungsquel le angelegt wird, werden im Eingangsstrom vorhandene Oberwellen der Ordnung 12n ± 1 mit n = 1, 2, 3, . . . verringert. Für diese Verringerung sind keine Filter erforderlich, so daß sich die Größe des Leistungsstromrichters verringert.The solution to this problem according to the invention is specified in claim 1. because through that a single phase right to the output terminals of the power converter corner voltage with six times the frequency of the three-phase AC voltage source le, existing harmonics of order 12n ± 1 with n = 1, 2, 3,. , , reduced. No filters are required for this reduction, so that the size of the power converter decreases.

Gemäß der in Anspruch 2 definierten Maßnahme werden durch Anlegen zweier um 30° gegeneinander phasenverschobener Eingangsspannungen an die beiden Gleichrichter die Phasen der jeweiligen durch die Ordnungen 6n ± 1 mit n = 1, 3, 5, . . . ausgedrückten Oberwellen, die im jeweiligen Eingangsstrom der beiden Gleichrichter entstehen, um 180° gegeneinander verschoben und heben daher einander auf.According to the measure defined in claim 2, by applying two to 30 ° phase-shifted input voltages to the two rectifiers the phases of the respective by the orders 6n ± 1 with n = 1, 3, 5,. , , expressed Harmonics that arise in the respective input current of the two rectifiers by 180 ° shifted against each other and therefore cancel each other out.

Nach Anspruch 3 werden die Ausgangsanschlüsse der beiden Gleichrichter parallel geschaltet, wodurch ihre pulsierende Stromkomponenten einander nahezu aufheben, da sie gegeneinander verschoben sind.According to claim 3, the output connections of the two rectifiers are in parallel switched, whereby their pulsating current components almost cancel each other out as they are shifted against each other.

Wird gemäß Anspruch 4 die Amplitude der in die Ausgangsanschlüsse der Gleich richter eingegebenen Wechselspannungen aufgrund des erfaßten Werts des Ausgangs stroms der Gleichrichter geändert, so können im deren Eingangsströmen erzeugte Ober wellen der Ordnungen 12n ± 1 mit n = 1, 2, 3, . . . selbst dann verringert werden, wenn sich ihr Ausgangsstrom ändert.According to claim 4, the amplitude of the in the output terminals of the same AC voltages entered based on the detected value of the output current of the rectifier changed, so generated in their input currents waves of orders 12n ± 1 with n = 1, 2, 3,. , , be reduced even if their output current changes.

Bei Verwendung eines PWM-gesteuerten Wechselrichters als einphasige Quelle gemäß Anspruch 5 ist es möglich, die Ausgangsspannung der einphasigen Wechselspannungsquelle bei einfachem Aufbau so zu ändern, daß die im Eingangsstrom der Gleichrichter erzeugten Oberwellen der Ordnungen 12n ± 1 mit n = 1, 2, 3, . . . selbst dann verringert werden, wenn sich der Ausgangsstrom des Stromrichters ändert.When using a PWM controlled inverter as a single phase source according to claim 5, it is possible to the output voltage of the single-phase AC voltage source to change in a simple structure so that the in the input current Rectifiers generated harmonics of orders 12n ± 1 with n = 1, 2, 3,. , , even if be reduced if the output current of the converter changes.

Wird gemäß Anspruch 6 die Ausgangsspannung der Gleichrichter als Eingangs spannung eines durch das PWM-Steuerverfahren gesteuerten Wechselrichters verwendet, so ist keine Gleichspannungsschaltung, ausschließlich des Wechselrichters, erforderlich, wodurch die Größe des Stromrichters verringert werden kann.According to claim 6, the output voltage of the rectifier as an input voltage of an inverter controlled by the PWM control method, So no DC voltage circuit is required, excluding the inverter, whereby the size of the converter can be reduced.

Nachfolgend werden Einzelheiten der Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele erläutert. In den Zeichnungen zeigtDetails of the invention are described below with reference to the drawings illustrated embodiments explained. In the drawings shows

Fig. 1 den Aufbau eines Leistungsstromrichters gemäß einem Ausführungsbei spiel der Erfindung, Fig. 1 shows the structure of a power converter according to a Ausführungsbei game of the invention,

Fig. 2 Signalverläufe des Eingangsstroms und des Ausgangsstroms eines her kömmlichen Stromrichters, Fig. 2 waveforms of the input current and the output current of a conventional power converter forth,

Fig. 3 Kurvenbilder zu Signalverläufen des Eingangsstroms, des Ausgangsstroms und einer Kompensationsspannung bei dem in Fig. 1 dargestellten Stromrichter, Fig. 3 graphs to waveforms of the input current, the output current, and a compensation voltage in which in Fig. 1 converter shown,

Fig. 4 Funktionen des in Fig. 1 dargestellten Stromrichters, wobei das Kur venbild (a) den Strom- und den Spannungsverlauf innerhalb eines aus Di oden bestehenden Gleichrichters 4 und die Kurvenbilder (b) bis (e) die Verläufe von Strömen und Spannungen zeigen, wie sie durch das Kur venbild (a) dargestellt sind, Fig. 4 functions of the converter shown in Fig. 1, the curve venbild (a) the current and voltage curve within a diode consisting of rectifier 4 and the graphs (b) to (e) show the curves of currents and voltages as shown by the curve (a),

Fig. 5 den Aufbau eines Stromrichters gemäß einem anderen Ausführungsbei spiel der Erfindung, Fig. 5 shows the structure of a power converter according to another Ausführungsbei game of the invention,

Fig. 6 Funktionen einer in Fig. 5 dargestellten Kompensationsspannungssteue rung 73A, wobei das Diagramm (a) deren Aufbau und die Kurvenbilder (b) bis (e) Verläufe von Signalen zeigen, die jeweils im Diagramm (a) an gegeben sind, Fig. 6 functions of a Kompensationsspannungssteue shown in Fig. 5 tion 73 A, wherein the diagram (a) the structure and the graphs (b) to (e) show waveforms of signals show, each optionally in the diagram (a),

Fig. 7 den Aufbau eines Stromrichters gemäß einem weiteren Ausführungsbei spiel der Erfindung, Fig. 7 shows the structure of a power converter according to a further Ausführungsbei game of the invention,

Fig. 8 Funktionen einer in Fig. 7 dargestellten Kompensationsspannungssteue rung 73A, wobei das Diagramm (a) deren Aufbau und die Kurvenbilder (b) bis (e) Verläufe von Signalen zeigen, die jeweils im Diagramm (a) an gegeben sind, und FIG. 8 functions of a compensation voltage control 73 A shown in FIG. 7, the diagram (a) showing their structure and the graphs (b) to (e) showing courses of signals which are given in diagram (a), and

Fig. 9 bis 12 jeweils den Aufbau eines Stromrichters gemäß weiteren Ausfüh rungsbeispielen der Erfindung. FIGS. 9 to 12 each show the construction of a converter according to further examples of the invention.

Der in Fig. 1 gezeigte Stromrichter weist eine dreiphasige Wechselspannungs quelle 1, einen Transformator 2 in Δ-Δ-Beschaltung, einen Transformator 3 in Δ-Y-Be schaltung, zwei Diodengleichrichter 4 und 4', die jeweils aus sechs Dioden bestehen, zwei Glättungskondensatoren 5 und 5', eine Last 6 und eine einphasige Wechselspannungsquelle 7 auf.The converter shown in Fig. 1 has a three-phase AC voltage source 1 , a transformer 2 in Δ-Δ circuit, a transformer 3 in Δ-Y circuit, two diode rectifiers 4 and 4 ', each consisting of six diodes, two Smoothing capacitors 5 and 5 ', a load 6 and a single-phase AC voltage source 7 .

