CN115735309A - 滤波器设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于交流电压网络(27)处的逆变器(24)的滤波器设备(1)，具有扼流圈单元(2)，电容器单元(3)和用于降低扼流圈单元(2)的饱和度的构件(41)。本发明还涉及一种带有滤波器设备(1)的逆变器(24)和一种用于运行滤波器设备(1)的方法(38)。

Description

滤波器设备
技术领域
本发明涉及一种用于交流电压网络处的逆变器的滤波器设备，其具有扼流圈单元和电容器单元。
背景技术
驱动和自动化技术以及能源供应的电气设备能够在运行期间会产生例如线路相关和/或场相关的电气干扰。为了减少这种干扰发射，共模扼流圈通常与用于相应的滤波器的电容器单元连接使用以减少或避免共模电流。
共模电流是电线各个相中的电流，与差模电流不同，它们在电流方向方面具有相同的符号。
相反地，差模电流在它们的电流方向方面相加为零，特别是在没有故障的情况下，它们的电流总和为零，即在电线的相中流向耗电器的电流量等于从耗电器的相中回流的电流量。这也特别适用于使用中性导体的情况。由此产生的干扰变量也称为对称干扰或差模干扰。
由于流向耗电器的共模电流具有相同的电流方向，因此它们的返回电流通过静电电容，特别是通过线路电容，通过电气设备的接地部件或通过周围接地到达能量发生器。
由共模电流引起的干扰也称为不对称干扰或共模干扰。
例如，共模干扰是由有刷电机的火花干扰，通过电机的开关电源和变频器引起的，其中，在电气设备中，与其连接的电线中以及最终在能量分配系统(网络，变压器)中和能量发生器(发电机)中都能够出现显著的电损耗或负载。
对于共模滤波器，具有扼流圈芯的电流补偿扼流圈通常用作为共模扼流圈，例如，相应的每相围绕公共的扼流圈芯的线圈具有相同的线圈数。
此外，共模滤波器作为电容器单元具有所谓的以Y配置连接的电容器(Y电容器单元)，其借助于保护导体(PE)与地电势连接。
这种具有经由保护导体与地电势连接的Y电容器单元的非常低阻抗的连接的共模滤波器特别适用于在运行电气设备(例如逆变器)时在具有在网络的发电机侧上接地到地电势上的网络星形接点的TT网络(法语中的TT：Terre Terre)或TN网络(法语中的TN：TerreNeutre)处释放共模电流(干扰变量)。
这些网络至少具有连接到地电势上的网络星形接点的以下设计或连接中的一种，根据该设计，电气线路的保护导体单独地，保护导体借助中性导体(N)和保护导体的至少部分组合或电气线路的中性导体单独地与在相应的电网(电源)的发电机侧处接地的电网星形接点连接。
然而，用于电气设备(例如逆变器)的、带有共模扼流圈的共模滤波器的、经由保护导体与地电势连接的Y电容器单元不能够在例如对电气故障进行监控的IT(法语中的IT：Isole Terre)网络上运行，该网络在其相位方面尤其在发电机侧(电源)设计为不接地，即与地电势绝缘。在此，在无故障运行中，不允许有泄漏电流或只允许有非常低的泄漏电流，特别是经由Y电容器单元和保护导体到地电势。
如果变流器等电气设备在TT网络或TN网络处运行，其中，与接地网络星形接点不同，外导体(即TT或TN网络的相)在发电机侧(电源)与接地的地电势连接，在此，对于特定的运行状态，能够不允许泄漏电流或仅允许非常低的泄漏电流，特别是经由Y电容器单元和保护导体到地电势。
因此，作为一项预防措施，通常习惯在未接地的IT网络或具有接地外导体的TN和TT网络处借助于上游的隔离变压器来运行此类电气设备，其中，隔离变压器必须次级侧具有接地的网络星形接点，并且非常昂贵和占用空间。
还能够移除相应电气设备处的Y电容器单元或断开与接地的保护导体的连接，从而断开接地的地电势。然而，这通常只有在电气设备的滤波器中没有使用电流补偿扼流圈时才可行。
将Y电容器单元与接地的保护导体导线分离，一方面能够防止或至少减少泄漏电流，还能够降低Y电容器单元的电容器上的电压负载，但另一方面，电流补偿扼流圈能够周期性地驱动到饱和，因为通过Y电容器单元的分离，共模干扰的共模电流的放电路径在该点无效。这能够导致电流补偿扼流圈的扼流圈芯过热，并导致共模扼流圈损坏。
