JP3974417B2

JP3974417B2 - 電気エネルギーコンバータ、その使用方法およびその制御方法

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Publication number: JP3974417B2
Application number: JP2002028499A
Authority: JP
Inventors: カルベラージュジェラール; オーバンフィリップ
Original assignee: フェベレトランスポール
Priority date: 2001-02-05
Filing date: 2002-02-05
Publication date: 2007-09-12
Anticipated expiration: 2022-02-05
Also published as: BR0200298A; CA2370074A1; CN1374741A; EP1231704A3; US20020126511A1; CN1374741B; US6654266B2; DE60237325D1; EP1231704B1; JP2002315344A; HK1048896A1; ATE478465T1; EP1231704A2; CA2370074C

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の変圧器を直列および／または並列に連係させる電気エネルギーコンバータに関する。
【０００２】
【従来の技術】
直列または並列に変圧器を連係させるコンバータはすでに存在する。
【０００３】
かくして、文献米国特許第４,３３９,７０４号および米国特許第３,４１９,７８６号は、一次巻線および複数の二次巻線を含むコンバータについて記述している。該コンバータは交流電圧の供給を受ける。二次巻線は、各々直列接続されたダイオードを有する２本の導線に並列接続されている。かくして、２本の導線は、そのそれぞれのダイオードの間で二次巻線により相互接続されている。
【０００４】
文献米国特許第３,４１９,７８６に記述されているコンバータは、各導線上に、Ｎ個の二次巻線のためのＮ＋１個のダイオードを含む。その上、このコンバータは、各二次巻線と直列接続されたＮ個のスイッチを含む。
【０００５】
文献米国特許第４,３３９,７０４号の中で記述されているコンバータは、各導線上に、直列接続されたＮ＋２個のダイオードを含み、連続する二次巻線接続の間には２つのダイオードが設けられている。Ｎ−１個のスイッチが、連続して直列接続された２つのダイオードの間に２本の導線を接続している。
【０００６】
これらの２つのコンバータは、二次巻線を直列または並列に接続することによって、出力電圧を係数Ｎだけ変化させることを可能にしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらは、多数のスイッチの使用を必要とするという欠点を有し、一次回路の故障に対する耐性がない。
【０００８】
さらに、これらのコンバータは、直流入力電圧では機能できず、出力電圧の変化範囲は制限されたままである。
【０００９】
本発明は、少ない数のスイッチしか必要とせず、しかも同等のまたはより大きな出力電圧変化範囲を得ることを可能にする、単純な設計のコンバータを使用すること、そして単純な故障を許容することにより、これらの課題を解決しようとしている。
【００１０】
その上、本発明のコンバータは、交流または直流の、出力または入力電圧で機能することができる。
【００１１】
このため、本発明の第１の目的は、
１つの一次巻線および１つの二次巻線を各々含むＮ個の変圧器と、
変圧器の一次巻線が接続されている２つの入力端子に接続された一次回路と、変圧器の二次巻線が接続されている２つの出力端子に接続された二次回路と、を含む電気エネルギーコンバータを提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このコンバータは、その一次および二次回路の各々が、Ｎ個の一次巻線とＮ個の二次巻線とに接続された１組の切換え手段を含むこと、および一次または二次回路のうちの少なくとも１つの回路の切換え手段を制御するための手段が含まれ、該切換え手段は、制御手段を用いることによって直列および／または並列にＮ個の一次または二次巻線を連係することが可能となるように、接続されていることを特徴とする。
