DE4439932A1

DE4439932A1 - Wechselrichtervorrichtung

Info

Publication number: DE4439932A1
Application number: DE19944439932
Authority: DE
Inventors: Takao Kawabata; Hidenori Kohmo; Masahiko Akamatsu
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Toshiba Mitsubishi Electric Industrial Systems Corp
Priority date: 1993-11-09
Filing date: 1994-11-08
Publication date: 1995-05-11
Anticipated expiration: 2014-11-09
Also published as: CN1041780C; DE4439932C2; JP3352182B2; CN1102919A; JPH07135797A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wechselrich ter, der ein Element in einer Ausführung mit selbsttätiger Lichtbogenlöschung, wie zum Beispiel einen Transistor oder einen GTO-Thyristor (Gate-Abschalt- bzw. Gate-turn-off-Thy ristor) verwendet, und insbesondere eine Wechselrichtervor richtung, die als Vielfach-Wechselrichter bezeichnet wird und zum Ansteuern eines Wechselstrommotors, wie zum Bei spiel eines Asynchronmotors oder eines Synchronmotors, ver wendet wird, der eine Betriebsart verwendet, in welcher die Ausgangssignale einer Vielzahl von Wechselrichtern zusam mengesetzt werden, um die Ausgangsleistung zu erhöhen und die höheren Harmonischen in der Ausgangsspannungswellenform zu reduzieren.

Die Fig. 8A und 8B zeigen schematische Anordnungen eines herkömmlichen einen GTO-Thyristor verwendenden Viel fach-Wechselrichters zum Ansteuern eines Wechselstrommo tors.

In den Darstellungen stellen die durch vereinfachte Kä sten gezeigten Wechselrichter 40, 41 typische Dreiphasen- Zweipegel-Wechselrichter dar, wie sie in Fig. 9A gezeigt sind.

Fig. 8A zeigt einen Vielfach-Wechselrichter, der Strom von einer Gleichstromquelle 44 in den zwei den GTO-Thyri stor verwendenden Zweipegel-Wechselrichtern 40 und 41 in Spannungsausführung in Wechselstrom wandelt und die sich ergebenden Ausgangssignale an den Sekundärseiten von Über tragern 42 und 43 seriell zusammensetzt. Ein bevorzugtes Verfahren, die höheren Harmonischen in einer Ausgangsspan nungswellenform zu reduzieren, besteht darin, eine Schalt frequenz des GTO-Thyristors von ungefähr 500 Hz bezüglich einer Ausgangssignalfrequenz des Wechselrichters, die sich von 0 bis 50 Hz erstreckt, auszuwählen und eine 180°-Pha senverschiebung zwischen den 500 Hz-Trägerwellen vorzuse hen, um das zeitliche Schaltverhalten der jeweiligen Wech selrichter zu bestimmen. In diesem Fall ist es möglich, eine ausgezeichnete Ausgangsspannungswellenform zu liefern. Wenn die Frequenz des Ausgangssignals jedoch in der Nähe von 0 Hz liegt, kann eine ausreichende Ausgangsspannung aufgrund der Sättigung des magnetischen Flusses des Trans formators nicht erreicht werden. Es ist somit nicht mög lich, für Frequenzen des Ausgangssignals von 5 Hz oder we niger, ein ausreichendes Drehmoment sicherzustellen. Des weiteren benötigt eine solche Vorrichtung zwei Transforma toren, was zu den Problemen eines hohen Preises und einer großen Abmessung führt. Außerdem hat die Vorrichtung darin einen Vorteil, daß der Wechselrichter eine Hochspannung von 3 oder 6 kV ausgeben kann, um die Hochspannung an einen Elektromotor anzulegen. Deshalb wird die Vorrichtung häufig als ein Wechselrichter verwendet, der eine Hochdruckpumpe oder einen Kompressor ansteuert, kann aber in dem Fall nicht verwendet werden, bei dem eine ausgezeichnete Aus führbarkeit der Drehmomentsteuerung in der Nähe von 0 Hz wichtig ist, um zum Beispiel ein Walzwerk für Eisen oder Stahl zu betreiben.

Es gibt ein anderes Verfahren, das für den Fall geeig net ist, bei dem eine ausgezeichnete Ausführbarkeit der Drehmomentsteuerung in der Nähe von 0 Hz wichtig ist, um zum Beispiel ein Walzwerk für Eisen oder Stahl zu betrei ben. In den letzten Jahren hat sich die Aufmerksamkeit auf eine Schaltung, wie in Fig. 8B gezeigt, gerichtet, das ein Verfahren für Vielfach-Wechselrichter durchführt, mit dem eine ausreichende Ausgangsspannung bei einer Frequenz des Ausgangssignals in der Nähe von 0 Hz erzielt werden kann. Aktive Forschung und Entwicklung sind bei dieser Schaltung fortgeschritten, wie zum Beispiel aus "Mass Storage GTO Drive System Realizing Higher Power Factor and More Re duction of Higher Harmonics" Hitachi Hyoron, Band 75, Seite 31-34 (1993-5) hervorgeht.

In der Schaltung werden Saugdrosseln 45, 46 und 47 ver wendet, um die Ausgangssignale aus den zwei den GTO-Thyri stor verwendenden Dreiphasen-Zweipegel-Wechselrichtern 40, 41 in Spannungsausführung zusammenzusetzen. Es ist hier möglich, die höheren Harmonischen in der Ausgangsspannung zu reduzieren, indem eine 180°-Phasenverschiebung zwischen den Trägerwellen der Wechselrichter bezüglich der Schalt frequenz des GTO-Zhyristors von ungefähr 500 Hz vorgesehen wird, um ein wechselndes Schalten der beiden Wechselrichter zu erlauben. In dieser Schaltung wird nur eine einer Pha sendifferenz zwischen den beiden Trägerwellen entsprechende Spannung an die Saugdrosseln angelegt während keine Aus gangsgrundwellenkomponente angelegt wird. Infolgedessen ist eine Sättigung des magnetischen Flusses der Drosselspulen selbst dann kaum zu befürchten, wenn sich die Frequenz des Ausgangssignals in der Nähe von 0 Hz befindet, und es ist möglich, eine ausreichende Ausgangsspannung zu liefern.

Eine derartige Vorrichtung kann eine ausgezeichnete Ausgangsspannungswellenform liefern und kann auch in einem Niederfrequenzbereich ein ausreichendes Drehmoment sicher stellen. Da die Vorrichtung drei Saugdrosseln benötigt, er geben sich jedoch die Probleme eines hohen Preises, einer großen Abmessung, einer hohen Verlustleistung und eines elektromagnetischen Rauschens aufgrund der an die Drossel spulen angelegten Schaltspannungswellenform.

Desweiteren verursacht in einem Parallel-Vielfach-Wech selrichter, der die Saugdrosseln beinhaltet, unbalancier ter, bzw. unsymmetrischer Strom die Sättigung der Drossel spulen, die daher mehr unsymmetrischen Strom liefern, was zu einer Betriebsunfähigkeit führt. Außerdem ist es notwen dig, die gleichen Eigenschaften der Schaltungselemente, wie zum Beispiel des GTO-Thyristors, und eine Pulsweitenmodula tions- bzw. PWM-Steuerschaltung für die beiden Wechselrich ter vorzusehen und desweiteren ein Steuersystem für die Stromsymmetrie bereitzustellen, was zu einer komplexen und teuren Vorrichtung führt.