当然也能够设计电流补偿扼流圈的尺寸过大，当Y电容器单元与接地的保护导体之间的连接断开的情况下，他被装备用于所有能考虑的使用情况，这种做法以低效率的方式导致高成本和高的安装空间使用。
发明内容
因此，本发明的目的是提出一种具有共模扼流圈和电容器单元的高效滤波器设备，其一方面适用于具有接地的网络星形接点的网络，另一方面适用于具有接地的外导体的网络或未接地的网络，而不允许加热共模扼流圈。
该目的通过具有权利要求1中给出的特征的滤波器设备，具有根据权利要求11中给出的特征的滤波器设备的逆变器以及用于运行根据权利要求13中给出的特征的滤波器设备的方法来实现。
为了实现该目的，提出了一种用于交流电压网络处的逆变器的滤波器设备，其具有扼流圈单元，电容器单元和用于降低扼流圈单元的饱和度的构件。
用于降低扼流圈单元的饱和度的构件有利地防止共模电感器被不允许地加热。具有扼流圈单元的滤波器设备因此能够与电容器单元一起用作为共模扼流圈，例如用于具有不同接地概念的网络处的逆变器。
在从属权利要求中给出滤波器设备的有利设计方式。
在第一有利的设计方式中，滤波器设备配置用于逆变器在设计为交流电压网络的具有接地的外导体的网络上或在设计为交流电压网络的未接地网络上的第一运行，其中，用于降低饱和度的构件能够被激活并且电容器单元能够与接地的保护导体分离。
作为具有接地外导体的网络的交流电压网络以有利的方式被理解为尤其是TT网络或TN网络，其中，在相应网络的发电机侧处只有一个外导体与地电势连接，并且设计为交流电压网络的未接地的网络以有利的方式被理解为特别是IT网络，其中，电相特尤其在网络的发电机侧与地电势电隔离。
为了在具有接地的外导体的网络处或在未接地的网络处运行滤波器设备，能够有利地放弃隔离变压器。
因此，在该第一运行中，有利的是能够激活用于降低饱和度的构件，以便能够通过饱和度降低对于在第一运行中的尽可能每种电气状态降低能够作为共模扼流圈运行的扼流圈单元的不允许的加热。在该第一运行中，电容器单元能够与接地的保护导体分离，这优选地支持防止共模扼流圈的不允许的加热。
在滤波器设备的另一个有利的设计方式中，滤波器设备被设计用于逆变器在设计为交流电压网络的具有接地的网络星形接点的网络处的第二运行，其中，电容器单元能够与接地的保护导体连接，用于电流的电流导出，并且能够关闭构件来降低饱和度。
作为具有接地网络星形接点的网络的交流电压网络以有利的方式被理解为尤其是TT网络或TN网络，其中，在相应网络的发电机侧构造成的网络星形接点与地电势连接。
因此，在该第二运行中，有利的是能够将电容器单元与接地的保护导体连接，以便能够导出可作为共模电流生成的电流。用于降低饱和度的构件能够优选地在第二运行中被关闭，这能够有效地支持共模电流的电流导出。
在滤波器设备的另一有利的设计方式中，扼流圈单元包括在第一交流电压导线的第一交流电压相中的第一线圈，在第二交流电压相中的第二线圈和在第三交流电压相中的第三线圈，用于降低饱和度的构件具有扼流圈单元的第四线圈，扼流圈单元具有构成在第一，第二，第三和第四线圈处的公共扼流圈芯，并且用于降低饱和度的构件具有用于断开和接通第四线圈处的电路的第一电连接的第一接触单元。
通过扼流圈单元的公共扼流圈芯处的第四线圈(其能够作为共模扼流圈，特别是作为电流补偿扼流圈运行)并且通过第四线圈处的经由第一接触单元短路的电路能够以有利的方式防止公共扼流圈芯的不允许的加热。能够在第一运行中作为电流生成的共模电流能够在共模扼流圈处被中和，使得共模扼流圈的共模扼流圈芯不会以不允许的方式(例如周期性地)被驱动到饱和状态。通过电容器单元到接地保护导体的共模电流的电流导出对于防止公共扼流圈芯的饱和不是必需的。
这有利地适用于在设计为交流电压网络的具有接地的外导体的网络处或在设计为交流电压网络的未接地网络处使用滤波器设备。
