DE102008046576A1 - Three-phase choke coil device for filter circuit utilized for output sinusoidal filter of frequency converter, has yokes that are linked with each other such that magnetic fluid flows into legs in leg direction - Google Patents

Three-phase choke coil device for filter circuit utilized for output sinusoidal filter of frequency converter, has yokes that are linked with each other such that magnetic fluid flows into legs in leg direction Download PDF

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Abstract

The device (14) has two closed three-legged cores (26, 28) and three windings (30), where each winding comprises leg (32, 38) that are linked together. One of the cores (26) has an air gap. Other core has three connection legs (44) and yokes (40, 42, 46). The yokes are linked with each other such that magnetic fluid flows into the legs (32, 38) in a leg direction. The three-legged cores are concentrically arranged relative to one another. The yokes are formed in arc-shape. The legs of the cores are arranged on a symmetry axis.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine dreiphasige Drosselspuleneinrichtung für einen Filterschaltkreis, insbesondere für ein Ausgangs-Sinusfilter eines Frequenzumrichters.The The invention relates to a three-phase reactor device for a filter circuit, in particular for an output sine filter of a frequency converter.

Frequenzumrichter, bestehend aus einem netz- und lastseitigen Stromrichter, die gleichspannungsseitig mittels eines Zwischenkreiskondensators elektrisch parallel geschaltet sind, werden zur Speisung einer Drehfeldmaschine eingesetzt, die beispielsweise in der Drehzahl geregelt werden soll. Diese Drehfeldmaschine ist mit seinen Klemmen mittels eines mehradrigen Kabels an Ausgangsklemmen des Frequenzumrichters, der auch als Spannungszwischenkreis-Umrichter bezeichnet wird, angeschlossen. Der lastseitige Stromrichter dieses Frequenzumrichters generiert aus einer eingangsseitigen Gleichspannung drei pulsweitenmodulierte Rechteckspannungen, deren Grundschwingung sinusförmig ist und die eine vorbestimmte Amplitude und eine vorbestimmte Frequenz aufweisen. Ein derartiger lastseitiger Stromrichter, der vorwiegend Energie aus dem Spannungszwischenkreis zu einer Last transportiert, arbeitet als Wechselrichter. Um derartige pulsweisenmodulierte Spannungen zu generieren, weist der lastseitige Stromrichter abschaltbare Leistungshalbleiter auf, insbesondere Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBT), auf. Zur Erreichung eines hohen Wirkungsgrades werden diese abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter mit einer hohen Pulsfrequenz getaktet. Dadurch weisen die generierten pulsweitenmodulierten Spannungsverläufe sehr steile Spannungsanstieg- und -abfallflanken auf. Diese an sich vorteilhaften Eigenschaften führen zu unerwünschter elektromagnetischer Beeinflussung benachbarter Signalleitungen und Einrichtungen.Frequency converter, consisting of a mains and load-side converter, the DC side electrically connected in parallel by means of a DC link capacitor are used to power a rotating field machine, for example to be controlled in the speed. This induction machine is with its terminals by means of a multi-core cable to output terminals of the frequency converter, also called a voltage source inverter is called connected. The load-side converter this Frequency converter generated from an input DC voltage three pulse-width modulated square-wave voltages whose fundamental frequency is sinusoidal and having a predetermined amplitude and have a predetermined frequency. Such a load-side Power converter, the predominantly energy from the voltage intermediate circuit transported to a load, works as an inverter. To such generate pulse-modulated voltages, the load-side Power converter can be switched off power semiconductors, in particular Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBTs), on. To achieve a high efficiency, these turn-off power semiconductor switches clocked with a high pulse rate. This shows the generated pulse width modulated voltage curves very steep voltage increase and waste flanks. These inherently advantageous properties lead to unwanted electromagnetic interference neighboring Signal lines and equipment.

Zur Vermeidung solcher Störungen und Belastung ist es bekannt, sogenannte Ausgangs-Sinusfilter einzusetzen, die die Aufgabe haben, hochfrequente Anteile der gepulsten Ausgangs spannung des lastseitigen Stromrichters, der als selbstgeführter Pulsstromrichter ausgeführt ist, herauszufiltern, so dass möglichst nur die Grundschwingungsspannung an den Klemmen einer am lastseitigen Stromrichter angeschlossenen Drehfeldmaschine anstehen. Solche Filter weisen üblicherweise eine Filterdrossel und einen Filterkondensator auf, die als Tiefpass verschaltet sind.to Avoiding such interference and stress it is known to use so-called output sine filters, which have the task high-frequency components of the pulsed output voltage of the load side Power converter, as a self-commutated pulse-controlled converter is executed, filter out, so that possible only the fundamental voltage at the terminals of one on the load side Pending inverter connected induction machine pending. Such filters usually have a filter choke and a filter capacitor on, which are interconnected as a low pass.

Diese Filter können nun in einem Dreiphasennetz je Anwendungsversuch so realisiert werden, dass sie entweder nur die Leiter-Leiter-Spannung (differential mode) oder aber auch die Leiter-Erde-Spannung (common mode) filtern. Zur Kompensation von Gegentaktstörungen (differential mode) werden vorwiegend lineare Längsdrosseln eingesetzt, wogegen zur Kompensation von Gleichtaktstörungen (common mode) stromkompensierte Drosseln verwendet werden. Stromkompensierte Drosseln sind so ausgebildet, dass beim normalen Betriebsstrom, d. h. keine Gleichtaktstörung, die im Kern erzeugten magnetischen Flüsse sich aufheben und die Induktivität dadurch praktisch wirkungslos sind. Fließen jedoch unsymmetrische Ströme gegenüber Erdpotential ab (Gleichtaktstörung) so ist die Summe dieser unsymmetrischen Ströme ungleich Null, so dass sich die magnetischen Flüsse nicht mehr aufheben.These Filters can now work in a three-phase network per application attempt be realized so that they either only the phase-to-phase voltage (differential mode) or else the phase-to-ground voltage (common mode). For compensation of differential mode (differential mode) predominantly linear linear throttles used, whereas the Compensation of common mode noise Chokes are used. Current-compensated chokes are designed to that at the normal operating current, i. H. no common-mode noise, the magnetically generated magnetic fluxes cancel each other out and the inductance are practically ineffective. Flow however unbalanced currents to ground potential off (common mode noise) is the sum of these unbalanced ones Non-zero currents, so that the magnetic fluxes do not pick it up anymore.

