DE60200900T2

DE60200900T2 - Mehrfachausgang-Leistungswandlerschaltung

Info

Publication number: DE60200900T2
Application number: DE60200900T
Authority: DE
Inventors: Yoshiaki Kariya-shi Aichi-ken Ishihara
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2001-03-30
Filing date: 2002-03-14
Publication date: 2005-09-01
Anticipated expiration: 2022-03-15
Also published as: EP1246353A2; KR20020077151A; US6836416B2; CN1379538A; JP4003409B2; EP1246353B1; KR100437932B1; DE60200900D1; EP1246353A3; JP2002359978A; US20020141216A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Mehrfachausgang-Leistungswandlerschaltung zum Antrieb eines Wechselstrommotors zum Erhalt von zwei oder mehr Ausgängen aus einer Gleichspannungsenergieversorgung, und zum Laden eines Hilfs-Leistungsversorgung.
Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen kann der Aufbau einer Schaltung eines elektrischen Fahrzeugs einen Aufbau zum Antrieb von Motoren unter Verwendung einer Leistungsquelle (Energiequelle) zum Antrieb eines Hauptmotors zum Antrieb eines Fahrzeugs, einen Motor für eine Wärmepumpe einer Klimaanlage usw. sein.
Das heißt, eine Leistungsversorgung zum Antrieb eines Hauptmotors wurde zur Bereitstellung von Strom für andere Vorrichtungen wie andere Motoren verwendet.
1 zeigt eine herkömmliche Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung zum Antrieb eines Wechselstrommotors und anderer Vorrichtungen außer dem Wechselstrommotor unter Verwendung einer Leistungsquelle.
In 1 bezeichnet die Bezugszahl 601 eine Gleichstrom-Leistungsversorgung, 602 einen Hauptumrichter und 603 beispielsweise einen Dreiphasen-Hauptwechselstrommotor mit drei unterschiedlichen Phasen über den Hauptumrichter 602. Der Hauptumrichter 602 ist durch sechs Schaltelemente TR1–TR6 aufgebaut und wird durch Pulsbreitenmodulation (PWM) gesteuert. Eine Hilfs-Leistungsversorgung 607 ist mit derselben Leitung wie die Gleichstrom-Leistungsversorgung 601 über eine Schalt-Schaltung 604, einen Transformator 605 und eine Gleichrichterschaltung 606 verbunden. Andere Vorrichtungen können ein Wechselstrommotor zusätzlich zu der Hilfs-Leistungsversorgung 607 sein.
Wie es in 1 beschrieben ist, wurde herkömmlich eine Leistungsversorgung zum Antrieb eines Wechselstrommotors für andere Vorrichtungen durch Verwendung einer Leistungsquelle zum Antrieb des Hauptwechselstrommotors 603 bei der Bereitstellung elektrischer Leistung für die Hilfs-Leistungsversorgung 607 usw. verwendet.
Wie es in 1 gezeigt ist, ist, da eine Isolierung bei der Bereitstellung elektrischer Leistung für die Hilfs-Leistungsversorgung 607 erforderlich ist, die Schalt-Schaltung 604 zusätzlich zu dem Hauptumrichter 602 erforderlich, wodurch das Problem verursacht wird, dass die gesamte Schaltung sehr groß wird.
Die Druckschrift EP 1 034 968 offenbart eine Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung, wie sie in den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 6 definiert ist. Insbesondere führt die Mehrfachausgang- Leistungsumwandlungsschaltung Leistung aus einer Gleichstrom-Energieversorgung (d. h. einem Akkumulator) einem Mehrphasen-Wechselstrommotor und einer anderen Vorrichtung zusätzlich zu dem Mehrphasen-Motor, beispielsweise eine Niedrigspannung-Batterie zu.
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Bereitstellung einer Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung ab, die in der Lage ist, zwei oder mehr Ausgänge unter Verwendung einer Leistungsversorgungseinheit aufzuweisen, und auf die Verwirklichung einer kleineren Schaltung ab.
Diese Aufgabe wird durch eine Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gelöst, wie sie in Patentanspruch 1 definiert ist und wie sie alternativ dazu in Patentanspruch 6 definiert ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen dargelegt.
Das heißt, dass gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Ausgang aus einer Gleichstrom-Leistungsversorgung zu einem Mehrphasen-Wechselstrommotor und anderen Vorrichtungen außer dem Mehrphasen-Wechselstrommotor aufweist, einen Transformator mit einem Neutralpunkt des Mehrphasen-Wechselstrommotors verbindet, eine Wechselspannung aus dem Transformator unter Verwendung einer Nullphasen-Spannungsfrequenz erhält, und die Wechselspannung zu den anderen Vorrichtungen ausgibt.