在滤波器设备的另一有利的设计方式中，电容器单元包括第一，第二和第三电容器，一方面与第一交流电压导线的第一交流电压相连接，第二电容器一方面与第一交流电压导线的第二交流电压相连接并且第三电容器一方面与第一交流电压导线的第三交流电压相连接，并且另一方面电容器构造成电容器星形接点。
在滤波器设备的另一个有利的设计方式中，第二接触单元被设计成断开和接通电容器单元与接地的保护导体的第二电连接，并且其中电容器单元的电容器能够通过电容器星形接点和第二接触单元与接地的保护导体电连接。
能够在第二运行中作为电流生成的共模电流可有利地经由第二接触单元从电容器单元导出到接地的保护导体。
在滤波器设备的另一有利的设计方式中，至少一个接触单元具有机电连接器或半导体开关。
在一种简单的形式中，机电连接器能够以有利的方式设计为例如螺纹连接以及设计为电开关。
在滤波器设备的另一有利的设计方式中，至少一个接触单元被设计为可驱控的开关。
可驱控的开关能够设计为例如IGBT或MOSFET，也能够设计为继电器或接触器。
在滤波器设备的另一有利的设计方式中，接触单元中的至少一个能够借助于控制单元的驱控信号来驱控。
控制单元能够由滤波器设备包括，但也能够例如由逆变器的控制单元包括。
它也能够设计为控制单元，例如由叠加驱动控制器、自动化控制器或能量控制器组成。如果网络拓扑结构发生变化，则能够以有效且有利的方式切换滤波器设备，使得滤波器设备能够用于逆变器的第一运行或第二运行。
在滤波器设备的另一有利的设计方式中，接触单元被设计为电转换器。
借助于电转换器，也称为转换开关，第一和第二接触单元实现同时转换并且因此实现同时转换接触单元。例如，在转换器的第一开关状态下，第一接触单元接通，并且第二接触单元断开。在激活转换器之后，然后在转换器的第二开关状态下断开第一接触单元并且接通第二接触单元。这种通过电转换器同时转换两个接触单元的切换过程能够以可逆的方式执行。
为了实现该目的，还提出了一种逆变器，其具有根据本发明的滤波器设备，用于运行交流电压网络处的电机。
在逆变器的第一有利的设计方式中，滤波器设备集成到逆变器的逆变器壳体中。
将滤波器设备集成到逆变器的逆变器壳体中具有以下优点，例如，逆变器总是以紧凑的设计具有用于连接到逆变器的第一和第二运行的不同网络拓扑结构的滤波器设备，并且客户能够借助于对逆变器的设置对相应的运行做出决定。
为了实现该目的，还提出了一种用于运行根据本发明的滤波器设备的方法，其中，滤波器设备被设置用于在设计为交流电压网络的具有接地的外导体的网络处的第一运行或者在设计为交流电压网络的未接地的网络处的第一运行，或滤波器设备被设置用于逆变器在设计为交流电压网络的具有接地的网络星形接点的网络处的第二运行。
在该方法的第一有利的设计方式中，在逆变器的第一运行中，用于降低扼流圈单元的饱和度的构件被激活，并且电容器单元与接地的保护导体分离。
在该方法的另一有利的设计方式中，在逆变器的第二运行中，电容器单元与接地的保护导体连接以用于电流导出，并且用于降低饱和度的构件被关闭。
附图说明
上面描述的本发明的特性，特征和优点以及实现它们的方式将结合以下根据附图对实施例的描述变得更清楚和易懂。图中示出：
图1示出了已知的滤波器设备的示意图，
图2示出了根据本发明的滤波器设备的第一示意图，
图3示出了在根据图2的截面图中的根据本发明的滤波器设备的第二示意图，并且
图4示出了本发明的滤波器设备的方法的结构示意图。
具体实施方式
图1示出了已知的滤波器设备101的示意图，其电布置在第一交流电压电压导线113上并且经由第一交流电压导线113电与逆变器124的整流器134连接。
逆变器124还具有转换器135，其借助于直流电压中间电路136与整流器134电耦合。
逆变器124在输出侧经由转换器135和第二交流电压导线126与电机133耦合，其中，电机133经由接地的保护导体119与地电势连接。
第二交流电压导线126具有线路屏蔽143，其与接地保护导体119连接并因此与地电势连接。当逆变器124运行时，从第二交流电压导线126的各个相开始，相对于线路屏蔽134构造成线路电容144。
滤波器设备101在第一交流电压导线113上具有形式为共模扼流圈(电流补偿扼流圈)的扼流圈单元106和电容器单元103。