Jeder der Diodengleichrichter 4 und 4' ist mit einem jeweiligen Sekundäranschluß der Transformatoren 2 bzw. 3 verbunden, wobei ein Primäranschluß jedes der Transforma toren mit der dreiphasigen Wechselspannungsquelle 1 verbunden ist; außerdem sind die Diodengleichrichter 4 und 4' ausgangsseitig in Reihe geschaltet. Die Primärspannung des Δ- Δ-geschalteten Transformators 2 ist mit dessen Sekundärspannung gleichphasig, während die Sekundärspannung des Δ-Y-geschalteten Transformators 3 gegenüber dessen Primär spannung um 30° phasenverschoben ist. Ferner ist angenommen, daß die Transformatoren 2 und 3 dasselbe Verhältnis von Sekundärspannung zur Primärspannung und dieselbe Streuinduktivität aufweisen.Each of the diode rectifiers 4 and 4 'is connected to a respective secondary connection of the transformers 2 and 3 , respectively, with a primary connection of each of the transformers being connected to the three-phase AC voltage source 1 ; In addition, the diode rectifiers 4 and 4 'are connected in series on the output side. The primary voltage of the Δ-Δ-switched transformer 2 is in phase with its secondary voltage, while the secondary voltage of the Δ-Y-switched transformer 3 is phase-shifted by 30 ° with respect to its primary voltage. It is further assumed that the transformers 2 and 3 have the same ratio of secondary voltage to primary voltage and the same leakage inductance.

In jeder der Ausgangsspannungen Vrec1 und Vrec2 der beiden Diodengleichrichter ist eine pulsierende Komponente mit dem Sechsfachen der Frequenz der dreiphasigen Wechselspannungsquelle 1 enthalten. Die pulsierenden Komponenten in den Ausgangs spannungen werden durch die jeweiligen Glättungskondensatoren 5 und 5' herabgesetzt, und die geglätteten Ausgangsspannungen werden der Last 6 zugeführt. Als Last 6 kann eine beliebige Last, etwa ein Wechselrichter, an den Ausgang des Stromrichters ange schlossen sein, wobei der Punkt mittlerer Spannung der Last 6 mit dem Punkt mittlerer Spannung an der Ausgangsseite des Stromrichters (Mittelpunkt zwischen C1 und C2) ver bunden sein kann.A pulsating component with six times the frequency of the three-phase AC voltage source 1 is contained in each of the output voltages Vrec1 and Vrec2 of the two diode rectifiers. The pulsating components in the output voltages are reduced by the respective smoothing capacitors 5 and 5 ', and the smoothed output voltages are supplied to the load 6 . As a load 6 , any load, such as an inverter, can be connected to the output of the converter, the point of medium voltage of the load 6 being connected to the point of medium voltage on the output side of the converter (center point between C1 and C2) ,

Enthält der in Fig. 1 dargestellte Stromrichter die einphasige Wechselspannungs quelle 7 nicht (d. h. Vi = 0), so ergeben sich für die Eingangsströme Iu1, Iu2 und Iu sowie die Ausgangsströme Irec1 und Irec2 der Gleichrichter 4 und 4' die in Fig. 2 dargestellten Signalverlaufe. Der in Fig. 2(b) dargestellte Signalverlauf des Stroms Iu1 enthält haupt sächlich Oberwellen der 5., 7., 11. und 13. Ordnung. Ferner enthält der in Fig. 2(c) dar gestellte Signalverlauf des Stroms Iu2 dieselben Oberwellen wie der Signalverlauf des Stroms Iu1. Jedoch sind die Phasen der Oberwellen im Strom Iu2 gegen die Phasen der Oberwellen im Strom Iu1 verschoben, da der Transformator 3 anders beschaltet ist als der Transformator 2. Die Oberwellen der Ordnungen 6m ± 1, mit m 1, 3, 5, . . ., sind dadurch um 180° phasenverschoben, daß der Transformator 3 mit Δ-Y-Beschaltung verwendet ist.If the converter shown in FIG. 1 does not contain the single-phase AC voltage source 7 (ie Vi = 0), the input currents Iu1, Iu2 and Iu as well as the output currents Irec1 and Irec2 of the rectifiers 4 and 4 'are as shown in FIG. 2 signal course. The waveform of the current Iu1 shown in Fig. 2 (b) mainly contains 5th, 7th, 11th and 13th order harmonics. Furthermore, the signal curve of the current Iu2 shown in FIG. 2 (c) contains the same harmonics as the signal curve of the current Iu1. However, the phases of the harmonics in the current Iu2 are shifted from the phases of the harmonics in the current Iu1, since the transformer 3 is wired differently than the transformer 2 . The harmonics of the orders 6m ± 1, with m 1, 3, 5,. , ., are phase-shifted by 180 ° in that the transformer 3 with Δ-Y wiring is used.

Durch Aufsummieren der in Fig. 2(d) dargestellten Ströme Iu1 und Iu2 heben die jeweiligen Oberwellen in den Strömen Iu1 und Iu2 der 5., 7., 17. und 19. Ordnung einan der auf, so daß diese Oberwellen im Strom Iu verringert sind. Jedoch werden die Phasen der Oberwellen der Ordnungen 12n ± 1 mit n = 1, 2, 3, . . ., durch den Transformator 3 nicht geändert, so daß sie im Strom Iu verbleiben. Um diese Oberwellen zu verringern, sind andere Maßnahmen, etwa Filter, erforderlich, die ausschließlich zum Verringern dieser Komponenten dienen.By summing the currents Iu1 and Iu2 shown in Fig. 2 (d), the respective harmonics in the currents Iu1 and Iu2 of the 5th, 7th, 17th and 19th order cancel each other out, so that these harmonics in the current Iu are reduced are. However, the phases of the harmonics of orders 12n ± 1 with n = 1, 2, 3,. , ., not changed by the transformer 3 , so that they remain in the current Iu. To reduce these harmonics, other measures, such as filters, are required that are used only to reduce these components.

Ferner ist im Strom Iu ein Gegenstrom enthalten, der proportional zur Gesamt induktivität zwischen der dreiphasigen Wechselspannungsquelle und den Diodengleich richtern erzeugt wird (Summe aus den Streuinduktivitäten der Transformatoren 2 und 3 und der Systeminduktivität). Daher ist es zum Verbessern des Leistungsfaktors erforder lich, die Streuinduktivitäten der Transformatoren 2 und 3 so weit wie möglich zu verrin gern. Geschieht dies, so steigen jedoch der Spitzenwert des Eingangsstroms und auch des sen Oberwellen an.Furthermore, the current Iu contains a countercurrent which is generated in proportion to the total inductance between the three-phase AC voltage source and the diode rectifiers (sum of the leakage inductances of the transformers 2 and 3 and the system inductance). Therefore, to improve the power factor, it is necessary to reduce the leakage inductances of the transformers 2 and 3 as much as possible. If this happens, however, the peak value of the input current and also its harmonics increase.

Wie oben angegeben, ist es unter Verwendung eines herkömmlichen Stromrichters schwierig, sowohl eine Verringerung der Oberwellen als auch einen Spannungsfaktor von 1,0 zu erzielen.As stated above, it is using a conventional power converter difficult, both a reduction in harmonics and a voltage factor of To achieve 1.0.

Im folgenden werden die Grundfunktionen einer einphasigen Wechselspannungs quelle erläutert, die ein Hauptmerkmal der Erfindung bildet.The following are the basic functions of a single-phase AC voltage source explained, which forms a main feature of the invention.