Ein besonderer Vorteil dieser stromkompensierten Drosseln liegt darin, dass bei relativ kleinen Bauvolumen hohe Induktivitätswerte erreicht werden können, wobei selbstverständlich die Größe der Induktivität auf die auftretenden unsymmetrischen Ströme ausgelegt sein muss.One particular advantage of these current-compensated chokes is that with relatively small volume of construction high inductance values can be achieved, of course the size of the inductance on the occurring unbalanced currents must be designed.

Soll nun ein Ausgangs-Sinusfilter Gegen- und Gleichtaktstörungen dämpfen, so muss dieses Filter zwei Drosseln, nämlich jeweils eine lineare Längsdrossel pro Phasenleitung und eine stromkompensierte Drossel aufweisen, wobei diese beiden Drosseln elektrisch in Reihe geschaltet sind. Eine derartige Drosselanordnung benötigt einen entsprechenden Platz.Should now an output sine filter counter and common mode noise dampen, so this filter needs two chokes, namely one linear longitudinal throttle per phase line and having a current-compensated inductor, these two inductors are electrically connected in series. Such a throttle arrangement needs a corresponding place.

Aus der EP 0 682 395 B1 ist eine dreiphasige Drosselspuleneinrichtung bekannt, die in einer Baueinheit eine dreiphasige lineare Längsdrossel und eine dreiphasige stromkompensierte Drossel vereint. Bei einer Ausführungsform dieser Drosselspuleneinrichtung sind drei Wicklungen auf einen Stab aus magnetischem Material nebeneinander angeordnet, wobei die Windungszahl dieser Wicklungen an konkrete Anforderungen einer jeweiligen Applikation angepasst sind. Für die Wahl des magnetischen Materials des Stabes ist die Arbeitsfrequenz eines verwendeten Umrichters verantwortlich. Für Frequenzumrichter können beispielsweise sowohl geschachtelte Eisenbleche als auch Eisenpulver oder Ferritwerkstoffe verwendet werden. Werden diese drei Wicklungen von einem Betriebsstrom (Motorstrom) eines dreiphasigen vom Frequenzumrichter erzeugten Spannungssystem gespeist, so ist die Summe aller Ströme gleich Null und die Summe der durch die Einzelströme hervorgerufenen magnetischen Flüsse ebenfalls Null. Durch den gewählten Aufbau der Mehrfachdrossel mit schmalen, mehrlagigen Wicklungen und räumlicher Trennung von diesen ergeben sich Streuflüsse, so dass sich die Gesamtflüsse im geschlossenen System nicht mehr voll aufheben. Diese Streuflüsse führen zu Streuinduktivitäten, die in den in Betracht kommenden Fällen als sogenannte Längsinduktivitäten wirksam sind und in dieser Funktion steile Stromanstiege und Potentialsprünge zwischen den spannungsführenden Leitungen begrenzen. D. h., es werden mittels dieser Streuinduktivitäten Gegentaktstörungen (differential mode) gedämpft. Wenn durch vorhandene Kabelkapazitäten oder Wicklungskapazitäten des Antriebs (Umrichter, Filter, Kabel, Drehfeldmaschine) Ströme gegenüber dem Erdpotential abfließen, dann ist die Summe der Betriebsströme ungleich Null, so dass sich die magnetischen Flüsse der Einzelströme nicht mehr aufheben und die eigentliche Induktivität der Drossel voll wirksam werden kann. Diese Eigenschaft entspricht der Funktion einer stromkompensierten Drossel. Somit wird mit dieser bekannten Mehrfachdrossel Gegentaktstörungen (differential mode) und Gleichtaktstörungen (common mode) bedämpft.From the EP 0 682 395 B1 is a three-phase reactor device known, which combines a three-phase linear longitudinal inductor and a three-phase current-compensated inductor in a structural unit. In one embodiment of this inductor device three windings are arranged side by side on a rod of magnetic material, wherein the number of turns of these windings are adapted to specific requirements of a particular application. For the choice of the magnetic material of the rod, the operating frequency of a used inverter is responsible. For frequency inverters, for example, both nested iron sheets and iron powder or ferrite materials can be used. If these three windings are supplied by an operating current (motor current) of a three-phase voltage system generated by the frequency converter, then the sum of all currents is equal to zero and the sum of the magnetic fluxes caused by the individual currents is also zero. The selected structure of the multiple choke with narrow, multi-layer windings and spatial separation of these results in leakage fluxes, so that the total fluxes in the closed system no longer cancel each other out. These leakage fluxes lead to stray inductances, which are effective in the cases considered as so-called longitudinal inductances and limit in this function steep current increases and potential jumps between the live lines. That is, by means of these scattering inductances Differential mode noise attenuated. If due to existing cable capacitances or winding capacities of the drive (converter, filter, cable, induction machine) flow against the ground potential, then the sum of the operating currents is not equal to zero, so that the magnetic fluxes of the individual currents no longer cancel and the actual inductance of the throttle full can be effective. This property corresponds to the function of a current-compensated choke. Thus, with this known multiple throttle differential mode noise (differential mode) and common mode noise (common mode) is attenuated.

