DE19745578A1 - Halbleiter-Spannungsumsetzer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Halbleiter-Spannungsumsetzer aus mehreren selbstabschaltenden Halbleiter-Schaltelementen wie IGBTs (Insulated Gate Bipolar Mode Transistor = bipola­ rer Sperrschichttransistor) IGCTs (Integrated Gate Control Thyristor = Thyristor mit Steuerung durch integriertes Gate) usw., um Gleichspannung (DC) in Wechselspannung (AC) oder umgekehrt umzusetzen, und insbesondere betrifft sie einen Halbleiter-Spannungsumsetzer großer Leistung, bei dem selbstabschaltende Halbleiter-Schaltelemente auf mehrfach­ parallele Weise kombiniert sind.

Fig. 10 zeigt einen herkömmlichen Spannungswandler mit PWM(Pulse With Modulation = Impulsbreitenmodulation)-Steue­ rung, bei dem IGBTs als selbstabschaltende Halbleiter-Schalt­ elemente verwendet sind. Die Zahlen 1 und 2 kennzeich­ nen eine Hauptumsetzerschaltung vom 2-Pegel- und 3-Phasen- Typ bzw. eine Gleichspannungsquelle. Die Bezugszeichen 9U, 9V und 9W kennzeichnen ferner Hauptschaltkreise für die Pha­ sen U, V bzw. W, und die Zahl 11 kennzeichnet einen Glät­ tungskondensator großer Kapazität, der mit der Gleichspan­ nungsquelle verbunden ist. Jeder der Hauptschaltkreise für die Phasen U, V und W besteht aus mehreren Elementen in Par­ allelschaltung, z. B. zwei Verbindungselementen, also einem Paar von Elementen, in Parallelschaltung. In Fig. 10 enthält der Hauptschaltkreis für die Phase U zwei IGBTs (10UP1 . 10UP2) in Parallelschaltung auf der positiven Seite sowie zwei IGBTs (10UN1 . 10UN2) in Parallelschaltung auf der ne­ gativen Seite. Die jeweiligen Konstruktionen der Haupt­ schaltkreise für die Phasen W und V stimmen mit der des Hauptschaltkreises für die Phase U überein.

In jüngerer Zeit beträgt das maximale Stromleitvermögen eines IGBT 10 ungefähr 1000 A. Um das Stromleitvermögen eines Spannungsumsetzers weiter zu erhöhen, ist es erforder­ lich, mehrere parallelgeschaltete IGBTs zu verwenden, wie es in Fig. 10 dargestellt ist. Jedoch tritt im allgemeinen ein Ungleichgewicht hinsichtlich der Einschalt- oder Ausschalt­ eigenschaften zwischen den IGBTs auf, da hinsichtlich der Einschaltspannung oder der Gateempfindlichkeitsspannung zwi­ schen den IGBTs, wie sie jede Gruppe der mehreren IGBTs mit Parallelverbindung bilden, eine Streuung vorliegt. Daher sind die in den jeweiligen IGBTs (Ströme in Einschalt- oder Ausschalt-Übergangszuständen der jeweiligen IGBTs) schlecht ausgeglichen, und in einem IGBT fließt ein Überstrom über der Standhaltegrenze, wodurch der IGBT im ungünstigsten Fall zerstört wird.

Es sind die folgenden drei Gegenmaßnahmen bekannt, um das obengenannte Problem zu überwinden, nämlich (1) IGBTs auszu­ wählen, die beinahe dieselben Betriebseigenschaften aufwei­ sen, (2) mehrere Wechselrichtereinheiten über Drosseln par­ allelzuschalten, wobei in jeder derselben Schaltelemente nicht parallel zueinander geschaltet sind, und ein PWM-Tor­ signal für jede Wechselrichtereinheit so zu steuern, daß in den Wechselrichtern fließende Ströme ausgeglichen sind, wie in "Yasukawa Denki Gihou", Vol. 51 (Nr. 4, 1995), S. 285-286 beschrieben und (3) drei selbstabschaltende Halbleiter-Schalt­ elemente mit Parallelverbindung sowie drei Glättungs­ kondensatoren mit Parallelverbindung anzuordnen und jedes selbstabschaltende Halbleiter-Schaltelement mit einem be­ nachbarten Glättungskondensator zu verbinden, wie in JP-A- 83954/1993 offenbart.

Bei der obengenannten Gegenmaßnahme (1) existiert selbst dann, wenn IGBTs ausgewählt werden, die beinahe dieselben Betriebseigenschaften aufweisen, eine Streuung von 0,3 V (ungefähr 10%) hinsichtlich einer EIN-Spannung von 3 V so­ wie von 0,3 V (ungefähr 5%) hinsichtlich einer Gateempfind­ lichkeitsspannung von 6 V betreffend die Betriebseigenschaf­ ten der ausgewählten IGBTs. Daher ist es sehr schwierig, IGBTs bereitzustellen, die beinahe dieselbe EIN-Spannung und dieselbe Gateempfindlichkeitsspannung aufweisen. So ist es durch die Gegenmaßnahmen (1) schwierig, einen billigen Span­ nungsumsetzer großer Leistungsfähigkeit mit mehreren Paral­ lelverbindungen unter Verwendung eines großen Stromleitver­ mögens eines jeweiligen IGBTs zu realisieren. Bei der Gegen­ maßnahme (2) mit einer Verbindung zwischen mehreren Wechsel­ richtern ist die Belastung jeder Drossel hoch, da die Mehr­ fachverbindung auf dem Niveau von Wechselrichtereinheiten ausgeführt wird. Ferner ist, da es erforderlich ist, in den Wechselrichtereinheiten fließende Ströme so zu steuern, daß sie ausgeglichen sind, und da die Betriebsabläufe jeder Wechselrichtereinheit gesteuert werden müssen, die Belastung einer Steuerungseinheit ebenfalls sehr hoch. Die letzte Ge­ genmaßnahme (3) mit einer Parallelverbindung mehrerer Glät­ tungskondensatoren hat den Vorteil, daß eine Verdrahtung realisiert werden kann, die die elektrischen Eigenschaften zwischen den jeweiligen selbstabschaltenden Halbleiter-Schalt­ elementen und den jeweiligen Glättungskondensatoren gleichmäßig halten kann, und es kann die Streuimpedanz jeder Leitung zwischen einem Schaltelement und einem Glättungskon­ densator verringert werden. Da jedoch die Glättungskondensa­ toren parallelgeschaltet sind und da die Ladespannungen der jeweiligen Kondensatoren miteinander wechselwirken, ist es schwierig, ein Gleichgewicht zwischen Strömen aufrechtzuer­ halten, die in den selbstabschaltenden Halbleiter-Schaltele­ menten fließen.

Darüber hinaus ist eine andere Gegenmaßnahme, die das ge­ nannte Problem überwindet, im Dokument JP-A-125072/1992 of­ fenbart. Jedoch ist bei dieser Gegenmaßnahme kein Verfahren mit mehreren Schaltelementen mit Parallelverbindung verwen­ det.

Wie oben angegeben, ist es beim Aufbauen eines Spannungsum­ setzers mit großer Kapazität, bei dem mehrere selbstabschal­ tende Halbleiter-Schaltelemente in Parallelverbindung ver­ wendet sind, erforderlich, Schaltelemente mit niedrigerem Kapazitätswert als dem Nennkapazitätswert der zu verwenden­ den Schaltelemente zu verwenden, da das Ungleichgewicht zwi­ schen Strömen in den Schaltelementen aufgrund des Ungleich­ gewichts zwischen den Betriebseigenschaften der Schaltele­ mente zu berücksichtigen ist. Obwohl mehrere Verfahren wie die obengenannten Gegenmaßnahmen zum Überwinden des obigen Problems entworfen wurden, sind diese bisher nicht zufrie­ denstellend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen billigen Spannungsumsetzer zu schaffen, bei dem eine Konstruktion mit mehreren Schaltelementen in Parallelverbindung vorliegt, während das große Stromleitvermögen jedes selbstabschalten­ den Halbleiter-Schaltelements am besten genutzt ist.

Diese Aufgabe ist durch die Halbleiter-Spannungsumsetzer ge­ mäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen 1 und 2 gelöst.

Die Erfindung ist so konzipiert, daß ein Halbleiter-Span­ nungsumsetzer zum Umsetzen von Gleich- in Wechselspannung oder umgekehrt geschaffen ist, bei dem mehrere Umsetzungsmo­ dule vorhanden sind, von denen jedes aus einer oder mehreren Gruppen von in Reihe geschalteten, selbstabschaltenden Halb­ leiter-Schaltelementen besteht, die auf der positiven bzw. negativen Seite angeordnet sind, wobei die beiden Anschlüsse jedes Umsetzungsmoduls mit Gleichspannungsanschlüssen ver­ bunden sind und wobei ein mittlerer Anschlußpunkt jedes Um­ setzungsmoduls mit einem Anschluß für eine von mehreren Wechselspannungsphasen verbunden ist. Bei einem Spannungsum­ setzer vom 3-Pegel-Typ beträgt die Anzahl der in Reihe ge­ schalteten, selbstabschaltenden Halbleiter-Schaltelemente, die auf der positiven oder negativen Seite angeordnet sind, zwei oder mehr.