In dem Ausführungsbeispiel dient als einphasige Wechselspannungsquelle 7 ein Wechselrichter (Gleichspannungs-Wechselspannungs-Umrichter), etwa ein PWM-Wech selrichter, der eine Spannung beliebiger Amplitude und beliebiger Phase ausgeben kann. Fig. 3(g) zeigt den Signalverlauf der von der einphasigen Wechselspannungsquelle aus gegebenen Spannung Vi. Dieser Signalverlauf ist eine Rechteckspannung mit dem Sechs fachen der Frequenz der dreiphasigen Wechselspannungsquelle 1; die Amplitude der Rechteckspannung ist mit Vs bezeichnet. Wird Vs auf einen vorbestimmten Wert einge stellt, so ist es möglich, die Signalverläufe der Ausgangsströme Irec1 und Irec2 der Dio dengleichrichter 4 bzw. 4' als zerhackte Spannungen zu formen, wie in Fig. 3(e) und 3(f) dargestellt. Darüberhinaus sind die Diodengleichrichter 4 und 4' sowie die einphasige Wechselspannungsquelle 7 so eingestellt, daß die unteren Spitzenwerte der durch die Kur ven (e) und (f) dargestellten Spannungen jeweils den Wert 0 aufweisen (Irec1 = 0, Irec2 = 0 an den Positionen der unteren Spitzen). Demgemäß erhalten die Verläufe der Ströme Iu1 und Iu2 in Fig. 3(b) und 3(c) dargestellten Formen, und der in Fig. 3(d) dargestellte Verlauf des Stroms Iu erhält eine Form geringer Verzerrung, die die Summe der Ströme Iu1 und Iu2 ist.In the exemplary embodiment, a single-phase AC voltage source 7 is an inverter (DC-AC converter), such as a PWM inverter, which can output a voltage of any amplitude and any phase. Fig. 3 (g) shows the waveform of the single-phase AC voltage source from given voltage Vi. This waveform is a square wave voltage six times the frequency of the three-phase AC voltage source 1 ; the amplitude of the square wave voltage is denoted by Vs. If Vs is set to a predetermined value, it is possible to shape the waveforms of the output currents Irec1 and Irec2 of the diode rectifiers 4 and 4 'as chopped voltages, as shown in FIGS. 3 (e) and 3 (f). In addition, the diode rectifiers 4 and 4 'and the single-phase AC voltage source 7 are set so that the lower peak values of the voltages represented by the curves ven (e) and (f) each have the value 0 (Irec1 = 0, Irec2 = 0 at the positions of the lower tips). Accordingly, the waveforms of the currents Iu1 and Iu2 in Figs. 3 (b) and 3 (c) are given shapes, and the waveform of the current Iu shown in Fig. 3 (d) is given a form of low distortion which is the sum of the currents Iu1 and Iu2 is.

Vergleicht man den in Fig. 2(b) dargestellten Signalverlauf von Iu1 mit dem in Fig. 3(b) dargestellten Signalverlauf von Iu1, so sind die Oberwellen der Ordnungen 5 und 7 in dem in Fig. 3(b) dargestellten Signalverlauf Iu1 größer als in Fig. 2(b), und auch das Gesamtverzerrungsverhältnis im ersten Signalverlauf ist größer als im letzteren. Die Oberwellen der Ordnungen 11 und 13 sind im ersten Signalverlauf stärker verringert als im letzteren. Da die jeweiligen Oberwellen der Ordnungen 5 und 7, wie sie in den Strömen Iu1 und Iu2 enthalten sind, beim Aufsummieren dieser Ströme einander aufheben, weisen die in Fig. 3(d) dargestellten Oberwellen im Eingangsstrom Iu nur sehr niedrigen Pegel auf.Comparing the waveform of Iu1 shown in Fig. 2 (b) with the waveform of Iu1 shown in Fig. 3 (b), the harmonics of orders 5 and 7 are larger in the waveform Iu1 shown in Fig. 3 (b) than in Fig. 2 (b), and also the overall distortion ratio in the first waveform is larger than in the latter. The harmonics of orders 11 and 13 are reduced more in the first signal curve than in the latter. Since the respective harmonics of orders 5 and 7 , as contained in the currents Iu1 and Iu2, cancel each other out when these currents are summed up, the harmonics shown in FIG. 3 (d) have only very low levels in the input current Iu.

Ferner fällt bei dem Ausführungsbeispiel dadurch, daß die Phase der Ausgangs spannung Vi der einphasigen Wechselspannungsquelle 7 auf die in Fig. 3(g) dargestellte Phase eingestellt wird, die Phase des Summenstroms Iu aus den Eingangsströmen mit der Phase der Eingangsspannung Eu der dreiphasigen Wechselspannungsquelle 1 zusammen, wie dies in Fig. 3 dargestellt ist. Da Eingangsspannung und Eingangsstrom phasengleich sind, wird der Leistungsfaktor der Spannungsquelle zu 1, was eine starke Verbesserung darstellt.Furthermore, in the exemplary embodiment, in that the phase of the output voltage Vi of the single-phase AC voltage source 7 is set to the phase shown in FIG. 3 (g), the phase of the total current Iu from the input currents falls with the phase of the input voltage Eu of the three-phase AC voltage source 1 together, as shown in Fig. 3. Since the input voltage and input current are in phase, the power factor of the voltage source becomes 1, which is a great improvement.

Bei einem herkömmlichen Diodengleichrichter steigt die Gegenspannung propor tional zur Lasterhöhung an. Eine Erhöhung des Stroms Iu, der Einflüssen einer Wechsel spannungsdrossel unterliegt, verringert daher den Leistungsfaktor. Andererseits kann bei dem Ausführungsbeispiel der Leistungsfaktor 1 erzielt werden, da die von der einphasigen Wechselspannungsquelle 7 angelegte Spannung Vi so auf den Eingangsstrom wirkt, daß die Gegeninduktivitätskomponenten aufgehoben werden. Die Spannung Vi bewirkt also auch eine Kompensation der Gegenspannung. Da sich jedoch die Gegenspannung abhän gig vom Zustand der Last ändert, ist es erforderlich, die Amplitude der Spannung Vi ent sprechend diesem Lastzustand einzustellen. (Es ist nicht erforderlich, die Phase der Span nung Vi zu ändern.)In a conventional diode rectifier, the counter voltage increases proportionally to the increase in load. An increase in the current Iu, which is influenced by an AC choke, therefore reduces the power factor. On the other hand, the power factor 1 can be achieved in the exemplary embodiment, since the voltage Vi applied by the single-phase AC voltage source 7 acts on the input current in such a way that the mutual inductance components are canceled. The voltage Vi thus also compensates for the counter voltage. However, since the counter voltage changes depending on the state of the load, it is necessary to adjust the amplitude of the voltage Vi accordingly to this load state. (It is not necessary to change the phase of the voltage Vi.)

Bei dem Ausführungsbeispiel kann, da die einphasige Wechselspannungsquelle 7 mit dem Reihenverbindungspunkt der beiden Diodengleichrichter 4 und 4' sowie mit dem Punkt mittlerer Spannung des Stromrichters verbunden ist, die Spannung Vi unter Ver wendung nur einer einzigen einphasigen Wechselspannungsquelle an die Ausgangsan schlüsse beider Diodengleichrichter 4 und 4' angelegt werden. Auf diese Weise läßt sich der Stromrichter baulich verkleinern.In the exemplary embodiment, since the single-phase AC voltage source 7 is connected to the series connection point of the two diode rectifiers 4 and 4 ′ and to the medium voltage point of the converter, the voltage Vi can be connected to the output connections of both diode rectifiers 4 and 4 using only a single single-phase AC voltage source 4 'can be created. In this way, the converter can be reduced in size.

Im folgenden wird ein Verfahren zum Einstellen der Amplitude Vs der Ausgangs spannung der einphasigen Wechselspannungsquelle 7 erläutert.In the following, a method for adjusting the amplitude Vs of the output voltage of the single-phase AC voltage source 7 is explained.

Anhand von Fig. 4 werden die Beziehungen zwischen der Eingangsspannung, der Ausgangsspannung der einphasigen Wechselspannungsquelle und dem Eingangsstrom er läutert. In den Diodengleichrichter 4 fließt Strom in einer Diode, an der die positive Span nung maximaler Phase liegt, und in einer Diode, an der die negative Spannung minimaler Phase liegt. Daher fließt, wenn die Spannung Eu der Spannungsquelle mit der Phase u in der Periode von 30° bis 90° wirkt, ein positiver Strom in der Diode, an der die Spannung der Phase u liegt, während ein negativer Strom in der Diode fließt, an der die Spannung der Phase v liegt. Jedoch fließt kein Strom in der Diode, an der die Spannung der Phase w liegt. Für diese Periode ist die Beziehung zwischen der Leitungsspannung Euv und der Ausgangsspannung Vrec1 des Diodengleichrichters 4 in Fig. 4(c) dargestellt.Referring to Fig. 4, the relationship between the input voltage, the output voltage of the single-phase AC voltage source and the input current will he explained. In the diode rectifier 4 , current flows in a diode on which the positive voltage is at the maximum phase and in a diode on which the negative voltage is at the minimum phase. Therefore, when the voltage Eu of the voltage source having the phase u acts in the period from 30 ° to 90 °, a positive current flows in the diode to which the voltage of the phase u is applied while a negative current flows in the diode which is the voltage of phase v. However, no current flows in the diode on which the phase w voltage is present. For this period, the relationship between the line voltage Euv and the output voltage Vrec1 of the diode rectifier 4 is shown in Fig. 4 (c).

