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Die
Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung mit zumindest
einer Drosselspule, wobei die Drosselspule jeweils in Reihe zu einem
Teil der elektrischen Schaltungsanordnung geschaltet ist.
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Elektrische
Schaltungsanordnungen zur Spannungsversorgung von elektrischen Maschinen beinhalten
meist Drosselspulen, um den von ihnen durchflossenen Strom zu vergleichmäßigen bzw.
um Oberschwingungen im Strom zu reduzieren oder auch um Netzrückwirkungen
zu verringern. Bei diesen elektrischen Schaltungsanordnungen werden
die Drosselspulen meist direkt nach der Spannungsquelle geschaltet.
Ihnen folgen Gleichrichter, welche die Wechselspannung in eine Gleichspannung
umsetzen, die in einem Spannungs-Zwischenkreis geführt wird.
Vom Zwischenkreis wird dabei ein Wechselrichter gespeist, welcher
eine elektrische Maschine mit Strom versorgt.
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Elektrische
Maschinen werden in sehr vielen technischen Bereichen verwendet.
Bei wechselspannungsgespeisten elektrischen Maschinen ist zu unterscheiden
zwischen Wechselstrommaschinen und Drehstrommaschinen. Drehstrommaschinen
können unterteilt
werden in Drehstrom-Synchronmaschinen und Drehstrom-Asynchronmaschinen.
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Es
ist bei elektrischen Schaltungsanordnungen zur Spannungsversorgung
von elektrischen Maschinen bekannt, dass die elektrische Schaltungsanordnung
eine große
Menge an Wärme
produziert. Daher werden Lüftermotoren
eingesetzt, um die elektrische Schaltungsanordnung zu kühlen.
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Nachteilig
ist aber, dass durch die erforderlichen Lüftermotoren zusätzliche
Kosten entstehen.
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Der
Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Schaltungsanordnung
mit zumindest einer Drosselspule und einem Lüftermotor anzugeben, bei der
Kosten eingespart werden.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass die Drosselspule Teil einer elektrischen Maschine ist, wobei
die elektrische Maschine einen Ständer und einen drehbar gelagerten
Läufer aufweist
und wobei die Drosselspule entweder im Ständer oder am Läufer angebracht
ist und damit zur Drehmomenterzegung in der elektrischen Maschine beiträgt.
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Damit
wird vorteilhaft erreicht, dass die Kosten für gesonderte Drosselspulen
eingespart werden können,
da Wicklungen in einer elektrischen Maschine als Drosselwicklungen
genutzt werden. Weiterhin wird auch der Bauraum für die gesonderten
Drosselspulen eingespart, so dass die elektrische Schaltungsanordnung
kompakter ausgeführt
werden kann.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn die elektrische
Maschine ein Synchronmotor, Asynchronmotor oder Reluktanzmotor ist
und als Lüftermotor
für die
elektrische Schaltungsanordnung eingesetzt wird, um diese zu kühlen. D.h., unterschiedliche
Motortypen können
dazu genutzt werden, um Spulen in dem entsprechenden Motor auch
als Drosselspulen zu verwenden. Da eine elektrische Schaltungsanordnung
Abwärme
produziert, ist es daher vorteilhaft, einen Lüftermotor vorzusehen, dessen
Motorspulen gleichzeitig auch als Drosselspulen genutzt werden.
Weiterhin kann der Lüftermotor
auch zumindest einer weiteren elektrischen Maschine zugeordnet werden,
um diese zu kühlen. Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn die Schaltungsanordnung
in eine weitere elektrische Maschine eingebaut ist und der Lüftermotor vorgesehen
ist, um die Schaltungsanordnung und/oder die weiteren elektrischen
Maschinen zu kühlen.
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Die
Drosselspulen werden dabei vorteilhaft zur Glättung des von ihnen durchflossenen
Stromes verwendet. Weiterhin wird durch die Drosselspulen auch vorteilhaft
erreicht, dass Netzrückwirkungen verringert
werden, so dass z.B. in der elektrischen Schaltungsanordnung verursachte
Strom/Spannungsspitzen sich nicht in das versorgende Spannungsnetz
bzw. in die versorgende Spannungsquelle fortpflanzen, welche der
elektrischen Schaltungsanordnung zugeordnet sind.
