Die Erfindung betrifft ein EMV-Filter für Anlagen, Systeme und geschirmte Räume mit einem metallischen Gehäuse, in dem Drosseln sowie symmetrische und asymmetrische Kondensatoren angeordnet sind.
Um elektrische, elektronische Geräte und Anlagen sowie Leitungen zu entstören, die in und aus geschirmten Räumen führen, werden Filter mit zum Teil sehr hoher Dämpfung (sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch), geringem Ableitstrom (kleiner Kapazität von Phase an Masse) gefordert. Weiterhin sollen derartige Filter einen geringen Spannungsabfall über den elektrischen Leitern und eine kleine Verlustleistung aufweisen. Bei den genannten Forderungen sollen Gewicht und Grösse des Filters auf ein Minimum reduziert werden.
Aus dem Stand der Technik bekannte Filter werden grösstenteils mit stromkompensierten Drosseln und Stabkerndrosseln in Wickeltechnik aufgebaut. Diese Drosseln sind zuständig für die symmetrische und asymmetrische Entstörung. Für die Entstörung im höheren Frequenzbereich sind Kondensatoren (Einfach- bzw. Mehrfachdurchführungskondensatoren) sowie Kondensatoren vorgesehen, welche zwischen den Phasenleitern bzw. zwischen Phasenleitern und N-Leiter angeordnet sind.
Die Verbindung mittels Kondensatoren zwischen Phasenleitern und PE- oder N-Leiter und PE (Gehäusepotential) wird asymmetrische bzw. Y-Beschaltung genannt.
Die Anschlüsse der Kondensatoren werden mit elektrischen Leitern bestückt und durch Klemm-, Quetsch-, Schraub-, Löt- und andere Kontaktierungen mit den jeweiligen elektrischen Leitern verbunden. Durch die räumlichen Gegebenheiten sind die Verbindungsleitungen zum Teil sehr lang und dadurch induktiv belastet, was zu einem schlechteren Dämpfungsverhalten im höheren Frequenzbereich führt. Diese langen Anschlussleitungen führen auch zu Resonanzerscheinungen im unteren Frequenzbereich.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein EMV-Filter der eingangs genannten Art anzugeben, dass die weiter oben beschriebenen Anforderungen erfüllt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Filter durchgeführte elektrische Leiter besitzt, dass die Drosseln als stromkompensierte Mehrfachdrosseln in Kompaktbauweise ausgeführt sind und dass die Drosseln Komponenten zur asymmetrischen und symmetrischen Entstörung besitzen.
Vorteilhafterweise bestehen die Komponenten zur asymmetrischen Entstörung der Drosseln aus zumindest einem Kern, in dessen Innenraum die elektrischen Leiter angeordnet sind, während die Komponenten zur symmetrischen Entstörung aus zumindest einem auf jedem elektrischen Leiter aufgebrachten Kern bestehen.
Vorteilhafterweise sind die elektrischen Leiter derart geformt, dass zwischen den Komponenten zur asymmetrischen und symmetrischen Entstörung die Aufbringung der jeweiligen Kerne ermöglicht wird.
Weiterhin sind die Kondensatoren zur symmetrischen Entstörung zwischen den Leitern und den Null-Leiter geschaltet und bevorzugt als Mehrfachdurchführungskondensatoren ausgebildet.
Hierbei sind die Mehrfachdurchführungskondensatoren auf die elektrischen Leiter aufgebracht und jeweils ihre eine Elektrode ist mit diesen direkt kontaktiert, während die andere Elektrode grossflächig (Querschnitt des gesamten Filters) mit einem gemeinsamen Potential, bevorzugt mit dem PE-Potential, verbunden sind.
Es ist zweckmässig, auf der Eingangs- und/oder Ausgangsseite des Filters einen Überspannungsschutz anzuordnen.
Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.
In der dazugehörenden Zeichnung zeigen
Fig. 1 ein Filter nach der Erfindung und
Fig. 2 ein Schaltbild des in der Fig. 1 dargestellten Filters.
In der Fig. 1 ist ein Filter dargestellt, das in ein metallisches Filtergehäuse 1 eingebaut ist.
Das metallische Gehäuse ist durch hochfrequenzdichte Trennwände 2 in drei Kammern unterteilt, wobei in der Figur der Filteraufbau nur für die mittlere Kammer dargestellt ist. Die rechte und linke Kammer weisen den gleichen Aufbau auf.
Das Filter besitzt L1-Ln-Phasenleiter und einen N-Leiter.