Ein herkömmlicher Vielfach-Wechselrichter zum Ansteuern eines Wechselstrommotors hat üblicherweise den zuvor darge legten Aufbau. Daher wird eine umfangreiche elektromagneti sche Ausstattung, wie zum Beispiel ein Transformator und eine Saugdrossel, benötigt, um das Ausgangssignal aus dem Wechselrichter zusammenzusetzen. Als Ergebnis ergeben sich Probleme einer Einbauanordnung, einer Wirkungsgradreduzie rung, des elektromagnetischen Rauschens, einer niedrigen wirtschaftlichen Ausbeute und so weiter. Somit ist die obige Schaltungsbetriebsart nicht die am besten geeignetste für einen Wechselrichter zum Betreiben eines Walzwerks für Eisen oder Stahl, wo tausende von Kilowatt benötigt werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zu grunde, einen Wechselrichter zu schaffen, mit dem es mög lich ist, die Ausgangssignale von zwei Wechselrichtern ohne eine Saugdrossel zusammenzusetzen und eine größere Spei cherkapazität und eine ausgezeichnete Ausgangsspannungswel lenform in einem Massenspeicher-Wechselrichter zum Ansteu ern eines Wechselstrommotors zu liefern. Weiterhin soll es die vorliegende Erfindung ermöglichen, auch in der Nähe von 0 Hz eine ausreichende Ausgangsspannung zu erzeugen, um ein gutes Drehmoment des Motors sicherzustellen. Desweiteren soll mit der vorliegenden Erfindung eine neue Betriebsart eines Vielfach-Wechselrichters geschaffen werden, in wel cher zwei Wechselrichter, die unterschiedliche Eigenschaf ten aufweisen, ohne ein komplexes Steuersystem verknüpfbar bzw. betreibbar sind, wodurch ein kleiner, wirtschaftli cher, hochwirksamer Wechselrichter ohne ein auf die Drosselspulen zurückzuführendes elektromagnetisches Rau schen erhalten wird.

Der erfindungsgemäße Vielfach-Wechselrichter beinhaltet eine Wechselrichter-Einheit, die einen in Fig. 9A gezeigten Dreiphasen-Zweipegel-Wechselrichter 50 oder einen in Fig. 9B gezeigten Dreipegel-Wechselrichter 51 verwendet. Demge mäß wird der Dreipegel-Wechselrichter im voraus beschrie ben. Fig. 9B zeigt eine Schaltung, die rückwärtsleitende GTO-Thyristoren verwendet. Schaltelemente S1, S2, S3 und S4 sind in Reihe zwischen einer positiven Elektrode P und einer negativen Elektrode N einer Gleichstromquelle ange schlossen, die einen neutralen Ausgangsanschluß aufweist. Ein Knoten zwischen S1 und S2 und ein Knoten zwischen S3 und S4 sind jeweils an den neutralen Anschluß der Gleich stromquelle über Dioden angeschlossen und ein Knoten zwischen S2 und S3 ist als ein Ausgangsanschluß U festge legt. Obgleich typische Zweipegel-Wechselrichter nur zwei Spannungspegel ausgeben können, z. B. positive und negative Spannung, kann diese Schaltung drei Spannungspegel ausge ben, wie folgt:

(a) Positives Potential der Gleichstromquelle, wenn S1 und S2 im EIN-Zustand sind;
(b) Nullpotential der Gleichstromquelle, wenn S2 und S3 im EIN-Zustand sind; und
(c) Negatives Potential der Gleichstromquelle, wenn S3 und S4 im EIN-Zustand sind.

Als Ergebnis kann ein Dreiphasen-Dreipegel-Wechselrich ter, der drei Sätze dieser Schaltungen beinhaltet, die hö heren Harmonischen in der Ausgangsspannung besser reduzie ren, als ein typischer Zweipegel-Wechselrichter.

Der in der Schaltung eingesetzte rückwärts leitende GTO- Thyristor stellt ein Leistungshalbleiterelement dar, in welchem ein typischer GTO-Thyristor und eine in Rückwärts richtung parallelgeschaltete Diode gemeinsam auf einem Si liziumwafer untergebracht sind und das durch ein Symbol, wie es in der Zeichnung gezeigt ist, dargestellt ist. Es versteht sich, daß andere Arten von Leistungshalbleiterele menten, wie zum Beispiel ein rückwärtssperrender GTO-Thyri stor oder ein IGBT zusammen mit der in Rückwärtsrichtung parallelgeschalteten Diode verwendet werden können. Da in Fig. 9 sowohl der Dreipegel-Wechselrichter, als auch der Zweipegel-Wechselrichter als Dreiphasen-Wechselrichter in Spannungsausführung dienen kann, werden zum Zwecke der Ver einfachung in den Darstellungen beide Schaltungen wie mit den in den Fig. 10A, 10B, 10C, 10D und 10E gezeigten Kästen dargestellt. Fig. 10A zeigt einen typischen Wechsel richter in Spannungsausführung, Fig. 10B zeigt einen GTO- Wechselrichter und Fig. 10C zeigt einen IGBT-Wechselrich ter. Ähnlich zeigt Fig, 10D eine Dreiphasenbrückenschal tung, die eine Diode beinhaltet, und Fig. 10E zeigt eine Dreiphasenbrückenschaltung, die einen Thyristor beinhaltet.

Obgleich der Dreipegel-Wechselrichter den neutralen An schluß der Gleichstromquelle benötigt, kann in Betracht ge zogen werden, daß der Wechselrichter einen Kondensator be inhaltet, der einen neutralen Punkt bildet. Deshalb ist der neutrale Punkt zweckmäßigerweise weggelassen und ein Kasten, wie in Fig. 10A bis 10E gezeigt, stellt den Drei phasen-Wechselrichter in Spannungsausführung dar.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, beinhaltet der Wechselrich ter der vorliegenden Erfindung eine Ankerwicklung in offe ner Dreieckschaltung, um die Ausgangssignale von zwei Drei phasen-Brückenwechselrichtern zusammenzusetzen. Desweiteren ist ein erster Wechselrichter an den Seiten von Anschlüssen U₁, V₁ und W₁ angeschlossen und ein zweiter Wechselrichter ist an den Seiten von Anschlüssen U₂, V₂ und W₂ angeschlos sen.

Dieser Aufbau ist mit Ausnahme von zwei Gleichstrom quellen dem einer solchen Schaltung ähnlich, die zum Bei spiel für eine in Fig. 11 gezeigte unterbrechungsfreie Stromversorgung verwendet wird. Gemäß Fig. 11 werden Ausgän ge von Einphasen-Brückenwechselrichtern 20, 21 und 22 in einer Sternverbindung der Sekundärwicklungen der Einphasen transformatoren 23, 24 und 25 miteinander verbunden, wo durch eine höhere Harmonische dritter Ordnung von der Aus gangsspannung beseitigt wird. Die Schaltungsanordnung in Fig. 11 kann als eine weitere Schaltungsanordnung darge stellt werden, die zwei Dreiphasen-Brückenwechselrichter beinhaltet. Jedoch kann dieser Aufbau aufgrund der folgen den Probleme nicht zum Ansteuern eines Motors verwendet werden.

Das heißt, ein idealer Pulsweitenmodulations-Einphasen wechselrichter (PWM-Einphasenwechselrichter), der eine aus reichende Anzahl von Pulsen aufweist, kann nur Sinuswellen- Spannungen ausgeben, deren Spitzenwert durch die Gleich stromquellenspannung, die an den Wechselrichter angelegt wird, beschränkt ist. Somit kann ein Ausgangseffektivwert als EO_MAX= E_D/1.414, wobei E_D die Spannung einer Gleich stromquelle 29 ist, ausgedrückt werden.

Jedoch kann, wie in Fig. 12A gezeigt, eine Reduzierung von 16% im Spitzenwert eines Spannungsbefehls bzw. Span nungsansteuersignals durch das Addieren von ungefähr 16% der höheren Harmonischen dritter Ordnung zur Spannungs-An steuersignaleinspeisung an den Wechselrichter realisiert werden. Als Ergebnis verursacht ein Anstieg von 16% in einer Grundwellenkomponenete des Spannungsansteuersignals keine Spannungssättigung, was zu einem erweiterten Ausnut zungsgrad des Wechselrichters führt.

