DE19730364A1

DE19730364A1 - Leistungsumrichter, Steuerverfahren und eine damit ausgestattete unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung

Info

Publication number: DE19730364A1
Application number: DE19730364A
Authority: DE
Inventors: Shizuri Tamura; Akinori Nishihiro; Masakatu Daijoo; Haruji Murakami
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1996-09-10
Filing date: 1997-07-15
Publication date: 1998-03-12
Also published as: TW443030B; KR100233957B1; JP3588932B2; JPH1084679A; CN1067499C; KR19980023943A; US5889661A; CN1176523A

Description

FELD DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Leistungsumrichter, der eine Ausgabe mit der gleichen Frequenz erzeugt wie die seines Eingangs, ein Steuerverfahren zur Leistungsrichtung und eine unterbrechungsfreie Stromversorgung, die mit dem Leistungsumrichter ausgestattet ist. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Leistungsumrichter mit einem PWM-gesteuerten Umrichterabschnitt und einem PWM-gesteuerten Wechselrichterabschnitt, dessen Steuerverfahren und eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung, die mit dem Leistungsumrichter ausgestattet ist.

BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK

Mit Verweis auf die Fig. 39 bis 50 wird im folgenden die Anordnung und der Betrieb einer herkömmlichen Spannungsversorgungseinrichtung diskutiert, die einen Leistungsumrichter verwendet, der eine dreiphasige Eingangswechselleistung empfängt und eine dreiphasige Ausgangswechselleistung ausgibt, die die gleiche Frequenz wie der Wechselstromeingang hat. Fig. 39 ist ein Blockdiagramm, das den Aufbau der Hauptschaltung von der unterbrechungsfreien Stromversorgung zeigt, Fig. 40 zeigt die inneren Details von einem Schalter SWJ7, Fig. 41 zeigt die inneren Details von einer Drossel 8, Fig. 42 zeigt die inneren Details von einem Filter 11, Fig. 43 zeigt die inneren Details von einem Schalter SWH12, Fig. 44 zeigt die inneren Details von einem Schalter SWI14, Fig. 45 zeigt die inneren Details von einem Umrichterabschnitt 20, Fig. 46 zeigt die inneren Details von einem Wechselrichterabschnitt 30, Fig. 47 ist ein Blockdiagramm von der Steuerschaltung von der unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung, Fig. 48 Ist ein Blockdiagramm, die Details von einer Wechselrichter- U-Phasenspannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 50, Fig. 49 ist ein Blockdiagramm, das Details von einer Umrichterstromanweisungsgeneratorschaltung 43 zeigt, und Fig. 50 ist ein Blockdiagramm, das Details von einer Umrichter-R-Phasenspannungs-Anweisungsgeneratorschaltung 44 zeigt.

In bezug auf die Steuerschaltung von Fig. 47 ist zu sagen, daß diese getrennt von der Hauptschaltung von Fig. 39 angeordnet werden kann. Die Steuerschaltung ist über die Eingangsanschlüsse 1S und 1R und über die Ausgangsanschlüsse 6W, 6V und 6U geschaltet (Fig. 39). Die Steuereinrichtung ist ebenso zwischen dem positiven Gleichstromanschluß P und den negativen Gleichstromanschluß N geschaltet (Fig. 39). Die Steuerschaltung bekommt von den Ausgangsanschlüssen die Signale I(S), I(R) und V(RS). Unter Verwendung des Signals V(RS) bestimmt die Steuerschaltung die Referenzsignale Θ(R) und Θ(S). Die Steuerschaltung bekommt von den Gleichstromanschlüssen das Signal V(DC) und die Steuerschaltung bestimmt unter Verwendung dieses Signals die Phasenstromsteuersignale I(S)* und I(R)* in Verbindung mit den Signalen Θ(R) und Θ(S). Des weiteren bestimmt die Steuerschaltung unter Verwendung der Signale I(S) und I(R) die Umrichterphasenspannungs-Modulationsanweisungssignale V(SNC)* und V(RNC)* in Verbindung mit den Signalen I(S)* und I(R)*.

In ähnlicher Art und Weise bekommt die Steuerschaltung von den Ausgangsanschlüssen die Signale I(V), I(U), V(VW) und V(UW). Unter Verwendung der Signale V(VW) und V(UW) bestimmt die Steuerschaltung die Signale V(VNI) und V(UNI). Des weiteren bestimmt die Steuerschaltung unter Verwendung der Signale I(V) und I(U) das Signal I(W) und bestimmt die Wechselrichterphasen-Spannungsmodulationssteuersignale V(VNI)*, V(UNI)* und V(WNI)* in Verbindung mit den Signalen V(VNI), V(UNI), Θ(R) und Θ(S).

In den Figuren bezeichnen die gleichen Bezugsziffern die gleichen oder entsprechende Bauteile. In den Figuren wird ein Leistungsrichter 70 gezeigt, der in einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung 80 angeordnet ist (Fig. 39). Die unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung 80 umfaßt einen normalen Betriebspfad über den Leistungsrichter 70 und einen Seitenpfad über einen Trenntransformator 13. Die Pfadauswahl wird im allgemeinen unter Verwendung der Schalter SWJ7, SWH12 und SWI14 ausgeführt. Während einem Normalbetrieb stellt der Schalter SWH7 die Eingangswechselleistung der Drossel 8 zur Verfügung, die die Eingangsleistung zu dem Wechsel- Gleichstromumrichterabschnitt 20 überträgt. Der Umrichterabschnitt 20 richtet die dreiphasige Eingangswechselstromleistung in eine Gleichstromleistung um und stellt dessen Gleichstromausgabe dem Wechselrichterabschnitt 30 zur Verfügung. Der Wechselrichter 30 richtet die Gleichstromleistung in eine dreiphasige Wechselleistung um, die die gleiche Frequenz hat wie die dreiphasige Eingangswechselleistung. Der Ausgang von dem Umrichterabschnitt 30 wird dann von dem Filter 11 gefiltert und den Ausgangsanschlüssen über einen Schalter SWH12 zur Verfügung gestellt.

Eine detailliertere Beschreibung des Betriebs einer herkömmlichen Stromversorgungseinrichtung 80 wird im folgenden dargelegt. Zuerst wird jedoch eine ausführlichere Beschreibung der unterschiedlichen Bauelemente, die in den Figuren gezeigt sind, dargelegt.

Ein Schalter SWJ7 ist aus den Schaltern SWJ1, SWJ2 und SWJ3 (Fig. 40) ausgestaltet, und eine Drossel 8 ist aus den Drosseln L11, L12 und L13 (Fig. 41) ausgestaltet. Ein Glättungskondensator 9 Ist in dem Leistungsumrichter 70 angeordnet, um die Gleichstromausgabe von dem Umrichterabschnitt 20 zu glätten, bevor diese auf den Wechselrichter 30 angewendet wird. Eine Batterieeinrichtung 10 ist angeordnet, um einen Gleichstrom durch das Schließen von Schalter SW zur Verfügung zu stellen, wenn eine dreiphasige Leistungsquelle (nicht dargestellt) In einem nicht normalen Zustand ist, wie z. B. während einer Stromunterbrechung. Filter 11 ist aus Drosseln L21, L22, L23 und C1, C2 und C3 (Fig. 42) ausgestaltet. Schalter SWH12 besteht aus den Schaltern SWH1, SWH2, und SWH3 (Fig. 43). Ein Dreiphasentrenntransformator 13 ist mit einem Schalter SWI14 verbunden, der aus den Schaltern SWI1, SWI2 und SWI3 besteht (Fig. 44).

Des weiteren sind Anschlüsse 1R, 1S und 1T dargestellt, an die eine R-Phase, S-Phase und T-Phase von der dreiphasigen Wechselleistungsquelle angelegt sind. Die Dreiphasenanschlüsse 2R, 2S und 2T sind zwischen einem Schalter SWJ7 und einer Drossel 8 gezeigt und die Dreiphasenanschlüsse 3R, 3S und 3T sind zwischen einer Drossel 8 und einem Umrichterabschnitt 20 gezeigt. Die Dreiphasenanschlüsse 4U, 4V und 4W sind zwischen einem Wechselrichterabschnitt 30 und einem Filter 11 gezeigt und die Dreiphasenanschlüsse 5U, 5V und 5W sind zwischen einem Filter 11 und einem Schalter SWH12 gezeigt. Die Dreiphasenwechselstrom-Ausgangsanschlüsse 6U, 6V und 6W sind mit einer Last (nicht dargestellt) verbunden, die anzutreiben ist, und die Dreiphasenanschlüsse 7R, 7S und 7T sind zwischen einem Trenntransformator 13 und einem Schalter SWI14 gezeigt. Ein positiver Gleichstromanschluß P ist für die positive Gleichstromausgabe von einem Umrichterabschnitt 20 zur Verfügung gestellt, und ein negativer Gleichstromanschluß N ist für die negative Gleichstromausgabe von dem Umrichterabschnitt 20 zur Verfügung gestellt. Ebenso ist ein Neutralpunkt NC (nicht dargestellt) von der dreiphasigen Wechselleistungsquelle zur Verfügung gestellt, und ein Neutralpunkt NI (Knotenkondensatoren C1, C2 und C3, die in Fig. 42 dargestellt sind) von der Ausgabe von dem Wechselrichterabschnitt 30.

In Fig. 45 sind T-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 21, S-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 22 und R-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 23 gezeigt, die jeweils einen Schaltabschnitt des oberen Arms 21a und einen Schaltabschnitt des unteren Arms 21b umfassen, einen Schaltabschnitt des oberen Arms 22a und einen Schaltabschnitt des unteren Arms 22b und einen Schaltabschnitt des oberen Arms 23a und einen Schaltabschnitt des unteren Arms 23b. Jeder der Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 21a, 21b, 22a, 22b, 23a und 23b besteht aus einem Schaltelement, wie z. B. einem Transistor, FET oder IGBT, und einer Diode in Gegenparallelschaltung.

In Fig. 46 sind W-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 31, V-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 32 und U-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 33 gezeigt, die jeweils einen Schaltabschnitt des oberen Arms 31a und einen Schaltabschnitt des unteren Arms 31b umfassen, Schaltabschnitt des oberen Arms 32a und Schaltabschnitt des unteren Arms 32b und Schaltabschnitt des oberen Arms 33a und Schaltabschnitt des unteren Arms 33b. Jeder der Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 31a, 31b, 32a, 32b, 33a und 33b besteht aus einem Schaltelement, wie z. B. einem Transistor FET oder IGBT, und einer Diode In Gegenparallelschaltung.

Mit Verweis auf Fig. 47 werden die verschiedenen Bauelemente des Steuerabschnitts der herkömmlichen Stromversorgung im folgenden beschriebenen. Eine Umrichtersteuerschaltung 47 ist, obwohl in den Figuren nicht dargestellt, mit dem Wechselstrom-Gleichstromumrichterabschnitt 20 verbunden, um die Steuersignale für den Umrichterabschnitt 20 zur Verfügung zu stellen (Fig. 39). Ebenso ist eine Wechselrichtersteuerschaltung 54 mit dem Gleichstrom- Wechselstrom-Wechselrichterabschnitt 30 der Hauptschaltung verbunden, um die Steuersignale für den Wechselrichterabschnitt 30 zur Verfügung zu stellen.

Eine PLL-Schaltung 40 ist zur Verfügung gestellt, um ein Referenzsignal zu erzeugen, das in bezug zu dem Eingang V(RS) steht, das eine Außenleiterspannung der dreiphasigen Wechselstromeingangsleistung ist. Eine Phasentransformationsschaltung 41 ist zur Verfügung gestellt, um in Antwort zu dem Ausgangssignal von der PLL-Schaltung 40 zwei unterschiedliche Phasensignale zu erzeugen, die vorbestimmte Phasenunterschiede aufweisen. Eine trigonometrische Funktionsgeneratorschaltung 42 ist zur Verfügung gestellt, um ein sinuswellenförmiges Signal, das den zwei unterschiedlichen Phasensignalen von der Phasentransformationsschaltung 41 entspricht, zu erzeugen. Eine Umrichterstrom-Anweisungsgeneratorschaltung 43 gibt ein R-Phasenstromsteuersignal I(R)* und ein S-Phasenstromsteuersignal I(S)* von dem Umrichterabschnitt 20 aus, während sie ein gemessenes Spannungssignal V(DC), das über dem Glättungskondensator 9 gemessen wird, ein Gleichspannungssteuersignal V(DC)* und die beiden sinuswellenförmigen Signale sinΘ(R) und sinΘ(S) von der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung 42 empfängt.

Des weiteren ist eine Umrichter-R-Phasenspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 44 gezeigt, die ein Umrichter-R-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(RNC)* ausgibt, während sie ein gemessenes R- Phasenstromwertsignal I(R) von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung und R-Phasenstromsteuersignal I(R)* von einer Umrichterstromanweisungsgeneratorschaltung 43 empfängt. Eine Umrichter-S-Phasenspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 45 gibt ein Umrichter-S-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SNC)* aus, während sie ein gemessenes S-Phasenstromwertsignal I(S) von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung und ein S-Phasenstromsteuersignal I(S)* von einer Umrichterstromanweisungsgeneratorschaltung 43 empfängt. Eine Umrichter-T-Phasenspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 46 gibt ein Umrichter-T-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(TNC)* (=-V(RNC)* -V(SNC)*), aus, während sie ein Umrichter-R-Phasenspannungs-Modulationssignal V(RNC)* und ein Umrichter-S-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SNC)* empfängt. Eine Umrichtersteuerschaltung 47 gibt Signale aus, die die R-Phasen, S-Phasen und T-Phasen oberer und unterer Schaltabschnitte 23, 22 und 21 von dem Umrichterabschnitt 20 PWM-steuert, während sie ein Umrichter- R-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(RNC)*, ein Umrichter-S-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SNC)* und ein Umrichter-T-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(TNC)* empfängt.

Eine Wechselrichterphasenspannungs- Anweisungsgeneratorschaltung 48 gibt ein Wechselrichterphasenspannungs-Anweisungssignal V(AC)* sinΘ(R) und V(AC)* sinΘ(S) aus, während sie ein Wechselrichterphasenspannungs-Anweisungssignal V(AC)* und zwei sinuswellenförmige Signale sinΘ(R) und sinΘ(S) von der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung 42 empfängt. Die Spannungsumrichterschaltung 49 mißt die Außenleiterspannungen U(UW) und V(VW) über den Dreiphasenwechselstrom-Ausgangsanschlüssen 6U, 6V und 6W, während sie Spannungssignale V(UNI) und V(VNI) zwischen jedem von den Wechselstromausgangsanschlüssen 6U und 6V und dem Neutralpunkt NI von den Kondensatoren C1, C2 und C3, die in Fig. 42 gezeigt sind, gemäß den folgenden Gleichungen erzeugt.

V(UNI) = -V(UV)-V(WU))/3

V(VNI) = (V(VW)-V(UV))/3

V(UV) = -V(VW)-V(WU).

Eine Wechselrichter-U-Phasenspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 50 gibt ein Wechelrichter-U-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UNI)* und ein U-W-Phasenberechnungssignal V(UNI)W aus, während sie ein Wechselrichterphasen-Spannungssteuersignal V(AC)* sinΘ(R), ein Spannungssignal V(UNI) von einer Spannungsumrichterschaltung 49 und ein Meßwertsignal I(U) von einem U-Phasenstrom von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung empfängt. Eine Wechselrichter-V- Phasenspannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 51 gibt ein Wechselrichter-V-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(VNI)* und ein V-W- Phasenspannungsberechnungssignal V(VNI)W aus, während sie ein Wechselrichter-Phasenspannungssteuersignal V(AC)* sinΘ(S), und ein Spannungssignal V(VNI) von der Spannungsumrichterschaltung 49 und ein Meßwertsignal I(V) von dem V-Phasenstrom von dem dreiphasigen Wechselleistungsausgang empfängt.

Eine W-Phasenstromgeneratorschaltung 52 berechnet ein W-Phasenstromsignal I(W) (=-I(U)-I(V)), während sie ein U-Phasenstrommeßwertsignal I(U) und ein V-Phasenstrommeßwertsignal I(V) von der dreiphasigen Ausgangsleistung empfängt. Eine Wechselrichter W- Phasenspannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 53 gibt ein Wechselrichter-W-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(WNI)* aus, während sie ein W-Phasenstromsignal I(W), ein U-W- Phasenspannungsberechnungssignal V(UNI)W und ein V-W- Phasenspannungsberechnungssignal V(VNI)W empfängt, und eine Wechselrichtersteuerschaltung 54 gibt Signale aus, die die U-Phasen, V-Phasen, und W-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 33, 32, 31 von dem Wechselrichterabschnitt 30 PWM-steuert, während sie ein Wechselrichter-U- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UNI)*, ein Wechselrichter-V-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(VNI)* und ein Wechselrichter-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(WNI)* empfängt.

Ein Subtrahierer 501 (Fig. 48) subtrahiert ein Spannungssignal V(UNI) von der Spannungsumrichterschaltung 49 von einem Wechselrichterphasenspannungs-Anweisungssignal V(AC)* sinΘ(R) von der Wechselrichterphasenspannungs- Anweisungsgeneratorschaltung 48, und eine PID-Schaltung 52 erzeugt ein W-U-Phasenspannungsberechnungssignal V(UNI) W mittels PID-(Proportional plus Integral plus Derivative)Steuerung des Ausgangssignals von dem Subtrahierer 501. Drosselspannungsabfallgeneratorschaltung 503 ist zur Berechnung eines Spannungsabfalls, der durch eine Drossel L23 bewirkt wird, mittels einer Ableitung von dem U-Phasenstrommeßwertsignal I(U), und ein Addierer 504 erzeugt ein Wechselricher-U-Phasenspannungs-Modulationssignal V(UNI)* mittels Addition des Ausgangssignals von der Drosselspannungsabfallgeneratorschaltung 503 zu dem U-W- Phasenspannungsberechnungssignal V(UNI)W.

Ein Subtrahierer 431 von dem Stromanweisungsgenerator 43 (Fig. 49) subtrahiert ein gemessenes Spannungssignal V(DC), das über dem Glättungskondensator 9 gemessen worden ist von dem Gleichspannungssteuersignal V(DC)*, und die PI-Schaltung 432 verstärkt das Ausgangssignal von dem Subtrahierer 431 mittels PI-Steuerung (Proportionale plus Integral). Ein Multiplizierer 433 multipliziert das sinuswellenförmige Signal sinΘ(R) von der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung 43 mit dem Ausgangssignal von der PI-Schaltung 432, um ein R-Phasenstromsteuersignal I(R)* zu erzeugen, und ein Multiplizierer 434 multipliziert das sinuswellenförmige Signal sinΘ(S) von der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung 42 mit dem Ausgangssignal von der PI-Schaltung 432, um ein S-Phasenstromsteuersignal I(S)* zu erzeugen.

Ein Subtrahierer 441 von dem R- Phasenspannungsanweisungsgenerator 44 (Fig. 50) subtrahiert ein R-Phasenstromsteuersignal I(R)* von der Umrichterstromanweisungsgeneratorschaltung 43 von einem R-Phasenstrommeßwertsignal I(R), und eine P-Schaltung 442 verstärkt das Ausgangssignal von dem Subtrahierer 441 mittels P-Steuerung (Proportionale), um ein Umrichter-R- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(RNC)* zu erzeugen.

Der Betrieb der unterbrechungsfreien Stromversorgung wird im folgenden diskutiert.