Die vorstehend erwähnte Nullphasen-Spannungsfrequenz bezieht sich auf eine Frequenz, die an dem Neutralpunkt des vorstehend beschriebenen Mehrphasen- Wechselstrommotors erzeugt wird, und unterscheidet sich von der Frequenz, die den Mehrphasen-Wechselstrommotor antreibt. Zusätzlich kann der Pegel der Nullphasen-Spannungsfrequenz niedriger oder höher als die Frequenz sein, die den Mehrphasen-Wechselstrommotor antreibt.
Es ist vorzuziehen, dass in der Mehrfachausgangs-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung der Mehrphasen-Wechselstrommotor ein erster Dreiphasen-Wechselstrommotor ist, und dass die anderen Vorrichtungen eine Hilfs-Leistungsversorgung, ein Gleichstrommotor und/oder ein zweiter Dreiphasen-Wechselstrommotor sind.
Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass die Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Befehlswert ändern kann, wenn der vorstehend beschriebene Mehrphasen-Wechselstrommotor im Antrieb gesteuert wird, und eine in dem Umrichter erzeugte Wechselspannung steuern kann.
Weiterhin weist gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Ausgang aus einer Gleichstrom-Leistungsversorgung zu einem Mehrfach-Wechselstrommotor und anderen Vorrichtungen außer dem Mehrphasen-Wechselstrommotor auf, verbindet einen Anschluss eines Transformators mit dem Neutralpunkt des Mehrphasen-Wechselstrommotors, verbindet den anderen Anschluss des Transformators mit einem Abschnitt auf dem halben Potential der Gleichstrom-Leistungsversorgung, erhält die Wechselspannung durch die Nullphasenspannungsfrequenz, die in dem Transformator erzeugt wird, und gibt die Wechselspannung zu den anderen Vorrichtungen aus.
Es ist möglich, an den Transformator eine Wechselspannung ohne Gleichspannungskomponente anzulegen, indem der andere Anschluss des Transformators mit dem Neutralpunkt der Gleichstrom-Leistungsversorgung verbunden wird.
Es ist ebenfalls vorzuziehen, dass die Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung den Transformator mit einem Kondensator in Reihe verbindet und eine Gleichspannungskomponente abschneidet.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Ausgang aus einer Gleichspannungs-Leistungsversorgung mit einem Mehrphasen-Wechselstrommotor und anderen Vorrichtungen außer dem Mehrphasen-Wechselstrommotor auf, verbindet sie einen Kondensator mit dem Neutralpunkt des Mehrphasen-Wechselstrommotors, erhält sie eine Wechselspannung durch die Nullphasenspannungsfrequenz aus dem Kondensator und gibt sie die Wechselspannung zu den anderen Vorrichtungen aus.
Auf diese Weise kann eine Wechselspannung erhalten werden, indem ein Kondensator anstelle eines Transformators mit dem Neutralpunkt der Mehrfachausgangs-Leistungsumwandlungsschaltung verbunden wird.
Weiterhin weist gemäß einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Ausgang aus einer Gleichspannungs-Leistungsversorgung mit einem Mehrphasen- Wechselstrommotor und anderen Vorrichtungen als dem Mehrphasen-Wechselstrommotor auf, verbindet sie einen Transformator mit dem Neutralpunkt des Mehrphasen-Wechselstrommotors, und ist ein Kondensator zwischen dem Neutralpunkt des Mehrphasen-Wechselstrommotors und der Stromphase zum Antrieb des Mehrphasen-Wechselstrommotors eingesetzt.
In diesem Prozess wird die Kapazität des Kondensators geeignet eingestellt, und der Strom der Trägerfrequenzkomponenten des Mehrphasen-Wechselstrommotors wird zu dem Transformator über den Kondensator geleitet. Unter Berücksichtigung der Charakteristik des Kondensators wird die Impedanz niedriger, wenn die Frequenz größer wird. Daher wird, obwohl die Trägerfrequenz hoch eingestellt wird, der durch den Transformator fließende Strom nicht niedrig, wodurch erfolgreich ein kleinerer Transformator verwirklicht wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine herkömmliche Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung,
2A, 2B und 2C zeigen den Aufbau einer Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
3A zeigt einen Signalverlauf eines Stroms jedes Zweigs eines idealen Hauptumrichters,
3B zeigt eine Nullphasenspannung V0A1 an dem Neutralpunkt des Hauptumrichters,
3C zeigt den Signalverlauf des Stroms jedes Zweigs eines tatsächlichen Hauptumrichters,
3D zeigt eine Nullphasenspannung V0A2 an dem Neutralpunkt des Hauptumrichters,
4 zeigt den Aufbau der Steuerungsschaltung des Hauptumrichters,
5A zeigt einen Sinussignalverlauf, wenn die Leistungsversorgungsfrequenz höher als die Nullphasenspannungsfrequenz ist,
5B zeigt lediglich eine Nullphasenspannung in dem Fall gemäß 5A,
6A zeigt den Aufbau einer Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
6B zeigt die Nullphasenspannungsfrequenz, wenn ein Anschluss des Transformators mit dem Neutralpunkt der Gleichspannungs-Leistungsversorgung verbunden ist,
6C zeigt eine Hysteresekurve des Transformators,
7 zeigt den Aufbau der Mehrfachausgangs-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,
8A zeigt den Pegel der Stromfrequenz an dem Neutralpunkt, wenn ein Überbrückungskondensator nicht eingesetzt ist, und
8B zeigt den Pegel der Stromfrequenz an dem Neutralpunkt, wenn ein Überbrückungskondensator eingesetzt ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Nachstehend sind Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung beschrieben. Gemäß den Ausführungsbeispielen ist die Beschreibung auf die Unterschiede gegenüber der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß 1 konzentriert. Daher sind ähnliche Einheiten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet, weshalb deren ausführliche Beschreibungen an dieser Stelle zur vereinfachten Darstellung entfallen.