Um höhere Induktivitätswerte zu erzielen, ist anstelle eines stabförmigen Kerns ein rechteckförmiger Kern vorgesehen, der durch zwei Luftspalte in zwei U-förmige, einander zugekehrten Teilkerne geteilt ist. Die Wicklungen für ein Dreileiter- oder Vierleitersystem sind auf die Schenkel dieser beiden U-förmigen Teilkerne angeordnet. Mittels dieser Mehrfachdrossel werden eine Stabdrossel und eine stromkompensierte Drossel in einer Bauform vereint, so dass die Herstellungs- und Unterhaltskosten verringert worden sind. Nachteil dieser Mehrfachdrossel besteht darin, dass ein common mode System zur Erreichung geringerer Filterströme höhere Induktivitätswerte benötigt werden, die nur dadurch erreicht werden können, wenn diese Einzeldrossel sehr groß ausgelegt werden. Dadurch wird eine solche Drossel für beide Filterzwecke sehr teuer.Around to achieve higher inductance values is instead a rod-shaped core a rectangular Core provided by two air gaps in two U-shaped, divided facing cores is divided. The windings for a three-wire or four-wire system are on the legs of this arranged two U-shaped split cores. By means of this Multiple throttle is a bar throttle and a current-compensated Throttle unites in a design, so that the manufacturing and Maintenance costs have been reduced. Disadvantage of this multiple throttle is that a common mode system to achieve lesser Filter currents higher inductance values needed, which can only be achieved by if this single throttle are designed very large. Thereby Such a throttle is very expensive for both filter purposes.

Aus der älteren nationalen Patentanmeldung mit dem amtlichen Aktenzeichen 10 2008 031 296.7 ist eine dreiphasige Drosselspuleneinrichtung für einen Filterschaltkreis, insbesondere für ein Ausgangs-Sinusfilter eines Frequenzumrichters bekannt. Diese Drosselspuleneinrichtung umfasst einen ersten Kern aus magnetischem Material und drei auf diesen Kern angeordneten Wicklungen, über denen jeweils ein zweiter Kern angeordnet ist. Diese dreiphasige Drosselspuleneinrichtung entspricht funktionsmäßig einer Reihenschaltung einer stromkompensierten Drossel und je einer in jeder spannungsführenden Phasenleitung angeordneten, als Längsinduktivität wirkenden Drossel. Mittels einer solchen dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung ist es möglich, nur mit einer Wicklung pro Phasenleitung unsymmetrische (common mode) als auch symmetrische (differential mode) Störspannung zu bedämpfen. Damit diese dreiphasige Drosselspuleneinrichtung möglichst eine kleine Ausführungsform aufweist, weist der erste Kern einen geschlossenen magnetischen Kreis mit keinem oder nur einem geringen Luftspalt auf. Auf diese Weise ist die magnetische Streuung, insbesondere im Vergleich zu einem Stab, reduziert. Die zweiten Kerne weisen jeweils einen Luftspalt auf, der größer ist als ein eventuell vorhandener Luftspalt im ersten Kern. Alternativ oder zusätzlich können die zweiten Kerne auch ein Material mit einer geringeren Permeabilität als der erste Kern umfassen. Dadurch ist gewährleistet, dass der common mode-Fluss nahezu ausschließlich im ersten Kern in Folge des dort eingesetzten höherpermeablen Materials und des geringeren oder nicht vorhandenen Luftspalts fließt. Der erste Kern bestimmt somit die common mode-Induktivität. Jeweils ein zweiter Kern bildet zusammen mit einer Wicklung auf dem ersten Kern eine als Längsinduktivität wirkende Einzeldrossel für das differential mode-System.From the older one national patent application with the official file number 10 2008 031 296.7 is a three-phase reactor device for a filter circuit, in particular for an output sine filter of a frequency converter known. This choke coil device comprises a first core of magnetic material and three windings arranged on this core, over each of which a second core is arranged. This three-phase inductor device corresponds functionally to a series circuit of a current-compensated inductor and one arranged in each live phase line, acting as a longitudinal inductance throttle. By means of such a three-phase choke coil device, it is possible to dampen asymmetrical (common mode) as well as symmetrical (differential mode) interference voltage with only one winding per phase line. In order for this three-phase inductor device to have as small a version as possible, the first core has a closed magnetic circuit with no or only a small air gap. In this way, the magnetic scattering, especially in comparison to a rod, reduced. The second cores each have an air gap which is larger than a possibly existing air gap in the first core. Alternatively or additionally, the second cores may also comprise a material having a lower permeability than the first core. This ensures that the common mode flow flows almost exclusively in the first core as a result of the higher permeable material used there and the smaller or non-existing air gap. The first core thus determines the common mode inductance. In each case, a second core forms together with a winding on the first core acting as a longitudinal inductance single throttle for the differential mode system.

