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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Ansteuern eines Drehstrommotors, insbesondere eines Asynchronmotors, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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EP 0 788 216 A2 betrifft ein Filter zur Verwendung in einer Treiberschaltung zum Betreibe einer elektronischen Vorrichtung wie beispielsweise einem Motor, wobei die Treiberschaltung einer Verkabelung umfasst, die einen Antrieb mit der Vorrichtung verbindet. Das Filter umfasst wenigstens eine Leichttaktdrossel mit einem einzelnen Kern und Spulen zur Verbindung in der Verkabelung zwischen dem Antrieb und der Vorrichtung, sowie Kondensatoren, die mit der Verkabelung verbunden sind, um ein Hochfrequenzrauschen an der Verkabelung zu reduzieren. Die Gleichtaktspule bildet ein Tiefpassfilter, das das Hochfrequenzrauschen an der Verkabelung weiter reduziert. Es werden zwei Gleichtaktdrossseln vorgesehen, wobei eine Gleichtaktdrossel jeweils auf einer Seite der Kondensatoren vorgesehen ist.
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DE 22 45 208 A offenbart eine elektrische Funk-Entstördrossel zur Dämpfung unsymmetrischer und symmetrischer Störungen, bei der wenigstens zwei in entgegengesetzter Richtung von Betriebsstrom durchflossene Wicklungen aufgebracht sind, wobei der Kern einen ersten, praktisch luftspaltlosen magnetischen Kreis besitzt, in der Mitte zwischen den Wicklungen wenigstens ein Mittelschenkel aus ferromagnetischem Material angebracht ist, der einen zweiten magnetischen Kreis, der abschnittsweise mit dem ersten magnetischen Kreis identisch ist, bildet, und dieser zweite magnetische Kreis einen Luftspalt besitzt und für die vom Betriebsstrom hervorgerufene Durchflutung dimensioniert ist.
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DE 20 2006 016 429 U1 offenbart eine Funkentstöranordnung mit einer Funkentstördrossel, mit einem wahlweise einem Luftspalt oder eine geschlossene Form aufweisenden Ringkern der Funkentstördrossel und mit zumindest zwei auf dem Ringkern angeordneten Wicklungen, wobei ein Nebenflusskörper in dem Ringkern eingesetzt ist, der Nebenflusskörper eine hohe magnetische Leitfähigkeit aufweist und der Nebenflusskörper zwischen den Wicklungen angeordnet ist.
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DE 1 065 079 C offenbart eine Stromrichteranordnung mit in der gleichen Phase des Wechselstromsystems über Stromteilerdrosseln parallel geschalteten Ventilstrecken, wobei die zwischen dem gemeinsamen Anschlusspunkt der Stromteilerdrosseiwicklungen und dem gemeinsamen Anschlusspunkt der Ventilstrecken parallel liegende Stromzweige über ihre gesamte oder einen oder mehrere wesentliche Teile ihrer Länge einander als sich gegenseitig gleichartig magnetisch beeinflussende Teile in Form eines Bündels zugeordnet sind.
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In der elektrischen Antriebstechnik ist es bekannt, Frequenz-Umrichter zum Ansteuern von Asynchronmotoren einzusetzen, da auf diese Weise eine komfortable Steuerung von Drehzahl und Drehmoment möglich ist. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erzielen, liefert der Frequenz-Umrichter meist für jede Phase eine pulsweitenmodulierte Ausgangsspannung, bei einem Drehstrommotor also für jede der drei Phasen. Die Beanspruchung und damit die Lebenserwartung des Motors wird dabei von zwei Faktoren negativ beeinflusst: 1. Die Flankensteilheit der Ausgangsspannung des Frequenz-Umrichters von typischerweise 10 kV/μs und 2. die unerwünschten hochfrequenten Lagerströme, die im Drehstrommotor zwischen den Wicklungen und Erde auftreten. Bei der Flankensteilheit handelt es sich um eine symmetrische und bei den Lagerströmen um eine unsymmetrische Storung. Die Flankensteilheit als symmetrische Störung wird mittels Drehstromdrosseln oder aber mit hoher Effizienz mit zusätzlicher Kondensatorbeschaltung in Form eines Tiefpasses reduziert, welcher als du/dt-Filter, LC-Filter oder Sinus-Filter ausgebildet sein kann. Die zwischen den Motorwicklungen und Erde auftretenden Strome als asymmetrische Störung werden mittels stromkompensierter Drehstromdrosseln verringert, welche aus Symmetriegrunden mittels Ringkern ausgeführt sind. Diese Filter werden in Reihe geschaltet, da der Motorstrom sie nacheinander durchfließen muss.