Die elektrischen Leiter weisen im Bereich 3 vorzugsweise Schraubanschlüsse mit Innen- bzw. Aussengewinde auf, so dass sie mit der Filtereinheit in der nächsten Kammer leicht durch Zusammenschrauben verbunden werden können. Die elektrischen Leiter sind derart geformt, dass sie innerhalb jeder Kammer eine stromkompensierte Mehrfachdrossel in Kompaktbauweise bilden, die Komponenten U zur asymmetrischen Entstörung und S zur symmetrischen Entstörung aufweist.
Die Komponente U zur asymmetrischen Entstörung weist mindestens einen Ringkern 4 auf, in dessen Innenraum die elektrischen Leiter verlaufen. Anschliessend an die Komponente U zur asymmetrischen Entstörung sind die elektrischen Leiter durch geeignete Formgebung, z.B. Aufbiegen, soweit voneinander entfernt, dass auf mindestens einem elektrischen Leiter minde stens ein Ringkern 5 aufgebracht werden kann, der die Komponente S zur symmetrischen Entstörung darstellt.
Die elektrischen Leiter können hierbei entweder als flexible Leiter, Massiv- oder Hohlleiter ausgebildet sein.
Zwischen den Komponenten U und S ist eine Platte 6 angeordnet, die über einen in der Figur nicht dargestellten Kondensator an PE (Gehäuse)-Potential angeschlossen ist.
An dieser Platte 6 sind ebenfalls Kondensatoren 7 mit ihrer einen Elektrode grossflächig angeschlossen, während die andere Elektrode der Kondensatoren mit den einzelnen elektrischen Leitern verbunden ist. Diese Kondensatoren dienen zur symmetrischen und asymmetrischen Entstörung für höhere Frequenzen.
Eine Alternative für die Kondensatoren 7 besteht darin, dass die Kondensatoren zur symmetrischen und asymmetrischen Entstörung als Mehrfach-Durchführungskondensator ausgebildet sind, bei dem ein Einzelkondensator 8 als asymmetrischer Kondensator konzentrisch alle elektrischen Leiter umgibt, und bei dem ferner symmetrische Kondensatoren als Einzelkondensatoren 9 mindestens einen elektrischen Leiter umgeben. Der asymmetrische Kondensator 8 ist dabei derart eingebaut, dass seine eine Elektrode grossflächig mit PE-Potential und seine andere Elektrode grossflächig mit N-Potential verbunden ist. Bei den symmetrischen Kondensatoren ist jeweils die eine Elektrode ebenfalls grossflächig mit N-Potential verbunden, während die anderen Elektroden koaxial mit den jeweiligen elektrischen Leitern verbunden sind.
An der Eingangs- und/oder Ausgangsseite des Filters ist ein Überspannungsschutz ÜS vorgesehen. Ferner weist das Filter einen hochfrequenzdichten Anschluss 10 auf.
In der Fig. 2 ist das Schaltbild des EMV-Filters nach Fig. 1 mit drei Kammern dargestellt. Aus dem Schaltbild ist zu erkennen, dass die Kondensatoren zur symmetrischen und asymmetrischen Entstörung entweder als Einzelkondensatoren (in Fig. 1 als 7 bezeichnet) zwischen den Komponenten zur asymmetrischen U- und symmetrischen S-Entstörung der Mehrfachdrossel oder aber als Mehrfachdurchführungskondensator (in Fig. 1 als 8, 9 bezeichnet) am Ende der Komponente S zur symmetrischen Entstörung der Mehrfachdrossel angeordnet sind. Diese Anordnungsmöglichkeiten der Entstörkondensatoren stellen Alternativen dar, bei denen die Alternative mit dem Mehrfach-Durchführungskondensator 8, 9 im allgemeinen günstiger ist.
Durch die Verwendung der stromkompensierten Mehrfachdrossel und eines oder mehrerer Durchführungskondensatoren und geeignete Anbringung und ggf. Verdrahtung von Kondensatoren wird ein Filter geschaffen, das in einer oder mehreren Stufen mit sehr hoher Dämpfung im unteren sowie im oberen Frequenzbereich gefertigt werden kann. Insbesondere ist durch die vorgeschlagene Anordnung der Kondensatoren, insbesondere als Mehrfach-Durchführungskondensator 8, 9, die induktivitätsbehaftete Zuleitung auf ein Minimum reduziert, da der asymmetrische Kondensator zur Masse (PE) durch die grossflächige Kontaktierung (Querschnitt des gesamten Filters mit der Masse verbunden) keinen Leiter mehr benötigt.