Bei einer besonders raumoptimierten dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung ist der erste Kern als Ringkern ausgebildet, wobei die zweiten Kerne in einer Bauform zusammengefasst sind. Dadurch ist dieser zweite Kern sternförmig mit drei Armen ausgeführt. Dieser sternförmige zweite Kern ist derart im ringförmigen ersten Kern mit den drei Wicklungen angeordnet, dass ein Arm des sternförmigen zweiten Kerns jeweils eine Wicklung von einer benachbarten Wicklung abtrennt. Dadurch haben zwei nebeneinander liegende Wicklungen einen Arm des sternförmigen zweiten Kerns gemeinsam, wodurch dieser zweite sternförmige Kern sehr wenig Masse benötigt. Diese besonders raumsparende Ausführungsform einer dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung ähnelt einem Wagenrad mit drei Speichen. Mit dieser Ausführungsform einer dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung wird diese Drosselspuleneinrichtung kompakter und kostengünstiger als die Mehrfachdrossel der EP 0 682 395 B1 . Nachteilig wirkt sich aus, dass diese fertigungstechnisch nicht einfach umzusetzen ist, wodurch diese dreiphasige Drosselspuleneinrichtung immer noch kostspielig ist.In a particularly space-optimized three-phase choke coil device, the first core is designed as a ring core, wherein the second cores are combined in a design. As a result, this second core is star-shaped with three arms. This star-shaped second core is arranged in the annular first core with the three windings such that one arm of the star-shaped second core separates one winding from an adjacent winding in each case. As a result, two adjacent windings have one arm of the star-shaped second core in common, whereby this second star-shaped core requires very little mass. This particularly space-saving embodiment of a three-phase choke device is similar to a cartwheel with three spokes. With this embodiment of a three-phase reactor device, this reactor device is more compact and less expensive than the multiple throttle EP 0 682 395 B1 , The disadvantage is that this production technology is not easy to implement, so that this three-phase reactor coil device is still expensive.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine dreiphasige Drosselspuleneinrichtung anzugeben, die fertigungstechnisch einfach umzusetzen ist.Of the The invention is based on the object, a three-phase reactor coil device specify that is technically easy to implement.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.These The object is achieved with the features of claim 1 according to the invention.

Dadurch, dass beide Kerne dieser dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung jeweils als geschlossener dreischenkliger Kern ausgebildet sind, die mittels dreier Wicklungen miteinander verknüpft sind, lässt sich diese dreiphasige Drosselspuleneinrichtung fertigungstechnisch einfach herstellen. Die Verkopplung dieser beiden Kerne erfolgt jeweils durch eine Wicklung, die gleichzeitig einen Schenkel der beiden Kerne umfasst. Die Schenkel des zweiten Kerns dieser dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung sind derart zu einem geschlossenen magnetischen Kreis vereint, dass in den von einer Wicklung umschlossenen Schenkeln jeweils ein magnetischer Fluss in dieselbe Richtung fließen. Durch diese erfindungsgemäße Drosselspuleneinrichtung werden keine Kernabschnitte mehr gemeinsam von differential mode- und common mode-Flüssen genutzt. Dadurch kann mit je einer Wicklung pro Phasenstrang eine definierte Dämpfung sowohl bei unsymmetrischer (common mode) als auch bei symmetrischer (differential mode) Beaufschlagung erreicht werden, wobei die Induktivitäten der beiden Drosselsysteme durch eine entsprechende Wahl des Kernmaterials eingestellt werden.Characterized in that both cores of this three-phase reactor means are each formed as a closed dreischkliger core, which are linked together by means of three windings, these three-phase reactor means can be produced easily manufactured. The coupling of these two cores takes place in each case by a winding which simultaneously comprises a leg of the two cores. The legs of the second core of this three-phase inductor device are combined into a closed magnetic circuit such that in the legs enclosed by a winding, in each case a magnetic flux flows in the same direction. By means of this inductor device according to the invention, no core sections are used more commonly by differential mode and common mode flows. Thereby can be achieved with one winding per phase strand a defined attenuation both asymmetrical (common mode) and in symmetric (differential mode) loading, the inductances of the two throttle systems can be adjusted by an appropriate choice of the core material.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung sind die beiden geschlossenen dreischenkligen Kerne konzentrisch zueinander angeordnet. Durch diese Ausgestaltung der dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung, insbesondere für einen mittleren Leistungsbereich, lässt sich diese Drosselspuleneinrichtung besonders kostengünstig fertigen, wodurch diese dreiphasige Drosselspuleneinrichtung ein besonders gutes Preis-/Leistungsverhältnis aufweist.at an advantageous embodiment of the three-phase choke coil device the two closed three-legged cores are concentric arranged to each other. Due to this embodiment of the three-phase Choke coil device, in particular for a middle Power range, this choke coil device can be manufacture particularly cost-effectively, making this three-phase Choke coil device a particularly good price / performance ratio having.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung sind den weiteren Unteransprüchen 3 bis 13 zu entnehmen.advantageous Embodiments of the inventive three-phase Choke coil device are the further subclaims 3 to 13.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der eine Ausführungsform der erfindungsge mäßen dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung schematisch veranschaulicht ist.to Further explanation of the invention is based on the drawing Reference is made in an embodiment of the erfindungsge MAESSEN Three-phase inductor device schematically illustrates is.

1 zeigt ein Ersatzschaltbild eines lastseitigen Stromrichter eines Frequenzumrichters mit einem Ausgangs-Sinusfilter, in der 1 shows an equivalent circuit diagram of a load-side converter of a frequency converter with an output sine filter, in the

2 ist ein Grundprinzip einer dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung nach der Erfindung skizziert, wobei in der 2 is a basic principle of a three-phase reactor device according to the invention outlined, wherein in the

3 eine Ausführungsform der dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung skizziert ist, die fertigungstechnisch einfach umgesetzt werden kann, und die 3 an embodiment of the three-phase reactor device is outlined, which can be easily implemented in terms of manufacturing, and the

4 zeigt eine Seitenansicht einer perspektivisch dargestellten Ausführungsform der Drosselspuleneinrichtung nach 3, wobei in der 4 shows a side view of a perspective embodiment of the inductance device after 3 , where in the

5 eine Draufsicht auf der Ausführungsform der dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung nach 4 dargestellt ist. 5 a plan view of the embodiment of the three-phase reactor device according to 4 is shown.