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Nachteilig bei dieser Art von „Filter-Losung” sind die relativ hohen Verluste und das relativ große Volumen, welches diese zusammen geschalteten Filter einnehmen.
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Die Aufgabe der Erfindung ist es, symmetrische und asymmetrische Storungen bei der Ansteuerung eines Drehstrommotors weitestgehend zu beseitigen und gleichzeitig eine kompakte Bauform zu erzielen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelost.
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Die Losung sieht vor, dass jede Wicklung den gemeinsamen Ringkern und jeweils einen sich in Umfangsrichtung erstreckenden Schenkel umschließt, wobei die Schenkel um den Ringkern symmetrisch zueinander angeordnet sind, und dass jedem Schenkel ein sich ebenfalls in Umfangsrichtung erstreckendes Joch gegenuberliegt, wobei zwischen Schenkel und Joch jeweils mindestens ein Luftspalt vorhanden ist, dessen radiale Spaltbreite in Umfangsrichtung gesehen zu- oder abnimmt. Der Schutz gegen symmetrische Storungen aufgrund der Flankensteilheit der Ausgangsspannung des Frequenz-Umrichters wird dabei mittels der drei Teildrosseln realisiert, die magnetisch unabhangig voneinander wirken und mit mindestens einem speziell ausgebildeten Luftspalt versehen sind, der auch als nichtlinearer Luftspalt bezeichnet wird. Um moglichst wenig Schaltverluste in den Leistungs-Halbleitern des Frequenz-Umrichters zu erzielen, muss relativ schnell geschaltet werden. Daraus resultiert eine hohe Fankensteilheit du/dt der Umrichter-Ausgangsspannung von typischerweise 10 kV/μs fur drei 3 × 400 V-Motoren. Bedingt durch parasitare Kapazitaten und Induktivitaten ist die Flankensteilheit im Leerlauf bzw. bei nur geringer Last am hochsten. Der nichtlineare Luftspalt (dessen radiale Spaltbreite in Umfangsrichtung gesehen zu- und abnimmt) bewirkt bei kleineren Stromen eine hohe Drossel-Induktivitat und wirkt damit einer hohen Flankensteilheit bereits effizient entgegen. Bei großeren Stromen gehen immer mehr Querschnittsanteile des Luftspaltes in den Sattigungsbereich uber, wodurch sich die Induktivitat der Teildrossel entsprechend verringert. Der Schutz gegen die asymmetrisch auftretenden hochfrequenten Lagerstrome wird hierbei mittels drei, moglichst gleich aufgebauter Teildrosseln auf einen gemeinsamen Ringkern erzielt, die symmetrisch zueinander angeordnet sind. Zusammenfassend handelt es sich also um eine Motor-Schutzdrossel fur den Frequenz-Umrichter-Betrieb gegen symmetrische als auch asymmetrische Storungen, die in einer einzigen elektrischen Komponente realisiert ist. Dazu ist eine gemeinsame Wicklung gegen symmetrische und asymmetrische Storungen vorgesehen, was die Wicklungsverluste gegenuber herkommlichen Losungen erheblich reduziert (theoretisch sogar halbiert).
