CN101006631A - 电网滤波器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有滤波器单元(2)的电网滤波器(1)，该滤波器单元具有输入端和输出端以及电流补偿的扼流圈和电容网络，其中扼流圈具有多个在一个共同的芯上的相绕组(L1，L2，L3)，每个相绕组都与相导体(P1，P2，P3)串联，电容网络具有电容器，这些电容器分别被连接在相导体(P1，P2，P3)和中性导体之间，其中，与中性导体(N)串联地设置另外的扼流圈，该扼流圈与所述芯分离地被缠绕。

Description

电网滤波器

本发明说明了一种电网滤波器。

由文献EP 1 069 673 A1公开了一种电源输入滤波器，它具有电流补偿的扼流圈和电容网络。

待解决的任务在于，说明一种与FI装置兼容的电网滤波器。

这里描述的电网滤波器被应用在干扰电压必须被补偿以便对负载提供合适的电压的地方。这些电网滤波器具有多个输入端和输出端，这些输入端和输出端分别接收和发送不同的信号或者信号分量。

本发明提出了一种具有滤波器单元的电网滤波器，该滤波器单元具有输入端和输出端以及电流补偿的扼流圈和电容网络，其中该扼流圈具有多个在一个共同的芯上的相绕组，每个相绕组串联地与相导体连接，电容网络具有多个电容器，这些电容器分别被连接在相导体和中性导体之间，并且一个另外的扼流圈与该中性导体串联地设置，该扼流圈与所述芯分离地被缠绕。

该滤波器包含一个中线端子，该中线端子被设置用于与供电电网的中性导体电连接。一个附加的第四线圈将该端子与电容网络的星形汇接点连接，使得由于不对称的干扰而在星形汇接点上可能存在的电压被短路。

这里，有利的是，在中性导体中的电感不通过在所述电流补偿的扼流圈上的另一个绕组而变换，而是通过分离的扼流圈或绕组。这是可能的，因为没有重要的工作电流流过中性导体，而只有高频的分量，因为中性导体在负载侧有利地未被连接。

中线扼流圈与主扼流圈的分离的实施在此是特别有利的，因为主扼流圈的芯在几何结构上完全可被用于三个相绕组，并且在此在已有的芯几何结构的情况下可实现尽可能大的主电感。此外，通过中线扼流圈与主扼流圈几何上的分离，通常也能实现高频的干扰电压和电流的更好的衰减。

有利地，中性导体可被引向滤波器单元的输入侧，然而不在滤波器单元的输出端设置中性导体端子。由此，可能的是，用于例如一个通常的三线滤波器(3-Leiter-Filter)(该滤波器被设置有对地相对大的电容器并且由此与故障电流保护装置不兼容)的必须的花费并不显著地提高，由此可保证对于相同的抗干扰作用所需的、与故障电流保护装置的兼容性。该中性导体用于使得由电网滤波器、例如抗干扰滤波器所引起的泄漏电流基本不流过保护导体而是流过中性导体，由此可减少故障电流。

在同样的滤波作用的情况下，用于抗干扰滤波器的器件花费比在相应的与故障电流保护装置不兼容的三线滤波器的情况仅仅略高，但是明显比在四导体滤波器(其特点是在滤波器的负载侧也有中线端子)的情况下要低。

电网滤波器借助下面的实施例和附图来进一步阐述。

在附图中：

图1示出带有滤波器单元的电网滤波器，该滤波器单元具有一个与扼流圈分离地缠绕的第四电感，

图2示出带有两个串联连接的滤波器单元的电网滤波器，这些滤波器单元分别具有与扼流圈分离地缠绕的电感，

图3示出根据图2的电网滤波器，其中滤波器单元之一不具有与扼流圈分离地缠绕的电感，

图4示出根据图3的电网滤波器，其中中性线不与连接在滤波器单元之前的电路元件相连接，

图5示出根据图2的电网滤波器，其中中性线不与连接在滤波器单元之前的电路元件相连接。

在图1中示出了，电网滤波器1在输入侧是如何用相导体P1至P3、中性导体N以及地线E来构建的，其中除了地线E的这些导体汇入设置有电流补偿的扼流圈的滤波器单元2中。该扼流圈优选包括3个相绕组或者电感L1至L3，它们围绕一个共同的芯被缠绕。

