DE102007025398A1

DE102007025398A1 - Funkenstörfilter

Info

Publication number: DE102007025398A1
Application number: DE200710025398
Authority: DE
Inventors: Falko Baumann; Alfred Böhm; Tobias Hofmann; Roland Kunz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-05-31
Filing date: 2007-05-31
Publication date: 2008-12-11
Anticipated expiration: 2027-06-01
Also published as: DE102007025398B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Funkentstörfilter mit einem netzseitigen LC-Tief (2) und einem lastseitigen LC-Tiefpass (4), die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Erfindungsgemäß ist in dieser elektrischen Verbindung (RU, SV, TW) der beiden LC-Tiefpässe (2, 4) wenigstens eine Abgriffeinrichtung (6) mit Grundentstörung (8) vorgesehen. Somit kann mittels dieses EMV-Systemfilters ein mehrzweigiges Antriebssystem entstört werden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Funkentstörfilter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Leistungselektronische Geräte haben in fast allen Gebieten Einzug gehalten und sind u. a. in der modernen Antriebstechnik fester Bestandteil geworden. So erfüllen z. B. Frequenzumrichter in einem breiten Leistungsbereich hohe Anforderungen an die Dynamik und bieten somit wesentliche Vorteile gegenüber herkömmlichen Gleichstromantrieben. Die Störemissionen von Umrichtern und Schaltnetzteilen können dabei erheblich über den zulässigen Grenzwerten liegen. Diese Störungen lassen sich jedoch durch entsprechende Filter bedämpfen und ermöglichen so einen normkonformen Betrieb der Geräte.
Ein Umrichterantrieb setzt sich aus verschiedenen Systemkomponenten zusammen. Zu diesen Systemkomponenten zählen ein netzseitiger Stromrichter, der im einfachsten Fall ein ungesteuerter Gleichrichter ist, ein Gleichspannungs-Zwischenkreis, gestützt durch einen Zwischenkreiskondensator, insbesondere einen Elektrolytkondensator, und ein lastseitiger Stromrichter, insbesondere ein selbstgeführter Pulsstromrichter, der überwiegend als Wechselrichter betrieben wird. Dieser selbstgeführte Pulsstromrichter generiert aus der Gleichspannung ein dreiphasiges Wechselspannungssystem, das in Frequenz und Amplitude variabel ist.
Die in ein Versorgungsnetz emittierte Störspannung werden durch die parasitären Energiespeicher der zuvor beschriebenen Komponenten gespeichert. Dabei ist festzustellen, dass mit zunehmender Taktfrequenz der Stromrichterventile des selbstgeführten Pulsstromrichters auch die absolute Höhe der Störungen zunimmt. Auf Motor- und Netzzuleitungen entstehen so hochfrequente Störsignale, deren Auswirkungen auf Steuerungen und Messsysteme gravierend sein können.
Zur Begrenzung von leitungsgebundenen Störspannungsemissionen werden Funkentstörfilter eingesetzt. Funkentstörfilter bestehen aus einer Kombination induktiver und kapazitiver Bauelemente. Zu den induktiven Bauelementen gehören nicht stromkompensierte Stabdrosseln und stromkompensierte Ringkerndrosseln. Zur Unterdrückung von symmetrischen Störkomponenten werden in der Regel nicht stromkompensierte Stabdrosseln verwendet, wogegen zur Unterdrückung von asymmetrischen Störkomponenten stromkompensierte Ringkerndrosseln eingesetzt werden. Neben diesen Drosseln sind als kapazitive Bauelemente X- und Y-Kondensatoren vorgesehen. X-Kondensatoren werden zwischen Außenleitern geschaltet und dienen der Bedämpfung symmetrischer Störungen. Y-Kondensatoren werden zwischen Außenleiter und Schutzleiter/Gehäuse (Erdpotential) geschaltet und dienen der Bedämpfung unsymmetrischer Störungen.
Bei Filtern sind auch konstruktive Gesichtspunkte zu berücksichtigen. So sollten Bauelemente im Zuge jeweils einer Leitung eingebaut und Kondensatoren impedanzarm angeschlossen werden.
In der 1 ist eine aus der Veröffentlichung mit dem Titel "Funkentstörung leistungselektronischer Geräte", abgedruckt in der DE-Zeitschrift "antriebstechnik", Band 36, (1997), Nr. 11, Seiten 64 bis 66, bekannte Filterkonfiguration schematisch dargestellt. Neben einer stromkompensierten Drossel L₁ sind auch Stabkerndrosseln L₂ in diesen Filter eingesetzt. Letztere zeichnet sich dadurch aus, dass sie eine nahezu lineare Hysteresekurve besitzen und im Vergleich zu herkömmlichen Drosseln nur schwer zu sättigen sind. Sie werden vorwiegend zur Dämpfung symmetrischer Störungen eingesetzt. Zwischen jeweils einer Ausgangsleitung U, V und W und einem Leiter, der mit Erdpotential verknüpft ist, ist ein Y-Kondensator C_YU, C_YV und C_YW geschaltet. Außerdem sind jede Ausgangsleitung U, V und W und jede Netzleitung R, S und T mit einem X-Kondensator C_XU, C_XV und C_XW und C_XR, C_XS und C_XT verknüpft, wobei die X-Kondensatoren C_XU, C_XV und C_XW und C_XR, C_XS und C_XT jeweils elektrisch in Stern geschaltet sind. Die beiden Sternpunkte sind jeweils mittels eines Y-Kondensators C_YXL und C_YXN mit Erdpotential verbunden.
