Многоуровневое силовое преобразовательное устройство
MULTILEVEL POWER CONVERSION DEVICE

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к многофазному многоуровневому силовому преобразовательному устройству, а более конкретно к многоуровневому силовому преобразовательному устройству, в котором используется навесной конденсатор, общий для соответствующих фаз.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] На Фиг. 29 изображена принципиальная схема, показывающая многоуровневое силовое преобразовательное устройство в Патентном Документе 1. Путем установки точки привязки фазного напряжения на клемму 0, установки источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения на уровень 2Е, и установки напряжений навесных конденсаторов FC1 и FC2 на уровень Е, с выходных клемм U, V и W можно вывести пять уровней фазного напряжения: 2Е, Е, 0, -Е и -2Е.
[0003] Кроме того, на Фиг. 29 максимальные напряжения, приложенные к коммутационным элементам Su1-Su8, Sv1-Sv8 и Sw1-Sw8 и к диодным элементам Su9-Su12, Sv9-Sv12 и Sw9-Sw12, в стационарном состоянии имеют значение Е. Для выравнивания этих максимальных приложенных напряжений на всех коммутационных элементах и диодных элементах, Su6b и Su8 соединены последовательно друг с другом. Это также относится к коммутационным элементам Su7 и Su5b, Sv6b и Sv8, Sv7 и Sv5b, Sw6b и Sw8, Sw7 и Sw5b, Su9 и Su10, Su11 и Su12, Sv9 и Sv10, Sv11 и Sv12, Sw9 и Sw10, и Sw11 и Sw12.
[0004] Кроме того, также предложено многоуровневое силовое преобразовательное устройство, изображенное на Фиг. 30. На схемах, показанных на Фиг. 29 и Фиг. 30, используемые источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения и навесные конденсаторы FC1 и FC2 являются общими для трех фаз. При этом число конденсаторов снижено, а размер устройства уменьшен.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Патентный документ
[0005] Патентный Документ 1: японская патентная заявка публикация №2013-132261
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0006] Схема, показанная на Фиг. 29, может выводить 5 уровней фазного напряжения. Одна фаза образуется десятью коммутационными элементами и четырьмя диодными элементами. Когда на Фиг. 29 использован трехфазный преобразователь постоянного напряжения в переменное, количество используемых коммутационных элементов равно 30. Число диодных элементов равно 12. Всего 42 элемента. Таким образом, в обычном многоуровневом силовом преобразовательном устройстве количество используемых элементов очень большое. Стоимость устройства высока. Размер устройства также большой.
[0007] Многоуровневое силовое преобразовательное устройство, показанное на Фиг. 30, может произвольно выбирать режимы зарядки и разрядки общих навесных конденсаторов, независимо от выводимых уровней фазного напряжения. Тем не менее разве что кроме источников постоянного напряжения DCC1 и DCC2 и навесных конденсаторов FC1 и FC2, другие элементы используются в соответствующих фазах независимо. Соответственно, количество коммутационных элементов очень большое. Стоимость устройства высока. Размер устройства также является большим. Например, 5-уровневое трехфазное силовое преобразовательное устройство требует использования 48 коммутационных элементов в указанных трех фазах.
[0008] Кроме того, за счет использования коммутационных элементов S1 и S2, которые являются общими для фаз М, как показано на Фиг. 31, можно уменьшить общее количество используемых коммутационных элементов. Тем не менее не предоставляется возможным произвольно выбирать режимы зарядки и разрядки навесных конденсаторов FC1 и FC2, которые являются общими для соответствующих фаз.
[0009] На Фиг. 32 изображены режимы коммутации уровней Е и -Е выходного фазного напряжения. На Фиг. 33 изображен пример режима зарядки и разрядки, который не может быть произвольно выбран для навесного конденсатора FC2. В этом случае знак «О» на чертеже представляет собой коммутационный элемент, который проводит ток (т.е. включен).
[0010] Как показано на Фиг. 32, уровни Е и -Е выходного фазного напряжения имеют, соответственно, два режима вывода. В режиме Е можно заряжать и разряжать навесной конденсатор FC2. В режиме -Е можно заряжать и разряжать навесной конденсатор FC1.
[0011] Тем не менее в случае, когда режимы, показанные на Фиг. 32(b) и (d), используются одновременно, когда напряжение фазы U равно Е, напряжение фазы V равно 0, а напряжение фазы W равно -Е, как показано на Фиг. 33, коммутационные элементы Su4, Su14 и S1 одновременно являются взаимно проводящими. Соответственно, источник DCC2 питания постоянного тока и навесной конденсатор FC2 являются короткозамкнутыми.
[0012] Соответственно, для вывода значения Е, чтобы избежать короткого замыкания источника DCC2 постоянного напряжения и навесного конденсатора FC2, может быть применена выходная схема, показанная на Фиг. 32(b). Она ограничена выходной схемой, показанной на Фиг. 32(а). Таким образом, в случае, когда режимы зарядки и разрядки ограничены, не представляется возможным произвольно коммутировать зарядку и разрядку навесных конденсаторов FC1 и FC2. Способ управления является сложным.
[0013] Поэтому задачей настоящего изобретения является создание многофазного многоуровневого силового преобразовательного устройства, разработанного для уменьшения количества используемых элементов и снижения стоимости и размеров устройства.
[0014] Настоящее изобретение было разработано с учетом описанных выше традиционных проблем. В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения, многоуровневое силовое преобразовательное устройство выполнено с возможностью генерирования переменного выходного сигнала, который преобразуется в несколько уровней напряжения от напряжений источника постоянного напряжения, навесного конденсатора и конденсатора, причем многоуровневое силовое преобразовательное устройство содержит:
N (N≥2) источников постоянного напряжения, которые соединены последовательно друг с другом и которые являются общими для соответствующих фаз;
первый навесной конденсатор, один конец которого соединен с отрицательным электродным выводом каждого из источников постоянного напряжения, и который является общим для соответствующих фаз;
второй навесной конденсатор, один конец которого соединен с положительным электродным выводом каждого из источников постоянного напряжения и который является общим для соответствующих фаз; а также
фазовый модуль с М фазами (М≥2), в котором
положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод первого навесного конденсатора и положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод второго навесного конденсатора установлены на входную клемму;
один конец каждого коммутационного элемента подсоединен к каждой входной клемме,
другие концы соседних двух коммутационных элементов соединены друг с другом, причем это повторяется до последнего каскада, в котором количество коммутационных элементов равно двум,
причем два коммутационных элемента выходного каскада соединены последовательно между другими концами двух коммутационных элементов из коммутационных элементов последнего каскада,
конденсатор, соединенный параллельно с двумя коммутационными элементами выходного каскада,
общей точкой соединения коммутационных элементов выходного каскада является выходная клемма,
при этом фазовый модуль с М фазами (М≥2) выполнен с возможностью вывода, с выходной клеммы, потенциала одной из входных клемм, или потенциала, полученного путем сложения с или вычитания из напряжения конденсатора потенциала одной из входных клемм, путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами путем включения /выключения.
[0015] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, многоуровневое силовое преобразовательное устройство выполнено с возможностью генерирования переменного выходного сигнала, который преобразуется в несколько уровней напряжения от напряжений источника постоянного напряжения, навесного конденсатора и конденсатора, причем многоуровневое силовое преобразовательное устройство содержит:
N (N≥2) источников постоянного напряжения, которые соединены последовательно друг с другом и являются общими для соответствующих фаз;
первый навесной конденсатор, положительный электродный вывод которого соединен с общей точкой соединения между N-м источником постоянного напряжения (N: нечетное число) и (N+1)-м источником постоянного напряжения (N+1: четное число);
второй навесной конденсатор, отрицательный электродный вывод которого соединен с общей точкой соединения между N-м источником постоянного напряжения и (N+1)-м источником постоянного напряжения; а также
фазовый модуль с М фазами (М≥2), в котором
отрицательный электродный вывод N-ого источника постоянного напряжения, отрицательный электродный вывод первого навесного конденсатора, положительный электродный вывод N-го источника постоянного напряжения и положительный электродный вывод второго навесного конденсатора установлены на входные клеммы,
один конец каждого коммутационного элемента подсоединен к одной из входных клемм,
другие концы соседних двух коммутационных элементов соединены друг с другом,
указанный один конец коммутационного элемента соединен с общей точкой соединения между коммутационными элементами, которые имеют другие концы, соединенные друг с другом,
причем это повторяется до последнего каскада, в котором количество коммутационных элементов равно двум,
причем два коммутационных элемента выходного каскада соединены последовательно друг с другом между другими концами двух коммутационных элементов последнего каскада,
конденсатор, соединенный параллельно с двумя коммутационными элементами выходного каскада,
общей точкой соединения коммутационных элементов выходного каскада является выходная клемма,
при этом фазовый модуль с М фазами (М≥2) выполнен с возможностью вывода потенциала одной из входных клемм, или потенциала, полученного путем сложения с или вычитания из напряжения конденсатора потенциала одной из входных клемм, путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами путем включения/выключения.
[0016] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, многоуровневое силовое преобразовательное устройство выполнено с возможностью генерирования переменного выходного сигнала, который преобразуется в несколько уровней напряжения из напряжений от источника постоянного напряжения, навесного конденсатора и конденсатора, причем многоуровневое силовое преобразовательное устройство содержит:
два источника постоянного напряжения, которые соединены последовательно друг с другом и являются общими для соответствующих фаз;
N навесных конденсаторов из первого по N-й навесной конденсатор, отрицательные электродные выводы которых соединены по порядку последовательно с отрицательным электродным выводом первого источника постоянного напряжения, и которые являются общими для соответствующих фаз;
N навесных конденсаторов из 2N-го по (N+1)-й навесной конденсатор, отрицательные электродные выводы которых соединены по порядку последовательно с общей точкой соединения между первым источником постоянного напряжения и вторым источником постоянного напряжения, и которые являются общими для соответствующих фаз;
N навесных конденсаторов из (2N+1)-го по 3N-й навесной конденсатор, отрицательные электродные выводы которых соединены по порядку последовательно с общей точкой соединения между первым источником постоянного напряжения и вторым источником постоянного напряжения, и которые являются общими для соответствующих фаз;
N навесных конденсаторов из 4N-го по (3N+1)-й навесной конденсатор, положительные электродные выводы которых соединены по порядку последовательно с положительным электродным выводом второго источника постоянного напряжения, и которые являются общими для соответствующих фаз; а также
фазовый модуль с М фазами (М≥2), в котором
положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод первого навесного конденсатора, положительный электродный вывод от второго по N-й навесных конденсаторов, отрицательный электродный вывод от (N+1)-го по 2N-й навесных конденсаторов, положительный электродный вывод от (2N+1)-го по 3N-й навесных конденсаторов, отрицательный электродный вывод от (3N+1)-го по (4N-1)-й навесных конденсаторов, и положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод 4N-го навесного конденсатора установлены на входные клеммы,
один конец коммутационных элементов подсоединен к одной из входных клемм,
другие концы соседних двух коммутационных элементов соединены друг с другом,
указанный один конец коммутационного элемента соединен с общей точкой соединения между коммутационными элементами, которые имеют другие концы, соединенные друг с другом,
это повторяется до последнего каскада, в котором количество коммутационных элементов равно двум,
причем два коммутационных элемента выходного каскада соединены последовательно друг с другом между другими концами двух коммутационных элементов последнего каскада,
конденсатор, соединенный параллельно с двумя коммутационными элементами выходного каскада,
общей точкой соединения коммутационных элементов выходного каскада является выходная клемма,
при этом фазовый модуль с М фазами (М≥2) выполнен с возможностью вывода потенциала одной из входных клемм, или потенциала, полученного путем сложения с или вычитания из напряжения конденсатора потенциала одной из входных клемм, путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами путем включения/выключения.