2A zeigt den Aufbau einer Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 601 bezeichnet eine Gleichspannungs-Leistungsversorgung, 602 bezeichnet einen Hauptumrichter, 603 bezeichnet einen Haupt-Wechselstrommotor, 101 bezeichnet einen Transformator, 102 bezeichnet eine Gleichrichterschaltung und 103 bezeichnet eine Hilfs-Leistungsversorgung. Der Unterschied gegenüber der herkömmlichen Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß 1 besteht darin, dass der Transformator 101 mit dem Neutralpunkt des Haupt-Wechselstrommotors 603 verbunden ist, und dass eine weitere Antriebsvorrichtung, d. h. die Hilfs-Leistungsversorgung 103, angeschlossen ist. Die Leistung wird der Hilfs-Leistungsversorgung 103 aus dem Transformator 101 zugeführt.
Gleichermaßen zeigt 2B den Aufbau der Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Gleichspannungs-Leistungsversorgung 601, der Hauptumrichter 602, der Hauptwechselstrommotor 603, der Transformator 101 und die Gleichrichterschaltung 102 sind ähnlich zu denjenigen des Aufbaus gemäß 2A und sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Der Unterschied gegenüber dem Aufbau gemäß 2A besteht darin, dass ein Gleichstrommotor (PCM) 104 über den Transformator 101 und die Gleichrichterschaltung 102 angeschlossen ist. In 2B ist wie in 2A der Transformator 101 mit dem Neutralpunkt des Haupt-Wechselstrommotors 603 verbunden, und wird die Gleichspannung durch die Gleichrichterschaltung 102 erhalten. Dann treibt die Gleichspannung den Gleichstrommotor 104 an.
In ähnlicher Weise zeigt 2 ebenfalls den Aufbau einer Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der Unterschied gegenüber dem Aufbau gemäß 2A oder 2B besteht darin, dass ein Sub-Umrichter 105 und ein Sub-Wechselstrommotor 106 über den Transformator und die Gleichrichterschaltung 102 angeschlossen sind. Wie es in 2C gezeigt ist, wie gemäß 2A und 2B, der Transformator 101 mit dem Neutralpunkt des Hauptwechselstrommotors 603 verbunden, und wird eine Gleichspannung über die Gleichrichterschaltung 102 erhalten. Die Gleichspannung wird durch den Sub-Umrichter 105 in die Wechselspannung umgewandelt, wodurch der Sub-Wechselstrommotor 106 angetrieben wird. Die Gleichspannungs-Leistungsversorgung 601 kann einfach eine Leistungsversorgung zur Zufuhr eines Gleichstroms sein, oder kann derart berücksichtigt werden, dass eine Wechselspannung aus einer Wechselspannungsleistungsversorgung in eine Gleichspannung gleichgerichtet wird. Die ausführliche Beschreibung der Schaltungsaufbauten der Gleichrichterschaltung 102, der Hilfs-Leistungsversorgung 103, des Gleichstrommotors 104, des Sub-Umrichters 105 und des Sub-Wechselstrommotors 106 entfällt an dieser Stelle.
In der Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Transformator 101 mit dem Neutralpunkt des Hauptwechselstrommotors 603 verbunden, und eine Wechselspannung wird aus dem Transformator 101 erzeugt. Die elektrische Leistung kann in der Hilfs-Leistungsversorgung 103 lediglich durch Umwandeln der durch den Transformator 101 erhaltenen Wechselspannung in eine Gleichspannung durch die Gleichrichterschaltung 102 ohne eine herkömmliche Verbindung mit der Schalt-Schaltung 604 gespeichert werden, wodurch die Anzahl der Einheiten in der herkömmlichen Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung verringert wird.
Nachstehend ist zunächst der Grund für die aus dem Transformator 101 erhaltene Wechselspannung in der Mehrfachausgangs-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.
3A zeigt den Signalverlauf der Spannung jedes Zweigs (U, V, W) eines idealen Hauptumrichters 602.