Bei der Erfindung besteht eine Grundeinheit aus einem Modul oder aus mehreren Modulen in Parallelschaltung, und ein Glättungskondensator ist mit den beiden Anschlüssen des einen Moduls oder den mehreren Modulen in Parallelverbindung verbunden. Ferner sind mehrere Grundeinheiten für jede Phase parallelgeschaltet. Bei einem Ausführungsbeispiel sind zwei oder mehr Grundeinheiten in Parallelschaltung kombiniert, und sie liegen für jede Phase vor. Im Fall 3-phasiger Wech­ selspannung beträgt, wenn zwei Grundeinheiten in Parallel­ schaltung an jede Phase angeschlossen sind und jede Einheit aus zwei Umsetzungsmodulen in Parallelschaltung besteht, die Gesamtanzahl von Umsetzungsmodulen 12 (= 3 × 2 × 2), und die Gesamtanzahl von Grundeinheiten beträgt 6 (= 3 × 2). Die Ge­ samtanzahl von Glättungskondensatoren (im Fall eines Span­ nungsumsetzers vom 3-Pegel-Typ handelt es sich um die Anzahl von Glättungskondensatorschaltungen, von denen jede aus einer Gruppe von Glättungskondensatoren in Reihenschaltung besteht) beträgt 6, und sie stimmt mit der der Grundeinhei­ ten überein.

Bei der Erfindung ist die Verdrahtung in einem Spannungsum­ setzer und in jeder Grundeinheit so beschaffen, daß zwi­ schen jeder Grundeinheit und einem der Gleichspannungsan­ schlüsse eine große Leitungs-Streuimpedanz besteht, von de­ nen jede außerhalb der Grundeinheit vorliegt, und es ist eine kleine Leitungs-Streuimpedanz zwischen einer Anschlußseite eines Glättungskondensators und einem Umsetzungsmodul an der positiven oder der negativen Seite in jeder Grundein­ heit vorhanden. Der Wert der Leitungs-Streuimpedanz ist im wesentlichen proportional zur Leitungslänge. Die Leitungs­ länge zwischen jeder Grundeinheit und jedem Gleichspannungs­ anschluß ist groß, während diejenige zwischen einem Glät­ tungskondensator und einem Umsetzungsmodul, wie an der posi­ tiven oder der negativen Seite an jeder Grundeinheit ange­ schlossen, kurz ist. Hinsichtlich der Position, an der jeder Glättungskondensator angeschlossen ist, gilt, daß diese nicht nahe an den Gleichspannungsanschlüssen liegt, sondern es handelt sich um eine Position nahe an einem Umsetzungs­ modul. Jede Grundeinheit verfügt über eine ausschließliche Leitung, die die Grundeinheit mit einem der Gleichspannungs­ anschlüsse verbindet, und mit dieser ausschließlichen Lei­ tung geht eine Streuimpedanz einher, die proportional zu ih­ rer Länge ist. Die ausschließliche Leitung jeder Grundein­ heit sowie eine ausschließliche Leitung zu einer anderen Grundeinheit, die benachbart zur Grundeinheit liegt, sollten so beschaffen sein, daß diese zwei ausschließlichen Leitun­ gen keinerlei Leitungs-Streuimpedanz gemeinsam aufweisen.

Im folgenden wird die Funktionsbeziehung zwischen einem Glättungskondensator in einer Grundeinheit und einem Glät­ tungskondensator in einer anderen Grundeinheit, die mit der erstgenannten Grundeinheit parallelgeschaltet ist, erläu­ tert. Die Funktionseigenschaften der zwei Glättungskondensa­ toren sind beinahe gleich. Jedoch ist die Leitung für einen der Kondensatoren elektrisch beinahe von der Leitung für den anderen getrennt. Die großen Streuimpedanzen der ausschließ­ lichen Leitungen liegen zwischen den zwei parallelgeschalte­ ten Glättungskondensatoren vor. Daher ändert sich selbst dann, wenn sich die Ladespannung an einem der Kondensatoren ändert, die Ladespannung am anderen Kondensator nicht, rea­ gierend auf eine Änderung der Ladespannung im benachbarten Kondensator. Dies, da ein Mechanismus zum Unterdrücken eines Austauschs elektrischer Ladungen zwischen den zwei Glät­ tungskondensatoren durch die großen Leitungs-Streuimpedanzen zwischen den Kondensatoren gebildet ist, der dazu beiträgt, das Gleichgewicht zwischen Strömen aufrechtzuerhalten, die in parallelgeschalteten Grundeinheiten fließen.

Mit jeder der gesamten Leitungen, die von den Gleichspan­ nungsanschlüssen zu den Wechselspannungsanschlüssen geführt sind, geht eine Leitungs-Streuimpedanz einher. Jedes Umset­ zungsmodul ist in Leitungen angeordnet. Ein Glättungskonden­ sator ist nahe eines oder mehrerer Umsetzungsmodulen mit Parallelverbindung (als einfache oder mehrfache Parallelver­ bindung beschrieben) angeordnet, und der Kondensator und die Umsetzungsmodule bilden eine Grundeinheit. Bei der Erfindung sind die Leitungs-Streuimpedanzen so verteilt, daß die Lei­ tungs-Streuimpedanz für eine Leitung zwischen einem der Gleichspannungsanschlüsse und jedem Glättungskondensator oder jeder Grundeinheit groß ist, die Streuimpedanz in einer Leitung zwischen einem Glättungskondensator und einem Umset­ zungsmodul mit einfacher oder mehrfacher Parallelverbindung in jeder Grundeinheit klein ist und die Streuimpedanz in einer Leitung zwischen einem der Wechselspannungsanschlüsse der drei Phasen und jeder Grundeinheit groß ist. Die obenge­ nannten Leitungs-Streuimpedanzen, wie sie jede Grundeinheit betreffen, sind elektrisch von denen getrennt, die andere Grundeinheiten betreffen. Jede Grundeinheit verfügt über eine ausschließliche Leitung zum Anschließen derselben an einen der Gleichspannungsanschlüsse, und mit dieser aus­ schließlichen Leitung geht eine Streuimpedanz einher. Die ausschließliche Leitung sowie eine ausschließliche Leitung zu einer anderen Grundeinheit, die benachbart zur erstge­ nannten Grundeinheit liegt, sollten so ausgebildet sein, daß diese zwei ausschließlichen Leitungen keinerlei Lei­ tungs-Streuimpedanz gemeinsam aufweisen. Auf ähnliche Weise verfügt jede Grundeinheit über eine ausschließliche Leitung zum Anschließen derselben an einen der Wechselspannungsan­ schlüsse für drei Phasen. Die ausschließliche Leitung und die ausschließliche Leitung zu einer benachbarten Grundein­ heit sollten auch so angeordnet sein, daß diese zwei aus­ schließlichen Leitungen keinerlei Leitungs-Streuimpedanz ge­ meinsam aufweisen. Die große Leitungs-Streuimpedanz der aus­ schließlichen Leitungen zum Verbinden der jeweiligen Grund­ einheiten mit den jeweiligen Wechselspannungsanschlüssen für drei Phasen tragen dazu bei, daß das Gleichgewicht zwischen in den Grundeinheiten fließenden Strömen beibehalten wird, insbesondere hinsichtlich der Ausschaltfunktionen der Grund­ einheiten.

Jedes selbstabschaltende Halbleiter-Schaltelement wird z. B. durch ein PWM-Verfahren angesteuert, und es ist ein Gatewi­ derstand für jedes Schaltelement, wie er zwischen dieses und eine Steuerungseinheit zum Ansteuern des Schaltelements ein­ gefügt ist, an einer Position nahe dem Schaltelement ange­ ordnet. Durch Anordnen jedes Gatewiderstands in einer Grund­ einheit erfährt derselbe kaum Einflüsse durch äußere Stör­ signale. Wenn mehrere selbstabschaltende Halbleiter-Schalt­ elemente in jeder Grundeinheit parallelgeschaltet werden, wird ein Gateempfindlichkeits-Kompensations-Widerstand von kleinerem Wert als demjenigen jedes Gatewiderstands zwischen die Gateanschlüsse jeder Zweierkombination der mehreren Schaltelemente in Parallelschaltung eingefügt, um das Un­ gleichgewicht zwischen Strömen zu kompensieren, die bei Schaltvorgängen in einem Übergangszustand durch die Schalt­ elemente fließen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Funktionsaufbau eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Spannungsumsetzers vom 2-Pegel-Typ zeigt.

Fig. 2 ist eine Veranschaulichung zum Erläutern von durch ein PWM-Verfahren gesteuerten Spannungsumsetzvorgängen vom 2-Pegel-Typ.

Fig. 3 ist ein detailliertes Schaltbild eines Hauptschalt­ kreises für die Phase U, wie in Fig. 1 dargestellt, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 4 zeigt zeitbezogene Diagramme zu Funktionen des Haupt­ schaltkreises für die Phase U, wie in Fig. 1 dargestellt.

Fig. 5 ist ein detailliertes Schaltbild eines Hauptschalt­ kreises für die Phase U gemäß einem anderen Ausführungsbei­ spiel der Erfindung.

Fig. 6 ist ein detailliertes Schaltbild eines Schaltkreises für die Phase U eines noch anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Fig. 7 zeigt den Aufbau eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Span­ nungsumsetzers vom 3-Pegel-Typ.

Fig. 8 ist eine Veranschaulichung zum Erläutern von durch ein PWM-Verfahren gesteuerten Spannungsumsetzvorgängen vom 3-Pegel-Typ.

Fig. 9 ist ein detailliertes Schaltbild eines Hauptschalt­ kreises für die Phase U, wie in Fig. 7 dargestellt.

Fig. 10 zeigt den Aufbau eines herkömmlichen Halbleiter-Span­ nungsumsetzers.