Der Signalverlauf der Spannung Vrec1 wird dadurch erzeugt, daß die Ausgangs spannung Vi der einphasigen Wechselspannungsquelle 7 der an den beiden Anschlüssen des Glättungskondensators C1 liegenden Spannung Vdc1 überlagert wird. Die Differenz zwischen Euv und Vrec1 wird an die Gesamtinduktivität für die Phasen u und v angelegt. Aufgrund dieser Spannungsdifferenz fließt im Diodengleichrichter 4 der in Fig. 4(e) dar gestellte Strom Irec1 (Iu1). Bei dem Ausführungsbeispiel ist die Amplitude Vs der Span nung Vi so bestimmt, daß der Spitze-Spitze-Wert von Oberwellen im Strom Irec1 das Doppelte des Mittelwerts dieses Stroms Irec1 ist (= IL, wenn angenommen wird, daß C1 ausreichend groß ist). Die Differentialgleichung für die Spannung und den Strom, die die Beziehung zur Gesamtinduktivität für die Phasen u und v herstellt, ist folgende:
The waveform of the voltage Vrec1 is generated in that the output voltage Vi of the single-phase AC voltage source 7 is superimposed on the voltage Vdc1 at the two connections of the smoothing capacitor C1. The difference between Euv and Vrec1 is applied to the total inductance for the phases u and v. Due to this voltage difference, the current Irec1 (Iu1) shown in FIG. 4 (e) flows in the diode rectifier 4 . In the embodiment, the amplitude Vs of the voltage Vi is determined such that the peak-to-peak value of harmonics in the current Irec1 is twice the average of this current Irec1 (= IL if it is assumed that C1 is sufficiently large). The differential equation for voltage and current, which relates the total inductance for phases u and v, is as follows:

Aus Gleichung (1) wird Irec1 durch die folgende Gleichung erhalten:
From equation (1), Irec1 is obtained by the following equation:

wobei L die Gesamtinduktivität auf der Wechselspannungsseite (für eine Phase) ist. In Fig. 4(e) wird, wenn sich Irec1 im Zeitintervall zwischen t = 0 und t = 1/12f0 von 0 auf 2IL ändert, die in Fig. 4(c) dargestellte Rechteckspannung erhalten. So wird, wenn 2IL auf der linken Seite der Gleichung (2) eingesetzt wird, die Höhe Vs der Rechteckspannung wie folgt erhalten:
where L is the total inductance on the AC side (for one phase). In Fig. 4 (e), when Irec1 changes from 0 to 2IL in the time interval between t = 0 and t = 1 / 12f0, the square wave voltage shown in Fig. 4 (c) is obtained. Thus, when 2IL is used on the left side of equation (2), the square wave voltage Vs is obtained as follows:

wobei f₀ die Frequenz der dreiphasigen Wechselspannungsquelle ist.where f _{0 is} the frequency of the three-phase AC voltage source.

Daher kann durch Einstellen von IL auf den Nennwert und durch Einstellen von Vs auf den aus Gleichung (4) erhaltenen Wert der Eingangsstrom einschließlich Oberwellen sehr geringen Pegels erhalten werden, und es kann ein Leistungsfaktor von 1,0 realisiert werden. Ändert sich der Laststrom, so ist IL entsprechend zu ändern, und Vs wird unter Verwendung der Gleichung (4) neu eingestellt. Mit der obigen Verarbeitung kann der op timale Verlauf des Eingangsstroms für jeden Lastzustand erzeugt werden.Therefore, by setting IL to nominal and setting Vs to the value obtained from equation (4) the input current including harmonics very low level can be obtained, and a power factor of 1.0 can be realized become. If the load current changes, then IL has to be changed accordingly and Vs becomes below Adjusted using equation (4). With the above processing, the op timed course of the input current for each load state are generated.

Nachfolgend wird ein Stromrichter eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfin dung anhand von Fig. 5 und 6 erläutert.A converter of another embodiment of the invention will be explained with reference to FIGS . 5 and 6.

Der Stromrichter nach Fig. 5 verwendet einen Wechselrichter als einphasige Wechselspannungsquelle. In Fig. 5 sind dieselben Komponenten wie in Fig. 1 mit den selben Zahlen bezeichnet, und es werden im folgenden nur solche Bestandteile des in Fig. 5 dargestellten Stromrichters beschrieben, die sich von denen in Fig. 1 unterscheiden.The power converter of FIG. 5 uses an inverter as single-phase AC voltage source. In Fig. 5, the same components as in Fig. 1 denoted by the same numerals and will be described of the power converter shown in Fig. 5 in the following, only those components that differ from those in Fig. 1.

Die einphasige Wechselspannungsquelle 7A unter Verwendung eines Wechselrich ters umfaßt eine Wechselrichter-Hauptschaltung 71 aus vier Schaltelementen s1 bis s4 und Freilaufdioden, eine Gleichspannungsquelle 72 zur Spannungsversorgung des Wechsel richters, eine Kompensationsspannungssteuerung 73, die den Wert von Vi aufgrund der Spannungsphasen der dreiphasigen Wechselspannungsquelle 1 bestimmt und den Schalt elementen des Wechselrichters Gate-Steuersignale zuführt, sowie einen Spannungsquellen- Phasendetektor 74 zum Erfassen der Amplituden und Phasen der Phasenspannungen der dreiphasigen Wechselspannungsquelle 1.The single-phase AC voltage source 7 A using an inverter comprises an inverter main circuit 71 composed of four switching elements s1 to s4 and free-wheeling diodes, a DC voltage source 72 for supplying the inverter with voltage, a compensation voltage controller 73 which determines the value of Vi due to the voltage phases of the three-phase AC voltage source 1 determined and the switching elements of the inverter gate control signals, and a voltage source phase detector 74 for detecting the amplitudes and phases of the phase voltages of the three-phase AC voltage source. 1

Der Spannungsquellen-Phasendetektor 74 erhält den Wert jeder Phasenspannung der Spannungsquelle 1 und erfaßt den Momentanwert des Phasenwinkels θ der Phasen spannung. Da es erforderlich ist, daß die Ausgangsspannung Vi der einphasigen Wechsel spannungsquelle 7A einen rechteckigen Signalverlauf aufweist, der über das Sechsfache der Frequenz der dreiphasigen Spannungsquelle 1 verfügt, erzeugt die Kompensations spannungssteuerung 73 die Gate-Steuersignale aufgrund des erfaßten Phasenwinkels θ je der Phasenspannung und führt die Steuersignale den Schaltelementen s1 bis s4 zu, so daß der Signalverlauf der Ausgangsspannung Vi die erforderliche Frequenz und Phase auf weist. Die Spannung der Gleichspannungsquelle 72 wird vorab auf den aus Gleichung (4) erhaltenen Wert Vs eingestellt.The voltage source phase detector 74 receives the value of each phase voltage of the voltage source 1 and detects the instantaneous value of the phase angle θ of the phase voltage. Since it is necessary that the output voltage Vi of the single-phase AC voltage source 7 A has a rectangular waveform that has six times the frequency of the three-phase voltage source 1 , the compensation voltage controller 73 generates the gate control signals based on the detected phase angle θ depending on the phase voltage and leads the control signals to the switching elements s1 to s4, so that the signal curve of the output voltage Vi has the required frequency and phase. The voltage of the DC voltage source 72 is previously set to the value Vs obtained from the equation (4).

Nachfolgend werden Funktionen der Kompensationsspannungssteuerung 73 anhand von Fig. 6 erläutert. Die Steuerung 73, deren Aufbau in Fig. 6(a) dargestellt ist, besteht aus einem sin-Funktionsberechner 731 zum Berechnen des Werts von sin(6θ) aufgrund des erfaßten Phasenwinkels θ jeder Phasenspannung der dreiphasigen Spannungsquelle 1, einem Komparator 732 zum Vergleichen des Werts des an einem positiven (+) Anschluß eingegebenen Signals mit dem Wert eines an einem negativen (-) Anschluß eingegebenen Signals, wobei er "1" ausgibt, wenn der erstgenannte Wert höher ist als der zweitgenannte, während er andernfalls "0" ausgibt, ferner einem Signalvorzeichen-Inverter (invertierende Logik) 733 zum Umkehren des Vorzeichens des in ihn eingegebenen Signals, und einem Gate-Treiber 734 zu Zuführung des Gate-Steuersignals an die Schaltelemente der Wech selrichter-Hauptschaltung 71.Functions of the compensation voltage control 73 are explained below with reference to FIG. 6. The controller 73 , the structure of which is shown in Fig. 6 (a), consists of a sin function calculator 731 for calculating the value of sin (6θ) based on the detected phase angle θ of each phase voltage of the three-phase voltage source 1 , a comparator 732 for comparing the The value of the signal input on a positive (+) terminal with the value of a signal input on a negative (-) terminal, outputting "1" if the former value is higher than the second, while otherwise outputting "0", a signal sign inverter (inverting logic) 733 for reversing the sign of the signal input thereto, and a gate driver 734 for supplying the gate control signal to the switching elements of the main inverter circuit 71 .

