DE112009002287T5 - Modular multipulse transformer Rectifier for use in multi-level power converters - Google Patents

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Abstract

In einem Ausführungsbeispiel kann ein System mehrere Transformatoren umfassen, die jeder einer Ausgabe an eine oder mehrere Leistungszellen bereitstellen, wobei die Leistungszellen einer Last Wechselstromleistung bereitstellen. Jeder Transformator kann wenigstens eine Primärwicklung und mehrere Sekundärwicklungen aufweisen, wobei die Primärwicklung von jedem Transformator phasenverschoben bezüglich ihrer benachbarten Transformatoren ist, und die Sekundärwicklungen auch phasenverschoben sind. Die Phasenverschiebung der Primärwicklung kann auf der Phasenverschiebung der Sekundärwicklungen und einer Anzahl der mehreren Transformatoren basiert sein.In one embodiment, a system may include a plurality of transformers each providing an output to one or more power cells, wherein the power cells of a load provide AC power. Each transformer may include at least one primary winding and a plurality of secondary windings, the primary winding of each transformer being out of phase with respect to its adjacent transformers, and the secondary windings also being out of phase. The phase shift of the primary winding may be based on the phase shift of the secondary windings and a number of the plurality of transformers.

Description

Hintergrundbackground

Allgemein wird ein Betriebsmittel, das als Leistungsumsetzer, Inverter oder Ansteuerung bezeichnet wird, verwendet, um einem anderen Betriebsmittel, wie einem Motor, Leistung bereitzustellen. Insbesondere wird solch ein Umsetzer (Umsetzer wird hierin allgemein verwendet, um Umsetzer, Inverter und Ansteuerungen zu bezeichnen) mit einem Versorgungsanschluss gekoppelt, so dass er eingehende Leistung, wie eine dreiphasige Wechselstromleistung, empfängt. Der Umsetzer bereitet die Leistung auf, so dass dem Betriebsmittel, dem Leistung zur Verfügung gestellt werden soll, ein aufbereitetes Leistungssignal bereitgestellt wird. Dadurch kann eingehende Leistung für das Betriebsmittel eine verbesserte Effizienz aufweisen, was zu reduzierten Kosten im Betrieb des Betriebsmittels führt.Generally, a resource referred to as a power converter, inverter, or driver is used to provide power to another resource, such as a motor. In particular, such a converter (converter is commonly used herein to refer to converters, inverters, and drivers) is coupled to a supply terminal to receive incoming power, such as three-phase AC power. The converter recycles the power so that a conditioned power signal is provided to the resource to which power is to be provided. As a result, incoming power to the resource may have improved efficiency, resulting in reduced costs in operating the equipment.

Leistungsumsetzer mit mehreren Niveaus haben an Popularität gewonnen, vor allem aufgrund verbesserter Leistungsqualität, geringerer Schaltverluste, besserer elektromagnetischer Verträglichkeit und höherem Spannungsvermögen. Diese Verbesserungen in der Leistungsumsetzung werden durch Verwendung einer Mehrfachspannungsstufenstrategie erreicht. Eine gewöhnliche Invertertopologie mit mehreren Niveaus ist ein Reihen-H-Brückeninverter, in dem mehrere H-Brückeninverter in Reihe geschaltet werden. Da diese Topologie aus Reihen-Leistungsumsetzzellen besteht, können das Spannungs- und das Leistungsniveau leicht bemessen werden.Multi-level power converters have gained popularity mainly due to improved power quality, lower switching losses, better electromagnetic compatibility, and higher voltage capability. These improvements in power conversion are achieved by using a multiple voltage step strategy. A common multi-level inverter topology is a series H-bridge inverter in which multiple H-bridge inverters are connected in series. Because this topology consists of series power conversion cells, the voltage and power levels can be easily scaled.

Allerdings erfordert diese Topologie eine große Anzahl isolierter Gleichstromspannungsquellen, um jede Zelle zu versorgen. Die gewöhnliche Praxis ist, einen Trenntransformator zu verwenden, um einen Gleichrichter einer Leistungszelle zu versorgen. Allerdings enthält der Versorgungsstrom für den Gleichrichter viele harmonische Stromkomponenten, die für ein Betriebsmittel und Leistungssysteme sehr störend sind und elektromagnetische Interferenz (EMI) verursachen.However, this topology requires a large number of isolated DC power sources to power each cell. The common practice is to use an isolation transformer to power a rectifier of a power cell. However, the supply current to the rectifier contains many harmonic current components that are very troublesome to a resource and power systems and cause electromagnetic interference (EMI).

Einige Systeme verwenden einen einstufigen Transformator mit mehreren phasenverschobenen Sekundärwicklungen. Allerdings kann Löschen von Harmonischen in einem einstufigen Transformator nicht optimiert werden. Das Haupthindernis ist dabei der Herstellungsprozess und ein geringerer Freiheitsgrad aufgrund einer geringeren Anzahl an Windungen, was es sehr schwer macht, kleine Phasenverschiebungswinkel zu implementieren, die zur effizienten und optimierten Löschung von Harmonischen erforderlich sind.Some systems use a single stage transformer with multiple phase shifted secondary windings. However, deleting harmonics in a single-stage transformer can not be optimized. The main obstacle is the manufacturing process and a lower degree of freedom due to fewer turns, which makes it very difficult to implement small phase shift angles required for efficient and optimized cancellation of harmonics.

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Nach einem Aspekt ist die vorliegende Erfindung auf ein Mittelspannungsansteuerungssystem gerichtet, das modulare Transformatoren umfasst. Das System kann mehrere Transformatoren umfassen, von denen jeder eine Ausgabe für eine oder mehrere Leistungszellen bereitstellt, wobei die Leistungszellen einer Last Wechselstromleistung zur Verfügung stellen. Jeder Transformator kann wenigstens eine Primärwicklung und mehrere Sekundärwicklungen aufweisen, wobei die Primärwicklung von jedem Transformator bezüglich seiner benachbarten Transformatoren phasenverschoben ist und die Sekundärwicklungen ebenfalls phasenverschoben sind. In einer Implementierung basiert die Phasenverschiebung der Primärwicklung auf der Phasenverschiebung der Sekundärwicklungen und einer Anzahl der mehreren Transformatoren. Zum Beispiel kann es drei modulare Transformatoren geben, und das System wirkt als 54-Impulstransformator. In einigen Implementierungen können zusätzlich zu den phasenverschobenen Transformatoren ein oder mehrere nicht phasenverschobene Transformatoren ebenfalls vorhanden sein, so dass wenigstens einer Leistungszelle eine Ausgabe bereitgestellt wird.In one aspect, the present invention is directed to a medium voltage drive system that includes modular transformers. The system may include a plurality of transformers, each providing an output for one or more power cells, wherein the power cells provide AC power to a load. Each transformer may have at least one primary winding and a plurality of secondary windings, the primary winding of each transformer being phase shifted with respect to its neighboring transformers, and the secondary windings also being out of phase. In one implementation, the phase shift of the primary winding is based on the phase shift of the secondary windings and a number of the plurality of transformers. For example, there may be three modular transformers, and the system acts as a 54-pulse transformer. In some implementations, in addition to the phase-shifted transformers, one or more non-phase-shifted transformers may also be present to provide at least one power cell with an output.

Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist auf ein System mit mehreren modularen Transformatoren gerichtet, von denen jeder wenigstens einen phasenverschobenen Primärsatz von Wicklungen umfasst, um Leistung von einem Versorgungsanschluss zu empfangen, und mehrere Sekundärsätze von Wicklungen umfasst. Zusätzlich umfasst das System Leistungszellen, von denen jede mit einem der Sekundärsätze von Wicklungen von einem der modularen Transformatoren gekoppelt ist. Die Leistungszellen sind so konfiguriert, dass ein erster Teilsatz der Leistungszellen mit einer ersten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist, ein zweiter Teilsatz der Leistungszellen mit einer zweiten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist und ein dritter Teilsatz der Leistungszellen mit einer dritten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist. Jeder modulare Transformator stellt einer ersten Anzahl von Leistungszellen von einem Paar der drei Phasenausgabeleitungen und einer zweiten Anzahl von Leistungszellen von einer letzten der Phasenausgabeleitung eine Ausgabe bereit. Des Weiteren kann irgendeine der Leistungszellen mit irgendeinem der Sekundärsätze von Wicklungen von irgendeinem der modularen Transformatoren gekoppelt werden.Another aspect of the present invention is directed to a system having a plurality of modular transformers, each of which includes at least one out-of-phase primary set of windings for receiving power from a supply terminal and comprising a plurality of secondary sets of windings. In addition, the system includes power cells, each of which is coupled to one of the secondary sets of windings of one of the modular transformers. The power cells are configured such that a first subset of the power cells is coupled to a first phase output line, a second subset of the power cells is coupled to a second phase output line, and a third subset of the power cells is coupled to a third phase output line. Each modular transformer provides output to a first number of power cells of a pair of the three phase output lines and a second number of power cells of a last one of the phase output lines. Furthermore, any of the power cells may be coupled to any of the secondary sets of windings of any of the modular transformers.

In einer Implementierung stellt jeder Transformator der ersten Anzahl von Leistungszellen von einem anderen Paar der drei Phasenausgabeleitungen die Ausgabe bereit. Zum Beispiel kann ein erster modularer Transformator einer ersten Leistungszelle der ersten und zweiten Phasenausgabeleitung und zwei Leistungszellen der dritten Phasenausgabeleitung Ausgaben bereitstellen.In one implementation, each transformer provides the output to the first number of power cells from another pair of the three phase output lines. For example, a first modular transformer of a first power cell of the first and second phase output lines and provide two power cells of the third phase output line outputs.

Noch ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung richtet sich auf ein System mit mehreren Transformatoren, von denen jeder wenigstens einer Leistungszelle, die mit wenigstens einer Phasenausgabeleitung gekoppelt ist und konfiguriert ist, einer Last Wechselstromleistung bereitzustellen, eine Ausgabe bereitstellt. Jeder Transformator kann wenigstens eine Primärwicklung und mehrere Sekundärwicklungen umfassen, wobei die Primärwicklung von jedem Transformator bezüglich seiner benachbarten Transformatoren phasenverschoben ist, und die Sekundärwicklungen phasenverschoben bezüglich der anderen Sekundärwicklungen des entsprechenden Transformators sind. Zusätzlich umfasst das System des Weiteren einen nicht phasenverschobenen Transformator, der wenigstens einer zweiten Leistungszelle eine Ausgabe bereitstellt. Solche zweite(n) Leistungszelle(n) können so konfiguriert sein, dass sie teilweise Regenerationen von der Last durchführen. Zu diesem Zweck umfassen die zweite(n) Leistungszelle(n) einen aktiven Eingang, der mit einer Ausgabe seiner entsprechenden Sekundärwicklung(en) gekoppelt ist. Ein Steuerelement kann mit wenigstens der (den) zweiten Leistungszelle(n) gekoppelt sein, um Schalten des aktiven Eingangs zu steuern.Yet another aspect of the present invention is directed to a system having multiple transformers, each of which provides an output for at least one power cell coupled to at least one phase output line and configured to provide AC power to a load. Each transformer may include at least one primary winding and a plurality of secondary windings, the primary winding of each transformer being phase shifted with respect to its adjacent transformers, and the secondary windings being out of phase with the other secondary windings of the corresponding transformer. In addition, the system further includes a non-phase-shifted transformer that provides output to at least a second power cell. Such second power cell (s) may be configured to partially regenerate the load. For this purpose, the second power cell (s) include an active input coupled to an output of its corresponding secondary winding (s). A controller may be coupled to at least one of the second power cell (s) to control switching of the active input.