【００１３】
第一の変形形態においては、一次回路は、入力端子に給電する電流発生器を含み、二次回路は出力端子と並列に接続された電圧発生器を含む。
【００１４】
第二の変形形態においては、一次回路は、入力端子と並列に接続された電圧発生器を含み、二次回路は出力端子に接続された電流発生器を含む。
【００１５】
【発明の実施の形態】
一実施形態では、各一次または二次回路は、次の二重構成のうちの１つを採用することができる、すなわち：
第１の構成は、各々が少なくともＮ＋１個の直列の切換え手段を具備し、両方が一次または二次巻線によりそのそれぞれの切換え手段の間で相互接続されている、入力端子または出力端子の間に並列接続された２本の導線を含み、
第２の構成は、各々が少なくとも２個の直列の切換え手段を具備し、一次または二次巻線によりそのそれぞれの切換え手段の間で２個ずつ相互接続されている、入力端子または出力端子の間に並列接続されたＮ＋１本の導線を含む。
【００１６】
本発明のもう１つの目的は、一次回路が第１の構成を有する本発明によるコンバータを制御するための方法に関する。
【００１７】
この方法は、一次回路の切換え手段対に沿って連続的に切換えパターンを移動させること、そして各々の切換え手段対について、その後該対の切換え手段のうちの１つの状態を反転させるかまたは該対の２つの切換え手段の状態を連続的に反転させることからなる段階を含む。
【００１８】
切換え手段対はこのとき、与えられた巻線の前または後に接続された２つの切換え手段に相当する。
【００１９】
その他の目的および利点は、制限的な意味のない例として与えられている添付図面を参照して以下の記述によって明らかになることであろう。
【００２０】
本発明によると、電気エネルギーコンバータは、
Ｎを整数として１つの一次巻線Ｐ_Nおよび１つの二次巻線Ｓ_Nを各々含むＮ個の変圧器（Ｐ_N，Ｓ_N）と、
変圧器の一次巻線Ｐ_Nが接続される２つの入力端子２，３に接続された一次回路１と、
変圧器の二次巻線Ｓ_Nが接続される２つの出力端子５，６に接続された二次回路４と、
を含む。
【００２１】
一次回路１および二次回路４の各々は、少なくとも２Ｎ＋２の切換え手段Ｉ_NおよびＩ′_Nを含む。
【００２２】
コンバータはまた、切換え手段Ｉ_NおよびＩ′_Nおよび一次回路または二次回路のうちの少なくとも１つを制御するための手段７をも含み、ここで切換え手段は、制御手段を用いることによって、直列および／または並列にＮ個の一次または二次巻線を連係させることが可能となるように、接続されている。
【００２３】
制御手段７は、一次回路１または二次回路４の切換え手段のみを制御することもできるし、または一次回路１および二次回路４の両方の切換え手段を制御することもできる。
【００２４】
切換え手段Ｉ_NおよびＩ′_Nは、それらが接続されている回路を開閉することを可能にする。
【００２５】
これらの切換え手段は、ダイオード、ＩＧＢＴ，サイリスタ、二方向三極サイリスタ、電界効果トランジスタ、バイポーラトランジスタ、接触器、接点、ＧＴＯ，ＩＣＧＴ，ＭＯＳまたはそれに類する素子といったような、単方向または双方向スイッチとすることができる。
【００２６】
第１の変形形態においては、一次回路１は、入力端子２，３に給電する電流発生器を含む。これには例えば巻線を含む。二次回路４はこのとき、出力端子５，６に並列接続された電圧発生器を含む。これには、例えばコンデンサを含む。
【００２７】
第２の変形形態においては、一次回路１は、入力端子２，３と並列接続された（コンデンサといったような）電圧発生器を含み、二次回路４は、（巻線といったような）出力端子５，６に接続された電流発生器を含む。
【００２８】
一次回路１および二次回路４は、以下で記述される２つの二重構成のうちの１つを採用することができる。
【００２９】
第１の構成について、一次回路１および二次回路４というの２つの回路がこの第１の構成を採用するコンバータを表わす図１を参照しながら、記述する。
【００３０】
示した例においては、コンバータはＮ＝２の変圧器を含む。
【００３１】