In 1 ist ein Ersatzschaltbild eines lastseitigen Stromrichters 2, insbesondere ein selbstgeführter Pulsstromrichter, eines nicht näher dargestellten Frequenzumrichters, der ein Spannungszwischenkreis-Umrichter ist, mit einem Ausgangs-Sinusfilter 4 dargestellt. Der lastseitige Stromrichter 2 ist gleichspannungsseitig mit einem Zwischenkreiskondensator 6 eines Spannungszwischenkreises des Frequenzumrichters verknüpft. An den Ausgangsklemmen 8 des Frequenzumrichters ist das Ausgangs-Sinusfilter 4 angeschlossen. An den Ausgangsklemmen 10 dieses Ausgangs-Sinusfilters 4 ist eine nicht näher dargestellte Drehfeldmaschine angeschlossen. Der lastseitige Stromrichter 2 weist in einer Drehstromausführung drei Brückenzweige R, S und T auf, die elektrisch parallel zum Zwischenkreiskondensator 6 geschaltet sind. Jeder Brückenzweig R, S und T weisen zwei abschaltbare Leistungshalbleiterschalter 12, insbesondere Insulated Gate Bipolar Transistoren (IGBT), auf, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Jeweils ein Verbindungspunkt zweier abschaltbarer Leistungshalbleiterschalter 12 eines Brückenzweiges R, S und T ist mit einer Ausgangsklemme 8 des Frequenzumrichters elektrisch leitend verbunden.In 1 is an equivalent circuit diagram of a load-side converter 2 , in particular a self-commutated pulse-controlled converter, a frequency converter, not shown, which is a voltage source inverter, with an output sine filter 4 shown. The load-side converter 2 is on the DC side with a DC link capacitor 6 linked to a voltage intermediate circuit of the frequency converter. At the output terminals 8th of the frequency converter is the output sine filter 4 connected. At the output terminals 10 this output sine filter 4 is connected to a rotating field machine not shown. The load-side converter 2 has in a three-phase version three bridge arms R, S and T, which are electrically parallel to the DC link capacitor 6 are switched. Each bridge branch R, S and T have two turn-off power semiconductor switches 12 , in particular insulated gate bipolar transistors (IGBT), which are electrically connected in series. In each case a connection point of two turn-off power semiconductor switches 12 a bridge branch R, S and T is equipped with an output terminal 8th of the frequency converter electrically connected.

Da die abschaltbaren Leistungshalbleiterschalter 12 in der Ausführungsform als IGBT mit einer hohen Pulsfrequenz getaktet werden können, weisen pulsweitenmodulierte Rechteckspannungs-Verläufe an den Ausgangsklemmen 8 des Frequenzumrichters steile Schaltflanken auf. Durch die sehr kurzen Schaltzeiten der IGBT's des lastseitigen Stromrichters 2, sind die Schaltverluste gering und damit der Wirkungsgrad des Frequenzumrichters hoch. Diese hohen Schaltflanken verursachen aber in den Wicklungsisolationen einer angeschlossenen Drehfeldmaschine hohe Umpolarisationen, die zu Ausfällen der Drehfeldmaschine führen können.Since the turn-off power semiconductor switch 12 in the embodiment can be clocked as IGBT with a high pulse rate, have pulse width modulated square-wave voltage waveforms at the output terminals 8th of the frequency converter steep switching edges. Due to the very short switching times of the IGBTs of the load-side converter 2 , the switching losses are low and thus the efficiency of the frequency converter high. However, these high switching edges cause high Umpolarisationen in the winding insulation of a rotating induction machine, which can lead to failure of the induction machine.

Um diese Belastung der Wicklungsisolationen einer angeschlossenen Drehfeldmaschine zu verringern, ist zwischen den Ausgangsklemmen 8 des Frequenzumrichters und den Anschlussklemmen einer Drehfeldmaschine ein Ausgangs-Sinusfilter 4 geschaltet. Dieses Filter 4 weist eine dreiphasige Drosselspulenreinrichtung 14 und ein Kondensatornetzwerk 16 auf. Dieses Kondensatornetzwerk weist drei Kondensatoren 18 und einen Kondensator 20 auf. Die Kondensatoren 18 sind in dieser Ausführungsform in Stern geschaltet, wogegen der Kondensator 20 den Sternpunkt der in Stern geschalteten Kondensator 18 mit Erdpotential 22 elektrisch leitend verbindet. Die Kondensator 18 sind ebenfalls jeweils mit einem Phasenleiter 24 elektrisch leitend verbunden. Mittels des Kondensators 20 werden unsymmetrische Ströme zum Erdpotential 22 abgeleitet. Als dreiphasige Drosselspuleneinrichtung 14 wird eine erfindungsgemäße Ausführungsform verwendet, die beispielsweise in der 4 perspektivisch dargestellt ist.To reduce this load on the winding insulation of a connected induction machine is between the output terminals 8th of the frequency converter and the terminals of a rotary field machine an output sine filter 4 connected. This filter 4 has a three-phase choke device 14 and a capacitor network 16 on. This capacitor network has three capacitors 18 and a capacitor 20 on. The capacitors 18 are connected in star in this embodiment, whereas the capacitor 20 the star point of the star connected capacitor 18 with earth potential 22 electrically conductive connects. The capacitor 18 are also each with a phase conductor 24 electrically connected. By means of the capacitor 20 become unbalanced currents to earth potential 22 derived. As a three-phase reactor coil device 14 an embodiment of the invention is used, for example, in the 4 is shown in perspective.