Während dem Normalbetrieb sind beide Schalter SWJ7 und Schalter SWH12 geschlossen, und Schalter SWI14 ist offen. Der dreiphasige Wechselleistungseingang von den Anschlüssen 1R, 1S und 1T wird durch den Umrichterabschnitt 20 und die Drossel 8 zu einer Gleichstromleistung umgerichtet. In diesem Fall werden die R-Phasen, S-Phasen und T-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 23, 22, 21 mittels der Umrichtersteuerschaltung 47 PWM-gesteuert, so daß die Eingangsstromwellenform von der R-Phase, der S-Phase und der T-Phase von der dreiphasigen Wechselleistung sinuswellenförmig ist, und die Phase der R-Phasen-, S-Phasen- und T-Phasenströme jeweils in Phase mit den R-Phasen-, S-Phasen- und T-Phasenspannungen sind, wobei der Eingangsleistungsfaktor ungefähr 1 ist, und wobei die Spannung über den Glättungskondensator 9 gleich dem Gleichspannungssteuersignal V(DC)* ist.

In dem Steuerverfahren von der Leistungsversorgung werden die Außenleiterspannungen V(RS) zwischen der R-Phase und der S-Phase von den drei Wechselleistungseingängen als Referenzsignal in die PLL-Schaltung 40 eingegeben. Dann erzeugt die Phasentransformationsschaltung 41 zwei Phasen, die einen vorbestimmten Phasenunterschied in bezug zu der Außenleiterspannung V(RS) aufweisen (die Phasenunterschiede sind in Beziehung zu einer Phasenspannung in bezug zu der Außenleiterspannung) z. B. unter der Annahme, daß die Außenleiterspannung V(RS) einen Phasenunterschied von Θ in bezug zu einer gegebenen Referenz aufweist, dann ist Θ(R)=Θ-π/6, und Θ(S)=Θ-5π/6. Die trigonometrische Funktionsgeneratorschaltung 42 erzeugt die sinuswellenförmigen Signale, die diesen Phasen entsprechen. Die sich ergebenden Signale sind sinΘ(R) (=sin(Θ-π/6)) und sinΘ(S) (=sin(Θ-5π/6)).

Die UmrIchterstrom-Anweisungsgeneratorschaltung 43 erzeugt ein Fehlersignal zwischen dem gemessenen Spannungssignal V(DC), das über den Glättungskondensator 9 gemessen worden ist, und ein Gleichspannungssteuersignal V(DC)*, führt eine PI-Steuerung aus, um das Fehlersignal zu verstärken, und berechnet das Produkt von dem verstärkten Fehlersignal und jedem der sinuswellenförmigen Signale sinΘ(R) und sinΘ(S), um ein R-Phasenstromsteuersignal I(R)* und ein S-Phasenstromsteuersignal I(S)* zu erzeugen. Die R-Phasen- und S-Phasenströme I(R) und I(S) von den dreiphasigen Wechseleingangsströmen werden bestimmt. Die Umrichter-R- Phasenspannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 44 verstärkt mittels P-Steuerung die Unterschiede zwischen dem bestimmten Strom I(R) und dem R-Phasenstromsteuersignal I(R)*, um ein Umrichter-R-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(RNC)* zu erzeugen. In ähnlicher Art und Weise leitet die Umrichter-S-Phasenspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 45 ein Umrichter-S- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SNC) * von dem bestimmten Strom I(S) und dem R-Phasenstromsteuersignal I(S)* ab.

Die Umrichter-T-Phasenspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 46 erzeugt ein anderes Phasensignal, nämlich ein Umrichter-T- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(TNC)*, das auf dem Umrichter-R-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(RNC)* und dem Umrichter-S-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(SNC)* basiert, und es werden die Umrichterspannungs-Modulationsanweisungssignale für die drei Phasen erhalten. Diese Drei-Phasen- Umrichtermodulationssteuersignale werden in die Umrichtersteuerschaltung 47 eingegeben, um die drei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 21, 22 und 23 von dem Umrichterabschnitt 20 PWM-zu-steuern, um den Eingangsleistungsfaktor so zu steuern, daß dieser ungefähr 1 ist, und um die Spannung über den Glättungskondensator 9 so zu steuern, daß dieser eine vorbestimmte Gleichspannung hat. Eine Hochleistungs-Faktorsteuerung unter Verwendung einer PWM-Steuerung ist in der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr. 59-194697 veröffentlicht und ist eine bekannte Technik.

Die Gleichspannung zwischen dem positiven Gleichspannungsanschluß P und dem negativen Gleichspannungsanschluß N wird mittels dem Wechselrichterabschnitt und dem Filter 11 PWM-gesteuert, so daß jede der U-Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenwechselausgangsspannungen eine vorbestimmte Amplitudenspannung V(AC)* und eine sinuswellenförmige dreiphasige Wellenform aufweisen, die die gleiche Frequenz hat wie die des dreiphasigen Wechseleingangs. Dadurch erscheint eine dreiphasige Wechselausgangsleistung mit einer vorbestimmten Spannung und der gleichen Frequenz wie die dreiphasige Wechseleingangsleistung an den Ausgangsanschlüssen 6U, 6V und 6W.

Die Wechselrichterphasenspannungs- Anweisungsgeneratorschaltung 48 erzeugt zwei Wechselrichterphasenspannungs-Anweisungssignale V(AC)* sinΘ(R) und V(AC)* sinΘ(S), die einen vorbestimmten Spannungsamplitudenwert V(AC)* aufweisen. Die Wechselrichter- U-Phasenspannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 50 PID-steuert ein Fehlersignal, das den Unterschied zwischen dem Wechselrichterphasenspannungs-Anweisungssignal V(AC)* sinΘ(R) und dem Spannungssignal V(UNI) von der Spannungsumrichterschaltung 49 angibt, um ein U-W- Phasenspannungsberechnungssignal V(UNI)W zu erzeugen. Die Drosselspannungsabfall-Generatorschaltung 403 (Fig. 48) differenziert den bestimmten Strom I (U), um den Spannungsabfall, der von der Drossel L23 bewirkt worden ist, zu berechnen und der resultierende Spannungsabfall wird zu dem U-W-Phasenspannungsberechnungssignal V(UNI)W hinzuaddiert (um den Spannungsabfall wegen der Drossel L23 zu kompensieren), und so wird ein U-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UNI) * erzeugt.

In einer ähnlichen Art und Weise erzeugt die Wechselrichter- V-Phasenspannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 51 ein V-W-Phasenspannungsberechnungssignal V(VNI)W und ein Wechselrichter-V-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(VNI)*, das auf dem Inverterphasenspannungssteuersignal V(AC)* sinΘ(S) und dem Spannungssignal V(VNI) von der Spannungsumrichterschaltung 49 basiert. Die Umrichter-W- Phasenspannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung invertiert die Polarität der Summe von dem U-W- Phasenspannungsberechnungssignal V(UNI)W und dem V-W- Phasenspannungsberechnungssignal V(VNI)W und addiert zu dem invertierten Ergebnis die Spannungsabfallkomponente, die durch die Drossel L21 bewirkt wird und den Strom I(W) von der W-Phasenstromgeneratorschaltung 52, um ein Wechselrichter-W- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(WNI)* zu erzeugen. Diese dreiphasigen Wechselrichterphasenspannungssteuersignale werden in die Wechselrichtersteuerschaltung 54 eingegeben, um die drei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 31, 32 und 33 von dem Wechselrichterabschnitt 30 PWM-zusteuern, um somit eine dreiphasige Wechselausgangsleistung mit einer vorbestimmten Spannung und der gleichen Frequenz wie die der dreiphasigen Eingangsleistung zu erhalten.

Die Batterieeinrichtung 10 wird normal mittels einer Ladeschaltung (nicht dargestellt) oder direkt mittels dem Glättungskondensator 9 geladen und wirkt wie eine Eingangsleistungsquelle für den Wechselrichterabschnitt 30, wenn die dreiphasige Wechseleingangsleistung unnormal ist, z. B. während Leistungsunterbrechungen oder plötzlichen Spannungsabfällen.

Wenn der Umrichterabschnitt 20 oder der Wechselrichter 30 Funktionsstörungen aufweist, werden die beiden Schalter SWJ7 und SWH12 geöffnet, und der Schalter SWI14 wird geschlossen. Die dreiphasige Wechselausgangsleistung wird an den Anschlüssen 6U, 6V und 6W durch Trenntransformator 13 und Schalter SWI14 ausgegeben. In dem Fall einer solchen Störung muß die dreiphasige Wechselausgangsleistung sofort zu den Ausgangsanschlüssen 6U, 6V und 6W geschaltet werden. Diesbezüglich muß es einen Zeitpunkt geben, während dem der Schalter SWJ7, der Schalter SWH12 und der Schalter SWI14 gleichzeitig geschlossen sind.

Die Ausgangsspannung von der Seitenpfadschaltung wird von dem Trenntransformator 13 erzeugt, und die Ausgangsspannung von dem Wechselrichterabschnitt 30 muß in Phase sein und das gleiche Potential aufweisen. Der Umrichterabschnitt 20 schaltet das Potential von dem Eingang der Drossel 8 zwischen dem P- und N-Potential hin und her, während das Potential an jedem der Ausgangsanschlüsse 6U, 6V und 6W die sinuswellenförmige Spannung in bezug zu der Referenz von dem Wechselrichterabschnitt 30 ist, wodurch das Referenzpotential an der Wechselstromeingangsseite und das Referenzpotential an der Ausgangsseite von dem Wechselrichterabschnitt 30 unterschiedlich ist. Wenn der Schalter SWJ7, der Schalter SWH12 und der Schalter SWI14 ohne den Trenntransformator 13 gleichzeitig geschlossen sind, werden Bauelemente, die unterschiedliche Referenzpotentiale aufweisen, verbunden, wodurch ein Kurzschlußstrom bewirkt wird, der durch die Schaltelemente fließt.

Der herkömmliche Leistungsumrichter benötigt die Drosseln L11, L12 und L13 entsprechend zu der Anzahl von Phasen der Wechselleistungseingangsquelle und die Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 21, 22 und 23 des Umrichterabschnitts 20 entsprechen der Anzahl der Phasen. Der herkömmliche Leistungsumwandler benötigt des weiteren Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 31, 32 und 33 des Wechselrichters 30 entsprechend der Anzahl von Phasen von der Wechselstromausgabe, und den Filter 11, der aus den Drosseln L21, L22 und L23 und den Kondensatoren C1, C2 und C3 besteht. Dadurch daß die Umrichtersteuerschaltung 47 und die Wechselrichtersteuerschaltung 54 Steuersignale entsprechend der Anzahl von Phasen benötigen, um die Schaltelemente und Schaltungen zu steuern, und um jedes von den Schaltelementen anzusteuern, steigt die Anzahl von Bauelementen der Hauptschaltung und der Steuerschaltung von der Einrichtung, wodurch das Gewicht der Einrichtung ansteigt und die Anordnung sperrig wird.

Die Umrichterphasenspannungs-Modulationssteuerung entsprechend den Phasen von der Wechselleistungseingangsquelle wird pro Phase benötigt. Ebenso wird die Wechselrichterphasenspannungs- Modulationssteuerung entsprechend den Phasen von der Wechselstromausgabe pro Phase benötigt. Deswegen werden die Umrichter- und Wechselrichterphasenspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltungen 44, 45, 46, 50, 51 und 53 entsprechend der Anzahl von Phasen von dem Wechselstromeingang und der Anzahl von Phasen von dem Wechselstromausgang benötigt. Des weiteren wird dadurch, daß sowohl der Umrichter als auch der Wechselrichter die Modulationssteuerung entsprechend den Phasenspannungen benötigen, die Spannungsumrichterschaltung 49 benötigt, um die Außenleiterspannung von der erfaßten Wechselausgangsleistung in die Phasenspannung umzurichten.

Des weiteren benötigt die unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung, die mit dem Leistungsumrichter ausgestattet ist, eine Anzahl von Schaltern entsprechend der Anzahl von Phasen für jeden von den Schaltern SWJ7, Schalter SWH12 und Schalter SWI14. Die Seitenpfadschaltung benötigt den Trenntransformator 13, um den Potentialunterschied aufzunehmen, wenn die dreiphasige Wechseleingangsleistungsquelle zu dem Ausgang von dem Wechselrichterabschnitt 30 in einer unterbrechungsfreien Art und Weise geschaltet wird. Dadurch steigt die Anzahl der Bauelemente, wodurch das Gewicht der Stromversorgungseinrichtung ansteigt, und die Stromversorgungseinrichtung groß und sperrig wird.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die vorliegende Erfindung wurde entwickelt, um die obenstehenden Probleme zu lösen, und es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Steuerverfahren für die Leistungsumrichtung anzugeben, die eine reduzierte Anzahl von Bauelementen und ein reduziertes Gewicht ihrer Hauptschaltung und Steuerschaltung aufweist, wobei Teile von den Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichter und dem Wechselrichter und deren Steuerung gemeinsam benutzt werden.

Es ist eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung anzugeben, die einen Leistungsumrichter umfaßt, der sich durch eine reduzierte Anzahl von Bauelementen und ein reduziertes Gewicht der Hauptschaltung und der Steuerschaltung auszeichnet. Zusätzlich wurde der herkömmliche Trenntransformator in der Seitenpfadschaltung weggelassen, der eine dreiphasige Eingangsleistung zu einer Ausgangsseite überträgt.

Gemäß einem allgemeinen Aspekt der Erfindung umfaßt der Leistungsumrichter der vorliegenden Erfindung einen Umrichterabschnitt zum Umwandeln einer Wechselleistung in eine Gleichleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten und einen Wechselrichterabschnitt zum Wechselrichten der Gleichleistung in eine Wechselleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten. Ein gemeinsamer Abschnitt ist zur Verfügung gestellt, der mit dem Umrichterabschnitt zur Umrichtung der Wechselleistung in eine Gleichleistung und dem Wechselrichterabschnitt zum Wechselrichten der Gleichleistung in eine Wechselleistung, mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten zusammenwirkt. Ein Umrichtersteuerabschnitt führt eine PWM- Steuerung zur Umrichtung der Wechseleingangsleistung in die Gleichleistung durch die Kombination von dem gemeinsamen Abschnitt und dem Umrichterabschnitt aus, und ein Wechselrichtersteuerabschnitt führt eine PWM-Steuerung zur Wechselrichtung der Gleichleistung in eine Wechselleistung durch die Kombination von dem gemeinsamen Abschnitt und dem Wechselrichterabschnitt aus.

Der Umrichterabschnitt, der Wechselrichterabschnitt und der gemeinsame Abschnitt umfassen jeder zumindest ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Eine Phase von der Wechseleingangsleistung ist im allgemeinen mit einer Phase von der Wechselausgangsleistung verbunden und die gemeinsam verbundene Phase ist ebenso mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms und dem Schaltabschnitt des unteren Arms von dem gemeinsamen Abschnitt verbunden. Die anderen Phasen von dem Wechseleingang sind mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden, und die anderen Phasen von der Wechselausgangsleistung sind mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden. In einer Ausführungsform umfaßt der Umrichterabschnitt und der Wechselrichterabschnitt jeweils zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, und der gemeinsame Abschnitt umfaßt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Zwei Phasen von einer dreiphasigen Wechseleingangsleistung sind mit den jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden, und zwei Phasen von einer dreiphasigen Wechselausgangsleistung sind mit den entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden.

In einer anderen Ausführungsform umfaßt der Umrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, und der Wechselrichterabschnitt und der gemeinsame Abschnitt umfassen ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Zwei Phasen von einer dreiphasigen Wechseleingangsleistung sind mit den entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden, und eine Phase von einer Wechselausgangsleistung mit einer einzigen Phase ist mit einem Verbindungspunkt von dem Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden.

In einer weiteren Ausführungsform umfaßt der Umrichterabschnitt und der gemeinsame Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, und der Wechselrichterabschnitt umfaßt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Eine Phase von einer Wechseleingangsleistung mit einer einzelnen Phase ist mit einem Verbindungspunkt von dem Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichter verbunden, und zwei Phasen von einer dreiphasigen Wechselausgangsleistung sind mit den jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden.

Im folgenden wird ein Steuerverfahren angegeben, das die folgenden Schritte umfaßt: Verwendung von zumindest einer Phase von der Wechseleingangsleistung als ein Referenzsignal, Erzeugung eines Spannungsmodulationssignals für einen gemeinsamen Abschnitt, das den gemeinsamen Abschnitt gemäß dem Referenzsignal PWM steuert, Erzeugen eines Spannungsmodulationssignals für einen Umrichterabschnitt und ein Spannungsmodulationssignal für einen Wechselrichterabschnitt, wobei diese jeweils einen vorbestimmten Phasenunterschied in bezug zu dem Spannungsmodulationssignal für den gemeinsamen Abschnitt aufweisen, Verwenden des Spannungsmodulationssignals des Umrichterabschnittes und des Spannungsmodulationssignals des gemeinsamen Abschnitts als ein PWM-Modulationssignal für den Umrichtersteuerabschnitt, und Verwenden des Spannungsmodulationssignals des Wechselrichterabschnitts und des Spannungsmodulationssignals des gemeinsamen Abschnitts als ein PWM-Modulationssignal für den Wechselrichtersteuerabschnitt.

Wenn sowohl der Umrichterabschnitt, der Wechselrichterabschnitt und der gemeinsame Abschnitt zumindest ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfassen, umfaßt das Verfahren des weiteren die Schritte: gemeinsames Verbinden einer Phase von der Wechseleingangsleistung mit einer Phase von der Wechselstromausgang, Verbinden der gemeinsam verbundenen Phase mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms und dem Schaltabschnitt des unteren Arms von dem gemeinsamen Abschnitt, Verbinden der verbleibenden Phasen von der Wechseleingangsleistung mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Umrichterabschnitt, Verbinden der verbleibenden Phasen von der Wechselausgangsleistung mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt, und Erzeugen des Referenzsignales von einer Außenleiterspannung zwischen der gemeinsam verbundenen Phase von der Wechseleingangsleistung und der anderen Phase von der Wechseleingangsleistung.

Wenn sowohl der Umrichterabschnitt als auch der Wechselrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfassen, und der gemeinsame Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt, umfaßt das Verfahren des weiteren die Schritte: Verbinden von zwei Phasen von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt, Verbinden von zwei Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt, Erzeugen des Spannungsmodulationssignals für den gemeinsamen Abschnitt basierend auf dem Referenzsignal mit einer eingeführten Außenleiter-Phasenbeziehung, und Erzeugen des Spannungsmodulationssignals für den Wechselrichter basierend auf dem Spannungsmodulationssignal des gemeinsamen Abschnitts und einem Außenleiterspannungsmodulationssignal, das basierend auf Außenleiterspannungen zwischen einer Phase von einer Wechselausgangsleistung, die mit einer Phase von der Wechseleingangsleistung gemeinsam verbunden ist, und den zwei anderen Phasen von der Wechselausgangsleistung erzeugt wird.

Wenn sowohl der Umrichterabschnitt und der Wechselrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfassen, und der gemeinsame Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt, umfaßt das Verfahren des weiteren die Schritte: Verbinden von zwei Phasen von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt, Verbinden von zwei Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt, Erzeugen des Spannungsmodulationssignals des gemeinsamen Abschnitts basierend auf dem Referenzsignal mit einer eingeführten Außenleiter-Phasenbeziehung, und Erzeugen des Spannungsmodulationssignals des Umrichterabschnitts basierend auf dem Spannungsmodulationssignal des gemeinsamen Abschnitts und einem Außenleiterspannungsmodulationssignals, das basierend auf Außenleiterspannungen zwischen einer Phase von einer Wechselausgangsleistung, die gemeinsam mit einer Phase von der Wechseleingangsleistung verbunden ist, und den anderen zwei Phasen von der Wechseleingangsleistung erzeugt wird.