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausfuhrungsbeispiels naher beschrieben. Die einzige Figur zeigt den Aufbau einer Drossel fur eine Einrichtung zum Ansteuern eines Drehstrom-Asynchronmotors, der von einem Frequenz-Umrichter angesteuert wird, welcher an ein Stromversorgungsnetz angeschlossen ist und zur Speisung des Asynchronmotors eine dreiphasige pulsseitenmodulierte Ausgangsspannung erzeugt (nicht gezeigt). Die zwischen Frequenz-Umrichter und Asynchronmotor geschaltete Drossel 1 ist aus drei Teildrosseln 1a, 1b, 1c gebildet, die jeweils von einem der drei Phasenstrome durchflossen werden. Die drei Teildrosseln 1a, 1b, 1c sind in Form von drei Wicklungen 2a, 2b, 2c aus Cu-Lackdraht auf einem gemeinsamen ferromagnetischen Ringkern 3 gewickelt, und zwar in Umfangsrichtung gesehen beabstandet hintereinander liegend und symmetrisch zueinander angeordnet. Zwischen je zwei Wicklungen 2a und 2b, 2b und 2c, 2c und 2a ist jeweils ein (gleicher) Abstand vorhanden. Wie die Figur zeigt, ist nicht nur der gemeinsame Ringkern 3 von einer Wicklung 2a, 2b, 2c umwickelt, sondern jede Wicklung umschließt außerdem einen Schenkel 4a, 4b, 4c aus ferromagnetischem Material (z. B. aus gestanzten aufeinander geschichteten Einzel-Dynamoblechen oder Eisenpulver), der also ebenfalls von der zugehorigen Wicklung 2a, 2b, 2c umwickelt ist und sich jeweils in Umfangsrichtung erstreckt. In der Figur ragt der Schenkel 4a, 4b, 4c jeweils etwas uber die zugehorige Wicklung 2a, 2b, 2c hinaus. Die Schenkel 4a, 4b, 4c sind bezogen auf den Ringkern 3 symmetrisch angeordnet. Ihnen gegenuberliegend befindet sich jeweils ein Joch 5a, 5b, 5c (ebenfalls hergestellt aus ferromagnetischem Material, wie gestanzten aufeinander geschichteten Einzel-Dynamoblechen oder Eisenpulver), welche dieselbe symmetrische Anordnung um den Ringkern aufweisen wie die Wicklungen 2a, 2b, 2c und die Schenkel 4a, 4b, 4c. Zwischen den beiden jeweils zueinander gehorigen Paaren aus Schenkel und Joch, also zwischen dem Schenkel 4a und dem Joch 5a, dem Schenkel 4b und dem Joch 5b sowie dem Schenkel 4c und dem Joch 5c, sind im Bereich der Enden der zugehorigen Wicklung 2a, 2b, 2c jeweils zwei nichtlineare Luftspalte 6aa, 6ab bzw. 6ba, 6bb bzw. 6ca, 6cb vorhanden. Ein nichtlinearer Luftspalt bedeutet hier, dass die radiale Spaltbreite in Umfangsrichtung gesehen jeweils zu- oder abnimmt. In der Figur nimmt beispielsweise der Luftspalt 6aa entgegen dem Uhrzeigersinn zu; das Gleiche gilt fur den Luftspalt 6ab, allerdings in Uhrzeigerrichtung (also in einer der beiden Umfangsrichtungen gesehen). Speziell nimmt in der Figur jeder Luftspalt rampenformig zu- bzw. ab.
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Ein solcher nichtlinearer Luftspalt bewirkt bereits bei kleineren Stromen eine hohe Induktivitat der Drossel, d. h. die Flussdichte ist bereits bei kleinen Stromen sehr groß. Bei Vergroßerung der Strome gehen die Bereiche des nichtlinearen Luftspalts, die sich im Bereich der Spitzen 7 der Schenkel 4a, 4b, 4c befinden und damit relativ klein sind, in die Sattigung uber, wodurch die Induktivitat der jeweiligen Teildrossel 1a, 1b, 1c entsprechend sinkt.
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Alle drei Teildrosseln 1a, 1b, 1c sind in einer mechanischen Halterung 8 aus einem nicht-ferrogmagnetischen Material fest angeordnet.