Nachfolgend werden Einzelheiten der Erfindung unter Bezug­ nahme auf die in den Fig. 1 bis 9 dargestellten Ausführungs­ beispiele erläutert.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das den Funktionsaufbau eines erfindungsgemäßen Halbleiter-Spannungsumsetzers vom 2-Pegel-Typ zeigt. In der Figur kennzeichnen die Zahlen 1, 2 und 3 eine Hauptumsetzungsschaltung vom 2-Pegel- und 3-Phasen-Typ, in der IGBTs verwendet sind, eine Gleichspannungsquelle bzw. einen 3-Phasen-Induktionsmotor, der die Last an einem 3-pha­ sigen Wechselspannungsausgang darstellt. Die Bezugszeichen 2PT und 2NT kennzeichnen Gleichspannungsanschlüsse, während die Bezugszeichen 3UT, 3VT und 3WT Wechselspannungsanschlüs­ se kennzeichnen. Die Zahlen 4, 5 und 6 kennzeichnen eine PWM-Vektorberechnungseinheit, einen Motordrehzahl-Detektor bzw. Stromdetektoren. Die Bezugszeichen 7U, 7V und 7W kenn­ zeichnen Hauptschaltkreise für die Phasen U, B bzw. W, wobei diese drei Hauptschaltkreise die Hauptumsetzungsschaltung 1 aufbauen. Die Diagramme der Hauptschaltkreise 7U, 7V und 7W, wie in Fig. 1 dargestellt, sind vereinfacht, und in Fig. 3 ist ein Beispiel für den detaillierten Aufbau jedes Haupt­ schaltkreises dargestellt. Die PWM-Vektorberechnungseinheit 4 umfaßt einen PWM-Torsignalerzeugungsteil 101, einen Be­ rechnungsteil 102 zum Steuern 3-phasiger Wechselströme sowie von Strömen für die d-Achse und die q-Achse, einen Berech­ nungsteil 103 zum Steuern der Motordrehzahl und des Motor­ magnetfelds, einen Schlupffrequenz-Berechnungsteil 104, einen ersten Frequenzberechnungsteil 105 und einen Solldreh­ zahl-Erzeugungsteil 106.

Die Diagramme (a), (b) und (c) in Fig. 2 veranschaulichen schematisch Schaltvorgänge und Wechselrichtervorgänge der Hauptumsetzungsschaltung 1 beim in Fig. 1 dargestellten Spannungsumsetzer vom 2-Pegel- und 3-Phasen-Typ. Wie es im Diagramm (a) dargestellt ist, wird, wenn das EIN/AUS-Tast­ verhältnis jedes IBGT geeignet durch eine Sinuswelle modu­ liert wird, Gleichspannung in mehrphasige Wechselspannung umgesetzt, und es kann eine mehrphasige Wechselspannung er­ halten werden, deren Spannung und Frequenz variabel sind. Die Grundvorgänge in jedem der Hauptschaltkreise 7U, 7V und 7W sind Schaltkreis-Umschaltvorgänge, wie durch das Diagramm (b) in Fig. 2 dargestellt, und wenn die Spannung der Gleich­ spannungsquelle den Wert E Volt hat, gibt jeder Hauptschalt­ kreis eine Spannung mit den zwei Pegeln +E/2 bzw. -E/2, ent­ sprechend den Umschaltvorgängen, aus. Änderungen der Aus­ gangsspannung eu kennzeichnen PWM-Impulse, wie sie durch das Diagramm in Fig. 2 dargestellt sind, wobei eine Grundkompo­ nente einer Sinuswelle enthalten ist.

Im folgenden wird die PWM-Vektorberechnungseinheit 4 unter Bezugnahme auf Fig. 1 erläutert. Der Berechnungsteil 103 be­ rechnet einen Stromsollwert Id* für die d-Achse als Erreger­ sollstrom (Berechnung zur Magnetflußregelung) sowie einen Stromsollwert Iq* für die q-Achse als Solldrehmomentstrom (Berechnung zur Motordrehzahlregelung). Die obengenannten Berechnungen werden ausgeführt, um eine Istdrehzahl ωr auf einen Drehzahlregelungs-Sollwert ωr* einzustellen. Der Be­ rechnungsteil 102 berechnet einen Sinuswelle-Modulations­ sollwert in solcher Weise, daß ein Iststrom für die d-Achse und ein Iststrom für die q-Achse den Sollwerten Id* bzw. Iq* entsprechen, wobei die Ausgangswelle für jede Phase eine Sinuswelle ist, was unter Bezugnahme auf die von den Strom­ detektoren 6 erfaßten Stromstärken erfolgt, und er liefert den Modulationssollwert an den PWM-Torsignalerzeugungsteil 101. Der Berechnungsteil 104 berechnet auf Grundlage der Sollwert Id* und Iq* eine Schlupffrequenz. Der Berechnungs­ teil 105 erhält einen ersten Frequenzsollwert ω1* durch Ad­ dieren der berechneten Schlupffrequenz zur Istdrehzahl ωr. Der Berechnungsteil 102 nutzt ferner den ersten Frequenz­ sollwert ω1* für eine Vektorberechnung betreffend die Span­ nungswandlung für eine entsprechende Phase der 3-phasigen Wechselspannung. Der Torsignal-Erzeugungsteil 101 erzeugt Torimpulse zur PWM-Steuerung abhängig vom vom Berechnungs­ teil 101 gelieferten Sinuswelle-Modulationssollwert.

Fig. 3 zeigt ein detailliertes Schaltbild eines Hauptschalt­ kreises für die Phase U beim in Fig. 1 dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel. Nachfolgend wird, unter Verwendung des Haupt­ schaltkreises 7U für die Phase U als Beispiel, der Aufbau jedes Hauptschaltkreises im einzelnen erläutert, da die Kon­ struktionen der Hauptschaltkreise 7V und 7W dieselben wie die des Hauptschaltkreises 7U sind. Es werden Bezugszeichen für die höchste Kennzeichnungsordnung angegeben. Z. B. ist die Zahl 10 eine allgemeine Kennzeichnung für einen Satz von Komponenten, der alle Komponenten 10UP1, 10UP2, 10UN1, 10UN2 usw. umfaßt. Der Buchstabe U kennzeichnet die Phase U, der Buchstabe P oder N die elektrische Polarität, und die Zahl 1 oder 2 kennzeichnet die Komponentennummer. Bezugszeichen zur Kennzeichnung der mittleren Ordnung, z. B. das Bezugszeichen 10UP, bilden einen allgemeinen Begriff für ein Objekt, das Komponenten enthält, wie z. B. 10UP1, 10UP2, 10UP3 usw. Eine Hauptkomponente in jedem selbstschaltenden Halbleiter-Schal­ telement ist ein IGBT. Dieses selbstabschaltende Halb­ leiter-Schaltelement ist ein in Sperrichtung leitendes Schaltelement mit einer Freilaufdiode, die parallel zu einem IGBT in Sperrichtung geschaltet ist. Der Hauptschaltkreis 7U für die Phase U enthält vier Schaltelemente (10UP1, 10UN1, 10UP2 und 10UN2). Die Schaltelemente 10U bilden die jeweiligen Umsetzungsmodule einschließlich der jeweiligen Schaltelemente 10UP, die auf der positiven Seite angeordnet sind und in Reihe mit den jeweiligen auf der negativen Seite angeordneten Schaltelementen 10UN geschaltet sind. Die je­ weiligen Schaltelemente 10UP auf der positiven Seite, in den jeweiligen Modulen (10UP . 10UN), sind mit dem positiven Gleichspannungsanschluß 2PT der Gleichspannungsquelle 2 verbunden, und die jeweiligen Schaltelemente 10UN auf der negativen Seite sind mit dem negativen Gleichspannungsan­ schluß 2NT verbunden. Ferner sind die jeweiligen Verbin­ dungsmittelpunkte (zwischen 10UP und 10UN) mit dem Wechsel­ spannungsanschluß 3UT für die Phase U der Anschlüsse für die 3-phasige Wechselspannung verbunden. Die Polarität des Wechselspannungsanschlusses 3UP ist positiv, wenn sich die Schaltelemente 10UP auf der positiven Seite im EIN-Zustand befinden, und sie sind negativ, wenn sich die Schaltelemente auf der negativen Seite im EIN-Zustand befinden. So wird die Polarität des Wechselspannungsanschlusses bei UT abwechselnd umgeschaltet.

Wie es in Fig. 3 dargestellt ist, besteht eine Grundeinheit 7U1 aus einer Parallelschaltung eines Glättungskondensators 11U1 zu einem Paar in Reihe geschalteter Schaltelemente (10UP1 . 10UN1). Auf ähnliche Weise ist durch Parallelschal­ tung eines Glättungskondensators 11U2 mit in Reihe geschal­ teten Schaltelementen (10UP2 . 10UN2) eine andere Grundeinheit 7U2 aufgebaut. Ferner ist durch Parallelschalten der Grund­ einheiten 7U1 und 7U2 der Hauptschaltkreis 7U für die Phase U aufgebaut. Hierbei ist ein Umsetzungsmodul mit nur einem Paar von in Reihe geschalteten Schaltelementen in der oben­ genannten Grundeinheit als Umsetzungsmodul mit einer Paral­ lelschaltung definiert, während ein Umsetzungsmodul mit zwei Parallelschaltungen aus zwei Paaren von in Reihe geschalte­ ten Schaltelementen besteht, wobei die zwei Paare zueinander parallelgeschaltet sind.

D. h., daß in Fig. 3 jede Grundeinheit dadurch aufgebaut wird, daß ein Glättungskondensator 11U jeweils zu einem Um­ setzungsmodul (10UP . 10UN) mit einer Parallelschaltung paral­ lelgeschaltet wird. Es ist auch möglich, jede Grundeinheit dadurch aufzubauen, daß ein Glättungskondensator zu mehre­ ren Umsetzungsmodulen parallelgeschaltet wird. Der letztere Aufbau einer Grundeinheit wird nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert. Es wird darauf hingewiesen, daß der Begriff "mehrere Parallelschaltungen" den Begriff "eine Parallel­ schaltung" nicht umfaßt. In Fig. 3 besteht der Hauptschalt­ kreis 7U für die Phase U aus zwei parallelgeschalteten Grundeinheiten (7U1, 7U2). Der in Fig. 3 dargestellte Aufbau ist ein Beispiel, und bei der Erfindung besteht ein Haupt­ schaltkreis grundsätzlich aus mehreren parallelgeschalteten Grundeinheiten. Zusammengefaßt gesagt gilt, daß bei der Erfindung jede Grundeinheit aus einem Glättungskondensator besteht, der zu einem oder mehreren Umsetzungsmodulen paral­ lelgeschaltet ist, wobei mehrere Grundeinheiten für jede Phase parallelgeschaltet sind.