[0017] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, многоуровневое силовое преобразовательное устройство выполнено с возможностью генерирования переменного выходного сигнала, который преобразуется в несколько уровней напряжения из напряжений от источника постоянного напряжения, навесного конденсатора и конденсатора, причем многоуровневое силовое преобразовательное устройство содержит:
два источника постоянного напряжения, соединенные последовательно друг с другом, и которые являются общими для соответствующих фаз;
N навесных конденсаторов из первого по N-й навесной конденсатор, отрицательные электродные выводы которых соединены по порядку последовательно с отрицательным электродным выводом первых источников постоянного напряжения, и которые являются общими для соответствующих фаз;
N навесных конденсаторов из (N+1)-го по 2N-й навесной конденсатор, положительные электродные выводы которых соединены по порядку последовательно с положительным электродным выводом второго источника постоянного напряжения, и которые являются общими для соответствующих фаз;
фазовый модуль с М фазами (М≥2), в котором
положительные и отрицательные электродные выводы первого навесного конденсатора, положительные электродные выводы от второго по N-й навесных конденсаторов, отрицательные электродные выводы от (N+1)-го по (2N+1)-й навесных конденсаторов, и положительные и отрицательные электродные выводы 2N-го навесного конденсатора установлены на входные клеммы,
один конец коммутационных элементов подсоединен к соответствующим входным клеммам,
другие концы соседних двух коммутационных элементов соединены друг с другом,
указанный один конец коммутационного элемента соединен с общей точкой соединения между коммутационными элементами, которые имеют другие концы, соединенные друг с другом,
это повторяется до последнего каскада, в котором количество коммутационных элементов равно двум,
причем два коммутационных элемента выходного каскада соединены последовательно друг с другом между другими концами двух коммутационных элементов последнего каскада,
конденсатор, соединенный параллельно с двумя коммутационными элементами выходного каскада,
при этом фазовый модуль с М фазами (М≥2) выполнен с возможностью вывода потенциала одной из входных клемм, или потенциала, полученного путем сложения напряжения конденсатора с потенциалом или вычитания из потенциала одной из входных клемм, путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами путем включения/выключения.
[0018] Кроме того, первый источник постоянного напряжения и второй источник постоянного напряжения интегрированы в один источник постоянного напряжения.
[0019] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, многоуровневое силовое преобразовательное устройство выполнено с возможностью генерирования переменного выходного сигнала, который преобразуется в несколько уровней напряжения из напряжений от источника постоянного напряжения, навесного конденсатора и конденсатора, причем многоуровневое силовое преобразовательное устройство содержит:
2N+2 источников постоянного напряжения (N≥1), которые соединены последовательно друг с другом, и которые являются общими для соответствующих фаз;
фазовый модуль с М фазами (М≥2), в котором
положительные электродные выводы и отрицательные электродные выводы первого навесного конденсатора, положительные электродные выводы от первого и 2N+2-го источника постоянного напряжения, положительные электродные выводы от второго по N-й источников постоянного напряжения, и отрицательные электродные выводы от (N+3)-го по (2N+1)-й источников постоянного напряжения установлены на входные клеммы,
один конец коммутационных элементов подсоединен к соответствующим входным клеммам,
другие концы соседних двух коммутационных элементов соединены друг с другом,
указанный один конец коммутационного элемента соединен с общей точкой соединения между коммутационными элементами, которые имеют другие концы, соединенные друг с другом,
это повторяется до последнего каскада, в котором количество коммутационных элементов равно двум,
причем два коммутационных элемента выходного каскада соединены последовательно друг с другом между другими концами двух коммутационных элементов последнего каскада,
конденсатор, соединенный параллельно с двумя коммутационными элементами выходного каскада,
общая точка соединения между коммутационными элементами выходного каскада установлена на выходной клемме,
при этом фазовый модуль с М фазами (М≥2) выполнен с возможностью вывода потенциала одной из входных клемм, или потенциала, полученного путем сложения напряжения конденсатора с потенциалом или вычитания из потенциала одной из входных клемм, путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами путем включения /выключения.
[0020] Кроме того, (N+1)-й источник постоянного напряжения и (N+2)-й источник постоянного напряжения интегрированы в один источник постоянного напряжения.
[0021] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, многоуровневое силовое преобразовательное устройство выполнено с возможностью генерирования переменного выходного сигнала, который преобразуется в несколько уровней напряжения из напряжений от источника постоянного напряжения, навесного конденсатора и конденсатора, причем многоуровневое силовое преобразовательное устройство содержит:
N источников постоянного напряжения (N≥2), которые соединены последовательно друг с другом, и которые являются общими для соответствующих фаз;
базовую ячейку, содержащую первый полупроводниковый элемент, один конец которого соединен с положительными электродными выводами соответствующих источников постоянного напряжения, второй полупроводниковый элемент, один конец которого соединен с отрицательными электродными выводами второго источника постоянного напряжения, навесной конденсатор, подсоединенный между указанным другим концом первого полупроводникового элемента и указанным другим концом полупроводникового элемента, и третий и четвертый полупроводниковые элементы, соединенные последовательно между общей точкой соединения первого полупроводникового элемента и навесного конденсатора, и общей точкой соединения второго полупроводникового элемента и навесного конденсатор; и
фазовый модуль с М фазами (M≥3), в котором:
по меньшей мере один из указанного одного конца первого полупроводникового элемента и указанного одного конца второго полупроводникового элемента, и общая точка соединения третьего и четвертого полупроводниковых элементов установлены на входные клеммы,
коммутационный элемент расположен между соответствующими входными клеммами и выходной клеммой,
фазовый модуль выполнен с возможностью выборочного управления соответствующими коммутационными элементами путем включения /выключения.
[0022] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, в фазовом модуле один конец коммутационного элемента соединен с соответствующими входными клеммами,
указанные другие концы соседних двух коммутационных элементов соединены друг с другом,
один конец коммутационного элемента соединен с общей точкой соединения между коммутационными элементами, которые имеют указанные другие концы, которые соединены друг с другом,
это повторяется до последнего каскада, в котором количество коммутационных элементов равно двум,
причем два коммутационных элемента выходного каскада соединены последовательно друг с другом между другими концами двух коммутационных элементов последнего каскада,
конденсатор, соединенный параллельно с двумя коммутационными элементами выходного каскада,
общая точка соединения между коммутационными элементами выходного каскада установлена на выходной клемме; и
при этом фазовый модуль выполнен с возможностью вывода потенциала одной из входных клемм, или потенциала, полученного путем сложения напряжения конденсатора с потенциалом или вычитания из потенциала одной из входных клемм.
[0023] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, в фазовом модуле:
один конец первого коммутационного элемента соединен с одним концом первого полупроводникового элемента и с одним концом второго полупроводникового элемента,
один конец второго коммутационного элемента соединен с общей точкой соединения между третьим и четвертым полупроводниковыми элементами,
указанные другие концы первого и второго коммутационных элементов соединены друг с другом,
один конец третьего коммутационного элемента соединен с общей точкой соединения между первым и вторым коммутационными элементами,
один конец цепи постоянного тока, в котором четвертый коммутационный элемент и пятый коммутационный элемент соединены последовательно друг с другом,
причем катод первого диода и анод второго диода соединены с другой общей точкой соединения между одним концом первого полупроводникового элемента и одним концом второго полупроводникового элемента,
цепь постоянного тока, в которой четвертый коммутационный элемент и пятый коммутационный элемент соединены последовательно друг с другом, параллельно соединена с первым диодом и вторым диодом,
общая точка соединения между четвертым и пятым коммутационными элементами установлена на выходную клемму, или указанный один конец коммутационного элемента соединен с общей точкой соединения между четвертым и пятым коммутационными элементами,
указанные другие концы соседних двух коммутационных элементов соединены друг с другом,
коммутационный элемент соединен с общей точкой соединения между коммутационными элементами, имеющими другие концы, которые соединены друг с другом,
это повторяется до выходного каскада, в котором количество коммутационных элементов равно двум,
причем общая точка соединения двух коммутационных элементов выходного каскада установлена на выходную клемму;
при этом фазовый модуль выполнен с возможностью вывода из выходной клеммы потенциала одной из входных клемм, путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами путем включения/выключения.
[0024] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, в фазовом модуле:
один конец первого коммутационного элемента соединен с одним концом первого полупроводникового элемента и с одним концом второго полупроводникового элемента,
один конец второго коммутационного элемента соединен с общей точкой соединения между третьим и четвертым полупроводниковыми элементами,
другие концы первого и второго коммутационных элементов соединены друг с другом,
один конец третьего коммутационного элемента соединен с общей точкой соединения между первым и вторым коммутационными элементами,
один конец двунаправленного переключателя соединен с общей точкой соединения указанного другого из одного конца первого полупроводникового элемента и одного конца второго полупроводникового элемента,
общая точка соединения между третьим коммутационным элементом и двунаправленным переключателем соединена с выходной клеммой,
при этом фазовый модуль выполнен с возможностью вывода из выходной клеммы потенциала одной из входных клемм, путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами.
[0025] В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, два коммутационных элемента соединены последовательно между указанными другими концами любых соседних двух коммутационных элементов, кроме коммутационных элементов последнего каскада,
конденсатор соединен параллельно с двумя коммутационными элементами, которые соединены последовательно друг с другом,
один конец коммутационного элемента последующего каскада соединен с общей точкой соединения двух коммутационных элементов, соединенных последовательно друг с другом;
из выходной клеммы выводится потенциал одной из входных клемм, или потенциал, полученный путем сложения или вычитания напряжения конденсатора, соединенного параллельно с коммутационным элементом выходного каскада, и напряжения конденсатора, соединенного параллельно с коммутационным элементом, соединенным последовательно между соседними двумя коммутационными элементами, кроме коммутационных элементов последнего каскада, путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами путем включения /выключения.
[0026] Кроме того, соответствующие источники постоянного напряжения делятся на два или большее количество соединений постоянного тока.
[0027] Кроме того, часть или все коммутационные элементы и полупроводниковые элементы делятся на два или большее количество соединений постоянного тока. Часть или все коммутационные элементы и полупроводниковые элементы делятся на два или большее количество параллельных токовых соединений.
[0028] В многофазном многоуровневом силовом преобразовательном устройстве, в соответствии с настоящим изобретением, можно уменьшить количество используемых элементов и снизить стоимость и размер устройства.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0029] Фиг. 1 представляет собой схематические виды, показывающие схему на выводе 0 в традиционной схеме.
Фиг. 2 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с первым вариантом выполнения.
Фиг. 3 представляют собой схематические виды, показывающие примеры работы при каждом выходном напряжении в первом варианте выполнения.
Фиг. 4 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии со вторым вариантом выполнения.
Фиг. 5 представляют собой схематические изображения, показывающие примеры работы при каждом выходном напряжении во втором варианте выполнения.
Фиг. 6 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с третьим вариантом выполнения.
Фиг. 7 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с четвертым вариантом выполнения.
Фиг. 8 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с пятым вариантом выполнения.
Фиг. 9 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с шестым вариантом выполнения.
Фиг. 10 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с седьмым вариантом выполнения.
Фиг. 11 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с восьмым вариантом выполнения.
Фиг. 12 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с девятым вариантом выполнения.
Фиг. 13 представляют собой схематические виды, показывающие фазовые модули.
Фиг. 14 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с десятым вариантом выполнения.
Фиг. 15 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с одиннадцатым вариантом выполнения.
Фиг. 16 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с двенадцатым вариантом выполнения.
Фиг. 17 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с тринадцатым вариантом выполнения.
Фиг. 18 представляет собой схему, показывающую схему базовой ячейки.
Фиг. 19 представляет собой схему, в которой базовые ячейки соединены последовательно друг с другом.
Фиг. 20 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с четырнадцатым вариантом выполнения.
Фиг. 21 представляют собой схематические виды, показывающие коммутационные схемы базовой ячейки.
Фиг. 22 представляют собой схематические виды, показывающие коммутационные схемы при соответствующих напряжениях многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с четырнадцатым вариантом выполнения.
Фиг. 23 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с пятнадцатым вариантом выполнения.
Фиг. 24 представляют собой схематические виды, показывающие коммутационные схемы при соответствующих напряжениях многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с пятнадцатым вариантом выполнения.