设置有另一个扼流圈或者电感L4，它与所述的芯分开地被实施并且与中性导体N相连接或者是中性导体的一部分。

滤波器单元2在输出侧与相位线P1’至P3’相连接，这些相位线优选被连接到负载3上。负载3例如可以是变流器、感应式电机或者蓄电池充电设备或电网充电设备，并且这些相位线被实现为线缆。负载3通常还设置有地线E’。

滤波器单元2优选设置有3个电容器C1至C3构成的装置，这些电容器分别与相位线P1’至P3’之一相连接。这些相位线P1’至P3’形成相位线P1至P3的、连接在电感L1至L3之后朝负载3方向延伸的部分。电容器C1至C3构成的装置可被理解为星形电容网络。另一个电容器C4与该电容网络和滤波器单元2的地线E”相连接，该电容器优选被连接在电容器构成的星形装置的星形汇接点4上。

在中性导体N上的电感L4不是必须针对电网滤波器1的额定电流来设计，即不是必须针对相位线P1至P3或者P1’至P3’，因为只有电容性地引起的电流分量流过该中性导体。这可以通过在滤波器单元的输出端不必设置中性导体的端子来保证。

在一种变形方案中，负载3本身可以包括一个所述形式的滤波器单元2，由此它可毫无问题地被连接到电源上。代替地，所述类型的滤波器单元2直接被集成在电源中。

通常出于安全的原因，需要在这些电路例子中给出的电阻R1至R3，用于在断开电网电压之后使这些电容器放电，并且它们对于滤波器电路的所描述的功能没有影响。

在一个实验中，构建了具有下列电学数值的电网滤波器：

L1＝L2＝L3＝3.9mH

C1＝C2＝C3＝C4＝C5＝C6＝C7＝2.2μF

L4＝3.3mH

工作方式：带2.2kW的电动机的变频器；负载46Hz/4.2A；转换频率4KHz；屏蔽的电机导线。

在接地线中已包含了灵敏度为30mA的故障电流保护开关。

在上述装置的工作中，可实现与在没有中性导体的三线滤波器情况下类似的对干扰电压的滤波作用，而该中性导体不触发故障电流保护开关。

在另一个实验中，对于电感选择了下列的值：

L1＝L2＝L3＝1.2mH

L4＝800μH(相应于一个单个的绕组)

这里也获得了相应的结果。

图2示出了一个电网滤波器1’，它被以两个相继连接或者级联的、并且以相同或者至少相似的方式构造的滤波器单元2构建。在此，电网滤波器中任意多的滤波器单元2的级联，以及具有包含替代的电路元件的滤波器单元的变形的级联是可能的。这些滤波器单元优选将共同的相导体P1至P3或者P1’至P3’以及共同的中性导体N分开，该中性导体与电容器以及分离地缠绕的电感相连接。中性导体在此也与连接在滤波器单元之前的电阻和电容相连接。

与图2不同，图3示出了两个相继连接的、彼此不同的滤波器单元2和2’，其中在所述的一个滤波器单元2’中在中性导体N上没有附加的电感L4。

在根据图3的装置中设置有两个不同的滤波器单元2和2’。第一滤波器单元2被构造得与图1中的滤波器单元2一样，然而其中电感L1至L3以及L4的电特征值和电容器C1至C4的特征值可不同。此外，在至滤波器单元2的串联电路中还设置有另一个滤波器单元2’，该滤波器单元2’在许多特征上都与滤波器单元2一致，然而其中在中性线N中缺少附加的电感L4。

如果滤波器单元2和2’被这样连接，即在至由电阻R1、R2、R3和电容器C5、C6、C7构成的网络上的端子上这样地连接第一滤波器单元2’，使得电感L1’、L2’、L3’的每一个分别被连接到相位线P1、P2、P3之一上。接着设置有电容器C1’、C2’、C3’，它们与图1类似地被这样连接，使得所述电容器的每一个分别与一个相位线相连接，并且该相位线与中性线N相连接。电容器C4’优选与其它三个电容器C1’、C2’、C3’的星形汇接点相连接，并且又将其与地线E2’相连接，该地线也可由滤波器壳体的部分构成。

在第一滤波器单元2’之后连接的是第二滤波器单元2，其中电感L1、L2、L3相应于滤波器单元2’又被接到相位线中。除了滤波器单元2’，还设置了另外的相绕组L4，它位于中性线N中并且将它与滤波器单元2的星形汇接点4相连接。