Im folgenden wird die Anzahl von Glättungskondensatoren 11U1 und 11U2 erläutert, wie sie im Hauptschaltkreis 7U für die Phase U enthalten sind. Die Anzahl von Glättungskondensato­ ren 11U1 und 11U2 entspricht derjenigen der Grundeinheiten 7U1 und 7U2, und in Fig. 3 hat die Anzahl der Glättungskon­ densatoren den Wert 2. Bei drei Phasen beträgt die Anzahl insgesamt 6 (= 3 × 2). D. h., daß nicht eine Gruppe von Glättungskondensatoren als Gesamtheit mit der Gleichspan­ nungsquelle in der Hauptumsetzschaltung 1 verbunden ist, sondern, daß zumindest ein Glättungskondensator, mit jeweils derselben Kapazität, in gleicher Weise mit jeder der Grund­ einheiten verbunden ist. Jeder der Glättungskondensatoren 11U1 und 11U2 weist eine relativ kleine Kapazität auf (beim in Fig. 3 dargestellten Beispiel weist, wenn nur ein Konden­ sator mit der Gleichspannungsquelle verbunden ist, derselbe eine Kapazität auf, die 1/6 der für den Kondensator erfor­ derlichen Kapazität ausmacht), und seine Ladespannung läßt sich leicht ändern. Daher kann der Fall auftreten, daß die Ladespannung am Glättungskondensator 11U1 höher als die am Glättungskondensator 11U2 ist und umgekehrt. Obwohl es in der Figur nicht dargestellt ist, kann auch der folgende Auf­ bau verwendet werden. Es wird nämlich ein Kondensator mit einer Kapazität, die einem Teil der insgesamt für die Haupt­ umsetzschaltung erforderlichen Kapazität entspricht, mit der Gleichspannungsquelle verbunden, und hinsichtlich der Glät­ tungskondensatoren 11U1 und 11U2 wird ein Kondensator mit einer Kapazität, die 1/6 der restlichen Kapazität ausmacht, in gleicher Weise für jede der Grundeinheiten 7U1 und 7U2 für die Phase U verwendet.

Die Bezugszeichen 12UP und 12UN in Fig. 3 kennzeichnen Gate­ widerstände, durch die jeweils ein in einem Gate jedes der Schaltelemente 10UP und 10UN fließender Gatestrom bestimmt wird, und zwar abhängig von jedem Torsignal, wie es vom PWM-Tor­ signalerzeugungsteil 101 geliefert wird (101UP kennzeich­ net einen Torsignal-Erzeugungsteil für Schaltelemente 10UP auf der positiven Seite der Phase U, und ein 101UN kenn­ zeichnet einen Torsignal-Erzeugungsteil für Schaltelemente 10UN auf der negativen Seite der Phase U). Alle Gatewider­ stände sind an einer Position nahe den Schaltelementen 10UP und 10UN in den Grundeinheiten 7U1 und 7U2 angeordnet, um zu verhindern, daß die Widerstände durch externe Störsignale beeinflußt werden.

Die Verdrahtung in einem Spannungsumsetzer und in jeder der Grundeinheiten, wie in Fig. 3 dargestellt, ist wie folgt be­ schaffen. Alle Leitungen, die zwischen den Gleichspannungs­ anschlüssen 2PT und 2NT sowie dem Wechselspannungsanschluß 3UT liegen, weisen eine Leitungs-Streuimpedanz auf. Die je­ weiligen Umsetzungsmodule (10UP . 10UN) sind zwischen den Lei­ tungen angeordnet. Jeder der Glättungskondensatoren 11U ist nahe einem jeweiligen der Umsetzungsmodule (10UP . 10UN) ange­ ordnet, und ein Paar aus einem Kondensator und einem Umset­ zungsmodul bilden eine jeweilige der Grundeinheiten 7U1 und 7U2. Bei der Erfindung sind die Leitung-Streuimpedanzen so verteilt, daß jede der Leitungs-Streuimpedanzen 13U der Leitungen zwischen den Gleichspannungsanschlüssen 2PT und 2NT und den Glättungskondensatoren 11U oder den Grundeinhei­ ten 7U1 und 7U2 groß ist, jede der Leitungs-Streuimpedanzen 14U der Leitungen zwischen den Glättungskondensatoren 11U und den Umsetzungsmodulen (10UP . 10UN) in jeder der Grundein­ heiten 7U1 und 7U2 klein ist, und jede der Leitungs-Streuim­ pedanzen 15U der Leitungen zwischen dem Wechselspannungsan­ schluß 3UT für drei Phasen und den Umsetzungsmodulen (10UP . 10UN) groß ist. Jede Kombination dreier Arten von Im­ pedanzen bei den obengenannten Leitungs-Streuimpedanzen 13U, 14U und 15U, betreffend eine der Grundeinheiten 7U1 und 7U2, ist elektrisch von der Kombination von drei Arten von Impe­ danzen betreffend eine andere Grundeinheit getrennt.

Jede der Grundeinheiten 7U1 und 7U2 verfügt über eine aus­ schließliche Leitung zum Anschließen derselben an den Gleit­ spannungsanschluß 2PT oder 2NT, und mit dieser ausschließ­ lichen Leitung geht eine Leitungs-Streuimpedanz einher. Die ausschließliche Leitung und eine ausschließliche Leitung zu einer benachbarten Grundeinheit sollten so angeordnet sein, daß diese zwei ausschließlichen Leitungen hinsichtlich der Impedanzen 13U, 14U und 15U keine gemeinsame Leitungs-Streu­ impedanz aufweisen. In diesem Zusammenhang gehört die Lei­ tungs-Streuimpedanz 13UP1 ausschließlich zur Grundeinheit 7U1, und sie wirkt nicht als Impedanz für eine andere Grund­ einheit. Jedoch kann ein Ende jeder der Leitungsimpedanzen 13U mit einem der Schaltelemente 10U und den Glättungskon­ densatoren 11U verbunden sein, und in Fig. 3 ist es mit je­ dem der Glättungskondensatoren 11U verbunden. Dies, da die in jeder der Leitungsimpedanzen 13U gespeicherte elektroma­ gnetische Energie bei der in Fig. 3 dargestellten Verbindung in jedem der Glättungskondensatoren 11U gleichmäßiger aufge­ nommen werden kann als dann, wenn eine andere Verbindung zu einem Schaltelement vorliegt, und es kann die Belastung beim Unterbrechen eines fließenden Stroms an jedem der Schaltele­ mente 10U verringert werden.

Beziehungen zwischen Werten der Streuimpedanzen 13U, 14U und 15U sind die im folgenden angegebenen:
13UP1 ≒ 13UP2 13UN1 ≒ 13UN2
13UP1 ≒ 13UN1 13UP2 ≒ 13UN2
14UP1 ≒ 14UP2 14UN1 ≒ 14UN2
14UP1 ≒ 14UN1 14UP2 ≒ 14UN2
15U1 ≒ 15U2
13UP1 < 14UP1 13UP2 < 14UP2
13UN1 < 14UN1 13UN2 < 14UN2
15U1 < 14UP1 15U1 < 14UN1
15U2 < 14UP2 15U2 < 14UN2

Jede der obengenannten Leitungs-Streuimpedanzen enthält eine Eigeninduktivitätskomponente und eine Gegeninduktivitätskom­ ponente. Die Werte der Induktivitätskomponenten von jeweils 13U, jeweils 14U und jeweils 15U betragen ungefähr 2 mH, 50-100 nH bzw. ungefähr 0,5 mH.

In Fig. 4 sind in zeitbezogenen Diagrammen Änderungen von Strömen dargestellt, wie sie in den Schaltelementen 10UP1 und 10UP2 fließen, wobei Änderungen in Einschalt- und Aus­ schalt-Übergangsperioden enthalten sind. Das Kurvenbild (A) in Fig. 4 zeigt Änderungen von an die Schaltelemente 10UP1 und 10UP2 gelieferten Torsignalen. Wenn zwischen den Gate­ empfindlichkeitsspannungen VG1 und VG2 (VG1 < VG2 im in Fig. 4 dargestellten Fall) der Schaltelemente (IGBTs) 10UP1 und 10UP2 eine Differenz existiert, tritt zwischen den Ein­ schalt- oder Ausschalt-Zeitpunkten der Schaltelemente 10UP1 und 10UP2 ein Unterschied auf, wie es in den Kurvenbildern (B) und (D) dargestellt ist. Ein im Schaltelement 10UP1 fließender Strom beginnt zum Zeitpunkt t1 anzusteigen und zum Zeitpunkt t4 abzufallen, wie es durch das Kurvenbild (D) dargestellt ist. Andererseits beginnt ein im Schaltelement 10UP2 fließender Strom zum Zeitpunkt t2 anzusteigen und zum Zeitpunkt t3 abzufallen, wie es durch das Kurvenbild (E) dargestellt ist. Bei der obigen Erläuterung genügen die Zeitpunkte t1, t2, t3 und t4 der folgenden Beziehung: t1 < t2 < t3 < t4.