Das Betriebssignal, das verwendet wird, um das gemeinsame Phasenmodulationssignal zur PWM-Steuerung des gemeinsamen Abschnitts zu erzeugen, kann ein sinuswellenförmiges Signal, ein trapezwellenförmiges Signal oder ein Dreieckswellensignal sein.

Eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung, die mit einem Leistungsumrichter gemäß der vorliegenden Erfindung ausgestattet ist, umfaßt einen Umrichterabschnitt zum Umrichten einer Wechselleistung in eine Gleichleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, einen Wechselrichterabschnitt zum Wechselrichten einer Gleichleistung in eine Wechselleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, einen gemeinsamen Abschnitt zum Umwandeln der Wechselleistung in die Gleichleistung oder der Gleichleistung in eine Wechselleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, einen Umrichtersteuerabschnitt, der eine PWM-Steuerung ausführt, um eine Wechseleingangsleistung in eine Gleichleistung durch eine Kombination von dem gemeinsamen Abschnitt und dem Umrichterabschnitt umzurichten, einen Wechselrichtersteuerabschnitt, der eine PWM-Steuerung ausführt, um die Gleichleistung in eine Wechselleistung durch die Kombination von dem gemeinsamen Abschnitt und dem Wechselrichterabschnitt wechselzurichten, und einen Schaltabschnitt, um wahlweise entweder die Wechseleingangsleistung oder die Wechselausgangsleistung von dem Umrichterabschnitt an die Ausgangsanschlüsse anzulegen.

In einer Ausführungsform umfassen sowohl der Umrichterabschnitt, der Wechselrichterabschnitt und der gemeinsame Abschnitt zumindest ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Eine Phase von der Wechseleingangsleistung ist gemeinsam mit einer Phase von der Wechselausgangsleistung verbunden und die gemeinsam verbundene Phase ist mit einem gemeinsamen Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms und dem Schaltabschnitt des unteren Arms von dem gemeinsamen Abschnitt verbunden. Andere Phasen von der Wechseleingangsleistung sind mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des unteren Arms und den Schaltabschnitten des oberen Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden, und andere Phasen von der Wechselausgangsleistung sind mit Verbindungspunkten von Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden.

In einer anderen Ausführungsform umfassen sowohl der Umrichterabschnitt und der Wechselrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, und der gemeinsame Abschnitt umfaßt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Zwei Phasen von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung sind mit jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden, und zwei Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung sind mit jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms des Wechselrichterabschnitts verbunden.

Außerdem umfaßt der Umrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, und sowohl der Wechselrichterabschnitt als auch der gemeinsame Abschnitt umfassen ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Zwei Phasen von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung sind mit jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden, und eine Phase von der Wechselstromausgabe mit einer einzelnen Phase ist mit einem Verbindungspunkt von dem Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden.

In einer weiteren Ausführungsform umfassen sowohl der Umrichterabschnitt als auch der gemeinsame Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, und der Wechselrichterabschnitt umfaßt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Eine Phase von der Wechseleingangsleistung mit einer einzelnen Phase ist mit einem Verbindungspunkt von dem Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms von dem Umrichter verbunden, und zwei Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung sind mit jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden.

Andere Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der im folgenden gegebenen Beschreibung offenbart und offensichtlich. Es ist jedoch anzumerken, daß die detaillierte Beschreibung und spezifische Ausführungsformen nur zur Illustration angegeben werden, da verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb dem Geist und dem Umfang der Erfindung sind und einem Fachmann von der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich werden.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung der Hauptschaltung der unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung mit Drei-Phasen- Eingang/Drei-Phasen-Ausgang gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 zeigt die inneren Details von einem Schalter SWJ107 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 zeigt die inneren Details von einer Drossel 108 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 zeigt die inneren Details von einem Filter 111 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 5 zeigt die inneren Details von einem Schalter SWH112 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 zeigt die inneren Details von einem Schalter SWI114 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 7 zeigt die inneren Details von einem Umrichterabschnitt 120 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 8 zeigt die inneren Details von einem Wechselrichterabschnitt 130 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 9 zeigt die inneren Details von einem gemeinsamen Abschnitt 110 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Steuerschaltung für eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung mit Drei-Phasen- Eingabe/Drei-Phasen-Ausgabe gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Anordnung von einer V-U-Phasen- Wechselrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 150 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Anordnung einer Umrichterstrom- Anweisungsgeneratorschaltung 143 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Anordnung einer S-R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 144 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 14 ist ein Wellenformdiagramm, das die Beziehung von Spannungs-Modulationsanweisungssignalen von dem Umrichter und Wechselrichter gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 15 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal mit dritten Harmonischen und eine Beziehung zwischen diesem und einer Außenleiterspannung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung einer Hauptschaltung von einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt, die einen Leistungsumrichter mit Drei-Phasen- Eingabe/Ein-Phasen-Ausgabe zeigt.

Fig. 17 zeigt die inneren Details von einem Filter 211 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 18 zeigt die inneren Details von einem Schalter SWH212 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 19 zeigt die inneren Details von einem Schalter SWI214 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 20 zeigt die inneren Details von einem Wechselrichterabschnitt 230 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 21 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung einer Steuerschaltung von einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung zeigt, die einen Leistungsumrichter mit Drei-Phasen-Eingang/Ein- Phasen-Ausgang gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.

Fig. 22 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung einer Hauptschaltung von einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung zeigt, die einen Leistungsumrichter mit Ein-Phasen-Eingang/Drei- Phasen-Ausgang gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.

Fig. 23 zeigt die inneren Details von einem Schalter SWJ207 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 24 zeigt die inneren Details von einer Drossel 208 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 25 zeigt die inneren Details von einem Umrichterabschnitt 220 gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 26 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung einer Steuerschaltung von einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung zeigt, die einen Leistungsumrichter mit Ein-Phasen-Eingang/Drei- Phasen-Ausgang gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet.

Fig. 27 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung einer Hauptschaltung von einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung zeigt, die einen Leistungsumrichter mit N-Phasen-Eingang/N-Phasen- Ausgang gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 28 zeigt die inneren Details von einem Schalter SWJ307 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 29 zeigt die inneren Details einer Drossel 308 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 30 zeigt die inneren Details von einem Filter 311 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 31 zeigt die inneren Details von einem Schalter SWH312 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 32 zeigt die inneren Details von einem Schalter SWI314 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 33 zeigt die inneren Details von einem Umrichterabschnitt 320 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 34 zeigt die inneren Details von einem Wechselrichterabschnitt 330 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 35 zeigt die inneren Details von einem gemeinsamen Abschnitt 310 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 36 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung von einer Hauptschaltung von einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung mit M-Phasen-Eingabe/N- Phasen-Ausgabe gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 37 zeigt die inneren Details von einer Drossel 408 gemäß der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 38 zeigt die inneren Details von einem Umrichter 420 gemäß der vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Fig. 39 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung von einer Hauptschaltung von einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung zeigt, die einen herkömmlichen Leistungsumrichter mit Drei-Phasen- Eingabe/Drei-Phasen-Ausgabe verwendet.

Fig. 40 zeigt die inneren Details von dem herkömmlichen Schalter SWJ7.

Fig. 41 zeigt die inneren Details von der herkömmlichen Drossel 8.

Fig. 42 zeigt die inneren Details von dem herkömmlichen Filter 11.

Fig. 43 zeigt die inneren Details von dem herkömmlichen Schalter SWH12.

Fig. 44 zeigt die inneren Details von dem herkömmlichen Schalter SWI14.

Fig. 45 zeigt die inneren Details von dem herkömmlichen Umrichterabschnitt 20.

Fig. 46 zeigt die inneren Details von dem herkömmlichen Wechselrichterabschnitt 30.

Fig. 47 ist ein Blockdiagramm, das die Anordnung einer Steuerschaltung von einer unterbrechungsfreien Stromversorgung zeigt, die einen Leistungsumrichter gemäß dem Stand der Technik mit Drei-Phasen- Eingabe/Drei-Phasen-Ausgabe zeigt.

Fig. 48 ist ein Blockdiagramm, das den detaillierten Aufbau von der U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 50 gemäß dem Stand der Technik zeigt.

Fig. 49 ist ein Blockdiagramm, das den detaillierten Aufbau von dem Umrichterstromanweisungsgenerator 43 gemäß dem Stand der Technik zeigt.

Fig. 50 ist ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Anordnung von der R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 44 gemäß dem Stand der Technik zeigt.

In allen Figuren sind Bauelemente, die gleich sind oder im wesentlichen gleich sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN Ausführungsform 1

Mit Verweis auf die Fig. 1 bis 15 wird die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung diskutiert, die mit einem Leistungsumrichter ausgestattet ist, der eine dreiphasige Wechseleingangsleistung empfängt und eine dreiphasige Wechselleistung ausgibt, die die gleiche Frequenz aufweist wie der Eingang. Fig. 1 ist ein Blockdiagramm, das eine Anordnung einer Hauptschaltung von einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung mit einer Drei-Phasen-Eingabe/Drei-Phasen-Ausgabe zeigt, während die Fig. 2 bis 9 die inneren Details von verschiedenen Bauelementen zeigen, die in der Fig. 1 gezeigt sind. Fig. 10 ist ein Blockdiagramm, das eine Steuerschaltung für die unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung mit Drei- Phasen-Eingang/Drei-Phasen-Ausgang zeigt, Fig. 11 ist ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Anordnung von einer V-U- Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 150 zeigt, Fig. 12 ist ein Blockdiagramm, das eine detaillierte Anordnung von einer Wechselrichterstrom-Anweisungsgeneratorschaltung 143 zeigt, und Fig. 13 ist ein Blockdiagramm, das eine S-R- Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 144 zeigt. Fig. 14 ist ein Wellenformdiagramm, das Spannungs- Modulationsanweisungssignale in dem Wechselrichter und dem Umrichter zeigt, und Fig. 15 ist ein Wellenformdiagramm, das ein Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal mit dritten Harmonischen und die Beziehung zwischen diesen und einer Außenleiterspannung zeigt.

In bezug zu der Steuerschaltung von Fig. 10 ist anzumerken, daß diese getrennt von der Hauptschaltung von Fig. 1 angeordnet werden kann. Die Steuerschaltung ist über die Eingangsanschlüsse 1T, 1S und 1R und die Ausgangsanschlüsse 6W, 6V und 6U geschaltet (Fig. 1). Die Steuerschaltung ist ebenso zwischen dem positiven Gleichanschluß P und dem negativen Gleichanschluß N angeschlossen (Fig. 1). Die Steuerschaltung holt von den Eingangsanschlüssen die Signale I(T), I(S) und V(SR). Unter Verwendung des Signals V(RS) bestimmt die Steuerschaltung die Referenzsignale Θ(SR), Θ(TR) und Θ(R). Die Steuerschaltung holt von den Gleichanschlüssen das Signal V(DC), und die Steuerschaltung bestimmt unter Verwendung dieses Signals die Phasenstrom- Anweisungssignale I(T)* und I(S)* in Verbindung mit den Signalen Θ(SR) und Θ(TR). Unter Verwendung der Signale I(T) und I(S) bestimmt die Steuerschaltung die Umrichterphasenspannungs-Modulationsanweisungssignale V(TR)* und V(SR)* in Verbindung mit den Signalen I(T)* und I(S)*. Außerdem bestimmt die Steuerschaltung unter Verwendung der Signale V(DC) und V(R) die Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignale des gemeinsamen Abschnitts V(UN)*.

Die Steuerschaltung holt ebenso die Signale I(W), I(V), V(WU) und V(VU) von den Ausgangsanschlüssen. Unter Verwendung der Signale V(WU), V(VU), I(W) und I(V) bestimmt die Steuerschaltung die Außenleiterspannungs- Modulationsanweisungssignale V(WU)* und V(VU)* in Verbindung mit den Signalen Θ(SR) und Θ(TR).

Durch die ganzen Figuren hindurch sind Bauelemente, die identisch oder äquivalent zu Bauelementen aus dem Stand der Technik sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In Fig. 1 ist der Leistungsumrichter 71 in der unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung 81 angeordnet. Der Leistungsumrichter 71 umfaßt einen Umrichterabschnitt 120 zum Umrichten einer zweiphasigen Wechseleingangsleistung in eine Gleichleistung, und ein Wechselrichterabschnitt 130 zum Wechselrichten einer Gleichleistung in eine dreiphasige Wechselleistung in Verbindung mit einem gemeinsamen Abschnitt 110, was später beschrieben wird. Der gemeinsame Abschnitt 110 umfaßt R-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms und U-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms zur Verwendung in dem Umrichterabschnitt 120 und dem Wechselrichterabschnitt 130.

Ein Schalter SWJ107 besteht aus den Schaltern SWJ1 und SWJ2 (Fig. 2) für zwei Phasen, und die Drossel 108 besteht aus den Drosseln L11 und L12 (Fig. 3) für zwei Phasen. Ein Glättungskondensator 9 ist zur Verfügung gestellt, um die Gleichleistung von dem Umrichterabschnitt 120 und dem gemeinsamen Abschnitt 110 zu glätten (wird später beschrieben) Der Filter 111 besteht aus den Drosseln L21 und L22 (Fig. 4) für zwei Phasen, und den Kondensatoren C1 und C2 für zwei Phasen. Der Schalter SWH112 besteht aus den Schaltern SWH1 und SWH2 (Fig. 5) für zwei Phasen, und der Schalter SWI114 besteht aus den Schaltern SWI1 und SWI2 (Fig. 6) für zwei Phasen.

Es sind ebenso (Fig. 7) T-Phasen und S-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 121 und 122 dargestellt, die jeweils einen Schaltabschnitt des oberen Arms 121a und einen Schaltabschnitt des unteren Arms 121b, und einen Schaltabschnitt des oberen Arms 122a und einen Schaltabschnitt des unteren Arms 122b aufweisen. Jeder der Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 121a, 121b, 122a und 122b besteht aus einem Schaltelement wie z. B. einem Transistor, einem FET oder einem IGBT und einer Diode in einer Gegenparallelschaltung.

Es sind ebenso (Fig. 8) W-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 133 und V-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 132 dargestellt, die jeweils einen Schaltabschnitt des oberen Arms 131a und einen Schaltabschnitt des unteren Arms 131b und einen Schaltabschnitt des oberen Arms 132a und einen Schaltabschnitt des unteren Arms 132b umfassen. Jeder von den Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms 131a, 131b, 132a und 132b besteht aus einem Schaltelement wie z. B. einem Transistor, einem FET oder einem IGBT und einer Diode in einer Gegenparallelschaltung.

Es sind ebenso (Fig. 9) ein Schaltabschnitt des oberen Arms 110a einer R-Phase oder U-Phasen oberer und unterer Schaltabschnitte von dem gemeinsamen Abschnitt 110 dargestellt und ein Schaltabschnitt des unteren Arms 110b einer R-Phase oder U-Phasen obere und untere Schaltabschnitte von dem gemeinsamen Abschnitt 110.

In Fig. 1 sind die Bauelemente 1R, 1S und 1T Eingangsanschlüsse, an die jeweils eine R-Phase, S-Phase und T-Phase einer dreiphasigen Wechseleingangsleistung zugeführt wird, und 6U, 6V und 6W sind Dreiphasen-Ausgangsanschlüsse, von denen eine Dreiphasen-Wechselleistung an eine Last (nicht dargestellt) ausgegeben wird, um diese anzutreiben. Anschluß 1R und Anschluß 6U sind direkt verbunden. Die Anschlüsse 1T und 1S sind jeweils mit den Anschlüssen 2T und 2S über SWJ1 und SWJ2 des Schalters SWJ107 verbunden, und die Anschlüsse 2T und 2S sind jeweils mit den Anschlüssen 3T und 3S über L11 und L12 der Drossel 108 verbunden. Der Anschluß 3T ist mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms 121a und dem Schaltabschnitt des unteren Arms 121b der T-Phase verbunden, und der Anschluß 3S ist mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms 122a und dem Schaltabschnitt des unteren Arms 122b der S-Phase verbunden.

Ein Anschluß 1RU ist mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms 110a und dem Schaltabschnitt des unteren Arms 110b des gemeinsamen Abschnitts 110 (Fig. 9) verbunden. Die Knoten P1 und N1 sind jeweils ein positiver Gleichanschluß und ein negativer Gleichanschluß zwischen dem gemeinsamen Abschnitt 110 und dem Wechselrichterabschnitt 130, und weisen jeweils das gleiche Potentialniveau wie der positive Gleichanschluß P und der negative Gleichanschluß N auf.

Die Anschlüsse 4W und 4V sind jeweils mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms 131a und dem Schaltabschnitt des unteren Arms 131b der W-Phase und einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms 132a und dem Schaltabschnitt des unteren Arms 132b der V-Phase von dem Wechselrichterabschnitt 130 (Fig. 8) verbunden. Die anderen Seiten der Anschlüsse 4W und 4V sind jeweils mit den Anschlüssen 5W und 5V durch die Drosseln L21 und L22 des Filters 111 (Fig. 4) verbunden, und der Anschluß 2RU ist mit einem gemeinsamen Punkt der Kondensatoren C1 und C2 des Filters 111 verbunden. Die Anschlüsse 5W und 5V sind jeweils mit den Anschlüssen 6W und 6V durch Schalter SWH1 und Schalter SWH2 des Schalters SWH112 (Fig. 5) verbunden, und die Anschlüsse 1T und 1S sind jeweils mit den Anschlüssen 6W und 6V durch den Schalter SWI1 und Schalter SWI2 des Schalters WI114 (Fig. 6) verbunden.

Eine Steuerschaltung gemäß der ersten Ausführungsform ist in Fig. 10 dargestellt. Obwohl nicht in den Figuren dargestellt, ist die Umrichteranweisungsschaltung 147 mit dem Wechselgleich-Umrichterabschnitt 120 verbunden, um die Steuersignale dem Umrichterabschnitt 120 zur Verfügung zu stellen. Ebenso ist die Wechselrichteranweisungsschaltung 152 mit dem Gleichwechselrichterabschnitt 130 der Hauptschaltung verbunden, um die Steuersignale dem Wechselrichterabschnitt 130 zur Verfügung zu stellen. Die Steuerschaltung des gemeinsamen Abschnitts 149 ist mit dem gemeinsamen Abschnitt 110 verbunden, um die Steuersignale dem gemeinsamen Abschnitt 110 zur Verfügung zu stellen.

Eine PLL-Schaltung 40 erzeugt ein Referenzsignal in Antwort auf den Eingang V(SR), wobei dies eine der Außenleiterspannungen der dreiphasigen Wechseleingangsleistung ist. Die Phasentransformationsschaltung B 141B ist zur Erzeugung eines Phasensignals (R), das einen vorbestimmten Phasenunterschied in Antwort auf das Ausgangssignal von der PLL-Schaltung 40 aufweist. Eine trigonometrische Funktionsgeneratorschaltung A 142 A ist zur Erzeugung eines sinuswellenförmigen Signals gemäß zwei unterschiedlichen Phasensignalen (SR) und (CR) der Phasentransformationsschaltung A 141 A, und eine trigonometrische Funktionsgeneratorschaltung B 142 B ist zur Erzeugung eines sinuswellenförmigen Signals gemäß einem Phasensignal (R) der Phasentransformationsschaltung B 141 B.