In dem sin-Funktionsberechner 731 wird die Sinusspannung sin(6θ) mit dem Sechsfachen der Frequenz der dreiphasigen Wechselspannungsquelle 1 aufgrund des erfaß ten Phasenwinkels θ berechnet. Die Beziehung zwischen der berechneten Sinusspannung sin(6θ) und der Spannung Eu der Phase u der Spannungsquelle 1 ist aus einem Vergleich der Kurven in Fig. 6(b) und 6(c) erkennbar. Das Vorzeichen des berechneten Werts sin(6 θ) wird durch den Komparator 732 bestimmt und auf das Signal "1" invertiert, wenn der Wert positiv ist, während andernfalls eine Umkehrung auf das Signal "0" erfolgt, wie in Fig. 6(d) dargestellt. Die oben genannten invertierten Signale "1" und "0" werden ver stärkt und durch den Gate-Treiber 734 den Schaltelementen s1 und s4 zugeführt, wodurch sie diese schalten.In the sin function calculator 731 , the sinusoidal voltage sin (6θ) is calculated with six times the frequency of the three-phase AC voltage source 1 on the basis of the detected phase angle θ. The relationship between the calculated sinusoidal voltage sin (6θ) and the voltage Eu of the phase u of the voltage source 1 can be seen from a comparison of the curves in FIGS. 6 (b) and 6 (c). The sign of the calculated value sin (6 θ) is determined by the comparator 732 and inverted to the signal "1" if the value is positive, otherwise the signal is reversed to the signal "0" as shown in Fig. 6 (i.e. ). The above-mentioned inverted signals "1" and "0" are amplified and supplied to the switching elements s1 and s4 by the gate driver 734 , thereby switching them.

Dies bedeutet, daß die Schaltelemente durch das Signal "1" eingeschaltet und durch das Signal "0" ausgeschaltet werden. Die Vorzeichen der Signale "1" und "0" werden durch den Signalvorzeichen-Inverter 733 umgekehrt. Die Ausgangssignale des Inverters 733 werden in den Gate-Treiber 734 eingegeben, durch diesen verstärkt und den Schalt elementen s2 und s3 zugeführt. Demgemäß wird die Ausgangsspannung der einphasigen Wechselspannungsquelle 7A eine [±]-Rechteckspannung, wie in Fig. 6(e) dargestellt. Unter Verwendung des Wechselrichters ist es möglich, eine einphasige Wechselspan nungsquelle mit hohem Wirkungsgrad und einfachem Aufbau zu schaffen.This means that the switching elements are switched on by the signal "1" and switched off by the signal "0". The signs of the signals "1" and "0" are reversed by the signal sign inverter 733 . The output signals of the inverter 733 are input into the gate driver 734 , amplified by this and supplied to the switching elements s2 and s3. Accordingly, the output voltage of the single-phase AC voltage source 7 A becomes a [±] rectangular voltage as shown in Fig. 6 (e). Using the inverter, it is possible to create a single-phase AC voltage source with high efficiency and simple structure.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 7 und 8 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.Another exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to FIGS. 7 and 8.

Fig. 7 zeigt den Aufbau eines Stromrichters, bei dem die Ausgangsspannung der einphasigen Wechselspannungsquelle entsprechend dem in einer Last fließenden Strom eingestellt wird. In Fig. 7 sind mit den Zahlen 1 bis 6, 71, 72 und 74 dieselben Kompo nenten bezeichnet wie in Fig. 1, und es werden nur die Bestandteile des in Fig. 7 dar gestellten Stromrichters beschrieben, die sich von denen in Fig. 1 unterscheiden. Fig. 7 shows the construction of a power converter in which the output voltage of the single-phase AC voltage source is set in accordance with the current flowing in a load. In Fig. 7, the numbers 1 to 6 , 71 , 72 and 74 denote the same components as in Fig. 1, and only the components of the converter shown in Fig. 7 are described, which differ from those in Fig. 1 differentiate.

Die einphasige Wechselspannungsquelle 7B unter Verwendung eines PWM-Wech selrichters besteht aus einer Kompensationsspannungssteuerung 73A zum Erzeugen der Gate-Steuersignale aufgrund des erfaßten Phasenwinkels θ für die Spannung jeder Phase der Spannungsquelle 1 sowie eines Steuersignals für das Modulationsverhältnis M und Anlegen der erzeugten Steuersignale an die Schaltelemente, einem Laststromdetektor 10 zum Erfassen des Laststroms IL und einer Rechenschaltung 75 zum Berechnen des Modu lationsverhältnisses M.The single-phase AC voltage source 7 B using a PWM inverter consists of a compensation voltage controller 73 A for generating the gate control signals based on the detected phase angle θ for the voltage of each phase of the voltage source 1 and a control signal for the modulation ratio M and applying the generated control signals the switching elements, a load current detector 10 for detecting the load current IL and a computing circuit 75 for calculating the modulation ratio M.

Der Stromrichter mit dem obigen Aufbau arbeitet so, daß er die Oberwellen an sei nem Ausgang auf sehr niedrigem Niveau und den Spannungsfaktor nahezu auf dem Wert 1,0 hält, was für jeden Pegel des Laststroms erfolgt, und zwar durch Einstellen der Signal höhe Vs der Ausgangsspannung der einphasigen Wechselspannungsquelle 7B entspre chend dem Laststrom IL.The converter with the above structure works so that it keeps the harmonics at its output at a very low level and the voltage factor almost at the value 1.0, which is done for each level of the load current, by adjusting the signal height Vs Output voltage of the single-phase AC voltage source 7 B accordingly the load current IL.

Zunächst wird die Rechenschaltung 75 erläutert. Sie berechnet die Signalhöhe Vs aus Gleichung (4) aufgrund des Ausgangssignals des Laststromdetektors 10. Das Modula tionsverhältnis M wird durch die folgende Gleichung (5) erhalten:
First, the arithmetic circuit 75 will be explained. It calculates the signal level Vs from equation (4) based on the output signal of the load current detector 10 . The modulation ratio M is obtained by the following equation (5):

M = Vs/Vs0 (5)
M = Vs / Vs0 (5)

wobei Vs0 die Ausgangsspannung der Gleichspannungsquelle ist und Vs ≦ Vs0 gilt. Ferner wird Vs0 auf einen der angenommenen Maximallast entsprechenden Wert eingestellt.where Vs0 is the output voltage of the DC voltage source and Vs ≦ Vs0 applies. Further Vs0 is set to a value corresponding to the assumed maximum load.

Als nächstes wird die Kompensationsspannungssteuerung 73A anhand von Fig. 8 erläutert. In Fig. 8 sind mit den Zahlen 731 bis 734 dieselben Komponenten bezeichnet wie in Fig. 6, während die Zahlen 735 und 736 einen Zerhackersignal-Generator zum Er zeugen von Steuersignalen für den PWM-Wechselrichter bzw. einen Multiplizierer zum Multiplizieren einer Rechteckspannung der Höhe 1 mit dem Modulationsverhältnis M be zeichnen.Next, the compensation voltage controller 73 A will be explained with reference to FIG. 8. In Fig. 8, the numbers 731 to 734 denote the same components as in Fig. 6, while the numbers 735 and 736 generate a chopper signal generator for generating control signals for the PWM inverter and a multiplier for multiplying a square-wave voltage of the height 1 with the modulation ratio M be.