In 3A bezeichnet die vertikale Achse die Amplitude einer Spannung, und bezeichnet die horizontale Achse die Zeit. Vou1, Vov1 und Vow1 geben jeweils die Signalverläufe der Ausgangsspannungen des Zweigs u, des Zweigs v und des Zweigs w des Hauptumrichters 602 an. V0A1 gibt die Nullphasenspannung des Hauptumrichters 602 an. Die vorstehend beschriebenen Spannungen Vou1, Vov1 und Vow1 werden beispielsweise durch die nachstehenden Gleichungen ausgedrückt.
Vou1 = Vsinωt + V (1) Vov1 = Vsin(ωt – 2/3π) + V (2) Vow1 = Vsin(ωt + 2/3π) + V (3)
Dabei bezeichnet V die in 3A gezeigte Amplitude, wobei die Phase jedes Zweigs des Hauptumrichters 602 sich von der anderen um 2/3π = 120° unterscheidet.
Normalerweise unterscheiden sich die Phasen der Spannungen jedes Zweigs des Umrichters 602 gemäß 3A um 2/3π = 120° voneinander, wie es durch die Gleichungen (1), (2) und (3) dargestellt ist. Somit treibt der Phasenunterschied von 120° der Spannungen den Dreiphasen-Hauptwechselstrommotor 603 an. Die Nullphasenspannung V0A1 des Neutralpunkts des Hauptumrichters 602 ist konstant, wie es in 3B gezeigt ist.
3C zeigt den tatsächlichen Signalverlauf des Stroms jedes Zweigs des Hauptumrichters 602.
In 3C bezeichnen, wie in 3A, VOU2, VOV2 und VOW2 jeweils die Signalverläufe der Ausgangsspannungen des Arms U, des Arms V und des Arms W des Hauptumrichters 602. V0A2 bezeichnet die Nullphasenspannung des tatsächlichen Hauptumrichters 602.
Wie es in 3C gezeigt ist, wird der Signalverlauf der Ausgangsspannungen jedes Zweigs des tatsächlichen Hauptumrichters 602 durch den Schaltvorgang gestört, der durchgeführt wird, wenn der Hauptumrichter 602 einen Steuerungsvorgang ausführt. Es handelt sich dabei um die Oberschwingungskomponente (Oberschwingungsstrom) eines Stroms, wie es für den Fachmann bekannt ist. Es wird allgemein berücksichtigt, dass die Oberschwingungskomponente eine Fehlfunktion anderer elektronischer Einheiten verursacht, weshalb er einzuschränken ist. Daher ist es normalerweise wünschenswert, dass die Oberschwingungskomponenten (der Oberschwingungsstrom) minimiert sind. Jedoch wird gemäß der vorliegenden Erfindung der Oberschwingungsstrom zum neuen Erhalt einer weiteren Ausgangsleistung verwendet.
3D zeigt die Nullphasenspannung V0A2 an dem Neutralpunkt des Hauptumrichters 602. Da die Welligkeit durch den Schaltvorgang an dem Neutralpunkt erscheint, weist der Neutralpunkt des Hauptumrichters 602 eine Spannungsfrequenz auf, die einen Signalverlauf wie in 3D gezeigt aufweist. Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird die Störung des Signalverlaufes durch den Schaltvorgang des Hauptumrichters 602 als Oberschwingung (Harmonische) bezeichnet, und der Frequenzen der Oberschwingungen betragen beispielsweise 10 bis 20 kHz. Somit kann durch Einsetzen des Transformators 101 in den Neutralpunkt des Hauptumrichters 602 erzeugte Wechselspannungskomponente erhalten werden.
Die Steuerung des Betriebs des Hauptumrichters 602 wird durch eine nachstehend beschriebene Pulsdauermodulation (PWM) gesteuert. Wenn PWM durch einen Dreieckssignalverlauf gesteuert wird, wird die Frequenz von 10 kHz an dem Nullphasenabschnitt als Oberschwingung erfasst. Wenn PWM unmittelbar gesteuert wird, werden 5–30 kHz erfasst. Wenn Oberschwingung durch einen Schlitz (slot) gesteuert wird, wird die Spannungsfrequenz von 0–600 Hz an dem Nullphasenabschnitt erfasst. Da diese Dreieck-PWM, die unmittelbare PM (instant PWM) und die Schlitzoberschwingung (slot harmonic) im Hinblick auf die Steuerbarkeit unzureichend sind, ist es schwierig, frei eine gewünschte Spannung aus einem gewünschten Nullphasenabschnitt zu erhalten. Zur Verbesserung der Betriebsfähigkeit ist es notwendig, nach dem Transformator 101 einen Steller (Chopper) bereitzustellen, oder eine Steuerungsschaltung bereitzustellen, um eine konstante Spannung aus dem Nullphasenabschnitt zu erhalten.