Die Umrichterstrom-Anweisungsgeneratorschaltung 143 gibt ein S-Phasenumrichterstrom-Anweisungssignal I(S)* und ein T- Phasenumrichterstrom-Anweisungssignal I(C)* von dem Umrichterabschnitt 120 aus, das auf dem gemessenen Spannungssignal V(DC), das über den Glättungskondensator 9 gemessen worden ist, dem Gleichspannungs-Anweisungssignal V(DC)* und den zwei sinuswellenförmigen Signalen sinΘ(SR) und sinΘ(TR) der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung A 142 A basiert.

Wie in Fig. 12 gezeigt, umfaßt die Umrichterstrom Anweisungsgeneratorschaltung 143 einen Subtrahierer 1431 zur Berechnung des Unterschieds zwischen dem gemessenen Spannungssignal V(DC), das über dem Glättungskondensator 9 gemessen worden ist und dem Gleichspannungs-Anweisungssignal V(DC)*, eine PI-Schaltung 1432 zur Verstärkung des Ausgangssignals von dem Subtrahierer 1431 mittels PI (Proportionale plus Integral) Steuerung, einen Multiplizierer 1433 zur Multiplikation des sinuswellenförmigen Signals sinΘ(TR) der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung A 142A mit dem Ausgangssignal der PI-Schaltung 1432, um ein T-Phasenstrom-AnweisungssIgnal I(T)* zu erzeugen, und einen Multiplizierer 1434 zum Multiplizieren des sinuswellenförmigen Signals sinΘ(SR) der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung A 142A mit dem Ausgangssignal der PI-Schaltung 1432, um ein S-Phasenstrom-Anweisungssignal I(S)* zu erzeugen.

Die S-R-Phasenumrichterspannungs- ModulatIonsanweisungsgeneratorschaltung 144 (Fig. 10) gibt ein S-R-Phanenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SR)* aus, während sie ein Meßwertsignal I(S) von dem S- Phasenstrom von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung und das S-Phasenstrom-Anweisungssignal I(S)* von der Umrichterstrom-Anweisungsgeneratorschaltung 143 empfängt. Die T-R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 145 gibt ein T-R- Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(TR)* aus, während sie ein Meßwertsignal I(T) des T-Phasenstroms von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung und ein T- Phasenstrom-Anweisungssignal I(T)* der Umrichterstrom- Anweisungsgeneratorschaltung 143 empfängt.

Wie in Fig. 13 gezeigt, umfaßt die S-R- Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 144 einen Subtrahierer 1441 zur Berechnung des Unterschieds zwischen dem gemessenen Signal I(S) von dem S-Phasenstrom und dem S- Phasenstrom-Anweisungssignal I(S)* der Umrichterstrom- Anweisungsgeneratorschaltung 143. Stromabwärts ist eine P- Schaltung 1442 zur Verstärkung des Ausgangssignals von dem Subtrahierer 1441 mittels P-Steuerung (Proportionale) angeordnet, um ein S-R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(SR)* zu erzeugen. Die T-R- Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 145 weist einen ähnlichen Aufbau wie die S-R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 144 auf.

In Fig. 10 gibt die Spannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 146 des gemeinsamen Bereichs ein U-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UN)* der U-Phasenspannung aus, die die Spannung für den gemeinsamen Abschnitt ist, während sie ein sinuswellenförmiges Signal sinΘ(R) von der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung B 142B und ein gemessenes Spannungssignal V(DC), das über dem Glättungskondensator 9 gemessen worden ist, empfängt. Ein Addierer 161 addiert das T-R-Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(TR)* der T-R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 145 zu dem U- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UN)* der spannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 146 des gemeinsamen Abschnitts, um dadurch ein T- Phasenumrichterspannungs-ModulationsanweisungssIgnal V(TN)* zu erzeugen. Ebenso addiert ein Addierer 162 das S-R- Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SR)* der S-R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 144 zu dem U- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UN)* der Spannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung des gemeinsamen Abschnitts 146, um dadurch ein S- Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SN)* zu erzeugen. Die Umrichtersteuerschaltung 147 PWM-steuert die Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 121a, 121b, 122a und 122b gemäß den T- und S-Phasen des Umrichterabschnitts 120, während sie ein T-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(TN)* des Addierers 161 und ein S-Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SN)* des Addierers 162 empfängt. Ebenso PWM-steuert die Steuerschaltung des gemeinsamen Abschnitts die Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 110a und 110b gemäß der U-Phase des gemeinsamen Abschnitts 110, während sie ein U-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UN) * der Spannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung des gemeinsamen Abschnitts 146 empfängt.

Eine Wechselrichterspannungs-Anweisungsgeneratorschaltung 148 erzeugt zwei Arten von Wechselrichterspannungs- Anweisungssignalen V(AC)* sinΘ(SR) und V(AC)* sinΘ(TR), während sie ein Wechselrichterspannungsamplituden- Anweisungssignal V(AC)* und zwei sinuswellenförmige Signale sinΘ(SR) und sinΘ(TR) der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung A 142A empfängt. Eine V-U- Phasenspannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 150 gibt ein V-U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(VU)* aus, während sie ein Wechselrichterspannungs-Anweisungssignal V(AC)* sinΘ(SR) von der Wechselrichterspannungs-Anweisungsgeneratorschaltung 148, einen V-Phasenstrommeßwert I(V) und einen V-U-Phasen- Außenleiterspannungsmeßwert V(VU) empfängt. Eine W-U- Phasenwechselricherspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 151 gibt ein W-U- Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(WU)* aus, während sie ein Wechselrichterspannungs- Anweisungssignal V(AC)* sinΘ(TR) von der Wechselrichterspannungs-Anweisungsgeneratorschaltung 148, einen W-Phasenstrommeßwert I(W) und einen W-U-Phasen- Außenleiterspannungsmeßwert V(WU) empfängt.

Wie in Fig. 11 gezeigt, umfaßt die V-U- Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 150 einen Subtrahierer 1501 zur Berechnung des Unterschieds zwischen einem Wechselrichterspannungs-Anweisungssignal V(AC)* sinΘ(R) und einem V-U-Phasen-Außenleiterspannungsmeßwert V(VU), eine PID-Schaltung 1502 zur Verstärkung eines Fehlersignals mittels PID-Steuerung des Differenzsignals von dem Subtrahierer 1501, eine Drosselspannungsabfall- Generatorschaltung 1503 zur Erzeugung der Spannungsabfallskomponente durch die Drossel L22 mittels Ableitung des empfangenen V-Phasenstrommeßwerts I(V), und einen Addierer 1504 zum Addieren des Signals von der Drosselspannungsabfall-Generatorschaltung 1503 zu dem Signal von der PID-Schaltung 1502, um ein V-U- Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(VU)* zu erzeugen. Die W-U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 151 weist einen ähnlichen Aufbau wie die V-U-Phasenspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 150 auf.

Ein Addierer 163 erzeugt ein W-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(WN)* mittels Addition eines W- U-Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignals V(WU)* der W-U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 151 zu einem U- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UN) * der Spannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung des gemeinsamen Abschnitts 146, und ein Addierer 164 erzeugt ein V-Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(VN)* mittels Addition des V-U- Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignals V(VU)* der V-U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 150 zu dem U- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UN)* der Spannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung des gemeinsamen Abschnitts 146.

Die Wechselrichtersteuerschaltung 152 PWM-steuert die Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 131a, 131b, 132a und 132b gemäß den W-V-Phasen von dem Wechselrichterabschnitt 130, während sie ein W-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(WN)* des Addierers 163 und ein V-Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(VN)* des Addierers 164 empfängt.

Der Betrieb der unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung dieser Ausführungsform wird im folgenden diskutiert. Während dem Normalbetrieb sind Schalter SWJ107 und Schalter SWH112 geschlossen, und der Schalter SWI114 ist offen. In dem Grundsteuerbetrieb der unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung wird eine dreiphasige Wechseleingangsleistung von einer dreiphasigen Wechselleistungsquelle durch den Umrichterabschnitt 120, gemeinsamen Abschnitt 110 und der Drossel 108 in eine Gleichleistung umgewandelt, während die Schaltabschnitte, die den Umrichterabschnitt 120 und den gemeinsamen Abschnitt 110 bilden mittels vorbestimmten Anweisungen PWM-gesteuert werden, so daß die Eingangsstromwellenform von jeder von der R-Phase, S-Phase und T-Phase von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung sinuswellenförmig wird, so daß die R- Phasen-, S-Phasen- und T-Phasenspannungen jeweils in Phase mit den R-Phasen-, S-Phasen- und T-Phasenströmen gesetzt sind. Dadurch wird die Spannung über den Glättungskondensator D auf einen vorbestimmten Gleichspannungswert mit einem Eingangsleistungsfaktor von ungefähr 1 gesteuert.

Die Schaltabschnitte, die den Wechselrichterabschnitt 130 und den gemeinsamen Abschnitt 110 bilden, werden mittels vorbestimmten Anweisungen PWM-gesteuert, so daß die U- Phasen-, V-Phasen- und W-Phasenausgangsspannungen mit einem konstanten Spannungswert sinuswellenförmig sind und eine vorbestimmte Frequenz aufweisen, so daß die dreiphasige Wechselausgangsleistung mit vorbestimmter Frequenz und Spannungsamplitude an den Ausgangsanschlüssen 6W, 6V und 6U erhalten wird.

Eine Batterieeinrichtung 110 wird normalerweise mittels einer nicht dargestellten Ladeschaltung geladen oder wird mittels dem Glättungskondensator 9 geladen, und wird entladen, wenn die dreiphasige Wechseleingangsleistung anormal ist. Insbesondere tritt eine Entladung der Batterie auf, wenn eine Leistungsunterbrechung oder ein plötzlicher Spannungsabfall auftritt, so daß eine unterbrechungsfreie Ausgangsleistung an den Ausgangsanschlüssen 6W, 6V und 6U mittels dem Wechselrichterabschnitt 130, dem gemeinsamen Abschnitt 110 und dem Filter 111 zur Verfügung gestellt wird.

Wenn einer von dem Umrichterabschnitt 120, Wechselrichterabschnitt 130 und gemeinsamen Abschnitt 110 Funktionsstörungen aufweist, wird der Schalter SWJ107 und der Schalter SWH112 geöffnet, und der Schalter SWI114 wird geschlossen, so daß die Wechselleistung der dreiphasigen Wechselleistungsquelle direkt an den Anschlüssen 6W, 6V und 6U über den Schalter SWl114 ausgegeben wird. Bei dem Auftreten solcher Funktionsstörungen ist es wichtig, in einer unterbrechungsfreien Art und Weise zwischen der Wechselleistung, die durch den Wechselrichterabschnitt 130 zur Verfügung gestellt wird, und der Wechselausgabe, die von der Wechselleistungsquelle mit umgangenem Wechselrichterabschnitt 130 erhalten wird, zu schalten. Hierbei muß ein Zeitpunkt existieren, in dem Schalter SWH112 und Schalter SWI114 gleichzeitig geschlossen sind.

Bei dem Auftreten solcher Funktionsstörungen wird, wie später beschrieben wird, ein Anschluß 1R der Eingangsseite gemeinsam mit einem Anschluß 6U der Ausgangsseite in dem Hauptschaltungssystem dieser Ausführungsform verbunden, und dadurch weisen der Umrichterabschnitt 120 und der Wechselrichterabschnitt 130 das gleiche Referenzniveau ohne einem dazwischen verursachten Potentialunterschied auf. Dadurch wird der Trenntransformator 113, der in Verbindung mit dem Stand der Technik beschrieben worden ist, nicht benötigt. Dadurch, daß sowohl der Umrichterabschnitt 120 als auch der Wechselrichterabschnitt 130 durch den gemeinsamen Abschnitt 110 PWM-gesteuert werden, werden die Wechselausgangsleistung von der Seitenpfads 78806 00070 552 001000280000000200012000285917869500040 0002019730364 00004 78687chaltung und die Wechselausgangsleistung des Wechselrichterabschnitts 130 synchronisiert und weisen, sogar wenn Schalter SWJ107, Schalter SWH112 und Schalter SWI114 gleichzeitig geschlossen sind, um zu der Seitenpfadschaltung zu schalten, das gleiche Potentialniveau auf. Dadurch werden Probleme wie z. B. ein Ausgangskurzschluß vermieden.

Dadurch, daß eine Leitung in dem Hauptschaltungssystem dieser Ausführungsform der Eingangsseite und der Ausgangsseite gemeinsam ist, ist die Dreiphasen-Schaltung asymmetrisch, wodurch es schwierig ist, die Phasenspannungen zu steuern. Um den Umrichterabschnitt 120 und den Wechselrichterabschnitt 130 PWM-zu-steuern, werden Außenleiterspannungs- Modulationsanweisungssignale erzeugt, und dann in die Spannungs-Anweisungssignale für jede Phase in bezug zu dem negativen Gleichanschluß N umgewandelt.

Wenn z. B. V(SR) die S-R-Phasen-Außenleiterspannung darstellt, V(TR) die T-R-Phasen-Außenleiterspannung, V(VU) die V-U- hasen-Außenleiterspannung, V(WU) die W-U-Phasen- Außenleiterspannung, V(UN) die Spannung zwischen der U-Phase und dem Punkt N (unter der Annahme, daß die U- und R-Phasen das gleiche Potentialniveau aufweisen), V(VN) die Spannung zwischen der V-Phase und dem Punkt N, V(WN) die Spannung zwischen der W-Phase und dem Punkt N, V(SN) die Spannung zwischen der S-Phase und dem Punkt N, und V(TN) die Spannung zwischen der T-Phase und dem Punkt N ergeben sich die folgenden Gleichungen:

V(RN) = V(UN)

V(SN) = V(SR)+V(RN)

V(TN) = V(TR)+V(RN)

V(VN) = V(VU)+V(UN)

V(WN) = V(WU)+V(UN).

In Fig. 10 wird ein U-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)* mittels der Spannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung des gemeinsamen Abschnitts 146 erzeugt, ein S-R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(SR)* mittels S-R- Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 144, ein T-R- Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(TR)* mittels der T-R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 145, ein V-U- Wechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UN) * mittels der U-V-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 150, und ein W-U- Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(WU)* mittels der W-U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 151. Die Addierer 162, 161, 164 und 163 geben jeweils ein S- Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SN)*, ein T-Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(TN)*, ein V-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(VN)* und ein W- Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(WN)* gemäß den oben angegebenen Gleichungen aus.

Um den Leistungsfaktor des Umrichterabschnitts 120 auf 1 zu halten, ist es notwendig, die Umrichterströme zu steuern. Der Betrieb der Steuerung des Leistungsfaktors des Umrichterabschnitts 120 bei 1 wird im folgenden diskutiert. Zuerst wird eine Außenleiterspannung V(SR) zwischen den Anschlüssen 1S und 1R erfaßt und in die PLL-Schaltung 40 eingegeben, und die Außenleiterspannung V(SR) wird als ein Referenzsignal verwendet. Ein Außenleiterspannungssignal V(SR) wird in die Phasentransformationsschaltung A 141A eingegeben, und dann erzeugt die trigonometrische Funktionsgeneratorschaltung A 142A zwei Typen von sinuswellenförmigen Signalen, die die gleiche Periode und die gleiche Amplitude wie das Außenleiterspannungssignal V(SR) aufweisen und einen Phasenunterschied dazwischen aufweisen. Eine ist eine Sinuswellenform sinΘ(SR), die synchron (in Phase) zu dem Außenleiterspannungssignal V(SR) ist, und der andere ist ein sinuswellenförmiges Signal sinΘ(TR), das die gleiche Phasenbeziehung mit der Außenleiterspannung V(TR) aufweist. Z.B. liegt die Phase der Sinuswellenform sinΘ(TR) bei π/3 hinter dem sinuswellenförmigen Signal sinΘ(SR)
Unter der Annahme, daß 141v die Amplitude der Außenleiterspannung darstellt, werden die sinuswellenförmigen Signale wie im folgenden dargestellt ausgedrückt:

V(SR) = sinΘ(SR) = 141 sin(Θ)

V(TR) = sinΘ(TR) = 141 sin(Θ-π/3).

Fig. 14 zeigt diese sinuswellenförmigen Signale, wobei V(SR) mittels einem (d) dargestellt wird, und V(TR) mittels (e) dargestellt wird.

Die Umrichterstrom-Anweisungsgeneratorschaltung 143 erzeugt in Differenzsignal oder ein Fehlersignal zwischen dem Spannungssignal V(DC), das über den Glättungskondensator 9 gemessen wird, und dem Gleichspannungs-Anweisungssignal V(DC)*, führt eine PI-Steuerung aus, um das Fehlersignal zu verstärken, und erzeugt Produkte von dem Fehlersignal und jedem von sinΘ(SR) und sinΘ(TR), um ein S- Phasenumrichterstrom-Anweisungssignal I(S)* und ein T- Phasenumrichterstrom-Anweisungssignal I(T)* zu erzeugen.

Andererseits erzeugen die Phasentransformationsschaltung B 141B und die trigonometrische Funktionsgeneratorschaltung B 142B ein sinuswellenförmiges Signal sinΘ(R), das um 5π/6 vor dem Eingangs-Außenleiterspannungssignal V(SR) liegt. Dieses sinuswellenförmige Signal ist ein Signal, das in Phase mit dem Spannungs-Anweisungssignal des gemeinsamen Abschnitts in bezug zu dem negativen Gleichanschluß N ist. Die Spannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung des gemeinsamen Abschnitts 146 erzeugt ein U-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)* von der U-Phasen- (oder R- Phasen-)Spannung, die die Spannung des gemeinsamen Abschnitts ist, während sie ein sinuswellenförmiges Signal sinΘ(R) von der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung B 142B und ein gemessenes Spannungssignal V(DC), das über dem Glättungskondensator 9 gemessen worden ist, empfängt. Das U- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UN)* wird mittels der folgenden Gleichung ausgedrückt:

V(UN)* = (V(DC)/2) (1+sin(Θ+5π/6)).

Die S-R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 144 verstärkt proportional gesteuert den Unterschied zwischen einem S- Phasenstrom-Anweisungssignal I(S)* der Umrichterstrom- Anweisungsgeneratorschaltung 143 und einem gemessenen Signal I(S) des S-Phasenstromes, um ein S-R- Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SR)* zu erzeugen. In der gleichen Art und Weise erzeugt die T-R- Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 145 ein T-R- Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(TR)* mittels Verstärkung durch proportionale Steuerung des Unterschieds zwischen dem T-Phasenstrom-Anweisungssignal I(T)* der UmrIchterstrom-Anweisungsgeneratorschaltung 143 und des T-Phasenstrommeßwertsignals I(T).

Die Addierer 162 und 161 addieren jeweils ein U- Phasenspannungs-ModulationsanweisungssIgnal V(UN)* zu den Umrichter-Außenleiterspannungs-Modulationsanweisungssignalen V(SR)* und V(TR)*, um ein S-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(SN)* und ein T- Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(TN) zu erzeugen. Diese Signale werden in die Umrichtersteuerschaltung 149 eingegeben, die jeweils die Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 122a, 122b, 121a und 121b gemäß den T- und S-Phasen von dem Umrichterabschnitt 120 PWM-steuert.

Zur Steuerung der R-Phasenspannung von dem Umrichterabschnitt wirkt der gemeinsame Abschnitt 110 als Hauptschaltung und das U-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UN)*, das in die Steuerschaltung des gemeinsamen Abschnitts eingegeben wird, wirkt wie das R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(RN)*, und der Umrichter wird mit einem Leistungsfaktor von 1 unter Verwendung des S- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignals V(SN)* und des T-Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignals V(TN)* für den Umrichterabschnitt 120 PWM-gesteuert.