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Die
Spannungsquelle ist dabei vorteilhaft als Wechselspannungsquelle
oder Drehstromspannungsquelle ausgeführt und weist zumindest eine Phase
auf. Besonders vorteilhaft ist es, wenn für jede Phase der Spannungsquelle
eine eigene Drosselspule vorgesehen ist, welche in einer elektrischen Maschine,
z.B. einem Lüftermotor
integriert sind. Damit werden Rückwirkungen
in allen drei Phasen verringert.
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Jede
Drosselspule wird mit einem Ende an eine Phase der Spannungsquelle
angeschlossen. D.h., die Drosselspulen liegen direkt an der Spannungsquelle
an und verhindern damit effektiv Rückwirkungen der elektrischen
Schaltungsanordnung in die Spannungsquelle. Jede Drosselspule ist
mit dem anderen Ende an einen Teil der elektrischen Schaltungsanordnung
angeschlossen. Die Drosselspulen sind also in Reihe zu einem Teil
der elektrischen Schaltungsanordnung geschaltet.
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Bei
einer ersten Ausführungsform
enthält
der Teil der elektrischen Schaltungsanordnung zumindest einen Gleichrichter,
wobei jede Drosselspule mit einem Ende an je einen Anschluss des
Gleichrichters angeschlossen ist, so dass der durch die Drosselspulen
fließende
Strom gleichgerichtet wird. Nach dem Gleichrichter ist ein Spannungszwischenkreis
geschaltet, welcher näherungsweise
eine Gleichspannung führt,
bzw. diese mittels z.B. zumindest eines Kondensators puffert. Nach
dem Spannungszwischenkreis ist ein Wechselrichter geschaltet, welcher die
Gleichspannung in eine Wechselspannung wechselrichtet. Am Wechselrichter
kann eine weitere elektrische Ma schine angeschlossen werden, welche vom
Wechselrichter mit Strom versorgt wird.
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Eine
zweite vorteilhafte Ausführungsform
ergibt sich, wenn in die Spannungsquelle rückgespeist werden kann. Dann
nämlich
ist es möglich,
eine erfindungsgemäße elektrische
Schaltungsanordnung mit Drosselspulen anzugeben, die eine weitere
elektrische Maschine mit Strom versorgt, welche aber auch eine Rückspeisung
in die Spannungsquelle erlaubt, wenn die weitere elektrische Maschine
von außen angetrieben
wird.
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Bei
dieser zweiten Ausführungsform
der elektrischen Schaltungsanordnung enthält der Teil der elektrischen
Schaltungsanordnung zumindest einen netzseitigen Stromrichter, welcher
als Gleichrichter und als Wechselrichter arbeiten kann. Dabei ist vorteilhafter
Weise die Pulsfrequenz des netzseitigen Stromrichters bei Wechselrichterbetrieb
deutlich höher,
z.B. um den Faktor 10, als die Frequenz der von der rückspeisefähigen Spannungsquelle
bereitgestellten Spannung. Dann nämlich werden die Pulse durch
die Drosselspulen besonders wirkungsvoll unterdrückt, so dass ein Strom mit
einem näherungsweise
sinusförmigen
Verlauf in die Spannungsquelle zurückgespeist wird. Bei dieser
Ausführungsform
ist jede Drosselspule mit einem Ende an je einen Anschluss des netzseitigen
Stromrichters angeschlossen. Nach dem netzseitigen Stromrichter
ist ein Spannungszwischenkreis geschaltet, hinter den wiederum ein
lastseitiger Stromrichter geschaltet ist, welcher als Wechselrichter
oder als Gleichrichter arbeiten kann. Am lastseitigen Stromrichter
ist eine weitere elektrische Maschine angeschlossen, welche vom
lastseitigen Stromrichter mit Strom versorgt wird oder Strom in
den lastseitigen Stromrichter einspeist.
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Die
Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
gemäß den Merkmalen der
Unteransprüche
werden im folgenden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen
in der Zeichnung näher
erläutert,
ohne dass da durch eine Beschränkung
der Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel
erfolgt; es zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze der erfindungsgemäßen elektrischen
Schaltungsanordnung;
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2 eine
erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen elektrischen
Schaltungsanordnung;
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3 eine
zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen elektrischen
Schaltungsanordnung.