Nach einem Aspekt richtet sich die vorliegende Erfindung auf ein Ansteuerungssystem, das modulare Transformatoren umfasst. Das System kann mehrere modulare Transformatoren umfassen, von denen jeder eine phasenverschobene Primärwicklung umfasst, die mit einer Eingabeleistungsquelle gekoppelt ist, und phasenverschobene Sekundärwicklungen, von denen jede mit einer Leistungszelle verbunden ist. Das System umfasst des weiteren verschiedene Phasenausgabeleitungen, die mit einer Last gekoppelt sind. Diese Leitungen können eine erste, eine zweite und eine dritte Phasenausgabeleitung umfassen. Die erste Phasenausgabeleitung kann wenigstens Leistungszellen ersten und zweiten Niveaus aufweisen, wobei ein erster der modularen Transformatoren eine erste Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen umfasst, die mit den Leistungszellen ersten Niveaus gekoppelt sind, und eine zweite Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweisen, die mit der Leistungszelle zweiten Niveaus gekoppelt sind. Gleichermaßen kann die zweite Phasenausgabeleitung wenigstens Leistungszellen ersten und zweiten Niveaus aufweisen, wobei ein zweiter der modularen Transformatoren eine erste Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle ersten Niveaus gekoppelt sind, und eine zweite Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle zweiten Niveaus gekoppelt sind. Die dritte Phasenausgabeleitung kann wiederum wenigstens Leistungszellen ersten und zweiten Niveaus aufweisen, wobei ein dritter der modularen Transformatoren eine erste Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle ersten Niveaus gekoppelt sind, und eine zweite Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle zweiten Niveaus gekoppelt sind.In one aspect, the present invention is directed to a drive system that includes modular transformers. The system may include a plurality of modular transformers, each including a phase-shifted primary winding coupled to an input power source, and phase-shifted secondary windings, each of which is connected to a power cell. The system further includes various phase output lines coupled to a load. These lines may include first, second and third phase output lines. The first phase output line may include at least first and second level power cells, wherein a first of the modular transformers includes a first plurality of the phase shifted secondary windings coupled to the first level power cells and a second plurality of the phase shifted secondary windings connected to the second level power cell are coupled. Likewise, the second phase output line may include at least first and second level power cells, a second one of the modular transformers having a first plurality of the phase shifted secondary windings coupled to the first level power cell and a second plurality of the second phase shifted windings second to the power cell Levels are coupled. The third phase output line may in turn comprise at least first and second level power cells, a third of the modular transformers having a first plurality of the phase shifted secondary windings coupled to the first level power cell and a second plurality of the phase shifted secondary windings second to the power cell Levels are coupled.

In einigen Implementierungen kann die erste Phasenausgabeleitung eine Leistungszelle dritten Niveaus aufweisen, wobei wenigstens eine der phasenverschobenen Sekundärwicklungen des ersten modularen Transformators mit der Leistungszelle dritten Niveaus gekoppelt ist. Die Leistungszellen verschiedener Niveaus können von verschiedenen Spannungen sein, wobei die Leistungszelle ersten Niveaus von einer höheren Spannungen ist als die Leistungszelle zweiten Niveaus und die Leistungszelle zweiten Niveaus von einer höheren Spannung ist als die Leistungszelle dritten Niveaus. Jeder modulare Transformator kann vom gleichen Ausgabeniveau sein.In some implementations, the first phase output line may include a third level power cell, wherein at least one of the phase shifted secondary windings of the first modular transformer is coupled to the third level power cell. The power cells of different levels may be of different voltages, wherein the power cell is first level of a higher voltage than the second level power cell and the second level power cell is of a higher voltage than the third level power cell. Each modular transformer can be of the same level of expenditure.

Gemäß eines weiteren Aspekts umfasst die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung mit mehreren modularen Transformatoren, von denen jeder wenigstens einen phasenverschobenen Primärsatz von Wicklungen umfasst, um Leistung von einem Versorgungsanschluss zu empfangen, und mehrere Sekundärsätze von Wicklungen umfasst. Zusätzlich kann es Leistungszellen mehrerer Niveaus geben, wobei die Leistungszellen ersten Niveaus jeweils mit einer ersten Mehrzahl der Sekundärsätze von Wicklungen von wenigstens zwei der modularen Transformatoren gekoppelt sind, und die Leistungszellen zweiten Niveaus jeweils mit einer zweiten Mehrzahl der Sekundärsätze von Wicklungen von wenigstens zweien der modularen Transformatoren gekoppelt sind. In einigen Implementierungen kann irgendeine der Leistungszellen ersten Niveaus und der Leistungszellen zweiten Niveaus mit irgendeinem der Sekundärsätze von Wicklungen von irgendeinem der modularen Transformatoren gekoppelt sein.In another aspect, the present invention includes a device having a plurality of modular transformers, each of which includes at least one out-of-phase primary set of windings to receive power from a supply port, and a plurality of secondary sets of windings. In addition, there may be power cells of multiple levels, the first level power cells each coupled to a first plurality of secondary sets of windings of at least two of the modular transformers, and the second level power cells each having a second plurality of secondary sets of windings of at least two of the modular ones Transformers are coupled. In some implementations, any of the first level and second level power cells may be coupled to any one of the secondary sets of windings of any one of the modular transformers.

Gemäß eines noch weiteren Aspekts umfasst ein System mehrere modulare Transformatoren. Ein erster modularer Transformator umfasst wenigstens eine phasenverschobene Primärwicklung, um mit einer Versorgung gekoppelt zu sein, und phasenverschobene Sekundärwicklungen, jede um mit einer Leistungszelle dritten Niveaus zu koppeln. Mehrere zweite modulare Transformatoren umfassen jeweils wenigstens eine phasenverschobene Primärwicklung, um mit der Versorgung zu koppeln, und phasenverschobene Sekundärwicklungen, jede um mit einer Leistungszelle zweiten Niveaus zu koppeln. Mehrere der phasenverschobenen Sekundärwicklungen der zweiten modularen Transformatoren sollen mit der gleichen Leistungszelle zweiten Niveaus koppeln. Mehrere dritte modulare Transformatoren umfassen jeweils wenigstens eine phasenverschobene Primärwicklung, die mit der Versorgung gekoppelt ist, und phasenverschobene Sekundärwicklungen, jede um mit einer Leistungszelle ersten Niveaus zu koppeln. Das System kann so umgesetzt werden, dass mehrere phasenverschobene Sekundärwicklungen der dritten modularen Transformatoren mit der gleichen Leistungszelle ersten Niveaus gekoppelt sind. Des Weiteren sollen mehr der Sekundärwicklungen des dritten Transformators mit der gleichen Leistungszelle ersten Niveaus koppeln, als phasenverschobene Sekundärwicklungen des zweiten Transformators, die mit der gleichen Leistungszelle zweiten Niveaus gekoppelt sind.In yet another aspect, a system includes a plurality of modular transformers. A first modular transformer includes at least one phase-shifted primary winding to be coupled to a supply and phase-shifted secondary windings, each for coupling to a third-level power cell. A plurality of second modular transformers each include at least one phase-shifted primary winding for coupling to the supply and phase-shifted secondary windings each for coupling to a second level power cell. Several of the phase-shifted secondary windings of the second modular transformers are intended to be connected to the same second-level power cell couple. A plurality of third modular transformers each include at least one phase-shifted primary winding coupled to the supply and phase-shifted secondary windings each for coupling to a first level power cell. The system may be implemented such that a plurality of phase-shifted secondary windings of the third modular transformers are coupled to the same first-level power cell. Further, more of the secondary windings of the third transformer are to couple to the same first level power cell than second transformer phase shifted secondary windings coupled to the same second level power cell.

Kurzbeschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 ist ein Blockdiagramm eines Leistungsumsetzers in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 1 FIG. 10 is a block diagram of a power converter in accordance with one embodiment of the present invention. FIG.

2 ist ein Blockdiagramm eines Leistungsumsetzers in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 2 FIG. 12 is a block diagram of a power converter in accordance with another embodiment of the present invention. FIG.

3 ist ein Blockdiagramm eines Leistungsumsetzers in Übereinstimmung mit noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 3 FIG. 10 is a block diagram of a power converter in accordance with yet another embodiment of the present invention. FIG.

4 ist ein Blockdiagramm von einem noch weiteren Ausführungsbeispiel eines Leistungsumsetzers. 4 FIG. 12 is a block diagram of yet another embodiment of a power converter. FIG.

5 ist ein Blockdiagramm eines asymmetrischen Leistungsumsetzers in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 5 FIG. 12 is a block diagram of an asymmetric power converter in accordance with one embodiment of the present invention. FIG.

5A ist ein Blockdiagramm einer alternierenden Implementierung eines asymmetrischen Leistungsumsetzers in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 5A FIG. 12 is a block diagram of an alternate implementation of an asymmetric power converter in accordance with one embodiment of the present invention. FIG.

6 ist ein Blockdiagramm eines asymmetrischen Leistungsumsetzers in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6 FIG. 12 is a block diagram of an asymmetric power converter in accordance with another embodiment of the present invention. FIG.

6A ist ein Blockdiagramm einer alternierenden Implementierung eines asymmetrischen Leistungsumsetzers in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 6A Figure 4 is a block diagram of an alternate implementation of an asymmetric power converter in accordance with another embodiment of the present invention.

7 ist eine graphische Darstellung simulierter primärer und sekundärer Ausgabeströme für den modularen Transformator von 1. 7 FIG. 12 is a graphical representation of simulated primary and secondary output currents for the modular transformer of FIG 1 ,

8 ist eine graphische Darstellung eines simulierten Eingangsstroms von einem Versorgungsanschluss des modularen Transformators. 8th FIG. 12 is a graphical representation of a simulated input current from a supply terminal of the modular transformer. FIG.

9 ist ein Blockdiagramm eines Inverters in Übereinstimmung mit noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. 9 FIG. 10 is a block diagram of an inverter in accordance with still another embodiment of the present invention.

Detaillierte BeschreibungDetailed description

Ausführungsbeispiele können modulare Transformatoren mit mehreren phasenverschobenen Wicklungen bereitstellen, so dass sie die höchste Leistungsqualität an einem Versorgungsanschluss erreichen, während sie Skalierbarkeit und Modularität für verschiedene Invertertopologien bereitstellen, so wie ein Reihen-H-Brückeninverter. Insbesondere können in verschiedenen Implementierungen sowohl eine Primärwicklung als auch Sekundärwicklungen von jedem modularen Transformator phasenverschoben sein. Besondere Implementierungen einer solchen Phasenverschiebung werden weiter unten diskutiert. Es hat also jeder modulare Transformator eine Primärwicklung, die wenigstens bezüglich seiner benachbarten Transformatoren phasenverschoben ist.Embodiments may provide modular transformers having multiple phase shifted windings to achieve the highest power quality at a supply terminal while providing scalability and modularity for various inverter topologies, such as a series H-bridge inverter. In particular, in various implementations, both a primary winding and secondary windings of each modular transformer may be out of phase. Particular implementations of such a phase shift are discussed below. Thus, each modular transformer has a primary winding which is at least phase shifted with respect to its neighboring transformers.

Durch Bereitstellen von modularer Transformatortechnologie mit angemessener Phasenverschiebung sowohl in sekundären Wicklungen als auch primären Wicklungen können die problematischsten Harmonischen auf der Versorgungsseite des Mehrstufeninverters eliminiert werden. Des weiteren kann durch Bereitstellen von modularen Transformatorkonfigurationen die Notwendigkeit für einen einzigen großen Transformator, der schwierig herzustellen, zu installieren und zu verpacken sein kann, eliminiert werden.By providing modular transformer technology with adequate phase shifting in both secondary windings and primary windings, the most problematic harmonics on the supply side of the multistage inverter can be eliminated. Furthermore, by providing modular transformer configurations, the need for a single large transformer, which may be difficult to manufacture, install, and package, can be eliminated.

In verschiedenen Implementierungen hat jeder Transformator wenigstens einen Satz Primärwicklungen und einen Satz Sekundärwicklungen, wobei sich jeder Satz auf Mehrphasenwicklungen bezieht (z. B. Dreiphasenwicklungen). Wie hierin verwendet, kann eine Wicklung einen Satz von Wicklungen bezeichnen (z. B. einen Satz Sekundärwicklungen, der mit einer Dreiphasenleistungszelle gekoppelt ist). Sowohl Primär- als auch Sekundärwicklungen können zur optimalen Löschung von Harmonischen phasenverschoben sein. Der Grad der Phasenverschiebung von sekundären und primären Wicklungen kann gemäß den folgenden Gleichungen berechnet werden:

Figure 00070001
wobei NT die Anzahl der Transformatormodule ist; Ndc die Anzahl der isolierten Gleichstromquellen ist; NS eine Integer-Anzahl der Anzahl von Sekundärwicklungen in jedem Transformator ist; Nph die Anzahl von Phasen einer Versorgung ist; αsec die Sekundärwicklungenphasenverschiebung in jedem Modul ist; und αprim die Primärwicklungsphasenverschiebung in jedem Modul ist.In various implementations, each transformer has at least one set of primary windings and a set of secondary windings, each set relating to polyphase windings (eg, three phase windings). As used herein, a winding may designate a set of windings (eg, a set of secondary windings coupled to a three-phase power cell). Both primary and secondary windings may be out of phase for optimal cancellation of harmonics. The degree of phase shift of secondary and primary windings can be calculated according to the following equations:
Figure 00070001
where N T is the number of transformer modules; N dc is the number of isolated DC sources; N S is an integer number of the number of secondary windings in each transformer; N ph is the number of phases of a supply; α sec is the secondary winding phase shift in each module; and α prim is the primary winding phase shift in each module.