在一个实验中，构造了根据图3的装置，其中对于滤波器单元2’选择了下列的电特征值：

L1’＝L2’＝L3’＝1.7mH

C1’＝C2’＝C3’＝1μF

C4’＝100nF

对于滤波器单元2的特征数使用了下面的数值：

L1＝L2＝L3＝1.7mH

C1＝C2＝C3＝2.2μF＝C4

L4＝1.6mH(具有两个串联的绕组)

利用该实验装置也可(在其它方面与上面已经描述的同样的实验条件下)防止FI-开关的触发。

图4示出了与图3不同的中性导体N，它不与滤波器单元2’的电路元件相连接，其中滤波器单元2’不具有分离地缠绕的电感。同样，该中性导体也不与被连接在滤波器单元2和2’之前的电路元件R1至R3和C4至C6相连接。

中性导体N仅通过电感L4与负载侧的滤波器单元2的电容器C1、C2、C3、C4相连接。

在一个实施例中，对于根据图4的滤波器装置考虑下面的电学特征参数：

L1’＝L2’＝L3’＝1.7mH

C1’＝C2’＝C3’＝1μF

C4’＝100nF

L1＝L2＝L3＝1.7mH

C1＝C2＝C3＝C4＝2.2μF

L4＝1.6mH(具有两个串联的绕组)

优选地，在多个滤波器单元级联或者串联的情况下，在相位线上的电感在它们的电特征数方面是相同大小的(即L1＝L1’＝L2＝L2’＝L3＝L3’)。但是也可使用不同的电感值(L1＝L2＝L3≠L1’＝L2’＝L3’)。与地线相连接的电容器优选被这样地选择，使得近负载的电容器具有比远负载的电容器更大的电容。

图5示出了本发明的与图2不同的实施形式，其中中性导体N虽然与滤波器单元2和2’的电感L4和L4’相连接，但是不与连接在滤波器单元之前的电路元件R1至R3和C4至C6相连接。

在根据图5的实施形式中，按照一个试验可使用下面的电学特征参数选择：

L1’＝L2’＝L3’＝1.7mH

C1’＝C2’＝C3’＝1μF

C4’＝100nF

L1＝L2＝L3＝1.7mH

C1＝C2＝C3＝C4＝2.2μF

L4＝L4’＝1.6mH

电感L4和L4’以两个串联的扼流圈的形式被实现，其中在这些扼流圈之间连接上电容器C1至C4’。

               参考标号表

1       电网滤波器

1’     代替的电网滤波器

2，2’  滤波器单元

3       负载

P1      第一相位线

P2      第二相位线

P3      第三相位线

N       中性线

E       第一地线

E’     第二地线

E”     第三地线

L1      第一相绕组

L2      第二相绕组

L3      第三相绕组

L4      第四相绕组

C1      第一电容器

C2      第二电容器

C3      第三电容器

C4      第四电容器

C5    第五电容器

C6    第六电容器

C7    第七电容器

Claims (8)

1.一种具有滤波器单元(2)的电网滤波器(1)，所述滤波器单元具有输入端和输出端以及电流补偿的扼流圈和电容网络，其中

所述扼流圈具有多个在共同的芯上的相绕组(L1，L2，L3)，

每个相绕组被连接到相导体(P1，P2，P3)上，

所述电容网络具有电容器(C1，C2，C3，C4)，所述电容器分别被连接在相导体(P1，P2，P3)和中性导体之间，

其特征在于，

与所述中性导体(N)串联地设置一个另外的扼流圈，所述扼流圈与所述芯分离地被缠绕。

2.根据权利要求1所述的电网滤波器，其中在所述中性导体(N)和参考地之间连接另外的电容器(C4)。

3.根据权利要求1所述的电网滤波器，其中所述电网滤波器(1)具有多个相继连接的相同类型的滤波器单元(2，2’)。

4.根据权利要求3所述的电网滤波器，其中所述滤波器单元(2，2’)具有共同的中性导体(N)。

5.根据权利要求3或4所述的电网滤波器，其中只有所述滤波器单元(2)之一具有与主扼流圈分开地被缠绕的电感(L4)。

6.根据上述权利要求之一所述的电网滤波器，其中在所述滤波器单元(2)之前在相导体(P1，P2，P3)上连接电路元件(C4，C5，C6)。

7.根据权利要求6所述的电网滤波器，其中所述电路元件(C4，C5，C6)是电容器。

8.根据权利要求6或7所述的电网滤波器，其中所述中性导体(N)与在前面连接的所述电路元件相连接。

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