Im folgenden werden die Abläufe in der Einschaltperiode der Schaltelemente erläutert. Als erstes beginnt zum Zeitpunkt t1 Stromfluß im Schaltelement 10UP1 in der Grundeinheit 7U1. Dieser Stromfluß ist ein Entladungsstrom, der vom Glättungskondensator 11U1 über die kleine Leitungs-Streuim­ pedanz 14UP1 zum Schaltelement 10UP1 fließt. Demgemäß nimmt die Spannung am Kondensator 11U1 vorübergehend ab, und es erscheint ein konkaver Teil F1 der Spannung, wie es durch das Kurvenbild (F) in Fig. 4 dargestellt ist. Die Anstiegs­ geschwindigkeit des im Schaltelement 10UP1 fließenden Stroms verringert sich während der Periode, die dem konkaven Teil F1 der Spannung entspricht. Andererseits beginnt, wenn die Ladespannung des Glättungskondensators 11U1 abnimmt, ein Strom von der Gleichspannungsquelle 2 über die Leitungs-Streu­ impedanz 13UP1 zum Glättungskondensator 11U1 mit größe­ rer Spannungsabweichung von der Spannung der Gleichspan­ nungsquelle zu fließen. Demgemäß wird der konkave Teil F1 der Spannung aufgehoben. Während die Spannung am Glättungs­ kondensator 11U1 abnimmt, beginnt zum Zeitpunkt t2 auch ein Strom durch das Schaltelement 10UP2 in die Grundeinheit 7U2 zu fließen. Der Funktionsablauf während der Einschaltperiode der Grundeinheit 7U2 ist derselbe wie der in der Grundein­ heit 7U1, und in der Spannung des Glättungskondensators 11U2 in der Grundeinheit 7U2 erscheint ebenfalls ein konkaver Teil G1 der Spannung, wie es durch das Kurvenbild (G) in Fig. 4 dargestellt ist.

Nachfolgend werden Effekte der konkaven Teile F1 und G1 der Spannung erörtert. Zwischen den Glättungskondensatoren 11U1 und 11U2 sind die großen Leitungs-Streuimpedanzen 13UP1 und 13UP2 vorhanden. Diese großen Leitungs-Streuimpedanzen bil­ den einen Nicht-Wechselwirkungsmechanismus, der verhindert, daß die Spannung der Glättungskondensatoren miteinander wechselwirken. Daher beeinflußt der konkave Teil F1 der Spannung die Spannung am Glättungskondensator 11U2 nicht. Die Spannung am Glättungskondensator 11U2 wird an das Schaltelement 10UP2 gegeben, das zum Zeitpunkt t2 einschal­ tet. Wenn der konkave Teil F1 der Spannung mit der Spannung des Glättungskondensators 11U2 wechselwirkt, schwächt er den Anstieg des im Schaltelement 10UP2 fließenden Stroms ab. Wie oben angegeben, wird, wenn der Anstieg des Stroms im Element 10UP2, der zum Zeitpunkt t2 nach dem Zeitpunkt t1 startet, abgeschwächt wird, der Unterschied zwischen den zwei in den Elementen 10UP1 und 10UP2 fließenden Strömen in der Ein­ schaltperiode noch größer. Der obengenannte Nicht-Wechsel­ wirkungsmechanismus gemäß der Erfindung unterdrückt den zu­ nehmenden Unterschied der zwei Ströme, und er wirkt so, daß die zwei Ströme in den Schaltelementen 10UP1 und 10UP2 aus­ geglichen werden.

Nachfolgend werden Funktionen der Schaltelemente 10UP1 und 10UP2 im Stationärzustand erläutert. Im Stationärzustand nach der Einschaltperiode hat, wie es durch die Kurvenbilder (B) und (D) in Fig. 4 dargestellt ist, der im Element 10UP1 fließende Strom die Stärke I12, und der im Element 10UP2 fließende Strom hat die Stärke I22. Die Differenz zwischen der EIN-Spannung am Element 10UP1 und derjenigen am Element 10UP2 bewirkt ein Ungleichgewicht zwischen den Stromstärken I12 und I22 im Stationärzustand. Da jedoch die Ströme im Stationärzustand in den Elementen 10UP1 und 10UP2 über die Leitungs-Streuimpedanzen 13UP1, 14UP1 und 15UP1 bzw. die Leitungs-Streuimpedanzen 13UP2, 14UP2 und 15UP2 fließen, können die Stationärzustandsströme I12 und I22 dadurch bei­ nahe ausgeglichen werden, daß die Gruppe der Leitungs-Streu­ impedanzen 13UP1, 14UP1 und 15UP1 sowie die Gruppe der Leitungs-Streuimpedanzen 13UP2, 14UP2 und 15UP2 so aufgebaut werden, daß die Widerstandskomponenten der ersteren Gruppe denjenigen der letzteren Gruppe entsprechen. Daraufhin ist der obengenannte Nicht-Wechselwirkungsmechanismus erneut zu berücksichtigen, der verhindert, daß die Spannung am Kon­ densator 11U1 mit der Spannung am Kondensator 11U2 wechsel­ wirkt. Wenn der Glättungskondensator 11U1 und der Glättungs­ kondensator 11U2 in reiner Form parallelgeschaltet sind, werden diese beiden Kondensatoren gegeneinander austausch­ bar, und es geht die elektrische Unabhängigkeit jedes Glät­ tungskondensators verloren. Demgemäß können die Kondensato­ ren nicht zur Verteilung der Stationärzustandsströme I12 und I22 beitragen. Demgemäß werden die Leitungs-Streuimpedanzen 13UP1 und 13UP2 hinsichtlich einer Linderung des Ungleichge­ wichts zwischen den Stationärzustandsströmen I12 und I22 un­ wirksam.

Nachfolgend werden die Funktionen der Schaltelemente 10UP1 und 10UP2 in der Abschaltperiode erläutert. Zunächst beginnt das Schaltelement 10UP2 zum Zeitpunkt t3 abzuschalten, und der Stromfluß im Element 10UP2 beginnt ab dem Zeitpunkt t3 zu fallen. Andererseits schaltet das andere Schaltelement 10UP1 zum Zeitpunkt t4 nach dem Zeitpunkt t3 ab, und der Stromfluß im Element 10UP2 beginnt ab dem Zeitpunkt t4 zu fallen. Nachfolgend wird untersucht, ob der integrierte Stromfluß S1 für das Element 10UP2 in einen angenommenen erhöhten Stromfluß S2 im Element 10UP1 übertragen wird. Der am Wechselspannungsanschluß 3UT für die Phase U fließende Ausgangsstrom ist die Summe der Stromflüsse in den Elementen 10UP1 und 10UP2, und er ändert sich kaum. Der Anstieg des integrierten Stroms S2, wie im Kurvenbild (D) eingezeichnet, ist so veranschaulicht, daß er der Abnahme des integrierten Stroms S1 entspricht. Wenn eine derartige Stromverringerung S1 des Stromflusses in einem Schaltelement auf eine Stromer­ höhung S2 des Stromflusses in einem anderen Schaltelement übertragen wird, ist es erforderlich, die Stromstärke im Stationärzustand auf einen niedrigeren Wert zu konzipieren, damit die Stromzunahme übertragen werden kann. Dies er­ schwert eine Erhöhung der Kapazität eines Spannungsumset­ zers. Bei der Erfindung wird eine schnelle Abnahme des im Schaltelement 10UP1 fließenden Stroms durch die große Lei­ tungs-Streuimpedanz 15U2, ausschließlich der Grundeinheit 7U, unterdrückt. D. h., daß in der Periode t3-t4 eine Spannung mit solcher Polarität zwischen den beiden Seiten der Leitungs-Streuimpedanz 15U2 induziert wird, daß sie eine Zunahme des im Schaltelement 10UP2 fließenden Stroms unterdrückt. Die Unterdrückung der Stromzunahme wird insbe­ sondere durch die Induktivitätskomponente der Leitungs-Streu­ impedanz hervorgerufen. Die Spannung mit einer solchen Polarität, wie sie zwischen den beiden Seiten der Leitungs-Streu­ impedanz 15U2 induziert wird, wirkt so, daß sie die Spannung am Verbindungsmittelpunkt des Umsetzungsmoduls (10UP2 . 10UN2) verringert, während sie die Spannung am Ver­ bindungsmittelpunkt des Umsetzungsmoduls (10UP1 . 10UN1) er­ höht. Die erstere Funktion wirkt so, daß ein Strom in Sperrichtung des Schaltelements 10UN2 (genauer gesagt in der Freilaufdiode mit Leitung in Sperrichtung) fließt, wäh­ rend die letztere Funktion so wirkt, daß sie eine Zunahme des im Schaltelement 10UP1 fließenden Stroms unterdrückt. Durch die obengenannten Funktionen der Leitungs-Streuimpe­ danz 15U2 wird die Stromabnahme S1 im Schaltelement 10UP2 beinahe ganz an den Sperrichtungsstrom im Schaltelement 10UN2 übertragen, während er kaum an einen zunehmenden Strom, wie die angenommene Zunahme S2, die zur Veranschauli­ chung in das Kurvenbild (D) eingezeichnet ist, im Schaltele­ ment 10UP1 übertragen wird.