Wenn beispielsweise die Anzahl von benötigten isolierten Gleichstromquellen Ndc = 9 ist, mit NT = 3 Transformatormodulen (und eine Dreiphasenversorgung angenommen), kann die Phasenverschiebung zwischen Sekundärwicklungen jeden Transformators berechnet werden als: NS = 9/3 = 3; und αsec = 360/18 = 20°. Die Primärwicklungsphasenverschiebung (zwischen jedem Transformator) kann wiederum berechnet werden als: αprim = 20/3 = 6,7°.For example, if the number of DC isolated power sources needed is N dc = 9, with N T = 3 transformer modules (and assuming a three-phase supply), the phase shift between secondary windings of each transformer can be calculated as: N S = 9/3 = 3; and α sec = 360/18 = 20 °. The primary winding phase shift (between each transformer) can in turn be calculated as: α prim = 20/3 = 6.7 °.

Jetzt Bezug nehmend auf 1 wird ein Blockdiagramm eines Leistungsumsetzers in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in 1 gezeigt, umfasst System 100 mehrere modulare Transformatoren 110a110c (allgemein Transformator 110). Wie gezeigt, ist jeder Transformator 110 mit einem Versorgungsanschluss U gekoppelt, der den Transformatoren Dreiphasenleistungen bereitstellt. Jeder Transformator 110 umfasst wiederum eine Primärwicklung 112p und mehrere Sekundärwicklungen 112s (beachten Sie, dass zur Erleichterung der Darstellung solche Referenzziffern nur für den ersten Transformator 110a angezeigt werden).Now referring to 1 Referring now to the drawings, there is shown a block diagram of a power converter in accordance with one embodiment of the present invention. As in 1 shown includes system 100 several modular transformers 110a - 110c (generally transformer 110 ). As shown, every transformer is 110 coupled to a supply terminal U, which provides three-phase power to the transformers. Every transformer 110 again comprises a primary winding 112p and several secondary windings 112s (Note that for ease of illustration, such reference numbers apply only to the first transformer 110a are displayed).

Bei jedem Primärtransformator 110 ist seine Primärspule 112p phasenverschoben bezüglich seiner benachbarten Transformatoren. In der gezeigten besonderen Implementierung ist beim ersten Transformator 110a die Primärwicklung 112p bei einer Phasenverschiebung von –6,7°, beim zweiten Transformator 110p ist die Primärwicklung bei 112p bei 0° und beim dritten Transformator 110c ist die Primärwicklung 112p bei einer Phasenverschiebung von +6,7°. Die Phasenverschiebungen für diese Konfiguration können unter Verwendung der Gleichungen 1–3 von oben erhalten werden. Daher, bei einer gegebenen bestimmten Anzahl von Gleichstromquellen (d. h. Leistungszellen) und einer gegebenen Anzahl von Transformatoren NT und Versorgungsphasen kann die Phasenverschiebung der primären und sekundären Spule bestimmt werden.For each primary transformer 110 is its primary coil 112p out of phase with respect to its neighboring transformers. In the particular implementation shown is at the first transformer 110a the primary winding 112p at a phase shift of -6.7 °, at the second transformer 110p is the primary winding at 112p at 0 ° and the third transformer 110c is the primary winding 112p at a phase shift of + 6.7 °. The phase shifts for this configuration can be obtained using equations 1-3 above. Therefore, given a given number of DC sources (ie, power cells) and a given number of transformers N T and supply phases, the phase shift of the primary and secondary coils can be determined.

Wie des Weiteren in 1 gezeigt, umfasst jeder Transformator 110 mehrere Sekundärwicklungen 112s, die auch phasenverschoben sind. In der Implementierung, die in 1 gezeigt ist, ist jede der Sekundärwicklungen um 20° phasenverschoben.As further in 1 shown, each transformer includes 110 several secondary windings 112s which are also out of phase. In the implementation, which in 1 is shown, each of the secondary windings is phase shifted by 20 °.

Die Ausgabe jeder der Sekundärwicklungen 112s stellen somit Dreiphasenwechselstromleistung für eine entsprechende Leistungszelle 120a1120c3 bereit. Beachten Sie, dass Leistungszellen 120a1120a3 als eine Phasenausgabeleitung P1 in Reihe gekoppelt sind, die einem Motor 130 Leistung einer ersten Phase bereitstellt. Gleichermaßen stellen Leistungszellen 120b1120b3 ihrer Phasenausgabeleitung P2, die mit Motor 130 gekoppelt ist, Leistung einer zweiten Phase bereit. Leistungszellen 120c1120c3 stellen ihrer Phasenausgabeleitung P3, die mit Motor 130 gekoppelt ist, wiederum Leistung einer dritten Phase bereit.The output of each of the secondary windings 112s thus provide three-phase AC power for a corresponding power cell 120a1 - 120c3 ready. Note that power cells 120a1 - 120a3 are coupled in series as a phase output line P1, which is a motor 130 Provides a first phase performance. Likewise, power cells provide 120b1 - 120b3 its phase output line P2, with motor 130 coupled, performance of a second phase ready. performance cells 120c1 - 120c3 put their phase output cable P3 with motor 130 coupled, in turn, power of a third phase ready.

Die modularen Transformatoren können unter Verwendung von Transformatorherstellungstechniken hergestellt werden und verschiedene Arten von Wicklungsgestaltungen sowohl für Primär- als auch für Sekundärwicklungen implementieren. In der in 1 gezeigten Implementierung umfassen die Primärwicklungen sowohl erweiterte Delta-Konfigurationen als auch eine Standard-Delta-Konfiguration. Allerdings kann die Verwendung von Primär- und Sekundärwicklungen frei gewählt werden. In verschiedenen Implementierungen kann eine gewünschte Phasenverschiebung durch Verändern der Geometrie der Wicklung realisiert werden, zum Beispiel durch Einstellen der Anzahl von Windungen von einer oder mehr Spulen des Transformators oder der Abgriffe bezüglich anderer Spulen. Durch Steuerung der Anzahl von Windungen von Spulen und eines Verbindungsverfahrens dafür kann eine gegebene Phasenverschiebung realisiert werden. Wie in der Implementierung von 1 gezeigt, können Sekundärwicklungen Standard-Delta-Konfigurationen wie auch Polygonkonfigurationen umfassen, wobei wiederum durch Verändern der Größe und/oder der Windungen von einer oder mehr Spulen verschiedene Phasenverschiebungen erhalten werden können. Natürlich können andere Konfigurationen oder Verbindungen verwendet werden, um eine gewünschte Phasenverschiebung in verschiedenen Implementierungen zu realisieren. Durch eine Phasenverschiebung in den Primärwicklungen wie auch in den Sekundärwicklungen von Transformatormodulen kann der Herstellungsprozess vereinfacht werden, da Realisieren von kleinen Phasenwinkeln (z. B. 4° für einen 90-Impulstransformator, um 15 Leistungszellen zu versorgen) in Sekundärwicklungen nicht benötigt wird. Das Haupthindernis um eine Phasenverschiebung in Sekundärwicklungen zu implementieren ist, die kleinere Anzahl von Windungen in Sekundärwicklungen (LV-Seite) relativ zu Primärwicklungen (HV-Seite). Die geringere Anzahl von Windungen in Sekundärwicklungen gibt weniger Freiheit kleinere Phasenverschiebungswinkel zu realisieren.The modular transformers can be manufactured using transformer manufacturing techniques and implement various types of winding designs for both primary and secondary windings. In the in 1 As shown, the primary windings include both extended delta configurations and a standard delta configuration. However, the use of primary and secondary windings can be freely selected. In various implementations, a desired phase shift may be realized by changing the geometry of the winding, for example by adjusting the number of turns of one or more coils of the transformer or the taps with respect to other coils. By controlling the number of turns of coils and a connection method therefor, a given phase shift can be realized. As in the implementation of 1 Secondary windings may include standard delta configurations as well as polygon configurations, again, by varying the size and / or turns of one or more coils, different phase shifts may be obtained. Of course, other configurations or connections may be used to realize a desired phase shift in various implementations. By phase shifting in the primary windings as well as in the secondary windings of transformer modules, the manufacturing process can be simplified by implementing small phase angles (eg 4 ° for a 90-pulse transformer, 15 power cells to supply) in secondary windings is not needed. The main obstacle to implementing a phase shift in secondary windings is the smaller number of turns in secondary windings (LV side) relative to primary windings (HV side). The smaller number of turns in secondary windings gives less freedom to realize smaller phase shift angles.

In verschiedenen Implementierungen versorgt jeder modulare Transformator isoliert Dreiphasenleistung an eine oder mehrere Leistungszellen der gleichen Spannung von jeder Phasenausgabeleitung. Durch Trennen eines Transformators in modulare Einheiten ergibt sich mehr Oberfläche für den Kern und er kann Hitze effektiver ableiten. Des Weiteren kann jedes modulare Kernvolumen in der Größe reduziert sein, da das Wicklungsfenster nur eine oder eine kleine Anzahl von Sekundärwicklungen pro Ausgabephase aufnehmen muss. Zudem wird die Verwendung Von modularen Transformatoren der Unterbringung des Inverters zugute kommen. Allerdings kann die Querschnittsfläche des Kerns im Wesentlichen die gleiche sein wie in einer Implementierung mit einem einzelnen Transformator, um eine gleiche Flussdichte zu gewährleisten. Auch können die sekundären Kupferwicklungen die gleiche Drahtdicke aufweisen, da die Stromdichte konstant bleibt. Während also der mittlere Flusspfad für einen modularen Kern kürzer sein kann, wird das kombinierte Volumen zwischen allen modularen Kernen größer sein als das Volumen eines einzelnen Transformators.In various implementations, each modular transformer provides isolated three-phase power to one or more power cells of the same voltage from each phase output line. By separating a transformer into modular units, there is more surface area for the core and it can dissipate heat more effectively. Furthermore, each modular core volume may be reduced in size since the winding window must accommodate only one or a small number of secondary windings per output phase. In addition, the use of modular transformers will benefit the placement of the inverter. However, the cross-sectional area of the core may be substantially the same as in a single transformer implementation to ensure equal flux density. Also, the secondary copper windings may have the same wire thickness because the current density remains constant. Thus, while the average flux path for a modular core may be shorter, the combined volume between all modular cores will be greater than the volume of a single transformer.

Der modulare Ansatz gestattet, eine einzelne Transformatoreinheit über einen großen Spannungs- und Leistungsbereich zu verwenden. Durch Erhöhen einer Anzahl von modularen Einheiten ist ein Umsetzer in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zu höherer Spannung und Leistung mit geringerer harmonischer Verzerrung in der Lage. Modulare Einheiten können leicht entfernt werden, um Kosten zu reduzieren und effizient niedrigere Spannungen unterzubringen. Im Gegensatz dazu müsste ein konventioneller Transformator für andere Raten vollständig neu entworfen werden. Indem stattdessen ein modularer Transformator bereitgestellt wird, können mehr Anbieter in der Lage sein, so einen kleineren Transformator herzustellen.The modular approach allows a single transformer unit to be used over a wide voltage and power range. By increasing a number of modular units, a converter in accordance with one embodiment of the present invention is capable of higher voltage and lower harmonic distortion performance. Modular units can be easily removed to reduce costs and efficiently accommodate lower voltages. In contrast, a conventional transformer would have to be completely redesigned for other rates. By providing a modular transformer instead, more suppliers may be able to make such a smaller transformer.

Modulare Transformatoren in Übereinstimmung mit einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung können eine Vielfalt von Vorteilen bereitstellen, einschließlich besserer Löschung von Harmonischen und Zuverlässigkeit. Bezüglich der Vorteile der Löschung von Harmonischen, können diese modularen Transformatoren bessere Leistungsqualität in der Versorgung bereitstellen, da durch die Phasenverschiebung der Primärseite und der Sekundärseite eine N-Impulsausgabe erhalten werden kann, die eine harmonische Verzerrung im Versorgungsstrom aufweist, die geringer ist als die Anforderungen des Standards IEEE 519 . Solche harmonische Niveaus übersteigen bei weitem das mit einem einzigen Transformator mögliche, da die mechanischen Toleranzen an den vorsichtigen Phasenwinkeln, die für so ein System benötigt werden, höhere harmonische Verzerrung verursachen. Des Weiteren können die modularen Transformatoren insgesamt ein gemeinsames Spannungs- und Stromniveau aufweisen, um so Harmonische aufgrund des Abgleichs der Ausgaben zu löschen.Modular transformers in accordance with one embodiment of the present invention can provide a variety of advantages, including better cancellation of harmonics and reliability. With respect to the benefits of harmonic cancellation, these modular transformers can provide better power quality in the supply because the phase shift of the primary and secondary can provide an N-pulse output that has a harmonic distortion in the supply current that is less than the requirements of Standards IEEE 519 , Such harmonic levels far exceed those possible with a single transformer because the mechanical tolerances at the careful phase angles required for such a system cause higher harmonic distortion. Furthermore, the modular transformers as a whole may have a common voltage and current level so as to cancel harmonics due to matching the outputs.