Dann wird die an dem Neutralpunkt des Hauptwechselstrommotors 603 durch die Oberschwingung erhaltene Wechselspannung aus dem Transformator 101 entnommen und durch die Gleichrichterschaltung 102 in eine Gleichspannung umgewandelt.
Das heißt, dass die Welligkeitskomponente, die natürlicherweise durch Antrieb des Haupt-Wechselstrommotors 603 auftritt, als zweite Ausgangsleistungsquelle verwendet wird. An dem Neutralpunkt des Hauptwechselstrommotors 603 für die negative Seite (Masse) der Gleichspannungsleistungsquelle bezieht sich bei Änderung eines Spannungsbefehlswerts die Spannung für den geänderten Abschnitt auf die Primärseite des Transformator 101. Da das Verhältnis zwischen der Primärseite und der Sekundärseite des Transformators 101 1 : n beträgt, kann der Transformator 101 die Spannung anheben oder absenken. Die durch den Transformator 101 erhaltene Wechselspannung kann durch die Gleichrichterschaltung 102 gleichgerichtet werden, und kann als Ausgangsleistungsquelle mit anderen Schaltungen, die mit der gleichgerichteten Leistung geladen werden können, wie der Hilfs-Leistungsversorgung 103, dem Gleichstrommotor 104, dem weiteren Sub-Wechselstrommotor 106 usw. verbunden werden.
Somit erzeugt die Steuerungsschaltung durch die PWM ein Rauschen aus einem Hochfrequenzschalt-Signalverlauf. Dies bezieht sich auf eine Oberschwingungsspannung, wobei eine Wechselspannungskomponente an dem Neutralpunkt des Hauptumrichters 602 erfasst wird.
Die Steuerung der Oberschwingungsspannung kann durch Änderung eines Befehlswerts zur Justierung des Steuerungsvorgangs in der Steuerungsschaltung des Hauptumrichters 602 durchgeführt werden.
4 zeigt den Aufbau der Steuerungsschaltung des Hauptumrichters 602, der in der Lage ist, die Nullphasenspannungsfrequenz an dem Neutralpunkt des, Hauptwechselstrommotors 603 zu steuern.
Gemäß 4 gibt ein Dreieckssignalgenerator 301 ein Dreieck- bzw. Dreieckwellen-(Trägerwellen-)Signal zur Bestimmung der Schaltfrequenz jedes Schaltelementes TR1–TR6 des Hauptumrichters 602 aus. Ein Vergleicher 302 vergleicht das Signal (Sinus-Signal) B zum Antrieb des Hauptwechselstrommotors 603 mit dem Signal (Dreiecksignalverlauf) A, das durch den Dreieckgenerator 301 ausgegeben wird, und erzeugt das PWM-Signal, dass ein Schaltsignal jedes Schaltelementes TR1–TR6 ist.
Dann wird zur Steuerung des Pegels der Nullphasenspannungsfrequenz des Neutralpunkts ein Sinus-Signal B für das Steuerungssignal C bereitgestellt, das von einem Befehlswertgenerator 303 ausgegeben wird. Der Befehlswertgenerator 303 überwacht den Batteriespannungswert (12 V) der Hilfs-Leistungsversorgung 103, die Umdrehung eines Motors, den Eingangsstromwert der fahrzeugeigenen Hilfs-Leistungsversorgung usw. durch die mit dem Transformator 101 verbundene Vorrichtung.
Dann wechseln die Richtungen des Stroms abwechselnd, der durch die Primärspule des mit dem Neutralpunkt des Hauptumrichters 602 verbundenen Transformator fließt. Da ein Magnetfeld in der Primärspule des Transformators 101 erzeugt wird, wird eine Wechselspannung proportional zu dem Verhältnis der Wicklung der Primärspule zur Wicklung der Sekundärspule in der Sekundärspule des Transformators 101 erzeugt. Dann wird die in der Sekundärspule des Transformators 101 erzeugte Wechselspannung durch die Gleichrichterschaltung 102 gleichgerichtet, durch die Hilfs-Leistungsversorgung 103 akkumuliert, oder treibt einen anderen Wechselstrommotor 106 an.
Durch Überwachung und Justierung der durch den Befehlswertgenerator 303 erzeugten Befehlsspannung wie vorstehend beschrieben kann die Frequenz zum Antrieb des Hauptwechselstrommotors 603 separat von der Frequenz für den Transformator 101 sein.
Das heißt, dass die Spannungsfrequenz des durch die Steuerungsschaltung gesteuerten Hauptwechselstrommotors 601 beispielsweise durch die folgenden Gleichungen dargestellt werden kann.
Vou = Vsin ωt + V + V1sinω1t (4) Vov = Vsin(ωt – 2/3π) + V + V1sinω1t (5) Vov = Vsin(ωt + 2/3π) + V + V1sinω1t (6)
Dabei gibt "V1 sin ω1 t" den Teil an, der neu mit einem geänderten Spannungswert überlagert wird.
