DE102011078304A1

DE102011078304A1 - Method for reducing leakage current between rectifier and protective conductor of network, involves superimposing rectified alternating current (AC) with balancing current, such that expected harmonic is partially extinguished

Info

Publication number: DE102011078304A1
Application number: DE201110078304
Authority: DE
Inventors: Reinhold Dillig; Bernd Herrmann; Thomas Schwinn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-06-29
Filing date: 2011-06-29
Publication date: 2013-01-03

Abstract

The method involves connecting parasitic capacitor (58) with protective conductor (56) over a rectifier (10). An expected harmonic in the rectified AC is determined. The rectified AC is superimposed with a balancing current, such that expected harmonic is partially extinguished. The direction of leakage current is determined based on a phase of alternating voltage resting against the rectifier. An independent claim is included for a device for reducing leakage current of rectifier.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reduzieren eines parasitären Stroms auf einer Gleichspannungsseite eines Gleichrichters und eine Vorrichtung zum Reduzieren eines parasitären Stroms auf einer Gleichspannungsseite eines Gleichrichters. The invention relates to a method for reducing a parasitic current on a DC side of a rectifier and a device for reducing a parasitic current on a DC side of a rectifier.

Wird ein Gleichrichter, wie er beispielsweise in einem Frequenzumrichter zum Speisen des Zwischenkreises zu finden ist, über einen Fehlerstromschutzschalter an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen, kann es zu einem Auslösen des Fehlerstromschutzschalters kommen, ohne dass ein Erdschluss des Laststromkreises erkennbar ist. If a rectifier, as can be found, for example, in a frequency converter for supplying the DC link, is connected to an AC voltage source via a residual current circuit breaker, the residual current circuit breaker can trip without a ground fault of the load circuit being detectable.

Besonders häufig tritt dieses Phänomen bei einem Frequenzumrichter mit einem Zwischenkreis auf, der mehrere Motoren aus einer einzigen Wechselspannungsquelle heraus mit elektrischer Energie versorgt. Es zeigt sich, dass die Wahrscheinlichkeit, dass der Fehlerstromschutzschalter ohne erkennbare Ursache auslöst umso höher ist, je mehr Motoren an den Frequenzumrichter angeschlossen werden. This phenomenon is particularly common in a frequency converter with an intermediate circuit which supplies electrical power to several motors from a single AC source. It turns out that the more motors are connected to the frequency converter, the higher the probability that the residual current circuit breaker triggers without apparent cause.

Herkömmlich können daher nicht beliebig viele Motoren mit einem Frequenzumrichter betrieben werden, der über einen Fehlerstromschutzschalter an eine Wechselspannungsquelle angeschlossen ist. Conventionally, therefore, not an unlimited number of motors can be operated with a frequency converter, which is connected via a residual current circuit breaker to an AC voltage source.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung die Wahrscheinlichkeit für eine Auslösung eines zwischen einer Wechselspannungsquelle und eines Gleichrichters geschalteten Fehlerstromschutzschalters ohne erkennbaren Erdschluss des Laststromkreises zu senken. It is therefore an object of the invention to reduce the probability of tripping a switched between an AC voltage source and a rectifier residual current circuit breaker without apparent ground fault of the load circuit.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche enthalten bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung. The object is solved by the features of the independent claims. The dependent claims contain preferred developments of the invention.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass ein Gleichrichter ein elektrischer Wandler in einem Laststromkreis ist, der einen Wechselstrom aus einer Wechselspannungsquelle in einen Gleichstrom für eine elektrische Last wandelt. Von der Wechselspannungsquelle aus gesehen besitzt der Laststromkreis wenigstens zwei Pole, wobei ein über einen Pol in den Laststromkreis eingespeister Strom über die restlichen Pole wieder vollständig in die elektrische Energiequelle zurückgeführt wird. Zum Schutz beispielsweise von Personen vor elektrischen Schlägen wird die Erde als Pol aus dem Laststromkreis ausgeschlossen. Dies wird durch einen Fehlerstromschutzschalter sichergestellt, der den Laststromkreis unterbricht, sobald Teile des Stromes aus dem Laststromkreis über die Erde zur Wechselspannungsquelle zurückgeführt werden. The invention is based on the recognition that a rectifier is an electrical converter in a load circuit that converts an alternating current from an alternating voltage source into a direct current for an electrical load. Seen from the AC voltage source of the load circuit has at least two poles, wherein a fed via a pole in the load circuit current over the remaining poles is completely returned to the electrical energy source. For example, to protect people from electric shock, the earth is excluded as a pole from the load circuit. This is ensured by a residual current circuit breaker which cuts off the load circuit as soon as parts of the current from the load circuit are returned to the AC source via the ground.

Die Erfindung geht ferner von der Erkenntnis aus, dass beim Gleichrichten des Wechselstromes eine Gleichrichtoberwelle im Gleichstrom entsteht. Zwar kann diese Gleichrichtoberwelle durch eine nachgeschaltete Glättungskapazität gedämpft werden. Um die Gleichrichtoberwelle vollständig zu entfernen müsste die Glättungskapazität jedoch unendlich groß sein. Da reale Kondensatoren, die zur Glättung eines gleichgerichteten Wechselstromes herangezogen werden können, immer in ihrer Größe beschränkt sind, ist eine vollständige Entfernung einer Gleichrichtoberwelle aus einem gleichgerichteten Wechselstrom basierend auf einer Glättungskapazität technisch unmöglich. The invention is further based on the recognition that when rectifying the alternating current, a rectification harmonic wave is produced in direct current. Although this rectification harmonic can be damped by a downstream smoothing capacity. To completely remove the rectification harmonic, however, the smoothing capacitance would have to be infinitely large. Since real capacitors that can be used to smooth a rectified AC are always limited in size, complete removal of a rectification harmonic from a rectified AC based on a smoothing capacitance is technically impossible.

Zudem geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, dass ein Gleichrichter und seine nachgeschalteten Bauelemente, wie beispielsweise ein Zwischenkreis eines Frequenzumrichters, in der Regel über eine parasitäre Kapazität geerdet sind. Diese parasitäre Kapazität stellt für die Gleichrichtoberwelle einen Erdschluss dar, so dass die Gleichrichtoberwelle teilweise als Ableitstrom über die parasitäre Kapazität und über die Erde an die Wechselspannungsquelle zurückgeführt wird. Übersteigt der durch die Gleichrichtoberwelle verursachte Ableitstrom, nachstehend Oberwellenableitstrom genannt, einen durch den Fehlerstromschutzschalter festgelegten Grenzstrom, unterbricht der Fehlerstromschutzschalter den Laststromkreis, ohne dass tatsächlich eine Verbindung zur Erde des Laststromkreises vorliegt. In addition, the invention is based on the recognition that a rectifier and its downstream components, such as a DC link of a frequency converter, are usually grounded via a parasitic capacitance. This parasitic capacitance represents a ground fault for the rectification harmonic wave, so that the rectification harmonic wave is partially returned as leakage current via the parasitic capacitance and via the earth to the AC voltage source. If the leakage current caused by the rectification harmonic wave, referred to as the harmonic leakage current, exceeds a threshold current set by the residual current circuit breaker, the residual current circuit breaker interrupts the load circuit without actually being connected to the earth of the load circuit.

Basierend auf dieser Erkenntnis liegt der Erfindung der Gedanke zugrunde, dass eine gezielte Kompensation des Oberwellenableitstromes zu keinerlei Einschränkungen der Funktion des Fehlerschutzschalters führt, da Fehlerströme, die durch eine fehlerhafte Erdung des Laststromkreises hervorgerufen werden, nicht unter diese Kompensation fallen, so dass die Erfindung die eigentliche Auslösecharakteristik des Fehlerstromschutzschalters nicht weiter berührt. Based on this finding, the invention is based on the idea that a targeted compensation of the harmonic leakage current does not lead to any restrictions on the function of the fault protection switch, since fault currents, which are caused by a faulty grounding of the load circuit, do not fall under this compensation, so that the invention actual tripping characteristic of the residual current circuit breaker not touched.

Die Erfindung gibt daher ein Verfahren zum Reduzieren eines Ableitstromes zwischen einem Gleichrichter, der zum Gleichrichten eines Wechselstromes vorgesehen ist, und einem Schutzleiter an, wobei der Gleichrichter über eine parasitäre Kapazität mit dem Schutzleiter verbunden ist. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:

– Bestimmen einer zu erwartenden Oberwelle im gleichgerichteten Wechselstrom;
– Überlagern des gleichrichteten Wechselstroms mit einem Ausgleichsstromes derart, dass die zu erwartende Oberwelle wenigstens teilweise ausgelöscht wird.