Des Weiteren können modulare Transformatoren Fortschritte in der Zuverlässigkeit bereitstellen, da verschiedene Bedenken, die einem einzigen Transformator innewohnen, durch Bereitstellen von vielen kleineren modularen Transformatoren vermieden werden können. Zum Beispiel können Bedenken bezüglich Kurzschlüssen von Wicklung zu Wicklung reduziert werden, indem die mehreren Sekundärseiten in verschiedenen modularen Transformatoren isoliert werden. Des Weiteren können thermische Effekte entfernt werden, so wie ein Skineffekt, der verursacht wird, in dem andere Wicklungen über inneren Wicklungen konfiguriert werden. Des Weiteren kann durch Bereitstellen kleinerer getrennter modularer Transformatoren eine Lawine von Fehlern vermieden werden. Des Weiteren können, indem viele Transformatoren vorhanden sind, im Falle eines Fehlers von einem Transformator die verbleibenden Transformatoren einen weiteren Systembetrieb gestatten, trotz eines möglicherweise niedrigeren Leistungsniveaus. Ausführungsbeispiele können des Weiteren verschiedene Bypass- oder Umschaltmechanismen umfassen, um so eine dynamische Entfernung von einem oder mehr Transformatoren im Falle eines Fehlers zu ermöglichen. Außerdem werden durch modulare Transformatoren im Vergleich zu einem einzelnen Transformator mit vielen Sekundärseiten Leckflüsse reduziert. Kleinerer Leckfluss bedingt eine bessere Verwendung von Eisen und geringere Kernverluste.Furthermore, modular transformers can provide advances in reliability as various concerns inherent in a single transformer can be avoided by providing many smaller modular transformers. For example, concerns about short circuits from winding to winding can be reduced by isolating the multiple secondary sides in different modular transformers. Furthermore, thermal effects can be removed, such as a skin effect caused by configuring other windings over inner windings. Furthermore, by providing smaller separate modular transformers, avalanche of errors can be avoided. Further, by having multiple transformers in place, in the event of a fault from a transformer, the remaining transformers may permit further system operation despite a potentially lower power level. Embodiments may further include various bypass or switching mechanisms so as to enable dynamic removal of one or more transformers in the event of a fault. In addition, modular transformers reduce leakage in comparison to a single transformer with many secondary sides. Smaller leakage causes better use of iron and lower core losses.

Wie in 1 gezeigt, hat jeder Transformator 110 eine Dreiphaseneingabe mit isolierten Dreiphasensekundärausgaben. Primärwicklungen 112p von jedem Transformator können Abgriffe aufweisen, die eine Phasenrotation bezüglich anderer modularer Transformatoren 110 ermöglichen. So eine Phasenrotation kann mit Gleichung 3 von oben übereinstimmen. Das Windungsverhältnis zwischen Primärseite und Sekundärseite kann einzeln für das gewünschte Ausgabespannungsniveau ausgewählt werden. In Implementierungen für eine asymmetrische Konfiguration kann sich das Windungsverhältnis für einen oder mehrere der Transformatoren unterscheiden, um verschiedene Ausgabespannungen unterzubringen.As in 1 shown, every transformer has 110 a three-phase input with isolated three phase secondary output. primaries 112p Each transformer may have taps that phase-rotate relative to other modular transformers 110 enable. Such a phase rotation can match equation 3 from above. The turns ratio between the primary side and the secondary side can be individually selected for the desired output voltage level. In asymmetric configuration implementations, the turns ratio for one or more of the transformers may differ to accommodate different output voltages.

1 zeigt auch ein Verfahren zur Implementierung von einer der Leistungszellen 120. Beachten Sie, dass jede dieser Leistungszellen mit der gleichen Topologie ausgebildet werden kann. Insbesondere kann eine Leistungszelle 120 so gekoppelt werden, dass sie eingehende Leistung von einem gegebenen modularen Transformator empfängt, der über einen Gleichrichter 130 gleichgerichtet ist, der aus einer parallelen Implementierung von Dioden ausgebildet werden kann. Mit Gleichrichter 130 ist eine Leistungsspeichereinheit 140 gekoppelt, die einen oder mehr Speicherkondensatoren umfassen kann. Eine Schaltstufe 150 wiederum, die auch eine sogenannte H-Brückenimplementierung sein kann, kann mehrere Schaltelement Q1–Q4 umfassen, die die Form eines Leistungstransistors annehmen können, so wie Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (IGBTs). Schalttransistoren können durch parallel gekoppelte Gegendioden D1–D4 geschützt sein. Schalten von Schaltelementen Q1–Q4 kann gemäß eines lokalen Zellensteuerelements 160 implementiert werden, welches wiederum Steuersignale über eine phasenoptische Schnittstelle 170 von einem Systemsteuerelement empfangen kann. Während sie mit dieser besonderen Implementierung in dem Ausführungsbeispiel von 1 gezeigt ist, ist der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht diesbezüglich beschränkt. 1 also shows a method for implementing one of the power cells 120 , Note that each of these power cells can be formed with the same topology. In particular, a power cell 120 be coupled to receive incoming power from a given modular transformer connected via a rectifier 130 rectified, which can be formed from a parallel implementation of diodes. With rectifier 130 is a power storage unit 140 coupled, which may include one or more storage capacitors. A switching stage 150 again, which may also be a so-called H-bridge implementation, may include a plurality of switching elements Q1-Q4, which may take the form of a power transistor, such as insulated gate bipolar transistors (IGBTs). Switching transistors can be protected by parallel-coupled counter diodes D1-D4. Switching of switching elements Q1-Q4 may be according to a local cell control 160 be implemented, which in turn control signals via a phase-optical interface 170 from a system control. While using this particular implementation in the embodiment of 1 is shown, the scope of the present invention is not limited in this respect.

In dem Beispiel von 1 ist jeder Modultransformator ein 18-Impulstransformator. Allerdings, durch Anlegen der Phasenverschiebung in der Primärwicklung des modularen Transformators, wirkt er als 54-Impulstransformator. Während also nur drei modulare Transformatoren bereitgestellt sind, von denen jeder eine einzelne Primärwicklung und drei Sekundärwicklungen aufweist, wird die harmonische Löschung eines 54-Impulstransformators realisiert. Während sie in 1 mit Sekundärwicklungen gezeigt wird, die als Delta- oder erweiterte Polygonverbindungen konfiguriert sind, und Primärwicklungen als Delta- oder erweiterte Delta-Verbindungen konfiguriert sind, ist der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht darauf beschränkt. In anderen Implementierungen können die Sekundär- und Primärwicklungen in einem erweiterten Stern, Zick-Zack, erweiterten Delta- und Polygonkonfigurationen ebenso verbunden werden.In the example of 1 Each module transformer is an 18-pulse transformer. However, by applying the phase shift in the primary winding of the modular transformer, it acts as a 54-pulse transformer. Thus, while only three modular transformers are provided, each having a single primary winding and three secondary windings, harmonic cancellation of a 54-pulse transformer is realized. While in 1 with secondary windings configured as delta or extended polygonal connections and primary windings configured as delta or extended delta links, the scope of the present invention is not limited thereto. In other implementations, the secondary and primary windings may be connected in an extended star, zigzag, extended delta and polygon configurations as well.

Des Weiteren versteht sich, dass in einigen Implementierungen ein Inverter, der aus mehreren modularen Transformatoren und entsprechenden Leistungszellen gebildet ist, wenigstens einen Transformator umfassen kann, der nicht phasenverschoben ist. Allerdings können die Leistungszellen, die Leistung von solch einem nicht phasenverschobenen Transformator empfangen, unter Verwendung von elektronischen Mitteln gesteuert werden, so dass eine relativ harmonische verzerrungsfreie Sinuswellenausgabe ermöglicht wird. Somit können einige Ausführungsbeispiele eine Kombination von aktiven und passiven Gleichrichtern ermöglichen. Die phasenverschobenen Transformatoren können nämlich passive Phasengleichrichter bereitstellen, so wie Diodengleichrichter, während aktive Phasenverschiebungen, so wie in der Form von Eingangsschaltmechanismen von Leistungszellen, die mit einem nicht phasenverschobenen Transformator gekoppelt sind, eine äquivalente Steuerung eines Inverters ermöglichen. In solchen Fällen kann daher ein äquivalenter N-Impulsinverter unter Verwendung einer Kombination von phasenverschobenen und nicht phasenverschobenen Transformatoren realisiert werden.Further, it is understood that in some implementations, an inverter formed from multiple modular transformers and corresponding power cells may include at least one transformer that is not out of phase. However, the power cells that receive power from such a non-phase-shifted transformer may be controlled using electronic means, thus allowing relatively harmonic distortion-free sine wave output. Thus, some embodiments may enable a combination of active and passive rectifiers. Namely, the phase-shifted transformers can provide passive phase rectifiers, such as diode rectifiers, while active phase shifts, such as in the form of input switching mechanisms of power cells coupled to a non-phase-shifted transformer, allow for equivalent control of an inverter. In such cases, therefore, an equivalent N-pulse inverter can be realized using a combination of phase shifted and non-phase shifted transformers.

Des Weiteren versteht sich, dass während sie in einem Dreiphasensystem in dem Ausführungsbeispiel von 1 gezeigt werden, modulare Transformatoren in verschiedenen Mehrphasensystemen verwendet werden können, so wie Systeme mit mehr als drei Phasen (sowohl in der Eingabe- als auch an der Ausgabeseite), so wie ein Fünfphasen-, Sechsphasen-, Neunphasensystem usw. In solchen Systemen können ähnliche Konfigurationen von Transformatoren und Leistungszellen implementiert werden.Furthermore, it is understood that while in a three-phase system in the embodiment of 1 modular transformers can be used in various multiphase systems, such as systems with more than three phases (both in the input and output sides), such as a five-phase, six-phase, nine-phase system, etc. In such systems, similar Configurations of transformers and power cells are implemented.

Jetzt bezugnehmend auf 2 wird ein Blockdiagramm eines Leistungsumsetzers in Übereinstimmung mit einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in 2 gezeigt, umfasst System 200 vier modulare Transformatoren 210a210b, von denen jeder eine Primärseite 212p und 3 Sekundärwicklungen 212s aufweist. In der Implementierung von 2 können die Primärwicklungen zueinander um 5° phasenverschoben sein und jede kann als erweiterte Y-Konfiguration ausgebildet sein. Beachten Sie, dass die Phasenverschiebungen, die für die Primärwicklungen in 2 gezeigt werden, so sind, dass ein wesentlicher Mittelpunkt zwischen den modularen Transformatoren (d. h. zwischen den mittleren zwei modularen Transformatoren) bei einer 0°-Phasenverschiebung sein kann, so dass die mittleren zwei Transformatoren Primärwicklungen einer Phasenverschiebung von +2,5° bzw. –2,5° aufweisen.Referring now to 2 Fig. 12 is a block diagram of a power converter in accordance with another embodiment of the present invention. As in 2 shown includes system 200 four modular transformers 210a - 210b , each of which is a primary page 212p and 3 secondary windings 212s having. In the implementation of 2 For example, the primary windings may be out of phase with each other by 5 degrees, and each may be configured as an extended Y configuration. Note that the phase shifts for the primary windings in 2 are shown to be a substantial mid-point between the modular transformers (ie, between the middle two modular transformers) at a 0 ° phase shift, so that the middle two transformers have primary windings of + 2.5 ° phase shift respectively. 2.5 °.

Die Sekundärwicklungen 212s von jedem Transformator können wiederum eine Phasenverschiebung von 20° aufweisen und können als Y-Konfiguration oder erweiterte Y-Konfiguration ausgebildet werden. Somit können im System 200 modulare Transformatoren 210a210d 12 isolierte Gleichstromquellen antreiben, nämlich Leistungszellen 220a1220c4. In dem Ausführungsbeispiel von 2 kann jede Leistungszelle genauso ausgelegt sein wie die Leistungszellen in 1. Somit kann in der Implementierung von 2 das System als ein 72-Impulstransformator wirken. Beachten Sie, dass die ausgewählten Phasenwinkel in der Implementierung von 2 in Übereinstimmung mit Gleichungen 1 bis 3 bestimmt werden können, so dass Ns 3 ist, αsec 20° ist und αprim 5° ist.The secondary windings 212s Each transformer may in turn have a phase shift of 20 ° and may be configured as a Y configuration or an extended Y configuration. Thus, in the system 200 modular transformers 210a - 210d 12 isolated DC power sources, namely power cells 220a1 - 220c4 , In the embodiment of 2 Each power cell can be designed exactly like the power cells in 1 , Thus, in the implementation of 2 the system acts as a 72-pulse transformer. Note that the selected phase angles in the implementation of 2 in accordance with equations 1 to 3 can be determined so that N s is 3, α sec is 20 ° and α prime is 5 °.