Фиг. 25 представляет собой вид, показывающий принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с шестнадцатым вариантом выполнения.
Фиг. 26 представляют собой схематические виды, показывающие коммутационные схемы при соответствующих напряжениях многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с шестнадцатым вариантом выполнения изобретения.
Фиг. 27 представляет собой блок-схему, показывающую многоуровневое силовое преобразовательное устройство, в соответствии с шестнадцатым вариантом выполнения.
Фиг. 28 представляют собой принципиальные схемы, показывающие фазовый модуль.
Фиг. 29 представляет собой принципиальную схему, показывающую один пример традиционного многоуровневого силового преобразовательного устройства.
Фиг. 30 представляет собой вид конфигурации схемы, показывающий другой пример традиционного многоуровневого силового преобразовательного устройства.
Фиг. 31 представляет собой принципиальную схему, показывающую еще один пример традиционного многоуровневого силового преобразовательного устройства.
Фиг. 32 представляют собой схематические виды, показывающие коммутационные схемы выходных фазовых напряжений Е и -Е традиционного многоуровневого силового преобразовательного устройства.
Фиг. 33 представляет собой схематический вид, показывающий коммутационную схему, которая не может быть выбрана.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ВЫПОЛНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0030] Далее, со ссылкой на Фиг. 1-28, будут более подробно проиллюстрированы с первого по семнадцатый варианты выполнения многоуровневых силовых преобразовательных устройств, выполненных в соответствии с настоящим изобретением.
[0031] [Первый вариант выполнения]
Фиг. 1 показывает пример схемы, в которой в известном уровне техники, показанном на Фиг. 29, выводится фазное напряжение 0. В известном уровне техники, показанном на Фиг. 29, фазное напряжение 0 выводится с помощью диодных элементов Su9-Su12. Тем не менее, эти диодные элементы Su9-Su12 могут быть опущены, если это возможно, чтобы вывести фазное напряжение 0 с помощью других средств.
[0032] В этом первом варианте выполнения, как показано на Фиг. 2, диодные элементы Su9-Su12, Sv9-Sv12 и Sw9-Sw12 опущены путем подсоединения новых (вновь добавленных) навесных конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w для соответствующих фаз. При этом количество элементов уменьшается.
[0033] Далее, принципиальная схема многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с первым вариантом выполнения, проиллюстрирована со ссылкой на Фиг. 2. Многоуровневое силовое преобразовательное устройство, выполненное в соответствии с первым вариантом выполнения, содержит источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения, и навесные конденсаторы FC1 и FC2, которые являются общими для соответствующих фаз. С помощью фазовых модулей, предусмотренных для соответствующих фаз, напряжение выбирают и выводят из выходных клемм U, V и W. Фазовый модуль содержит коммутационные элементы Su1-Su8 и конденсатор FC1u в фазе U.
[0034] Далее в качестве примера приведена принципиальная схема фазы U. Источник DCC1 и DCC2 постоянного напряжения (конденсатор постоянного тока или источник питания постоянного тока) соединены последовательно друг с другом. Общая точка соединения (нейтраль) между источниками DCC1 и DCC2 постоянного напряжения установлена на клемме 0.
[0035] Отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC1, который является общим для соответствующих фаз, соединен с отрицательным электродным выводом источника DCC1 постоянного напряжения. Положительный электродный вывод навесного конденсатора FC2 соединен с положительным электродным выводом источника DCC2 постоянного напряжения.
[0036] Положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC1 и положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC2 соединены с фазовыми модулями соответствующих фаз, в качестве входных клемм.
[0037] Одни концы коммутационных элементов Su1-Su4 соединены с входными клеммами. Другие концы соседних коммутационных элементов Su1 и Su2 соединены друг с другом. Другие концы соседних коммутационных элементов Su3 и Su4 соединены друг с другом. Один конец коммутационных элементов Su5a соединен с общей точкой соединения между смежными коммутационными элементами Su1 и Su2. Один конец коммутационного элемента Su6a соединен с общей точкой соединения между смежными коммутационными элементами Su3 и Su4. Коммутационные элементы Su7 и Su8 выходного каскада последовательно по порядку соединены друг с другом между другими концами коммутационных элементов Su5a и Su6a последнего каскада через коммутационные элементы Su5b и Su6b. Конденсатор FC1u соединен параллельно с коммутационными элементами Su7 и Su8 выходного каскада. Общая точка соединения между коммутационными элементами Su7 и Su8 выходного каскада является выходной клеммой U. Кроме того, коммутационные элементы Su5b и Su6b соединены последовательно с коммутационными элементами Su5a и Su6a, чтобы выдерживать напряжение.
[0038] Путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами этого фазового модуля путем включения /выключения, с выходной клеммы U можно вывести потенциал одной из входных клемм, или потенциал, полученный путем сложения напряжения конденсатора FC1u с потенциалом или вычитания из потенциала одной из входных клемм.
[0039] Кроме того, фаза V и W фазы выполнены аналогично.
[0040] В этой принципиальной схеме путем установки напряжений источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения на 2Е, и путем установки напряжений Е навесных конденсаторов FC1 и FC2 и конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w, с выходных клемм U, V и W возможно вывести фазные напряжения 5-ти уровней: 2Е, Е, 0, -Е, -2Е. Кроме того, точкой привязки фазного напряжения является клемма 0. Кроме того, в случае, когда рассматривается трехфазное DC/AC устройство преобразования, количество используемых коммутационных элементов равно 30, а количество используемых диодных элементов равно 0.
[0041] При использовании конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w, из выходных клемм U, V и W можно вывести напряжение 0. Следовательно, можно опустить диодные элементы Su9-Su12, Sv9-Sv12 и Sw9-Sw12, используемые в уровне техники. Можно уменьшить количество используемых диодных элементов на 12, по сравнению с традиционной принципиальной схемой, показанной на Фиг. 29.
[0042] Соответственно, можно уменьшить количество диодных элементов до 0, не изменяя количество коммутационных элементов, по сравнению с принципиальной схемой, показанной на Фиг. 29.
[0043] Типичные коммутационные схемы фазы U показаны в Таблице 1 и на Фиг. 3. Переключая схемы, показанные в Таблице 1, можно вывести фазные напряжения 5-ти уровней: 2Е, Е, 0, -Е, -2Е. Знак «О» на чертеже изображает проводящий коммутационный элемент.
[0045] Показаны напряжения, приложенные к навесным конденсаторам. На схемах (2) и (3) на Фиг. 3 навесной конденсатор FC2 заряжен. Кроме того, на схеме (3) на Фиг. 3 конденсатор FC1u заряжен. Кроме того, хотя это и не показано на Фиг. 3, имеется схема, в которой навесной конденсатор FC1 заряжен, и схема, в которой навесной конденсатор FC1 и FC2, и конденсатор FC1u разряжены. Путем выполнения этой зарядки и разрядки, можно управлять напряжением Е навесных конденсаторов FC1 и FC2 и навесного конденсатора FC1u во время вывода фазного напряжения.
[0046] Кроме того, в первом варианте выполнения, показанном на Фиг. 2, максимальные напряжения, приложенные к коммутационным элементам в установившемся состоянии, равны Е. Это идентично значению, известному из уровня техники, как показано на Фиг. 29.
[0047] Как описано выше, в многоуровневом силовом преобразовательном устройстве, выполненном в соответствии с первым вариантом выполнения, можно уменьшить количество элементов. Кроме того, можно снизить стоимость и размер устройства.
[0048] [Второй вариант выполнения]
Фиг. 4 показывает принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии со вторым вариантом выполнения. Второй вариант выполнения имеет принципиальную схему, которая идентична первому варианту выполнения. Тем не менее, соотношения напряжений источников постоянного напряжения DCC1 и DCC2, навесных конденсаторов FC1 и FC2, и конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w изменяются. Кроме того, точкой привязки фазного напряжения является клемма 0.
[0049] Во втором варианте выполнения напряжения источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения установлены на 2,5Е. Напряжения навесных конденсаторов FC1 и FC2 установлены на Е. Напряжения на конденсаторах FC1u, FC1v и FC1w установлены на 2Е. С этими значениями с выходных клемм U, V и W можно вывести фазное напряжение 6-ти уровней: 2,5Е, 1,5Е, 0,5Е, -0,5Е, -1,5Е и -2,5Е. На Фиг. 5 показан пример работы и пути тока соответствующих выходных напряжений.
[0050] Таким образом, варьируя соотношения напряжений источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения и навесных конденсаторов FC1 и FC2, и конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w, можно увеличить число уровней напряжений, по сравнению с первым вариантом выполнения. Следовательно, можно увеличить число уровней, по сравнению с первым вариантом выполнения, одновременно поддерживая то же самое число коммутационных элементов. Соответственно, можно подавлять выходное напряжение и гармоники тока.
[0051] [Третий вариант выполнения]
Фиг. 6 показывает принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с третьим вариантом выполнения. Многоуровневое силовое преобразовательное устройство, выполненное в соответствии с третьим вариантом выполнения, имеет источники DCC1-DCC4 постоянного напряжения, которые являются общими для соответствующих фаз. С помощью фазовых модулей, предусмотренных в соответствующих фазах, напряжение выбирают и выводят из выходных клемм U, V и W. Фазовый модуль снабжен коммутационными элементами Su1-Su8 и конденсатором FC1u в фазе U.
[0052] Далее в качестве примера проиллюстрирована конкретная принципиальная схема фазы U. Источники DCC1-DCC4 постоянного напряжения (конденсаторы постоянного тока или же источники питания постоянного тока) соединены последовательно друг с другом. Общая точка соединения (нейтраль) между источниками DCC2 и DCC3 постоянного напряжения установлена на клемму 0.
[0053] Положительные и отрицательные электродные выводы источника DCC1 постоянного напряжения и положительные и отрицательные электродные выводы источника DCC4 постоянного напряжения соединены, как и входные клеммы, с фазовыми модулями соответствующих фаз.
[0054] Одни концы первых коммутационных элементов Su1-Su4 соединены с входными клеммами. Другие концы соседних коммутационных элементов Su1 и Su2 соединены друг с другом. Другие концы соседних коммутационных элементов Su3 и Su4 соединены друг с другом. Одни концы коммутационных элементов Su5a и Su6a соединены с общими точками соединения соседнего коммутационного элемента Su1 и Su2 и соседнего коммутационного элемента Su3 и Su4. Коммутационные элементы Su7 и Su8 выходного каскада последовательно по порядку соединены друг с другом между другими концами коммутационных элементов Su5a и Su6a последнего каскада через коммутационные элементы Su5b и Su6b. Конденсатор FC1u соединен параллельно с коммутационными элементами Su7 и Su8 выходного каскада. Общая точка соединения коммутационных элементов Su7 и Su8 выходного каскада является выходной клеммой.
[0055] Путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами этого фазового модуля путем включения/выключения, с выходной клеммы U можно вывести потенциал одной из входных клемм, или потенциал, полученный как сумма или разность потенциала одной из входных клемм и напряжения конденсатора FC1u.
[0056] Кроме того, фаза V и W фазы выполнены аналогично.
[0057] В этой принципиальной схеме путем установки напряжений источников DCC1-DCC4 постоянного напряжения, и путем установки напряжений навесных конденсаторов FC1 и FC2 и конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w на Е, с выходных клемм U, V и W возможно вывести фазные напряжения 5-ти уровней. Кроме того, точкой привязки фазного напряжения является клемма 0.
[0058] В многоуровневом силовом преобразовательном устройстве, выполненном в соответствии с третьим вариантом выполнения, можно вывести напряжение 0 из выходных клемм U, V и W с использованием навесных конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w, аналогично первому варианту выполнения. Соответственно, можно исключить диодные элементы Su9-Su12, Sv9-Sv12 и Sw9-Sw12, используемые в уровне техники (Фиг. 29). Можно уменьшить количество используемых диодных элементов на 12, по сравнению с традиционной принципиальной схемой.
[0059] Кроме того, максимальные напряжения, приложенные к коммутационным элементам в установившемся состоянии, равны Е, аналогично первому варианту выполнения и второму варианту выполнения.