In Fig. 14 stellt (a) ein U-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)* gemäß dem R- Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(RN)* dar, (b) stellt ein S-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(SN)* dar, (c) stellt ein T- Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(TN)* In einer Art und Weise dar, daß die Amplituden und die gegenseitigen Phasenbeziehungen dargestellt sind. Bezüglich der Amplituden der Signale wird der Wert von V(DC) niedrig gesetzt in Anbetracht von V(SR) mittels (d) dargestellt, und V(TR) mittels (c) dargestellt.

(V(DC)/2)31/2 = 141v

Dadurch ist V(DC) = 163v.

Im folgenden wird der Steuerbetrieb des Wechselrichterabschnitts diskutiert.

Die Wechselrichterspannungs-Anweisungsgeneratorschaltung 148 erzeugt zwei Arten von Wechselrichterspannungs- Anweisungssignalen V(AC)* sinΘ(SR) und V(AC)* sinΘ(TR), während sie ein Wechselrichterspannungsamplituden- Anweisungssignal V(AC)* und zwei sinuswellenförmige Signale sinΘ(SR) und sinΘ(TR) von der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung A 142A empfängt. Die V-U- Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 150 erzeugt das Differenzsignal oder Fehlersignal zwischen dem Wechselrichterspannungs-Anweisungssignal V(AC)* sinΘ(SR) und der V-U-Phasen-Außenleiterspannung V(VU), verstärkt das Fehlersignal mittels PID-Steuerung, und addiert zu dem sich ergebenden Fehlersignal das Signal von der Drosselspannungsabfall-Generatorschaltung 1503 (Fig. 11), die die Spannungsabfallskomponente, die von der Drossel L22 verursacht wird, mittels Ableitung des V-Phasenstrommeßwerts I(V) erzeugt, und erzeugt somit ein V-U- Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(VU)*.

In ähnlicher Art und Weise erzeugt die W-U- Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 151 das Differenzsignal oder Fehlersignal zwischen dem Wechselrichterspannungs-Anweisungssignal V(AC)* sinΘ(TR) und dem W-U-Phasen-Außenleiterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(WU), verstärkt das Fehlersignal mittels PlD-Steuerung, und addiert zu dem sich ergebenden Fehlersignal die Signale für den Spannungsabfall von der Drossel L21 hinzu, das mittels Ableitung des W- Phasenstrommeßwerts I(W) erhalten wird.

Die Addierer 164 und 163 addieren jeweils ein U- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UN)* zu den Wechselrichter-Außenleiterspannungs- Modulationsanweisungssignalen V(VU)* und V(WU)*, um ein V- Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(VN)* und ein W-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(WN)* zu erzeugen. Diese Signale werden in die Wechselrichtersteuerschaltung 152 eingegeben, die die Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 132a, 132b, 131a und 131b gemäß den V- und W-Phasen von dem Wechselrichterabschnitt 130 PWM-steuert.

Um die U-Phasenspannung von dem Wechselrichterabschnitt zu steuern, wirkt der gemeinsame Abschnitt 110 als Hauptschaltung, und ein U-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)*, das in die Steuerschaltung des gemeinsamen Abschnitts 149 eingegeben wird, wirkt wie ein U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)* und der Wechselrichter wird unter Verwendung des V-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignals V(VN)* und des W- Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignals V(WN)* für den Wechselrichterabschnitt 130 PWM-gesteuert, so daß der Wechselrichterabschnitt eine Wechselspannung ausgibt, die mit der Wechselspannung von der Eingangsleistung bezüglich Frequenz, Phase und Amplitude übereinstimmt.

In Fig. 14 stellt (a) das U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)* dar, (b) stellt V- Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(VN)* dar, (c) stellt das W-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(WN)* dar, (d) stellt das V-U- Wechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(VU)* dar und (e) stellt das W-U-Wechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(WU)* in einer Art und Weise dar, die die Amplituden- und die Phasenbeziehungen von Signalen darstellt.

In dem Steuerbetrieb, wie obenstehend beschrieben und wie aus Fig. 14 ersichtlich, stellt sich heraus, daß Spitzenwerte der Wechselrichter-Außenleiterspannungs-Modulationsanweisungen V(SR)* (ist gleich zu V(SU)*), und V(TR)*, und von den Wechselrichter-Außenleiterspannungs-Modulationsanweisungen V(VU)* und V(WU)* kleiner sind als die Spitzen-zu- Spitzenspannungswerte der Wechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignale V(RN)* (ist gleich zu V(UN)*), V(SN)*, und V(TN)* und von den Wechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignalen V(UN)*, V(VN)*, und V(WN)*.

Dadurch, daß die Zeiten von den Spitzenwerten von den Phasenspannungen des Umrichterabschnitts und des Wechselrichterabschnitts 30 Grad bezüglich der Phase unterschiedlich von den Zeiten von den Spitzenwerten von den Außenleiterspannungen sind, ist der Spitzenwert von der Außenleiterspannung ungleich der Spitzen-zu-Spitzenspannung (in diesem Fall V(DC)) von jeder Phase, ist aber ebenso klein wie die Spitzen-zu-Spitzenspannung mal 31/2/2 (in diesem Fall (V(DC)/2)×31/2). Deshalb kann der Spitzenwert von der Außenleiterspannung nicht gleich der Spannung V(DC) über dem Glättungskondensator 9 gesetzt werden, und die Effizienz der Ausnutzung der Spannung V(DC) über dem Spannungskondensator 9 ist verringert.

Um die Ausnutzung der Spannung V(DC) zu erhöhen, werden die dritten Harmonischen von einer geeigneten Amplitude dem V- Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(VN)* und dem U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)* überlagert und dadurch wird der Spitzenwert von dem Spannungs- Modulationsanweisungssignal von jeder Phase wie in Fig. 15 gezeigt verringert. In dieser Art und Weise wird der Spitzenwert von der V-U-Phasenwechselrichter- Außenleiterspannung gleich der Spannung V(DC) über dem Glättungskondensator 9 gesetzt. In diesem Fall beeinflußt die Überlagerung der dritten Harmonischen die Außenleiterspannungen nicht.

In Fig. 15 stellt (a) die V-U-Phasenwechselrichter- Außenleiterspannung dar, die einen Spitzenwert aufweist, der gleich der Spannung V(DC) ist und mit V(VU) bezeichnet ist,

V(VU) = V(DC) sinΘ

(b) ist das U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)3*, das eine dritte Harmonische, die eine geeignete Amplitude aufweist, umfaßt und wie folgt ausgedrückt wird:

V(UN)3* = (V(DC)/2) (1+sin(Θ+5π/6)*+αsin(3Θ+5π/6)

in gleicher Art und Weise ist in (c) das V- Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(VN)3*, das eine dritte Harmonische mit einer geeigneten Amplitude umfaßt und wie folgt ausgedrückt wird:

V(VN)3* = (V(DC)/2) (1+sin(Θ+π/6))+αsin(3Θ+π/6)

Mittels Zusammenfassen des U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignals V(UN)3* und des V- Phasenwechselrichterspannungs-Modulationsanweisungssignals V(VN)3* wird eine V-U-Phasenwechselrichter- Außenleiterspannung V(VU) erhalten, die den Spitzenwert der Spannung V(DC) aufweist.

In der obenstehenden Diskussion wirkt, trotzdem daß ein sinuswellenförmiges Signal sinΘ(R) der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung B 142B das Funktionssignal ist, das in die Spannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung des gemeinsamen Abschnitts 146 eingegeben wird, die das U- Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UN)* von der U- Phase (oder R-Phase) erzeugt, eine trapezförmige Welle oder eine Dreieckswelle in der gleichen Art und Weise als Wellenform von dem Funktionssignal in dem obigen Steuerbetrieb.

Wie obenstehend detailliert diskutiert, umfaßt der Umrichter dieser Ausführungsform einen Umrichterabschnitt 120 und einen gemeinsamen Abschnitt 110, der Wechselrichter besteht aus dem Wechselrichterabschnitt 130 und dem gemeinsamen Abschnitt 110, die Schaltabschnitte, die dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt gemeinsam sind, sind angeordnet, und die Schaltabschnitte von jedem von dem Umrichterabschnitt 120, gemeinsamen Abschnitt 110 und Wechselrichterabschnitt 130 werden gemäß dem entsprechenden Spannungs- Modulationsanweisungssignal PWM-gesteuert, das die vorbestimmte Amplitude und eine Beziehung zwischen den Phasen aufweist. Dadurch wird die Anzahl der Schaltabschnittpaare des oberen und unteren Arms, die die Hauptschaltung bilden, um ein Paar reduziert, und durch diese Reduzierung wird die Anzahl von Bauelementen der Steuerschaltung ebenso reduziert. Die reduzierte Bauelementanzahl erlaubt ein leichteres Gewicht und eine kompaktere Ausführung. Des weiteren erlaubt die Verringerung der Anzahl von Schaltabschnitten, die Verlustquellen und Wärmeerzeuger sind, daß die Effizienz der Einrichtung erhöht wird und ein Kühlverfahren der Einrichtung vereinfacht wird.

Wenn das Schalten in einer unterbrechungsfreien Art und Weise zwischen dem Wechselausgang der mittels einem Wechselrichterabschnitt 130 erzeugt wird, und dem Wechselausgang, der von der dreiphasigen Wechselleistungsquelle mit umführtem Wechselrichter 130 hin- und hergeschaltet wird, werden sowohl der Umrichterabschnitt 120 und der Wechselrichterabschnitt 130 auf dem gemeinsamen Referenzniveau gesteuert, da eine Phase von dem dreiphasigen Wechseleingang, z. B. die R-Phase, gemeinsam zu einer Phase von dem dreiphasigen Wechselausgang, z. B. der U-Phase verbunden ist, wobei die Schaltabschnitte, die beiden, dem Umrichterabschnitt 120 und dem Wechselrichterabschnitt 130, gemeinsam sind, vorgesehen sind. Deshalb sind, sogar wenn Schalter SWJ107, Schalter SWH112 und Schalter SWI114 während des Schaltens zu der Seitenpfadschaltung gleichzeitig geschlossen sind, der Wechselausgang von der Seitenpfadschaltung und der Wechselausgang von dem Wechselrichterabschnitt 130 synchron und auf dem gleichen Potentialniveau, und jegliche Probleme, wie z. B. ein Ausgangskurzschluß, sind ausgeschlossen. Des weiteren wird dadurch, daß sich kein Potentialunterschied zwischen dem Umrichterabschnitt 120 und dem Wechselrichterabschnitt 130 ergibt, kein Trenntransformator 13 benötigt, wie er im Stand der Technik angeordnet ist.

Dadurch, daß die Spannungs-Modulationsanweisungssignale jeder Phase, die in die Umrichtersteuerschaltung 147, in die Steuerschaltung des gemeinsamen Abschnitts 149, und die Wechselrichtersteuerschaltung 152 eingegeben werden, durch Addition eines jeden Außenleiterspannungs- Modulationsanweisungssignals zu dem U-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)* erzeugt werden, das von der Spannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 146 des gemeinsamen Abschnitts erzeugt wird, werden die einfach gemessenen Außenleiterspannungsmeßwerte verwendet, um jedes Außenleiterspannungs-Modulationsanweisungssignal zu erzeugen, wobei im Gegensatz zum Stand der Technik die vorliegende Erfindung die Spannungsumrichterschaltung 49 überflüssig macht, die benötigt wird, um jeden Außenleiterspannungsmeßwert in eine Phasenspannung umzuwandeln. Dadurch wird eine überaus zuverlässige Steuerschaltung zur Verfügung gestellt, die einen vereinfachten Schaltungsaufbau aufweist.

Ausführungsform 2

In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat eine Wechselausgangsleistung die gleiche Frequenz wie eine Wechseleingangsleistung, während die Anzahl der Phasen zwischen der Wechseleingangsleistung und der Wechselausgangsleistung unterschiedlich ist. Insbesondere wird eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung angegeben, die einen Ein-Phasen-/Drei-Phasen- Leistungsumrichter verwendet. Die Fig. 16 bis 21 stellen eine Drei-Phasen-Eingangs-/Ein-Phasen-Ausgangseinrichtung dar, und Fig. 22 bis 26 stellen eine Ein-Phasen-Eingangs/Drei-Phasen- Ausgangseinrichtung dar. Mit Verweis auf die Fig. 16 bis 21 wird im folgenden eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung diskutiert, die eine Drei-Phasen- Eingangs-/Ein-Phasen-Ausgangseinrichtung verwendet.

Fig. 16 ist ein Blockdiagramm, das einen Aufbau einer Hauptschaltung von der unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung darstellt, die einen Drei-Phasen- Eingangs-/Ein-Phasen-Ausgangs-Leistungsumrichter verwendet, und die Fig. 17 bis 20 zeigen die inneren Details von bestimmten Bauelementen innerhalb der Hauptschaltung. Fig. 21 ist ein Blockdiagramm, das einen Steuerschaltungsaufbau für die unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung mit Drei- Phasen-Eingang-/Ein-Phasen-Ausgang zeigt. In den Figuren sind Bauelemente, die gleich oder äquivalent zu Bauelementen in dem Stand der Technik und in der Ausführungsform 1 sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. In Fig. 16 ist ein Leistungsumrichter 72 in einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung 82 angeordnet. In Fig. 17 ist ein Filter 211 dargestellt, der für eine einzelne Phase aus einer Drossel L22 und einem Kondensator C2 besteht. Ein Schalter SWH212 besteht aus einem Ein-Phasen-Schalter SWH2 und ein Schalter SWI214 besteht aus einem Ein-Phasen-Schalter SWI2. Ein Wechselrichterabschnitt 230 ist zur Wechselrichtung einer Gleichleistung in eine Wechselleistung mit einer Phase in Verbindung mit dem gemeinsamen Abschnitt 110 und umfaßt einen Schaltabschnitt des oberen Arms 230a und einen Schaltabschnitt des unteren Arms 230b.

Der Steuerbetrieb dieser Ausführungsform wird im folgenden diskutiert. Der Steuerbetrieb des Umrichterabschnitts 120 und des gemeinsamen Abschnitts 110 bleibt der gleiche wie für die Ausführungsform 1, und der Wechselrichterbetrieb, der von dem Wechselrichterabschnitt 230 in Verbindung mit dem gemeinsamen Abschnitt 110 ausgeführt wird, wird im folgenden diskutiert. Die Wechselrichterspannungs-Anweisungsgeneratorschaltung 248 empfängt nur eine der zwei sinuswellenförmigen Signale, die in der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung A 142A erzeugt werden, die synchron mit dem Außenleiterspannungssignal V(SR) sind (weisen die gleiche Phase auf), nämlich das sinuswellenförmige Signal sinΘ(SR).

Mit dem Wechselrichterspannungs-Amplitudenanweisungssignal V(AC)*, das gleichzeitig eingegeben wird, erzeugt die Wechselrichterspannungs-Anweisungsgeneratorschaltung 284 ein Wechselrichterspannungs-Anweisungssignal V(AC)* sinΘ(SR). Als nächstes erzeugt die V-U-Wechselrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 150 das Differenz- oder Fehlersignal zwischen dem Wechselrichterspannungs- Anweisungssignal V(AC)* sinΘ(SR) und dem V-U- Phasenwechselrichter-Außenleiterspannungsmeßwertsignal V(VU), verstärkt das Fehlersignal mittels PID-Steuerung, und addiert zu dem sich ergebenden Fehlersignal das Signal von der Drosselspannungsabfall-Generatorschaltung 1503, die die Spannungsabfallskomponente, die durch die Drossel L22 entsteht mittels Ableitung des V-Phasenstrommeßwerts I(V) erzeugt und dadurch das V-U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(VU) * erzeugt.

Der Addierer 164 addiert das U-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)* zu dem V-U-Phasen- Außenleiterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(VU)*, um ein V-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(VN)* zu erzeugen. Mit der Bezugszahl 252 ist eine Wechselrichtersteuerschaltung zur PWM-Steuerung der V-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 230a und 230b des Wechselrichterabschnitts 230 bezeichnet, die ein V-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(VN)* empfängt und den Wechselrichterabschnitt 230 PWM-steuert.

Um die U-Phasenspannung des Wechselrichterabschnitts zu steuern, wirkt der gemeinsame Abschnitt 110 als Hauptschaltung, und das U-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)*, das in die Steuerschaltung des gemeinsamen Abschnitts 149 eingegeben wird, wirkt als U-Phasenwechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)*, und der Wechselrichter wird durch Verwendung des V-Wechselrichterspannungs- Modulationsanweisungssignals V(VN)* für den Wechselrichterabschnitt 230 dergestalt PWM-gesteuert, daß der Wechselrichter die V-U-Phasen-Außenleiter-Ein-Phasen- Wechselspannung ausgibt, die synchron bezüglich Frequenz, Phase und Amplitude zu der S-R-Phasenwechseleingangsleistung ist.

Mit Verweis auf die Fig. 22 bis 26 wird eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung, die einen Ein-Phasen-Eingangs-/Drei-Phasen-Ausgangs-Leistungsumrichter verwendet, diskutiert. Fig. 22 ist ein Blockdiagramm, das den Hauptschaltungsaufbau der unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung zeigt, und die Fig. 23 bis 26 eigen die inneren Details von bestimmten Elementen innerhalb der Hauptschaltung. Fig. 26 ist ein Blockdiagramm einer Steuerschaltung für die unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung. In den Figuren werden Bauelemente, die gleich oder äquivalent zu solchen in dem Stand der Technik und in der Ausführungsform 1 sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In Fig. 22 ist ein Leistungsumrichter 73 in einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung 83 gezeigt. Ein Schalter SWJ207 besteht aus einem Ein-Phasen-Schalter SWJ2, und eine Drossel 208 besteht aus einer Ein-Phasen- Drossel L12. Ein Umrichterabschnitt 220 ist zur Umrichtung einer einphasigen Wechselleistung in eine Gleichleistung in Verbindung mit dem gemeinsamen Abschnitt 110 und umfaßt einen Schaltabschnitt des oberen Arms 220a und einen Schaltabschnitt des unteren Arms 220b.

Im folgenden wird der Steuerbetrieb dieser Ausführungsform diskutiert. Der Steuerbetrieb des Wechselrichterabschnitts 130 und des gemeinsamen Abschnitts 110 bleibt der gleiche wie für die Ausführungsform 1, und der Umrichterbetrieb, der von dem Umrichterabschnitt 220 in Verbindung mit dem gemeinsamen Abschnitt 110 ausgeführt wird, wird im folgenden diskutiert. Die Umrichterstrom-Anweisungsgeneratorschaltung 243 (Fig. 26) empfängt nur eines der beiden sinuswellenförmigen Signale, die in der trigonometrischen Funktionsgeneratorschaltung A 142A erzeugt werden, die synchron zu dem Außenleiterspannungssignal V(SR) sind (weisen die gleiche Phase auf), nämlich das sinuswellenförmige Signal sinΘ(SR).

Ein Umrichterstrom-Anweisungsgenerator 243 erzeugt das Differenz- oder Fehlersignal zwischen dem gemessenen Spannungssignal V(DC) über dem Glättungskondensator 9 und dem Gleichspannungs-Anweisungssignal V(DC)*, führt eine PI- Steuerung aus, um das Fehlersignal zu verstärken, und berechnet das Produkt von dem Fehlersignal und sinΘ(SR), um ein S-Phasenumrichterstrom-Anweisungssignal I(S)* zu erzeugen. Die S-R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung 144 verstärkt mittels Proportionalsteuerung den Unterschied zwischen dem S- Phasenstrom-Anweisungssignal I(S)* von dem Umrichterstrom- Anweisungsgenerator 243 und dem Phasenstrommeßwertsignal I(S), um das S-R-Phasenumrichterspannungs- Modulationsanweisungssignal V(SR)* zu erzeugen.