Jetzt Bezug nehmend auf 3 wird ein Blockdiagramm eines Leistungsumsetzers in Übereinstimmung mit noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in 3 gezeigt, umfasst System 300 drei modulare Transformatoren 310a310c. Jeder Transformator umfasst eine einzige Primärspule 312p und vier Sekundärwicklungen 312s. In der gezeigten Implementierung können die Primärseiten Y- oder erweiterte Y-Konfigurationen sein und die Sekundärseiten können erweiterte Y-Konfigurationen oder andere Konfigurationen sein. Wie in der Implementierung von 3 gezeigt, können wenigstens zwei Sekundärwicklungen von jedem Transformator mit mehreren Leistungszellen einer einzelnen Phasenausgabeleitung gekoppelt sein. Zum Beispiel können zwei Sekundärwicklungen von Transformator 310a mit Leistungszellen 320a1 und 320a2 gekoppelt sein. Die verbleibenden zwei Sekundärspulen von Transformator 310a können jeweils mit einer Leistungszelle der anderen zwei Phasenleitungen gekoppelt sein (nämlich Leistungszellen 320b1 und 320c2). Während sie mit dieser bestimmten Implementierung gezeigt werden, können die Spulen in irgendeiner Weise mit den verschiedenen Leistungszellen verbunden werden. Somit können Verbindungen zwischen den Sekundärwicklungen und den Leistungszellen wie gewünscht vertauscht werden. Dies ist so, da in verschiedenen Implementierungen die Leistungszellen von der gleichen Konfiguration sein können und somit Leistung von irgendeiner gegebenen Sekundärwicklung empfangen können. Das heißt, irgendeine der Leistungszellen 320 kann durch eine oder mehr Sekundärwicklungen von irgendeinem Transformator 310 angetrieben werden, so dass vollständige Austauschbarkeit realisiert werden kann, da irgendeine Sekundärausgabe (in irgendeiner Phase) von irgendeinem der modularen Transformatoren irgendeiner gegebenen Leistungszelle bereitgestellt werden kann. Austauschbarkeit von Leistungsversorgungen an Leistungszellen kann durch Abgleichen von Leistungen realisiert werden, die den Leistungszellen zugeführt werden muss. In der Implementierung von 3 wird wieder ein 72-Impulstransformator durch die drei modularen Transformatoren realisiert, die die 12 einzelnen Leistungszellen antreiben. Wie oben beschrieben, kann jede Leistungszelle 320 genauso ausgelegt sein wie mit Bezug auf 1 beschrieben.Now referring to 3 Referring now to the drawings, there is shown a block diagram of a power converter in accordance with yet another embodiment of the present invention. As in 3 shown includes system 300 three modular transformers 310a - 310c , Each transformer comprises a single primary coil 312p and four secondary windings 312S , In the implementation shown, the primary pages may be Y or extended Y configurations and the secondary pages may be extended Y configurations or other configurations. As in the implementation of 3 For example, at least two secondary windings of each transformer may be coupled to multiple power cells of a single phase output line. For example, two secondary windings of transformer 310a with power cells 320a1 and 320a2 be coupled. The remaining two secondary coils of transformer 310a may each be coupled to a power cell of the other two phase lines (namely, power cells 320b1 and 320C2 ). While shown with this particular implementation, the coils can be connected in some way to the different power cells. Thus, connections between the secondary windings and the power cells can be reversed as desired. This is because in various implementations the power cells can be of the same configuration and thus can receive power from any given secondary winding. That is, any of the power cells 320 can be through one or more secondary windings of any transformer 310 so that full interchangeability can be realized since any secondary output (in any phase) can be provided by any of the modular transformers of any given power cell. Interchangeability of power supplies to power cells can be realized by balancing power that must be supplied to the power cells. In the implementation of 3 Again, a 72-pulse transformer is realized by the three modular transformers driving the 12 individual power cells. As described above, every power cell can 320 be designed the same as with respect to 1 described.

Jetzt Bezug nehmend auf 4 wird ein Blockdiagramm von noch einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Leistungsumsetzers gezeigt. In dieser Implementierung können fünf modulare Transformatoren 410a410e vorhanden sein, wobei die Primärwicklung 412p von jedem davon eine Phasenverschiebung von 4° aufweist. Jeder modulare Transformator kann wiederum drei Sekundärwicklungen 412s aufweisen, die 20°-Phasenverschiebungen aufweisen. Im Wesentlichen kann System 400 ähnlich wie das von 1 angeordnet werden, mit dem Zusatz von zwei zusätzlichen modularen Transformatoren, so dass 15 isolierte Gleichstromquellen entsprechend den Leistungszellen 420a1420c5 angetrieben werden können.Now referring to 4 Referring now to the drawings, there is shown a block diagram of still another embodiment of a power converter. In this implementation, five modular transformers 410a - 410e be present, with the primary winding 412p each of them has a phase shift of 4 °. Each modular transformer can in turn have three secondary windings 412s having 20 ° phase shifts. In essence, system can 400 similar to that of 1 be arranged with the addition of two additional modular transformers, so that 15 isolated DC sources corresponding to the power cells 420a1 - 420c5 can be driven.

Ausführungsbeispiele können auch an asymmetrischen kaskadierten Mehrniveauinvertern angewandt werden. 5 ist ein Blockdiagramm eines asymmetrischen kaskadierten Inverters 500, der drei Leistungszellen 520a1520c3 pro Phase aufweist. In 5 ist die Eingabeleistungsversorgung für den Inverter durch drei modulare Transformatoren implementiert, wobei jeder Transformator 510a510c sieben Sekundärwicklungen 512p aufweist. Die insgesamt erforderliche Anzahl von isolierten Gleichstromquellen Ndc ist 21, somit ist Ns 7. Somit gilt αsec = 360/42 = 8,57° und αprim = 8,57/3 = 2,86° in Übereinstimmung mit Gleichungen 1–3.Embodiments may also be applied to asymmetric cascaded multilevel inverters. 5 is a block diagram of an asymmetrical cascaded inverter 500 , the three power cells 520A1 - 520c3 per phase. In 5 For example, the input power supply to the inverter is implemented by three modular transformers, each transformer 510a - 510c seven secondary windings 512P having. The total required number of isolated DC sources N dc is 21, thus N s is 7. Thus, α sec = 360/42 = 8.57 ° and α prim = 8.57 / 3 = 2.86 ° in accordance with Equations 1 -3.

Wie in 5 gezeigt, können die phasenverschobenen Primärwicklungen 512p, die als Y- oder erweiterte Y-Konfiguration ausgeführt sein können, jeweils mit sieben Sekundärwicklungen 512s gekoppelt werden, die als Y- oder erweiterte Y-Konfigurationen ausgebildet werden können. Wie gezeigt, können mehrere Sekundärwicklungen von jedem Transformator mit einer ersten Leistungszelle von jeder Phasenausgabeleitung gekoppelt sein, die eine Hochspannungszelle 520a1 (und 520b1 und 520c1) sein kann. Eine kleinere Anzahl von Sekundärwicklungen von jedem Transformator kann mit einer zweiten Leistungszelle von jeder Phasenausgabeleitung gekoppelt sein, die eine entsprechende Mittelspannungszelle 520a2 (und 520b2 und 520c2) sein kann. Schließlich kann eine einzelne Sekundärwicklung von jedem Transformator mit einer entsprechenden Niederspannungsleistungszelle von jeder Phasenausgabeleitung gekoppelt werden (nämlich Leistungszellen 520a3 bis 520c3). Diese Art von Konfiguration erzeugt mehr Spannungsniveaus oder weniger Spannungsharmonische für den Motor. Während sie mit dieser bestimmten Implementierung in dem Ausführungsbeispiel von 5 gezeigt sind, versteht sich, dass verschiedene Mengen von Sekundärwicklungen des Transformators mit verschiedenen Leistungszellen gekoppelt werden können.As in 5 shown, the phase-shifted primary windings 512P , which may be implemented as Y or extended Y configuration, each with seven secondary windings 512s coupled, which can be formed as Y or extended Y configurations. As shown, a plurality of secondary windings of each transformer may be coupled to a first power cell of each phase output line including a high voltage cell 520A1 (and 520B1 and 520c1 ) can be. A smaller number of secondary windings of each transformer may be coupled to a second power cell of each phase output line having a corresponding medium voltage cell 520a2 (and 520b2 and 520c2 ) can be. Finally, a single secondary winding of each transformer can be coupled to a corresponding low voltage power cell of each phase output line (namely, power cells 520a3 to 520c3 ). This type of configuration produces more voltage levels or less voltage harmonics for the motor. While using this particular implementation in the embodiment of 5 It is understood that various amounts of secondary windings of the transformer can be coupled to different power cells.