一次回路１および二次回路４は各々、入力端子２，３または出力端子５，６の間に並列接続された２本の導線Ｃ₁，Ｃ₂をそれぞれ含む。
【００３２】
各導線Ｃ₁，Ｃ₂は、Ｎ＋１個の直列スイッチＩ_NおよびＩ′_Nをそれぞれ含んでいる。
【００３３】
一次回路の２本の導線Ｃ₁，Ｃ₂は、一次巻線Ｐ_NによりそのそれぞれのスイッチＩ_NおよびＩ′_Nの間に相互接続されている。かくして一次巻線Ｐ_Nは２本の導線Ｃ₁，Ｃ₂間に並列接続される。
【００３４】
同様にして、二次回路の２本の導線Ｃ₁，Ｃ₂は、二次巻線Ｓ_Nが２本の導線Ｃ₁，Ｃ₂の間で並列接続されるような形で、二次巻線Ｓ_NによりそのそれぞれのスイッチＩ_NおよびＩ′_Nの間で相互接続されている。
【００３５】
図１に示す実施形態においては、二次回路のスイッチＩ_NおよびＩ′_Nはダイオードである。これらのダイオードは全て同じ方向に接続されている。
【００３６】
一次巻線Ｐ_Nと二次巻線Ｓ_Nのレベルで図１〜４に示す点は、巻線の方向を表す。
【００３７】
かくして、図１では、巻線Ｐ₂，Ｓ₂は同じ方向を向いており、一方巻線Ｐ₁およびＳ₁は互いに反対方向を向いている。この構成により、一次回路の巻線が直列であるとき、二次回路の巻線の並列分岐を得ることが可能となり、その逆も可能である。
【００３８】
Ｎ個の変圧器を有するコンバータについては、一次回路および二次回路が同じ構成をもつ場合、二次回路の２つの巻線のうちの１つが、一次回路の対応する巻線との関係において反転される。
【００３９】
第１の構成が二重のものである第２の構成については、その一次回路１が第１の構成を採用し、二次回路４がこの第２の構成を採用しているコンバータを示す図２を参照しながら記述する。
【００４０】
２つの回路間のこの２重性には、以下のような特性をもたらす。
【００４１】
スイッチが一次側で閉じられている場合、二次側において対応するスイッチは開放しており、その逆もまた成り立つ。
【００４２】
一次側スイッチ上の電圧波形は、二次側スイッチ内の電流の波形となり、その逆も成り立つ。
【００４３】
一次巻線が直列接続されている場合、二次巻線は並列接続されており、その逆もまた成り立つ。
【００４４】
図２に示す例では、コンバータはＮ＝２の変圧器を含む。
【００４５】
一次回路１は、図１に示すものと同一である。
【００４６】
二次回路４は、その出力端子５，６に並列に接続されたＮ＋１本の導線Ｃ_Nを含む。
【００４７】
二次回路の各導線Ｃ_Nは、直列の２つのスイッチＩ_N1およびＩ_N2を具備し、二次巻線Ｓ_Nによりそのそれぞれのスイッチの間で２つずつ相互接続される。
【００４８】
この図に示す実施形態においては、二次回路のスイッチＩ_N,1およびＩ_N,2はダイオードである。
【００４９】
一次回路１と二次回路４の構成は互いとの関係において二重性（dual）をもつことから、一次回路の巻線が直列であるとき、二次回路の巻線と並列の分岐を得るべく、２つの回路上の巻線の方向を反転させることは必要ない。その逆も成り立つ。
【００５０】
かくして、巻線の方向を表す黒点は、図２のコンバータについて全て同じ側にある。
【００５１】
Ｎ個の変圧器を有するコンバータについては、一次回路および二次回路が二重構成を有する場合、全ての巻線の方向は同じである。
【００５２】
コンバータの可逆性を得るためには、二次回路のダイオード上で並列にスイッチを結びつけることが必要となり、これらのスイッチの制御は、一次側制御の二重性を介して得られる。二方向スイッチＩ_N,1およびＩ_N,2を使用することもまた可能である。
【００５３】
図３は、図１の実施形態の一変形形態である。これらの図において、同じ参照番号は同じ構成要素を表わす。
【００５４】
この変形形態においては、一次回路１は第１の構成を採用し、二次回路４は第２の構成を採用する。
【００５５】
二次回路４は、図１について記述されたものと同一であり、同じ構成要素は同じ参照番号で示されている。
【００５６】
二次回路の２本の導線Ｃ₁，Ｃ₂はさらに、直列で巻線８に、また並列でコンデンサ９に接続される。
【００５７】
巻線８が存在することから、二次回路は電流発生器を有する。
【００５８】
一次回路１は基本的に、図１について記述されたものと同一であり、同じ参照番号が同じ構成要素に関連する。