Der Addierer 162 addiert das U-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)* zu dem S-R- Phasenumrichterspannungs-ModulationsanweisungssIgnal V(SR)*, um ein S-Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SN)* zu erzeugen. Mit Bezugsziffer 247 ist eine Umrichtersteuerschaltung zu PWM-Steuerung der S-Phasen Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 220a und 220b des Umrichters 220 bezeichnet, die ein S- Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SN) * empfängt und den Umrichterabschnitt PWM-steuert.

Um die R-Phasenspannung des Umrichterabschnitts zu steuern, wirkt der gemeinsame Abschnitt 110 als die Hauptschaltung, und das U-Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal V(UN)*, das in die Steuerschaltung des gemeinsamen Abschnitts 149 eingegeben wird, wirkt als R-Phasenspannungsumrichter- Modulationsanweisungssignal V(RN)*. Mit dem S- Phasenumrichterspannungs-Modulationsanweisungssignal V(SN)*, das auf den Umrichterabschnitt 220 angewendet wird, wird eine Ein-Phasen-Leistung über zwei Phasen von der dreiphasigen Leistungsquelle in eine Gleichleistung umgerichtet, und eine PWM-Steuerung wird gemäß einer vorbestimmten Anweisung dergestalt ausgeführt, daß ein Eingangsstrom von der dreiphasigen Wechselquelle sinuswellenförmig gemacht wird, und die Eingangsspannung so festgelegt wird, daß diese mit dem Eingangsstrom in Phase ist, und dadurch wird der Eingangsleistungsfaktor auf ungefähr 1 gesetzt, und eine Spannung über den Glättungskondensator 9 wird auf einen vorbestimmten Gleichspannungswert gesetzt.

Wie obenstehend im Detail diskutiert, besteht der Umrichter gemäß dieser Ausführungsform aus dem Umrichterabschnitt 120 und dem gemeinsamen Abschnitt 110, oder aus dem Umrichterabschnitt 220 und dem gemeinsamen Abschnitt 110. Der Wechselrichter besteht aus dem Wechselrichterabschnitt 230 und dem gemeinsamen Abschnitt 110 oder aus dem Wechselrichterabschnitt 130 und dem gemeinsamen Abschnitt 110. Die gemeinsamen Schaltabschnitte, die dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt gemeinsam sind, sind vorgesehen, und der Schaltabschnitt von jedem von dem Umrichterabschnitt 120, gemeinsamen Abschnitt 110 und Wechselrichterabschnitt 230 oder der Schaltabschnitt von jedem von dem Umrichterabschnitt 220, gemeinsamen Abschnitt 110 und Wechselrichterabschnitt 130 wird gemäß dem entsprechenden Spannungs-Modulationsanweisungssignal PWM- gesteuert, das die vorbestimmte Amplitude und Phasenbeziehung zwischen den Phasen aufweist. Dadurch wird die Anzahl der Schalterpaare des oberen und unteren Arms, die die Hauptschaltung bilden, um ein Paar reduziert, und mit dieser Reduzierung wird die Anzahl der Komponenten der Steuerschaltung ebenso reduziert. Die reduzierte Anzahl der Komponenten erlaubt ein leichtes und kompaktes Design. Des weiteren erlaubt die Verringerung der Schaltabschnitte, die Verlustquellen sind und wärmeerzeugend, eine Erhöhung der Effektivität der Einrichtung und eine Vereinfachung der Kühlung der Einrichtung.

Wenn das Schalten in einer unterbrechungsfreien Art und Weise zwischen dem Wechselausgang der von dem Wechselrichterabschnitt 230 oder 130 erzeugt wird, und dem Wechselausgang, der direkt von der dreiphasigen Wechselleistungsquelle erhalten wird, geschieht, wobei der Wechselrichterabschnitt 230 oder 130 umführt ist (bypassed), werden der Umrichterabschnitt 120 und der Wechselrichterabschnitt 130 auf einem gemeinsamen Referenzniveau gesteuert, da eine Phase an dem dreiphasigen Wechseleingang, z. B. die R-Phase, gemeinsam mit einer Phase von dem dreiphasigen Wechselausgang, z. B. der U-Phase, oder dem einphasigen Wechselausgang verbunden ist. Sogar wenn Schalter SWJ107, Schalter SWH212 und Schalter SWI214 gleichzeitig zum Schalten der Seitenpfadschaltung geschlossen sind, oder sogar wenn Schalter SWJ207, Schalter SWH112 und Schalter SHI114 gleichzeitig zum Schalten der Seitenpfadschaltung geschlossen sind, werden der Wechselausgang von der Seitenpfadschaltung und der Wechselausgang von dem Wechselrichterabschnitt 230 oder 130 synchronisiert und weisen das gleiche Potentialniveau auf, und jegliche Probleme, wie z. B. ein Ausgangskurzschluß, werden ausgeschlossen. Des weiteren wird dadurch, daß kein Potentialunterschied zwischen dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt auftritt, der Trenntransformator 13, der in dem Stand der Technik benötigt wird, nicht mehr benötigt.

Dadurch, daß das Spannungs-Modulationsanweisungssignal von jeder Phase in jede Umrichtersteuerschaltung 147 oder 247, Steuerschaltung des gemeinsamen Abschnitts 149, und Wechselrichtersteuerschaltung 252 oder 152 eingegeben wird, erzeugt wird, indem jedes Außenleiterspannungs- Modulationsanweisungssignal zu dem U-Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal V(UN)*, das von der Spannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung des gemeinsamen Abschnitts 146 erzeugt wird, addiert wird, wird jede der einfach gemessenen Außenleiterspannungen verwendet, um jedes Außenleiterspannungs-Modulationsanweisungssignal zu erzeugen, und im Gegensatz zum Stand der Technik macht die vorliegende Erfindung die Spannungsumrichterschaltung 49 überflüssig, die benötigt wurde, um jeden Außenleiterspannungsmeßwert in eine Phasenspannung umzuwandeln. Dadurch wird eine zuverlässige Steuerschaltung zu Verfügung gestellt, die einen vereinfachten Schaltungsaufbau aufweist.

Ausführungsform 3

In der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung empfängt eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung, die einen Leistungsumrichter verwendet, eine N-Phasenwechseleingangsleistung und gibt eine N-Phasenwechselausgangsleistung der gleichen Frequenz wie die der N-Phasenwechseleingangsleistung aus. Die dritte Ausführungsform wird mit Verweis auf Fig. 27 bis 35 diskutiert. Fig. 27 ist ein Blockdiagramm, das den Hauptschaltungsaufbau zeigt, und die Fig. 28 bis 35 zeigen innere Details von bestimmten Elementen, die in Fig. 27 gezeigt sind. In den Figuren sind Bauelemente, die gleich oder identisch zu solchen in dem Stand der Technik und in den Ausführungsformen 1 und 2 sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In Fig. 2 ist ein Leistungsumrichter 74 einer unterbrechungsfreien Stromversorgungseinrichtung 84 gezeigt. Ein Schalter SWJ307 besteht aus den Schaltern SWJ(1) bis SWJ(n-1) für die (n-1)-Phasen, und eine Drossel 308 besteht aus den Drosseln L1(1) bis L1(n-1) für die (n-1)-Phasen. Filter 311 besteht aus Drossel L2(1) bis L2(n-1) und Kondensatoren C(1) bis C(n-1) für die (n-1)-Phasen, Schalter SWH312 besteht aus den Schaltern SWH(1) bis SWH(n-1) für die (n-1)-Phasen, und Schalter SWI314 besteht aus den Schaltern SWI(1) bis SWI(n-1) für die (n-1)-Phasen. Ein Umrichterabschnitt 230 ist zum Umrichten einer (n-1)- Phasenwechseleingangsleistung in eine Gleichleistung, und Wechselrichterabschnitt 330 ist zum Wechselrichten der Gleichleistung in eine N-Phasenwechselleistung in Verbindung mit einem gemeinsamen Abschnitt 310. Der gemeinsame Abschnitt 310 besteht aus Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms für N-Phasen zur Verwendung mit dem Umrichterabschnitt 320 und dem Wechselrichterabschnitt 330.

Es sind ebenso Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 320(1) bis 320(n-1) für die erste bis (n-1)te Phase dargestellt, Schaltabschnitte des oberen Armse 320(1)a bis 320(n-1)a für die erste bis (n-1)te Phase, und Schaltabschnitte des unteren Arms 320(1)b bis 320(n-1)b für die erste bis (n-1)te Phase. Jeder von den Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms 320(1)a bis 320(n-1)a und 320(1)b bis 320(n-1)b besteht aus einem Schaltelement, wie z. B. einen Transistor, einem FET oder einem IGBT und einer Diode in einer Gegenparallelschaltung.

Es sind ebenso Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 330(1) bis 330(n-1) für die erste bis (n-1)te Phase dargestellt, die Schaltabschnitte des oberen Arms 330(1)a bis 330(n-1)a für die erste bis (n-1)te Phase, und die Schaltabschnitte des unteren Arms 330(1)b bis 330(n-1)b für die erste bis (n-1)te Phase. Jeder von den Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 330(1)a bis 330(n-1)a und 330(1)b bis 330(n-1)b besteht aus einem Schaltelement, wie z. B. einem Transistor, einem FET oder einem IGBT und einer Diode in einer Gegenparallelschaltung.

Es sind ebenso ein Schaltabschnitt des oberen Arms 310a von den n-ten Phasen oberer und unterer Schaltabschnitte 310 gezeigt, und ein Schaltabschnitt des unteren Arms 310b von den n-ten Phasen oberer und unterer Schaltabschnitte 310.

In Fig. 27 sind 1IN(1) bis 1IN(1) Eingangsanschlüsse, an die entsprechend die erste bis n-te Phasen von der Wechseleingangsleistungsquelle angelegt werden, und 6OUT(1) bis 6OUT(n) sind die erste Phase bis n-te Wechselausgangsanschlüsse, von denen die n-Phasenausgänge an eine Last (nicht dargestellt) ausgegeben werden. Anschluß 1IN(n) und Anschluß 6OUT(n) sind direkt verbunden. Die Anschlüsse 1IN(1) bis 1lN(n-1) sind jeweils mit den Anschlüssen 2IN(1) bis 2IN(n-1) über die Schalter SWJ(1)bis SWJ(n-1) des Schalters SWJ307 verbunden, und die Anschlüsse 2IN(1) bis 2IN(n-1) sind mit den Anschlüssen 3IN(n) bis 3IN(n-1) über L1(1) bis L1(n-1) der Drossel 308 verbunden. Anschlüsse 3IN(1) bis 3IN(n-1) sind mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms 320(1)a und dem Schaltabschnitt des unteren Arms 320(1)b von der ersten Phase mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms 320(n-1)a und dem Schaltabschnitt des unteren Arms 320(n-1)b von der (n-1)ten Phase verbunden.

Anschluß 1INOUT(n) ist mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms 310a und dem Schaltabschnitt des unteren Arms 310b von dem gemeinsamen Abschnitt 310 verbunden. P1 und N1 sind jeweils ein positiver Gleichstromanschluß und ein negativer Gleichstromanschluß zwischen dem gemeinsamen Abschnitt 310 und dem Wechselrichterabschnitt 330 und sind jeweils auf das gleiche Potentialniveau wie der positive Gleichstromanschluß P und der negative Gleichstromanschluß N gesetzt.

Anschluß 4OUT(1) bis 4OUT(n-1) sind jeweils mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms 310(1)a und dem Schaltabschnitt des unteren Arms 310(1)b von der ersten Phase zu einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms 330(n-1)a und dem Schaltabschnitt des unteren Arms 330(n-1)b von der (n-1)ten Phasen von dem Wechselrichterabschnitt 330 verbunden. Anschlüsse 4OUT(1) bis 4OUT(n-1) sind jeweils mit den Anschlüssen 5OUT(1) bis 5OUT(n-1) über die Drosseln L2(1) bis L2(n-1) des Filters 311 verbunden, und 2INOUT(n) ist mit einem gemeinsamen Knoten der Kondensatoren C(1) bis C(n-l) des Filters 311 verbunden.

Anschlüsse 5OUT(1) bis 5OUT(n-1) sind jeweils mit Anschlüssen 6OUT(1) bis 6OUT(n-1) über die Schalter SWH(1) bis SWH(n-1) des Schalters SWH312 verbunden, und die Anschlüsse 1lN(1) bis 1lN(n-1) sind jeweils mit den Anschlüssen 6OUT(1) bis 6OUT(n-1) über die Schalter SWI(1) bis SWI(n-1) des Schalters SWI314 verbunden. Im folgenden wird der Betrieb dieser Ausführungsform diskutiert, in der eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung einen Leistungsumrichter verwendet, der eine n-phasige Wechseleingangsleistung empfängt und eine n-phasige Wechselausgangsleistung ausgibt, die die gleiche Frequenz wie die n-phasige Wechseleingangsleistung aufweist. In dem Betrieb des Umrichters richten der Umrichterabschnitt 320, der gemeinsame Abschnitt 310 und die Drossel 308 die n-Phasenwechselspannung von einer n-phasigen Wechselleistungsquelle in eine Gleichleistung um, während die Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms des Umrichterabschnitts 320 und des gemeinsamen Abschnitts 310 mittels vorbestimmten Anweisungen PWM-gesteuert werden, so daß der Eingangsstrom von der n- phasigen Wechselleistungsquelle sinusförmig gemacht wird, und die Eingangsspannung und der Strom in Phase gesetzt werden, wodurch ein Eingangsleistungsfaktor von ungefähr 1 erreicht wird und die Spannung über den Glättungskondensator 9 auf einen vorbestimmten Gleichspannungswert gesetzt wird. Der Betrieb dieser Ausführungsform ist identisch zu dem der Ausführungsform 1, wenn die Anzahl der Phasen n=3 ist, außer daß der Phasenunterschied zwischen den Phasen darin eher π/n ist als π/3.

In dem Betrieb von dem Wechselrichter werden die Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt 330 und dem gemeinsamen Abschnitt 310 gemäß vorbestimmten Anweisungen PWM-gesteuert, so daß der Wechselrichterabschnitt 330, der gemeinsame Abschnitt 310 und der Filter 311 eine sinusförmige n-Phasen-Ausgangsspannung ausgeben, die die gleiche Spannung, Frequenz und Phasenbeziehung wie die n-Phasen-Wechselspannung von der Eingangsleistungsquelle aufweist. Der Steuerbetrieb dieser Ausführungsform ist identisch zu dem der Ausführungsform 1, wenn die Anzahl der Phasen n=3 ist, außer daß der Phasenunterschied zwischen den Phasen darin eher π/n ist als π/3.

Wie im Detail vorherstehend diskutiert, wird gemäß dieser Ausführungsform nicht nur in einem Fall einer einzelnen Phase oder von drei Phasen, sondern auch in einem Fall von einer Vielzahl von Phasen wie vier Phasen oder mehr Phasen, wo die Anzahl von Eingangsphasen die gleiche ist wie die Anzahl von Ausgangsphasen, der Umrichter aus dem Umrichterabschnitt 320 und dem gemeinsamen Abschnitt 310 gebildet, der Wechselrichter wird von dem Wechselrichterabschnitt 330 und dem gemeinsamen Abschnitt 310 gebildet, die Schaltabschnitte, die der Umrichterabschnitt und der Wechselrichterabschnitt gemeinsam haben, sind vorgesehen, und jeder Schaltabschnitt von dem Umrichterabschnitt 320, dem gemeinsamen Abschnitt 310 und dem Wechselrichterabschnitt 330 wird gemäß dem entsprechenden Spannungs-Modulationsanweisungssignal PWM- gesteuert, das eine vorbestimmte Amplitude und Phasenbeziehung zwischen den Phasen aufweist. Dadurch wird die Anzahl der Schaltabschnittpaare des oberen und unteren Arms, die die Hauptschaltung bilden, um ein Paar reduziert, und mit dieser Reduzierung wird die Anzahl von Bauelementen der Steuerschaltung ebenso reduziert. Die reduzierte Anzahl von Bauelementen erlaubt ein leichtes und kompaktes Design. Des weiteren erlaubt die Reduzierung von Schaltabschnitten, die eine Verlustquelle sind und Wärme erzeugen, eine Steigerung der Effektivität der Einrichtung und eine Vereinfachung der Kühlung der Einrichtung.

Wenn das Schalten in einer unterbrechungsfreien Art und Weise zwischen dem Wechselausgang, der von dem Wechselrichterabschnitt 330 erzeugt wird, und dem Wechselausgang, der von der dreiphasigen Wechselleistungsquelle mit umführtem Wechselrichterabschnitt 330 erhalten wird, ausgeführt wird, werden beide, der Umrichterabschnitt 320 und der Wechselrichterabschnitt 330, auf dem gemeinsamen Referenzniveau gesteuert, weil eine Phase von dem n-phasigen Wechseleingang, z. B. die n-te Phase, gemeinsam mit einer Phase von dem n-phasigen Wechselausgang, z. B. der n-ten Phase, verbunden ist. Sogar wenn Schalter SWJ307, Schalter SWH312 und Schalter SWI314 gleichzeitig zum Schalten der Seitenpfadschaltung geschlossen sind, sind der Wechselausgang von der Seitenpfadschaltung und der Wechselausgang von dem Wechselrichterabschnitt 330 synchron und auf dem gleichen Potentialniveau, und jegliches Problem, wie z. B. ein Ausgangskurzschluß wird ausgeschlossen. Des weiteren wird dadurch, daß kein Potentialniveau zwischen dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt auftritt, ein Trenntransformator 13, der in dem Stand der Technik benötigt wird, überflüssig.

Dadurch, daß das Spannungs-Modulationsanweisungssignal von jeder Phase, das in jeder von der Umrichtersteuerschaltung, der Steuerschaltung des gemeinsamen Abschnitts und der Wechselrichtersteuerschaltung eingegeben wird, in der gleichen Art und Weise wie in Ausführungsform 1 erzeugt wird, nämlich mittels Addition von jedem Außenleiterspannungs- Modulationsanweisungssignal zu dem n-ten Phasenspannungs- Modulationsanweisungssignal, das von der Spannungs- Modulationsanweisungsgeneratorschaltung des gemeinsamen Abschnitts erzeugt wird, wird jeder einfach gemessene Außenleiterspannungsmeßwert verwendet, um jedes Außenleiterspannungs-Modulationsanweisungssignal zu erzeugen, und im Gegensatz zu dem Stand der Technik macht die vorliegende Erfindung die Spannungsumrichterschaltung 49 überflüssig, die benötigt wurde, um jeden Außenleiterspannungsmeßwert in eine Phasenspannung umzurichten. Dadurch ergibt sich eine hochzuverlässige Steuerschaltung, die einen vereinfachten Schaltungsaufbau aufweist, wobei dies in einer Multiphasenanordnung besonders vorteilhaft ist.

Ausführungsform 4

Mit Verweis auf die Fig. 36 bis 38 wird die vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung diskutiert, in der eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung eine m- phasige Wechseleingangsleistung empfängt, und eine n-phasige Wechselausgangsleistung ausgibt, die die gleiche Frequenz wie die der m-phasigen Wechseleingangsleistung hat. Fig. 36 ist ein Blockdiagramm, das die Hauptsteuerschaltungsanordnung zeigt, Fig. 37 zeigt die inneren Details von einer Drossel 408, und Fig. 38 zeigt die inneren Details von einem Umrichter 420. In den Figuren sind die Bauelemente, die gleich oder äquivalent zu denen in dem Stand der Technik oder in den Ausführungsformen 1, 2 und 3 sind, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet.