In der Antriebstechnik existieren Antriebssysteme, die mehrere Zweige, beispielsweise ein Umrichterzweig und ein Hilfsbetriebezweig, die jeweils mit einem speisenden Netz verknüpft sind, aufweisen. Bisher weist eine zugehörige Struktur ein Funkentstörfilter, das auch als EMV-Filter (elektromagnetische Verträglichkeit) bezeichnet wird, für jeden Zweig des Antriebssystems eine Entstörmaßnahme auf. Da von einem Kunden der Hilfszweig frei aufgebaut werden kann, ist es nicht immer möglich, eine definierte Aussage über das EMV-Verhalten zu treffen. Eine gegenseitige Beeinflussung der Entstörmaßnahmen ist wahrscheinlich, vor allem dann, sobald sich im Eingangsbereich der Netzfilterstruktur Y-Kondensatoren befinden, kann der Netzfilter des Antriebssystems funkstörungstechnisch überbrückt werden.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Funkentstörfilter für ein Antriebssystem anzugeben.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
Dadurch, dass ein herkömmliches Funkentstörfilter mit einer Abgriffeinrichtung versehen ist, deren Abgriffe mit einer Grundentstörung versehen ist, kann mit einem Entstörfilter ein komplettes Antriebssystem inklusive seiner Hilfsbetriebe, insbesondere seiner Stromversorgung, entstört werden. Dadurch treten die genannten Nachteile mehrerer Entstörmaßnahmen eines Antriebssystems inklusive seiner Hilfsbetriebe nicht mehr auf.
Eine Ausführungsform der Grundentstörung weist pro Abgriff der Abgriffeinrichtung einen X-Kondensator auf, die elektrisch in Stern geschaltet sind, wobei der Sternpunkt dieser X-Kondensatoren mittels eines Y-Kondensators mit Erdpotential verknüpft ist. Dadurch ist ein an diese Abgriffeinrichtung geschalteter Hilfsbetrieb gegen symmetrische Störung geschützt.
Treten unsymmetrische Störkomponenten auf, so ist ein Ringkern vorgesehen, der die Abgriffe umschließt.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Funkentstörfilters sind den Unteransprüchen 4 bis 6 zu entnehmen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Funkentstörfilters schematisch veranschaulicht ist.
1 zeigt eine bekannte Filterkonfiguration, wogegen in der
2 eine vorteilhafte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Funkentstörfilters schematisch dargestellt ist.
Das in der 2 dargestellte erfindungsgemäße Funkentstörfilter in einer vorteilhaften Ausführungsform unterscheidet sich von dem bekannten Funkentstörfilter gemäß 1 dadurch, dass in jeweils einer elektrischen Verbindung RU, SV und TW zwischen einem netzseitigen Tiefpass 2 und einem lastseitigen Tiefpass 4 eine Abgriffeinrichtung 6 vorgesehen ist. Diese Abgriffeinrichtung 6 weist drei Abgriffe L_A1, L_A2 und L_A3 und eine Grundentstörung 8 auf. Diese Grundentstörung 8 weist pro Abgriff L_A1, L_A2 und L_A3 einen X-Kondensator C_XLA1, C_XLA2 und C_XLA3 auf, die elektrisch in Stern geschaltet sind. Ein Sternpunkt 10 dieser X-Kondensatoren C_XLA1, C_XLA2 und C_XLA3 ist mittels eines Y-Kondensators C_YXA mit dem Erdpotential elektrisch leitend verbunden. In dieser vorteilhaften Ausführungsform sind die Abgriffe L_A1, L_A2 und L_A3 durch einen Ringkern 12 geführt. Dadurch sind die Ausgänge 14, 16 und 18 der Abgriffeinrichtung 6 frei von symmetrischen und asymmetrischen Störkomponenten.
Ferner ist jede Ausgangsleitung U, V und W dieses Funkentstörfilters mittels eines Y-Kondensators C_YU, C_YV und C_YW mit Erdpotential verknüpft. Dadurch werden verbrauchsseitig entstehende Störanteile direkt abgeschwächt.
Weist ein Antriebssystem mehr als zwei Zweige, nämlich einen Antriebszweig und einen Stromversorgungszweig, auf, so weist diese Abgriffeinrichtung 6 für jeden weiteren Zweig Abgriffe mit einer Grundentstörung auf.
Mittels dieses erfindungsgemäßen Funkentstörfilters kann ein Antriebssystem mit wenigstens zwei Zweigen entstört werden. Aus diesem Grund kann dieses erfindungsgemäße Funkentstörfilter auch als EMV-Systemfilter bezeichnet werden. Für einen Kunden eines mehrzweigigen Antriebssystems ergibt sich der Vorteil, dass dieser die Systemkomponenten wie Umrichter, Stromversorgung und Hilfsbetriebe nur noch an lastseitige und abgriffseitige Ausgänge des EMV-Systemfilters anschließen muss.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- "Funkentstörung leistungselektronischer Geräte", abgedruckt in der DE-Zeitschrift "antriebstechnik", Band 36, (1997), Nr. 11, Seiten 64 bis 66 [0007]