[0060] Кроме того, можно увеличить количество уровней путем изменения соотношения напряжений, по аналогии со вторым вариантом выполнения. Например, в случае, когда напряжения источников DCC1 и DCC4 питания постоянного тока установлены на Е, напряжения DCC2 и DCC3 установлены на 1,5Е, а напряжения конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w установлены на 2Е, можно вывести фазные напряжения 6-ти уровней: 2,5Е, 1,5Е, 0,5Е, -0,5Е, -1,5Е и -2,5Е.
[0061] [Четвертый вариант выполнения]
Фиг. 7 показывает принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с четвертым вариантом выполнения.
[0062] Далее проиллюстрирована принципиальная схема многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с четвертым вариантом выполнения. Многоуровневое силовое преобразовательное устройство содержит источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения и навесные конденсаторы FC1 и FC2, которые являются общими для соответствующих фаз. Фазовые модули, предусмотренные в соответствующих фазах, выбирают напряжение и выводят его из выходных клемм U, V и W. Фазовые модули в фазе U содержат коммутационные элементы Su1-Su8 и конденсатор FC1u.
[0063] Далее в качестве примера проиллюстрирована конкретная принципиальная схема фазы U. Источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения (конденсаторы постоянного тока или же источники питания постоянного тока) соединены последовательно друг с другом. Общая точка соединения (нейтраль) между источниками DCC2 и DCC3 постоянного напряжения установлена на клемму 0.
[0064] Положительный электродный вывод навесного конденсатора FC1 и отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC2 соединены с общей точкой соединения между источниками DCC1 и DCC2 постоянного напряжения.
[0065] Отрицательный электродный вывод источника DCC1 постоянного напряжения, отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC1, положительный электродный вывод источника DCC2 постоянного напряжения и положительный электродный вывод навесного конденсатора FC2 соединены, в качестве входных клемм, с фазовыми модулями.
[0066] Одни концы первого коммутационных клемм Su1-Su4 соединены с входными клеммами. Другие концы соседних коммутационных элементов Su1 и Su2 соединены друг с другом. Другие концы соседних коммутационных элементов Su3 и Su4 соединены друг с другом. Одни концы коммутационных элементов Su5a и Su6a соединены с общими точками соединения между соседними коммутационными элементами Su1 и Su2, и с точками соединения между соседними коммутационными элементами Su3 и Su4. Коммутационные элементы Su7 и Su8 выходного каскада последовательно соединены по порядку между другими концами коммутационных элементов Su5a и Su6a последнего каскада через коммутационные элементы Su5b и Su6b. Конденсатор FC1u соединен параллельно с коммутационными элементами Su7 и Su8 выходного каскада. Общая точка соединения коммутационных элементов Su7 и Su8 выходного каскада установлена на выходную клемму U.
[0067] Путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами этого фазового модуля путем включения/выключения, можно вывести из выходной клеммы U потенциал одной из входных клемм, или потенциал, полученный путем сложения или вычитания напряжения конденсатора FC1u с или из потенциала одной из клемм.
[0068] Кроме того, фаза V и фаза W имеют тождественную конфигурацию.
[0069] Источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения установлены на 2Е. Навесные конденсаторы FC1 и FC2 установлены на Е. Конденсаторы FC1u, FC1v и FC1w установлены на Е. С такими значениями можно выводить фазные напряжения 5-ти уровней: 2Е, Е, 0, -Е и - 2Е. Кроме того, точка привязки фазного напряжения установлена на клемму 0.
[0070] В многоуровневом силовом преобразовательном устройстве, выполненном в соответствии с четвертым вариантом выполнения, можно вывести 0 из выходных клемм U, V, W с помощью конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w, аналогично первому варианту выполнения. Соответственно, можно исключить диодные элементы Su9-Su12, Sv9-Sv12 и Sw9-Sw12 известного уровня техники (Фиг. 29). Можно уменьшить количество используемых диодных элементов на 12 по сравнению с традиционной принципиальной схемой, изображенной на Фиг. 29.
[0071] Кроме того, максимальные напряжения, приложенные к коммутационным элементам в установившемся состоянии, равны Е, аналогично первому и второму вариантам выполнения.
[0072] Кроме того, можно увеличить количество уровней путем изменения соотношений напряжения, аналогично второму варианту выполнения. Например, в случае, когда напряжения источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения установлены на 2,5Е, напряжения навесных конденсаторов FC1 и FC2 установлены на 1,5Е, а напряжения конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w установлены на 2Е, можно вывести фазные напряжения 6-ти уровней: 2,5Е, 1,5Е, 0,5Е, -0.5Е, -1,5Е и -2,5Е.
[0073] [Пятый вариант выполнения]
Фиг. 8 показывает принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с пятым вариантом выполнения.
[0074] Далее проиллюстрирована принципиальная схема многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с пятым вариантом выполнения. В многоуровневом силовом преобразовательном устройстве, выполненном в соответствии с пятым вариантом выполнения, навесные конденсаторы FC1 и FC2, которые являются общими для соответствующих фаз в многоуровневом силовом преобразовательном устройстве, выполненном в соответствии с первым вариантом выполнения, установлены, соответственно, в два каскада. То есть, многоуровневое силовое преобразовательное устройство содержит источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения и навесные конденсаторы FC1, FC2, FC3 и FC4, которые являются общими для соответствующих фаз. Посредством фазовых модулей, предусмотренных для соответствующих фаз, напряжение выбирают и выводят из выходных клемм U, V и W. Фазовый модуль содержит коммутационные элементы Su1-Su12 и навесной конденсатор FC1u в фазе U.
[0075] Далее, конкретная принципиальная схема в фазе U проиллюстрирована как пример. Источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения (конденсаторы постоянного тока или же источники питания постоянного тока) соединены последовательно друг с другом. Общая точка соединения (нейтраль) между источниками DCC1 и DCC2 постоянного напряжения установлена на клемму 0.
[0076] Отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC1 соединен с отрицательным электродным выводом источника DCC1 постоянного напряжения. Навесной конденсатор FC2 соединен последовательно с навесным конденсатором FC1.
[0077] Положительный электродный вывод навесного конденсатора FC4 подсоединен к положительному электродному выводу источника DCC2 постоянного напряжения. Навесной конденсатор FC3 соединен последовательно с навесным конденсатором FC4.
[0078] Положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC1, положительный электродный вывод навесного конденсатора FC2, отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC3, положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC4 соединены в качестве входных клемм с фазовыми модулями.
[0079] Одни концы коммутационных элементов Su1-Su4, Su6 и Su7 соединены с входными клеммами. Другие концы соседних коммутационных элементов Su1 и Su2 соединены друг с другом. Другие концы соседних коммутационных элементов Su3 и Su4 соединены друг с другом. Одни концы коммутационных элементов Su5 и Su8 соединены с общей точкой соединения соседних коммутационных элементов Su1 и Su2, и с общей точкой соединения соседних коммутационных элементов Su3 и Su4. Другие концы соседних коммутационных элементов Su5 и Su6 соединены друг с другом. Другие концы соседних коммутационных элементов Su7 и Su8 соединены друг с другом. Одни концы коммутационных элементов Su9a и Su10a соединены с общей точкой соединения соседних коммутационных элементов Su5 и Su6, и с общей точкой соединения соседних коммутационных элементов Su7 и Su8. Коммутационные элементы Su11 и Su12 выходного каскада последовательно соединены друг с другом по порядку между коммутационными элементами Su9a и Su10a последнего каскада через коммутационные элементы Su9b и Su10b. Конденсатор FC1u соединен параллельно с коммутационными элементами Su11 и Su12 выходного каскада. Общей точкой соединения между коммутационными элементами Su11 и Su12 выходного каскада является выходная клемма U.
[0080] Путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами этого фазового модуля путем включения/выключения, можно вывести из выходной клеммы U потенциал одной из входных клемм, или потенциал, полученный путем сложения напряжения конденсатора FC1u с потенциалом или вычитания из потенциала одной из входных клемм.
[0081] Кроме того, фаза V и фаза W имеют тождественную конфигурацию.
[0082] В случае, когда источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения установлены на 3,5Е, напряжения навесных конденсаторов FC1 и FC2 установлены на Е, а напряжения конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w установлены на 2Е, из выходных клемма U, V и W можно выводить фазные напряжения 8-ми уровней: 3,5Е, 2,5Е, 1,5Е, 0,5Е, -0,5Е, -1,5Е, -2,5Е и -3,5Е. Кроме того, точка привязки фазного напряжения установлена на клемму 0.
[0083] Таблица 2 показывает типичные схемы коммутации в пятом варианте выполнения.
[0085] Кроме того, максимальные напряжения, приложенные к коммутационным элементам в стационарном состоянии, равны Е, аналогично первому и второму вариантам выполнения.
[0086] В этом пятом варианте выполнения количество уровней фазных напряжений, которые могут быть выведены, увеличено. Соответственно, количество необходимых коммутационных элементов увеличено. Тем не менее пятый вариант выполнения имеет схему, в которой навесные конденсаторы, которые являются общими для соответствующих фаз в первом варианте выполнения, выполнены в виде многокаскадной схемы. Соответственно, можно уменьшить количество диодных элементов без изменения количества коммутационных элементов, по сравнению с обычной принципиальной схемой, которая имеет то же самое число уровней фазного напряжения. Кроме того, количество уровней возрастает. Соответственно, можно уменьшить гармоники (верхние гармоники) выходного напряжения и тока, а также уменьшить размер фильтра подавления гармоник.
[0087] [Шестой вариант выполнения]
Фиг. 9 показывает принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с шестым вариантом выполнения.
[0088] Далее проиллюстрирована принципиальная схема многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с шестым вариантом выполнения. Предусмотрены источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения и навесные конденсаторы FC1, FC2, FC3, FC4, которые являются общими для соответствующих фаз. Посредством фазовых модулей, предусмотренных для соответствующих фаз, напряжение выбирают и выводят из выходных клемм U, V и W. Фазовый модуль содержит коммутационные элементы Su1-Su12 и навесной конденсатор FC1u в фазе U.
[0089] Далее, конкретная принципиальная схема в фазе U проиллюстрирована как пример. Источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения (конденсатор постоянного тока или источник питания постоянного тока) соединены последовательно друг с другом. Общая точка соединения (нейтраль) между источниками DCC1 и DCC2 постоянного напряжения установлена на клемму 0.
[0090] Отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC1 соединен с отрицательным электродным выводом источника DCC1 постоянного напряжения. Положительный электродный вывод навесного конденсатора FC2 и отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC3 соединен с общей точкой соединения между источником DCC1 постоянного напряжения и источником DCC2 постоянного напряжения. Положительный электродный вывод навесного конденсатора FC4 соединен с положительным электродным выводом источника DCC2 постоянного напряжения.
[0091] Положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC1, отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC2, положительный электродный вывод навесного конденсатора FC3, и положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC4 соединены с фазовыми модулями в качестве входных клемм.
[0092] Одни концы коммутационных элементов Su1-Su4, Su6 и Su7 соединены с входными клеммами. Другие концы соседних коммутационных элементов Su1 и Su2 соединены друг с другом. Другие концы соседних коммутационных элементов Su3 и Su4 соединены друг с другом. Один конец коммутационного элемента Su5 соединен с общей точкой соединения между смежными коммутационными элементами Su1 и Su2. Один конец коммутационного элемента Su8 соединен с общей точкой соединения между смежными коммутационными элементами Su3 и Su4. Другие концы соседних коммутационных элементов Su5 и Su6 соединены друг с другом. Другие концы соседних коммутационных элементов Su7 и Su8 соединены друг с другом. Один конец коммутационного элемента Su9a соединен с общей точкой соединения между смежными коммутационными элементами Su5 и Su6. Один конец коммутационного элемента Su10a соединен с общей точкой соединения между смежными коммутационными элементами Su7 и Su8. Коммутационные элементы Su11 и Su12 выходного каскада последовательно соединены друг с другом по порядку между другими концами коммутационных элементов Su9a и Su10a последнего каскада через коммутационные элементы Su9b и Su10b. Конденсатор FC1u соединен параллельно с коммутационными элементами Su11 и Su12 выходного каскада. Общая точка соединения между коммутационными элементами Su11 и Su12 выходных каскадов установлена на выходной клемме U.