In Fig. 36 ist ein Leistungsumrichter 75 gezeigt. Die Drossel 408 besteht aus den Drosseln L1(1) bis L1(m-1) für die (m-1)- Phasen. Ein Umrichterabschnitt 420 ist zum Umrichten einer (m-1)-Phasenwechseleingangsleistung in eine Gleichleistung.

Es sind ebenso (Fig. 38) Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 420(1) bis 420(m-1) für die erste bis (m-1)te Phase dargestellt, die Schaltabschnitte des oberen Arms 420(1)a bis 420(m-1)a für die erste bis (m-1)te Phase und Schaltabschnitte des unteren Arms 420(1)b bis 420(n-1)b für die erste bis (m-1)te Phase umfaßt. Jeder von den Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms 420(1)a bis 420(n-1)a und 420(1)b bis 420(n-1)b besteht aus einem Schaltelement, wie z. B. einem Transistor, einem FET oder einem IGBT und einer Diode in einer Gegenparallelschaltung.

In Fig. 36 sind 1IN(1) bis 1IN(m) Eingangsanschlüsse, an die die erste bis m-te Phase der Eingangsleistung von einer dreiphasigen Wechseleingangsquelle angelegt werden. Anschlüsse 1IN(1) bis 1IN(m-1) sind mit den Anschlüssen 3IN(1) bis 3IN(m-1) über L1(1) bis L1(m-1) der Drossel 408 verbunden, und die Anschlüsse 3IN(1) bis 3IN(m-1) sind mit einem Verbindungspunkt von einem Schaltabschnitt des oberen Arms 420(1)a und einem Schaltabschnitt des unteren Arms 4-20(1)b von der ersten Phase mit einem Verbindungspunkt von einem Schaltabschnitt des oberen Arms 420(m-1)a und dem Schaltabschnitt des unteren Arms 420(m-1)b von der (m-1)ten Phase verbunden.

Ein Anschluß 1INOUT(mn) ist mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms 310a und dem Schaltabschnitt des unteren Arms 310b von dem gemeinsamen Abschnitt 310 verbunden, und 2INOUT(mn) ist mit einem Verbindungspunkt der Kondensatoren C(1) bis C(n-1) des Filters 311 verbunden.

Im folgenden wird der Betrieb dieser Ausführungsform von dem Leistungsumrichter diskutiert, der eine m- Phasenwechseleingangsleistung empfängt und eine n- Phasenwechselausgangsleistung ausgibt, die die gleiche Frequenz wie die m-Phaseneingangsleistung aufweist. In dem Betrieb von dem Umrichter, richten der Umrichterabschnitt 420, der gemeinsame Abschnitt 310, und die Drossel 408 eine m-Phasenwechselspannung von der m-phasigen Wechselleistungsquelle in eine Gleichleistung um, während die Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt 420 und dem gemeinsamen Abschnitt 310 mit vorbestimmten Anweisungen PWM-gesteuert werden, so daß der Eingangsstrom von der m-phasigen Wechseleingangsquelle sinusförmig gemacht wird, und die Eingangsspannung und der Strom in Phase gesetzt werden, wodurch ein Eingangsleistungsfaktor von ungefähr 1 erreicht wird, und die Spannung über den Glättungskondensator 9 auf einen vorbestimmten Gleichspannungswert gesetzt wird. Der Betrieb dieser Ausführungsform ist, wenn die Anzahl der Phasen n=3 ist, identisch von dem der Ausführungsform 1, außer daß der Phasenunterschied zwischen den Phasen darin eher π/m als π/3 ist.

In dem Betrieb von dem Wechselrichter werden die Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms des Wechselrichterabschnitts 330 und des gemeinsamen Abschnitts 310 gemäß vorbestimmten Anweisungen PWM-gesteuert, so daß der Wechselrichterabschnitt 330, der gemeinsame Abschnitt 310 und der Filter 311 eine sinusförmige n-Phasenausgangsspannung ausgeben, die den gleichen Spannungswert, Frequenz und Phasenbeziehung wie die n-Phasenwechselspannung von der Eingangsleistungsquelle aufweist. Der Steuerbetrieb dieser Ausführungsform ist, wenn die Anzahl der Phasen n=3 ist, identisch zu dem der Ausführungsform 1, außer daß der Phasenunterschied zwischen den Phasen darin eher π/n als π/3 ist.

Wie obenstehend detailliert diskutiert, wird gemäß dieser Ausführungsform in dem Fall, in dem eine Eingangsleistungsquelle eine beliebige Anzahl von Phasen hat, und eine Ausgangsleistung eine beliebige Anzahl von Phasen hat, die unterschiedlich von der Anzahl der Eingangsleistungsquelle ist, der Umrichter aus dem Umrichterabschnitt 420 und dem gemeinsamen Abschnitt 310 gebildet, der Wechselrichter besteht aus dem Wechselrichterabschnitt 330 und dem gemeinsamen Abschnitt 310, die gemeinsamen Schaltabschnitte, die der Umrichterabschnitt und der Wechselrichterabschnitt gemeinsam haben, sind zur Verfügung gestellt, und jeder Schaltabschnitt von dem Umrichterabschnitt 420, dem gemeinsamen Abschnitt 310 und dem Wechselrichterabschnitt 330 wird gemäß dem entsprechenden Spannungs-Modulationsanweisungssignal PWM- gesteuert, das eine vorbestimmte Amplitude und Phasenbeziehung zwischen den Phasen aufweist, dadurch wird die Anzahl Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, die die Hauptschaltung bilden, um ein Paar reduziert wird, und mit dieser Reduzierung wird die Anzahl der Bauelemente der Steuerschaltung ebenso reduziert. Die reduzierte Anzahl von Bauelementen erlaubt ein leichtes und kompaktes Design. Des weiteren erlaubt die Reduzierung von Schaltelementen, die Verlustquellen sind und Wärme erzeugen, eine Erhöhung der Effektivität der Einrichtung, und eine Vereinfachung des Kühlverfahrens der Einrichtung.

Dadurch daß das Spannungs-Modulationsanweisungssignal von jeder Phase, das in jede der Umrichtersteuerschaltung, der Steuerschaltung des gemeinsamen Abschnitts und der Wechselrichtersteuerschaltung eingegeben wird, in der gleichen Art und Weise wie in der Ausführungsform 1 erzeugt wird, nämlich mittels Addition eines jeden Außenleiterspannungs-Modulationsanweisungssignal zu dem n-ten Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal, das von der Spannungs-Modulationsanweisungsgeneratorschaltung des gemeinsamen Abschnitts erzeugt wird, werden einfach gemessene Außenleiterspannungen verwendet, um jedes Außenleiterspannungs-Modulationsanweisungssignal zu erzeugen, und im Gegensatz zum Stand der Technik macht die vorliegende Erfindung die Spannungsumrichterschaltung 49 überflüssig, die benötigt wurde, um jeden Außenleiterspannungsmeßwert in eine Phasenspannung umzurichten. Dadurch ergibt sich eine hochzuverlässige Steuerschaltung, die sich durch einen vereinfachten Schaltungsaufbau auszeichnet.

Wie obenstehend beschrieben, ergeben sich in Verbindung mit den dargelegten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die vorliegenden Vorteile:

1) Der Leistungsumrichter der vorliegenden Erfindung umfaßt einen Umrichterabschnitt zum Umrichten einer Wechselleistung in eine Gleichleistung mittels PWM- Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, einen Wechselrichterabschnitt zum Wechselrichten einer Wechselleistung in eine Gleichleistung mittels PWM- Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, und einen gemeinsamen Abschnitt zum Umwandeln einer Wechselleistung in eine Gleichleistung oder einer Gleichleistung in eine Wechselleistung mittels PWM- Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten. Ein Umrichtersteuerabschnitt führt eine PWM-Steuerung zur Umrichtung einer Wechseleingangsleistung in eine Gleichleistung durch die Kombination von dem gemeinsamen Abschnitt und dem Umrichterabschnitt aus. Ein Wechselrichtersteuerabschnitt führt eine PWM-Steuerung zur Wechselrichtung der Gleichleistung in eine Wechselleistung durch die Kombination von dem gemeinsamen Abschnitt und dem Wechselrichterabschnitt durch. Dadurch, daß der gemeinsame Abschnitt von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt gemeinsam verwendet wird, wird die Anzahl der Bauelemente von der Hauptschaltung und somit die Anzahl von Bauelementen der Steuerschaltung reduziert, wobei ein leichtes und kompaktes Design erlaubt wird. Des weiteren erlaubt die Verringerung von Schaltabschnitten, die Verlustquellen sind und Wärme erzeugen, die Steigerung der Effizienz der Einrichtung und ein vereinfachtes Kühlen der Einrichtung
2) Jeder von dem Umrichterabschnitt, dem Wechselrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt umfaßt zumindest ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Eine Phase von der Wechseleingangsleistung ist gemeinsam mit einer Phase von der Wechselausgangsleistung und mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms und dem Schaltabschnitt des unteren Arms des gemeinsamen Abschnitts verbunden. Die anderen Phasen von dem Wechseleingang sind mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms des Umrichterabschnitts verbunden, und die anderen Phasen von der Wechselausgangsleistung sind mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms des Wechselrichterabschnitts verbunden.
Folglich werden der Umrichterabschnitt und der Wechselrichterabschnitt auf einem gemeinsamen Referenzniveau PWM-gesteuert, und die Anzahl von Bauelementen von der Hauptschaltung und somit die Anzahl von den Bauelementen von der Steuerschaltung wird reduziert, während die Wechseleingangsleistung und die Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt synchronisiert werden, und auf dem gleichen Potentialniveau sind.
3) Jeder von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt umfaßt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, und der gemeinsame Abschnitt umfaßt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, wobei zwei Phasen von einer dreiphasigen Wechseleingangsleistung mit den entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden sind, und zwei Phasen von einer dreiphasigen Wechselausgangsleistung mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden sind. Wenn die Wechseleingangsleistung dreiphasig ist und die Wechselausgangsleistung dreiphasig ist, werden der Umrichterabschnitt und der Wechselrichterabschnitt auf dem gemeinsamen Referenzniveau PWM-gesteuert, und die Anzahl von Bauelementen der Hauptschaltung und somit die Anzahl von Bauelementen der Steuerschaltung wird reduziert, während die Wechseleingangsleistung und die Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt synchronisiert wird und auf dem gleichen Potentialniveau ist.
4) Der Umrichterabschnitt umfaßt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms und jeder von dem Wechselrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt umfaßt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, wobei zwei Phasen einer dreiphasigen Wechseleingangsleistung mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden sind, und eine Phase von einer einphasigen Wechselausgangsleistung ist mit einem Verbindungspunkt von dem Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden. Wenn die Wechseleingangsleistung dreiphasig ist, und die Wechselausgangsleistung einphasig ist, werden der Umrichterabschnitt und der Wechselrichterabschnitt auf dem gemeinsamen Referenzniveau PWM-gesteuert. Die Anzahl von Bauelementen von der Hauptschaltung und die Anzahl von Bauelementen von der Steuerschaltung wird reduziert, während die Wechseleingangsleistung und die Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt synchronisiert wird und auf dem gleichen Potentialniveau ist.
5) Jeder von dem Umrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt umfaßt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, und der Wechselrichterabschnitt umfaßt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Eine Phase von einer einphasigen Eingangsleistung ist mit einem Verbindungspunkt von dem Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichter verbunden, und zwei Phasen von einer dreiphasigen Wechselausgangsleistung sind mit den entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden.
Wenn die Wechseleingangsleistung einphasig ist und die Wechselausgangsleistung dreiphasig ist, werden der Umrichterabschnitt und der Wechselrichterabschnitt auf dem gemeinsamen Referenzniveau PWM-gesteuert. Die Anzahl von den Bauelementen von der Hauptschaltung und die Anzahl von den Bauelementen von der Steuerschaltung wird reduziert, während die Wechseleingangsleistung und die Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt synchronisiert wird und auf dem gleichen Potentialniveau ist.
6) Im allgemeinen umfaßt der Leistungsumrichter einen Umrichterabschnitt zum Umrichten einer Wechselleistung In eine Gleichleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, einen Wechselrichterabschnitt zum Wechselrichten der Gleichleistung in eine Wechselleistung mittels PWM- Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, einen gemeinsamen Abschnitt zum Umwandeln der Wechselleistung in eine Gleichleistung oder einer Gleichleistung in eine Wechselleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, und einen Umrichtersteuerabschnitt, der eine PWM-Steuerung ausführt, um die Wechseleingangsleistung in eine Gleichleistung durch die Kombination von dem gemeinsamen Abschnitt und dem Umrichterabschnitt umzurichten, und eine PWM-Steuerung ausführt, um die Gleichleistung in eine Wechselausgangsleistung durch die Kombination von dem gemeinsamen Abschnitt und dem Wechselrichterabschnitt wechselzurichten. Das Verfahren zur Steuerung dieser Einrichtung umfaßt die folgenden Schritten: Verwenden von zumindest einer Phase von einer Wechseleingangsleistung als Referenzsignal, Erzeugen eines Spannungs-Modulationssignal des gemeinsamen Abschnitts, das den gemeinsamen Abschnitt gemäß dem Referenzsignal PWM-steuert, Erzeugen eines Umrichterabschnittsspannungs-Modulationssignals und eines Wechselrichterabschnittsspannungs- Modulationssignals, wobei jedes einen vorbestimmten Phasenunterschied in bezug zu dem Spannungs- Modulationssignals des gemeinsamen Abschnitts aufweist, Verwenden des Umrichterabschnittsspannungs- Modulationssignals und des Spannungs-Modulationssignals des gemeinsamen Abschnitts als ein PWM-Modulationssignal des Umrichtersteuerabschnitts, und Verwendung des Wechselrichterabschnittsspannungs-Modulationssignals und des Spannungs-Modulationssignals des gemeinsamen Abschnitts als ein PWM-Modulationssignal des Wechselrichtersteuerabschnitts.
Demgemäß wird der gemeinsame Abschnitt von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt gemeinsam verwendet, um ihre eigenen Funktionen ausführen, und die Anzahl von Bauelementen von der Hauptschaltung und somit die Anzahl von den Bauelementen der Steuerschaltung wird reduziert, was ein leichtes und kompaktes Design erlaubt. Des weiteren erlaubt die Verringerung der Schaltabschnitte, die Verlustquellen sind und Wärme erzeugen, eine Erhöhung der Effizienz der Einrichtung und eine vereinfachte Kühlung der Einrichtung.
7) Wenn jeder von dem Umrichterabschnitt, dem Wechselrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt zumindest ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfassen, umfaßt das Verfahren die folgenden Schritte: gemeinsames Verbinden von einer Phase von der Wechseleingangsleistung mit einer Phase von dem Wechselausgang, Verbinden der gemeinsam verbundenen Phase mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms und dem Schaltabschnitt des unteren Arms von dem gemeinsamen Abschnitt, Verbinden von anderen Phasen von der Wechseleingangsleistung mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Umrichterabschnitt, Verbinden von anderen Phasen von der Wechselausgangsleistung mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt, und Erzeugen des Referenzsignals von einer Außenleiterspannung zwischen der gemeinsam verbundenen Phase von der Wechseleingangsleistung und den anderen Phasen von der Wechseleingangsleistung.
Folglich werden der Umrichterabschnitt und der Wechselrichterabschnitt auf dem gemeinsamen Referenzniveau PWM-gesteuert, und die Anzahl von Bauelementen von der Hauptschaltung und die Anzahl von Bauelementen von der Steuerschaltung wird reduziert, während die Wechseleingangsleistung und die Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt synchronisiert wird und auf dem gleichen Potentialniveau ist.
8) Wenn jeder von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfassen, und der gemeinsame Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt, umfaßt das Verfahren die folgenden Schritte: Verbinden von zwei Phasen von der dreiphasigen Eingangsleistung mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt, Verbinden von zwei Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt, Erzeugen des Spannungs- Modulationssignals des gemeinsamen Abschnitts basierend auf dem Referenzsignal mit einer eingeführten Außenleiterphasenbezeichnung, und Erzeugen des Wechselrichterabschnittsspannungs-Modulationssignals basierend auf dem Spannungs-Modulationssignal des gemeinsamen Abschnitts und einem Außenleiterspannungs- Modulationssignals, das basierend auf Außenleiterspannungen zwischen einer Phase von einer Wechselausgangsleistung, die gemeinsam mit einer Phase von der Wechseleingangsleistung verbunden ist, und den anderen zwei Phasen von der Wechselausgangsleistung erzeugt wird.
Wenn die Wechseleingangsleistung dreiphasig ist und die Wechselausgangsleistung dreiphasig ist, wird jedes Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal, das in jedem von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt eingegeben wird, mittels Addition von jedem Außenleiterspannungs- Modulationsanweisungssignal zu dem Spannungs- Modulationssignals des gemeinsamen Abschnitts erzeugt. Jede einfach gemessene Außenleiterspannung wird verwendet, um jedes Außenleiterspannungs- Modulationsanweisungssignal zu erzeugen. Deshalb ist es nicht notwendig, jeden Außenleiterspannungsmeßwert in eine Phasenspannung umzuwandeln. Dadurch ergibt sich eine sehr zuverlässige Steuerschaltung, die einen vereinfachten Schaltungsaufbau aufweist.
9) Wenn jeder von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfassen, und der gemeinsame Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt, umfaßt das Verfahren die folgenden Schritte: Verbinden von zwei Phasen von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt, Verbinden von zwei Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt, Erzeugen des Spannungs- Modulationssignals des gemeinsamen Abschnitts basierend auf dem Referenzsignal mit einer eingeführten Außenleiter-Phasenbeziehung, und einen Schritt, in dem das Umrichterabschnittsspannungs-Modulationssignal basierend auf dem Spannungs-Modulationssignal des gemeinsamen Abschnitts und einem Außenleiterspannungs- Modulationssignal erzeugt wird, das basierend auf Außenleiterspannungen zwischen einer Phase von einer Wechselausgangsleistung, die gemeinsam mit einer Phase von der Wechseleingangsleistung verbunden ist und den anderen zwei Phasen von der Wechseleingangsleistung erzeugt wird.
Wenn die Wechseleingangsleistung dreiphasig ist, und die Wechselausgangsleistung dreiphasig ist, wird jedes Phasenspannungs-Modulationsanweisungssignal, das in jeden von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt eingegeben wird, mittels Addition von jedem Außenleiterspannungs- Modulationsanweisungssignal zu dem Spannungs- Modulationssignal des gemeinsamen Abschnitts erzeugt. Jede einfach gemessene Außenleiterspannung wird verwendet, um jedes Außenleiterspannungs- Modulationsanweisungssignal zu erzeugen, und deswegen ist es nicht notwendig, jeden Außenleiterspannungsmeßwert in eine Phasenspannung umzuwandeln. Dadurch ergibt sich eine sehr zuverlässige Steuerschaltung mit einem vereinfachten Schaltungsaufbau.
10) Das Funktionssignal, das verwendet wird, um das Spannungs-Modulationssignal des gemeinsamen Abschnitts zu erzeugen, um den gemeinsamen Abschnitt PWM-zu steuern, kann ein sinuswellenförmiges Signal, eine Trapezwelle oder ein dreieckswellenförmiges Signal sein. Deswegen kann jedes Signal genau bezüglich Frequenzamplitude und Phasenbeziehung definiert werden, wodurch das Spannungs-Modulationsanweisungssignal für jede Phase von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt effizient und genau erzeugt wird.
11) Die erfindungsgemäße unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung, die mit einem Leistungsumrichter ausgestattet ist, umfaßt einen Umrichterabschnitt zum Umrichten einer Wechselleistung In eine Gleichleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, einen Wechselrichterabschnitt zum Wechselrichten einer Wechselleistung in eine Gleichleistung mittels PWM- Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, einen gemeinsamen Abschnitt zum Umwandeln einer Wechselleistung in eine Gleichleistung oder einer Gleichleistung in eine Wechselleistung mittels PWM- Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, einen Umrichtersteuerabschnitt, der eine PWM-Steuerung ausführt, um eine Wechseleingangsleistung in eine Gleichleistung durch eine Kombination von dem gemeinsamen Abschnitt und dem Umrichterabschnitt umzurichten, einen Wechselrichtersteuerabschnitt, der eine PWM-Steuerung ausführt, um die Gleichleistung in eine Wechselausgangsleistung durch die Kombination von dem gemeinsamen Abschnitt und dem Wechselrichterabschnitt wechselzurichten, und einen Schaltabschnitt zur wahlweisen direkten Ausgabe der Wechseleingangsleistung oder der Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt entsprechend der Phase oder den Phasen von der Wechseleingangsleistung.
Die Wechseleingangsleistung und die Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt ist synchronisiert und auf dem gleichen Potentialniveau, und jegliches Problem wie z. B. ein Ausgangskurzschluß wird sogar, wenn das Schalten zwischen der Wechseleingangsleistung und der Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt in einer unterbrechungsfreien Art und Weise ausgeführt wird, ausgeschlossen, ohne der Notwendigkeit einer besonderen Einrichtung wie z. B. einem Trenntransformator zum Aufnehmen eines Potentialunterschieds, der in dem Schaltzeitpunkt auftritt.
12) Jeder von dem Umrichterabschnitt, dem Wechselrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt umfaßt zumindest ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Eine Phase von der Wechseleingangsleistung ist gemeinsam mit einer Phase von der Wechselausgangsleistung verbunden, und die gemeinsam verbundene Phase ist mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms und dem Schaltabschnitt des unteren Arms von dem gemeinsamen Abschnitt verbunden. Andere Phasen von der Wechseleingangsleistung sind mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden, und andere Phasen von der Wechselausgangsleistung sind mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden.
Die Wechseleingangsleistung und die Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt ist synchronisiert und auf dem gleichen Potentialniveau, und jegliches Problem wie z. B. ein Ausgangskurzschluß wird sogar, wenn das Schalten zwischen der Wechseleingangsleistung und der Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt in einer unterbrechungsfreien Art und Weise ausgeführt wird, ausgeschlossen, ohne der Notwendigkeit für eine besondere Einrichtung, wie z. B. einem Trenntransformator zur Aufnahme eines Potentialunterschieds, der in dem Schaltzeitpunkt auftritt.
13) Jeder von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt umfaßt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, und der gemeinsame Abschnitt umfaßt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Zwei Phasen von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung sind mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden, und zwei Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung sind mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms in dem Wechselrichterabschnitt verbunden.
Wenn die Wechseleingangsleistung dreiphasig ist, und die Wechselausgangsleistung dreiphasig ist, werden die Wechseleingangsleistung und Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt synchronisiert und sind auf dem gleichen Potentialniveau. Dadurch wird jegliches Problem, wie z. B. ein Ausgangskurzschluß, ausgeschlossen, sogar wenn das Schalten zwischen dem Wechseleingang und dem Wechselausgang von dem Wechselrichterabschnitt in einer unterbrechungsfreien Art und Weise ausgeführt wird, ohne der Notwendigkeit einer besonderen Einrichtung wie z. B. einem Trenntransformator zur Aufnahme eines Potentialunterschieds, der in dem Schaltzeitpunkt auftritt.
14) Der Umrichterabschnitt umfaßt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, und jeder von dem Wechselrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt umfassen ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Zwei Phasen von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung sind mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden, und eine Phase von dem einphasigen Wechselausgang mit einem Verbindungspunkt von dem Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden.
Wenn die Wechseleingangsleistung dreiphasig ist, und die Wechselausgangsleistung einphasig, werden die Wechseleingangsleistung und die Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt synchronisiert und sind auf dem gleichen Potentialniveau. Dadurch wird jegliches Problem wie z. B. ein Ausgangskurzschluß ausgeschlossen, sogar wenn das Schalten zwischen dem Wechseleingang und dem Wechselausgang von dem Umrichterabschnitt in einer unterbrechungsfreien Art und Weise ausgeführt wird, ohne der Notwendigkeit einer besonderen Einrichtung wie z. B. einen Trenntransformator zur Aufnahme eines Potentialunterschieds, der in dem Schaltzeitpunkt auftritt.
15) Jeder von dem Umrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt umfaßt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms, und der Wechselrichterabschnitt umfaßt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms. Eine Phase von der einphasigen Wechseleingangsleistung ist mit einem Verbindungspunkt von dem Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von der Umrichter verbunden, und zwei Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung sind mit entsprechenden Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden.
Wenn die Wechseleingangsleistung einphasig ist, und die Wechselausgangsleistung dreiphasig ist, werden die Wechseleingangsleistung und die Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt synchronisiert und sind auf dem gleichen Potentialniveau. Deshalb wird jegliches Problem wie z. B. ein Ausgangskurzschluß ausgeschlossen, sogar wenn das Schalten zwischen der Wechseleingangsleistung und der Wechselausgangsleistung an dem Wechselrichterabschnitt in einer unterbrechungsfreien Art und Weise ausgeführt wird, ohne der Notwendigkeit einer besonderen Einrichtung wie z. B. einem Trenntransformator zur Aufnahme eines Potentialunterschieds, der in dem Moment des Schaltens auftritt.