Im Hinblick auf ein wirtschaftliche Ausführung ist die Reduzierung von 16% so wichtig, daß ein Überlagern einer höheren Harmonischen dritter Ordnung ein wesentliches Ent wurfsverfahren im Dreiphasen-Wechselrichter ist.

Das Überlagern einer höheren Harmonischen dritter Ord nung kann phasengleiche höhere Harmonische dritter Ordnung in der Ausgangsspannung aus den Wechselrichtern liefern, die unterschiedliche Phasen aufweisen. Dann kann, wie in Fig. 11 gezeigt, die Sternverbindung der Sekundärwicklungen der Transformatoren die höheren Harmonischen dritter Ord nung aus dem Ausgangssignal beseitigen. Wenn ein typischer Dreiphasen-Dreischenkelkern als Ausgangstransformator ver wendet wird, werden phasengleiche magnetomotorische Kräfte von höheren Harmonischen dritter Ordnung, die unterschied liche Phasen aufweisen, an den Schenkeln erzeugt. Die pha sengleichen magnetomotorischen Kräfte verursachen nachtei ligerweise einen großen Streufluß, einen Wirbelstromfluß in der äußeren Beschaltung und erzeugen Rauschen. Gemäß Fig. 11 kann eine typische Ausführung daher die drei Einphasen transformatoren oder einen Dreiphasen-Fünfschenkelkern be inhalten, um zwei Stränge als Pfade für den magnetischen Fluß der höheren Harmonischen dritter Ordnung zu verwenden.

Bei einem Motor ist es jedoch nicht möglich, eine Aus führung zu verwenden, bei dem ein Pfad für den magnetischen Fluß der höheren Harmonischen dritter Ordnung bereitge stellt wird. Infolgedessen ist es nicht möglich, eine Schaltung zu verwenden, die die Ankerwicklung in offener Dreieckschaltung und drei Einphasen-Brückenwechselrichter beinhaltet, das heißt, eine Kombination der zwei Dreipha sen-Brückenwechselrichter beinhaltet. In Fig. 11 bezeichnen die Bezugszeichen 26, 27 und 28 Ausgangs-Filterkondensato ren.

In einem wie in Fig. 12B gezeigten typischen Dreipha sen-Brückenwechselrichter, der zum Ansteuern eines Motors verwendet wird, wird die höhere Harmonische dritter Ordnung zu Ansteuersignalen in den jeweiligen Phasen zur Verbesserung des Ausnutzungsgrads addiert, oder es wird eine Modulation, die viele Nullphasen-Spannungskomponenten beinhaltet, ver wendet, wie zum Beispiel eine Zweiphasenmodulation. In die sem Fall beinhaltet die Ausgangsspannung eine große pha sengleiche Spannungskomponente, die die höhere Harmonische dritter Ordnung beinhaltet, obgleich die höhere Harmonische dritter Ordnung zwischen den Ausgangsleitungen nicht vor handen ist.

Deshalb werden die Nullphasen-Spannungskomponenten der beiden Wechselrichter addiert, wenn eine Last mit offener Dreieckschaltung zwischen den beiden Dreiphasen-Brücken wechselrichtern, die eine gemeinsame Gleichstromquelle auf weisen, angeschlossen wird, und eine zu einer Betriebsunfä higkeit führende phasengleiche Stromkomponente fließt in der Ankerwicklung.

Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Gleichstromquelle für einen ersten Dreiphasen-Wechselrichter vollständig von einer Gleichstromquelle für einen zweiten Dreiphasen-Wech selrichter getrennt, wodurch eine phasengleiche Stromkompo nente, wie zum Beispiel eine höhere Harmonische dritter Ordnung, abgehalten wird zwischen den beiden Dreiphasen- Wechselrichtern zu fließen.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden, wie in Fig. 4 gezeigt, eine Gleichstromquelle für einen ersten Wechselrichter und eine andere Gleichstrom quelle für einen zweiten Wechselrichter durch eine Drossel spule, wie zum Beispiel eine Nullphasen-Drosselspule, die bezüglich eines phasengleichen Stroms dritter Ordnung eine hohe Impedanz aufweist, parallelgeschaltet. Dadurch ist es möglich eine phasengleiche Stromkomponente, wie zum Bei spiel die höhere Harmonische dritter Ordnung, auf ein sol ches Maß zu reduzieren, bei dem die phasengleiche Stromkom ponente keine größeren Probleme verursacht und gleichzeitig flexible Leistung für die beiden Gleichstromquellen zu lie fern. Dieses Verfahren kann eine wirtschaftliche Ausführung der Gleichstromquelle verwirklichen, die für Anwendungen verwendet wird, die eine kleine regenerative Leistung benö tigen.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung verwenden, wie in Fig. 5 gezeigt, ein erster Wechselrichter und ein zweiter Wechselrichter eine gemeinsame Gleichstrom quelle und eine Nullphasen-Drosselspule oder eine Gleich stromspule, die einen ausreichend großen Induktivitätswert aufweist, ist einem Gleichstromkondensator mindestens eines der Verstärker unter Verwendung positiver und negativer An schlüsse der gemeinsamen Stromquelle parallelgeschaltet, um bezüglich eines phasengleichen Stroms eine hohe Impedanz bereitzustellen. Daher ist es möglich, eine phasengleiche Stromkomponente, wie zum Beispiel die höhere Harmonische dritter Ordnung auf einen Bereich zu reduzieren, in dem die phasengleiche Stromkomponente keine größeren Probleme ver ursacht, und durch Verwendung einer einzigen Gleichstrom quelle ein wirtschaftliches System bereitzustellen.

Bei einem erfindungsgemäßen Vielfach-Wechselrichter zum Ansteuern eines Wechselstrommotors wird die Ausgangsspan nung durch eine Ankerwicklung in offener Dreieckschaltung in Serie zusammengesetzt und es wird eine Gleichstromquelle bereitgestellt, um den phasengleichen Strom dritter Ordnung zu reduzieren, der während der Zusammensetzung der Aus gangsspannung entsteht. Dadurch ist es möglich, selbst die Ausgangssignale von solchen Wechselrichtern, deren Spezifi kation vollkommen unterschiedlich ist, frei zusammenzu setzen, und folgende Vorteile zu erzielen:

(1) Es wird keine Saugdrossel benötigt und die Wick lung des Motors kann die Ausgangssignale der beiden Wech selrichter direkt zusammensetzen. Als Ergebnis ist es möglich, die Probleme des elektromagnetischen Rauschens der Saugdrosseln, der Verlustleistung, der Einbauanordnung und so weiter, zu überwinden. Desweiteren ist ein Massen speichermotor vorzuziehen, der eine höhere Spannung auf weist.

Außerdem ist es möglich, ein ausreichendes Drehmoment auch bei einer Ausgangsspannung von 0 Hz sicherzustellen und einen Ausnutzungsgrad durch Überlagern der höheren Har monischen dritter Ordnung zu erhöhen.