【００５９】
一次回路の２本の導線Ｃ₁，Ｃ₂は、コンデンサ１３と並列に接続される。
【００６０】
コンデンサ１３は、巻線１５および電圧発生器１６と直列接続される。該発生器は、入力端子２，３の間に接続されている。
【００６１】
コンデンサ１３が存在することから、一次回路は電圧発生器を有する。
【００６２】
図４を参照しながら第３の実施形態について記述する。
【００６３】
この実施形態においては、一次回路および二次回路は、変圧器数Ｎ＝２に対し第２の構成を採用している。かくして、ここではＳ₂である１つの二次巻線の方向は、対応する一次巻線Ｐ₂および他方の巻線Ｐ₁，Ｓ₁の方向との関係において反転している。
【００６４】
一次回路１の各スイッチＩ_N,1およびＩ_N,2は、２方向性として機能できるように、ダイオード１７と並列に接続されている。
【００６５】
二次回路のスイッチＩ_N,1およびＩ_N,2は、ダイオードである。
【００６６】
一次回路は、電圧発生器（ＶＥ）から給電される。二次回路は、電流発生器（巻線１８）に接続されている。
【００６７】
巻線１８は、正の出力端子５と直列に設けられ、コンデンサ１９は、出力端子５，６の間に並列に設けられている。
【００６８】
本発明のさまざまな実施形態の動作は、以下に示すとおりに説明される。
【００６９】
入力端子２，３の間の電圧は，Ｖeと定義され、出力端子５，６間の電圧はＶsと定義される。
【００７０】
一次回路および二次回路が第１の構成であるコンバータの動作について、ここで図１を参照して説明する。
【００７１】
２つの巻線Ｐ₁およびＰ₂が並列であるとき、例えば、一次回路１のスイッチＩ₃およびＩ′ ₁が開放し、その他のスイッチが閉じているとき、入力端子２が正である場合、端子２に接続される巻線の側も同じく正である。これらの側は、図１の黒点に対応する。
【００７２】
変圧器構造を介して、黒点で表される二次巻線Ｓ₁およびＳ₂の対応する側もまた正であり、こうしてこのとき二次巻線は直列であるため二次回路４内の電流の循環が誘起される。
【００７３】
一次巻線Ｐ₁およびＰ₂は並列であるため、各巻線レベルの電圧はＶｅに等しい。各二次巻線Ｓ₁およびＳ₂のレベルにおける電圧は、変圧比が１に等しいことを考慮すると、同じくＶｅに等しく、従って出力電圧Ｖｓ＝２Ｖｅである。
【００７４】
巻線Ｐ₁およびＰ₂が直列であるとき、例えばスイッチＩ₁，Ｉ′₂およびＩ₃が閉じられ、その他が開放している場合、入力端子２（正）に接続された巻線Ｐ₁の（図中の黒点によってマークされている）側は正であり、巻線Ｐ₂の黒点によりマークされた側は負である。各巻線Ｐ₁，Ｐ₂のレベルでの電圧はこのときＶｅ／２に等しい。
【００７５】
その結果、巻線Ｓ₁の点によってマークされた側は正であり、一方、巻線Ｓ₂の点によりマークされた側は負であり、そのためダイオードＩ′₁，Ｉ′₂，Ｉ₂，Ｉ₃のみが通過状態となりＳ₁およびＳ₂が並列となるようになっており、ここで各巻線Ｓ₁，Ｓ₂のレベルにおける電圧はＶｅ/２に等しい。
【００７６】
かくして、出力電圧はＶｓ＝Ｖｅ/２である。
【００７７】
従って、１に等しい変圧比をもつＮ個の変圧器を含むコンバータについては、出力電圧ＶｓをＶｅ/ＮとＮ・Ｖｅの間で変化させることが可能である。このとき、電子回路のダイナミクスはＮ²である。
【００７８】
当然のことながら、スイッチＩ₁およびＩ′₃を開放し、その他のスイッチを閉じることにより一次巻線Ｐ₁，Ｐ₂を並列とすることは可能である。このとき、両端子に印加された電圧は反転され、かくして、変圧器に必要とされる交流動作電圧を印加可能となる。
【００７９】
交流入力電圧Ｖｅでは、交流入力電圧の変化周波数との関係において、一次回路のスイッチを適切な周波数で切換えることによって、直流出力電圧Ｖｓを得ることが可能である。このとき、一次回路の全てのスイッチが確実に２方向性であるようにすることが必要である。
【００８０】
このタイプの組み合わせは、（例えば１００〜１６００ボルトの間の）かなり可変範囲の広い入力電圧で使用でき、出力電圧を固定値に調整する、という利点をもつ。
【００８１】
発生器の数Ｎが多くなればなるほど、電圧の変化範囲は増大する。
【００８２】