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In 1 ist
eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung 10.
Gezeigt ist die Spannungsquelle 1, welche drei Phasen mit
den Anschlüssen 2 aufweist.
Die Anschlüsse 2 sind
je mit einem Ende 3 der Drosselspulen 5 verbunden.
Das jeweils andere Ende 4 der Drosselspulen 5 ist
mit den Kontakten 8 des Teils 9 der elektrischen
Schaltungsanordnung 10 verbunden. Die Drosselspulen 5 befinden
sich im Ständer 6 einer
elektrischen Maschine 17, welche auch einen hier nicht
gezeigten drehbaren Läufer
aufweist. Die Drosselspulen 5 sind dabei auf die Zähne 7 des
Ständers 6 gesteckt
oder um die Zähne
gewickelt oder in irgendeiner anderen Weise in den Ständer eingebracht.
Jede Drosselspule 5 kann auch aus einer Reihenschaltung
von Teilwicklungen bzw. Teilspulen bestehen. Diese Teilwicklungen
bzw. Teilspulen können z.B.
an unterschiedlichen Zähnen 7 des
Ständers 6 angebracht
sein.
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Wird
die elektrische Schaltungsanordnung 10 von der Spannungsquelle 1 mit
Strom versorgt, so durchfließt
der Strom der Spannungsquelle zuerst die Drosselspulen 5,
welche am Ständer 6 der
elektrischen Maschine 17 befestigt sind, und wird dann zum
Teil 9 der elektrischen Schaltungsanordnung 10 weitergeführt. Die
Drosselspulen 5 glätten
dabei den von ihnen durchflossenen Strom und vermindern Netzrückwirkungen
mit Oberschwingungen. Dadurch, dass die Drosselspulen im Ständer 6 der
elektrischen Maschine 17 angebracht sind, wird in der elektrischen
Maschine 17 ein Drehmoment erzeugt, wenn die Drosselspulen 5 von
Strom durchflossen werden. Vorteilhafter Weise wird die elektrische
Maschine 17 als Lüftermotor
eingesetzt, um die elektrische Schaltungsanordnung 10 zu
kühlen.
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2 zeigt
eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen elektrischen
Schaltungsanordnung. Gezeigt ist die Spannungsquelle 1,
welche drei Phasen mit den Anschlüssen 2 aufweist. Die
Anschlüsse 2 sind
je mit den Drosselspulen 5 verbunden. Die Drosselspulen 5 sind
wiederum verbunden mit einem Gleichrichter 11, welcher
u.a. aus Dioden aufgebaut ist. Der Gleichrichter 11 hat
die Aufgabe, die Eingangsspannungen gleichzurichten, so dass sich
näherungsweise
eine Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters 11 ergibt.
An den Gleichrichter 11 ist Spannungszwischenkreis 12 geschaltet, welcher
näherungsweise
eine Gleichspannung führt. Im
Spannungszwischenkreis 12 kann auch ein Kondensator wie
gezeigt geschaltet sein, um die Spannung weiter zu glätten und
zu puffern. Auf den Spannungszwischenkreis 12 folgt ein
Wechselrichter 13, welcher die im Spannungszwischenkreis 12 geführte Gleichspannung
in eine Wechselspannung wechselrichtet, um eine angeschlossene elektrische
Maschine 14 mit Strom zu versorgen. Der Wechselrichter 13 ist
dabei u.a. aus IGBTs und Dioden aufgebaut, wie in 2 gezeigt.
Als Material für
die Leistungshalbleiter kann dabei Silizium oder auch Silizium-Carbid (SiC)
eingesetzt werden.
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Von
der Spannungsquelle 1 fließt der Wechselstrom also durch
die Drosselspulen 5, welche sich vorteilhafter Weise in
einem Lüftermotor
befinden und, wenn sie von Strom durchflossen werden, zum Drehmoment
des Lüftermotors
beitragen. Die Drosselspulen 5 glätten den von ihnen durchflossenen Strom
und vermindern Netzrückwirkungen.