The invention therefore provides a method for reducing a leakage current between a rectifier, which is provided for rectifying an alternating current, and a protective conductor, wherein the rectifier is connected to the protective conductor via a parasitic capacitance. The method comprises the following steps:

- determining an expected harmonic in the rectified alternating current;
- Overlaying the rectified alternating current with a compensation current such that the expected harmonic wave is at least partially extinguished.

In dem angegebenen Verfahren kann die zu erwartende Oberwelle jede beliebige vorhersehbare Oberwelle im gleichgerichteten Wechselstrom sein, die zur elektrischen Leistung aus der eingangs erwähnten Wechselspannungsquelle gehört, und deren Erdung über die parasitäre Kapazität zu einem Auslösen des Fehlerstromschutzschalters führt. Gibt die Wechselspannungsquelle beispielsweise eine weitgehend sinusförmige Spannung als Wechselspannung aus, so lässt sich diese nur mit Oberwellen über einen Brückengleichrichter gleichrichten. Diese Oberwellen sind vorhersehbar und können erfindungsgemäß als zu erwartende Oberwelle durch einen Ausgleichsstrom zumindest teilweise ausgelöscht werden. In the specified method, the expected harmonic may be any predictable harmonic in the rectified alternating current, which belongs to the electrical power from the AC voltage source mentioned above, and their grounding leads via the parasitic capacitance to trigger the residual current circuit breaker. If, for example, the AC voltage source outputs a largely sinusoidal voltage as AC voltage, then it can only be rectified using harmonics via a bridge rectifier. These harmonics are predictable and, according to the invention, can be at least partially extinguished as an expected harmonic by a compensating current.

Besonders bevorzugt ist die zu erwartende Oberwelle jedoch eine Gleichrichtoberwelle in einem gleichgerichteten Wechselstrom. Bezogen auf eine gleichgerichtete Wechselspannung ist die Gleichrichtoberwelle gemeinhin als Brummspannung bekannt, die die Restwelligkeitsspannung oder Welligkeitsspannung in der gleichgerichteten und gegebenenfalls durch eine Glättungskapazität geglätteten Wechselspannung darstellt. Das heißt, dass die Gleichrichtoberwelle in einem gleichgerichteten Wechselstrom einen noch verbleibenden Wechselstromanteil enthält, nachdem der Wechselstrom von einem Gleichrichter gleichgerichtet und optional von einer Glättungskapazität geglättet wurde. Anstelle der Glättungskapazität oder zusätzlich kann die Gleichrichtoberwelle im gleichgerichteten Wechselstrom auch durch eine Spannungsregelung geglättet werden. However, the expected harmonic is particularly preferably a rectification harmonic in a rectified alternating current. With reference to a rectified AC voltage, the rectification harmonic wave is commonly known as the ripple voltage, which represents the residual ripple voltage or ripple voltage in the rectified AC voltage, which may be smoothed by a smoothing capacitor. That is, the rectification harmonic in a rectified AC current contains a remaining AC component after the AC is rectified by a rectifier and optionally smoothed by a smoothing capacitor. Instead of the smoothing capacitance or in addition, the rectification harmonic in the rectified alternating current can also be smoothed by voltage regulation.

Da die zu erwartende Oberwelle durch einen Ausgleichsstrom zumindest teilweise ausgelöscht oder kompensiert wird, werden die Wirkungen der parasitären Kapazität auf einen Laststromkreis mit dem Gleichrichter reduziert oder gar vermieden, so dass unabhängig von der Größe der parasitären Kapazität der Fehlerstromschutzschalters durch die zu erwartende Oberwelle nicht ausgelöst wird. Da die eigentliche Auslösecharakteristik des Fehlerstromschutzschalters durch die Erfindung nicht berührt wird, sind zur praktischen Umsetzung keinerlei Änderungen an den einschlägigen Normen für den Fehlerstromschutzschalter notwendig, die den Schutz von Personen und elektronischen Bauelementen gewährleisten. Since the expected harmonic wave is at least partially canceled or compensated by a compensating current, the effects of parasitic capacitance on a load circuit with the rectifier are reduced or even avoided, so that regardless of the size of the parasitic capacitance of the residual current circuit breaker is not triggered by the expected harmonic becomes. Since the actual tripping characteristic of the residual current circuit breaker is not affected by the invention, for practical implementation, no changes to the relevant standards for the residual current circuit breaker necessary to ensure the protection of persons and electronic components.

In der Folge ist die Erfindung in ein bestehendes System weitestgehend kostenneutral implementierbar. Darüber hinaus wird durch die Erfindung auch die Fehlersuche erleichtert, da bei einem Auslösen des Fehlerstromschutzschalters die zu erwartende Oberwelle als Ursache des Auslösens von vorherein als Fehlerquelle ausgeschlossen werden kann. Somit kann die eigentliche Fehlerquelle schneller eingeschränkt werden. As a consequence, the invention can be implemented in an existing system as far as possible cost-neutral. In addition, the troubleshooting is facilitated by the invention, since when triggering the residual current circuit breaker, the expected harmonic can be excluded as a cause of tripping from the outset as a source of error. Thus, the actual source of error can be reduced faster.

In einer Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren ferner folgenden Schritt:

– Bestimmen des Ausgleichsstromes basierend auf einer am Gleichrichter anliegenden Wechselspannung und der parasitären Kapazität.

In a development of the invention, the method further comprises the following step:

- Determining the compensation current based on an applied to the rectifier AC voltage and the parasitic capacitance.

Dieser Weiterbildung liegt der Gedanke zugrunde, dass die Form der zu erwartenden Oberwelle maßgeblich von der am Gleichrichter anliegenden Wechselspannung bestimmt wird. Darüber hinaus liegt der Weiterbildung der Gedanke zugrunde, dass der durch die zu erwartenden Oberwelle hervorgerufene Ableitstrom maßgeblich von der parasitären Kapazität beeinflusst wird. Durch die Wechselspannung und der parasitären Kapazität sind der Ableitstrom und damit auch der notwendige Ausgleichsstrom zum Reduzieren des Ableitstromes daher nahezu vollständig festgelegt. Die Bestimmung selbst kann in jeder beliebigen Weise erfolgen. Beispielsweise kann eine mehrdimensionale Kennlinie vorgesehen sein, aus der Ausgleichsstrom nach Einsetzen der Wechselspannung und der parasitären Kapazität der Ausgleichsstrom zu entnehmen ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Berechnungsvorschrift bereitgestellt werden, über die der Ausgleichsstrom basierend auf der Wechselspannung und der parasitären Kapazität rechnerisch ermittelt werden kann. Alternativ kann der Ausgleichsstrom auch basierend auf der Wechselspannung und die parasitäre Kapazität überschlägig ermittelt werden, so dass der durch die zu erwartende Oberwelle hervorgerufene Ableitstrom unterhalb der Auslöseschwelle des Fehlerstromschutzschalters bleibt. This development is based on the idea that the shape of the expected harmonic is largely determined by the AC voltage applied to the rectifier. In addition, the development is based on the idea that the leakage current caused by the expected harmonic is decisively influenced by the parasitic capacitance. Due to the AC voltage and the parasitic capacitance, the leakage current and therefore also the necessary compensation current for reducing the leakage current are therefore almost completely fixed. The determination itself can be done in any way. For example, a multi-dimensional characteristic curve can be provided, from which the compensating current can be taken from the onset of the alternating voltage and the parasitic capacitance of the compensating current. Alternatively or additionally, a calculation rule can be provided, via which the compensation current can be determined by calculation based on the AC voltage and the parasitic capacitance. Alternatively, the equalizing current can also be roughly determined based on the alternating voltage and the parasitic capacitance, so that the leakage current caused by the expected harmonic remains below the tripping threshold of the residual current circuit breaker.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren ferner folgenden Schritt:

– Bestimmen des Ausgleichsstromes derart, dass er dem Ableitstrom entgegen gerichtet ist.

In a preferred embodiment of the invention, the method further comprises the following step:

- Determining the compensation current such that it is directed against the leakage current.