扼流圈单元102包括第一交流电压导线113的第一交流电压相110中的第一线圈106，第二交流电压相111中的第二线圈107和第三交流电压相112中的第三线圈108。扼流圈单元102还在第一、第二和第三线圈106，107，108上构造公共扼流圈芯129。
电容器单元103包括第一、第二和第三电容器115，116，117。第一电容器115一方面与第一交流电压导线113的第一交流电压相110连接，第二电容器116一方面与第一交流电压导线113的第二交流电压相111连接，并且第三电容器117一方面与第三交流电压相112连接，并且电容器115，116，117构造成电容器星形接点118。
电容器单元103的电容器115，116，117经由电容器星形接点118与接地的保护导体119连接。因此，能够相对于地电势以共模电流的形式导出电流132。
在电容器星形接点118与接地的保护导体119之间的连接中，能够连接另一个电容器(图1中未示出)。
具有滤波器设备101的逆变器124在输入侧借助于第一交流电压导线113与交流电压网络127连接。交流电压网络127被设计为具有接地星形接点128的网络，这里是具有接地星形接点128的TN网络。接地星形接点128的地电势与保护导体119连接。
在已知实例中，只有逆变器124如图1中那样在具有接地的网络星形接点128或附加的隔离变压器(图1中未示出)的网络处运行，才能输出电流124。
图2示出了根据本发明的滤波器设备1的第一示意图，其电布置在第一交流电压导线13上并且经由第一交流电压导线13与逆变器24的整流器34连接。
逆变器24还具有转换器35，其借助于直流电压中间电路36与整流器34电耦合。
逆变器24在输出侧经由转换器35和第二交流电压导线26与电机33耦合，其中，电机33经由接地的保护导体19与地电势连接。
第二交流电压导线26具有线路屏蔽43，其与接地的保护导体19连接并因此与地电势连接。在逆变器24的运行期间，从第二交流电压导线126的各个相开始，相对于线路屏蔽34构造成线路电容44。
滤波器设备1在第一交流电压导线3上具有形式为共模扼流圈(电流补偿扼流圈)的扼流圈单元6和电容器单元3。
扼流圈单元2包括在第一交流电压导线13的第一交流电压相10中的第一线圈6，在第二交流电压相11中的第二线圈7和在第三交流电压相12中的第三线圈8。
用于降低扼流圈单元2的饱和度的构件具有扼流圈单元2的第四线圈9。
用于降低饱和度的构件还包括用于接通和断开第四线圈9处的电路14的第一电连接的第一接触单元4。扼流圈单元2构造在第一，第二，第三和第四线圈6，7，8，9处的公共扼流圈芯29。第四线圈处的电路14在图2中被示为被第一接触单元4短路，其中，用于降低饱和度的构件被激活。
电容器单元3包括第一，第二和第三电容器15，16，17。第一电容15一方面与第一交流电压导线13的第一交流电压相10连接，第二电容16一方面与第一交流电压导线13的第二交流电压相11连接，第三电容17一方面与第一交流电压导线13的第三交流电压相12连接，并且另一方面，电容器15，16，17构造成电容器星形接点18。
电容器单元3的电容器15，16，17经由电容器星形接点18和第二电接触单元5与接地的保护导体19连接，其中，第二接触单元5电断开。
用于逆变器24的第二运行的共模电流形式的电流32在图2中未相对于地电势导出。
在电容器星形接点18与接地的保护导体19之间的连接中，还能够与第一接触单元5串联连接另一个电容器(图2中未示出)。
具有每个接触单元4，5相应一个可驱控的开关的两个接触单元4，5能够分别单独地或者共同地通过控制单元21的驱控信号20驱控。在图2中，两个接触单元4，5构造为电转换器8。
具有滤波器设备1的逆变器24在输入侧借助于第一交流电压导线13与交流电压网络27连接。交流电压网络27被设计成具有接地的外导体25的网络，这里是具有接地的外导体25的TT网络。接地的外导体25的地电势未与保护导体19连接。