Nun werden die Funktionen der Schaltelemente 10UP1 und 10UP2 in der Abschaltperiode weiter erläutert. In der Abschalt­ periode der Schaltelemente 10UP wird die in den Leitungs-Streu­ impedanzen 13U und 14U (insbesondere in den Induktivi­ tätskomponenten der Streuimpedanz) gespeicherte elektroma­ gnetische Energie in verschiedenen Teilen aufgenommen. Die große, in den großen Leitungs-Streuimpedanzen 13UP gespei­ cherte elektromagnetische Energie wird in den Glättungskon­ densatoren 11U aufgenommen. Die kleine, in jeder der kleinen Leitungs-Streuimpedanzen 14UP gespeicherte elektromagneti­ sche Energie wird von jedem der Schaltungselemente 10UP oder einer Dämpfungsschaltung (in den Figuren nicht dargestellt) aufgenommen, wie sie mit jedem der jeweiligen Schaltelemente 10UP verbunden ist. Die Absorption der kleinen, in jeder der kleinen Leitungs-Streuimpedanzen 14UP gespeicherten elektro­ magnetischen Energie bildet eine Belastung hinsichtlich der Stromabschaltfunktion jedes der Schaltelemente 10UP. Wie be­ reits angegeben, wirken sowohl die Leitungs-Streuimpedanzen 13UP als auch die Leitungs-Streuimpedanzen 14UP so, daß sie das Gleichgewicht zwischen den in den Schaltungselementen fließenden Strömen aufrechterhalten. Jedoch müssen die Schaltelemente 10UP nicht die Belastung aushalten, um die in den großen Leitungs-Streuimpedanzen 13UP gespeicherte elek­ tromagnetische Energie aufzunehmen, sondern sie müssen nur der Belastung standhalten, um die in den kleinen Leitungs-Streu­ mpedanzen 14UP gespeicherte elektromagnetische Energie aufzunehmen.

Nachfolgend werden die in Fig. 4 dargestellten konvexen Tei­ le F2 und G2 der Spannung erläutert. Wenn das Schaltelement 10UP2 zum Zeitpunkt t3 seinen Abschaltbetrieb startet, fließt die große, in der großen Leitungs-Streuimpedanz 13UP2 gespeicherte elektromagnetische Energie in den Glättungskon­ densator 11U2, und es wird der konvexe Teil G2 der Spannung am Kondensator 11U2 ausgebildet. Bei der Erfindung ist ein Nicht-Wechselwirkungsmechanismus vorhanden, der verhindert, daß der konvexe Teil G2 der Spannung am Glättungskondensa­ tor 11U2 mit der Spannung am Glättungskondensator 11U2 wech­ selwirkt. Wenn ein konvexer Teil der Spannung auch hinsicht­ lich der Spannung am Glättungskondensator 11U1 dadurch aus­ gebildet wird, daß Wechselwirkung mit dem konvexen Teil G2 der Spannung besteht, bewirkt der erzeugte konvexe Teil der Spannung eine schädliche Wirkung dahingehend, daß der Strom, wie er im sich bereits im EIN-Zustand befindlichen Schaltelement 10UP1 fließt, ab dem Zeitpunkt t3 zuzunehmen beginnt. Der Nicht-Wechselwirkungsmechanismus bei der Erfin­ dung verhindert den obengenannten Stromanstieg und trägt zu einer Beibehaltung des Gleichgewichts zwischen den in den Schaltelementen fließenden Strömen bei. Der konvexe Teil F2 der Spannung ist eine örtliche Zunahme der Spannung am Glät­ tungskondensator 11U1 während der Abschaltperiode, und der Anstieg beginnt erst zum Zeitpunkt t4.

Nachfolgend wird ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfin­ dung unter Bezugnahme auf Fig. 5 erläutert. In Fig. 5 sind dieselben Zahlen oder Bezugszeichen für dieselben Komponen­ ten oder Elemente verwendet, wie sie in den Fig. 1-4 dar­ gestellt sind. Ein Hauptschaltkreis 7U für die Phase U, wie in Fig. 5 dargestellt, besteht aus einem Paar Grundeinheiten 20U1 und 20U2. Nachfolgend wird als Beispiel die Grundein­ heit 20U1 erläutert, die aus einer Parallelschaltung eines Glättungskondensators 11U1 mit zwei Umsetzungsmodulen (10UP1 . 10UN1) und (10UP2 . 10UN2) besteht. Beim in Fig. 3 dar­ gestellten Ausführungsbeispiel besteht der Hauptschaltkreis 7U aus einer Parallelschaltung des Glättungskondensators 11U1 mit einem Umsetzungsmodul, während beim in Fig. 5 dar­ gestellten Ausführungsbeispiel das eine Umsetzungsmodul in Parallelschaltung durch die mehreren (2) parallelgeschalte­ ten Umsetzungsmodule ersetzt ist. Obwohl hier die mehreren parallelgeschalteten Umsetzungsmodule durch zwei parallelge­ schaltete Umsetzungsmodule gebildet sind, können z. B. auch drei parallelgeschaltete Umsetzungsmodule verwendet werden.

Nun werden in Fig. 5 dargestellte Gateempfindlichkeits-Kom­ pensationswiderstände 21U (21UP1, 21UN1, 21UP2 und 21UN2) erläutert, wobei als Beispiel der Widerstand 21UP1 verwendet wird. Dieser Gateempfindlichkeits-Kompensationswiderstand 21UP1 ist vorhanden, um die Streuung der Gateempfindlich­ keitsspannungen der zwei parallelgeschalteten Schaltelemente 10UP1 und 10UP2 zu kompensieren. Der Gateempfindlichkeits-Kom­ pensationswiderstand 21UP1 ist zwischen die Gateanschlüs­ se der Schaltelemente 10UP1 und 10UP2 geschaltet, und er ist mit den Ausgangsseiten der Gatewiderstände 12UP1 und 12UP2 verbunden. Der Widerstandswert des Gateempfindlichkeits-Kom­ pensationswiderstands 21UP1 ist kleiner als derjenige der Gatewiderstände 12UP1 und 12UP2. Für die folgende Erläute­ rung ist angenommen, daß die Empfindlichkeitsspannung des Schaltelements 10UP1 höher als diejenige des Schaltelements 10UP2 ist. Da das Schaltelement 10UP1 eine höhere Gateemp­ findlichkeitsspannung aufweist, beginnt es früher mit dem Abschaltvorgang. Wenn der Abschaltvorgang beginnt, beginnt die Spannung am Gateanschluß des Schaltelements 10UP1 abzu­ fallen. Der Spannungsabfall am Gateanschluß des Schaltele­ ments 10UP1 beeinflußt den Spannungsabfall am Gateanschluß des Schaltelements 10UP2, und zwar über den mit dem Gateanschluß des Elements 10UP2 verbundenen Gateempfindlichkeits-Kom­ pensationswiderstand 21UP1, und es beginnt auch die Span­ nung am Gafeanschluß des Elements 10UP2 abzufallen. Demge­ mäß wird am Schaltelement 10UP2 mit geringerer Gateempfind­ lichkeitsspannung die Gateanschlußspannung unter seine Gateempfindlichkeitsspannung verringert, und es beginnt un­ mittelbar mit dem Abschaltvorgang. So wird der Unterschied zwischen den Abschaltzeitpunkten der Schaltelemente 10UP1 und 10UP2 aufgehoben, und es wird auch die Abweichung zwi­ schen Strömen in den zwei Schaltelementen, wie durch den Un­ terschied hervorgerufen, verringert. Ferner kann, hinsicht­ lich des Unterschieds zwischen den EIN-Spannungen der zwei parallelgeschalteten Schaltelemente 10UP1 und 10UP2 in der Grundeinheit 20U1, obwohl der Unterschied durch die Lei­ tungs-Streuimpedanzen, wie die Streuimpedanz 13UP, nicht aufgehoben werden kann, die Abweichung der Ströme durch die zwei Schaltelemente, wie durch den Unterschied zwischen de­ ren Gateempfindlichkeitsspannungen hervorgerufen, durch den Gateempfindlichkeits-Kompensationswiderstand aufgehoben wer­ den. Beim Aufbauen jeder Grundeinheit ist es bei der Erfin­ dung einfacher, da es ausreicht, nur Schaltelemente mit der­ selben EIN-Spannung auszuwählen, den Hauptschaltkreis so aufzubauen, daß ein vorbestimmtes Funktionsvermögen erzielt wird.

Ein Merkmal des in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels besteht darin, mehrere Umsetzungsmodule in Parallelschaltung für jede der Grundeinheiten 20U zu verwenden, und ferner mehrere Grundeinheiten parallelzuschalten, um einen Span­ nungsumsetzer aufzubauen. Daher ist dieses Ausführungsbei­ spiel dazu geeignet, einen Spannungsumsetzer großer Leistung aufzubauen. Obwohl zwei Umsetzungsmodule in Parallelschal­ tung dazu verwendet sind, beim Ausführungsbeispiel eine je­ weilige Grundeinheit aufzubauen, ist es auch möglich, z. B. drei Umsetzungsmodule in Parallelschaltung zu verwenden. Bei diesem Aufbau werden drei Gateempfind1ichkeits-Kompensati­ onswiderstände, die denselben Widerstandswert wie der Wider­ stand 21UP1 aufweisen, angeschlossen und in Stern- oder Dreiecksform miteinander verbunden.