Der an den Drosselspulen 5 angeschlossene Gleichrichter 11 richtet
die am Ausgang der Drosselspulen 5 anliegende Spannung
gleich. Diese Spannung wird vom Spannungszwischenkreis 12 geführt und
gegebenenfalls weiter geglättet.
Der Wechselrichter 13 wandelt die im Spannungszwischenkreis 12 geführte Spannung
in eine Wechselspannung um, um z.B. eine elektrische Maschine 14 optimal
zu betreiben. Der Gleichrichter 11 kann dabei als ein Abschnitt der elektrischen
Schaltung aufgefaßt
werden, wie auch der Wechselrichter 13.
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3 zeigt
eine zweite Ausführungsform
der erfindungsgemäßen elektrischen
Schaltungsanordnung. Gezeigt ist die Spannungsquelle 1,
welche drei Phasen mit den Anschlüssen 2 aufweist. Die
Anschlüsse 2 sind
je mit den Drosselspulen 5 verbunden. Die Drosselspulen 5 sind
wiederum verbunden mit einem netzseitigen Stromrichter 15,
welcher als Gleichrichter und als Wechselrichter arbeiten kann und
welcher u.a. aus Dioden und IGBTs aufgebaut ist. Als Material für die Leistungshalbleiter
kann dabei Silizium oder auch Silizium-Carbid (SiC) eingesetzt werden.
Am netzseitigen Stromrichter 15 ist Spannungszwischenkreis 18 angeschlossen,
welcher näherungsweise
eine Gleichspannung führt.
Im Spannungszwischenkreis 18 kann auch ein Kondensator wie
gezeigt geschaltet sein, um die Spannung weiter zu glätten. Auf
den Spannungszwischenkreis 18 folgt ein lastseitiger Stromrichter 16,
welcher als Wechselrichter oder als Gleichrichter arbeiten kann.
Am lastseitigen Stromrichter 16 ist eine elektrische Maschine 19 angeschlossen,
welche auch als Generator arbeiten kann. Der lastseitige Stromrichter
ist u.a. aus IGBTs und Dioden aufgebaut, wie in 3 gezeigt
ist. Als Material für
die Leistungshalbleiter kann dabei Silizium oder auch Silizium-Carbid
(SiC) eingesetzt werden.
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Die
elektrische Schaltungsanordnung nach 3 kann in
zwei Formen betrieben werden. In der ersten Betriebsform wird die
elektrische Maschine 19 durch die elektrische Schaltungsanordnung
mit Strom versorgt. Von der Spannungsquelle 1 fließt der Wechselstrom
also durch die Drosselspulen 5, welche sich vorteilhafter
Weise in einem Lüftermotor
befinden und, wenn sie von Strom durchflossen werden, zur Drehmoment
des Lüftermotors
beitragen. Die Drosselspulen 5 glätten den von ihnen durchflossenen
Strom und vermindern Netzrückwirkungen. Der
an den Drosselspulen 5 angeschlossene netzseitige Stromrichter 15 richtet
die am Ausgang der Drosselspulen 5 anliegende Spannung
gleich. Diese Spannung wird vom Spannungszwischen kreis 18 geführt und
gegebenenfalls weiter geglättet.
Der lastseitige Stromrichter 16 wandelt die im Spannungszwischenkreis 18 geführte Spannung
in eine Wechselspannung um, um z.B. eine elektrische Maschine 19 optimal
zu betreiben.
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In
der zweiten Betriebsform wird die elektrische Maschine 19 als
Generator betrieben. Die an der elektrischen Maschine 19 anliegende
Spannung wird vom lastseitigen Stromrichter 16 gleichgerichtet und
vom Spannungszwischenkreis 18 geführt und gegebenenfalls geglättet und
gepuffert. Die vom Spannungszwischenkreis geführte Spannung wird dann vom
netzseitigen Stromrichter 15 in eine Wechselspannung wechselgerichtet.
Die dabei durch die Pulsfrequenz des Wechselrichters verursachten Oberschwingungen
und Spannungsspitzen im in die Spannungsquelle 1 fließenden Strom
werden dabei von den Drosselspulen 5 vermindert und der
Strom wird geglättet.