5 zeigt des Weiteren ein Blockdiagramm für jede verschiedene asymmetrische Art von Leistungszelle, die in dem Ausführungsbeispiel vorhanden ist. Wie gezeigt, umfassen die Hochspannungszellen (z. B. 520a1) einen Gleichrichterstapel 540, eine Speicherstufe 550 und eine Schaltstufe 560. Beachten Sie, dass vier in Reihe gekoppelte Gleichrichterdioden in dieser Hochspannungszelle des Ausführungsbeispiels von 5 vorhanden sind, um die Hochspannungsausgabe bereitzustellen. In verschiedenen Implementierungen kann jede Gleichrichterdiode, die in der schematischen Ansicht von 5 gezeigt ist, als einzelne Gleichrichterdiode implementiert werden, die ein Halbwellen-, Vollwellen-Gleichrichter oder irgendeine Topologie sein kann. Beachten Sie, dass in dem Ausführungsbeispiel von 5 jede Gleichrichterdiode von Hochspannungszelle 520a1 so gekoppelt ist, dass sie eingehende Leistung von einem Satz Sekundärwicklungen empfängt. Das heißt, jede Gleichrichterdiode ist einer einzelnen Sekundärwicklung zugeordnet. Durch Verwendung mehrerer solcher Gleichrichterdioden kann ein besserer Leistungsabgleich erreicht werden. In einem bestimmten Ausführungsbeispiel von einer 6600 V-Mittelansteuerung können die Hochspannungszellen eine Spannung von zwischen 0 und 2178 Volt ausgeben. Während sie des Weiteren zur einfacheren Darstellung als eine einzelne H-Brücke gezeigt sind, können in einigen Ausführungsbeispielen die Hochspannungszellen unter Verwendung einer H-Brückenkonfiguration mit mehreren Niveaus ausgebildet werden, so wie eine H-Brückenkonfiguration mit drei Niveaus. Die Mittelspannungszellen wiederum (z. B. repräsentiert durch 520) umfassen einen ähnlichen aber kleineren Gleichrichterdiodenstapel 540 (wobei jede Gleichrichterdiode immer noch mit einem einzelnen Satz von Sekundärwicklungen gekoppelt ist), Speicherstufe 550 und Schaltstufe 560. In dem gleichen bestimmten Ausführungsbeispiel einer 6600 V-Mittelspannungsansteuerung können die Mittelspannungszellen eine Spannung zwischen 0 und 1089 Volt ausgeben. Die Niederspannungszellen, so wie durch Leistungszelle 520a3 repräsentiert, umfassen ähnliche Komponenten. Wie allerdings in 5 gezeigt, kann ihre Gleichrichterstufe unter Verwendung nur einer einzelnen Gleichrichterdiode realisiert werden, die mit einem Satz Sekundärwicklungen in einigen Ausführungsbeispielen gekoppelt ist. In einem besonderen Ausführungsbeispiel können die Niederspannungszellen eine Spannung von zwischen 0 und 544 Volt ausgeben. Somit ist die Gesamtspannung, mit der der Motor gemäß 5 versorgt wird, 3810 Volt pro Phase oder 6600 Volt Spannung von Leitung zu Leitung. Somit können in der Implementierung von 5 verhältnismäßig kleinere modulare Transformatoren bei gleichen Spannungen bereitgestellt werden, wobei die Anzahl von Gleichrichtern jeder Spannungsniveauleistungszelle der Anzahl von Sätzen von Sekundärwicklungen entspricht, die mit der Spannungsniveauzelle gekoppelt sind. Durch Verwendung einer asymmetrischen Konfiguration, so wie die von 5, kann dem Motor 530 eine höhere Ausgabe bereitgestellt werden. Auch enthält der Eingabestrom an die Ansteuerung durch Verwendung mehrerer Leistungsversorgungen für die Leistungszellen und Phasenverschiebung in Primärseiten und Sekundärseiten weniger harmonische Komponenten. Diese Leistungsqualität der Ansteuerung wird durch Löschen von harmonischen Komponenten erreicht, indem Phasenverschiebung in Primärwicklungen und Sekundärwicklungen der Transformatormodule implementiert wird. Während die bestimmte Konfiguration, die in 5 gezeigt ist, jedem modularen Transformator Leistungszellen einer einzelnen Phasenausgabeleitung zuordnet, ist der Bereich der Erfindung nicht diesbezüglich beschränkt. Des Weiteren, während ein Dreiniveauinverter gezeigt ist, können mehr oder weniger asymmetrische Niveaus in einer gegebenen Implementierung vorhanden sein. 5 Further, there is shown a block diagram for each different asymmetric type of power cell present in the embodiment. As shown, the high voltage cells (e.g. 520A1 ) a rectifier stack 540 , a storage level 550 and a switching stage 560 , Note that four rectifier diodes coupled in series in this high voltage cell of the embodiment of FIG 5 are available to provide the high voltage output. In Different implementations can be any rectifier diode, which in the schematic view of 5 is shown to be implemented as a single rectifier diode, which may be a half-wave, full-wave rectifier or any topology. Note that in the embodiment of 5 each rectifier diode from high voltage cell 520A1 is coupled to receive incoming power from a set of secondary windings. That is, each rectifier diode is associated with a single secondary winding. By using several such rectifier diodes, a better power balance can be achieved. In a particular embodiment of a 6600 V center drive, the high voltage cells may output a voltage of between 0 and 2178 volts. Further, while shown for ease of illustration as a single H-bridge, in some embodiments the high voltage cells may be formed using a multi-level H-bridge configuration, such as a three-level H-bridge configuration. The medium voltage cells in turn (eg represented by 520 ) comprise a similar but smaller rectifier diode stack 540 (where each rectifier diode is still coupled to a single set of secondary windings), memory level 550 and switching stage 560 , In the same particular embodiment of a 6600V medium voltage drive, the medium voltage cells may output a voltage between 0 and 1089 volts. The low voltage cells, as well as by power cell 520a3 represent similar components. As in 5 2, its rectifier stage may be implemented using only a single rectifier diode coupled to a set of secondary windings in some embodiments. In a particular embodiment, the low voltage cells may output a voltage of between 0 and 544 volts. Thus, the total voltage with which the motor is according to 5 is supplied 3810 volts per phase or 6600 volts of voltage from line to line. Thus, in the implementation of 5 relatively smaller modular transformers are provided at equal voltages, wherein the number of rectifiers of each voltage level power cell corresponds to the number of sets of secondary windings coupled to the voltage level cell. By using an asymmetric configuration such as that of 5 , can the engine 530 be provided a higher output. Also, the input current to the driver includes fewer harmonic components by using multiple power cell power supplies and phase shifting in primary and secondary sides. This power quality of the drive is achieved by erasing harmonic components by implementing phase shift in primary windings and secondary windings of the transformer modules. While the specific configuration that in 5 1, assigns power cells to a single phase output line to each modular transformer, the scope of the invention is not limited in this respect. Furthermore, while a three-level inverter is shown, more or less asymmetric levels may be present in a given implementation.

5A zeigt eine alternative Implementierung eines asymmetrischen Inverters 500' unter Verwendung von drei modularen Transformatoren. In dieser Implementierung wurden die Sekundärsätze von Wicklungen von jedem Transformator austauschbar mit verschiedenen Leistungszellen von drei verschiedenen Niveaus gekoppelt. Zum Beispiel ist Leistungszelle ersten Niveaus 520a1 mit Sekundärsätzen von Wicklungen sowohl des ersten Transformators 510a als auch des zweiten Transformators 510b gekoppelt. Gleichermaßen ist Leistungszelle zweiten Niveaus 520a2 mit Sekundärsätzen von Windungen des zweiten Transformatoren 510b und des dritten Transformators 510c gekoppelt. Leistungszelle dritten Niveaus 520a3 ist mit einem Sekundärsatz von Wicklungen vom dritten Transformator 510c gekoppelt. Die anderen Phasenleitungen umfassen ähnlich gekoppelte Leistungszellen. Während sie mit dieser bestimmten Implementierung gezeigt sind, können andere Implementierungen andere austauschbare Verbindungen zwischen Sekundärsätzen von Wicklungen und irgendeinem der Transformatoren mit irgendeiner Leistungszelle bereitstellen. Des Weiteren versteht sich, dass während sie in einem Dreiphasensystem in dem Ausführungsbeispiel von 5 gezeigt sind, asymmetrische modulare Transformatoren in verschiedenen Mehrphasensystemen verwendet werden können, so wie Systeme mit mehr als drei Phasen (sowohl auf Ausgabe- als auch Eingabeseite), so wie ein Fünfphasen-, Sechsphasen-, Neunphasensystem usw. In solchen Systemen können ähnliche Konfigurationen von Transformatoren und Leistungszellen implementiert werden. 5A shows an alternative implementation of an asymmetrical inverter 500 ' using three modular transformers. In this implementation, the secondary sets of windings of each transformer were interchangeably coupled to different power cells of three different levels. For example, the power cell is first level 520A1 with secondary sets of windings of both the first transformer 510a as well as the second transformer 510b coupled. Likewise, the power cell is second level 520a2 with secondary sets of turns of the second transformer 510b and the third transformer 510c coupled. Power cell third level 520a3 is with a secondary set of windings from the third transformer 510c coupled. The other phase lines include similarly coupled power cells. While shown with this particular implementation, other implementations may provide other exchangeable connections between secondary sets of windings and any of the transformers with any power cell. Furthermore, it is understood that while in a three-phase system in the embodiment of 5 Asymmetric modular transformers can be used in various multiphase systems, such as systems with more than three phases (both on the output and input sides), such as a five-phase, six-phase, nine-phase system, etc. In such systems, similar configurations of Transformers and power cells are implemented.

Jetzt Bezug nehmend auf 6 wird ein Blockdiagramm eines asymmetrischen Leistungsumsetzers in Übereinstimmung mit einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Wie in 6 gezeigt, umfasst System 600 sieben modulare Transformatoren 610a610g. Die insgesamt erforderliche Anzahl von isolierten Gleichstromquellen (Ndc) beträgt 21, somit ist Ns drei. Somit betragen αsec = 360/18 = 20° und αprim = 20/7 = 2,86° in Übereinstimmung mit Gleichungen 1 bis 3.Now referring to 6 Fig. 3 shows a block diagram of an asymmetrical power converter in accordance with another embodiment of the present invention. As in 6 shown includes system 600 seven modular transformers 610a - 610g , The total required number of isolated DC sources (N dc ) is 21, so N s is three. Thus, α sec = 360/18 = 20 ° and α prim = 20/7 = 2.86 ° in accordance with equations 1 to 3.

Wie in dieser Implementierung gezeigt, können Sekundärwicklungen 612s von mehreren modularen Transformatoren mit der gleichen Phasenausgabeleitung gekoppelt sein.As shown in this implementation, secondary windings can 612s of several modular transformers to be coupled to the same phase output line.

Insbesondere wie in 6 gezeigt, umfasst System 600 Leistungszellen von verschiedenen Spannungsniveaus, umfassend einen ersten Satz von Hochspannungsleistungszellen 620a1620c1, einen zweiten Satz von Mittelspannungsleistungszellen 620a2620c2 und einen dritten Satz von Niederspannungsleistungszellen 620a3620c3, welche so gekoppelt sind, dass sie einem Motor 630 Leistung bereitstellen. Wie zu sehen, sind verschiedene Anzahlen von Sekundärspulen von verschiedenen Transformatoren mit jeder dieser Leistungszellen gekoppelt. In der bestimmten Implementierung von 6 weisen modulare Transformatoren 610a610d Sekundärwicklungen auf, die mit den Hochspannungsleistungszellen 620a1620c1 gekoppelt sind, während modulare Transformatoren 610e und 610f Sekundärwicklungen aufweisen, die mit Mittelspannungsleistungszellen 610a2620c2 gekoppelt sind. Schließlich hat der modulare Transformator 610g seine Sekundärwicklungen mit den Niederspannungsleistungszellen 620a3620c3 gekoppelt. Die Primärwicklungen 612p der modularen Transformatoren können als Delta- oder erweitere Delta-Konfigurationen ausgebildet sein, während die Sekundärwicklung 612s als Delta oder erweiterte Polygonkonfigurationen ausgebildet sein können, auch wenn der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht diesbezüglich beschränkt ist. Wie in 6 zu sehen, können die Konfigurationen der asymmetrischen Leistungszellen die gleichen sein wie die oben in Bezug auf 5 beschrieben. In particular as in 6 shown includes system 600 Power cells of different voltage levels, comprising a first set of high voltage power cells 620a1 - 620c1 , a second set of medium voltage power cells 620a2 - 620c2 and a third set of low voltage power cells 620a3 - 620c3 which are coupled to a motor 630 Provide power. As can be seen, different numbers of secondary coils from different transformers are coupled to each of these power cells. In the particular implementation of 6 have modular transformers 610a - 610d Secondary windings connected to the high voltage power cells 620a1 - 620c1 are coupled while modular transformers 610e and 610f Have secondary windings with medium voltage power cells 610a2 - 620c2 are coupled. Finally, the modular transformer 610g its secondary windings with the low voltage power cells 620a3 - 620c3 coupled. The primary windings 612P The modular transformers may be configured as delta or extended delta configurations while the secondary winding 612s may be formed as delta or extended polygon configurations, although the scope of the present invention is not limited in this respect. As in 6 As can be seen, the asymmetric power cell configurations may be the same as those above 5 described.

6A zeigt eine alternierende Implementierung 600' des Ausführungsbeispiels von 6, wobei sieben Transformatoren mit den drei Leistungsniveauzellen der Dreiphasenleitungen gekoppelt sind. Wie in der Implementierung von 6A gezeigt, sind der erste bis vierte Transformator 610a610d jeweils mit Leistungszellen ersten Niveaus 620a1620a3 gekoppelt. Fünfter und sechster Transformator 610e610f sind wiederum mit Leistungszellen zweiten Niveaus 620a2620a3 gekoppelt. Schließlich hat ein siebter Transformator 510g ein Sekundärsatz von Wicklungen, der mit jeder der Leistungszellen dritten Niveaus 620a3620c3 gekoppelt ist. Wieder sind diese austauschbaren Konfigurationen, die in 6A gezeigt sind, beispielhaft und andere Implementierungen können anders konfiguriert sein. 6A shows an alternate implementation 600 ' of the embodiment of 6 , where seven transformers are coupled to the three power level cells of the three-phase lines. As in the implementation of 6A shown are the first to fourth transformers 610a - 610d each with first level power cells 620a1 - 620a3 coupled. Fifth and sixth transformer 610e - 610f are again with second-level power cells 620a2 - 620a3 coupled. Finally, a seventh transformer 510g a secondary set of windings associated with each of the third level power cells 620a3 - 620c3 is coupled. Again, these are interchangeable configurations that are in 6A and other implementations may be configured differently.