Durch diese Maßnahme wirken der Ausgleichsstrom und der Ableitstrom einander entgegen, so dass die gesamte Energie des Ausgleichsstromes zum Auslöschen des durch die zu erwartende Oberwelle entstehenden Ableitstromes verwendet wird. As a result of this measure, the equalizing current and the leakage current counteract one another, so that the entire energy of the compensating current is used to extinguish the leakage current generated by the expected harmonic.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung umfasst das Verfahren folgenden Schritt:

– Bestimmung der Richtung des Ableitstromes basierend auf einer Phase der am Gleichrichter anliegenden Wechselspannung.

In a particularly preferred development of the invention, the method comprises the following step:

- Determining the direction of the leakage current based on a phase of the voltage applied to the rectifier AC voltage.

Die Phase der am Gleichrichter anliegenden Wechselspannung kann messtechnisch einfach erfasst werden, da die Wechselspannung von extern zugänglich ist. Zudem gibt es standardisierte Messschaltungen, wie beispielsweise eine Phasenregelschleife, um die Phase präzise zu erfassen. Dadurch lässt sich der Ausgleichsstrom präzise auf den durch die zu erwartende Oberwelle hervorgerufenen Ableitstrom einstellen und die Auslöschung selbst mit einem hohen Wirkungsfaktor realisieren. The phase of the AC voltage applied to the rectifier can be easily detected metrologically, since the AC voltage is externally accessible. In addition, there are standardized measurement circuits, such as a phase-locked loop, to precisely detect the phase. As a result, the compensating current can be precisely set to the leakage current caused by the expected harmonic and the extinction itself can be realized with a high efficiency factor.

In einer anderen Ausführung umfasst das Verfahren folgenden Schritt:

– Bestimmen des Ausgleichsstromes derart, dass der Ausgleichsstrom und der durch die zu erwartende Oberwelle hervorgerufene Ableitstrom im Wesentlichen leistungsgleich sind.

In another embodiment, the method comprises the following step:

- Determining the compensation current such that the compensating current and caused by the expected harmonic leakage current are substantially equal in performance.

Durch die annähernde Leistungsgleichheit des Ableitstromes und des Ausgleichsstrom lässt sich der durch die zu erwartende Oberwelle hervorgerufene Ableitstrom fast vollständig auslöschen, insbesondere wenn der Ausgleichsstrom derart bestimmt wird, dass er dem Ableitstrom entgegen gerichtet ist. Due to the approximate equality of performance of the leakage current and the compensation current, the leakage current caused by the expected harmonic wave can be almost completely extinguished, in particular if the compensation current is determined in such a way that it is directed counter to the leakage current.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung umfasst das Verfahren ferner folgenden Schritt:

– Bestimmen der Leistung des durch die zu erwartende Oberwelle hervorgerufenen Ableitstromes basierend auf einem Effektivwert der am Gleichrichter anliegenden Wechselspannung.

- Determining the power of the induced by the expected harmonic leakage current based on an effective value of the voltage applied to the rectifier AC voltage.

Diese Maßnahme ist besonders vorteilhaft, wenn der Gleichrichter durch eine mehrphasige Wechselspannungsquelle gespeist wird, da der Effektivwert ein Maß für die elektrische Leistung ist, die über alle Spannungsphasen abgegeben wird. Auf diese Weise ist zur Umsetzung der Leistungsgleichheit des Ausgleichsstromes und des Ableitstromes nur eine einzige zusätzliche Messung notwendig. This measure is particularly advantageous when the rectifier is powered by a multi-phase AC voltage source, since the rms value is a measure of the electrical power output across all voltage phases. In this way, only a single additional measurement is necessary to implement the power equality of the compensating current and the leakage.

Der Wert der zu erwartenden Kapazität kann beispielsweise basierend auf Erfahrungswerten fest voreingestellt sein. Dies ist vor allem für Netzwerke mit einem Gleichrichter günstig, in denen sich die technische Konfiguration des Netzwerkes kaum ändert. The value of the expected capacity can for example be preset based on experience. This is especially favorable for networks with a rectifier in which the technical configuration of the network hardly changes.

In einer anderen Ausbildung der Erfindung umfasst das Verfahren folgenden Schritt:

– Bestimmen des Wertes der parasitären Kapazität.

In another embodiment of the invention, the method comprises the following step:

- Determining the value of the parasitic capacitance.

Durch die vorliegende Ausbildung wird der parasitären Kapazität und insbesondere Ihres Wertes als Einflussgröße auf den Ableitstrom eine Bedeutung zugemessen. Wird der Gleichrichter beispielsweise im Rahmen eines Frequenzumrichters zum Erzeugen einer Zwischenkreisspannung verwendet und werden an den entsprechenden Wechselrichter des Frequenzumrichters mehrere Motoren als Last angehängt, stellen die Motorleitungen der Motoren und die Motoren selbst eine nicht zu vernachlässigende parasitäre Kapazität dar, sobald es zur Pulsfreigabe der zugehörigen Wechselrichter kommt. Je mehr Motoren über einem Wechselrichter an einen einzigen Zwischenkreis angeschlossen sind, desto größer wird demnach die entsprechende parasitäre Kapazität und erhöht den durch die zu erwartende Oberwelle hervorgerufenen Ableitstrom. Aus diesem Grund darf die Anzahl an den Gleichrichter angeschlossener Lasten nicht zu hoch sein, damit die parasitäre Kapazität klein genug und damit der dadurch erst entstehende Ableitstrom unterhalb der Abschaltschwelle des Fehlerstromschutzschalters bleibt. Wird jedoch bei der Erzeugung des Ausgleichsstromes der aktuelle Wert der parasitären Kapazität adaptiv berücksichtigt, kann durch den damit erzeugbaren Ausgleichsstrom auch die Auswirkung unterschiedlich vieler Lasten am Gleichrichter auf die parasitäre Kapazität kompensiert werden, so dass unabhängig von der Anzahl und der Art der an die Gleichspannungsseite angeschlossenen Last des Gleichrichters der Ableitstrom zuverlässig unterhalb der Abschaltschwelle des Fehlerstromschutzschalters gehalten wird. The present embodiment attaches importance to the parasitic capacitance and, in particular, its value as an influencing variable on the leakage current. If the rectifier is used, for example, in the context of a frequency converter for generating a DC link voltage and several motors are attached as a load to the corresponding inverter of the frequency converter, the motor lines of the motors and the motors themselves represent a non-negligible parasitic capacitance, as soon as it to the pulse release of the associated Inverter comes. The more motors are connected to a single DC link via an inverter, the greater the corresponding parasitic capacitance and increases the leakage current caused by the expected harmonic. For this reason, the number of connected to the rectifier loads must not be too high, so that the parasitic capacitance is small enough and thus the resulting leakage current below the switch-off threshold of the residual current circuit breaker remains. However, if the actual value of the parasitic capacitance is adaptively taken into account during the generation of the compensating current, then the effect of different amounts of load on the rectifier on the parasitic capacitance can be compensated by the equalizing current that can be generated, so that regardless of the number and type of the DC side connected load of the rectifier, the leakage current is reliably maintained below the turn-off threshold of the residual current circuit breaker.

In einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung kann die Bestimmung des Wertes der parasitären Kapazität durch eine Messung erfolgen, so dass eine sehr genaue Grundlage für die Erzeugung des Ausgleichsstromes basierend auf der parasitären Kapazität vorhanden ist. In a preferred embodiment of the invention, the determination of the value of the parasitic capacitance can be carried out by a measurement, so that a very accurate basis for the generation of the compensation current based on the parasitic capacitance is present.

In einer anderen bevorzugten Ausbildung umfasst das Verfahren folgenden Schritt:

– Berechnen des Wertes der parasitären Kapazität basierend auf – einem Wert einer ersten parasitären Teilkapazität, die durch den Gleichrichter erzeugt wird und – einem Wert einer zweiten parasitären Teilkapazität, die durch eine an den Gleichrichter angeschlossene Last erzeugt wird.

In another preferred embodiment, the method comprises the following step:

Calculating the value of the parasitic capacitance based on a value of a first parasitic partial capacitance which is generated by the rectifier and a value of a second parasitic partial capacitance which is generated by a load connected to the rectifier.