Der Gleichstromwiderstand ist bei der vorgeschlagenen Filteranordnung geringer als bei den bisher gefertigten Filtern bei gleicher Dämpfungsanforderung und dem gleichen Laststrom. Dies folgt aus der kurzen Leitungsführung und den grösser dimensionierten Leiterquerschnitten. Dadurch führt auch eine Erhöhung der Induktivität eines Filterzweiges (die durch Anordnung von mehreren Ringkernen in den Komponenten zur asymmetrischen U- und symmetrischen S-Entstörung variiert werden kann) nicht zu einer wesentlichen Erhöhung des Gleichstromwiderstandes.
Durch die beschriebene Anordnung der Kondensatoren und die dadurch geringere Induktivitätsbelastung der Leitungen der Kondensatoren können die Filter mit kleineren Kondensatoren (in Kapazität) ausgestattet werden, was zu einem verminderten Ableitstromverhalten und auch zu einem geringeren Blindstrom führt.
Weiterhin ist bei dem vorgeschlagenen Filter die Verlustleistung durch den geringen Gleichstromwiderstand reduziert und ferner als Folge des geringen Gleichstromwiderstandes ein kleinerer Spannungsabfall über eine bzw. alle Leitungen des Filters erreicht.
Durch die geschilderten Vorteile ergibt sich dadurch eine kleinere Baugrösse und auch ein geringeres Gewicht als bei herkömmlichen EMV-Filtern.
Je nach gewünschtem Anwendungszweck können die Filter mit einer oder mehreren HF-dichten Trennwänden ausgestattet werden.
Wird das Filter ohne die weiter oben beschriebenen Trennwände und Durchführungskondensatoren ausgestaltet, so ist dies ein Filter für den in den Dämpfungsanforderungen nicht so hoch spezifizierten Einsatz bei z.B. USV-Anlagen oder Umrichtern.
The invention relates to an EMC filter for systems, systems and shielded rooms with a metallic housing in which chokes and symmetrical and asymmetrical capacitors are arranged.
In order to suppress electrical, electronic devices and systems as well as cables that lead into and out of shielded rooms, filters with partly very high attenuation (both symmetrical and asymmetrical), low leakage current (small capacitance from phase to ground) are required. Furthermore, such filters should have a low voltage drop across the electrical conductors and a small power loss. With the requirements mentioned, the weight and size of the filter should be reduced to a minimum.
Filters known from the prior art are largely constructed using current-compensated chokes and rod core chokes using winding technology. These chokes are responsible for the symmetrical and asymmetrical interference suppression. For interference suppression in the higher frequency range, capacitors (single or multiple feed-through capacitors) and capacitors are provided, which are arranged between the phase conductors or between phase conductors and N conductors.
The connection by means of capacitors between phase conductors and PE or N conductors and PE (housing potential) is called asymmetrical or Y connection.
The connections of the capacitors are equipped with electrical conductors and connected to the respective electrical conductors by means of clamping, crimping, screwing, soldering and other contacts. Due to the spatial conditions, the connecting lines are sometimes very long and therefore inductively loaded, which leads to poorer damping behavior in the higher frequency range. These long connection lines also lead to resonance phenomena in the lower frequency range.
The object of the present invention is therefore to provide an EMC filter of the type mentioned at the outset that meets the requirements described above.
This object is achieved according to the invention in that the filter has electrical conductors, that the chokes are designed as current-compensated multiple chokes in a compact design and that the chokes have components for asymmetrical and symmetrical interference suppression.
The components for asymmetrical interference suppression of the chokes advantageously consist of at least one core, in the interior of which the electrical conductors are arranged, while the components for symmetrical interference suppression consist of at least one core applied to each electrical conductor.
The electrical conductors are advantageously shaped in such a way that the respective cores can be applied between the components for asymmetrical and symmetrical interference suppression.
Furthermore, the capacitors for symmetrical interference suppression are connected between the conductors and the neutral conductors and are preferably designed as multiple feedthrough capacitors.
Here, the multiple feedthrough capacitors are applied to the electrical conductors and in each case one electrode is in direct contact with them, while the other electrode is connected over a large area (cross section of the entire filter) to a common potential, preferably to the PE potential.
It is advisable to arrange overvoltage protection on the input and / or output side of the filter.
The invention is explained in more detail using the following exemplary embodiments.