Nachfolgend wird ein anderes Ausführungsbeispiel erläutert, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Bei diesem Ausführungsbei­ spiel ist ein Aufbau aus drei Grundeinheiten in Parallel­ schaltung realisiert, d. h., daß drei Grundeinheiten 7U1, 7U2 und 7U3 mit jeweils demselben Aufbau parallelgeschaltet sind. Die jeweiligen Glättungskondensatoren 11U1, 11U2 und 11U3 sind parallel zu den jeweiligen Grundeinheiten geschal­ tet. Die Anzahl aller Glättungskondensatoren für drei Phasen beträgt 9 (= 3 × 3). Die jeweiligen Grundeinheiten 7U1, 7U2 und 7U3 sind mit jeweiligen Umsetzungsmodulen mit einfacher Parallelschaltung (10UP, 10VP und 10WP) aufgebaut. Beim in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Aufbau mit zwei parallelgeschalteten Grundeinheiten verwendet, während beim in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel ein Aufbau mit drei parallelgeschalteten Grundeinheiten dadurch reali­ siert ist, daß eine weitere Grundeinheit 7U3 hinzugefügt ist, wodurch die Leistungsfähigkeit des Spannungsumsetzers weiter erhöht ist.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7-9 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung für einen Halblei­ ter-Spannungsumsetzer vom 3-Pegel-Typ erläutert. Die Zahl 8 kennzeichnet eine Hauptumsetzschaltung vom 3-Pegel- und Neu­ tralpunktklemmungs-Typ mit Hauptschaltkreisen 8U, 8V und 8W für die Phasen U, V bzw. W. Jeder der Hauptschaltkreise 8U, 8V und 8W ist dadurch aufgebaut, daß hauptsächlich Umset­ zungsmodule vom Neutralpunktklemmungs-Typ verwendet sind. Der in Fig. 7 dargestellte Aufbau ist vereinfacht, und in Fig. 9 ist der Aufbau detailliert dargestellt. Die Bezugs­ zeichen 2P und 2N kennzeichnen die Gleichspannungsquelle auf der positiven bzw. der negativen Seite, und die Zahl 3 kenn­ zeichnet eine Last in Form eines 3-phasigen Induktionsmo­ tors.

Die in Fig. 8 dargestellten Diagramme (a), (b) und (d) ver­ anschaulichen schematisch Schalt- oder Wechselrichtervorgän­ ge der Hauptschaltkreise 8U, 8V und 8W. Z. B. werden die je­ weiligen Schaltelemente (IGBTs) P, PC, NC und N durch die im Diagramm (a) dargestellten Änderungen des Betriebsmusters gesteuert, wobei der Betriebszustand eines jeden Schaltele­ ments durch einen schwarzen Kreis (EIN-Zustand) oder einen weißen Kreis (AUS-Zustand) gekennzeichnet ist. Wie es durch das Diagramm (b) in Fig. 8 dargestellt ist, ist, wenn sich P und PC im EIN-Zustand befinden, die Ausgangsspannung die P-seitige Spannung (+600 V), wenn sich PC und NC im EIN-Zu­ stand befinden, ist es die C-seitige Spannung (0 V), und wenn sich N und NC im EIN-Zustand befinden, ist es die N-sei­ tige Spannung (-600 V). So wird eine Ausgangsspannung vom 3-Pegel-Typ erzeugt. Wenn die zeitliche Breite des EIN-Zu­ stands der Schaltelemente durch eine Modulations-Grundwelle moduliert wird (PWM-Regelung), wird eine Spannung zwischen Leitungen vom PWM-Typ, die ungefähr eine Sinuswelle ist, er­ halten, wie es durch das Diagramm (c) in Fig. 8 dargestellt ist.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel für den Aufbau des Hauptschalt­ kreises 8U für die Phase U, für den Funktionen in Fig. 8 er­ läutert sind. Nachfolgend wird als Beispiel der Hauptschalt­ kreis 8U für die Phase U im einzelnen erläutert, da die je­ weiligen Konstruktionen der Hauptschaltkreise 8V und 8W mit derjenigen des Hauptschaltkreises SU übereinstimmen. Der Hauptschaltkreis 8U umfaßt Paare selbstabschaltender Halb­ leiter-Schaltelemente (10UP . 10UPC) auf der positiven Seite sowie (10UNC . 10UN) auf der negativen Seite. Ferner ist ein Paar Klemmdioden (31UP . 31UN) zwischen den Verbindungsmittel­ punkt eines entsprechenden der Paare (10UP . 10UPC) und denje­ nigen eines entsprechenden der Paare (10UNC . 10UN) eingefügt. Ein Umsetzungsmodul vom Neutralpunktklemmungs-Typ besteht aus einer der obengenannten Kombinationen (10UP . 10UPC . 10UNC. 10UN . 31UP . 31UN). Beide Seitenanschlüsse jedes Umsetzungsmo­ duls sind mit den Gleichspannungsanschlüssen 2PT bzw. 2NT verbunden, die jeweiligen Verbindungsmittelpunkte der Neu­ tralpunktklemmungs-Diodenpaare (31UP . 31UN) sind mit den je­ weiligen Neutralpunktanschlüssen der jeweiligen Mittelpunkte der Kondensatorpaare (11UP . 11UN) verbunden, und die jeweili­ gen Verbindungsmittelpunkte der Umsetzungsmodule sind mit den jeweiligen Wechselspannungsanschlüssen 3UT verbunden. Jeder der Verbindungsmittelpunkte in den Neutralpunktklem­ mungs-Diodenpaaren (31UP . 31UN) ist mit einer geeigneten Stelle zu verbinden. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist je­ der der Neutralpunktanschlüsse der Mittelpunkte der Konden­ satorpaare (11UP . 11UN) mit einem Neutralpunktanschluß 2CT verbunden. Jede Grundeinheit besteht aus einem oder mehreren Umsetzungsmodulen in Parallelschaltung, zu denen einer der Kondensatoren aus den Paaren seriell geschalteter Glättungs­ kondensatoren (11UP . 11UN) parallelgeschaltet ist, und jeder der Verbindungsmittelpunkte in den Kondensatorpaaren ist als Neutralpunktanschluß jedes Umsetzungsmoduls verwendet. Die Schaltungen 8U1 und 8U2 sind Grundeinheiten, und der Haupt­ schaltkreis 8 besteht aus einer Parallelschaltung dieser Grundeinheiten 8U1 und 8U2. Obwohl der in Fig. 9 dargestell­ te Hauptschaltkreis 8 aus zwei parallelgeschalteten Grund­ einheiten besteht, ist es auch möglich, daß der Haupt­ schaltkreis aus mehreren (≧ 3) parallelgeschalteten Grund­ einheiten besteht. Ein Kondensator aus den Paaren seriell­ geschalteter Glättungskondensatoren (11UP . 11UN) ist parallel zu jeder der Grundeinheiten 8U1 und 8U2 geschaltet, und der Verbindungsmittelpunkt jedes Paars von Glättungskondensato­ ren ist als sogenannter Neutralpunkt jedes Umsetzungsmoduls in jeder Grundeinheit verwendet.

Die Leitungen in einem Spannungsumsetzer und in jeder der Grundeinheiten 8U1 und 8U2, wie in Fig. 9 dargestellt, sind wie folgt angeordnet. Alle Leitungen, wie sie zwischen den Gleichspannungsanschlüssen 2PT und 2NT und dem Wechselspannungsanschluß 3UT liegen, gehen mit Leitungs-Streuimpedanz einher. Jedes der Umsetzungsmodule ist in den Leitungen an­ geordnet. Die jeweiligen Paare von Glättungskondensatoren (11UP . 11UN) sind nahe den jeweiligen Umsetzungsmodulen ange­ ordnet, und die jeweiligen Paare aus einem Kondensator und einem Umsetzungsmodul bilden die jeweiligen Grundeinheiten 8U1 und 8U2. Bei der Erfindung sind die Leitungs-Streuimpe­ danzen so verteilt, daß die Leitungs-Streuimpedanzen 13U hinsichtlich Leitungen zwischen den Gleichspannungsanschlüs­ sen 2PT und 2NT sowie den Paaren von Glättungskondensatoren (11UP . 11UN) groß sind, während die Streuimpedanzen 14U hin­ sichtlich Leitungen zwischen den Paaren Glättungskondensato­ ren (11UP . 11UN) und den Umsetzungsmodulen klein sind, und die Streuimpedanzen 15U hinsichtlich Leitungen zwischen dem Anschluß 3UT der dreiphasigen Wechselspannung und den Um­ setzungsmodulen groß sind. Jede der Kombinationen der oben­ genannten Leitungs-Streuimpedanzen 13U, 14U und 15U, wie sie alleinig für jede der Grundeinheiten 8U1 und 8U2 vorliegen, ist elektrisch von der Impedanzkombination getrennt, wie sie alleinig für eine andere Grundeinheit vorliegt. Jede der Grundeinheiten 8U1 und 8U2 verfügt über ausschließliche Lei­ tungen zum Anschließen der Grundeinheit mit dem Gleichspannungsanschluß 2PT oder 2NT, und mit diesen ausschließlichen Leitungen geht eine der Kombinationen der Streuimpedanzen 13U, 14U und 15U einher. Die ausschließlichen Leitungen ei­ ner Grundeinheit sowie ausschließliche Leitungen zu einer benachbarten Grundeinheit sollten so angeordnet sein, daß die zwei Gruppen ausschließlicher Leitungen keine der Streu­ impedanzen 13U, 14U und 15U gemeinsam haben.

Das Bezugszeichen 2CT kennzeichnet den Neutralpunktanschluß zwischen den Gleichspannungsquellen 2P und 2N. Zwischen dem Neutralpunktanschluß 2CT und den jeweiligen Grundeinheit- Neutralanschlüssen sind die jeweiligen ausschließlichen Lei­ tungen zu den Klemmkondensatoren der Grundeinheiten 8U1 und 8U2 angeordnet. Mit diesen ausschließlichen Leitungen gehen Leitungs-Streuimpedanzen einher. Die Funktionen dieser Lei­ tungs-Streuimpedanzen sind dieselben wie diejenigen der Lei­ tungs-Streuimpedanzen 13U. Obwohl beim in Fig. 9 dargestell­ ten Ausführungsbeispiel ein Paar von in Reihe geschalteten Gleichspannungsquellen 2P und 2N verwendet ist, ist es mög­ lich, anstelle dieses Paars eine einzelne Gleichspannungs­ quelle zu verwenden. In diesem Fall ist die mit der Lei­ tungs-Streuimpedanz 32U verbundene Leitung weggelassen. Wenn das obengenannte Ausführungsbeispiel der Erfindung bei einem Spannungsumsetzer vom 3-Pegel-Typ verwendet wird, ist es möglich, einen solchen Umrichter mit großer Leistung zu rea­ lisieren, wobei der Vorteil besteht, daß sinusförmige Aus­ gangssignale mit kleinen Verzerrungen erhalten werden kön­ nen. Die Erfindung kann bei einem Spannungsumsetzer vom 2- oder 3-Pegel-Typ angewandt werden, und ferner können Varia­ tionen der Konstruktionen, wie beim Ausführungsbeispiel zum Spannungsumsetzer vom 2-Pegel-Typ erläutert, auch beim Span­ nungsumsetzer vom 3-Pegel-Typ angewandt werden. Z. B. ist zwar in jeder der in den Fig. 7-9 dargestellten Grundein­ heiten 8U1 und 8U2 eine einfache Parallelschaltung von Um­ setzungsmodulen dargestellt, jedoch können mehrere parallel­ geschaltete Umsetzungsmodule in jeder Grundeinheit verwendet werden, ähnlich dem in Fig. 5 dargestellten Ausführungsbei­ spiel.