Dadurch kann die parasitäre Kapazität des Gleichrichters und die parasitäre Kapazität der Last bereits während der Entwicklung dieser Leistungsteile bestimmt werden, so dass die parasitäre Kapazität und somit der zu erzeugende Ausgleichsstrom schnell und fehlerfrei zur Verfügung steht. Eine Anpassung der parasitären Kapazität an mehrere Lasten ist jederzeit durch eine entsprechende Summierung der mit den zusätzlichen Lasten verbundenen parasitären Teilkapazität zur parasitären Kapazität möglich. As a result, the parasitic capacitance of the rectifier and the parasitic capacitance of the load can already be determined during the development of these power parts, so that the parasitic capacitance and thus the compensation current to be generated is available quickly and without error. An adaptation of the parasitic capacitance to a plurality of loads is possible at any time by a corresponding summation of the parasitic capacitance connected to the additional loads parasitic capacitance.

Zur Reduktion von Messfehlern kann beispielsweise der gemessene Wert der parasitären Kapazität basierend auf dem berechneten Wert der parasitären Kapazität plausibilisiert werden. To reduce measuring errors, for example, the measured value of the parasitic capacitance can be made plausible on the basis of the calculated value of the parasitic capacitance.

In einer besonders bevorzugten Ausbildung der Erfindung umfasst das Verfahren folgenden Schritt:

– Abrufen des Wertes der ersten Teilkapazität und des Wertes der zweiten Teilkapazität aus einem Speicher.

In a particularly preferred embodiment of the invention, the method comprises the following step:

Retrieving the value of the first sub-capacity and the value of the second sub-capacity from a memory.

Die Werte der Kapazitäten können beispielsweise während der Entwicklung der Leistungsteile im Speicher hinterlegt werden. Während der Lebensdauer des Gleichrichters, wenn sich die Werte der einzelnen Kapazitäten beispielsweise aufgrund von Abnutzungserscheinungen verändern, können die ursprünglich hinterlegten Werte beispielsweise im Rahmen einer Wartungsmessung immer durch diese veränderten Werte ersetzt werden. The values of the capacities, for example, can be stored in the memory during the development of the power units. During the Lifespan of the rectifier, if the values of the individual capacities change, for example, due to wear and tear, the values originally stored, for example in the context of a maintenance measurement, can always be replaced by these changed values.

Um die Bestimmung des Ausgleichsstromes weiter zu beschleunigen kann die parasitäre Kapazität aus der ersten parasitären Teilkapazität und der zweiten parasitären Teilkapazität vor dem Einsatz des Gleichrichters, beispielsweise bei der Inbetriebnahme des Gleichrichters und der Last, berechnet und im Speicher hinterlegt werden. In diesem Fall wird dann aus dem Speicher die zu berücksichtigende parasitäre Kapazität direkt abgerufen. Dieser Vorgang kann dann beispielsweise bei Wartungs- oder Reparaturarbeiten oder in regelmäßigen Abständen ständig wiederholt werden, um die parasitäre Kapazität so aktuell wie möglich zu halten. In order to further accelerate the determination of the compensation current, the parasitic capacitance of the first parasitic partial capacitance and the second parasitic partial capacitance can be calculated and stored in the memory before the rectifier is used, for example during the startup of the rectifier and the load. In this case, the parasitic capacitance to be considered is then called directly from the memory. This process can then be constantly repeated, for example, during maintenance or repair work or at regular intervals in order to keep the parasitic capacity as current as possible.

Die Erfindung gibt auch eine Vorrichtung zum Reduzieren eines Ableitstromes zwischen einem Gleichrichter, der zum Gleichrichten eines Wechselstromes vorgesehen ist, und einem Schutzleiter an, wobei der Gleichrichter über eine parasitäre Kapazität mit dem Schutzleiter verbunden ist. Die angegebene Vorrichtung umfasst folgende Merkmale:

– eine Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer zu erwartenden Oberwelle im gleichgerichteten Wechselstrom; und
– eine Überlagerungseinrichtung zum Überlagern des gleichrichteten Wechselstroms mit einem Ausgleichsstrom derart, dass die zu erwartende Oberwelle wenigstens teilweise ausgelöscht wird.

The invention also provides an apparatus for reducing a leakage current between a rectifier intended to rectify an alternating current and a protective conductor, the rectifier being connected to the protective conductor via a parasitic capacitance. The specified device comprises the following features:

A determination device for determining an expected harmonic in the rectified alternating current; and
- An overlay device for superimposing the rectified alternating current with a compensation current such that the expected harmonic wave is at least partially extinguished.

In einer Weiterbildung umfasst die Vorrichtung eine Stromquelle zum Einprägen des Ausgleichsstromes in den gleichgerichteten Wechselstrom. Durch die Stromquelle kann der Ausgleichsstrom an jeder beliebigen Stelle in einem den Gleichrichter enthaltenden Netzwerk eingebracht werden. In a development, the device comprises a current source for impressing the compensating current in the rectified alternating current. By the current source, the equalizing current can be introduced at any point in a network containing the rectifier.

In einer besonderen Weiterbildung ist die Stromquelle zum Einprägen des Ausgleichsstromes zwischen zwei Zwischenkreiskondensatoren vorgesehen, die gemeinsam eine an den Gleichrichter angeschlossene Zwischenkreiskapazität bilden. In einem Zwischenkreis mit einer derartigen Zwischenkreiskapazität baut sich die zu erwartende Oberwelle am Pluspol und am Minuspol jeweils phasenverschoben zueinander auf. In der Folge entsteht am Verbindungspunkt der beiden Zwischenkreiskondensatoren eine Schwebung, die durch Einprägen des Ausgleichsstromes an dieser Stelle die zu erwartende Oberwelle am Pluspol und am Minuspol gleichermaßen auslöscht. Somit reicht eine einzige Stromquelle aus, um alle durch den Gleichrichter zu erwartenden Oberwellen im Ausgleichsstrom auszulöschen. In a particular embodiment, the current source for impressing the equalizing current between two DC link capacitors is provided, which together form a connected to the rectifier DC link capacitance. In an intermediate circuit with such a DC link capacity, the expected harmonic builds up at the positive pole and at the negative pole in each case out of phase with one another. As a result, a beating occurs at the connection point of the two DC link capacitors, which extinguishes the expected harmonic at the positive pole and at the negative pole by imprinting the equalizing current at this point. Thus, a single current source is sufficient to extinguish all harmonics to be expected by the rectifier in the compensating current.

In einer anderen Weiterbildung ist die Überlagerungsvorrichtung zum Überlagern des gleichgerichteten Wechselstromes ausgebildet, eine den Ausgleichsstrom erzeugende pulsförmige Spannung an den Ausgang des Gleichrichters anzulegen. Wird der Gleichrichter an eine Last oder einen Zwischenkreiskondensator in einem Frequenzumrichter angeschlossen, so erzeugt die angelegte Spannung in diesen Elementen den Ausgleichsstrom. Dieser wirkt gleichermaßen auf beide Ausgangspotentiale des Wechselrichters, so dass mit einem einzigen Element in der Überlagerungsvorrichtung alle zu erwartenden Oberwellen im Ausgleichsstrom ausgelöscht werden können. Die pulsförmige Spannung kann beispielsweise durch Pulsweitenmodulation erzeugt werden. In another development, the superimposing device for superimposing the rectified alternating current is designed to apply a pulse-shaped voltage generating the equalizing current to the output of the rectifier. When the rectifier is connected to a load or a DC link capacitor in a frequency converter, the applied voltage in these elements generates the equalizing current. This acts equally on both output potentials of the inverter, so that with a single element in the superposition device all the harmonics to be expected in the compensating current can be extinguished. The pulse-shaped voltage can be generated for example by pulse width modulation.

In einer bevorzugten Weiterbildung ist die Überlagerungseinrichtung zum Erzeugen der pulsförmigen Spannung basierend auf einem parallel zum Ausgang geschalteten Pulserzeugungselement vorgesehen, das vorzugsweise über die Ausgangsspannung des Gleichrichters mit Spannung versorgt wird. Dies ist besonders vorteilhaft für die elektrische Energieversorgung des Pulserzeugungselementes, da die zur Kompensation notwendige elektrische Energie direkt aus der gleichgerichteten Wechselspannung abgegriffen werden kann. Die Pulserzeugungseinrichtung kann jedes beliebige Bauelement sein, dass zur Abgabe von Spannungspulsen geeignet ist. Derartige Elemente sind beispielsweise Schalter oder DC/AC-Wandler. In a preferred development, the superimposition device is provided for generating the pulsed voltage based on a pulse generating element connected in parallel with the output, which is preferably supplied with voltage via the output voltage of the rectifier. This is particularly advantageous for the electrical power supply of the pulse generating element, since the necessary for compensation electrical energy can be tapped directly from the rectified AC voltage. The pulse generating device may be any device that is suitable for delivering voltage pulses. Such elements are, for example, switches or DC / AC converters.