一次巻線が並列であるとき二次巻線は直列であり、その逆も成り立つことから、変圧器の電圧バランスが保証される。
【００８３】
一次回路および二次回路がそれぞれ第１および第２の構成をしているコンバータの動作について、以下で図２を参照しながら説明する。
【００８４】
その２つの構成が互いとの関係において二重性をもつという事実はすなわち、一次回路の巻線Ｐ₁，Ｐ₂が並列であるとき、巻線Ｓ₁，Ｓ₂が直列であり、逆も成り立つということを意味している。
【００８５】
かくしてＰ₁およびＰ₂が並列である場合、黒点でマークされた側は正であり、Ｓ₁およびＳ₂の対応する側もまた正であり、かくしてダイオードＩ_1,1，Ｉ _3,2のみが通過状態となり、Ｓ₁，Ｓ₂が直列となる。
【００８６】
Ｐ₁およびＰ₂が並列であるが、極性が反転している場合には、Ｓ₁およびＳ₂は、反転した極性をもって直列となり、ダイオードＩ_1,2，Ｉ_3,1のみが通過状態になっている。
【００８７】
同様にして先行のコンバータに関しては、入力端で直流または交流電圧発生器を使用して、出力端で直流電圧を得ることが可能である。
【００８８】
以下では、図５（ａ）に示すように、交流正弦入力電圧の場合での図３の回路について説明する。
【００８９】
最大電圧ＶｅはＶmaxにより定義され、おおよそ１/３Ｖmax および２/３Ｖmaxに等しい入力電圧は、それぞれＶ１およびＶ２によって定義される。
【００９０】
このとき、正弦入力電圧の曲線を次のような複数のゾーンに切ることが可能である。
【００９１】
電圧範囲：０≦Ｖｅ≦Ｖ１に対応するゾーンＡ
Ｖ１≦Ｖｅ≦Ｖ２に対応するゾーンＢ
Ｖ２≦Ｖｅ≦Ｖmaxに対応するゾーンＣ
ＶｅがゾーンＡ内にある場合には、入力電圧はかなり低く、各変圧器によってサポートされることができる。一次回路のスイッチＩ_NおよびＩ′_Nはこのとき例えば、図５（ｂ）に示すように全ての一次巻線Ｐ_Nを並列に連係し二次巻線Ｓ_Nを直列に連係するように切換える。
【００９２】
かくして、低電圧Ｖｅが各巻線Ｐ_N，Ｓ_Nに印加され、全ての巻線Ｓ_Nにある与えられた弱電流が流れる。
【００９３】
ＶｅがゾーンＢ内にある場合には、入力電圧はさらに高く、もはや各変圧器によって完全にはサポートされ得ない。このとき一次回路のスイッチＩ_NおよびＩ′_Nは例えば、図５（ｃ）に示すように、一次巻線Ｐ_Nを２つずつ並列に連係し、結果として二次巻線Ｓ_Nを２つずつ直列に連係するように切換える。
【００９４】
かくして、電圧Ｖｅ/２が各巻線Ｐ_N，Ｓ_Nに印加され、全ての巻線Ｓ_Nには、２で割った強さの電流が流れる。
【００９５】
ＶｅがゾーンＣ内にある場合には、入力電圧はさらに一層高く、もはや各々の変圧器によって完全にはサポートされ得ない。このとき一次回路のスイッチＩ_NおよびＩ′_Nは例えば、図５（ｄ）に示すように、一次巻線Ｐ_Nを全て直列に連係し、結果として全二次巻線Ｓ_Nを並列に接続するように切換える。
【００９６】
かくして、電圧Ｖｅ/Ｎが各巻線Ｐ_N，Ｓ_Nに印加され、全ての巻線Ｓ_Nには、Ｎで割った強さの電流が流れる。
【００９７】
Ｎ個の変圧器を有する回路については、一次巻線を並列および／または直列に連係する可能性ははるかに高く、出力電圧を用途に応じて例えば固定値に調節することを可能にしている。
【００９８】
ここで図４に示す実施形態について、以下で説明する。
【００９９】
一次巻線Ｐ₁，Ｐ₂が並列である場合、例えばスイッチＩ_1,1，Ｉ_3,1，Ｉ_2,2が閉じられその他が開放されている場合には、黒点によりマークされた巻線Ｐ₁の側は正であり、黒点によりマークされた巻線Ｐ₂の側は負である。かくして、二次巻線Ｓ₁，Ｓ₂の黒点でマークされた側はこのときそれぞれ正および負である。この極性は、ダイオード１_1,2 およびＩ_3,2のみが通過状態にあることおよび巻線Ｓ₁，Ｓ₂が直列であることを意味する。
【０１００】
図６および７は、一次回路１の導線Ｃ₁およびＣ₂を示す。最初の７つの巻線Ｐ_Nのみを示す。
【０１０１】
導線Ｃ₁およびＣ₂の区分は、閉とされたスイッチＩ_N，Ｉ′_Nを例示する太線によって示され、細線で示された区分は開放されたスイッチＩ_N，Ｉ′_Nを表わす。
【０１０２】
一対の切換え手段は、与えられた巻線の後または前に接続された２つの切換え手段で形成されているものとして定義されている。