Die Kompensationsspannungssteuerung 73A berechnet den Wert sin(6θ) und er zeugt unter Verwendung eines Komparators ein Rechtecksignal, was auf dieselbe Weise wie in Fig. 6 erfolgt. Ferner wird die erzeugte Rechteckspannung in eine solche mit einer Maximalhöhe von +1 und einer Minimalhöhe von -1 umgesetzt. Die umgesetzte Rechteck spannung wird in den Multiplizierer 736 eingegeben, wo ihre Amplitude mit M multipli ziert wird. Das Ausgangssignal C des Multiplizierers 736 ist in Fig. 8(b) dargestellt. Das Signal C und ein durch Umkehren seines Vorzeichens erhaltenes Signal werden mit dem Ausgangssignal D des Zerhackersignal-Generators 735 verglichen, und es werden die in Fig. 8(c) und 8(d) dargestellten PWM-Impulse E und F erzeugt.The compensation voltage controller 73 A calculates the value sin (6θ) and generates a square wave signal using a comparator, which is done in the same manner as in FIG. 6. Furthermore, the square-wave voltage generated is converted into one with a maximum height of +1 and a minimum height of -1. The converted square wave voltage is input to multiplier 736 where its amplitude is multiplied by M. The output signal C of the multiplier 736 is shown in Fig. 8 (b). The signal C and a signal obtained by reversing its sign are compared with the output signal D of the chopper signal generator 735 , and the PWM pulses E and F shown in Figs. 8 (c) and 8 (d) are generated.

Die PWM-Impulse E sowie durch Invertieren aller Vorzeichen dieser Impulse E erhaltene Impulse werden als Steuersignal s1 bzw. Steuersignal s2 dem Gate-Treiber 734 zugeführt. Darüberhinaus werden die PWM-Impulse F sowie durch Invertieren aller Vor zeichen dieser Impulse F erhaltene Impulse als Steuersignal s3 bzw. Steuersignal s4 dem Gate-Treiber zugeführt. Der Gate-Treiber 734 steuert die Schaltelemente des Wechselrich ters unter Verwendung der Steuersignale s1 bis s4 an. Letztenendes wird die in Fig. 8(e) dargestellte Ausgangsspannung Vi vom Wechselrichter 71 ausgegeben. Die Signalhöhe der Ausgangsspannung wird unter Verwendung des PWM-Steuerverfahrens geändert, so daß der Mittelwert der Spannung Vi variabel ist. Obwohl das oben genannte rechteckige Span nungssignal Vi Komponenten mit dem Doppelten der Frequenz der Zerhackerträgerspan nung enthält, sind im Vergleich mit einer einfachen Rechteckspannung Wirkungen der doppelten Frequenz vernachlässigbar, wenn die Frequenz der Zerhackerträgerspannung er höht wird.The PWM pulses E and pulses obtained by inverting all signs of these pulses E are supplied to the gate driver 734 as control signal s1 or control signal s2. In addition, the PWM pulses F and pulses obtained by inverting all the signs of these pulses F are fed as control signal s3 or control signal s4 to the gate driver. The gate driver 734 drives the switching elements of the inverter using the control signals s1 to s4. Ultimately, the output voltage Vi shown in FIG. 8 (e) is output from the inverter 71 . The signal level of the output voltage is changed using the PWM control method so that the mean value of the voltage Vi is variable. Although the above-mentioned rectangular voltage signal Vi contains components at twice the frequency of the chopper carrier voltage, effects of the double frequency are negligible when the frequency of the chopper carrier voltage is increased compared to a simple square wave voltage.

Bei dem oben genannten Stromrichter kann, da die Amplitude der Ausgangsspan nung der einphasigen Wechselspannungsquelle 7B durch das PWM-Steuerverfahren konti nuierlich geändert werden kann, den Diodengleichrichtern immer die dem Laststrom IL entsprechende optimale Kompensationsspannung zugeführt werden.In the above-mentioned converter, since the amplitude of the output voltage of the single-phase AC voltage source 7 B can be continuously changed by the PWM control method, the diode rectifiers always receive the optimum compensation voltage corresponding to the load current IL.

Wird als Gleichspannungsquelle des Wechselrichters eine variable Spannungsquelle ohne Anwendung des PWM-Steuerverfahrens verwendet (als Kompensationsspan nungssteuerung 73A dient die in Fig. 5 dargestellte Kompensationsspannungssteuerung 73) und die Spannung Vs0 entsprechend dem Modulationsverhältnis M geändert, so läßt sich die Spannung Vi unter Verwendung des rechteckigen Ausgangssignals der in Fig. 6 dargestellten Kompensationsspannungssteuerung 73 ohne Modulation des rechteckigen Ausgangssignals steuern. In diesem Fall kann eine Kombination aus einer Konstantspan nungsquelle und einem DC-DC-Umrichter als Gleichspannungsquelle 72 verwendet wer den.When as a DC voltage source of the inverter, a variable voltage source without the use of the PWM control method is used and the voltage Vs0 accordance with the modulation ratio M (as a compensation voltage-controller 73 A, the compensation voltage control shown in Fig. 5 73 serves) is changed, the voltage Vi can, using the Control rectangular output signal of the compensation voltage controller 73 shown in FIG. 6 without modulating the rectangular output signal. In this case, a combination of a constant voltage source and a DC-DC converter can be used as the DC voltage source 72 .

Nachfolgend wird anhand von Fig. 9 ein Stromrichter gemäß einem anderen Aus führungsbeispiel der Erfindung erläutert.A converter according to another exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to FIG. 9.

In Fig. 9 sind mit den Zahlen 1 bis 6, 71, 72 und 74 dieselben Komponenten be zeichnet wie in Fig. 1 und 5, und nachfolgend werden nur diejenigen Bestandteile des Stromrichters nach Fig. 9 erläutert, die sich von denen nach Fig. 1 und 5 unterscheiden. Die Zahl 7C bezeichnet eine einphasige Wechselspannungsquelle, die über einen Trans formator 76 mit den Ausgängen der Diodengleichrichter verbunden ist, um die Ausgangs spannung v1 entsprechend v1.N2/N1 auf Vi zu transformieren.In Fig. 9, the numbers 1 through 6 , 71 , 72 and 74 denote the same components as in Figs. 1 and 5, and only those components of the converter according to Fig. 9 which differ from those according to Fig. Distinguish 1 and 5. The number 7 C denotes a single-phase AC voltage source, which is connected via a transformer 76 to the outputs of the diode rectifier in order to transform the output voltage v1 corresponding to v1.N2 / N1 to Vi.

Ein Merkmal dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, daß die bei hoher Span nung arbeitenden Gleichrichter durch den Transformator 76 gegen den bei niedriger Span nung arbeitenden Wechselrichter getrennt sind und die Gleichrichter und der Wechselrich ter den Gleichspannungs-Ausgangsteil gemeinsam aufweisen, der von dem Wechselrichter als Gleichspannungsquelle verwendet wird. Bei den in Fig. 5 und 7 dargestellten Ausfüh rungsbeispielen ist der Stromrichter groß, da es erforderlich ist, die Gleichspannungsquelle ohne den Wechselrichter bereitzustellen, wozu ein Gleichrichter, ein Glättungskondensator und ein Spannungsquellentransformator erforderlich sind. Andererseits kommt dieses Aus führungsbeispiel ohne die vorstehend genannten Komponenten aus, da nur ein Transfor mator erforderlich ist. Ferner ist, da die Signalhöhe der Ausgangsspannung der Wechsel richter-Hauptschaltung 76 den Wert Vdc1 hat, das Windungsverhältnis N1 : N2 so einzu stellen, daß die durch den Transformator 76 transformierte Spannung den durch Gleichung (4) erhaltenen Wert Vs aufweist. Bei dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel wird zwar als Quellenspannung des Wechselrichters 71 die Spannung Vdc2 verwendet; es kann aber auch die Spannung Vdc1 oder die Spannung Vdc1 + Vdc2 verwendet werden. Ferner ist es auch möglich, die Ausgangsspannung Vi durch PWM-Modulation ähnlich wie in Fig. 7 und 8 einzustellenA feature of this embodiment is that the rectifiers operating at high voltage are separated by transformer 76 from the inverter operating at low voltage, and the rectifiers and the inverter share the DC output part used by the inverter as a DC voltage source becomes. In the embodiments shown in FIGS . 5 and 7, the converter is large because it is necessary to provide the DC voltage source without the inverter, which requires a rectifier, a smoothing capacitor, and a voltage source transformer. On the other hand, this exemplary embodiment does not require the above-mentioned components, since only one transformer is required. Further, since the signal level of the output voltage of the inverter main circuit 76 is Vdc1, the turn ratio N1: N2 is to be set so that the voltage transformed by the transformer 76 has the value Vs obtained by the equation (4). In the exemplary embodiment shown in FIG. 9, the voltage Vdc2 is used as the source voltage of the inverter 71 ; however, the voltage Vdc1 or the voltage Vdc1 + Vdc2 can also be used. Furthermore, it is also possible to set the output voltage Vi by PWM modulation in a manner similar to that in FIGS. 7 and 8

Nachfolgend wird anhand von Fig. 10 ein Stromrichter gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung erläutert.A converter according to another exemplary embodiment of the invention is explained below with reference to FIG. 10.