In einer besonders bevorzugten Ausführung umfasst die Überlagerungsvorrichtung eine Reihenschaltung aus dem Pulserzeugungselement und einem weiteren Pulserzeugungselement, wobei die Reihenschaltung parallel zum Ausgang des Gleichrichters geschaltet ist, und wobei vorzugsweise ein Schwingkreis, insbesondere ein Serienschwingkreis, zwischen dem Mittelpunkt der Serienschaltung und der Masse geschaltet ist. Durch den Schwingkreis kann in den Mittelpunkt der Ausgleichsstrom eingeprägt werden. In a particularly preferred embodiment, the superposition device comprises a series circuit of the pulse generating element and a further pulse generating element, wherein the series circuit is connected in parallel to the output of the rectifier, and preferably a resonant circuit, in particular a series resonant circuit, between the center of the series circuit and the ground is connected. By the resonant circuit can be impressed in the center of the compensation current.

Wird der Schwingkreis als Serienschwingkreis ausgeführt, so können seine Elemente darüber hinaus auch so dimensioniert werden, dass der Serienschwingkreis nur für Frequenzen im Bereich der zu erwartenden Oberwelle niederohmig ist. Außerhalb dieser Frequenzen und insbesondere für Gleichspannungen ist der Serienschwingkreis hochohmig und berührt die eigentliche Funktion des Gleichrichters nicht. If the resonant circuit is designed as a series resonant circuit, then its elements can also be dimensioned such that the series resonant circuit is low impedance only for frequencies in the range of the expected harmonic. Outside these frequencies, and in particular for DC voltages, the series resonant circuit is high-impedance and does not affect the actual function of the rectifier.

Weiterbildungen der Vorrichtung können Einrichtungen sein, die die Merkmale des angegebenen Verfahrens gemäß den Unteransprüchen sinngemäß realisieren. Developments of the device may be devices that realize the features of the specified method according to the dependent claims mutatis mutandis.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden, wobei: The above-described characteristics, features and advantages of this invention, as well as the manner in which they are achieved, will become clearer and more clearly understood in connection with the following description of the exemplary embodiments, which are explained in more detail in conjunction with the drawings, in which:

1 ein Netzwerk mit einem Gleichrichter und einem durch den Gleichrichter fließenden Ableitstrom, 1 a network with a rectifier and a leakage current flowing through the rectifier,

2 Messergebnisse aus dem Netzwerk der 1, 2 Measurement results from the network of 1 .

3 ein Netzwerk mit einem ersten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, 3 a network with a first embodiment of the device,

4 ein Netzwerk mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, und 4 a network with a second embodiment of the device, and

5 ein Netzwerk mit einem dritten Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zeigt. 5 shows a network with a third embodiment of the device.

1 zeigt ein Netzwerk 2 in dem eine dreiphasige Spannungsquelle 4 eine erste dreiphasige Last 6 und eine zweite dreiphasige Last 8 über einen Gleichrichter 10 mit elektrischer Energie versorgt. Durch drei Punkte 12 ist angedeutet, dass an die dreiphasige Spannungsquelle 4 beliebig viele elektrische Lasten angeschlossen werden können. 1 shows a network 2 in which a three-phase voltage source 4 a first three-phase load 6 and a second three-phase load 8th via a rectifier 10 supplied with electrical energy. By three points 12 is indicated that to the three-phase voltage source 4 Any number of electrical loads can be connected.

Die dreiphasige elektrische Energieversorgung erfolgt über einen ersten Strang 14, einen zweiten Strang 16 und einen dritten Strang 18. Die dreiphasige Spannungsquelle 4 kann über die drei Stränge 14, 16, 18 eine dreiphasige Spannung 20 an den Gleichrichter 10 abgeben, der die dreiphasige Spannung 20 in eine Gleichspannung 22 umwandelt. Die dreiphasige Spannung 20 kann aus drei einzelnen Wechselspannungen gleicher Leistung bestehen, die jeweils um 120° gegeneinander phasenverschoben sind. Der Übersichtlichkeit halber ist in 1 die dreiphasige Spannung 20 nicht direkt eingezeichnet sondern über eine gestrichelte Ellipse, die Knoten der drei Stränge 14, 16, 18 umschließt, an denen die dreiphasige Spannung 20 anliegt, angedeutet. Zur Stabilisierung der Gleichspannung 22 kann ein Zwischenkreis 24 vorhanden sein, der die Oberwellen in der Gleichspannung 22 glättet. The three-phase electrical power supply takes place via a first strand 14 , a second strand 16 and a third strand 18 , The three-phase voltage source 4 can over the three strands 14 . 16 . 18 a three-phase voltage 20 to the rectifier 10 give off the three-phase voltage 20 in a DC voltage 22 transforms. The three-phase voltage 20 can consist of three individual alternating voltages of the same power, which are each phase-shifted by 120 °. For the sake of clarity, is in 1 the three-phase voltage 20 not directly drawn but via a dashed ellipse, the nodes of the three strands 14 . 16 . 18 encloses, where the three-phase voltage 20 is present, indicated. To stabilize the DC voltage 22 can be a DC link 24 be present, the harmonics in the DC voltage 22 smoothes.

Zwischen der dreiphasigen Spannungsquelle 4 und dem Gleichrichter 10 kann ein dreiphasiges Filter 26 angeordnet sein, dass eine parasitäre Induktivität 28, eine erste dreiphasige Drossel 30 und eine zweite dreiphasige Drossel 32 aufweisen kann, die hochfrequente Störtransiente in der elektrischen Energieversorgung zwischen der dreiphasigen Spannungsquelle 4 und den dreiphasigen Lasten 6, 8 dämpfen können. Die dreiphasigen Drosseln 30, 32 können jeweils in jedem Strang 14, 16, 18 aus drei nicht näher referenzierten einzelnen Drosseln bestehen und miteinander gekoppelt sein, um Unsymmetrien in der elektrischen Energieversorgung zu dämpfen. Ferner kann das dreiphasige Filter 26 eine dreiphasige Entstörkapazität 34 aufweisen. Die dreiphasige Entstörkapazität 34 kann die einzelnen Stränge 14, 16, 18 mit nicht näher referenzierten X-Kapazitäten untereinander kurzschließen, um Gegentaktstörungen zu unterdrücken und einen nicht näher referenzierten Sternpunkt der X-Kapazitäten mit einer Y-Kapazität erden, um Gleichtaktstörungen zu unterdrücken. Schließlich kann im dreiphasigen Filter 26 ein Fehlerstromschutzschalter 36 vorhanden sein, der die durch die Stränge fließenden positiven und negativen Ströme misst und addiert. Ergeben die durch die Stränge fließenden positiven und negativen Ströme einen vorgegebenen Wert so unterbricht der Fehlerstromschutzschalter 36 die elektrische Energieversorgung aus der dreiphasigen Spannungsquelle 4. Der vorgegebene Wert kann beispielsweise 30mA für Personenschutz oder 300mA für Brandschutz betragen. Between the three-phase voltage source 4 and the rectifier 10 can be a three-phase filter 26 be arranged that a parasitic inductance 28 , a first three-phase choke 30 and a second three-phase choke 32 may include the high-frequency Störransiente in the electrical power supply between the three-phase voltage source 4 and the three-phase loads 6 . 8th can dampen. The three-phase chokes 30 . 32 can each be in each strand 14 . 16 . 18 consist of three unspecified referenced individual chokes and be coupled together to dampen asymmetries in the electrical energy supply. Furthermore, the three-phase filter 26 a three-phase suppression capacity 34 exhibit. The three-phase suppression capacity 34 can the individual strands 14 . 16 . 18 short-circuit each other with unspecified X capacitances to suppress push-pull noise and ground a non-referenced star point of the X capacitances with a Y capacitance to suppress common mode noise. Finally, in the three-phase filter 26 a residual current device 36 be present, which measures and adds the positive and negative currents flowing through the strands. If the positive and negative currents flowing through the strings give a predetermined value, then the residual current circuit breaker interrupts 36 the electrical energy supply from the three-phase voltage source 4 , The default value may be, for example, 30mA for personal protection or 300mA for fire protection.