5A zeigt Sinussignalverlauf, wenn die Leistungsversorgungsfrequenz höher als die Nullphasenspannungsfrequenz ist. Das heißt, es ist ein Sinussignalverlauf gezeigt, wenn die Leistungsversorgungswinkelfrequenz ω, die durch V0 = Vsin ωt + V + V1 sin ω1 t repräsentiert ist, größer als die Nullphasenleistungsversorgungswinkelfrequenz ω1 ist.
5B zeigt lediglich eine Nullphasenspannung 401 gemäß 5A.
Wie es in 5B gezeigt ist, erscheint + und – abwechselnd für die Nullphasenspannung 401 mit V0A, bei der es sich um ein Durchschnittspotential an dem Neutralpunkt handelt, das als Referenz eingestellt ist. Das heißt, dass (4), (5) und (6) als Schwebung überlagert sind. Dann kann eine Wechselspannung durch Bereitstellung des Transformators 101 an dem Neutralpunkt des Hauptwechselstrommotors 603 erhalten werden. Wenn ω > ω1 gilt, wird die Nullphasenwinkelfrequenz ω1 der Grund-Leistungsversorgungswinkelfrequenz ω zum Antrieb des Hauptwechselstrommotors 603 überlagert. Daher kann die Nullphasenspannungswinkelfrequenz ω1 höher als die Leistungsversorgungswinkelfrequenz ω eingestellt werden. Wenn ω < ω1 gilt, ist die Nullphasenspannung größer als der Hauptumrichter 602 (die Frequenz ist für den Transformator 101 ausreichend hoch). Daher kann ein kleinerer Transformator 101 verwirklicht werden. Der Transformator 101 kann ebenfalls eine Spannung erzeugen, die größer als die Eingangsspannung VDC der Gleichspannungs-Leistungsversorgung 601 ist.
6A zeigt den Aufbau einer Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Gemäß 6A ist der Aufbau der Gleichspannungs-Leistungsversorgung 601, des Hauptumrichters 602, des Haupt-Wechselstrommotors 603, des Transformators 101, der Gleichrichterschaltung 102 und der Hilfs-Leistungsversorgung 103 derselbe wie der Aufbau der Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß 2A. Der Unterschied gegenüber dem in 2A gezeigten Aufbau besteht darin, dass ein Anschluss des Transformators 101 mit dem Neutralpunkt der Gleichspannungs-Leistungsversorgung 601 verbunden ist. Das heißt, wenn ein Anschluss des Transformators 101 mit dem Punkt auf der halben Potentialdifferenz verbunden ist, ist es möglich, lediglich einen Wechselspannungsanteil, der keinen Gleichspannungsanteil enthält, direkt an die Primärseite des Transformators 101 anzulegen. Das heißt, dass, wie es in 6B gezeigt ist, das Nullphasenpotential an dem Neutralpunkt des Hauptumrichters 602 1/2 VDC über Null beträgt.
Da der Transformator 101 einen konstanten Strom in der Nähe des Ursprungs (mit der größten Neigung) erzeugen kann, wie es durch die Hysteresekurve gemäß 6C angegeben ist (wobei die vertikale Achse B die Flussdichte angibt, und die horizontale Achse H das Magnetfeld angibt), wird die Ausnutzung des Transformators 101 verbessert, wodurch ebenfalls der Wirkungsgrad des Transformators 101 verbessert wird.
Zusätzlich ist in einer Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung der Transformator 101 mit dem Kondensator in Reihe geschaltet.
Somit kann der Gleichstromanteil des Nullphasenstroms abgeschnitten werden, indem ein Anschluss des Transformators 101 mit dem Neutralpunkt des Hauptwechselstrommotors 603 verbunden wird und ein Kondensator in Reihe mit dem Transformator 101 geschaltet wird. Der andere Anschluss des Kondensators kann entweder mit dem Neutralpunkt der Gleichspannungs-Leistungsversorgung 601 verbunden werden, oder kann mit der negativen Seite (Masse) der Gleichspannungs-Leistungsversorgung der Schaltung verbunden werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für die Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung kann anstelle des Transformators 101 ein Kondensator mit dem Neutralpunkt des Hauptwechselstrommotors 603 verbunden werden, um eine Wechselspannung durch die Nullphasenspannungsfrequenz zu erhalten.
Somit kann die Wechselspannung in ähnlicher Weise wie die, die durch Verbinden des vorstehend beschriebenen Transformators 101 erhalten wird, durch Verbinden eines Kondensators mit dem Neutralpunkt des Haupt-Wechselstrommotors 603 erhalten werden.
Weiterhin ist gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel für die Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Kondensator zwischen den Phasen (Zweig U, Zweig V, Zweig W) des Haupt-Wechselstrommotors 603 und dem Neutralpunkt des Wechselstrommotors 603 eingesetzt.