Bei den in Fig. 1, 5, 7 und 9 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Ausgänge der beiden Diodengleichrichter in Reihe, in Fig. 10 jedoch parallel geschaltet. In Fig. 10 bezeichnen die Zahlen 1 bis 3, 6 und 7 dieselben Komponenten wie bei den obi gen Ausführungsbeispielen, und nachfolgend werden nur diejenigen Bestandteile des Stromrichters nach Fig. 10 erläutert, die sich von denen der obigen Ausführungsbeispiele unterscheiden. Die Beschaltung der Diodengleichrichter 4 und 4' und der Transformatoren 2 und 3 ist dieselbe wie in Fig. 9. Die Zahl 5 bezeichnet einen Glättungskondensator, der gemeinsam mit den Ausgängen der ausgangsseitig parallel geschalteten Gleichrichter 4 und 4' verbunden ist, und die Zahl 77 bezeichnet einen Transformator mit einem Win dungsverhältnis N1 : N2 : N3 = 1 : N : N, wobei die Sekundärwicklungen N2 und N3 mit den Ausgängen der Gleichrichter 4' bzw. 4 in Reihe geschaltet sind. Ferner ist die Pri märwicklung N1 mit der einphasigen Wechselspannungsquelle 7 verbunden. Außerdem sind die Sekundärwicklungen N2 und N3 mit den Ausgängen der Gleichrichter 4 und 4' so verbunden, daß die Polarität jeder der Wicklungen N2 und N3 umgekehrt zur Polarität je des der Ausgänge der Gleichrichter 4 und 4' ist.In the exemplary embodiments shown in FIGS. 1, 5, 7 and 9, the outputs of the two diode rectifiers are connected in series, but in FIG. 10 are connected in parallel. In Fig. 10, the numbers 1 denote to 3, 6 and 7, the same components as in the obi gen embodiments, and only those components of the power converter of FIG. 10 will be explained below, which differ from those of the above embodiments. The connection of the diode rectifiers 4 and 4 'and the transformers 2 and 3 is the same as in FIG. 9. The number 5 denotes a smoothing capacitor which is connected together with the outputs of the rectifiers 4 and 4 ' connected in parallel on the output side, and the number 77 denotes a transformer with a win ratio N1: N2: N3 = 1: N: N, the secondary windings N2 and N3 being connected in series with the outputs of the rectifiers 4 'and 4, respectively. Furthermore, the primary winding N1 is connected to the single-phase AC voltage source 7 . In addition, the secondary windings N2 and N3 are connected to the outputs of the rectifiers 4 and 4 'so that the polarity of each of the windings N2 and N3 is reversed from the polarity of each of the outputs of the rectifiers 4 and 4 '.

Ähnlich wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 gibt die einphasige Wech selspannungsquelle 7 eine Rechteckspannung Vi der Signalhöhe Vs mit dem Sechsfachen der Frequenz der dreiphasigen Wechselspannungsquelle 1 ab. Das Windungsverhältnis N des Transformators 77 ist in geeigneter Weise auf eine Zahl eingestellt, die der Ausgangs- Nennspannung des als Spannungsquelle 7 verwendeten Wechselrichters entspricht. In der folgenden Erläuterung ist der Einfachheit halber N = 1 angenommen. Daher wird die Spannung Vi als solche an die Wicklungen N2 und N3 ausgegeben. Die Ausgangsspan nung Vrec1 und Vrec2 der Diodengleichrichter 4 und 4' sowie die Spannung Vdc sind wie folgt ausgedrückt:
Similar to the embodiment of FIG. 1, the single-phase AC voltage source 7 outputs a square-wave voltage Vi of the signal level Vs with six times the frequency of the three-phase AC voltage source 1 . The turns ratio N of the transformer 77 is suitably set to a number which corresponds to the nominal output voltage of the inverter used as the voltage source 7 . In the following explanation, N = 1 is assumed for the sake of simplicity. Therefore, the voltage Vi as such is output to the windings N2 and N3. The output voltage Vrec1 and Vrec2 of the diode rectifiers 4 and 4 'and the voltage Vdc are expressed as follows:

Vrec1 = Vdc + Vi
Vrec1 = Vdc + Vi

Vrec2 = Vdc - Vi. (6)Vrec2 = Vdc - Vi. (6)

Die bei diesem Ausführungsbeispiel erzielten Ergebnisse sind dieselben wie in Fig. 1. Das heißt, daß der Eingangsstrom und die ausgegebene Gleichspannung mit denen übereinstimmen, wie sie in Fig. 3 dargestellt sind; auch die Wirkung des Ausführungs beispiels nach Fig. 10 ist dieselbe wie in Fig. 1. Nun ist der in den Glättungskondensa tor 5 fließende Strom Irec durch die folgende Gleichung wiedergegeben:
The results obtained in this embodiment are the same as in Fig. 1. That is, the input current and the output DC voltage are the same as those shown in Fig. 3; ., the effect of the execution example according to Fig 10 is the same as in Figure 1. Now, the gate in the Glättungskondensa 5 flowing current Irec by the following equation reproduced.:

Irec = Irec1 + Irec2. (7)Irec = Irec1 + Irec2. (7)

Wie in Fig. 3(e) und 3(f) dargestellt, sind Oberwellen in der Summe von Irec1 und Irec2 beinahe auf Null verringert, da die Phasen der Oberwellen im Strom Irec1 um gekehrt zur Phase der Oberwellen im Strom Irec2 sind. Daher kann die Kapazität des Glättungskondensators stark verringert werden, so daß ein Kondensator kleiner Kapazität ausreicht, um eine Wechselspannung mit sehr kleinen Oberwellen zu erzielen. Durch Ver wendung eines Transformators zum Verbinden der Diodengleichrichter und der einphasi gen Wechselspannungsquelle, wie für dieses Ausführungsbeispiel erläutert, ist es möglich, die Kompensationsspannung unter Verwendung nur einer einzigen einphasigen Wechsel spannungsquelle an die beiden Diodengleichrichter anzulegen.As shown in Figs. 3 (e) and 3 (f), harmonics in the sum of Irec1 and Irec2 are almost reduced to zero because the phases of the harmonics in the current Irec1 are reversed from the phase of the harmonics in the current Irec2. Therefore, the capacitance of the smoothing capacitor can be greatly reduced, so that a capacitor of small capacitance is sufficient to achieve an AC voltage with very small harmonics. By using a transformer to connect the diode rectifier and the single-phase AC voltage source, as explained for this exemplary embodiment, it is possible to apply the compensation voltage to the two diode rectifiers using only a single single-phase AC voltage source.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 11 ein anderes Ausführungsbeispiel eines er findungsgemäßen Wechselrichters erläutert.Another embodiment of an inverter according to the invention is explained below with reference to FIG. 11.