Der Gleichrichter 10 weist eine erste Halbbrücke 38, eine zweite Halbbrücke 40 und eine dritte Halbbrücke 42 auf. Während die erste Halbbrücke 38 zum Gleichrichten der Wechselspannung des ersten Stranges 14 und die zweite Halbbrücke 40 zum Gleichrichten der Wechselspannung des zweiten Stranges 16 verwendet werden kann, kann die dritte Halbbrücke 42 zum Gleichrichten der Wechselspannung des dritten Stranges 18 verwendet werden. Jede Halbbrücke kann zwei nicht näher referenzierte Schalter aufweisen, die beispielsweise als Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (IGBTs) ausgeführt sein können. Zu jedem Schalter kann eine nicht näher referenzierte Freilaufdiode anti-parallel geschaltet sein. Während ein nicht weiter referenzierter erster Schalter jeder Halbbrücke 38, 40, 42 die Potentialseite der an die Halbbrücke 38, 40, 42 angeschlossenen Wechselspannung mit dem Pluspol der Gleichspannung 22 verbindet, verbindet ein nicht näher referenzierter zweiter Schalter jeder Halbbrücke 38, 40, 42 die Potentialseite der an die Halbbrücke 38, 40, 42 angeschlossenen Wechselspannung mit dem Minuspol der Gleichspannung 22. Die Schalter können durch eine nicht gezeigte Steuereinheit derart angesteuert werden, dass im Falle eines positiven Stromflusses durch die Stränge 14, 16, 18 die ersten Schalter der Halbbrücken 38, 40, 42 durchlässig und um Falle eines negativen Stromflusses durch die Stränge 14, 16, 18 die zweiten Schalter der Halbbrücken 38, 40, 42 durchlässig sind. The rectifier 10 has a first half bridge 38 , a second half bridge 40 and a third half bridge 42 on. While the first half bridge 38 for rectifying the AC voltage of the first strand 14 and the second half bridge 40 for rectifying the AC voltage of the second string 16 can be used, the third half-bridge 42 for rectifying the AC voltage of the third string 18 be used. Each half-bridge may have two unspecified referenced switches, which may be embodied, for example, as insulated-gate bipolar transistors (IGBTs). For each switch, a not closer referenced freewheeling diode can be connected in anti-parallel. While a not further referenced first switch each half bridge 38 . 40 . 42 the potential side of the half bridge 38 . 40 . 42 connected AC voltage to the positive pole of the DC voltage 22 connects, connects a not closer referenzierter second switch each half bridge 38 . 40 . 42 the potential side of the half bridge 38 . 40 . 42 connected AC voltage to the negative terminal of the DC voltage 22 , The switches can be controlled by a control unit, not shown, such that in the case of a positive current flow through the strands 14 . 16 . 18 the first switches of the half bridges 38 . 40 . 42 permeable and trap of a negative current flow through the strands 14 . 16 . 18 the second switches of the half bridges 38 . 40 . 42 are permeable.

Der Zwischenkreis 24 kann einen ersten Zwischenkreiskondensator 44 und einen dazu in Reihe geschalteten zweiten Zwischenkreiskondensator 46 aufweisen. Die Reihenschaltung der beiden Zwischenkreiskondensatoren 44, 46 ist zwischen dem Pluspol und dem Minuspol der Spannung 22 geschaltet. Die beiden Zwischenkreiskondensatoren 44, 46 sind ferner an einem Mittelpunkt 48 miteinander verbunden. The DC link 24 can be a first DC link capacitor 44 and a second intermediate circuit capacitor connected in series therewith 46 exhibit. The series connection of the two DC link capacitors 44 . 46 is between the Positive pole and the negative pole of the voltage 22 connected. The two DC link capacitors 44 . 46 are also at a midpoint 48 connected with each other.

Die beiden dreiphasigen Lasten 6, 8 können baugleich sein. Daher wird nachstehend der Aufbau beider dreiphasiger Lasten 6, 8 anhand einer der ersten dreiphasigen Last 6 beschrieben, wobei die Elemente der zweiten dreiphasigen analog mit denselben Bezugszeichen versehen werden. Die erste dreiphasige Last weist einen dreiphasigen Wechselrichter 50, ein Kabel 52 und einen dreiphasigen Motor 54 auf. Der Wechselrichter 50 kann baugleich zum Gleichrichter 10 sein. Er wandelt die Gleichspannung 22 in eine nicht näher referenzierte Wechselspannung für den dreiphasigen Motor 54 um. Dazu werden seine Schalter wie der Gleichrichter 10 von einer nicht gezeigten Steuereinheit derart angesteuert, dass im Falle eines positiven zu erzeugenden Stromflusses durch die Stränge zum dreiphasigen Motor 54 die ersten Schalter der Halbbrücken durchlässig und um Falle eines negativen Stromflusses durch die Stränge zum dreiphasigen Motor 54 die zweiten Schalter der Halbbrücken durchlässig sind. Das Kabel 52 zwischen Motor 54 und Wechselrichter 50 weist parasitäre Kapazitäten und parasitäre Induktivitäten auf. The two three-phase loads 6 . 8th can be identical. Therefore, below is the structure of both three-phase loads 6 . 8th based on one of the first three-phase load 6 described, wherein the elements of the second three-phase analogously provided with the same reference numerals. The first three-phase load has a three-phase inverter 50 , a cable 52 and a three-phase motor 54 on. The inverter 50 can be identical to the rectifier 10 be. He converts the DC voltage 22 in an unspecified referenced AC voltage for the three-phase motor 54 around. These are his switches as the rectifier 10 controlled by a control unit, not shown, such that in the case of a positive current flow to be generated by the strands to the three-phase motor 54 the first switches of the half-bridges are permeable and trap a negative current flow through the strands to the three-phase motor 54 the second switches of the half bridges are permeable. The cable 52 between engine 54 and inverters 50 has parasitic capacitances and parasitic inductances.

In der vorliegenden Ausführungsform erfolgt die elektrische Energieübertragung zwischen der dreiphasigen Spannungsquelle 4 und der dreiphasigen Last 6, 8 basierend auf einer Dreiecksschaltung, da die nicht näher referenzierten Symmetriepunkte der von der Spannungsquelle 4 abgegebenen dreiphasigen Spannung 20 und der von den dreiphasigen Lasten aufgenommenen dreiphasigen Spannungen nicht miteinander verbunden sind. Alternativ können diese Symmetriepunkte auch über einen Nullleiter miteinander verbunden sein. Weiter alternativ können die dreiphasigen Lasten 6, 8 auch unsymmetrische Lasten wie in einem Haushaltsnetz sein, wobei in den Lasten 6, 8 jeder Strang statt dem Motor 54 mit Verbrauchern unterschiedlicher Eingangsleistung beschaltet ist oder gar unbeschaltet bleibt. Für eine derartige unsymmetrische elektrische Energieübertragung sind die Filter 26, 52 derart anzupassen, dass keine Gleichtaktstörungen und Gegentaktstörungen gefiltert werden. In the present embodiment, the electrical energy transfer takes place between the three-phase voltage source 4 and the three-phase load 6 . 8th based on a triangular circuit, since the unspecified referenced points of symmetry of the voltage source 4 delivered three-phase voltage 20 and the three-phase voltages picked up by the three-phase loads are not connected to each other. Alternatively, these points of symmetry can also be connected to one another via a neutral conductor. Next alternatively, the three-phase loads 6 . 8th also be unbalanced loads as in a household network, being in the burdens 6 . 8th every strand instead of the engine 54 is connected to consumers of different input power or even remains unconnected. For such asymmetrical electrical energy transfer are the filters 26 . 52 adapt so that no common mode noise and differential mode noise filtered.

Die dreiphasige Spannungsquelle 4 und das dreiphasige Filter 26, sind mit Erde 56 verbunden. The three-phase voltage source 4 and the three-phase filter 26 , are with earth 56 connected.