Obwohl bei den obengenannten Ausführungsbeispielen IGBTs als selbstabschaltende Halbleiter-Schaltelemente verwendet sind, ist es auch wirkungsvoll, Transistoren, GTOs (Gate Turn-Off Thyrister), SITS (Static Induction Thyristor), IGCTs (Inte­ grated Gate Control Thyristor) usw. zu verwenden. Darüber hinaus wurde bisher zwar das in Fig. 1 dargestellte Ausfüh­ rungsbeispiel einer Umsetzung von einer Gleichspannung in eine mehrphasige Wechselspannung erläutert, jedoch kann die Erfindung auch bei einem Wechselspannung/Gleichspannung-Span­ nungsumsetzer angewandt werden.

Bei der Erfindung ist für mehrphasige Spannungsquellen jede Grundeinheit in einer Gruppe von Grundeinheiten für jede Phase dadurch aufgebaut, daß ein Glättungskondensator zu einem Umsetzungsmodul oder zu einer Parallelschaltung mehre­ rer Umsetzungsmodule parallelgeschaltet ist, und es exis­ tiert auch eine Parallelschaltung der Grundeinheiten inner­ halb einer Gruppe. Ferner sind kleine Leitungs-Streuimpedan­ zen in jeder der Grundeinheiten angeordnet, und zwei aus­ schließliche Leitungen (auf der positiven und der negativen Seite), die mit großen Leitungs-Streuimpedanzen einhergehen, sind zwischen den jeweiligen Grundeinheiten und einer Gleichspannungsquelle angeordnet. Da die mit einer großen Streuimpedanz einhergehenden ausschließlichen Leitungen einen Nicht-Wechselwirkungsmechanismus bilden, durch den die Ladespannung an jedem Glättungskondensator eine unabhängige Änderung erfahren kann, und da Änderungen der Ladespannung am Glättungskondensator die Spannung an einem anderen Glät­ tungskondensator nicht beeinflussen, sind durch den Nicht-Wech­ selwirkungsmechanismus Ströme ausgeglichen, wie sie in den Umsetzungsmodulen in den Grundeinheiten fließen. So kann durch die Erfindung ein Spannungsumsetzer mit mehreren Par­ allelschaltungen mit großer Leistung erzielt werden.

Ferner kann, da ausschließliche Leitungen, von denen jede mit einer großen Streuimpedanz einhergeht, zwischen Grund­ einheiten und Gleichspannungsanschlüssen angeordnet sind, und da diese Leitungs-Streuimpedanzen so wirken, daß Ströme in den Grundeinheiten ausgeglichen werden, ein billiger Spannungsumsetzer mit mehreren Parallelschaltungen erhalten werden.

Claims (9)

1. Halbleiter-Spannungsumsetzer zum Umsetzen einer Gleich­ spannung in eine mehrphasige Wechselspannung, oder umge­ kehrt, mit mehreren Umsetzungsmodulen (10UP, 10UN), von de­ nen jedes aus Gruppen von in Reihe geschalteten, selbstab­ schaltenden Halbleiter-Schaltelementen besteht, die auf der positiven bzw. negativen Seite angeordnet sind, und wobei die beiden Seitenanschlüsse jedes Umsetzungsmoduls mit einem positiven und einem negativen Gleichspannungsanschluß ver­ bunden sind, wobei der Verbindungsmittelpunkt jedes Umset­ zungsmoduls mit einem Anschluß für jede Phase der mehrpha­ sigen Wechselspannung verbunden ist, gekennzeichnet durch:

• - mehrere Grundeinheiten (7U1, 7U2, 7U3), von denen jede einen oder mehrere Umsetzungsmodule in Parallelschaltung aufweist, wobei ein Glättungskondensator (11U1, 11U2, 11U3) parallel zu den beiden Seiten jedes Umsetzungsmoduls ge­ schaltet ist, und wobei eine Gruppe der mehreren Grundein­ heiten für jede Phase parallelgeschaltet ist;
• - wobei zwischen einer Grundeinheit und den Gleichspannungs­ anschlüssen große Leitungs-Streuimpedanzen ausschließlich für die jeweilige Grundeinheit vorhanden sind, während klei­ ne Leitungs-Streuimpedanzen zwischen den Umsetzungsmodulen und dem Glättungskondensator in jeder Grundeinheit vorhanden sind (Fig. 3, 5, 6).

2. Halbleiter-Spannungsumsetzer zum Umsetzen einer Gleich­ spannung in eine mehrphasige Wechselspannung, oder umge­ kehrt, mit mehreren Umsetzungsmodulen (10UP, 10UN) vom Neu­ tralpunktklemmungs-Typ, von denen jedes jeweils eine Gruppe von in Reihe geschalteten, selbstabschaltenden Halbleiter-Schalt­ elementen auf der positiven Seite bzw. der negativen Seite aufweist, wobei Klemmdioden (31UP, 31UN) seriell den Verbindungsmittelpunkt der Gruppe auf der negativen Seite mit dem Verbindungsmittelpunkt der Gruppe auf der negativen Seite innerhalb jeder Grundeinheit verbinden, und wobei die beiden Seitenanschlüsse in jedem der Umsetzungsmodule mit den Gleichspannungsanschlüssen verbunden sind, der Verbin­ dungsmittelpunkt der Klemmdioden, wie mit den Umsetzungsmo­ dulen in jeder Grundeinheit verbunden, mit einem Neutralpunktanschluß verbunden ist, und der Verbindungsmittelpunkt der Umsetzungsmodule in jeder Grundeinheit mit einem Anschluß verbunden ist, wie er einer jeweiligen Phase der mehrphasigen Wechselspannung entspricht, gekennzeichnet durch:

• - mehrere Grundeinheiten (8U1, 8U2), von denen jede einen oder mehrere Umsetzungsmodule in Parallelschaltung aufweist, wobei eine Gruppe von in Reihe geschalteten Glättungskonden­ satoren (11UP, 11UN) parallel zu den beiden Seiten der Modu­ le geschaltet ist, und wobei der Verbindungsmittelpunkt der Gruppe in Reihe geschalteter Glättungskondensatoren als Neutralpunktanschluß des Umsetzungsmoduls verwendet ist und Gruppen der mehreren Grundeinheiten für jede Phase zueinan­ der parallelgeschaltet sind;
• - wobei zwischen einer Grundeinheit und den Gleichspannungs­ anschlüssen große Leitungs-Streuimpedanzen ausschließlich für die jeweilige Grundeinheit vorhanden sind, während klei­ ne Leitungs-Streuimpedanzen zwischen den Umsetzungsmodulen und dem Glättungskondensator in jeder Grundeinheit vorhanden sind (Fig. 9).

3. Spannungsumsetzer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes selbstabschaltende Halb­ leiter-Schaltelement durch ein PWM-Verfahren angesteuert wird.

4. Spannungsumsetzer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichspannungs-Eingangs­ signal an den Gleichspannungsanschlüssen in eine mehrphasige Wechselspannung umgesetzt wird und eine mehrphasige Wechsel­ spannungslast (3) mit Ausgangsanschlüssen für die mehrphasi­ ge Wechselspannung verbunden ist.

5. Spannungsumsetzer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die großen Leitungs-Streuimpe­ danzen in jeder Grundeinheit (7U1, 7U2, 7U3) näher am Glät­ tungskondensator (11U) als an der Gruppe von Umsetzungsmodu­ len (10U) liegen.

6. Spannungsumsetzer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine große Leitungs-Streuimpe­ danz, wie sie ausschließlich für jede Grundeinheit (7U1, 7U2 7U3) vorliegt, zwischen dieser Grundeinheit und einem Anschluß für eine jeweilige Phase unter den Wechselspannungs­ anschlüssen vorhanden ist.

7. Spannungsumsetzer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gatewiderstand (12U) für den Gateanschluß jedes selbstabschaltenden Halbleiter-Schalt­ elements an einer Position nahe diesem Gateanschluß in einer Leitung vorhanden ist, die dazu dient, den Gateanschluß mit einem Torsignal-Erzeugungsteil zu verbinden, der Torsignale erzeugt und an den Gafeanschluß liefert.

8. Spannungsumsetzer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Gateempfindlichkeits-Kompensationswiderstand (21U) mit kleinerem Widerstandswert als dem des Gatewider­ stands (12U) zwischen zwei Gateanschlüssen jeweils zweier parallelgeschalteter Schaltelemente in jeder Gruppe von Um­ setzungsmodulen (10U) vorhanden ist, die in jeder Grundein­ heit (20U1, 20U2) parallelgeschaltet sind.

9. Spannungsumsetzer nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundeinheiten (7U1, 7U2, 7U3; 8U1, 8U2) mit zwei oder drei Pegeln betrieben werden.