【０１０３】
切換えは、切換え手段対に沿ってフレームＣにより表す切換えパターンを移動させ、その後フレーム内に入った１つまたは２つの切換え手段の状態を反転させることによって段々に実施される。２回の反転の場合、これらは連続的に実施される。
【０１０４】
かくして、制御手段は、各切換え手段対Ｉ₁，Ｉ′₁、次にＩ₂，Ｉ′₂…、Ｉ_N，Ｉ′_Nを連続的に制御する。各段において、所望の結果に応じて、切換え素子Ｉ_Nは反転されるかまたは反転されず、その後切換え素子Ｉ′_Nが反転されるかまたは反転されない。
【０１０５】
この方法によると、例えば一次回路の極性を反転させることまたは各変圧器の端子において電圧の極性を反転させることが可能である。
【０１０６】
図６に示す例は、全ての一次巻線Ｐ_Nが直列状態にある構成をした一次巻線の極性の反転に相当する。極性反転は、全てのスイッチを反転させることによって得られる。
【０１０７】
図７に示す例においては、切換え手段は、全ての切換え手段Ｉ_N，Ｉ′_Nが直列である構成から、切換え手段が２つずつ並列である構成まで移行すべく切換えられる。
【０１０８】
この制御方法には以下のような利点がある。
【０１０９】
スイッチの切換えがほぼ「ソフト」である。すなわち、ダイナミックロスは実際に約１／４である。
【０１１０】
単一のスイッチが１回で同時に切換えを行い、このため実装が単純化され、かくして直列の半導体の同時切換えに関連した問題が全くなくなる。
【０１１１】
一次側から見た見かけの周波数がきわめて高い。
【０１１２】
入力側自己インダクタンスコイルの後の一次側の端子における振幅変動が極めて小さく、そのため入力側自己インダクタンスコイルのサイズを小さくすることが可能である。
【０１１３】
調整に対応する応答時間が極めて短いことから、入力電流の調整が容易になる。
【０１１４】
その上、本発明の回路においては、電流は連続的に循環していることから、回路の入出力フィルタは、著しいパルス性電流をもつ従来の回路に比べると、受けるストレスが小さくなる。
【０１１５】
本発明のコンバータは、単純な故障に対する耐性が高いという利点をもつ。変圧器のスイッチの故障モードの如何に拘わらず、劣化モードで機能することが可能である。
【０１１６】
このとき、故障した段は、スイッチに対して適切な指令を与えることによって分離される。その結果、回路全体の作動を停止させずにその容量が制限されることになる（電圧の変化範囲は縮小される）。
【０１１７】
その上、第１の構成を採用する一次回路は、各スイッチがスイッチ間の電圧を共用することから、高電圧に充分適している。第２の構成を採用する二次回路は、各スイッチが出力電流を共用することから、高出力電流に充分適している。
【０１１８】
本発明の電子回路は、エレクトロニクスの応用分野で広い活用の場を有している。
【０１１９】
本発明は、説明した実施形態、特に使用されたＮの値に制限されるものではなく、この値は極めて可変的であり得る。
【０１２０】
特に、本発明の内容から逸脱することなく変圧器の一次巻線および／または二次巻線のあらゆる並列および／または直列の連係を考慮することが可能である。
【０１２１】
さらに電子回路の構成要素の一部分を全てコンピュータで制御し、変圧器の所望の連係を得ることもできる。
【０１２２】
以下で記すのは、本発明の２つの特定の応用分野の説明である。
【０１２３】
本発明の電子回路の第１の応用分野では、この回路は、１５００Ｖまたは３０００Ｖの直流電圧または１０００Ｖまたは１５００Ｖの交流電圧のいずれかの供給を受けて、この電圧を車両内に搭載された電気素子に供給できる電圧へと変換することのできる、鉄道車両内に設置されたエネルギーコンバータに置き換えられる。
【０１２４】
既知のエネルギーコンバータの代わりに本発明による電子回路を使用することにより、入力フィルタを排除することが可能となる。
【０１２５】
実際には、既知の実施形態においては、ＵＩＣ５５０規準（国際鉄道連盟）では、コンデンサおよび誘導性抵抗器からなる重くてかさ高い入力フィルタの使用を要求する。
【０１２６】
本発明の電子回路を用いると、該規準を遵守する一方で、前記かさ高いフィルタを排除し、多大な重量節減を得ることが可能である。