Ferner verbinden parasitäre Kapazitäten 58 den Gleichrichter 10, den Zwischenkreis 24, die Motorleitung 52 und die Wechselrichter 50 mit Erde. Die parasitären Kapazitäten 58 sind abhängig vom Aufbau des Gleichrichters 10, des Zwischenkreises 24 und der Wechselrichter 50, sowie von der Anzahl der verwendeten Wechselrichter 50 und somit von der Anzahl der verwendeten Lasten 6, 8, 12. Die parasitären Kapazitäten 58 führen beispielsweise hohe Schalttransiente, die während des Betriebs der Schalter des Gleichrichters 10 entstehen, gegen Erde. Die Schalttransienten werden dann über das dreiphasige Filter 26 und eine Erdimpedanz 60 aus der Erde 56 in das Netzwerk 2 und zum Gleichrichter 10 zurückgeführt. Diese Schalttransienten stellen einen Ableitstrom 62 dar. Furthermore, parasitic capacitances connect 58 the rectifier 10 , the DC link 24 , the motor line 52 and the inverters 50 with earth. The parasitic capacities 58 are dependent on the structure of the rectifier 10 , of the DC link 24 and the inverter 50 , as well as the number of inverters used 50 and thus the number of loads used 6 . 8th . 12 , The parasitic capacities 58 For example, lead high switching transients during operation of the switch of the rectifier 10 arise, against earth. The switching transients are then passed through the three-phase filter 26 and an earth impedance 60 from the earth 56 in the network 2 and to the rectifier 10 recycled. These switching transients provide a leakage current 62 represents.

Ein weiterer Ableitstrom 62 entsteht durch die nicht ideale Glättung der dreiphasigen Wechselspannung 20 in eine konstante Gleichspannung 22, so dass in der Gleichspannung 22 eine frequente Oberwelle verbleibt, die von der Anzahl der Phasen der dreiphasigen Wechselspannung 20 abhängig ist. Für diese grundfrequente Oberwelle stellen die parasitären Kapazitäten 58 einen nicht unendlich hohen Widerstand zur Erde 56 dar, so dass aufgrund dieser Oberwellen ebenfalls ein Ableitstrom 62 gegen die Erde 56 fließt. Another leakage current 62 arises from the non-ideal smoothing of the three-phase AC voltage 20 in a constant DC voltage 22 , so in the DC voltage 22 a frequency harmonic remains, that of the number of phases of the three-phase AC voltage 20 is dependent. For this fundamental frequency harmonic make the parasitic capacitances 58 a not infinitely high resistance to earth 56 so that due to these harmonics also a leakage current 62 against the earth 56 flows.

Dies soll nachstehend anhand von 2 näher erläutert werden. In 2 ist ein Spannungsdiagramm gezeigt, in dem auf der X-Achse die Zeit 63 und auf der Y-Achse eine Spannung 64 gegen Erde 56 aufgetragen ist. This will be explained below with reference to 2 be explained in more detail. In 2 a voltage diagram is shown in which on the X-axis the time 63 and on the Y-axis a voltage 64 against earth 56 is applied.

In 2 ist die Wechselspannung 66 des ersten Strangs 14, die Wechselspannung 68 des zweiten Strangs 16 und die Wechselspannung 70 des dritten Strangs 18 in gestrichelter Linie dargestellt. In 2 is the AC voltage 66 of the first strand 14 , the AC voltage 68 of the second strand 16 and the AC voltage 70 of the third strand 18 shown in dashed line.

Die Wechselspannungen 66, 68, 70 führen am Pluspol der Gleichspannung 22 und am Minuspol der Gleichspannung 22 entsprechend zu einer ersten Oberwelle 72 und zu einer zweiten Oberwelle 74, die jeweils um eine Halbwelle verschoben sind. Die Oberwellen 72, 74 weisen Sinusform auf. The AC voltages 66 . 68 . 70 lead at the positive pole of the DC voltage 22 and at the negative terminal of the DC voltage 22 corresponding to a first harmonic 72 and to a second harmonic 74 , which are each shifted by one half-wave. The harmonics 72 . 74 have sinusoidal shape.

In der vorliegenden Ausführungsform führen die beiden Oberwellen 72, 74 in ihrer Summe zu einer Mittelpunkts-Wechselspannung 76, die am Mittelpunkt 48 gegen Erde 56 abfällt. Diese Mittelpunkts-Wechselspannung 76, auch Schwebung genannt, ist in der vorliegenden Ausführungsform die Ursache für den Ableitstrom 62 mit der oben erwähnten frequenten Oberwelle. In the present embodiment, the two harmonics result 72 . 74 in their sum to a midpoint AC voltage 76 at the center 48 against earth 56 drops. This midpoint AC voltage 76 , also called beating, is the cause of the leakage current in the present embodiment 62 with the above-mentioned frequency harmonic.

Der die Oberwelle enthaltende Ableitstrom 62 führt jedoch ab einer bestimmten Stärke zu einem Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 36, weil die Oberwelle selbst Teil der von der dreiphasigen Spannungsquelle 4 abgegeben elektrischen Energie ist. The leakage current containing the harmonic 62 However, from a certain strength leads to a tripping of the residual current circuit breaker 36 because the harmonic itself is part of the three-phase voltage source 4 is discharged electrical energy.

Da die parasitären Kapazitäten 58 von der Anzahl der Lasten 6, 8, 12 abhängen, hängt auch die Stärke des durch die Oberwelle erzeugten Ableitstromes 62 von der Anzahl der Lasten 6, 8, 12 ab. Um ein Auslösen des Fehlerstromschutzschalters 36 zu vermeiden kann daher einerseits die Anzahl der Lasten 6, 8, 12 begrenzt werden. Because the parasitic capacitances 58 from the number of loads 6 . 8th . 12 depends also depends on the strength of the leakage current generated by the harmonic 62 from the number of loads 6 . 8th . 12 from. Around a triggering of the residual current circuit breaker 36 On the one hand, therefore, it is possible to avoid the number of loads 6 . 8th . 12 be limited.

Alternativ können die Oberwellen 72, 74 und/oder die Mittelpunkts-Wechselspannung 76 kompensiert werden. Nachstehend soll diese Kompensation beispielhaft anhand einer Kompensation eines durch die Mittelpunkts-Wechselspannung 76 erzeugten Ableitstromes beschrieben werden. Alternatively, the harmonics 72 . 74 and / or the midpoint AC voltage 76 be compensated. Hereinafter, this compensation will be exemplified by a compensation of a through the midpoint AC voltage 76 generated leakage current can be described.

Dazu wird auf 3 Bezug genommen, die das Netzwerk 2 der 1 mit einer Vorrichtung zum Reduzieren des Ableitstromes 62 zeigt. In 3 werden zu den 1 und 2 gleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen und nicht noch einmal beschrieben. Ferner sind in 3 einige Elemente der Übersichtlichkeit halber vereinfacht dargestellt oder ganz weggelassen worden. Insbesondere ist das dreiphasige Filter 26 zwischen der dreiphasigen Spannungsquelle 4 und dem Gleichrichter 10 nur noch als dreiphasige Drossel dargestellt. This will be on 3 Referred to the network 2 of the 1 with a device for reducing the leakage current 62 shows. In 3 become the 1 and 2 the same elements with the same reference numerals and not described again. Furthermore, in 3 For reasons of clarity, some elements have been simplified or omitted altogether. In particular, the three-phase filter 26 between the three-phase voltage source 4 and the rectifier 10 only shown as a three-phase choke.

Zur Kompensation der Mittelpunkts-Wechselspannung 76 erfasst in der vorliegenden Ausführung eine Bestimmungseinrichtung 78 die Wechselspannungen 66, 68, 72 und berechnet daraus die Mittelpunkts-Wechselspannung 76. Dies kann beispielsweise anhand des in 2 gezeigten Diagramms derart erfolgen, dass zunächst basierend auf den Wechselspannungen 66, 68, 72 die Oberwellen 72, 74 ermittelt und danach durch Superposition die Mittelpunkts-Wechselspannung 76 bestimmt wird. For compensation of the midpoint AC voltage 76 detects a determination device in the present embodiment 78 the alternating voltages 66 . 68 . 72 and calculates from this the midpoint AC voltage 76 , This can be done for example on the basis of in 2 shown diagram such that initially based on the AC voltages 66 . 68 . 72 the harmonics 72 . 74 determined and then by superposition the midpoint AC voltage 76 is determined.