7 zeigt die Schaltung, die durch Einsetzen eines Kondensators zwischen einem Ausgang des Hauptumrichters 602 und dem Neutralpunkt des Hauptwechselstrommotors 603 erhalten wird. Demselben Aufbau wie gemäß den anderen Ausführungsbeispielen sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet, weshalb deren ausführliche Beschreibung entfällt.
In 7 bezeichnet die Bezugszahl 107 einen Überbrückungskondensator zum Umleiten des Ausgangsstroms des Hauptumrichters 602, um den Strom dem Transformator 101 zuzuführen. Ein Anschluss des Überbrückungskondensators 102 ist mit dem Zweig s des Hauptwechselstrommotors 603 verbunden, und der andere Anschluss ist mit dem Transformator 101 verbunden, wodurch der Trägerfrequenzanteil des Hauptwechselstrommotors 603 zu dem Transformator 101 geleitet wird.
8 zeigt den Stromsignalverlauf an dem Neutralpunkt, der erhalten wird, wenn der Überbrückungskondensator 107 zwischen einer Phase des Hauptwechselstrommotors 603 und dem Hauptwechselstrommotor 603 eingesetzt ist. 8A zeigt den Signalverlauf an dem Neutralpunkt, der erhalten wird, wenn kein Überbrückungskondensator 107 eingesetzt ist. 8B zeigt den Stromsignalverlauf an dem Neutralpunkt, der erhalten wird, wenn der Überbrückungskondensator 107 eingesetzt ist.
Iu, Iv und Iw gemäß 8 geben jeweils den Ausgangsstrom der drei Phasen (Zweig U, Zweig V, Zweig W) des Hauptumrichters 602 an, wobei In den Nullphasenstrom an dem Neutralpunkt des Hauptwechselstrommotors 603 angibt.
Die Ströme Iu, Iv und Iw zum Antrieb des Hauptwechselstrommotors 603 gemäß 9 sind durch den Anteil, der proportional zu der Umdrehung des Hauptwechselstrommotors 603 ist, und des Trägerfrequenzanteils des Hauptumrichters 602 gebildet. Dann wird der Trägerfrequenzanteil aus dem Neutralpunkt zu dem Transformator 101 erhalten.
Auf dieser Trägerfrequenz wird der aus dem Neutralpunkt des Hauptwechselstrommotors 603 erhaltene Strom aufgrund der Induktivität des Hauptwechselstrommotors 603 verringert.
Daher kann der Trägerfrequenzanteil des Hauptumrichters 602 zu dem Transformator 101 ohne die Induktivität des Hauptwechselstrommotors 603 geführt werden, indem der Überbrückungskondensator 107 zwischen einer Phase des Hauptwechselstrommotors 603 und dem Transformator 101 geschaltet wird.
Als Ergebnis ist, wie es in 8 gezeigt ist, der Nullphasenstrom (8B) an dem Neutralpunkt, der erhalten wird, wenn der Überbrückungskondensator 107 eingesetzt ist, größer als der Nullphasenstrom (8A) an dem Neutralpunkt, der erhalten wird, wenn kein Überbrückungskondensator 107 eingesetzt ist.
Gemäß 7 ist der Überbrückungskondensator 107 zwischen dem Zweig W in den Zweigen (Zweig U, Zweig V und Zweig W) des Hauptwechselstrommotors 603 und dem Neutralpunkt des Motors eingesetzt, jedoch ist die Einfügungsposition des Überbrückungskondensators 107 nicht eingeschränkt. Der Überbrückungskondensator 107 kann ebenfalls zwischen einer Vielzahl von Zweigen und dem Neutralpunkt eingesetzt werden.
Auf diese Weise kann durch Einsetzen des Überbrückungskondensators 107 zwischen einer Phase des Hauptwechselstrommotors 603 und dem Neutralpunkt des Hauptwechselstrommotors 603 die Hochfrequenzkomponente, die eine Trägerfrequenz ist, die Spule (die Induktivität) des Hauptwechselstrommotors 603 umgehen, und kann zu dem Transformator 101 geführt werden. Ein großer Strom kann durch den Transformator 101 fließen, indem die Kapazität des Überbrückungskondensators 107 derart eingestellt wird, dass die Impedanz bei der Trägerfrequenz des Hauptumrichters 602 verringert werden kann. Somit kann durch Hindurchleiten des Hochfrequenzstroms ein kleinerer Transformator 101 verwirklicht werden.
Da durch die Spule des Hauptwechselstrommotors 603 kein Hochfrequenzanteil fließt, können die Kernverluste des Hauptwechselstrommotors 603 verringert werden.
Die durch den Transformator 101 der Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung erhaltene Sekundärleistung kann ebenfalls mit einer anderen angeschlossenen Schaltung als gemäß den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen verwendet werden.