【０１２７】
このときこの入力発生器は電流発生器となる。
【０１２８】
スイッチを制御するための方法は、ＵＩＣ５５０規準と相容性ある一定の電流を調節し、かくして高い入力インピーダンスを作り出す。
【０１２９】
５０Hzより低くなると、電流制御点は出力電圧を調整するようにされる。
【０１３０】
コンバータのもう１つの応用分野は、１５０００Ｖまたは２５０００Ｖの交流電圧の供給を受け、この電圧を車両上に搭載された電気素子に供給できる電圧へと変換できる、鉄道車両の牽引機能を提供するためのコンバータとしての用途である。このとき、前記電気コンバータは、低周波（５０Hzまたは１６.７Hz）高電圧入力変圧器を全くもたない。
【０１３１】
本発明のコンバータは、数多くの分野で使用できる。
【０１３２】
鉄道牽引：入力変圧器およびその整流器は現在１３トンに達しているが、一方本発明によるコンバータは３トンにしかならない。
【０１３３】
さまざまな商用電圧への平均的なパワーの適用：本発明によるコンバータでは、機器を修正する必要はもはやなく、単に制御方法を修正するだけで充分である。
【０１３４】
定電力および可変出力電圧の電力の供給。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、本発明によるコンバータの実施形態を示す図である。
【図２】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第２の実施形態を示す図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、図１の変形形態を示す図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、本発明の第３の実施形態を示す図である。
【図５】（ａ）は、時間入力電圧曲線を表わし、（ｂ），（ｃ）および（ｄ）は、（ａ）の曲線上に表わされた電圧に応じて変圧器の巻線により採用される直列および／または並列接続を図式で示す図である。
【図６】本発明によるコンバータの切換えモードを示す図である。
【図７】本発明によるコンバータの別の切換えモードを示す図である。
【符号の説明】
１…一次回路
２，３…入力端子
４…二次回路
５，６…出力端子
７…制御手段
８…巻線
９，１３…コンデンサ
１５…巻線
１６…電圧発生器
１７…ダイオード
１８…巻線
１９…コンデンサ

Claims

一次巻線（Ｐ_N）および二次巻線（Ｓ_N）を各々含むＮ（Ｎは２以上の整数）個の変圧器と、
変圧器の一次巻線（Ｐ_N）が接続される２つの入力端子（２，３）に接続された一次回路（１）と、
変圧器の二次巻線（Ｓ_N）が接続される２つの出力端子（５，６）に接続された二次回路（４）と、
を含む電気エネルギーコンバータにおいて、
コンバータの一次（１）および二次（４）回路の各々が、Ｎ個の一次巻線（Ｐ
_N）およびＮ個の二次巻線（Ｓ_N）に接続された切換え手段の組（Ｉ_N，Ｉ′_N，Ｉ_N,1，Ｉ_N,2）を含み、一次（１）または二次（４）回路のうちの少なくとも１つの回路の切換え手段（Ｉ_N，Ｉ′_N，Ｉ_N,1，Ｉ_N,2）を制御するための手段（７）を含み、該切換え手段（Ｉ_N，Ｉ′_N，Ｉ_N,1，Ｉ_N,2）は、制御手段（７）を用いて、直列か、並列か、Ｎが２より大ならば直列および並列の組み合わせか、のいずれか１つによって、Ｎ個の一次（Ｐ_N）または二次（Ｓ_n）巻線を連係可能に接続すること、を特徴とする電気エネルギーコンバータ。
一次回路（１）が、入力端子（２，３）に給電する電流発生器を含み、二次回路（４）が出力端子（５，６）と並列に接続された電圧発生器を含むことを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
一次回路（１）が入力端子（２，３）と並列に接続された電圧発生器を含み、二次回路（４）が出力端子（５，６）に接続された電流発生器を含むことを特徴とする請求項１に記載のコンバータ。
各一次（１）または二次（４）回路が、
各々が少なくともＮ＋１個の切換え手段（Ｉ_N，Ｉ′_N）を直列で備え、両方が一次（Ｐ_N）または二次（Ｓ_N）巻線によりそのそれぞれの切換え手段（Ｉ_N，Ｉ′_N）の間で相互接続される、入力端子（２，３）または出力端子（５，６）の間に並列接続された２本の導線（Ｃ₁，Ｃ₂）を含む第１の構成、