(2) In der vorliegenden Erfindung ist es möglich, ein Verfahren zu verwenden, bei dem die Trägerwellen außer Phase gebracht werden, um die Spannungswellenform zu ver bessern. Dies deshalb, weil die Spannung nach der Zusammen setzung und der Verbesserung der Wellenform direkt an den Motor angelegt wird, was zu einer Reduzierung einer wesent lichen Ursache des Rauschens führt.
(3) Die Wechselrichter, die verschiedene Spezifika tionen aufweisen, können so verknüpft werden, daß das Frei heitsmaß beim Entwurf erhöht werden kann. Insbesondere können Wechselrichter, die unterschiedliche Gleichspan nungen aufweisen, solange miteinander kombiniert werden, wie die Wechselrichter den gleichen Ausgangsstromnennwert aufweisen, wenn ein Wechselstrommotor, der eine Ankerwick lung in offener Dreieckschaltung aufweist, in Serie zu Wechselstromanschlüssen des ersten Wechselrichters und des zweiten Wechselrichters geschaltet ist. Infolgedessen ist es möglich, auf einfache Weise eine Reihe von Produkten be reitzustellen, die verschiedene Leistungstypen aufweist.
(4) Es ist möglich, die Lastenteilung in einer vor wärtseinspeisenden Weise nur durch das Spannungssignal zu steuern und den Bedarf nach einem komplexen Steuersystem zu eliminieren.
(5) Wenn die beiden Gleichstromquellen durch eine Nullphasen-Drosselspule miteinander parallelgeschaltet wer den, ist ein zweiter Einwegumrichter für solche Anwendungen ausreichend, die eine kleine regenerative Leistung benöti gen, was zu einem wirtschaftlichen System führt.
(6) In der Wechselrichtervorrichtung, die eine einzi ge Gleichstromquelle als eine gemeinsame Gleichstromquelle verwendet, ist es möglich, ein wirtschaftliches System be reitzustellen, wenn nur ein Umrichter eine Leistung bereit stellen kann, welche für einen Wechselrichter relativ kleiner Leistung ausreichend ist.

Die Erfindung nachfolgend anhand der Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 anhand eines Stromlaufplans ein erstes Ausfüh rungsbeispiel einer Wechselrichtervorrichtung der vorlie genden Erfindung;

Fig. 2 anhand eines Stromlaufplans einen Dreipegelwech selrichter, der als ein erster Wechselrichter dient, und einen Zweipegel-Wechselrichter, der als zweiter Wechsel richter im ersten Ausführungsbeispiel der Wechselrichter vorrichtung der vorliegenden Erfindung dient;

Fig. 3 anhand eines Stromlaufplans einen GTO-Thyristor, der den ersten Wechselrichter darstellt, und einen IGBT- Wechselrichter, der den zweiten Wechselrichter im ersten Ausführungsbeispiel der Wechselrichtervorrichtung der vor liegenden Erfindung darstellt;

Fig. 4 anhand eines Stromlaufplans ein zweites Ausfüh rungsbeispiel der Wechselrichtervorrichtung der vorliegen den Erfindung;

Fig. 5 anhand eines Stromlaufplans ein drittes Ausfüh rungsbeispiel der Wechselrichtervorrichtung der vorliegen den Erfindung;

Fig. 6 anhand eines Stromlaufplans ein Ausführungsbei spiel einer Steuerschaltung der Wechselrichtervorrichtung der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7A und Fig. 7B das Arbeitsprinzip der vorliegenden Erfindung, wobei in Fig. 7A die Ausgangsspannungen E₁ und E₂ der ersten und zweiten Wechselrichter durch räumliche Spannungsvektoren und wobei in Fig. 7B die Zusammenhänge zwischen zwei Wechselrichtern, die als Dreiphasenstrom quellen in Sternschaltung dargestellt sind, und Lasten zeigt;

Fig. 8A und Fig. 8B anhand von Stromlaufplänen die ty pischen Vielfach-Wechselrichter, die herkömmlicherweise als Wechselrichter zum Ansteuern eines Massenspeicher-Wechsel strommotors verwendet werden;

Fig. 9A und Fig. 9B anhand von Stromlaufplänen einen Dreiphasen-Zweipegel-Wechselrichter bzw. einen Dreipegel wechselrichter, die eine Komponente eines Vielfach-Wechsel richters der vorliegenden Erfindung darstellen;

Fig. 10A bis Fig. 10E erläuternde Ansichten für Block diagramme, in welchen mehrere Ausführungsarten der Drei phasenwechselrichter und -umrichter vereinfacht dargestellt sind;

Fig. 11 anhand eines Stromlaufplans ein Wechselrichter system, das drei Einphasen-Brücken zur Verwendung in einer unterbrechungsfreien Stromversorgung und dergleichen ver wendet; und

Fig. 12A ein Signaldiagramm, das erklärt, daß ein Spitzenwert einer Phasenspannung durch das Überlagern der Phasenspannung mit 16% einer höheren Harmonischen dritter Ordnung reduziert werden kann und Fig. 12B ein Diagramm, aus dem hervorgeht, daß die Leitungsspannung E_UV als Sinuswelle beschrieben werden kann, wenn der Dreiphasen-Wechselrichter einen solchen Wechselrichter beinhaltet, bei dem die höhere Harmonische dritter Ordnung, wie in Fig. 12A gezeigt, über lagert wird.

Fig. 1 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der vorlie genden Erfindung. Zwei GTO-Thyristoren verwendende Drei phasenwechselrichter 1 und 2 weisen jeweils einen Umrichter 3 bzw. 4 mit hohem Leistungsfaktor auf. Ferner ist ein Transformator TR6 vorgesehen, der zwei Sekundärwicklungen SW₁ und SW₂ als Stromquellentransformatoren für die einen hohen Leistungsfaktor aufweisenden Umrichter beinhaltet. Gleichstrom-Filterkondensatoren 7 und 8 sind zwischen den Wechselrichtern und Umrichtern angeordnet. Der Ausgang des Wechselrichters 1 ist an Anschlüsse U₁, V₁ und W₁ einer Ankerwicklung in offener Dreieckschaltung in einem Wechsel strommotor 5 angeschlossen. Andererseits ist der Ausgang des Wechselrichters 2 an Anschlüsse U₂, V₂ und W₂ ange schlossen.

Im Ausführungsbeispiel sind die beiden Wechselrichter ähnlich ausgeführt. Die Wechselrichter 1 und 2 erzeugen Ausgangsspannungssignale gegensätzlicher Polarität, die die gleiche Amplitude aufweisen, um den Motor mit Spannung zu versorgen, die eine Höhe aufweist, die dem zweifachen Wert einer gleichen Spannung entspricht.

In diesem Fall können die Wechselrichter 1 und 2 Zwei pegel-Wechselrichter oder Dreipegel-Wechselrichter sein. Wenn die Dreipegel-Wechselrichter und Dreipegel-Umrichter verwendet werden, ist der Gleichstromkondensator für beide gemeinsam und weist eine positive Seite, eine negative Seite und einen Zwischenanschluß auf, der für eine Klemm schaltung verwendet wird. Einer oder beide Umrichter können umkehrbare oder nicht umkehrbare Thyristerumrichter oder Diodenumrichter sein.

Eine Beschreibung des erfindungsgemäßen Prinzips der Ausgangssignalzusammensetzung wird nachfolgend gegeben. Für den Fall, daß ähnliche aufgebaute Wechselrichter verwendet werden, ist, wenn das Ausgangsspannungsansteuersignal des ersten Wechselrichters als E₁* = (E_u, E_V, E_W) definiert ist, das Ausgangsspannungsansteuersignal des zweiten Wechselrichters definiert als E₂* = (-E_U, -E_V, -E_W).

Als Ergebnis wird die folgende Spannung E_M an den Wech selstrommotor angelegt:

E_M = E₁* - E₂* = (E_U, E_V, E_W) - (-E_U, -E_V, -E_W) = (2E_U, 2E_V, 2E_W)

Somit wird die doppelte Spannung an die Ankerwicklung angelegt.

Für den Fall, daß verschiedene Arten von Wechselrich tern verwendet werden, ist, wenn das Ausgangs spannungsansteuersignal des ersten Dreipegelwechselrichters für 1<k<0 definiert ist als E₁* = (E_U, E_V, E_W), das Ausgangsspannungssteuersignal des zweiten Zweipegelwechsel richters definiert als E₂* = (-kE_U, -kE_V, -kE_W).