In der 2 ist ein Grundprinzip einer erfindungsgemäßen dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung 14 dargestellt. In diesem Grundprinzip sind mit 26 ein erster geschlossener Kern, mit 28 ein zweiter geschlossener Kern und mit 30 jeweils eine Wicklung bezeichnet. Der erste geschlossene Kern 26 besteht in der dreiphasigen Ausführungsform aus drei Schenkeln 32 und zwei Jochen 34 und 36. Diese Schenkel 32 sind zwischen den beiden Jochen 34 und 36 angeordnet und mit diesen verspannt. In diesem ersten geschlossenen Kern 26 ist ein Luftspalt eingebracht, der beispielsweise aus mehreren Luftspalten zusammengesetzt sein kann. Diese Teilluftspalte können jeweils einem Ende eines Schenkels 32 räumlich nachgeordnet sein. Zum Aufbau eines Luftspaltes wird ein scheibenförmiges Material mit einer Permeabilität verschieden von der Permeabilität des Materials des ersten geschlossenen Kerns 26 verwendet.In the 2 is a basic principle of a three-phase inductor device according to the invention 14 shown. In this basic principle are with 26 a first closed core, with 28 a second closed core and with 30 each denotes a winding. The first closed core 26 consists of three legs in the three-phase embodiment 32 and two yokes 34 and 36 , These leg 32 are between the two yokes 34 and 36 arranged and braced with these. In this first closed core 26 an air gap is introduced, which may for example be composed of several air gaps. These partial air gaps can each one end of a leg 32 be spatially subordinate. To construct an air gap, a disk-shaped material having a permeability different from the permeability of the material of the first closed core 26 used.

Der zweite geschlossene Kern 28 weist in der dreiphasigen Ausführungsform ebenfalls drei Schenkel 38 und zwei Joche 40 und 42 auf, die mittels dreier Verbindungsschenkel 44 und weiterer vier Joche 46 zu einem geschlossenen Magnetkreis verbunden sind. Dabei sind diese drei Schenkel 38 derart miteinander mittels der weiteren Joche 46 und der drei Verbindungsschenkel 44 verbunden, dass die Schenkel 38 beabstandet räumlich parallel jeweils zu einem Schenkel 32 des ersten geschlossenen Kern 26 platziert sind. Jeweils zwei räumlich benachbarte Schenkel 32 und 38 des ersten und zweiten Kerns 26 und 28 sind gemeinsam von einer Wicklung 30 umschlossen. Die in den Schenkeln 38 generierten Magnetflüsse (common mode), fließen durch die Anordnung der Verbindungsschenkel 44 und der weiteren Jochen 46 zu den Schenkeln 38 in derselben Richtung wie die in den Schenkeln 32 des ersten Kerns 26 generierten Flüsse (differential mode). Der erste geschlossene Kern 26 bildet den magnetischen Kern einer dreiphasigen differential mode-Drossel, wogegen der zweite geschlossene Kern 28 einen magnetischen Kern einer common mode-Drossel bildet. Verknüpft sind diese beiden Kerne 26 und 28 jeweils durch eine Wicklung 30.The second closed core 28 also has three legs in the three-phase embodiment 38 and two yokes 40 and 42 on, by means of three connecting legs 44 and another four yokes 46 are connected to a closed magnetic circuit. These are three legs 38 in such a way by means of the other yokes 46 and the three connecting legs 44 connected to the thighs 38 spaced spatially parallel to each leg 32 of the first closed core 26 are placed. In each case two spatially adjacent legs 32 and 38 the first and second core 26 and 28 are shared by a winding 30 enclosed. The in the thighs 38 generated magnetic fluxes (common mode), flow through the arrangement of the connecting legs 44 and the other yokes 46 to the thighs 38 in the same direction as those in the thighs 32 of the first core 26 generated rivers (differential mode). The first closed core 26 forms the magnetic core of a three-phase differential mode choke, whereas the second closed core forms 28 forms a magnetic core of a common mode throttle. Linked are these two nuclei 26 and 28 each through a winding 30 ,

Durch diese erfindungsgemäße Ausgestaltung einer dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung 14 werden keine Kernabschnitte dieser Drosselspuleneinrichtung 14 wie bei einer bekannten Drosselspulenreinrichtung gemeinsam von differential mode- und common mode-Flüssen genutzt. Dadurch kann jede Drossel dieser Drosselspuleneinrichtung 14 für seine Funktion dimensioniert werden. Außerdem kann eine derartige erfindungsgemäße dreiphasige Drosselspuleneinrichtung, beispielsweise in der Ausführungsform gemäß der 3 bis 5, fertigungstechnisch leicht aufgebaut werden.By this inventive design of a three-phase reactor coil device 14 become no core sections of this inductor device 14 as in a known reactor device used jointly by differential mode and common mode rivers. As a result, each throttle of this inductor device 14 be dimensioned for its function. In addition, such a three-phase reactor device according to the invention, for example in the embodiment according to the 3 to 5 , easy to set up in terms of manufacturing technology.