各々が少なくとも２個の切換え手段（Ｉ_N,1，Ｉ′_N,2）を直列で備え、一次（Ｐ_N）または二次（Ｓ_N）巻線によりそのそれぞれの切換え手段（Ｉ_N,1，Ｉ′_N,2）の間で２個ずつ相互接続されている、入力端子（２，３）または出力端子（５，６）の間に並列接続されたＮ＋１本の導線（Ｃ_N）を含む第２の構成、
という前記第１および第２の構成のうちの１つを採用できることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のコンバータ。
一次（１）および二次（４）回路が同じ構成を有するとき、二次回路の２つの巻線（Ｓ_N）のうちの一方が一次回路の対応する巻線（Ｐ_N）に対して反転させられ、他の全ての巻線（Ｐ_N、Ｓ_N）方向が同じであることを特徴とする請求項３または４に記載のコンバータ。
一次（１）および二次（４）回路が異なる構成を有するとき、全ての巻線（Ｐ_N、Ｓ_N）の方向が同じであることを特徴とする請求項３または４に記載のコンバータ。
二次回路（４）および／または一次回路（１）の切換え手段（Ｉ_N，Ｉ′_N，Ｉ_N,1，Ｉ_N,2）が単方向または双方向スイッチであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載のコンバータ。
制御手段（７）が、一次回路（１）および二次回路（４）の切換え手段（Ｉ_N，Ｉ′_N，Ｉ_N,1，Ｉ_N,2）を制御し、前記スイッチが一次側と二次側の両方において制御されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のコンバータ。
一次回路の２本の導線（Ｃ₁，Ｃ₂）がコンデンサ（１３）と並列である、第１の構成を採用した一次回路（１）と、
コンデンサ（１３）と直列の巻線（１５）と、
入力端子（２，３）間に接続された電圧発生器（１６）と、
巻線（８）と直列でコンデンサ（９）と並列である２本の導線（Ｃ₁，Ｃ₂）と、を有する第１の構成を採用した二次回路（４）と、
を含み、二次回路の切換え手段（Ｉ_N，Ｉ′_N）がダイオードであることを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項に記載のコンバータ。
切換え手段（Ｉ_N,1，Ｉ_N,2）が各々１つのダイオードと並列の単方向スイッチである第２の構成を採用した一次回路（１）と、
切換え手段（Ｉ_N,1，Ｉ_N,2）がダイオードである第２の構成を採用した二次回路（４）と、
出力端子（５，６）と並列のコンデンサ（１９）と、
出力端子（５，６）のうちの１つと直列の巻線（１８）と、
を含むことを特徴とする請求項３〜８のいずれか一項に記載のコンバータ。
鉄道車両内に設置され、１５００Ｖまたは３０００Ｖの直流電圧または１０００Ｖまたは１５００Ｖの交流電圧の供給を受けるエネルギーコンバータとしての請求項１〜１０のいずれか一項に記載のコンバータを使用する方法において、前記コンバータがこの電圧を前記車両に搭載された電気素子に供給できる電圧へと変換することができ、前記電気コンバータが入力フィルタを有しないことを特徴とする方法。
鉄道車両を牽引するための機能を提供することを目的とし１５０００Ｖまたは２５０００Ｖの交流電圧の供給を受けるコンバータとしての請求項１〜１０のいずれか一項に記載のコンバータを使用する方法において、前記コンバータが前記電圧を前記車両に搭載された電気素子に供給できる電圧へと変換することができ、前記電気コンバータが高入力電圧低周波変圧器を有しないことを特徴とする方法。
一次回路が第１の構成を有し、一対の切換え手段が、与えられた巻線の前に接続された１つの切換え手段とその巻線の後に接続されたもう１つの切換え手段とに相当する請求項１〜９のいずれか一項に記載のコンバータを制御する方法において、該一次回路の各一対の切換え手段に沿って連続的に切換えパターンを移動させることと、各該一対の切換え手段について、その後、該一対の切換え手段のうちの一方の状態を反転させるかまたは該一対の切換手段をなす２つの切換え手段の状態を連続的に反転させることと、からなることを特徴とする方法。