[0093] Путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами этого фазового модуля путем включения/выключения, из выходной клеммы U можно вывести потенциал одной из входных клемм, или потенциал, полученный путем сложения напряжения конденсатора FC1u с потенциалом или вычитания из потенциала одной из входных клемм.
[0094] Кроме того, фаза V и фаза W имеют аналогичную конфигурацию.
[0095] Путем установки напряжений источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения на 3,5Е, установки напряжений навесных конденсаторов FC1 и FC2 на Е, и установки напряжений конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w на 2Е, из выходных клемм U, V и W можно выводить фазные напряжения 8-ми уровней: 3,5Е, 2,5Е, 1,5Е, 0,5Е, -0,5Е, -1,5Е, -2,5Е и -3,5Е. Кроме того, точка привязки фазного напряжения установлена на клемму 0.
[0096] В этом шестом варианте выполнения количество уровней, которые могут быть выведены, увеличивается. Соответственно, количество необходимых коммутационных элементов увеличивается. Однако шестой вариант выполнения имеет схему, в которой навесные конденсаторы, которые являются общими для соответствующих фаз в первом варианте выполнения, изменяются до многокаскадной. Соответственно, аналогичным образом можно уменьшить количество диодных элементов без изменения количества коммутационных элементов, по сравнению со случаем, в котором обычная схема, изображенная на Фиг. 29, увеличивается до того же самого числа уровней. Кроме того, количество уровней возрастает. Соответственно, можно подавлять выходное напряжение и гармоники тока (высшие гармоники), а также уменьшать размер фильтра подавления гармоник, по сравнению с первым-третьим вариантами выполнения.
[0097] [Седьмой вариант выполнения]
Фиг. 10 показывает принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с седьмым вариантом выполнения.
[0098] Далее проиллюстрирована принципиальная схема многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с седьмым вариантом выполнения. В многоуровневом силовом преобразовательном устройстве, выполненном в соответствии с седьмым вариантом выполнения, навесные конденсаторы FC1 и FC2, которые являются общими для соответствующих фаз в многоуровневом силовом преобразовательном устройстве, выполненном в соответствии с первым вариантом выполнения, изменяются до четырех каскадов FC1, FC2, FC3 и FC4. То есть многоуровневое силовое преобразовательное устройство содержит источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения и навесные конденсаторы FC1, FC2, FC3 и FC4, которые являются общими для соответствующей фазы. С помощью фазовых модулей, предусмотренных в соответствующих фазах, напряжения выбирают и выводят из выходных клемм U, V и W. Фазовый модуль фазы U содержит коммутационные элементы Su1-Su16 и конденсаторы FC1u.
[0099] Далее, конкретная принципиальная схема в фазе U проиллюстрирована как пример. Источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения (конденсатор постоянного тока или источник питания постоянного тока) соединены последовательно друг с другом. Общая точка соединения (нейтраль) между источниками DCC1 и DCC2 постоянного напряжения установлена на клемму 0.
[0100] Отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC1 соединен с отрицательным электродным выводом источника DCC1 постоянного напряжения. Положительный электродный вывод навесного конденсатора FC2 соединен с положительным электродным выводом источника DCC1 постоянного напряжения. Отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC3 соединен с отрицательным электродным выводом источника DCC2 постоянного напряжения. Положительный электродный вывод навесного конденсатора FC4 соединен с положительным электродным выводом источника DCC2 постоянного напряжения.
[0101] Фазовые модули используют положительные электродные выводы и отрицательные электродные выводы навесных конденсаторов FC1-FC4 в качестве входных клемм.
[0102] Одни концы первых коммутационных элементов Su1-Su8 соединены с соответствующими входными клеммами. Другие концы соседних коммутационных элементов Su1 и Su2 соединены друг с другом. Другие концы соседних коммутационных элементов Su3 и Su4 соединены друг с другом. Другие концы соседних коммутационных элементов Su5 и Su6 соединены друг с другом. Другие концы соседних коммутационных элементов Su7 и Su8 соединены друг с другом. Одни концы коммутационных элементы Su9-Su12 соединены с общей точкой соединения соседних коммутационных элементов Su1 и Su2, соседних коммутационных элементов Su3 и Su4, соседних коммутационных элементов Su5 и Su6, и соседних коммутационных элементов Su7 и Su8. Другие концы соседних коммутационных элементов Su9 и Su10 соединены друг с другом. Другие концы соседних коммутационных элементов Su11 и Su12 соединены друг с другом. Коммутационные элементы Su13 и Su14 соединены с общей точкой соединения между соседними коммутационными элементами Su9 и Su10, и с общей точкой соединения между соседними коммутационными элементами Su11 и Su12. Коммутационные элементы Su15 и Su16 выходного каскада последовательно соединены по порядку между другими концами коммутационных элементов Su13 и Su14 последнего каскада. Конденсатор FC1u соединен параллельно с коммутационными элементами Su15 и Su16 выходного каскада. Общая точка соединения между коммутационными элементами Su15 и Su16 выходного каскада установлена на выходную клемму U.
[0103] Путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами этого фазового модуля путем включения/выключения, из выходной клеммы U можно вывести потенциал одной из входных клемм, или потенциал, полученный как сумма или разность потенциала одной из клемм и напряжения конденсатора FC1u.
[0104] Кроме того, фаза V и фаза W имеют аналогичную конфигурацию.
[0105] Путем установки напряжений источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения на 4Е, установки напряжений навесных конденсаторов FC1, FC2, FC3 и FC4 на Е, и установки напряжений конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w на Е, из выходных клемма U, V и W можно выводить фазные напряжения 9-ти уровней: 4Е, 3Е, 2Е, 1Е, 0, -1Е, -2Е, -3Е и -4Е. Кроме того, точка привязки фазного напряжения установлена на клемму 0.
[0106] Таблица 3 показывает типичные режимы коммутации в этом седьмом варианте выполнения.
[0108] В седьмом варианте выполнения количество уровней, которые могут быть выведены, увеличено. Соответственно, количество необходимых коммутационных элементов увеличено. Тем не менее седьмой вариант выполнения имеет схему, в которой навесные конденсаторов, которые являются общими для соответствующих фаз в первом варианте выполнения, изменяются до многокаскадной. Соответственно, аналогичным образом можно уменьшить количество диодных элементов без изменения количества коммутационных элементов, по сравнению со случаем, в котором обычная схема, изображенная на Фиг. 29, увеличивается до того же самого числа уровней. Кроме того, количество уровней возрастает. Соответственно, можно подавлять выходное напряжение и гармоники тока, а также уменьшить размер фильтра подавления гармоник, по сравнению с первым-третьим вариантами выполнения.
[0109] [Восьмой вариант выполнения]
Фиг.11 показывает принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с восьмым вариантом выполнения.
[0110] Далее проиллюстрирована принципиальная схема многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с восьмым вариантом выполнения. В многоуровневом силовом преобразовательном устройстве, выполненном в соответствии с восьмым вариантом выполнения, коммутационные элементы Su17, Su18, Su19 и Su20 расположены между коммутационными элементами и Su9 и Su10 и Su11 и Su12 в многоуровневом силовом преобразовательном устройстве, выполненном в соответствии с седьмым вариантом выполнения. Конденсатор FC3u соединен параллельно с коммутационными элементами Su17 и Su18. Конденсатор FC2u соединен параллельно с коммутационными элементами Su19 и Su20. Одни концы коммутационных элементов Su13 и Su14 последующего каскада соединены с общей точкой соединения между коммутационными элементами Su17 и Su18 и с общей точкой соединения между коммутационными элементами Su19 и Su20. То есть, в восьмом варианте выполнения предусмотрена параллельная схема интерфейса коммутационного элемента и конденсатора, в дополнение к коммутационному элементу последнего каскада.
[0111] В фазовом модуле путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами путем включения/выключения, можно вывести потенциал одной из входных клемм, или потенциал, полученный как сумма или разность потенциала одной из входных клемм и напряжения конденсатора FC1u.
[0112] Кроме того, фаза V и фаза W имеют аналогичную конфигурацию.
[0113] Путем установки напряжений источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения на 5Е, установки напряжений навесных конденсаторов FC1, FC2, FC3 и FC4 на Е, и установки напряжений конденсаторов FC1u, FC2u, FC3u, FC1v, FC2v, FC3v, FC1w, FC2w и FC3w на E, можно выводить фазные напряжения 11-ти уровней: 5Е, 4Е, 3Е, 2Е, 1Е, 0, -1Е, -2Е, -3Е, -4Е и -5Е. Кроме того, точка привязки фазного напряжения установлена на клемму 0. Таблица 4 показывает типичные режимы коммутации фазы U.
[0115] В восьмом варианте выполнения количество диодных элементов равно 0, аналогично седьмому варианту выполнения. Кроме того, количество уровней увеличивается. Соответственно, по сравнению с седьмым вариантом выполнения, можно подавлять выходное напряжение и высшие гармоники тока, а также уменьшить размер фильтра высших гармоник.
[0116] [Девятый вариант выполнения]
Фиг. 12 показывает многоуровневое силовое преобразовательное устройство, выполненное в соответствии с девятым вариантом выполнения.
[0117] Фиг. 12 показывает многоуровневое силовое преобразовательное устройство, в котором схема одной фазы многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненной в соответствии с первым вариантом выполнения, увеличено до М фаз и N каскадов. Число N каскадов (N=1, 2, 3 …) представляет собой количество прямых соединений источников питания постоянного тока, которые соединены последовательно друг с другом. Источники DCC1-DCCN постоянного напряжения соединены последовательно друг с другом.
[0118] Отрицательные электродные выводы навесных конденсаторов FC1, FC3, ..., и FC2N-1 соединены, соответственно, с отрицательными электродными выводами источников постоянного напряжения DCC1-DCCN. Положительные электродные выводы навесных конденсаторов FC2, FC4, …, и FC2N соединены с положительными электродными выводами источников постоянного напряжения DCC1-DCCN.
[0119] Фиг. 13 показывает пример схемы фазового модуля, используемого в многоуровневом силовом преобразовательном устройстве, выполненном в соответствии с этим девятым вариантом выполнения. Как показано на Фиг. 13(a)-(d), в каждом из (a)-(d) навесные конденсаторы FCM0 соответствующих фаз установлены параллельно коммутационным элементам выходного каскада. Фиг. 13(a) и (b) показывают пример схемы, в которой количество входных клемм фазового модуля является кратным 4-м. Фиг. 13(c) и (d) показывают пример схемы, в которой количество входных клемм фазового модуля является четным числом, но не кратным 4-м. Разница между Фиг. 13(а) и Фиг. 13(b) и разница между Фиг. 13(с) и Фиг. 13(d) заключается в том, что конденсаторы FCM1-FCMN, кроме конденсатора FCM0, соединены параллельно с коммутационными элементами, за исключением выходного каскада.
[0120] Как показано на Фиг. 12, схема в девятом варианте выполнения имеет 4N входных клемм фазовых модулей, количество которых кратно 4-м. Соответственно, выбирают Фиг. 13(a) или Фиг. 13(b). Входные клеммы фазового модуля соединены с положительными или отрицательными электродными выводами навесных конденсаторов FC1-FC, которые являются общими для соответствующих фаз.
[0121] Кроме того, количество уровней фазного напряжения зависит от типов (видов) применяемых фазовых модулей, и от приложенных напряжений источников DCC1-DCCN постоянного напряжения, навесных конденсаторов FC1-FC2N, которые являются общими для соответствующих фаз, и от приложенных напряжений соответствующих конденсаторов FCM0, FCM1-FCMN в фазовом модуле. В случае, когда используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 13(b), путем установки напряжений источников DCC1-DCCN постоянного напряжения, показанных на Фиг. 12, на -4Е, и путем установки напряжений навесных конденсаторов FC1-FC2N и навесных конденсаторов FCM0 фазового модуля, показанного на Фиг. 13(b), на Е, количество уровней фазных напряжений становится равным (4N+1).