In der 3 ist eine Prinzipskizze einer fertigungstechnischen Ausführungsform einer dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung 14 nach der Erfindung schematisch veranschaulicht. Bei dieser Prinzipskizze handelt es sich nicht um eine Schnittdarstellung bzw. um eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Drosselspuleneinrichtung 14. Mittels dieser Prinzipskizze soll lediglich veranschaulicht werden, wie die einzelnen Teile der erfindungsgemäßen dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung 14 räumlich zueinander angeordnet sind. Gemäß dieser Prinzipskizze sind die drei Schenkel 32 des ersten Kerns 26 auf dem Unterjoch 34 symmetrisch zueinander angeordnet. Die Symmetrieachsen 48, 50 und 52 bilden zusammen ein Achssystem, bei dem zwischen den Achsen 48, 50 und 50, 52 und 52, 54 jeweils ein Winkel von 120° mechanisch eingeschlossen wird. Somit sind diese Schenkel 32 des ersten magnetischen Kerns 26 Bestandteil einer symmetrischen Drehstromdrossel für den differential mode. Die Schenkel 38 des zweiten magnetischen Kerns 28 der dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung 14 sind ebenfalls auf diesen Symmetrieachsen 48, 50 und 52 angeordnet. Jeweils zwischen zwei benachbarten Schenkeln 38 des zweiten Kerns 28 sind die Verbindungsschenkel 44 angeordnet. Magnetisch verbunden sind diese Schenkel 38 und diese Verbindungsschenkel 44 mittels mehrerer Joche 40, 42 und 46. Diese Joche 40, 42 und 46 sind jeweils bogenförmig ausgebildet und sorgen dafür, dass die Schenkel 38 und die Verbindungsschenkel 44 des zweiten Kerns 28 einen geschlossenen magnetischen Kern bilden und den ersten Kern 26 konzentrisch umschließt. Jeweils ein Schenkel 32 des ersten Kerns 26 und ein Schenkel 38 des zweiten Kerns 28 sind gemeinsam von einer Wicklung 30 umschlossen. Durch die Anordnung der Schenkel 38 und der Verbindungsschenkel 44 entlang einer Kreisbahn, wobei die Joche 40, 42 und 46 jeweils Bogenabschnitte dieser Kreisbahn bil den, erhält man eine sehr kompakte dreiphasige Drosselspuleneinrichtung 14, die ebenfalls fertigungstechnisch einfach umgesetzt werden kann.In the 3 is a schematic diagram of a manufacturing embodiment of a three-phase inductor device 14 schematically illustrated according to the invention. In this schematic diagram is not a sectional view or a plan view of a choke coil device according to the invention 14 , By means of this schematic diagram is merely intended to illustrate how the individual parts of the three-phase inductor device according to the invention 14 are arranged spatially to each other. According to this schematic diagram, the three legs 32 of the first core 26 on the lower yoke 34 arranged symmetrically to each other. The symmetry axes 48 . 50 and 52 together form an axis system, where between the axes 48 . 50 and 50 . 52 and 52 . 54 each an angle of 120 ° is mechanically enclosed. So these are thighs 32 of the first magnetic core 26 Component of a symmetrical three-phase choke for the differential mode. The thigh 38 of the second magnetic core 28 the three-phase reactor device 14 are also on these symmetry axes 48 . 50 and 52 arranged. In each case between two adjacent thighs 38 of the second core 28 are the connecting legs 44 arranged. Magnetically connected are these legs 38 and these connecting legs 44 by means of several yokes 40 . 42 and 46 , These yokes 40 . 42 and 46 are each arcuate and ensure that the legs 38 and the connecting legs 44 of the second core 28 form a closed magnetic core and the first core 26 concentrically encloses. One leg each 32 of the first core 26 and a thigh 38 of the second core 28 are shared by a winding 30 enclosed. By the arrangement of the legs 38 and the connecting leg 44 along a circular path, with the yokes 40 . 42 and 46 each arc sections of this circular path bil the, you get a very compact three-phase reactor coil device 14 , which can also be easily implemented in terms of manufacturing technology.

In der 4 ist eine perspektivische Darstellung der dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung 14 nach der Erfindung von der Seite dargestellt, wobei die 5 eine Draufsicht dieser Drosselspuleneinrichtung 14 zeigt. Diesen beiden Darstellung kann entnommen werden, wie die Verbindungsschenkel 44 zwischen zwei benachbarten Wicklungen 30 derart platziert sind, dass der zweite Kern 28 der dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung 14 einen Kreis mit möglichst geringen Radius bildet. Dadurch kann der zweite Kern 28 den ersten Kern 26 dieser dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung 14 so eng wie möglich umringen. Da diese beiden Kerne 26 und 28 baulich selbstständig sind, werden der differential mode-Magnetfluss und der common mode-Magnetfluss nicht miteinander verquickt. Jeder Magnetfluss bleibt in seinem Magnetkern 26 bzw. 28. Die mechanische Verbindung dieser beiden Magnetkerne 26 und 28 wird von den drei Wicklungen 30 bewerkstelligt, die in Abhängigkeit eines fließenden Laststromes von den Ausgangsklemmen 8 des Frequenzumrichters zu einer Last an den Ausgangsklemmen 10 des Ausgangs-Sinusfilters 4 diese differential mode- und common mode-Magnetflüsse generieren.In the 4 is a perspective view of the three-phase reactor device 14 shown according to the invention from the side, wherein the 5 a plan view of this inductor device 14 shows. These two illustrations can be seen as the connecting legs 44 between two adjacent windings 30 are placed such that the second core 28 the three-phase reactor device 14 forms a circle with the smallest possible radius. This can be the second core 28 the first core 26 this three-phase choke coil device 14 surround as closely as possible. Because these two cores 26 and 28 structurally independent, the differential mode magnetic flux and the common mode magnetic flux are not intermingled. Every magnetic flux stays in its magnetic core 26 respectively. 28 , The mechanical connection of these two magnetic cores 26 and 28 is from the three windings 30 accomplished in response to a flowing load current from the output terminals 8th of the drive to a load on the output terminals 10 of the output sine filter 4 generate these differential mode and common mode magnetic fluxes.