Show in the accompanying drawing
Fig. 1 is a filter according to the invention and
Fig. 2 is a circuit diagram of the filter shown in Fig. 1.
1 shows a filter which is installed in a metallic filter housing 1.
The metallic housing is divided into three chambers by high-frequency-tight partition walls 2, the filter structure being shown only for the middle chamber in the figure. The right and left chambers have the same structure.
The filter has L1-Ln phase conductor and an N conductor.
In area 3, the electrical conductors preferably have screw connections with internal or external threads, so that they can be easily connected to the filter unit in the next chamber by screwing them together. The electrical conductors are shaped in such a way that they form a current-compensated multiple choke in a compact design within each chamber, which has components U for asymmetrical interference suppression and S for symmetrical interference suppression.
Component U for asymmetrical interference suppression has at least one toroidal core 4, in the interior of which the electrical conductors run. Following component U for asymmetrical interference suppression, the electrical conductors are suitably shaped, e.g. Bend as far apart from each other that at least one toroidal core 5 can be applied to at least one electrical conductor, which represents component S for symmetrical interference suppression.
The electrical conductors can be designed either as flexible conductors, solid or hollow conductors.
A plate 6 is arranged between the components U and S and is connected to PE (housing) potential via a capacitor (not shown in the figure).
Capacitors 7 are also connected to this plate 6 with their one electrode over a large area, while the other electrode of the capacitors is connected to the individual electrical conductors. These capacitors are used for symmetrical and asymmetrical interference suppression for higher frequencies.
An alternative for the capacitors 7 is that the capacitors for symmetrical and asymmetrical interference suppression are designed as multiple feedthrough capacitors, in which a single capacitor 8 concentrically surrounds all electrical conductors as an asymmetrical capacitor, and in which symmetrical capacitors as individual capacitors 9 also have at least one electrical one Surround the ladder. The asymmetrical capacitor 8 is installed in such a way that its one electrode is connected to PE potential over a large area and its other electrode is connected to N potential over a large area. In the case of the symmetrical capacitors, one electrode is also connected over a large area to N potential, while the other electrodes are connected coaxially to the respective electrical conductors.
Overvoltage protection ÜS is provided on the input and / or output side of the filter. Furthermore, the filter has a high-frequency-tight connection 10.
2 shows the circuit diagram of the EMC filter according to FIG. 1 with three chambers. It can be seen from the circuit diagram that the capacitors for symmetrical and asymmetrical interference suppression either as individual capacitors (designated as 7 in FIG. 1) between the components for asymmetrical U and symmetrical S interference suppression of the multiple inductor or as a multiple lead-through capacitor (in FIG. 1 referred to as 8, 9) are arranged at the end of component S for symmetrical interference suppression of the multiple choke. These arrangement possibilities of the interference suppression capacitors represent alternatives in which the alternative with the multiple feedthrough capacitor 8, 9 is generally cheaper.
The use of the current-compensated multiple choke and one or more feed-through capacitors and suitable attachment and, if necessary, wiring of capacitors creates a filter that can be manufactured in one or more stages with very high attenuation in the lower and in the upper frequency range. In particular, the proposed arrangement of the capacitors, in particular as a multiple feed-through capacitor 8, 9, reduces the inductance-related supply line to a minimum, since the asymmetrical capacitor to ground (PE) does not have any due to the large-area contact (cross-section of the entire filter connected to ground) Head needed more.
The DC resistance is lower in the proposed filter arrangement than in the previously manufactured filters with the same damping requirement and the same load current. This follows from the short cable routing and the larger conductor cross-sections. As a result, an increase in the inductance of a filter branch (which can be varied by arranging several ring cores in the components for asymmetrical U and symmetrical S interference suppression) does not lead to a significant increase in the DC resistance.
Due to the described arrangement of the capacitors and the resulting lower inductance load on the lines of the capacitors, the filters can be equipped with smaller capacitors (in capacitance), which leads to a reduced leakage current behavior and also to a lower reactive current.
Furthermore, in the proposed filter, the power loss is reduced by the low DC resistance and, as a result of the low DC resistance, a smaller voltage drop is achieved across one or all of the lines of the filter.
The advantages described result in a smaller size and also a lower weight than with conventional EMC filters.
Depending on the desired application, the filters can be equipped with one or more HF-proof partitions.
If the filter is designed without the partition walls and feedthrough capacitors described above, then this is a filter for the use that is not so highly specified in the damping requirements in e.g. UPS systems or converters.