Claims

Funkentstörfilter mit einem netzseitigen LC-Tiefpassfilter (2) und mit einem lastseitigen LC-Tiefpassfilter (4), die elektrisch in Reihe geschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in dieser elektrischen Verbindung (RU, SV, TW) der beiden LC-Tiefpässe (2, 4) wenigstens eine Abgriffeinrichtung (6) mit Grundentstörung (8) vorgesehen ist.
Funkentstörfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Grundentstörung (8) pro Abgriff (L_A1, L_A2, L_A3) der Abgriffeinrichtung (6) ein X-Kondensator (C_XLA1, C_XLA2, C_XLA3) vorgesehen sind, die elektrisch in Stern geschaltet sind, und dass ein Sternpunkt (10) dieser X-Kondensatoren (C_XLA1, C_XLA2, C_XLA3) mittels eines Y-Kondensators (C_YXA) mit Erdpotential verbunden ist.
Funkentstörfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgriffe (L_A1, L_A2, L_A3) von einem Ringkern (12) umschlossen sind.
Funkentstörfilter nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Ausgangsleitung (U, V, W) dieses Funkentstörfilters mittels eines Y-Kondensators (C_YU, C_YV, C_YW) mit Erdpotential verbunden sind.
Funkentstörfilter nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der netzseitige LC-Tiefpass (2) eine stromkompensierte Drossel (L₁) und pro Netzleitung (R, S, T) einen X-Kondensator (C_XR, C_XS, C_XT), die elektrisch in Stern geschaltet sind, aufweist.
Funkentstörfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der lastseitige LC-Tiefpass (4) eine stromkompensierte Drossel (L₃) und pro Ausgangsleitung (U, V, W) einen X-Kondensator (C_XU, C_XV, C_XW), die elektrisch in Stern geschaltet sind, aufweist, und dass der Sternpunkt mittels eines Y-Kondensators (C_YXL) mit Erdpotential verbunden ist.