7 zeigt simulierte primärseitige und sekundärseitige Ausgabeströme für Transformatoren 110a von 1. Werte gehen von einem 4160 Volt-Inverter für einen Motor von 1000 Pferdestärken aus. 8 zeigt wiederum einen simulierten Eingabestrom von einem Versorgungsanschluss an den modularen Transformatoren. Durch Bereitstellen von Phasenverschiebung in den Primärwicklungen als auch den Sekundärwicklungen können mehr Harmonische so gelöscht werden, dass die gesamte harmonische Verzerrung (THD) heruntergesetzt werden kann. Durch Verwendung von modularer Transformatorentechnologie, wie in 1 erklärt, beträgt die gesamte harmonische Verzerrung eines Eingabestroms für den Transformator ungefähr 4,5%, was mit den Anforderungen von Standard IEEE 519 perfekt verträglich ist. Allerdings ohne Implementierung der Phasenverschiebung in Primärseiten wird die gesamte harmonische Verzerrung von Eingangsstrom ungefähr 7,1% betragen. Diese Zahlen zeigen eine signifikante Verbesserung über einen einzelnen Transformator ohne Phasenverschiebung in Primärseiten. Beachten Sie die Unterschiede in Strömen zwischen den Eingabeströmen für das System, das in 8 gezeigt ist und dem Eingabestrom zu der Primärwicklung von jedem modularen Transformator wie in 7 gezeigt. Durch Verbinden mehrerer modularer Transformatoren wird auch der Leistungsfaktor verbessert, während mehr harmonische Ströme gelöscht werden. Die Primärseite von jedem modularen Transformator wird ungefähr ein Drittel des gesamten Eingabestroms an die Ansteuerung beitragen. In verschiedenen Ausführungsbeispielen kann somit eine optimale harmonische Löschung auf der Eingabeseite zu den Transformatoren realisiert werden, indem phasenverschobene Wicklungen sowohl auf Primärseite als auch auf Sekundärseite der modularen Transformatoren bereitgestellt werden, wobei die Phasenverschiebung in Übereinstimmung mit den Gleichungen 1 bis 3 von oben ist. Demgemäß werden nicht nur Harmonische reduziert, sondern sie werden auf ein optimales Niveau reduziert, nämlich so niedrig wie möglich zu vernünftigen Kosten der Transformatorimplementierung. 7 shows simulated primary-side and secondary-side output currents for transformers 110a from 1 , Values start from a 4160 volt inverter for a motor of 1000 horsepower. 8th again shows a simulated input current from a supply terminal to the modular transformers. By providing phase shift in the primary windings as well as the secondary windings, more harmonics can be erased so that the overall harmonic distortion (THD) can be lowered. By using modular transformer technology, as in 1 For example, the total harmonic distortion of an input current to the transformer is approximately 4.5%, which is in line with the requirements of Standard IEEE 519 perfectly compatible. However, without implementation of phase shift in primary sides, the total harmonic distortion of input current will be about 7.1%. These numbers show a significant improvement over a single transformer with no phase shift in primary sides. Note the differences in currents between the input streams for the system that is in 8th is shown and the input current to the primary winding of each modular transformer as in 7 shown. Connecting multiple modular transformers also improves the power factor while eliminating more harmonic currents. The primary side of each modular transformer will contribute approximately one-third of the total input current to the driver. Thus, in various embodiments, optimal harmonic cancellation on the input side to the transformers may be realized by providing phase shifted windings on both the primary and secondary side of the modular transformers, the phase shift being in accordance with equations 1-3. Accordingly, not only are harmonics reduced, but they are reduced to an optimal level, as low as possible at a reasonable cost of the transformer implementation.

Wie oben erwähnt, kann in anderen Implementierungen eine Kombination von aktiver und passiver Phasenverschiebung in einem Inverter vorhanden sein. Jetzt Bezug nehmend auf 9 wird ein Blockdiagramm eines Inverters in Übereinstimmung mit noch einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Insbesondere zeigt 9 eine Implementierung eines symmetrischen kaskadierten Mittelspannungsinverters mit teilweiser Regenerationsfähigkeit für einen Dreiphasenmotor. Wie in 9 gezeigt, kann der Inverter 900 modulare Transformatoren 910b und 910c mit passiver Phasenverschiebung umfassen, was sowohl durch Phasenverschiebungen von Primärwicklungen als auch Sekundärwicklungen realisiert wird. Des Weiteren kann wenigstens ein weiterer modularer Transformator 910a bereitgestellt werden, der nicht phasenverschoben ist. Allerdings können die Ausgaben dieses modularen Transformators Leistungszellen einer anderen Konfiguration bereitgestellt werden als die der anderen Leistungszellen. Insbesondere können diese Leistungszellen 920a1920c1 regenerative Leistungszellen sein, die einen aktiven Eingang aufweisen, z. B. durch IGBTs 905 implementiert. Wenn diese Eingangs-IGBTs entsprechend gesteuert werden, wird ein verhältnismäßig reiner sinusförmiger Strom in der Hauptseite (d. h. Eingabestrom für die Leistungszelle) mit einer minimalen harmonischen Verzerrung realisiert.As mentioned above, in other implementations, a combination of active and passive phase shifting may be present in an inverter. Now referring to 9 Fig. 3 shows a block diagram of an inverter in accordance with yet another embodiment of the present invention. In particular shows 9 an implementation of a symmetrical cascaded medium voltage inverter with partial regeneration capability for a three phase motor. As in 9 shown, the inverter can 900 modular transformers 910b and 910c with passive phase shifting, which is realized by both phase shifts of primary windings and secondary windings. Furthermore, at least one further modular transformer 910a be provided, which is not out of phase. However, the outputs of this modular transformer can be provided to power cells of a different configuration than those of the other power cells. In particular, these power cells can 920a1 - 920c1 be regenerative power cells having an active input, z. By IGBTs 905 implemented. If these input IGBTs are controlled accordingly, For example, a relatively pure sinusoidal current is realized in the main side (ie power cell input current) with minimal harmonic distortion.

Nichtsdestoweniger können die Wicklungssätze der primärseitigen und sekundärseitigen Transformatormodule 910b und 910c, die die anderen Leistungszellen mit Leistung versorgen, phasenverschoben sein, um die Harmonischen in dem Hauptstrom zu minimieren. In diesem Beispiel, Ndc = 6 und TT = 2, so dass NS = 3. Da Nph = 3, αprim 20° und αsec = 10. Somit kann in dem Ausführungsbeispiel von 9 ein äquivalenter 36-Impulstransformator unter Verwendung von zwei 18-Impulstransformatoren 910b und 910c mit phasenverschobenen Primärseiten realisiert werden. Allerdings wird die Phasenverschiebung für das Transformatormodul 910a nicht benötigt, da der elektronisch gesteuerte aktive Eingang 905 der Leistungszelle fast rein sinusförmigen Strom aus der Versorgung beziehen wird.Nonetheless, the winding sets of the primary and secondary transformer modules 910b and 910c which power the other power cells to be phase shifted to minimize the harmonics in the main current. In this example, N dc = 6 and T T = 2 such that N S = 3. Since N ph = 3, α prim is 20 ° and α sec = 10. Thus, in the embodiment of FIG 9 an equivalent 36-pulse transformer using two 18-pulse transformers 910b and 910c be realized with phase-shifted primary pages. However, the phase shift for the transformer module 910a not needed, as the electronically controlled active input 905 the power cell will receive almost pure sinusoidal power from the supply.

Des Weiteren, durch Bereitstellen eines aktiven Eingangs stellt diese Implementierung die Möglichkeit zur teilweisen Regeneration bereit. Natürlich sind andere Implementierungen unter Verwendung von verschiedenen Kombinationen von aktiven und passiven Transformatoren möglich, wie auch ein Steuermittel zum aktiven Steuern von einer oder mehr Leistungszellen. Beachten Sie in dem Ausführungsbeispiel von 9 kann ein Steuerelement 980, das ein lokales Steuerelement oder Mastersteuerelement sein kann, mit den Leistungszellen gekoppelt werden (beachten Sie dass die Verbindungen in 9 zur leichteren Darstellung nicht gezeigt sind). Des Weiteren kann dieses Steuerelement eine Steuerung der aktiven Schaltung der Eingangs-IGBTs der Leistungszellen 920a3920c3 bereitstellen, um eine saubere Sinuswellenausgabe zu ermöglichen, wie auch einen teilweisen Regenerationsmodus zu ermöglichen.Further, by providing an active input, this implementation provides the opportunity for partial regeneration. Of course, other implementations using different combinations of active and passive transformers are possible, as well as a control means for actively controlling one or more power cells. Note in the embodiment of 9 can be a control 980 which may be a local or master control to which power cells are coupled (note that the connections in 9 not shown for ease of illustration). Furthermore, this control may include control of the active circuitry of the input IGBTs of the power cells 920a3 - 920c3 to enable a clean sine wave output, as well as to allow a partial regeneration mode.

Während die vorliegende Erfindung mit Bezug auf eine beschränkte Anzahl von Ausführungsbeispielen beschrieben wurde, werden Fachleute zahlreiche Modifikationen und Variationen davon erkennen. Es ist vorgesehen, dass die angehängten Ansprüche alle solche Modifikationen und Variationen abdecken, die in den wahren Geist und Bereich der vorliegenden Erfindung fallen.While the present invention has been described with reference to a limited number of embodiments, those skilled in the art will recognize numerous modifications and variations thereof. It is intended by the appended claims to cover all such modifications and variations that fall within the true spirit and scope of the present invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Standards IEEE 519 [0035] Standards IEEE 519 [0035]
  • Standard IEEE 519 [0054] Standard IEEE 519 [0054]

Claims (17)