Dadurch, dass die beiden Kerne 26 und 28 der dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung 14 nach der Erfindung selbstständige Bauteile sind, können die differential mode-Drosseln und die common mode-Drossel unabhängig voneinander dimensioniert werden, um die unterschiedlichen Anforderungen an diese beiden Drosseltypen erfüllen zu können. Dabei ist das Grundprinzip dieser dreiphasigen Drosselspuleneinrichtung 14 gemäß der 2 derart technisch realisiert (3 bis 5), dass diese dreiphasig Drosselspuleneinrichtung 14 sehr kompakt ist und fertigungstechnisch einfach umgesetzt werden kann.By doing that, the two cores 26 and 28 the three-phase reactor device 14 According to the invention are independent components, the differential mode chokes and the common mode throttle can be dimensioned independently from each other to meet the different requirements of these two types of chokes. Here is the basic principle of this three-phase reactor coil device 14 according to the 2 so technically realized ( 3 to 5 ) that this three-phase choke device 14 is very compact and can be easily implemented in terms of manufacturing technology.

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Claims (13)

Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) mit zwei geschlossenen dreischenkligen Kernen (26, 28) und drei Wicklungen (30), wobei jede Wicklung (30) jeweils einen Schenkel (32, 38) der beiden geschlossenen dreischenkligen Kerne (26, 28) gemeinsam umfasst, wobei der erste Kern (26) einen Luftspalt aufweist und wobei der zweite geschlossene dreischenklige Kern (28) neben seinen drei Schenkeln (38) und zwei Jochen (40, 42) drei Verbindungsschenkel (44) und weitere vier Joche (46) aufweist, wobei diese Schenkel (38, 44) und diese Joche (40, 42, 46) derart miteinander verknüpft sind, dass jeweils in den beiden von einer Wicklung (30) umfassten Schenkeln (32, 38) fließenden magnetischen Flüsse dieselbe Richtung aufweisen.Three-phase choke coil device ( 14 ) with two closed three-legged cores ( 26 . 28 ) and three windings ( 30 ), each winding ( 30 ) each have a leg ( 32 . 38 ) of the two closed three-legged cores ( 26 . 28 ), the first core ( 26 ) has an air gap and wherein the second closed three-legged core ( 28 ) next to his three thighs ( 38 ) and two yokes ( 40 . 42 ) three connecting legs ( 44 ) and another four yokes ( 46 ), these legs ( 38 . 44 ) and these yokes ( 40 . 42 . 46 ) are interconnected in such a way that in each of the two of a winding ( 30 ) comprised thighs ( 32 . 38 ) flowing magnetic fluxes have the same direction. Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden geschlossenen dreischenkligen Kerne (26, 28) konzentrisch zueinander angeordnet sind.Three-phase choke coil device ( 14 ) according to claim 1, characterized in that the two closed three-legged cores ( 26 . 28 ) are arranged concentrically with each other. Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Schenkel (32) des ersten geschlossenen dreischenkligen Kerns (26) symmetrisch zueinander angeordnet sind.Three-phase choke coil device ( 14 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the three legs ( 32 ) of the first closed three-limbed core ( 26 ) are arranged symmetrically to each other. Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Schenkel (38) des zweiten geschlossenen dreischenkligen Kerns (28) symmetrisch zueinander angeordnet sind.Three-phase choke coil device ( 14 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the three legs ( 38 ) of the second closed three-limbed core ( 28 ) are arranged symmetrically to each other. Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (32, 38) des ersten und zweiten Kerns (26, 28) jeweils auf einer Symmetrieachse (48, 50, 52) angeordnet sind.Three-phase choke coil device ( 14 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the legs ( 32 . 38 ) of the first and second core ( 26 . 28 ) each on an axis of symmetry ( 48 . 50 . 52 ) are arranged. Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Joche (40, 42, 46) des zweiten geschlossenen dreiphasigen Kerns (28) jeweils bogenförmig ausgebildet sind.Three-phase choke coil device ( 14 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the yokes ( 40 . 42 . 46 ) of the second closed three-phase core ( 28 ) are each formed arcuate. Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Joche (34, 36) des ersten geschlossenen dreischenkligen Kerns (26) jeweils scheibenförmig ausgebildet sind.Three-phase choke coil device ( 14 ) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the two yokes ( 34 . 36 ) of the first closed three-limbed core ( 26 ) are each disc-shaped. Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden konzentrisch angeordneten geschlossenen dreischenkligen Kerne (26, 28) mittels einer Spannvorrichtung räumlich zueinander fixiert sind.Three-phase choke coil device ( 14 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the two concentrically arranged closed three-legged cores ( 26 . 28 ) are spatially fixed to each other by means of a clamping device. Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (32) des ersten geschlossenen dreischenkligen Kerns (26) jeweils eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen.Three-phase choke coil device ( 14 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the legs ( 32 ) of the first closed three-limbed core ( 26 ) each have a circular cross-sectional area. Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (38) des zweiten geschlossenen dreischenkligen Kerns (28) jeweils eine kreisförmige Querschnittsfläche aufweisen.Three-phase choke coil device ( 14 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the legs ( 38 ) of the second closed three-limbed core ( 28 ) each have a circular cross-sectional area. Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (32) des ersten geschlossenen dreischenkligen Kerns (26) jeweils eine quadratische Querschnittsfläche aufweisen.Three-phase choke coil device ( 14 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the legs ( 32 ) of the first closed three-limbed core ( 26 ) each have a square cross-sectional area. Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schenkel (38) des zweiten geschlossenen dreischenkligen Kerns (28) eine quadratische Querschnittsfläche aufweisen.Three-phase choke coil device ( 14 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the legs ( 38 ) of the second closed three-limbed core ( 28 ) have a square cross-sectional area. Dreiphasige Drosselspuleneinrichtung (14) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Spannvorrichtung zwei Platten und wenigstens eine Spanngewindestange vorgesehen sind.Three-phase choke coil device ( 14 ) according to claim 8, characterized in that as clamping device two plates and at least one tension threaded rod are provided.
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