[0122] Первый вариант выполнения представляет собой случай, в котором в девятом варианте выполнения установлены N=1 и N=3, при этом используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 13(b). Седьмой вариант выполнения представляет собой случай, в котором в девятом варианте выполнения установлены N=2 и М=3, при этом используется фазовый модуль, когда напряжения источников DCC1-DCCN постоянного напряжения, показанных на Фиг. 12, установлены на 4Е, напряжения навесных конденсаторов FC1-FC2N, показанных на Фиг. 12, и напряжение конденсатора FCM0 фазового модуля установлены на Е. Второй вариант выполнения представляет собой случай, в котором в девятом варианте выполнения установлены N=1 и М=3, при этом используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 13(b), и в котором напряжения источников DCC1-DCCN постоянного напряжения установлены на 5Е, напряжения навесных конденсаторов FC1-FC2N установлены на Е, а напряжение конденсатора FCM0 фазового модуля, показанного на Фиг. 13, установлено на 2Е. Восьмой вариант выполнения представляет собой случай, в котором в восьмом варианте выполнения установлены N=2 и М=3, при этом используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 13(a), и в котором напряжения источников DCC1-DCCN постоянного напряжения, показанных на Фиг. 12, установлены на 5Е, и напряжения на конденсаторах FCM0, FCM1-FCMN установлены на Е.
[0123] Кроме того, соответствующие источники DCC1-DCCN постоянного напряжения могут быть разделены.
[0124] [Десятый вариант выполнения]
Фиг. 14 показывает многоуровневое силовое преобразовательное устройство, выполненное в соответствии с десятым вариантом выполнения.
[0125] Многоуровневое силовое преобразовательное устройство, выполненное в соответствии с десятым вариантом выполнения, отличается схемой соединения навесных конденсаторов FC1-FC2N девятого варианта выполнения.
[0126] 2N представляет собой число прямых соединений, в которых источники постоянного напряжения соединены друг с другом. Источники DCC1-DCC2N постоянного напряжения соединены последовательно. Кроме того, количество навесных конденсаторов FC1-FC2N равно 2N. Положительные электродные выводы первых навесных конденсаторов FC1, FC3, …, и FCn-1 соединены с общими точками соединения между соответствующими источниками DCCn (n: нечетное число), и DCCn+1 (n+1: четное число) постоянного напряжения. Отрицательные электродные выводы навесных конденсаторов FC2, FC4, …, и FC2N соединены с общими точками соединения между соответствующими источниками DCCn (n: нечетное число) и DCCn+1 (n+1: четное число) постоянного напряжения.
[0127] Соответственно, в десятом варианте выполнения количество прямых соединений источников DCC1-DCC2N постоянного напряжения и количество навесных конденсаторов FCC1-FCC2N, которые являются общими для соответствующих фаз, являются четными числами. Кроме того, установлено М≥2.
[0128] Фазовый модуль использует, в качестве входных клемм, отрицательные электродные выводы источников DCCn (n: нечетное число) постоянного напряжения, отрицательные электродные выводы навесных конденсаторов FCn, положительные электродные выводы источников DCCn+1 постоянного напряжения, и положительные электродные выводы навесных конденсаторов FCn+1.
[0129] Количество уровней фазного напряжения зависит от вида (типа) применяемого фазового модуля, при этом приложенные напряжения источников DCC1-DCCN постоянного напряжения, навесных конденсаторов FC1-FC2N, которые являются общими для соответствующих фаз, а также конденсаторов соответствующих фаз в фазовом модуле. Путем установки напряжений источников DCC1-DCC2N постоянного напряжения, показанных на Фиг. 14, на -2Е, установки напряжений навесных конденсаторов FC1-FC2N, которые являются общими для соответствующих фаз, и напряжения конденсатора FCM0 фазового модуля, которые показаны на Фиг. 13(b), на Е, количество уровней фазных напряжений становится равным (4N+1).
[0130] Четвертый вариант выполнения представляет собой случай, когда в девятом варианте выполнения установлены N=1 и М=3, при этом используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 13(b), в котором напряжения источников DCC1-DCCN постоянного напряжения, показанных на Фиг. 14, установлены на 2Е, в котором напряжение навесных конденсаторов FC1-FC2N установлено на Е, и в котором напряжение на конденсаторе FCM0 фазового модуля, показанного на Фиг. 13, установлено на Е.
[0131] Кроме того, соответствующие источники DCC1-DCC2N постоянного напряжения могут быть соответствующим образом разделены.
[0132.] [Одиннадцатый вариант выполнения]
Фиг. 15 показывает многоуровневое силовое преобразовательное устройство, выполненное в соответствии с одиннадцатым вариантом выполнения.
[0133] Источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения соединены последовательно друг с другом.
[0134] Схема соединения навесных конденсаторов FC1-FC4N отличается от девятого варианта выполнения и десятого варианта выполнения. Отрицательные электродные выводы навесных конденсаторов FC1 и FCN соединены по порядку последовательно с отрицательным электродным выводом источника DCC1 питания постоянного тока. Положительные электродные выводы навесных конденсаторов FC2N-FCN+1 соединены по порядку последовательно с общей точкой соединения между источниками DCC1 и DCC2 постоянного напряжения. Отрицательные электродные выводы навесных конденсаторов FC2N+1-FC3N соединены в этом порядке последовательно с общей точкой соединения между источниками DCC1 и DCC2 постоянного напряжения. Положительные электродные выводы навесных конденсаторов FC4N-FC3N+1 соединены по порядку последовательно с положительным электродным выводом источника DCC2 постоянного напряжения.
[0135] В качестве входных клемм фазовый модуль использует положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC1, положительные электродные выводы навесных конденсаторов FC2-FCN, отрицательные электродные выводы навесных конденсаторов FCN+1-FC2N, положительные электродные выводы навесных конденсаторов FC2N+1-FC3N, отрицательные электродные выводы навесных конденсаторов FC3N+1-FC4N-1, и положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC4N.
[0136] 4N представляет собой количество навесных конденсаторов. Соответственно, количество навесных конденсаторов FC1-FC4N является кратным 4-м в первом варианте выполнения. Кроме того, установлено М≥2.
[0137] В одиннадцатом варианте выполнения 4N+2 от числа входных клемм фазового модуля является четным числом, которое не является кратным 4. Используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 13(c) и (d).
[0138] Кроме того, количество уровней выходных фазных напряжений зависит от типов (видов) использованных фазовых модулей, приложенных напряжений источников DCC1 и DCC2 питания постоянного тока, навесных конденсаторов FC1-FC4N, которые являются общими для соответствующих фаз, и конденсаторов FCM0, FCM1-FCMN в фазовых модулях.
Шестой вариант выполнения является примером, в котором в данном одиннадцатом варианте выполнения установлены N=1 и М=3, в котором используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 13(d), в котором напряжения источников DCC1-DCCN постоянного напряжения установлены на 3,5Е, напряжения навесных конденсаторов FC1 и FC4N установлены на Е, напряжения навесных конденсаторов FC2N и FC2N+1 установлены на 1,5Е, и напряжение на конденсаторе FCM0 фазового модуля, показанного на Фиг. 13, установлено на 2Е.
[0139] Кроме того, источники DCC1 к DCC2 постоянного напряжения могут быть соответствующим образом разделены.
[0140] [Двенадцатый вариант выполнения]
Фиг. 16 показывает многоуровневое силовое преобразовательное устройство, выполненное в соответствии с двенадцатым вариантом выполнения.
[0141] Источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения соединены последовательно друг с другом.
[0142] Двенадцатый вариант выполнения представляет собой М-фазное N-каскадное многоуровневое устройство преобразования, в которых навесные конденсаторы FC1-FC2N являются общими для М фазы. Это отличается от девятого-одиннадцатого вариантов выполнения схемой соединения навесных конденсаторов FC1-FC2N.
[0143] Отрицательные электродные выводы навесных конденсаторов FC1-FCN соединены по порядку последовательно с отрицательным электродным выводом источника DCC1 постоянного напряжения. Положительные выводы навесных конденсаторов FC2N-FCN+1 соединены по порядку последовательно с положительным электродным выводом источника DCC2 постоянного напряжения.
[0144] 2N представляет собой количество навесных конденсаторов FC1-FC2N. Соответственно, в этой схеме количество навесных конденсаторов FC1-FC2N является четным числом. Кроме того, установлено М≥2.
[0145] Фазовый модуль использует, в качестве входных клемм, положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод навесного конденсатора FC1, положительные электродные выводы навесных конденсаторов FC2-FCN, отрицательные электродные выводы навесных конденсаторов FCN+1-FC2N-1, и положительный электродный вывод и отрицательный электродный вывод навесных конденсаторов FC2N.
[0146] В этом двенадцатом варианте выполнения имеется случай, в котором количество (2N+2) входных клемм фазового модуля не становится кратным 4-м. В случае, когда количество (2N+2) входных клемм фазового модуля является кратным 4-м, используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 13(a) и (b). В случае, когда количество (2N+2) является четным числом, которое не является кратным 4-м, применяются фазовые модули, которые соответствуют числу входных клемм, как показано на Фиг. 13(c) и (d).
[0147] Кроме того, количество уровней фазного напряжения зависит от вида (типа) применяемого фазового модуля, и приложенных напряжений источников DCC1-DCC2 постоянного напряжения, навесных конденсаторов FC1-FC4N, и конденсаторов внутри фазового модуля.
[0148] Пятый вариант является примером, в котором на Фиг. 16 установлены N=2, М=3, в котором используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 13(d), в котором напряжения источников DCC1-DCCN постоянного напряжения установлены на 3,5Е, в котором напряжения навесных конденсаторов FC1-FC2N установлены на Е, и в котором напряжение на конденсаторе FCM0 фазового модуля, показанного на Фиг. 13, установлено на 2Е.
[0149] Кроме того, источники DCC1-DCC2 постоянного напряжения могут быть соответствующим образом разделены. Кроме того, источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения могут быть интегрированы в один источник постоянного напряжения.
[0150] [Тринадцатый вариант выполнения]
Фиг. 17 показывает многоуровневое силовое преобразовательное устройство, выполненное в соответствии с тринадцатым вариантом выполнения.
[0151] Фиг. 17 показывает многоуровневое устройство преобразования (N=1, 2, 3, …), в котором источники постоянного напряжения, которые являются общими в фазе М, разделены на (2N+2). То есть источники DCC1-DCC2N+2 постоянного напряжения соединены последовательно друг с другом.
[0152] Входные клеммы фазовых модулей соединены с источниками DCC1-DCC2N+2 постоянного напряжения. В частности, положительные электродные выводы и отрицательные электродные выводы источников DCC1 и DCC2N+2 постоянного напряжения, положительные электродные выводы источников DCC2-DCCN постоянного напряжения и отрицательные электродные выводы источников DCCN+3-DCC2N+1 постоянного напряжения используются в качестве входных клемм. То есть единственная точка соединения между источниками DCCN+1 и DCCN+2 постоянного напряжения в общих точках соединения источников постоянного напряжения не соединена с фазовым модулем. Кроме того, установлено М≥2.
[0153] В случае тринадцатого варианта выполнения, есть случай, в котором число входных клемм 2N+2 фазового модуля не кратно 4-м. В случае, в котором число входных клемм 2N+2 фазового модуля является кратным 4-м, используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 13(a) и (b). В случае, в котором число входных клемм 2N+2 фазового модуля является четным числом, которое не является кратным 4-м, используется фазовый модуль, который соответствует числу входных клемм, как показано на Фиг. 13(а) и (b).
[0154] Количество уровней фазных напряжений зависит от типов (видов) применяемого фазового модуля и приложенных напряжений источников DCC1-DCC2N+2 постоянного напряжения, и конденсаторов в фазовых модулях.