Als Ergebnis wird die folgende Spannung E_M an den Wech selstrommotor angelegt:

E_M = E₁* - E₂* = (E_U, E_V, E_W) - (-kE_U, -kE_V, -kE_W) = ((1 + k)E_U, (1 + k)E_V, (1 + k)E_W).

Somit wird die Ausgangsspannung an den beiden Wechsel richtern im Verhältnis 1: k festgesetzt, um die Ausgangs spannung kumulativ an den Motor anzulegen.

Dieser Fall ist in Fig. 7A gezeigt, in welcher die an die Wechselrichter angelegten räumlichen Spannungsansteuer signalvektoren entgegengesetzter Polarität sind und jeweils eine unterschiedliche Länge aufweisen.

Fig. 7B stellt die Wechselrichter als Stromquellen dar, die eine Sternverbindung aufweisen. Wie aus der Darstellung ersichtlich ist, befindet sich jede Phasenspannung des er sten Wechselrichters in Serienschaltung zu der des zweiten Wechselrichters. Es ist leicht verständlich, daß beide Spannungsansteuersignale von entgegengesetzter Polarität sind, um eine kumulative Ausgangsspannung zu liefern. Des weiteren versteht es sich auch, daß selbst dann kein Strom vorhanden ist, wenn die Phasenspannungen eine phasengleiche Komponente der höheren Harmonischen dritter Ordnung bein halten.

Nachfolgend wird ein zweites Ausführungsbeispiel be schrieben, wobei zunächst eine Beschreibung einer in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Steuer schaltung gegeben wird. Da eine typische Schlupffrequenz- Steuerbetriebsart als eine Vektorsteuerbetriebsart verwen det wird, wird deren detaillierte Beschreibung hier wegge lassen. Im Ausführungsbeispiel wird ein Drehzahlsignal nF von einem Pulsdrehzahlmesser 11 erhalten, der die Drehzahl eines Motors erfaßt, und eine Differenz zwischen dem Dreh zahlsignal nF und einem Ansteuersignal nR einer Drehzahlan steuersignal-Schaltung 118 wird an eine Drehzahl-Steuer schaltung 117 angelegt. Die Drehzahl-Steuerschaltung 117 speist einen Drehmomentstromansteuersignal i_q* in eine q-Achsen-Stromsteuerschaltung 113 ein. Desweiteren speist eine Erregerstromansteuersignal-Steuerschaltung 116 ein Erregerstromansteuersignal i_d* in eine d-Achsen-Strom steuerschaltung 112 gemäß einer Geschwindigkeit ein. Die d- Achsen-Stromsteuerschaltung 112 und die q-Achsen-Strom steuerschaltung 113 erzeugen einen d-Achsen- Spannungsansteuersignal E_d* und einen q-Achsen- Spannungsansteuersignal E_q* an den Wechselrichtern, um die Stromansteuersignale an Rückwirkungssignale i_d, i_q anzupassen, die durch Transformieren des Dreiphasen-Anker wicklungsstroms in d-Achsen- und q-Achsen-Ankerwick lungstrom in einer Dreiphasen/dq-Transformationsschaltung 114 erzielt werden. Eine Spannungsverteilungs-, bzw. Spannungsteiler-Steuerschaltung 111 weist typischerweise die Hälften der Spannungsansteuersignale den Wechselrichtern 1 und 2 zu.

Andererseits stellt die Schlupffrequenz -Einstellvor richtung 115 abhängig von einem Signal aus der Drehzahl- Steuerschaltung eine Schlupffrequenz f_S ein, die dem Solld rehmoment entspricht. Die Schlupffrequenz f_S wird zu einer Pulsfrequenz f_M addiert, die einer Motordrehzahl ent spricht, und die resultierende Frequenz wird zum Bestimmen einer Ausgangsfrequenz des Wechselrichters als ein Fre quenzsignal f = f_M + f_S an einen Zähler angelegt. Der Zäh ler weist einer Speicherkapazität von ungefähr 12 Bit auf. Ein Wellenformspeicher 109 dient als ein Nur-Lese-Speicher, in welchem eine Sinuswellenform und eine Cosinuswellenform gespeichert sind, und der Wellenformspeicher 109 wird gemäß der gezählten Anzahl gelesen, um eine Periode der Sinus wellenform oder Cosinuswellenform für jeden Zyklus des Zäh lers zu erzielen. Die Referenzwellenform wird in dq/Dreiphasen-Koordinatentransformationsschaltungen 106 und 107 verwendet, um die d-Achsen- und q-Achsen-Spannungs ansteuersignale der ersten und zweiten Wechselrichter in Dreiphasenspannungsansteuersignale zu transformieren und die Spannungsansteuersignale an Pulsweitenmodulations- bzw. PWM-Schaltungen 102 und 103 anzulegen.

Eine Schaltung 119 zur Erzeugung einer höheren Harmoni schen dritter Ordnung gibt gemäß der gezählten Anzahl eine höhere Harmonische dritter Ordnung aus, um den Ausnutzungs faktor der Ausgangsspannung im Wellenformspeicher 109 zu erhöhen, in welchem die Sinuswellenform der höheren Harmo nischen dritter Ordnung aufgezeichnet ist, und legt die hö here Harmonische dritter Ordnung an die PWM-Schaltungen 102 und 103 an.

Andererseits erzeugt ein Oszillator 108 Takte, um modu lierte Träger in Trägerwellenschaltungen 104 und 105 zu er zeugen. In dem Ausführungsbeispiel ist eine Phasendifferenz von 180° zwischen einer Trägerwelle aus der Schaltung 104 und einer Trägerwelle aus der Schaltung 105 vorgesehen und die Wechselrichter 1 und 2 werden wechselweise umgeschal tet, um eine Ausgangswellenform zu verbessern.

Die Spannungsansteuersignale für die Wechselrichter werden wie zuvor beschrieben bereitgestellt und werden an die PWM-Schaltungen 102 und 103 angelegt, um die Wechselrichter über Verknüpfungsschaltungen 100, 101 anzusteuern.

Wie im vorherigen Ausführungsbeispiel beschrieben, be nötigt die erfindungsgemäße Steuerschaltung desweiteren nur die Verknüpfungsschaltung 101, die PWM-Schaltung 103, die Trägerwellenschaltung 105 und die dq/Dreiphasen-Transforma tionsschaltung 107, was verglichen mit einer Steuerschal tung, die nur einen Wechselrichter beinhaltet, zu einem re lativ einfachem Aufbau führt. Außerdem wird die Steuer schaltung durch eine Vorwärts-Optimalwertregelung betrie ben, um kein Problem, wie zum Beispiel eine Steuerverzöge rung, hervorzurufen. Als Ergebnis ist es auf einfache Weise möglich, das gewünschte Leistungsvermögen zu erzielen.

Nachfolgend wird ein drittes Ausführungsbeispiel be schrieben, wobei in einer in Fig. 3 gezeigten Schaltung zum Beispiel ein erster Wechselrichter ein GTO-Wechselrichter ist, der eine Schaltfrequenz von 500 Hz aufweist und ein zweiter Wechselrichter ein IGBT-Wechselrichter ist, der eine Schaltfrequenz von 5 kHz aufweist. In diesem Fall wird die Spannung einer höheren Harmonischen durch den IGBT- Wechselrichter ausgelöscht, um einen Motor 5 mit Spannung zu versorgen, die eine nichtlineare Störung bzw. Verzerrung aufweist. Der GTO-Wechselrichter erzeugt eine Spannungs störung bzw. Spannungsverzerrung wie folgt:

[Spannungsverzerrung] = [Ausgangsspannungsmomentanwert] - [Spannungsansteuersignalwert]

Somit werden die d-Achsen- und q-Achsen- Spannungsansteuersignale, die von einer Spannungsteiler- Steuerschaltung 111 an den Wechselrichter 1 angelegt werden, durch eine Koordinatentransformationsschaltung 106 in ein Dreiphasenspannungsansteuersignal transformiert und die von einer Spannungserfassungsschaltung 120 erfaßte Ausgangsspannung des Wechselrichters 1 wird von dem transformierten Ansteuersignalwert subtrahiert, um ein Spannungsstörungs- bzw. Spannungsverzerrungssignal zu liefern. Schließlich wird das Signal durch ein Filter 123 geleitet, um eine Hochfrequenzkomponente zu beseitigen, welcher der IGBT nicht folgen kann, und das Signal wird danach als ein Kompensationssignal an eine PWM-Schaltung 103 angelegt. Andererseits legt die Spannungsteiler- Steuerschaltung 111 ein Grundwellen-Spannungsansteuersignal über eine Koordinatentransformationsschaltung 107 an den IGBT-Wechselrichter an. Folglich wird das Kom pensationssignal zum Grundwellen-Spannungsansteuersignal addiert, um von der PWM-Schaltung 103 ein Span nungsansteuersignal für den IGBT-Wechselrichter zu liefern.