Die Erfindung wurde in bezug zu bestimmten bevorzugten Ausführungsformen beschrieben. Verschiedenste Modifikationen und Änderungen innerhalb des Geistes der Erfindung werden dem Fachmann nahegelegt. Dementsprechend ist der Umfang der Erfindung nur durch die folgenden Ansprüche festgelegt.

Claims

1. Ein Leistungsumrichter umfassend:
einen Umrichterabschnitt zum Umrichten einer Wechseleingangsleistung in eine Gleichleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten;
einen Wechselrichterabschnitt zum Wechselrichten der Gleichleistung in eine Wechselausgangsleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten;
einen gemeinsamen Abschnitt, der mit dem Umrichterabschnitt zusammenwirkt, um die Wechseleingangsleistung in die Gleichleistung umzurichten, und mit dem Wechselrichterabschnitt zusammenwirkt, um die Gleichleistung in die Wechselausgangsleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten wechselzurichten;
einen Umrichtersteuerabschnitt, der eine PWM-Steuerung ausführt, um die Wechseleingangsleistung, die an Wechseleingangsanschlüssen empfangen wird, in die Gleichleistung durch den gemeinsamen Abschnitt, der zusammen mit dem Umrichterabschnitt wirkt, umzurichten; und
einen Wechselrichtersteuerabschnitt, der eine PWM- Steuerung ausführt, um die Gleichleistung in die Wechselausgangsleistung durch den gemeinsamen Abschnitt, der mit dem Wechselrichterabschnitt zusammenwirkt, wechselzurichten, und um die Wechselausgangsleistung auf die Wechselausgangsanschlüsse anzuwenden.

2. Ein Leistungsumrichter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder von dem Umrichterabschnitt, dem Wechselrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt zumindest ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
ein Wechseleingangsanschluß direkt mit einem Wechselausgangsanschluß verbunden ist, um eine gemeinsam verbundene Phase zur Verfügung zu stellen;
die gemeinsam verbundene Phase mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms und dem Schaltabschnitt des unteren Arms von dem gemeinsamen Abschnitt verbunden ist;
andere der Wechseleingangsanschlüsse mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden sind; und
andere der Wechselausgangsanschlüsse mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden sind.

3. Leistungsumrichter gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechseleingangsleistung eine dreiphasige Wechseleingangsleistung umfaßt, und die Wechselausgangsleistung eine dreiphasige Wechselausgangsleistung umfaßt;
jeder von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
der gemeinsame Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
zwei Phasen von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung auf jeweilige Verbindungspunkte von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt angewendet werden; und
zwei Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung von jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt erhalten werden.

4. Ein Leistungsumrichter gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechseleingangsleistung eine dreiphasige Wechseleingangsleistung umfaßt, und die Wechselausgangsleistung eine einphasige Wechselausgangsleistung umfaßt;
der Umrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
jeder von dem Wechselrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
zwei Phasen von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung auf jeweilige Verbindungspunkte von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt angewendet werden; und
die einphasige Wechselausgangsleistung an einem Verbindungspunkt von dem Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt zur Verfügung gestellt wird.

5. Leistungsumrichter gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wechseleingangsleistung eine einphasige Wechseleingangsleistung umfaßt, und die Wechselausgangsleistung eine dreiphasige Wechselausgangsleistung umfaßt;
jeder von dem Umrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
der Wechselrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
die einphasige Wechseleingangsleistung auf einen Verbindungspunkt von dem Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichter angewendet wird; und
zwei Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung von jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt erhalten werden.

6. In einem Leistungsumrichter, der einen Umrichterabschnitt zum Umrichten einer Wechseleingangsleistung in eine Gleichleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten umfaßt, einen Wechselrichterabschnitt zum Wechselrichten der Gleichleistung in eine Wechselausgangsleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, einen gemeinsamen Abschnitt zum Umwandeln der Wechseleingangsleistung in die Gleichleistung und der Gleichleistung in die Wechselausgangsleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von Schaltabschnitten, und einen Umrichtersteuerabschnitt, der eine PWM-Steuerung ausführt, um die Wechseleingangsleistung in die Gleichleistung durch die Kombination von dem gemeinsamen Abschnitt und dem Umrichterabschnitt umzurichten, und eine PWM-Steuerung ausführt, um die Gleichleistung in die Wechselausgangsleistung durch die Kombination von dem gemeinsamen Abschnitt und dem Wechselrichterabschnitt wechselzurichten, umfaßt ein Steuerverfahren die folgenden Schritte:
Verwenden von zumindest einer Phase von der Wechseleingangsleistung als Referenzsignal;
Erzeugen eines Spannungs-Modulationssignals des gemeinsamen Abschnitts, das den gemeinsamen Abschnitt gemäß dem Referenzsignal PWM-steuert;
Erzeugen eines Umrichterabschnittsspannungs- Modulationssignals und eines Wechselrichterabschnittsspannungs-Modulationssignals, wobei jedes Signal einen vorbestimmten Phasenunterschied in bezug zu der Spannungsmodulation des gemeinsamen Abschnitts aufweist;
Verwenden des Umrichtersteuerabschnittsspannungs- Modulationssignals und des Spannungs-Modulationssignals des gemeinsamen Abschnitts als ein PWM-Modulationssignal des Umrichtersteuerabschnitts; und
Verwenden des Wechselrichterabschnittsspannungs- Modulationssignals und des Spannungs-Modulationssignals des gemeinsamen Abschnitts als ein PWM-Modulationssignal des Wechselrichtersteuerabschnitts.

7. Ein Steuerverfahren für einen Leistungsumrichter gemäß Anspruch 6, in dem jeder von dem Umrichterabschnitt, dem Wechselrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt zumindest ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt, das die folgenden Schritte umfaßt:
gemeinsames Verbinden von einer Phase von der Wechseleingangsleistung mit einer Phase von der Wechselausgangsleistung und mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms und dem Schaltabschnitt des unteren Arms von dem gemeinsamen Abschnitt;
Verbinden von anderen Phasen von der Wechseleingangsleistung mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Umrichterabschnitt;
Verbinden von anderen Phasen von der Wechselausgangsleistung mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt; und
Erzeugen des Referenzsignals von einer Außenleiterspannung zwischen der einen Phase von der Wechseleingangsleistung und einer anderen Phase von der Wechseleingangsleistung.

8. Ein Steuerverfahren eines Leistungsumrichters gemäß Anspruch 6, in dem jeder von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfasen, und der gemeinsame Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt, und worin die Wechseleingangsleistung eine dreiphasige Wechseleingangsleistung umfaßt, und die Wechselausgangsleistung eine dreiphasige Wechselausgangsleistung umfaßt, umfassend die folgenden Schritte:
Verbinden von einer Phase von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung direkt mit einer Phase von der dreiphasigen Ausgangsleistung und mit einem Verbindungspunkt von den Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem gemeinsamen Abschnitt;
Verbinden von zwei verbleibenden Phasen von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung mit jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt;
Verbinden von zwei verbleibenden Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung mit jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt;
Erzeugen des Spannungs-Modulationssignals des gemeinsamen Abschnitts basierend auf dem Referenzsignal mit einer eingeführten Außenleiter-Phasenbeziehung;
Erzeugen des Wechselrichterabschnittsspannungs- Modulationssignals basierend auf dem Spannungs- Modulationssignal des gemeinsamen Abschnitts und einem Außenleiterspannungs-Modulationssignal, das basierend auf Außenleiterspannungen zwischen der einen Phase von der Wechselausgangsleistung, die gemeinsam mit der einen Phase von der Wechseleingangsleistung verbunden ist, und den zwei verbleibenden Phasen von der Wechselausgangsleistung erzeugt wird.

9. Ein Steuerverfahren für einen Leistungsumrichter gemäß Anspruch 6, in dem jeder von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt, und worin der gemeinsame Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt, und worin die Wechseleingangsleistung eine dreiphasige Wechseleingangsleistung umfaßt, und die Wechselausgangsleistung eine dreiphasige Ausgangsleistung umfaßt, umfassend die folgenden Schritte:
Verbinden einer Phase von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung mit einer Phase von der dreiphasigen Ausgangsleistung und mit einem Verbindungspunkt von den Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem gemeinsamen Abschnitt;
Verbinden von verbleibenden zwei Phasen der dreiphasigen Wechseleingangsleistung mit jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt;
Verbinden von verbleibenden zwei Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung mit jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt;
Erzeugen des Spannungs-Modulationssignals des gemeinsamen Abschnitts basierend auf dem Referenzsignal mit einer eingeführten Außenleiter-Phasenbeziehung;
Erzeugen des Umrichterabschnittsspannungs- Modulationssignals basierend auf dem Spannungs- Modulationssignal des gemeinsamen Abschnitts und einem Außenleiterspannungs-Modulationssignal, das basierend auf Außenleiterspannungen zwischen der einen Phase von der Wechselausgangsleistung verbunden ist, die gemeinsam mit der einen Phase von der Wechseleingangsleistung erzeugt wird, und den verbleibenden zwei Phasen von der Wechseleingangsleistung.

10. Ein Steuerverfahren für einen Leistungsumrichter gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Funktionssignal, das verwendet wird, um das Spannungs-Modulationssignal des gemeinsamen Abschnitts für eine PWM-Steuerung des gemeinsamen Abschnitts zu erzeugen, ein sinuswellenförmiges Signal, ein trapezwellenförmiges Signal oder ein dreieckswellenförmiges Signal ist.

11. Ein Steuerverfahren für einen Leistungsumrichter gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Funktionssignal, das verwendet wird, um das Spannungs-Modulationssignal des gemeinsamen Abschnitts zur PWM-Steuerung des gemeinsamen Abschnitts zu erzeugen, ein sinuswellenförmiges Signal, ein trapezwellenförmiges Signal oder ein dreieckswellenförmiges Signal ist.

12. Ein Steuerverfahren für einen Leistungsumrichter gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein Funktionssignal, das verwendet wird, um ein Spannungs-Modulationssignal des gemeinsamen Abschnitts zum PWM-Steuern des gemeinsamen Abschnitts zu erzeugen, ein sinuswellenförmiges Signal, ein trapezwellenförmiges Signal oder ein dreieckswellenförmiges Signal ist.

13. bin Steuerverfahren für einen Leistungsumrichter gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß ein Funktionssignal, das verwendet wird, um ein Spannungs-Modulationssignal des gemeinsamen Abschnitts zur PWM-Steuerung des gemeinsamen Abschnitts zu erzeugen, ein sinuswellenförmiges Signal, ein trapezwellenförmiges Signal oder ein dreieckswellenförmiges Signal ist.

14. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung, die mit einem Leistungsumrichter ausgestattet ist, umfassend:
einen Umrichterabschnitt zum Umrichten einer Wechseleingangsleistung, die auf Wechseleingangsanschlüsse angewendet wird, in eine Gleichleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von ersten Schaltabschnitten;
einen Wechselrichterabschnitt zum Wechselrichten der Gleichleistung in eine Wechselausgangsleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von zweiten Schaltabschnitten, und Anwenden der Wechselausgangsleistung auf Wechselausgangsanschlüsse;
einen gemeinsamen Abschnitt, der zusammen mit dem Umrichterabschnitt wirkt, um die Wechseleingangsleistung in die Gleichleistung umzurichten, und der zusammen mit dem Wechselrichterabschnitt wirkt, um die Gleichleistung in die Wechselausgangsleistung mittels PWM-Steuerung einer Vielzahl von dritten Schaltabschnitten wechselzurichten;
einen Umrichtersteuerabschnitt, der eine PWM-Steuerung ausführt, um die Wechseleingangsleistung in die Gleichleistung durch den gemeinsamen Abschnitt und den Umrichterabschnitt umzurichten;
einen Wechselrichtersteuerabschnitt, der eine PWM- Steuerung ausführt, um die Gleichleistung in die Wechselausgangsleistung durch den gemeinsamen Abschnitt und den Wechselrichterabschnitt wechselzurichten; und
einen Schaltabschnitt zum wahlweisen Anwenden der Wechseleingangsleistung und der Wechselausgangsleistung von dem Wechselrichterabschnitt auf die Wechselausgangsanschlüsse.

15. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder von dem Umrichterabschnitt, dem Wechselrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt zumindest ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfassen;
einer von den Wechseleingangsanschlüssen direkt mit einem der Wechselausgangsanschlüsse und mit einem Verbindungspunkt von dem Schaltabschnitt des oberen Arms und dem Schaltabschnitt des unteren Arms von dem gemeinsamen Abschnitt verbunden ist;
andere der Wechseleingangsanschlüsse mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Umrichterabschnitt verbunden sind; und
andere von den Wechselausgangsanschlüsse mit Verbindungspunkten von den Schaltabschnitten des oberen Arms und den Schaltabschnitten des unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt verbunden sind.

16. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß jeder von dem Umrichterabschnitt und dem Wechselrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
der gemeinsame Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
zwei Phasen von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung auf jeweilige Verbindungspunkte von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt angewendet werden; und
zwei Phasen von der dreiphasigen Wechselausgangsleistung von jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt zur Verfügung gestellt werden.

17. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Umrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
jeder von dem Wechselrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
zwei Phasen von der dreiphasigen Wechseleingangsleistung auf jeweilige Verbindungspunkte von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt angewendet werden; und
eine Phase von einer einphasigen Wechselausgangsleistung von einem Verbindungspunkt von dem einen Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt erhalten wird.

18. Eine unterbrechungsfreie Stromversorgungseinrichtung gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß Jeder von dem Umrichterabschnitt und dem gemeinsamen Abschnitt ein Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
der Wechselrichterabschnitt zwei Paar Schaltabschnitte des oberen und unteren Arms umfaßt;
eine Phase von einer einphasigen Wechseleingangsleistung auf einen Verbindungspunkt von dem einen Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Umrichterabschnitt angewendet wird;
zwei Phasen von einer dreiphasigen Wechselausgangsleistung von jeweiligen Verbindungspunkten von den zwei Paar Schaltabschnitten des oberen und unteren Arms von dem Wechselrichterabschnitt erhalten werden.