Weiterhin kann unter Verwendung der durch den Transformator 101 erhaltenen Sekundärleistung ein anderer Wechselstrommotor als der Wechselstrommotor 603 angetrieben werden, wobei ein Transformator mit dem Neutralpunkt des Wechselstrommotors verbunden wird, wodurch eine dritte Leistung erhalten wird. Dadurch kann eine Vielzahl von Wechselstrommotoren seriell unter Verwendung einer Ausgangsleistungsversorgung geschaltet werden.
Wie es vorstehend beschrieben worden ist, wird die durch einen Transformator erhaltene Sekundärleistung zu einer Schaltung wie einer Hilfs-Leistungsversorgung, einem Wechselstrommotor usw. ausgegeben. Jedoch kann die Sekundärleistung ebenfalls zu irgendeinem allgemein bekannten Verbraucher ausgegeben werden.
Bei der Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Transformator mit dem Neutralpunkt eines Wechselstrommotors verbunden, und die an dem Neutralpunkt des Wechselstrommotors erzeugte Nullphasenwechselspannung kann als die Wechselspannung der Sekundärausgangsleistungsversorgung erhalten werden. Daher besteht kein Bedarf nach einem Umrichter, der erforderlich wäre, wenn andere Schaltungen wie eine Hilfs-Leistungsversorgung, ein Motor usw. angeschlossen sind, wodurch erfolgreich eine kleinere Schaltung verwirklicht wird.
Weiterhin kann durch Einsetzen eines Kondensators zwischen dem Neutralpunkt eines Wechselstrommotors und einer Phase des Wechselstrommotors ein Hochfrequenzanteil zu dem Transformator geführt werden, wodurch ein kleinerer Transformator verwirklicht wird.
Zusätzlich wird, da eine Wechselspannung der Sekundärausgangsleistungsversorgung durch Verbindung eines Anschlusses eines Transformators mit dem Neutralpunkt eines Wechselstrommotors erhalten wird, wird der Hauptumrichter oder eine Primärausgangsleistungsversorgung nicht durch Verwendung der sekundären Ausgangsleistungsversorgung beeinträchtigt.
In einer Mehrfachausgang-Leistungsumwandlungsschaltung, die einen Mehrphasen-Wechselstrommotor (603) und eine andere Vorrichtung außer den Mehrphasen-Wechselstrommotor (603) unter Verwendung einer Gleichspannungs-Leistungsversorgung (601) antreibt, ist ein Transformator (101) mit dem Neutralpunkt des Mehrphasen-Wechselstrommotors (603) verbunden, und wird eine Wechselspannung zu einer Nullphasenspannungsfrequenz aus dem Transformator (101) erhalten, und die andere Vorrichtung wird mit der Wechselspannung geladen.

Claims

Mehrfachausgang-Leistungswandlerschaltung, die elektrische Leistung aus einer einzigen Gleichspannungs-Energieversorgung (601) einem Mehrphasen-Wechselstrommotor (603) und einer anderen Vorrichtung (103, 104, 106) zusammen mit dem Mehrphasen-Wechselstrommotor (603) zuführt, gekennzeichnet durch einen Transformator (101), dessen Primärspule mit einem Neutralpunkt des Mehrphasen-Wechselstrommotors (603) verbunden ist, und dessen Sekundärspule mit der anderen Vorrichtung (103, 104, 106) verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrphasen-Wechselstrommotor (603) ein erster Dreiphasen-Wechselstrommotor ist, und die andere Vorrichtung eine Hilfs-Leistungsversorgung (103), ein Gleichstrommotor (104) oder ein zweiter Dreiphasen-Wechselstrommotor (106) ist.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wechselspannung aus dem Transformator (101) durch Ändern eines Befehlswerts gesteuert wird, wenn der Antrieb des Mehrphasen-Wechselstrommotors (603) gesteuert wird.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein anderer Anschluss der Primärspule des Transformators (101) mit einem Abschnitt auf halbem Potential der Gleichspannungs-Leistungsversorgung (601) verbunden ist.
Schaltung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kondensator in Reihe mit dem Transformator (101) geschaltet ist.
Mehrfach-Leistungswandlerschaltung, die elektrische Leistung aus einer einzigen Gleichspannungs-Leistungsversorgung (601) einem Mehrphasen-Wechselstrommotor (603) und einer anderen Vorrichtung (103, 104, 106) zusammen mit dem Mehrphasen-Wechselstrommotor (603) zuführt, gekennzeichnet durch einen Kondensator (107), von dem ein Anschluss mit einem Neutralpunkt des Mehrphasen-Wechselstrommotors (603) und der Primärspule eines Transformators (101) verbunden ist, und von dem ein anderer Anschluss mit einer Stromphase verbunden ist, die den Mehrphasen-Wechselstrommotor (603) antreibt.
Schaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einer Gleichrichterschaltung (102), die den Ausgang des Transformators (101) gleichrichtet und den gleichgerichteten Ausgang der anderen Vorrichtung zuführt.