Infolgedessen ist es ausreichend, wenn die Kapazität bzw. Leistung des IGBT-Wechselrichters 10 bis 20% der Lei stung des GTO-Wechselrichters beträgt, wobei der IGBT-Wech selrichter den gleichen Stromnennwert wie der GTO-Wechsel richter benötigt. Daher ist ein Transformator TR10 an einem Ausgangsanschluß des IGBT-Wechselrichters angebracht, um den gleichen Stromnennwert zu liefern. Um eine Sättigung des Transformators bei Ausgangsfrequenzen von 5 Hz oder we niger zu vermeiden, teilt die Spannungsteiler-Steuerschal tung 111 die Spannung so, daß der GTO-Wechselrichter 1 das Grundwellenausgangssignal ausgibt und der IGBT-Wechselrich ter nur die Kompensation der höheren Harmonischen durch führt.

Das Bezugszeichen 121 bezeichnet eine Vektorsteuer schaltung, deren wesentliche, für die Vektorsteuerung vor gesehene Gruppen aus praktischen Gründen vereinfacht sind. In Fig. 3 bezeichnet Bezugszeichen 123 die Filterschaltung, die zur Beseitigung der hohen Frequenzkomponenten dient.

Nachfolgend wird ein viertes Ausführungsbeispiel be schrieben, wobei eine Beschreibung einer Betriebsart, in welcher veränderbarer Strom an die beiden Umrichter 3 und 4 ohne eine Isolation zwischen den beiden Umrichtern 3 und 4 geliefert werden kann, unter Bezugnahme auf eine in Fig. 4 gezeigte Schaltung folgt. Im Ausführungsbeispiel ist der Umrichter 3 ein Umrichter mit hohem Leistungsfaktor und der Umrichter 4 ist ein Thyristorumrichter. Im Ausführungsbei spiel sind die Wechselrichter 1 und 2 ähnlich ausgeführt und werden so betrieben, daß sie die gleiche Ausgangsspan nung liefern. Die beiden Umrichter sind durch eine Nullpha sen-Drosselspule 9 parallelgeschaltet, um einen phasen gleichen Strom dritter Ordnung zu reduzieren. Während der Stromaufnahme erhält der Umrichter 3 den Strom des Wechsel richters 1 und der Umrichter 4 erhält den Strom des Wech selrichters 2. Folglich liefern die beiden Umrichter das gleiche Ausgangsspannungsansteuersignal und der Gleichstrom des Wechselrichters 1 und der Gleichstrom des Wechselrich ters 2 werden vorwärts dem Umrichter 1 bzw. dem Umrichter 2 als Stromansteuersignale zugeführt.

In einer Generator- bzw. Rückspeisungsbetriebsart kann der Umrichter 2 nicht soweit zurückgespeisen, daß der Strom auf 0 eingestellt wird, wobei der Strom des Wechselrichters 2 zusammengesetzt wird, um den Rückspeisungsbetrieb durch den Umrichter 1 durchzuführen. In diesem Fall wird umge kehrter Gleichstrom über der Nullphasen-Drosselspule ausge löscht, was dazu führt, daß im Betrieb der Nullphasen-Drosselspule kein Problem auftritt.

In beiden Wechselrichtern beinhaltet eine Nullphasen komponente der Ausgangsspannung hauptsächlich Spannung einer höheren Harmonischen dritter Ordnung. Obgleich eine Nullphasenkomponente durch die Nullphasen-Drosselspule ab sorbiert wird, läßt beispielsweise eine Änderung in einer GTO-Elementeigenschaft des Wechselrichters eine Gleichspan nungskomponente oder eine Niederfrequenzkomponenete in ge wissem Maße unregelmäßig variieren. Um den auf die Schal tungskomponenten zurückzuführenden Nullphasenstrom aufgrund der Elemente zu reduzieren, sind ein Nullphasen-Stromtrans formator 15, oder ein Hall-Element verwendet, und eine Null phasenstrom-Erfassungsschaltung 128 vorgesehen. Desweiteren steuert eine Nullphasenspannungs-Steuerschaltung 129 diffe rentiell die für die Wechselrichter 1 und 2 an die PWM- Schaltungen 102 und 103 angelegten Spannungsansteuersi gnale, um die Niederfrequenzkomponeneten des Nullphasen stroms zu reduzieren.

Anhand der Verwendung eines Hall-Stromtransformators kann in der Schaltung der Nullphasenstrom als Summe der drei Phasenströme auf der Wechselstromseite des Wechsel richters festgestellt werden. Desweiteren beziehen sich die Bezugszeichen 130 und 131 auf in Fig. 6 gezeigte Koordina tentransformationsschaltungen 106, 107, die die Funktions weise zum Erzeugen des an die PWM-Schaltungen des Wechsel richters angelegten Spannungsansteuersignals zeigen.

Als ein Beispiel einer besonderen Anwendung der vorlie genden Erfindung folgt eine Beschreibung eines Falls, in dem im Gegensatz zu räumlichen Spannungsvektoransteuersi gnalen entgegengesetzter Polarität räumliche Spannungsvek toransteuersignale, die verschiedene Größen und verschie dene Richtungen aufweisen, an die Wechselrichter angelegt werden. Wenn die entgegengesetzte Polarität des Spannungs ansteuersignals für einen zweiten Wechselrichter aus prak tischen Gründen positiv ist, wird die folgende Vektorsumme der Ausgangsspannung von den beiden Wechselrichtern an einen Motor angelegt: E₁ * + E₂ *.

Es wird vorausgesetzt, daß ein Ausgangsspannungsan steuersignal des ersten Wechselrichters als E₁* = (E_U1, E_V1, E_W1) definiert ist und ein Ausgangsspannungsansteuer signal des zweiten Wechselrichters als E₂ * = (E_U2, E_V3, E_W2) definiert ist.

In diesem Fall wird die folgende Spannung an einen Wechselstrommotor angelegt:

E_M = E₁* + E₂* = (E_U1, E_V1, E_W1) + (E_U2, E_V2, E_W2) = (E_U1+E_U2, E_V1+E_V2, E_W1+E_W2).

In diesem Fall ist es möglich, diejenige Betriebsart zu verwenden, bei der es gleichgültig ist, ob die beiden Wech selrichter ausführungsgemäß gleich oder unterschiedlich sind.

Zum Beispiel kann in der Vorrichtung, gemäß dem Ausfüh rungsbeispiel der Fig. 3, eine Gleichstromquelle des zwei ten Wechselrichters 2 keinen Umrichter und nur einen Kon densator aufweisen, um nur die Kompensation einer höheren Harmonischen durchzuführen. Zu diesem Zweck ist es ausrei chend, daß ein von einer Spannungsteiler-Steuerschaltung 111 an den Wechselrichter 2 angelegter Spannungsteileran steuersignal einfach auf Null eingestellt wird.