In Fig. 11 sind mit den Zahlen 1 bis 7 dieselben Komponenten bezeichnet wie in Fig. 10, und nachfolgend werden nur die Bestandteile des Stromrichters nach Fig. 11 beschrieben, die sich von denen in Fig. 10 unterscheiden. Die Zahlen 78 und 78' bezeich nen zwei Transformatoren mit dem Windungsverhältnis N1 : N2 = 1 : 2. Bei diesem Aus führungsbeispiel sind die Ausgänge der beiden Diodengleichrichter ähnlich in Fig. 10 parallel geschaltet. Die Funktionen dieses Ausführungsbeispiels sind im Prinzip dieselben wie in Fig. 10.In FIG. 11, the numbers 1 to 7 denote the same components as in FIG. 10, and only the components of the converter according to FIG. 11 that differ from those in FIG. 10 are described below. The numbers 78 and 78 'denote two transformers with the turns ratio N1: N2 = 1: 2. In this exemplary embodiment, the outputs of the two diode rectifiers are connected in parallel in a similar manner in FIG. 10. The functions of this embodiment are basically the same as in FIG. 10.

In Fig. 11 wird die Spannung Vi unter Verwendung der beiden Transformatoren 78 und 78' seriell an jeden der Ausgänge der Diodengleichrichter 4 und 4' angelegt. Die Funktionen der beiden Primärwicklungen der Transformatoren hängen nicht davon ab, ob die beiden Primärwicklungen wie in Fig. 11 in Reihe oder parallel geschaltet sind. Die Wirkungen dieses Ausführungsbeispiels sind dieselben wie in Fig. 10.In Fig. 11, the voltage Vi is applied in series to each of the outputs of the diode rectifiers 4 and 4 'using the two transformers 78 and 78 '. The functions of the two primary windings of the transformers do not depend on whether the two primary windings are connected in series or in parallel, as in FIG. 11. The effects of this embodiment are the same as in FIG. 10.

Werden bei den in Fig. 10 und 11 dargestellten Ausführungsbeispielen die in Fig. 5 dargestellte Spannungsquelle 7A, die in Fig. 7 dargestellte Spannungsquelle 7B oder die in Fig. 9 dargestellte Spannungsquelle 7C als einphasige Wechselspannungs quelle verwendet, so lassen sich dieselben Funktionen ausführen, wie sie oben angegeben sind, und es können dieselben Effekte wie bei den Ausführungsbeispielen erzielt werden, bei denen die Ausgänge der Gleichrichter in Reihe geschaltet sind.If the voltage source 7 A shown in FIG. 5, the voltage source 7 B shown in FIG. 7 or the voltage source 7 C shown in FIG. 9 are used as a single-phase AC voltage source in the exemplary embodiments shown in FIGS. 10 and 11, the same can be used Perform functions as specified above, and the same effects can be achieved as in the embodiments in which the outputs of the rectifiers are connected in series.

Nachfolgend wird anhand von Fig. 12 ein Stromrichter gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.A converter according to another exemplary embodiment of the invention is described below with reference to FIG. 12.

Bei den in Fig. 1, 5, 7 und 9 dargestellten Ausführungsbeispielen wird die Span nung Vi zwischen den Reihenverbindungspunkt der Ausgänge der Gleichrichter 4 und 4' und den Mittelpunkt der Gleichspannungsausgabe des Stromrichters gelegt. Andererseits liegt bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 12 die Spannung Vi seriell zwischen den Gleichrichter 4 und den Gleichrichter 4'. Bei dem oben genannten Aufbau des Stromrich ters kann der Gleichspannungsausgang der Gleichrichter 4 und 4' in Fig. 12 auf dieselbe Weise wie der Gleichspannungsausgang der Gleichrichter 4 und 4' bei den Ausführungs beispielen nach Fig. 1, 5, 7 und 9 geändert werden, und die Wirkungen dieses Ausfüh rungsbeispiels sind dieselben wie oben. In the embodiments shown in FIGS. 1, 5, 7 and 9, the voltage Vi is placed between the series connection point of the outputs of the rectifiers 4 and 4 'and the center of the DC voltage output of the converter. On the other hand, in the exemplary embodiment according to FIG. 12, the voltage Vi is in series between the rectifier 4 and the rectifier 4 '. With the above-mentioned construction of the converter, the DC voltage output of the rectifiers 4 and 4 'in FIG. 12 can be changed in the same manner as the DC voltage output of the rectifiers 4 and 4 ' in the embodiment examples according to FIGS. 1, 5, 7 and 9, and the effects of this embodiment are the same as above.

Bei allen Stromrichtern der oben genannten Ausführungsbeispiele werden zwar den beiden Diodengleichrichter 4 und 4' zwei um 30° phasenverschobene Spannungen unter Verwendung von zwei Transformatoren 2 und 2' zugeführt; es ist aber auch möglich, die beiden Transformatoren 2 und 3 zu einem einzigen Transformator zu integrieren, der aus einer Primärwicklung (auf der Seite der Spannungsquelle) mit Δ-Wicklung (oder Y- Wicklung) sowie zwei Sekundärwicklungen mit Δ-Wicklung und Y-Wicklung besteht. Da die Aufgabe der Transformatoren darin besteht, die Phasen der Spannungen von der Span nungsquelle um 30° gegeneinander zu verschieben, können bei Verwendung eines Trans formators mit Δ-Y-Beschaltung nur für einen Diodengleichrichter und Einschaltung einer Wechselspannungsdrossel mit einer der Streuinduktivität des Transformators entsprechen den Streuinduktivität zwischen den anderen Diodengleichrichter und die Spannungsquelle 1 dieselben Wirkungen wie im Fall erzielt werden, bei dem ein oder zwei Transformatoren mit den beiden Diodengleichrichtern 4 und 4' verbunden sind.In all converters of the above-mentioned exemplary embodiments, the two diode rectifiers 4 and 4 'are supplied with two voltages phase-shifted by 30 ° using two transformers 2 and 2 '; however, it is also possible to integrate the two transformers 2 and 3 into a single transformer, which consists of a primary winding (on the voltage source side) with Δ winding (or Y winding) and two secondary windings with Δ winding and Y- Winding exists. Since the task of the transformers is to shift the phases of the voltages from the voltage source by 30 ° relative to each other, when using a transformer with Δ-Y wiring only for a diode rectifier and switching on an AC choke with one of the stray inductance of the transformer the leakage inductance between the other diode rectifiers and the voltage source 1, the same effects are achieved as in the case in which one or two transformers are connected to the two diode rectifiers 4 and 4 '.

In allen obigen Ausführungsbeispielen sind zwar Stromrichter mit Diodengleich richtern erläutert, die als aus Halbleiterelementen aufgebaute Gleichrichter verwenden; dieselben Wirkungen werden aber auch bei einem Stromrichter erzielt, bei dem anstelle der Diodengleichrichter ein Thyristorumrichter verwendet wird. Ferner sind bisher zwar Fälle erläutert worden, bei denen als einphasige Wechselspannungsquelle eine Spannungs quelle verwendet ist; dieselben Wirkungen werden aber auch dann erzielt, wenn als ein phasige Wechselspannungsquelle eine Stromquelle verwendet wird.In all the above exemplary embodiments, converters with diodes are indeed the same Richter explains that use as a rectifier made up of semiconductor elements; but the same effects are also achieved with a converter in which instead the diode rectifier a thyristor converter is used. Furthermore, so far Cases have been explained in which a voltage is used as a single-phase AC voltage source source is used; the same effects are achieved even if as one phase AC voltage source a current source is used.

Claims

1.Power converter with one or more parallel or series-connected, made up of semiconductor diodes or thyristors, each via an inductive component ( 2 , 3 ) from a three-phase AC voltage source ( 1 ) powered rectifiers ( 4 , 4 '), which via a series to the output of the rectifier ( 4 , 4 ') lying single-phase source ( 7 ), which outputs a square wave voltage with six times the frequency of the three-phase AC voltage source ( 1 ), feed a load ( 6 ).

2. Power converter according to claim 1, characterized in that two rectifiers ( 4 , 4 ') are provided on the input side phase-shifted by 30 ° and on the output side in series or in parallel.

3. Converter according to claim 2, characterized in that the square wave voltage is in phase opposition at the outputs of the two rectifiers ( 4 , 4 ').

4. Converter according to one of the preceding claims, characterized in that the amplitude of the square-wave voltage depending on the output current of the rectifier age ( 4 , 4 ') is controllable.

5. Converter according to claim 4, characterized in that the single-phase source ( 7 ) contains a pulse-width controlled inverter due to the size of the output current of the rectifier ( 4 , 4 ').

6. Converter according to claim 5, characterized in that the DC voltage source of the inverter is formed by the output voltage of the rectifier ( 4 , 4 ').