相应地，图2中所示的滤波器设备1的示意图被提供用于逆变器24在设计为交流电压网络27的具有接地的外导体25的网络处的第一运行。
此外，具有滤波器设备1的逆变器24在该连接中也能够在设计为交流电压网络27的未接地网络(例如IT网络)处运行。在这种情况下，交流电压网络27与地电势隔离(图2中未示出)。
借助于图3，示出了作为根据图2的截面的根据本发明的滤波器设备1的第二示意图。
滤波器设备1电布置在第一交流电压导线13处。
滤波器设备1在第一交流电压导线路3处具有共模扼流圈(电流补偿扼流圈)的形式的扼流圈单元6和电容器单元3。
扼流圈单元2包括第一交流电压导线13的第一交流电压相10中的第一线圈6，第二交流电压相11中的第二线圈7和第三交流电压相12中的第三线圈8。
扼流圈单元2的第四线圈9具有用于降低扼流圈单元2的饱和度的构件。
降低饱和度的构件还包括用于接通和断开电路14在第四线圈9处的第一电连接的第一接触单元4。扼流圈单元2在第一，第二，第三和第四线圈6，7，8，9处构造成公共扼流圈芯29。第四线圈处的电路14在图3中被示为通过第一接触单元4短路，其中，用于降低饱和度的构件被激活。
电容器单元3包括第一，第二和第三电容器15，16，17。第一电容器15一方面与第一交流电压导线13的第一交流电压相10连接，第二电容器16一方面与第一交流电压导线13的第二交流电压相11连接，第三电容一方面17一方面与第一交流电压导线13的第三交流电压相12连接，并且另一方面电容器15，16，17构造成电容器星形接点18。
电容器单元3的电容器15，16，17经由电容器星形接点18和第二电接触单元5与接地的保护导体19连接，其中，第二接触单元5电断开。
用于逆变器的第二运行的共模电流形式的电流32在图3中相对于地电势未导出。
在图3中，两个接触单元4，5分别设计为螺纹连接22形式的机电连接器23。第二接触单元5的螺纹连接22以虚线示出，其旨在示出机电连接器23处于断开状态。
在电容器星形接点18与接地的保护导体19之间的连接中，还能够与第一接触单元5串联连接另一个电容器(图3中未示出)。
相应地，作为根据图2的细节的图3中所示的滤波器设备1的示意图适合于逆变器在设计为交流电压网络的具有接地的外导体的网络处的第一运行(在图3中未示出)。
此外，具有滤波器设备1的逆变器也能够在这种连接中在设计为交流电压网络的未接地网络(例如IT网络)处运行。在这种情况下，交流电压网络与地电势隔离(图3中未示出)。
在图4中示出了用于根据本发明的滤波器设备的方法38的示意性结构图。
方法38示出了滤波器设备的运行，由此，滤波器设备被设置为针对设计为交流电压网络的具有接地的外导体的网络或针对设计为交流电压网络的未接地的网络的逆变器的第一运行39，或者滤波器设备被设置为针对设计为交流电压网络的具有接地的网络星形接点的网络的逆变器的第二运行。
逆变器处的滤波器设备的用户应该选择逆变器的两种运行模式中的一种，第一运行39或第二运行40。
在逆变器器的第一运行39中，用于降低扼流圈单元的饱和度的构件41被激活，并且电容器单元与接地的保护导体分离，其中，电流导出41被关闭。
在逆变器的第二运行40中，电容器单元与接地的保护导体连接，其中，电流导出42被激活并且用于降低饱和度的构件41被关闭。

Claims (15)

1.一种用于交流电压网络(27)处的逆变器(24)的滤波器设备(1)，所述滤波器设备具有扼流圈单元(2)、电容器单元(3)和用于降低所述扼流圈单元(2)的饱和度的构件(41)。
2.根据权利要求1所述的滤波器设备(1)，配置用于所述逆变器(24)的在设计为所述交流电压网络(27)的具有接地的外导体(25)的网络处或者在设计为所述交流电压网络(27)的未接地的网络处的第一运行(39)，其中，能够激活用于降低饱和度的构件(41)，并且所述电容器单元(3)能够与接地的保护导体(19)分离。