Wahlweise kann die Ausgangsspannungsverzerrung aufgrund einer Modulationsbetriebsart erhöht werden, oder die Span nung in der Nähe von Null kann bei einer niedrigen Frequenz aufgrund der Beschränkung auf die minimale Pulsweite eines GTO-Thyristors nicht einfach ausgegeben werden, und so wei ter. In solch einem Fall können die jeweiligen Wechselrich ter Nullspannung an den Motor anlegen, ohne die Nullspan nung auszugegeben.

Einige Modulationsbetriebsarten in einem Dreipegel- Wechselrichter können eine Stromleitungszeit einer bestimm ten Wechselrichterseite während des Ausgebens von Nieder pannung in der Nähe von 0 Hz übermäßig ausdehnen, was dazu führt, daß ein bestimmtes Element überlastet wird. Jedoch kann dieses Verfahren eine Stromkonzentration dadurch ver meiden, daß an die beiden Wechselrichter als ein gemein sames Vorspannungssignal ein Signal angelegt wird, das eine geeignete Größe von einigen Hertz aufweist, um die Nieder pannung in der Nähe von 0 Hz als eine Differenz dazwischen aus zugeben.

Da die Gleichstromquellenseite vollständig getrennt ist, wird in der in Fig. 1 gezeigten erfindungsgemäßen Schaltung der Ankerwicklungsstrom durch das Verwenden von Modulationsbetriebsarten, die viele Komponenten einer höhe ren Harmonischen dritter Ordnung zum Zweck eines erhöhten Ausnutzungsgrads des Wechselrichters aufweisen, nicht be einflußt.

Die Schaltung der vorliegenden Erfindung ist hauptsäch lich dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgangssignal der beiden Wechselrichter 1 und 2 ohne überflüssige Elemente, wie zum Beispiel eine Saugdrossel, oder ohne Gleichge wichtssteuerung des Stroms oder der Spannung selbsttätig zusammengesetzt werden kann. Somit ist es möglich, die Pro bleme des elektromagnetischen Rauschens aus der Saugdros sel, der Verlustleistung, einer Einbauanordnung und so wei ter zu überwinden. Während die Saugdrosselbetriebsart einen doppelten Strom verursacht, der den Nachteil eines überhöht großen Stroms für einen großen Elektromotor mit sich bringt, kann die Betriebsart der vorliegenden Erfindung eine doppelte Spannung liefern, was zu einer vorteilhaften Motorausführung führt.

Außerdem gibt es ein weiteres Verfahren, bei dem die Trägerwellen von den Wechselrichtern 1 und 2 phasenverscho ben werden und eine äquivalente Schaltfrequenz verdoppelt wird, um eine Ausgangsspannungswellenform zu verbessern. Falls dieses Verfahren in der Saugdrosselbetriebsart ver wendet wird, wird Spannung, die einer Trägerphasendifferenz entspricht, an die Drosselspule angelegt, was überhöhtes Rauschen verursacht. Jedoch ist dieses Verfahren für die Betriebsart der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, weil die Spannung nach der Zusammensetzung und Verbesserung der Wellenform an den Motor angelegt wird.

In einem Normalzustand wird die Hälfte der Spannung je dem der beiden Wechselrichter zugewiesen, aber es tritt selbst dann kein Problem auf, wenn das Verhältnis der Span nungszuweisung geändert wird. Folglich kann der Wechsel richter 1 auf unterschiedliche Weise als der Wechselrichter 2 ausgeführt werden und der erste Wechselrichter 1 kann ein Dreipegel-Wechselrichter und der zweite Wechselrichter kann ein Zweipegel-Wechselrichter sein, wie dies in Fig. 2 ge zeigt ist. Die Dreipegel-Wechselrichter und die Zweipegel- Wechselrichter verwenden die gleichen GTO-Thyristoren und der Dreipegel-Wechselrichter kann eine Spannung liefern, welche das doppelte der Spannung des Zweipegel-Wechselrich ters beträgt. Demzufolge kann eine Kombination des Dreipe gel-Wechselrichters und des Zweipegel-Wechselrichters eine Leistung bereitstellen, die das dreifache der Leistung des Zweipegel-Wechselrichters beträgt. Wahlweise ist es mög lich, die vierfache Leistung bereitzustellen, wenn zwei Dreipegel-Wechselrichter verwendet werden. Eine weitere Kombination der Wechselrichter ermöglicht eine Serie von Produkten, die eine Leistung im Verhältnis von 1 : 2 : 3 : 4 auf weisen und diese Produkte können allen Motoren, die unter schiedliche Größe aufweisen, angepaßt werden.

Im Stand der Technik wird typischerweise jeweils eine Gleichstromquelle für ein jeweiliges Wechselrichtersystem bereitgestellt , während zwei unabhängige Gleichstromquel len für ein Wechselrichtersystem bisher nicht in Erwägung gezogen wurden, da dies bedeutungslos schien. Obgleich das Zweistromversorgungssystem der vorliegenden Erfindung auf den ersten Blick unwirtschaftlich zu sein scheint, ist diese Betriebsart vorteilhaft, weil die Leistung der Gleichstromquelle zwei Umrichter erfordert, falls ein Massenspeichermotor-Antriebssystems entworfen wird, welches nicht einfach durch eine Parallelschaltung eines GTO-Thyri stors hergestellt werden kann.

Ein typischer Verwendungszweck der Wechselrichtervor richtung der vorliegenden Erfindung ist die Vektorsteuerung eines Asynchronmotors oder Synchronmotors durch den GTO- Wechselrichter zur Verwendung in einem Eisen- oder Stahl walzwerk. Es gibt weitere Verwendungszwecke, die eine Steuerung zum Antrieb eines Motors eines elektrisch ange triebenen Schiffs oder einer Elektrolokomotive beinhalten.

Wahlweise ist die Wechselrichtervorrichtung zum Ansteu ern einer Pumpe oder eines Kompressor geeignet, die durch eine Frequenz gesteuert werden, oder für einen einige hun dert Kilowatt aufweisenden IGBT-Wechselrichter eines Hoch geschwindigkeitsaufzugs geeignet.

Desweiteren kann die Wechselrichtervorrichtung auch zum Ansteuern einer Vielzahl von Motoren vorgesehen werden, so lange die Motoren eine Ankerwicklung in offener Dreieck schaltung beinhalten.

Vorstehend wurde eine Wechselrichtervorrichtung offen bart, die isolierte Gleichstromquellen beinhaltet, die ge trennt für einen ersten Wechselrichter und einen zweiten Wechselrichter bereitgestellt sind, zwei Gleichstromquel len, die positive und negative Anschlüsse aufweisen, die durch eine Drosselspule, wie zum Beispiel eine Nullphasen- Drosselspule, die eine hohe Impedanz zum Reduzieren des phasengleichen Stroms aufweist, parallelgeschaltet sind, oder eine gemeinsame Gleichstromquelle. Die Drosselspule zum Reduzieren des phasengleichen Stroms ist zwischen den positiven und negativen Gleichstromeingangsanschlüssen der beiden Wechselrichter angebracht, um den phasengleichen Strom davon abzuhalten, durch die Gleichstromseite zwischen den Wechselrichtern zu fließen. In der Wechselrichtervor richtung ist ein Motor, der eine Ankerwicklung mit offener Dreieckschaltung beinhaltet, zwischen Wechselstromausgangs anschlüssen des ersten Wechselrichters und des zweiten Wechselrichters in Serie geschaltet.