Vorrichtung, umfassend: mehrere Transformatoren, von denen jeder eine Ausgabe für wenigstens eine von mehreren Leistungszellen bereitstellt, die konfiguriert sind, einer Last Wechselstromleistung bereitzustellen, wobei jeder der mehreren Transformatoren umfasst: wenigstens eine Primärwicklung und mehrere Sekundärwicklungen, wobei die wenigstens eine Primärwicklung von jedem der Transformatoren bezüglich seiner benachbarten Transformatoren phasenverschoben ist, und die mehreren Sekundärwicklungen bezüglich der anderen Sekundärwicklungen des entsprechenden Transformators phasenverschoben sind, wobei die Phasenverschiebung der wenigstens einen Primärwicklung auf der Phasenverschiebung der Sekundärwicklungen und einer Anzahl der mehreren Transformatoren basiert.Apparatus comprising: a plurality of transformers, each providing an output for at least one of a plurality of power cells configured to provide AC power to a load, each of the plurality of transformers comprising: at least one primary winding and a plurality of secondary windings, wherein the at least one primary winding of each of the transformers is phase shifted with respect to its adjacent transformers, and the plurality of secondary windings are phase shifted with respect to the other secondary windings of the respective transformer, wherein the phase shift of the at least one primary winding is due to the phase shift of the secondary windings based on a number of multiple transformers. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Phasenverschiebung der wenigstens einen Primärwicklung αsec/Nt entspricht, wobei Nt die Anzahl der mehreren Transformatoren ist und αsec der Phasenverschiebung zwischen zwei der Sekundärwicklungen eines entsprechenden Transformators entspricht, und 360/2 Nph Ns entspricht, wobei Nph eine Anzahl von Phasen einer Versorgung der mehreren Transformatoren ist und Ns eine Integer-Anzahl der Sekundärwicklungen in jedem der Transformatoren ist.The apparatus of claim 1, wherein the phase shift of the at least one primary winding is α sec / N t , where N t is the number of multiple transformers and α sec corresponds to the phase shift between two of the secondary windings of a respective transformer, and 360/2 N ph N s , where N ph is a number of phases of a supply of the plurality of transformers and N s is an integer number of the secondary windings in each of the transformers. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei welcher die Anzahl der Sekundärwicklungen pro Transformator Ndc/Nt entspricht, wobei Ndc eine Anzahl der mehreren Leistungszellen ist, die mit den mehreren Transformatoren gekoppelt sind.The device of claim 2, wherein the number of secondary windings per transformer corresponds to N dc / N t , where N dc is a number of the plurality of power cells coupled to the plurality of transformers. Vorrichtung nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend einen nicht phasenverschobenen Transformator, um eine Ausgabe für wenigstens eine zweite Leistungszelle bereitzustellen.The apparatus of claim 1, further comprising a non-phase shifted transformer to provide an output for at least one second power cell. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher mehrere Sekundärwicklungen eines ersten Transformators mit einer ersten Leistungszelle gekoppelt sind und wenigstens eine Sekundärwicklung des ersten Transformators mit einer zweiten Leistungszelle gekoppelt ist, und die erste Leistungszelle und die zweite Leistungszelle asymmetrisch sind, und wobei wenigstens eine weitere Sekundärwicklung des ersten Transformators mit einer dritten Leistungszelle gekoppelt ist.The device of claim 1, wherein a plurality of secondary windings of a first transformer are coupled to a first power cell and at least one secondary winding of the first transformer is coupled to a second power cell, and the first power cell and the second power cell are asymmetric, and wherein at least one further secondary winding of the first first transformer is coupled to a third power cell. System, umfassend: mehrere modulare Transformatoren, von denen jeder wenigstens einen phasenverschobenen Primärsatz von Wicklungen umfasst, um Leistung von einem Versorgungsanschluss zu empfangen, und mehrere Sekundärsätze von Wicklungen umfasst; und mehrere Leistungszellen, von denen jede mit einem der Sekundärsätze von Wicklungen von einem der modularen Transformatoren gekoppelt ist, wobei ein erster Teilsatz der Leistungszellen mit einer ersten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist, ein zweiter Teilsatz der Leistungszellen mit einer zweiten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist und ein dritter Teilsatz der Leistungszellen mit einer dritten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist, und wobei jeder modulare Transformator eine Ausgabe einer ersten Anzahl von Leistungszellen eines Paars der drei Phasenausgabeleitungen und einer zweiten Anzahl von Leistungszellen einer letzten der Phasenausgabeleitungen bereitstellt, wobei sich die erste Anzahl von Leistungszellen und die zweite Anzahl von Leistungszellen voneinander unterscheiden und wobei irgendeine der mehreren Leistungszellen mit irgendeinem der Sekundärsätze von Wicklungen von irgendeinem der mehreren modularen Transformatoren gekoppelt werden kann.System comprising: a plurality of modular transformers, each including at least one out-of-phase primary set of windings for receiving power from a supply terminal and comprising a plurality of secondary sets of windings; and a plurality of power cells, each coupled to one of the secondary sets of windings of one of the modular transformers, wherein a first subset of the power cells is coupled to a first phase output line, a second subset of the power cells is coupled to a second phase output line, and a third subset of the power cells is coupled to a third phase output line, and wherein each modular transformer provides an output of a first number of power cells of a pair of the three phase output lines and a second number of power cells of a last of the phase output lines, wherein the first number of power cells and the second number of power cells from each other and wherein any one of the plurality of power cells may be coupled to any of the secondary sets of windings of any one of the plurality of modular transformers. System nach Anspruch 6, bei welchem jeder modulare Transformator die Ausgabe der ersten Anzahl von Leistungszellen eines anderen Paars der drei Phasenausgabeleitungen bereitstellt.The system of claim 6, wherein each modular transformer provides the output of the first number of power cells of another pair of the three phase output lines. System nach Anspruch 6, bei welchem eine Phasenverschiebung der phasenverschobenen Primärsätze von Wicklungen αsec/Nt entspricht, wobei Nt die Anzahl der mehreren modularen Transformatoren ist, und αsec eine Phasenverschiebung der Sekundärsätze von Wicklungen eines entsprechenden modularen Transformators entspricht, und auf einer Anzahl von Phasen des Versorgungsanschlusses, der mit den modularen Transformatoren gekoppelt ist, und der Anzahl von Sekundärsätzen von Wicklungen pro modularem Transformator basiert, was wiederum auf einer Gesamtanzahl der Leistungszellen und Nt basiert.The system of claim 6, wherein a phase shift of the phase-shifted primary sets of windings α sec / N t , where N t is the number of multiple modular transformers, and α sec corresponds to a phase shift of the secondary sets of windings of a corresponding modular transformer, and on a Number of phases of the supply terminal coupled to the modular transformers and the number of secondary sets of windings per modular transformer based in turn on a total number of the power cells and N t . System nach Anspruch 8, bei welchem αsec 360/2 Nph Ns entspricht, wobei Nph eine Anzahl von Phasen des Versorgungsanschlusses an die mehreren modularen Transformatoren ist und Ns eine Integer-Anzahl der Sekundärsätze von Wicklungen in jedem der modularen Transformatoren ist.The system of claim 8, wherein α sec corresponds to 360/2 N ph N s , where N ph is a number of phases of the supply connection to the plurality of modular transformers and N s is an integer number of secondary sets of windings in each of the modular transformers , System, umfassend: mehrere modulare Transformatoren, von denen jeder eine phasenverschobene Primärwicklung umfasst, die mit einer Eingangsleistungsquelle und mehreren phasenverschobenen Sekundärwicklungen gekoppelt ist, von denen jede mit einer Leistungszelle gekoppelt ist; eine erste Phasenausgabeleitung, die wenigstens eine Leistungszelle ersten Niveaus und eine Leistungszelle zweiten Niveaus aufweist, wobei ein erster der modularen Transformatoren eine erste Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle ersten Niveaus gekoppelt sind, und eine zweite Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle zweiten Niveaus gekoppelt sind; eine zweite Phasenausgabeleitung, die wenigstens eine Leistungszelle ersten Niveaus und eine Leistungszelle zweiten Niveaus aufweist, wobei ein zweiter der modularen Transformatoren eine erste Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle ersten Niveaus gekoppelt sind, und eine zweite Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle zweiten Niveaus gekoppelt sind; und eine dritte Phasenausgabeleitung, die wenigstens eine Leistungszelle ersten Niveaus und eine Leistungszelle zweiten Niveaus aufweist, wobei ein dritter der modularen Transformatoren eine erste Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle ersten Niveaus gekoppelt sind, und eine zweite Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen aufweist, die mit der Leistungszelle zweiten Niveaus gekoppelt sind.A system comprising: a plurality of modular transformers each including a phase shifted primary winding coupled to an input power source and a plurality of phase shifted secondary windings, each coupled to a power cell; a first phase output line having at least a first level power cell and a second level power cell, a first one of the modular transformers having a first plurality of the phase shifted secondary windings connected to the first level power cell and having a second plurality of the phase-shifted secondary windings coupled to the second-level power cell; a second phase output line having at least a first level power cell and a second level power cell, a second one of the modular transformers having a first plurality of the phase shifted secondary windings coupled to the first level power cell and a second plurality of the phase shifted secondary windings are coupled to the second level power cell; and a third phase output line having at least a first level power cell and a second level power cell, a third of the modular transformers having a first plurality of phase shifted secondary windings coupled to the first level power cell and a second plurality of phase shifted secondary windings. which are coupled to the power cell second level. System nach Anspruch 10, bei welchem die erste Phasenausgabeleitung eine Leistungszelle dritten Niveaus aufweist, und wobei wenigstens eine der phasenverschobenen Sekundärwicklungen des ersten modularen Transformators mit der Leistungszelle dritten Niveaus gekoppelt ist, wobei die Leistungszelle ersten Niveaus für eine höhere Spannung als die Leistungszelle zweiten Niveaus ist, und die Leistungszelle zweiten Niveaus für eine höhere Spannung als die Leistungszelle dritten Niveaus ist, und wobei jeder der mehreren modularen Transformatoren vom gleichen Ausgabeniveau sind.The system of claim 10, wherein the first phase output line comprises a third level power cell, and wherein at least one of the phase shifted secondary windings of the first modular transformer is coupled to the third level power cell, wherein the power cell is a first voltage higher level than the second level power cell , and the second level power cell is for a higher voltage than the third level power cell, and wherein each of the plurality of modular transformers are of the same output level. System nach Anspruch 10, bei welchem die Leistungszelle ersten Niveaus einen Gleichrichterstapel umfasst, der eine größere Anzahl Dioden aufweist, als ein Gleichrichterstapel der Leistungszelle zweiten Niveaus, und wobei jede Diode der ersten Leistungszelle mit einer der ersten Mehrzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen gekoppelt ist.The system of claim 10, wherein the first level power cell comprises a rectifier stack having a larger number of diodes than a second level power cell rectifier stack, and wherein each of the first power cell diodes is coupled to one of the first plurality of phase shifted secondary windings. System nach Anspruch 10, bei welchem die Phasenverschiebung der phasenverschobenen Primärwicklung αsec/Nt entspricht, wobei Nt die Anzahl der mehreren modularen Transformatoren ist, und αsec der Phasenverschiebung zwischen zwei der phasenverschobenen Sekundärwicklungen eines entsprechenden modularen Transformators entspricht, und 360/2 Nph Ns entspricht, wobei Nph eine Anzahl von Phasen der Eingabeleistungsquelle ist und Ns eine Integer-Anzahl der phasenverschobenen Sekundärwicklungen in jedem der modularen Transformatoren ist.The system of claim 10, wherein the phase shift of the phase-shifted primary winding is α sec / N t , where N t is the number of multiple modular transformers, and α sec corresponds to the phase shift between two of the phase-shifted secondary windings of a corresponding modular transformer, and 360/2 N ph N s corresponds, where N ph is a number of phases of the input power source, and N s is an integer number of phase-shifted secondary windings in each of the modular transformers. Vorrichtung, umfassend: mehrere modulare Transformatoren, von denen jeder wenigstens einen phasenverschobenen Primärsatz von Wicklungen umfasst, um Leistung von einem Versorgeranschluss zu empfangen, und eine Mehrzahl von sekundären Sätzen von Wicklungen umfasst; mehrere Leistungszellen ersten Niveaus, von denen jede mit einer ersten Mehrzahl der Sekundärsätze von Wicklungen von wenigstens zwei der modularen Transformatoren gekoppelt ist, wobei eine erste der Leistungszellen ersten Niveaus mit einer ersten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist, eine zweite der Leistungszellen ersten Niveaus mit einer zweiten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist und eine dritte der Leistungszellen ersten Niveaus mit einer dritten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist; und mehrere Leistungszellen zweiten Niveaus, von denen jede mit einer zweiten Mehrzahl der Sekundärsätze von Wicklungen von wenigstens zwei der modularen Transformatoren gekoppelt ist, wobei eine erste der Leistungszellen zweiten Niveaus mit der ersten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist, eine zweite der Leistungszellen zweiten Niveaus mit der zweiten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist, und eine dritte der Leistungszellen zweiten Niveaus mit der dritten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist, wobei irgendeine der Leistungszellen ersten Niveaus und der Leistungszellen zweiten Niveaus mit irgendeinem der Sekundärsätze von Wicklungen von irgendeinem der mehreren modularen Transformatoren gekoppelt werden kann.Apparatus comprising: a plurality of modular transformers, each comprising at least one out-of-phase primary set of windings for receiving power from a utility terminal, and a plurality of secondary sets of windings; a plurality of first level power cells, each coupled to a first plurality of secondary sets of windings of at least two of the modular transformers, wherein a first of the first level power cells is coupled to a first phase output line, and a second of the first level power cells is coupled to a second phase output line and a third of the first level power cells is coupled to a third phase output line; and a plurality of second level power cells, each coupled to a second plurality of secondary sets of windings of at least two of the modular transformers, wherein a first of the second level power cells is coupled to the first phase output line, and a second of the second level power cells is coupled to the second phase output line and a third of the second level power cells is coupled to the third phase output line, wherein each of the first level power cells and the second level power cells may be coupled to any one of the secondary sets of windings of any one of the plurality of modular transformers. Vorrichtung nach Anspruch 14, des Weiteren umfassend mehrere Leistungszellen dritten Niveaus, von denen jede mit wenigstens einem der Sekundärsätze von Wicklungen von wenigstens einem der modularen Transformatoren gekoppelt ist, wobei eine erste der Leistungszellen dritten Niveaus mit der ersten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist, eine zweite der Leistungszellen dritten Niveaus mit der zweiten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist und eine dritte der Leistungszellen dritten Niveaus mit der dritten Phasenausgabeleitung gekoppelt ist, wobei irgendeine der Leistungszellen dritten Niveaus mit irgendeinem der Sekundärsätze von Wicklungen von irgendeinem der mehreren modularen Transformatoren gekoppelt werden kann.The apparatus of claim 14, further comprising a plurality of third level power cells, each coupled to at least one of the secondary sets of windings of at least one of the modular transformers, wherein a first of the third level power cells is coupled to the first phase output line, a second one of the power cells third level is coupled to the second phase output line and a third of the third level power cells is coupled to the third phase output line, wherein any of the third level power cells may be coupled to any one of the secondary sets of windings of any one of the plurality of modular transformers. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher die Leistungszellen ersten Niveaus eine erste Mehrzahl von Gleichrichtern umfassen, von denen jeder mit einem der Sekundärsätze von Wicklungen gekoppelt ist, und die Leistungszellen zweiten Niveaus eine zweite Mehrzahl von Gleichrichtern umfassen, von denen jeder mit einem der Sätze von Sekundärwicklungen gekoppelt ist, wobei die zweite Mehrzahl von Gleichrichtern geringer ist als die erste Mehrzahl von Gleichrichtern. The apparatus of claim 14, wherein the first level power cells include a first plurality of rectifiers, each coupled to one of the secondary sets of windings, and the second level power cells comprising a second plurality of rectifiers, each with one of the sets of Secondary windings is coupled, wherein the second plurality of rectifiers is less than the first plurality of rectifiers. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher ein erster Satz der modularen Transformatoren wenigstens einen seiner Sekundärsätze von Wicklungen aufweist, der mit jeder der Leistungszellen ersten Niveaus gekoppelt ist, und ein zweiter Satz der modularen Transformatoren wenigstens einen seiner Sekundärsätze von Wicklungen aufweist, der mit jeder der Leistungszellen zweiten Niveaus gekoppelt ist.The apparatus of claim 14, wherein a first set of the modular transformers has at least one of its secondary sets of windings coupled to each of the first level power cells and a second set of the modular transformers has at least one of its secondary sets of windings associated with each of Power cells second level is coupled.
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