3.根据权利要求2所述的滤波器设备(1)，配置用于所述逆变器(24)的在设计为交流电压网络(27)的具有接地的网络星形接点(28)的网络处的第二运行(40)，其中，所述电容器单元(3)能够与所述接地的保护导体(19)连接，以用于电流(32)的电流导出(42)，并且能够关闭用于降低饱和度的构件(41)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的滤波器设备(1)，其中
-所述扼流圈单元(2)包括在第一交流电压导线(13)的第一交流电压相(10)中的第一线圈(6)，在第二交流电压相(11)中的第二线圈(7)和在第三交流电压相(12)中的第三线圈(8)，
-用于降低饱和度的构件(41)具有所述扼流圈单元(2)的第四线圈(9)，
-所述扼流圈单元(2)具有构造在所述第一线圈，所述第二线圈，所述第三线圈和所述第四线圈(6，7，8，9)处的公共扼流圈芯(29)，以及
-所述用于降低饱和度的构件(41)包括用于断开和接通所述第四线圈(9)处的电路(14)的第一电连接的第一接触单元(4)。
5.根据权利要求4所述的滤波器设备(1)，其中
-所述电容器单元(3)包括第一电容器，第二电容器和第三电容器(15，16，17)，
-所述第一电容器(15)一方面与所述第一交流电压导线(13)的所述第一交流电压相(10)连接，所述第二电容器(16)一方面与所述第一交流电压导线(13)的所述第二交流电压相(11)连接并且所述第三电容器(17)一方面与所述第一交流电压导线(13)的所述第三交流电压相(12)连接，并且
-另一方面，所述电容器(15，16，17)构造成电容器星形接点(18)。
6.根据权利要求5所述的滤波器设备(1)，其中，第二接触单元(5)被设计用于断开和接通所述电容器单元(3)与接地的保护导体(19)的第二电连接，并且其中，所述电容器单元(3)的电容器(15，16，17)能够经由所述电容器星形接点(18)和所述第二接触单元(5)与所述接地的保护导体(19)电连接。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的滤波器设备(1)，其中，所述接触单元(4，5)中的至少一个接触单元具有机电连接器(23)或半导体开关。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的滤波器设备(1)，其中，所述接触单元(4，5)中的至少一个接触单元被设计为可驱控的开关(22)。
9.根据权利要求8所述的滤波器设备(1)，其中，能够借助于控制单元(21)的驱控信号(20)来驱控所述接触单元(4，5)中的至少一个接触单元。
10.根据权利要求4至9中任一项所述的滤波器设备(1)，其中，所述接触单元(4，5)被设计为电转换器(31)。
11.一种逆变器(32)，其具有根据权利要求1至10中任一项所述的滤波器设备(1)，所述逆变器用于运行所述交流电压网络(27)处的电机(33)。
12.根据权利要求11所述的逆变器(32)，其中，所述滤波器设备(1)集成在所述逆变器(32)的逆变器壳体(37)中。
13.一种用于运行根据权利要求1至10中任一项所述的滤波器设备(1)的方法(38)，其中，所述滤波器设备(1)被配置用于所述逆变器(24)的在设计为交流电压网络(27)的具有接地的外导体(25)的网络处的、或在设计为交流电压网络(27)的未接地的网络处的第一运行(39)，或所述滤波器设备(1)被配置用于所述逆变器(24)的在设计为交流电压网络(27)的具有接地的网络星形接点(28)的网络处的第二运行(40)。
14.根据权利要求13所述的方法(38)，其中，在所述逆变器(24)的第一运行(39)中，用于降低所述扼流圈单元(2)的饱和度的构件(41)被激活，并且所述电容器单元(3)与所述接地的保护导体(19)分离。
15.根据权利要求13所述的方法(38)，其中，在所述逆变器(24)的第二运行(40)中，所述电容器单元(3)与所述接地的保护导体(19)连接以用于电流导出(42)，并且关闭用于降低饱和度的构件(41)。
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