[0155] Третий вариант выполнения является примером, в котором на Фиг. 17 установлены N=1 и М=3, где используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 13(b), в котором напряжения источников DCC1-DCC2N постоянного напряжения установлены на Е, и напряжение на конденсаторе FCM0 фазового модуля, показанного на Фиг. 13, установлено на Е.
[0156] Кроме того, источники DCC1-DCC2N+2 постоянного напряжения могут быть соответствующим образом разделены. Кроме того, источники DCCN+1 и DCCN+2 постоянного напряжения могут быть интегрированы в один источник постоянного напряжения.
[0157] [Четырнадцатый вариант выполнения]
Фиг. 18 показывает базовую ячейку, используемую в многоуровневых силовых преобразовательных устройствах, в соответствии с четырнадцатым-семнадцатым вариантами выполнения. Базовая ячейка содержит навесной конденсатор FC1 и полупроводниковые элементы (например, IGBT) Sf1, Sf2, Sf3 и Sf4. Они являются общими в фазе М. Выше были предусмотрены базовые ячейки, которые являются общими в фазах. При этом можно снизить количество используемых коммутационных элементов (в том числе полупроводниковых элементов).
[0158] Клемма 3 соединена с положительным электродным выводом источника постоянного напряжения (конденсатора или источника питания постоянного тока). Клемма 1 соединена с отрицательным электродным выводом источника постоянного напряжения (конденсатора или источника питания постоянного тока). Клемма 2 соединена с фазовым модулем. Фазовый модуль показан позже.
[0159] Фиг. 19 показывает схему, в которой число N базовых ячеек соединены последовательно друг с другом. В этом случае установлено N≥2. Источник постоянного напряжения (конденсатор или источник питания постоянного тока) соединен с клеммами 2N+1 и 2N-1. Фазовый модуль соединен с клеммой 2N.
[0160] Фиг. 20 показывает принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с четырнадцатым вариантом выполнения, в котором используются базовые ячейки, показанные на Фиг. 19.
[0161] Далее, со ссылкой на Фиг. 20, показана принципиальная схема многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с четырнадцатым вариантом выполнения. Многоуровневое силовое преобразовательное устройство, выполненное в соответствии с четырнадцатым вариантом выполнения, содержит источники питания DCC1 и DCC2 постоянного тока, которые являются общими для соответствующих фаз, и первую и вторую базовые ячейки 10а и 10b. С помощью фазовых модулей, предусмотренных в соответствующих фазах, напряжение выбирают и выводят из выходных клемм U, V и W.
[0162] Далее, конкретная принципиальная схема фазы U проиллюстрирована в качестве примера. Источники постоянного напряжения (конденсаторы постоянного тока или же источники питания постоянного тока) соединены последовательно друг с другом. Общая точка соединения (нейтраль) между этими источниками DCC1 и DCC2 постоянного напряжения установлена на клемму 0.
[0163] Первая и вторая базовые ячейки 10а и 10b содержат, соответственно, полупроводниковые элементы Sf1a и Sf1b, которые имеют одни концы, соединенные с положительными электродными выводами соответствующих источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения; полупроводниковые элементы Sf2a и Sf2b, которые имеют одни концы, соединенные с отрицательным электродными выводами соответствующих источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения; навесные конденсаторы FC1 и FC2, которые соединены между другими концами полупроводниковых элементов Sf1a и Sf1b и другими концами полупроводниковых элементов Sf2a и Sf2b; и полупроводниковые элементы Sf3a, Sf4a, Sf3b и Sf4b, которые соединены последовательно между общими точками соединения между полупроводниковыми элементами Sf1a и Sf1b и навесными конденсаторами FC1 и FC2, и общими точками соединения между полупроводниковыми элементами Sf2a и Sf2b и навесными конденсаторами FC1 и FC2. Базовые ячейки 10а и 10b выводят уровни напряжения Е и -Е к фазовым модулям путем коммутации полупроводниковых элементов Sf1a и Sf1b и Sf4a и Sf4b или Sf2a и Sf2b и Sf3a и Sf3b в состоянии ВКЛЮЧЕНО.
[0164] Один конец полупроводникового элемента Sf2a, общая точка соединения между полупроводниковыми элементами Sf3a и Sf4a, общая точка соединения между полупроводниковыми элементами Sf3b и Sf4b, и один конец полупроводникового элемента Sf1b соединены с соответствующими фазовыми модулями в качестве входных клемм.
[0165] Одни концы коммутационных элементов Su1-Su4 соединены с входными клеммами. Другие концы смежных коммутационных элементов Su1 и Su2, и Su3 и Su4 соединены друг с другом. Одни концы коммутационных элементов Su5a и Su6a соединены с общей точкой соединения между соседними коммутационными элементами Su1 и Su2, и с общей точкой соединения между соседними коммутационными элементами Su3 и Su4. Коммутационные элементы Su7 и Su8 выходного каскада соединены по порядку последовательно между другими концами коммутационных элементов Su5a и Su6a последнего каскада через коммутационные элементы Su5b и Su6b. Конденсатор FC1u соединен параллельно с коммутационными элементами Su7 и Su8 выходного каскада. Общая точка соединения между коммутационными элементами Su7 и Su8 выходного каскада установлена на выходную клемму U. Кроме того, коммутационные элементы Su5b и Su6b соединены последовательно с коммутационными элементами Su5a и Su6a, чтобы выдержать напряжение.
[0166] Путем выборочного управления коммутационными элементами фазового модуля путем включения/выключения, можно вывести из выходной клеммы U потенциал одной из входных клемм, или потенциал, полученный путем добавления или вычитания напряжения конденсатора FC1u к или из потенциала одной из входных клемм.
[0167] Кроме того, фаза V и фаза W имеют аналогичную конфигурацию.
[0168] В этой принципиальной схеме, путем установки напряжений источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения на 2Е и установки напряжений навесных конденсаторов FC1 и FC2 и конденсаторов FC1u, FC1v и FC1w на Е, можно вывести фазные напряжения 5-ти уровней: 2Е, Е, 0, -Е, и -2Е. Фиг. 21 показывает типичные коммутирующие схемы фазы U. Знак «О» на чертеже представляет собой полупроводниковый элемент и коммутационный элемент, которые проводят ток. Посредством пути, который показан на Фиг. 21, можно выводить фазные напряжения 5-ти уровней: 2Е, Е, 0, -Е, и -2Е.
[0169] В этом четырнадцатом варианте выполнения можно уменьшить количество используемых коммутационных элементов (в том числе полупроводниковых элементов Sf1a-Sf4a и Sf1b-Sf4b) до 38. (Число коммутационных элементов традиционной схемы, показанной на Фиг. 30, равно 48. Количество коммутационных элементов традиционной схемы, показанной на Фиг. 30, равно 44). Кроме того, можно исключить схему запуска затвора для управления коммутационными элементами. Соответственно, можно достичь низкой стоимости.
[0170] Кроме того, можно обеспечить свободу зарядки и разрядки, ограничивая уровни напряжения общих точек соединения между коммутационными элементами Sf3a и Sf4a и Sf3b и Sf4b базовых ячеек 10а и 10b на Е, -Е (точкой привязки являются отрицательные электродные выводы источников DCC1-DCCN постоянного напряжения). Соответственно, можно упростить управление.
[0171] Схема, изображенная на Фиг. 31, традиционного уровня техники использует сочетание схемы коммутации, с которой источник DCC1 постоянного напряжения и навесной конденсатор FC1 и источник DCC2 постоянного напряжения и навесной конденсатор FC2 могут быть короткозамкнуты. Четвертый вариант выполнения не имеет схемы, которая короткозамкнута.
[0172] Это проиллюстрировано с помощью Фиг. 22. Знак «О» на чертеже показывает элемент, который является проводящим. Базовые ячейки 10а и 10b, которые являются общими для соответствующих фаз, выполняют только коммутацию двух схем, показанных на Фиг. 22. Соответственно, даже когда выводятся любые уровни напряжения, полупроводниковые элементы Sf1 и Sf2 не переключаются одновременно в состояние ВКЛ. Соответственно, короткое замыкание между источником DCC2 постоянного напряжения и навесным конденсатором FC2 не формируется. Схемы соединения навесных конденсаторов FC1 и FC2 могут быть коммутированы. Их можно заряжать и разряжать путем коммутации тока, протекающего в навесные конденсаторы FC1 и FC2 и из них путем коммутации схем соединения в соответствии с током. Понятно, что обеспечивается свобода зарядки и разрядки навесных конденсаторов FC1 и FC2.
[0173] Фиг. 23 показывает принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с пятнадцатым вариантом выполнения. Далее, принципиальная схема многоуровневого силового преобразовательного устройства, в соответствии с пятнадцатым вариантом выполнения, проиллюстрирована со ссылкой на Фиг. 23. Многоуровневое силовое преобразовательное устройство, выполненное в соответствии с пятнадцатым вариантом выполнения, содержит источники DCC1 и DCC2 постоянного напряжения, которые являются общими для соответствующих фаз, и первую и вторую базовые ячейки 10а и 10b. С помощью фазовых модулей, предусмотренных в соответствующих фазах, напряжение выбирают и выводят из выходных клемм U, V и W.
[0174] Здесь конкретная принципиальная схема фазы U проиллюстрирована в качестве примера. Соединение между источниками постоянного напряжения DCC1 и DCC2 и базовыми ячейками 10а и 10b идентично четырнадцатому варианту выполнения.
[0175] Один конец полупроводникового элемента Sf2a, общая точка соединения между полупроводниковыми элементами Sf3a и Sf4a, общая точка соединения между полупроводниковыми элементами Sf3b и Sf4b, один конец полупроводникового элемента Sf1b и общая точка соединения между полупроводниковыми элементами SF1a и Sf2b соединены с фазовыми модулями соответствующих фаз, в качестве входных клемм.
[0176] В фазовом модуле один конец коммутационного элемента Su1a соединен с одним концом полупроводникового элемента Sf2a, а коммутационный элемент Su1b соединен с полупроводниковым элементом Sf1b. Один конец коммутационного элемента Su2a соединен с общей точкой соединения между полупроводниковыми элементами Sf3a и Sf4a. Коммутационный элемент Su2b соединен с общей точкой соединения между полупроводниковыми элементами Sf3b и Sf4b.
[0177] Другие концы коммутационных элементов Su1a и Su2a соединены друг с другом. Другие концы коммутационных элементов Su1b и Su2b соединены друг с другом. Один концы коммутационных элементов Su3a и Su3b соединены с общими точками соединения между коммутационными элементами Su1a и Su2a и Su1b и Su2b.
[0178] Коммутационный элемент Su4a соединен с другим концом коммутационного элемента Su3a. Другие концы коммутационного элемента Su3b и коммутационного элемента Su5a соединены. В этом случае коммутационные элементы Su4a, Su4b, Su5b, Su5a соединены последовательно друг с другом таким образом, чтобы образовать цепь постоянного тока.
[0179] Катод диода Du1a и анод диода Du2a соединены с общей точкой соединения между полупроводниковым элементом SF1a и полупроводниковым элементом Sf2b. Цепь постоянного тока, в которой коммутационные элементы Su4a, Su4b, Su5b и Su5a соединены последовательно друг с другом, соединена параллельно с диодом Du1a и диодом Du2a. Кроме того, диоды Du1b и Du2b и коммутационные элементы Su4b и Su5b соединены последовательно с диодом Du1a и Du2a и с коммутационными элементами Su4a и Su5a для выдерживания напряжения.
[0180] Общая точка соединения между коммутационными элементами Su4b и Su5b установлена на выходную клемму. Путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами путем включения/выключения, потенциал одной из входных клемм выводится из выходной клеммы.
[0181] Кроме того, фаза V и фаза W имеют аналогичную конфигурацию.