Claims

1. Wechselrichtervorrichtung, die Gleichstrom in Wechsel strom wandelt, um einen Wechselstrommotor anzusteuern, mit:
einer ersten Gleichstromquelle;
einer zweiten Gleichstromquelle, die im wesentlichen von der ersten Gleichstromquelle isoliert ist;
einem ersten Wechselrichter, der den Gleichstrom der ersten Gleichstromquelle in Wechselstrom wandelt;
einem zweiten Wechselrichter, der den Gleichstrom der zweiten Gleichstromquelle in Wechselstrom wandelt; und
einem Wechselstrommotor, der eine Ankerwicklung in of fener Dreieckschaltung beinhaltet, die zwischen einem Wech selstromausgangsanschluß des ersten Wechselrichters und ei nem Wechselstromausgangsanschluß des zweiten Wechselrich ters in Serie geschaltet ist.

2. Wechselrichtervorrichtung, die Gleichstrom in Wechsel strom wandelt, um einen Wechselstrommotor anzusteuern, mit:
ersten und zweiten Gleichstromquellen;
einer Drosselspule, die den positiven Anschluß der ersten mit dem positiven Anschluß der zweiten Gleichstromquelle und den negativen Anschluß der ersten mit dem negativen Anschluß der zweiten Gleichstromquelle verbindet;
einem ersten Wechselrichter, der Gleichstrom der er sten Gleichstromquelle in Wechselstrom wandelt;
einem zweiten Wechselrichter, der Gleichstrom der zweiten Gleichstromquelle in Wechselstrom wandelt; und einem Wechselstrommotor, der eine Ankerwicklung in of fener Dreieckschaltung beinhaltet, die zwischen einem Wech selstromausgangsanschluß des ersten Wechselrichters und ei nem Wechselstromausgangsanschluß des zweiten Wechselrich ters in Serie geschaltet ist.

3. Wechselrichtervorrichtung, die Gleichstrom in Wechsel strom wandelt, um einen Wechselstrommotor anzusteuern, mit:
einer gemeinsamen Gleichstromquelle;
einer Drosselspule, die an positive und negative An schlüsse der gemeinsamen Gleichstromquelle angeschlossen ist;
einem Kondensator, der zu einem Ausgangsanschluß der Drosselspule parallelgeschaltet ist;
einem ersten Wechselrichter, der Gleichstrom der ge meinsamen Gleichstromquelle in Wechselstrom wandelt;
einem zweiten Wechselrichter, der den am Kondensator anliegenden Gleichstrom in Wechselstrom wandelt; und
einem Wechselstrommotor mit einer Ankerwicklung in of fener Dreieckschaltung, die zwischen einem Wechselstromaus gangsanschluß des ersten Wechselrichters und einem Wechsel stromausgangsanschluß des zweiten Wechselrichters in Serie geschaltet ist.

4. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, bei der die Drosselspule eine hohe Impedanz bezüglich einer Nullphasen-Stromkomponente aufweist und als Nullphasen- Drosselspule dient, um eine Nullphasenstrom-Komponente dritter Ordnung zu reduzieren.

5. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die ersten und zweiten Wechselrichter Wech selrichter in Dreiphasen-Zweipegel-Spannungsausführung sind.

6. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die ersten und zweiten Wechselrichter Wech selrichter in Dreiphasen-Dreipegel-Spannungsausführung sind;

7. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der der erste Wechselrichter ein Wechselrichter in Dreiphasen-Dreipegel-Spannungsausführung ist und der zweite Wechselrichter ein Wechselrichter in Dreiphasen- Zweipegel-Spannungsausführung ist.

8. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, bei der die ersten und zweiten Wechselrichter eine Hochfre quenz-Pusweitenmodulationsbetriebsart verwenden, in welcher ein Element in einer Ausführung zum selbsttätigen Löschen eines Lichtbogens eine Vielzahl von Schaltvorgängen für je den Zyklus eines Wechselstromausgangssignals durchführt, wobei Trägerwellen, die die Schaltfrequenzen für die ersten und zweiten Wechselrichter bestimmen, die gleiche Frequenz aufweisen, und eine Phasendifferenz zwischen den Trägerwel len vorgesehen ist.

9. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der die ersten und zweiten Wechselrichter eine Hochfrequenz-Pulsweitenmodulationsbetriebsart verwenden, in welcher ein Element in einer Ausführung zum selbsttätigen Löschen des Lichtbogens eine Vielzahl von Schaltvorgängen für jeden Zyklus eines Wechselstromausgangssignals durch führt und der erste Wechselrichter eine Schaltfrequenz auf weist, die höher als die Schaltfrequenz des zweiten Wech selrichters ist.

10. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 1, mit:
einen Transformator, der eine an eine kommerzielle Stromquelle angeschlossene Primärwicklung und zwei iso lierte Sekundärwicklungen aufweist; und
einem ersten und zweiten Wechselrichter, die hochlei stungsfähige Umrichter beinhalten, denen die Sekundärwick lungen Wechselstrom zuführen.

11. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, bei der die erste Wechselstromquelle einen rückspeisenden Um richter aufweist, die zweite Wechselstromquelle einen Ein wegumrichter aufweist, der nicht rückgespeist werden kann, und der Motor eine Stromrückspeisung durch Verarbeiten von Rückspeisungsstrom in der ersten Wechselstromquelle durch führt.

12. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 1, bei der ei ne Spannung der ersten Gleichstromquelle niedriger einge stellt wird, als eine Spannung der zweiten Gleichstrom quelle, und der erste Wechselrichter eine Leistung auf weist, die geringer als die Leistung des zweiten Wechsel richters ist.

13. Wechselrichtervorrichtung nach Anspruch 8, bei der Vektoren der Ausgangsspannungsansteuersignale, die an den ersten Wechselrichter und den zweiten Wechselrichter ange legt werden, im wesentlichen die gleiche Höhe aufweisen und von entgegengesetzter Polarität sind, um eine Ausgangsspan nung aus den Wechselrichtern kumulativ an die Ankerwicklung anzulegen.

14. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem Vektoren der Ausgangsspannungsansteuersignale, die an den ersten Wechselrichter und den zweiten Wechselrichter angelegt werden, in ihrer Höhe und/oder ihrer Richtung ver schieden sind, und die durch die Differenz der Vektoren ge kennzeichnete Spannung an den Motor angelegt wird.

15. Wechselrichter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem die ersten und zweiten Wechselrichter eine Pulsweiten modulationsbetriebsart verwenden, in welcher die wechsel seitige Spannung zwischen dem ersten Wechselrichter und dem zweiten Wechselrichter eine höhere Harmonische dritter Ord nung beinhaltet, die höhere Harmonische dritter Ordnung in der Spannung zwischen den Ausgangsleitungen jedoch nicht vorhanden ist.

16. Wechselrichter nach Anspruch 9, bei dem der zweite Wechselrichter einen Ausgangsstromnennwert aufweist, der kleiner als der Ausgangsstromnennwert des ersten Wechsel richters ist, und der zweite Wechselrichter einen Transfor mator aufweist, um seinen Ausgangsstromnennwert an den Aus gangsstromnennwert des ersten Wechselrichters anzupassen.

17. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, mit:
einer Steuerschaltung zum Steuern eines Erregerstroms und Drehmomentstroms für den Wechselstrommotor; und
einer Spannungsteiler-Steuerschaltung zum Teilen und Anlegen eines Erreger-Achsenspannungsansteuersignals und eines Drehmoment-Achsenspannungsansteuersignals, die durch die Steuerschaltung erzeugt werden, an eine Modulations schaltung des ersten Wechselrichters und eine Modulations schaltung des zweiten Wechselrichters in einem vorbestimm ten Verhältnis.

18. Wechselrichtervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, mit:
einer Erfassungsschaltung zum Erfassen des Nullpha senstroms, der in der Drosselspule fließt und
einer Steuerschaltung zum Steuern einer Nullphasenkom ponente in einem Spannungsansteuersignal, das an den ersten Wechselrichter und/oder den zweiten Wechselrichter angelegt wird, um den Nullphasenstrom zu reduzieren.