[0182] В этой принципиальной схеме, путем установки напряжений источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения на 2Е, и установки напряжений навесных конденсаторов FC1 и FC2 на Е, из выходных клемм можно вывести фазные напряжения 5-и уровней: 2Е, Е, 0, -Е, и -2Е. Фиг. 24 показывает типичные схемы коммутации фазы U. Знак «О» на чертежах показывает проводящий полупроводниковый элемент или проводящий коммутационный элемент. По пути, показанному на Фиг. 24, можно вывести фазное напряжение 5-и уровней: 2Е, Е, 0, -Е, и -2Е.
[0183] В этом пятнадцатом варианте выполнения можно уменьшить количество используемых коммутационных элементов (включая полупроводниковые элементы) до 38. (Число коммутационных элементов известного уровня техники на Фиг. 30 равно 48. Количество коммутационных элементов известного уровня техники на Фиг. 31 равно 44). Более того, можно опустить цепь активации затвора для приведения в действие коммутационных элементов, и, таким образом, добиться более низкой стоимости.
[0184] Путем ограничения уровней напряжения, выводимого из базовых ячеек 10а и 10b, Е и -Е, с помощью базовых ячеек 10а и 10b можно обеспечить свободу зарядки и разрядки и тем самым упростить управление.
[0185] Кроме того, потеря общих частей по отношению к схеме на Фиг. 33 уменьшается.
[0186] [Шестнадцатый вариант выполнения]
Фиг. 25 показывает принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с шестнадцатым вариантом выполнения. Далее, принципиальная схема многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с шестнадцатым вариантом выполнения, проиллюстрирована со ссылкой на Фиг. 25. Многоуровневое силовое преобразовательное устройство, в соответствии с шестнадцатым вариантом выполнения, содержит источники питания DCC1 и DCC2 постоянного тока, которые являются общими для соответствующих фаз; и первую и вторую базовые ячейки 10а и 10b. С помощью фазовых модулей, предусмотренных в соответствующих фазах, напряжение выбирают и выводят из выходных клемм U, V и W.
[0187] Далее, конкретная принципиальная схема фазы U проиллюстрирована в качестве примера. Соединения источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения и базовых ячеек 10а и 10b идентичны четырнадцатому варианту выполнения и пятнадцатому варианту выполнения.
[0188] Один конец полупроводникового элемента Sf2a, общая точка соединения между полупроводниковыми элементами Sf3a и SF4a, общая точка соединения между полупроводниковыми элементами Sf3b и Sf4b, один конец полупроводникового элемента Sf1b и общая точка соединения между полупроводниковыми элементами SF1a и Sf2b соединены с фазовыми модулями соответствующих фазовых модулей в качестве входных клемм.
[0189] В фазовом модуле один конец коммутационного элемента Su1a соединен с одним концом полупроводникового элемента Sf2a, а коммутационный элемент Su1b соединен с одним концом полупроводникового элемента Sf1b. Один конец коммутационного элемента Su2a соединен с общей точкой соединения между полупроводниковыми элементами Sf3a и Sf4a. Коммутационный элемент Su2b соединен с общей точкой соединения между полупроводниковыми элементами Sf3b и Sf4b.
[0190] Другие концы коммутационных элементов Su1a и Su2a и Su1b и Su2b соединены друг с другом. Один концы коммутационных элементов Su3a и Su3b соединены с общими точками соединения между коммутационными элементами Su1a и Su2a и Su1b и Su2b.
[0191] Один конец двунаправленного переключателя соединен с общей точкой соединения между полупроводниковым элементом Sf1a и полупроводниковым элементом Sf2b. Другой конец двунаправленного переключателя и другие концы коммутационных элементов Su4 и Su5a соединены. В этом шестнадцатом варианте выполнения коммутационные элементы Su4 и Su5 соединены инверсно, так что получается двунаправленный переключатель. Путем установки общей точки соединения между коммутационными элементами Su3a и Su3b и двунаправленным переключателем на выходную клемму и путем выборочного управления соответствующими коммутационными элементами (включая полупроводниковые элементы) путем включения /выключения, потенциал одной из входных клемма выводится из выходной клеммы.
[0192] Кроме того, фаза V и фаза W имеют аналогичную конфигурацию.
[0193] В этой принципиальной схеме, путем установки напряжений источников DCC1 и DCC2 постоянного напряжения на 2Е, и установки напряжений навесных конденсаторов FC1 и FC2 на Е, с выходных клемм U, V и W можно вывести фазные напряжения 5-и уровней: 2Е, Е, 0, -Е, и -2Е. На Фиг. 26 показаны типичные схемы коммутации фазы U. Знак «О» на чертеже изображает проводящий полупроводниковый элемент и проводящий коммутационный элемент. По пути, показанному на Фиг. 26, можно вывести фазное напряжение 5-ти уровней: 2Е, Е, 0, -Е и -2Е.
[0194] В шестнадцатом варианте выполнения можно уменьшить количество используемых коммутационных элементов (включая полупроводниковые элементы) до 32. Кроме того, можно опустить цепь активации затвора для приведения в действие коммутационных элементов и, тем самым, снизить стоимость.
[0195] Путем ограничения уровней напряжения, выводимого из базовых ячеек 10а и 10b, Е и -Е, с помощью базовых ячеек 10а и 10b можно обеспечить свободу зарядки и разрядки и тем самым упростить управление.
[0196] [Семнадцатый вариант выполнения]
Фиг. 27 показывает принципиальную схему многоуровневого силового преобразовательного устройства, выполненного в соответствии с семнадцатым вариантом выполнения. В этой схеме навесные конденсаторы FC1-FCN являются общими для трех фаз.
[0197] N источников DCC1-DCCN постоянного напряжения, которые являются общими для соответствующих фаз, соединены последовательно друг с другом. Многоуровневое силовое преобразовательное устройство, показанное на Фиг. 27, состоит из М фаз и N каскадов путем использования источников питания DCC1-DCCN постоянного тока; схема образуется за счет увеличения базовой ячейки, показанной на Фиг. 18, до N каскадов; и фазовых модулей М фаз. Кроме того, установлены N≥2 и M≥3. Кроме того, первый, четвертый, пятнадцатый, шестнадцатый варианты выполнения представляют собой схемы, в которых N=2 и М=3 установлены в схеме, показанной на Фиг. 27.
[0198] Одни концы полупроводниковых элементов Sf1a-Sf1N соединены с положительными электродными выводами источников питания DCC1-DCCN постоянного тока. Одни концы полупроводниковых элементов Sf2a-Sf2N соединены с отрицательными электродными выводами источников DCC1-DCCN постоянного напряжения. Схема базовых ячеек 10а-10n идентична схеме четырнадцатого варианта выполнения изобретения.
[0199] Клеммы 1, 2, 3, , 2N-1, 2N и 2N+1 установлены на входные клеммы фазовых модулей. Кроме того, клемма 3 и клемма 2N-1 не обязательно должны быть соединены с соответствующими фазовыми модулями. Четырнадцатый вариант выполнения является примером, в котором клемма 3 и клемма 2N-1, показанные на Фиг. 27, не соединены с фазовыми модулями.
[0200] В этом случае путем установки напряжений источников DCC1-DCCN постоянного напряжения на 2Е, и путем установки напряжений навесных конденсаторов FC1-FCN на Е, можно вывести фазные напряжения 2N+1-го уровней.
[0201] Фиг. 28 показывают примеры фазовых модулей. Фиг. 28(а) идентичен Фиг. 13(c). Фиг. 28(d) идентичен Фиг. 13(d).
[0202] На Фиг. 28(b) одни концы коммутационных элементов S1a, S2a, S2b и S1b соединены с клеммами 1, 2, 2N и 2N+1. Другие концы соседних двух коммутационных элементов S1a и S2a соединены друг с другом. Другие концы соседних двух коммутационных элементов S2b и S1b соединены друг с другом. Один конец коммутационного элемента S3a соединен с общей точкой соединения между коммутационными элементами S1a и S2a, другие концы которых соединены друг с другом. Один конец коммутационного элемента S3b соединен с общей точкой соединения между коммутационными элементами S2b и S1b, другие концы которых соединены друг с другом.
[0203] Один конец цепи постоянного тока, в которой коммутационный элемент S4a и коммутационный элемент S5a соединены последовательно друг с другом, соединен с другим концом коммутационного элемента S3a. Указанная цепь постоянного тока, в которой коммутационный элемент S4b и коммутационный элемент S5b соединены друг с другом, соединен с другим концом коммутационного элемента S3b.
[0204] Катоды диодов D11 и D1n и аноды диодов D21 и D2n соединены с клеммами 3 и 2N-1. Цепь постоянного тока, в которой коммутационные элементы S4a и S5a соединены последовательно друг с другом, и цепи постоянного тока, в которых S4b и S5b соединены последовательно друг с другом, соединены параллельно с диодами D11 и D21, и D1n и D2n. Одни концы коммутационных элементов S8 и S7 соединены с общей точкой соединения между коммутационными элементами S4a и S5a, и с общей точкой соединения между коммутационными элементами S4b и S5b. Другие концы коммутационных элементов S7 и S8 соединены друг с другом. Общая точка соединения между коммутационными элементами S7 и S8 установлена на выходную клемму.
[0205] В пятнадцатом варианте выполнения клемма 3 и клемма 2N-1 установлены на единицу. Общая точка соединения между коммутационными элементами S4b и S5b установлена на выходную клемму U. Для выдерживания напряжения, диоды Du1a и Du1b, Du2a и Du2b, Su4a и Su4b и Su5a и Su5b соединены последовательно друг с другом.
[0206] На Фиг. 28(с) одни концы коммутационных элементов S1a и S1b соединены с клеммами 1 и 2N+1. Одни концы коммутационных элементов S2a и S2b соединены с клеммами 2 и 2N. Другие концы коммутационных элементов S1a и S2a и S1b и S2b соединены друг с другом. Одни концы коммутационных элементов 3а и 3b соединены с общей точкой соединения между коммутационными элементами S1a и S2a и S2b и S1b.
[0207] Один конец двунаправленного переключателя соединен к клеммам 3 и 2N-1. Другой конец двунаправленного переключателя и другие концы коммутационных элементов S3a и S3b соединены друг с другом. Общие точки соединения между коммутационными элементами S3a и S3b и двунаправленного переключателя установлены на выходные клеммы. Кроме того, в шестнадцатом варианте выполнения клеммы 3 и 2N-1 установлены на единицу.
[0208] Фазовый модуль имеет функцию выбора и соединения одной из входных клемм 1, 2, …, 2N+1 с выходной клеммой OUT путем включения/выключения коммутационных элементов внутри фазового модуля.
[0209] Кроме того, как показано на Фиг. 27, группы цепей от источников DCC1-DCCN постоянного напряжения до входов фазового модулей соответствующих фаз (то есть, источников DCC1-DCCN постоянного напряжения и базовых ячеек 10а-10n) представлены в виде групп 1-N постоянного напряжения. На Фиг. 27 уровни напряжения, введенные из одной из групп 1-N постоянного напряжения в фазовый модуль, имеют три уровня: 0, Е и 2Е (опорное напряжение является отрицательным электродным выводом источников DCC1-DCCN постоянного напряжения группы постоянного напряжения).
Кроме того, уровень напряжения 2Е одной из групп постоянного напряжения и уровень напряжения 0 группы постоянного напряжения, которая является верхним на один каскадом от указанной одной из групп постоянного напряжения, становятся одним и тем же фазным напряжением, если смотреть с выходной клеммы фазового модуля. В схеме, в которой имеется N каскадов групп постоянного напряжения, как описано выше, части, в которых уровни напряжения накладываются друг на друга, являются (N-1) частями. Соответственно, на Фиг. 27 можно выводить напряжения (3N-(N-1))=(2N+1) уровней, к выходным клеммам OUT1-OUTM.
[0210] Четырнадцатый вариант выполнения является примером, в котором используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 28(d). Пятнадцатый вариант выполнения представляет собой пример, в котором используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 28(b). Шестнадцатый вариант выполнения представляет собой пример, используется фазовый модуль, показанный на Фиг. 28(с). Источники постоянного напряжения с четырнадцатого варианта выполнения по шестнадцатый вариант выполнения N=2. Соответственно, количество уровней выходных напряжений равно 5-ти.