Die Bestimmungseinrichtung 78 gibt die berechnete Mittelpunkts-Wechselspannung 76 an eine Ausgabeeinrichtung 80 aus, die basierend auf der Mittelpunkts-Wechselspannung 76 einen Ausgleichsstrom 82 berechnet, der in den Mittelpunkt 48 eingeprägt werden muss, um die Mittelpunkts-Wechselspannung 76 und den dadurch entstehenden Ableitstrom 62 über die parasitären Kapazitäten 58 zu kompensieren. Zur Berechnung kann die Ausgabeeinrichtung beispielsweise die berechnete Mittelpunkts-Wechselspannung 76 durch die Impedanz der Summe aller parasitären Kapazitäten 58 teilen, die im Netzwerk 2 von der Zwischenkreiskapazität 24 mit den angeschlossenen Gleichrichter 10 und den angeschlossenen Wechselrichter 50 ausgehen. The determining device 78 gives the calculated center-point AC voltage 76 to an output device 80 based on the midpoint AC voltage 76 a compensation current 82 calculated that in the center 48 must be impressed to the midpoint AC voltage 76 and the resulting leakage current 62 over the parasitic capacitances 58 to compensate. For example, the output device may calculate the calculated center-point AC voltage for calculation 76 by the impedance of the sum of all parasitic capacitances 58 Share on the network 2 from the DC link capacity 24 with the connected rectifier 10 and the connected inverter 50 out.

Die Summe der parasitären Kapazitäten 58 kann beispielsweise in einem Speicher der Ausgabeeinrichtung 80 vorberechnet hinterlegt sein. Alternativ kann die Ausgabeeinrichtung die Summe der parasitären Kapazitäten 58 messen. Ebenfalls ist möglich, dass die Ausgabeeinrichtung 80 die Summe der parasitären Kapazitäten 58 misst und der berechneten Summe der parasitären Kapazitäten zur Plausibilisierung gegenüberstellt. The sum of the parasitic capacitances 58 For example, in a memory of the output device 80 be pre-calculated deposited. Alternatively, the output device may be the sum of the parasitic capacitances 58 measure up. It is also possible that the output device 80 the sum of parasitic capacitances 58 measures and calculates the calculated sum of the parasitic capacities for plausibility.

Die Ausgabeeinrichtung 80 steuert basierend auf dem berechneten Ausgleichsstrom 82 eine steuerbare Stromquelle 84 an, die als Überlagerungseinrichtung den Ausgleichsstrom 82 mit dem Ableitstrom 62 überlagert, um diesen zu kompensieren. The output device 80 controls based on the calculated compensation current 82 a controllable power source 84 on, as the superposition device, the compensation current 82 with the leakage current 62 superimposed to compensate for this.

In 4 ist das Netzwerk 2 der 1 mit einer weiteren Vorrichtung zum Reduzieren des Ableitstromes 62 basierend auf einer Kompensation der Mittelpunkts-Wechselspannung 76 gezeigt. In 4 werden zu 3 gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht noch einmal beschrieben. In 4 is the network 2 of the 1 with a further device for reducing the leakage current 62 based on a compensation of the midpoint AC voltage 76 shown. In 4 become too 3 the same elements with the same reference numerals and not described again.

In 4 steuert die Ausgabeeinrichtung 80 eine Ausgleichshalbbrücke 85 mit einem ersten Schalter 86 und einem zweiten Schalter 88 an. Zu den Schaltern 86, 88 können nicht näher referenzierte Freilaufdioden anti-parallel geschaltet sein. Durch eine gegenphasige Ansteuerung der beiden Schalter 86, 88 kann die Ausgabeeinrichtung 80 den Pluspol und den Minuspol der Gleichspannung 22 des Gleichrichters 10 periodisch mit einem Reihenschwingkreis 92 verbinden. In 4 controls the output device 80 a compensation half-bridge 85 with a first switch 86 and a second switch 88 at. To the switches 86 . 88 can not be closer referenced freewheeling diodes connected in anti-parallel. By an anti-phase control of the two switches 86 . 88 can the output device 80 the plus pole and the minus pole of the DC voltage 22 of the rectifier 10 periodically with a series resonant circuit 92 connect.

Die Ansteuerung der beiden Schalter 86, 88 kann beispielsweise per Pulsweitenmodulation erfolgen. The control of the two switches 86 . 88 can be done for example by pulse width modulation.

Der Reihenschwingkreis 92 wird so durch die Ausgleichshalbbrücke 85 angeregt und prägt den Ausgleichsstrom 82 gegen Erde 56 ein. The series resonant circuit 92 becomes so through the compensation half-bridge 85 stimulates and shapes the equalizing current 82 against earth 56 one.

Der Reihenschwingkreis hat zusätzlich den Vorteil, dass er für Spannungsanteile des Zwischenkreises 24 ungleich der Frequenz der auszulöschenden Oberwelle 72, 74 hochohmig ist, und so verhindert, dass in die Gleichspannung 22 andere Oberwellen eingeprägt werden, die zu neuen Ableitströmen führen. The series resonant circuit has the additional advantage that it is for voltage components of the DC link 24 unlike the frequency of the harmonic to be canceled 72 . 74 is high impedance, and so prevents being in the DC voltage 22 other harmonics are impressed, which lead to new leakage currents.

In 5 ist das Netzwerk 2 der 1 mit einer dritten Vorrichtung zum Reduzieren des Ableitstromes 62 basierend auf einer Kompensation der Mittelpunkts-Wechselspannung 76 gezeigt. In 5 werden zu 3 und 4 gleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen und nicht noch einmal beschrieben. In 5 is the network 2 of the 1 with a third device for reducing the leakage current 62 based on a compensation of the midpoint AC voltage 76 shown. In 5 become too 3 and 4 the same elements with the same reference numerals and not described again.

In 5 steuert die Ausgabeeinrichtung 80 einen Wandler 96 an, der basierend auf der Zwischenkreisspannung, und damit der Gleichspannung 22 den Ausgleichsstrom 82 erzeugt. Der Wandler 96 kann beispielsweise ein DC/AC-Wandler sein, wobei der Ausgleichstrom 82 über Pulsweitenmodulation oder Pulsfrequenzmodulation im Wandler 96 erzeugt werden kann. In 5 controls the output device 80 a converter 96 based on the DC link voltage, and thus the DC voltage 22 the equalizing current 82 generated. The converter 96 may be, for example, a DC / AC converter, wherein the balancing current 82 via pulse width modulation or pulse frequency modulation in the converter 96 can be generated.

Durch eine zur Mittelpunkts-Wechselspannung 76 gegenphasige Erzeugung des Ausgleichsstromes 82 kann durch die Ausgabeeinrichtung 80 erreicht werden, dass der Ableitstrom 62 zusammen mit dem Ausgleichsstrom 82 in einer geschlossenen Masche fließt, die aus der Zwischenkreiskapazität 24 und der Ausgleichshalbbrücke 85 aufgebaut ist. Through to the midpoint AC voltage 76 antiphase generation of the compensation current 82 can through the output device 80 be achieved that the leakage current 62 together with the equalizing current 82 flows in a closed loop, resulting from the DC link capacity 24 and the balance half-bridge 85 is constructed.

Reicht ein einziger Wandler 96 nicht aus, um einen ausreichenden Ausgleichsstrom 82 zu erzeugen, kann die Zahl der Wandler 96 beliebig erhöht werden. Is enough a single converter 96 not enough to get a sufficient compensation current 82 The number of converters can be generated 96 be increased arbitrarily.

Erfindungsgemäß wird ein Ableitstrom, der durch eine Oberwelle in einer Gleichspannung am Ausgang eines Gleichrichters entsteht durch einen Ausgleichsstrom kompensiert. According to the invention, a leakage current which is produced by a harmonic in a DC voltage at the output of a rectifier is compensated by a compensation current.

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Although the invention has been further illustrated and described in detail by the preferred embodiment, the invention is not limited by the disclosed examples, and other variations can be derived therefrom by those skilled in the art without departing from the scope of the invention.

Claims

Method for reducing a leakage current ( 62 ) between a rectifier ( 10 ), which is provided for rectifying an alternating current, and a protective conductor ( 56 ), the rectifier ( 10 ) via a parasitic capacitance ( 58 ) with the protective conductor ( 56 ), comprising: determining an expected harmonic 72 . 74 . 76 ) in rectified alternating current; - superimposing the rectified alternating current with a compensating current ( 82 ) such that the expected harmonic ( 72 . 74 . 76 ) is at least partially extinguished.

Method according to claim 1, comprising: determining the compensation current based on the AC voltage applied to the rectifier and the parasitic capacitance ( 58 ).

Method according to claim 1 or 2, comprising: - determining the equalizing current ( 82 ) in such a way that it allows the leakage current ( 62 ) is directed counter.

The method of claim 3, comprising: - Determining the direction of the leakage current based on a phase of the voltage applied to the rectifier AC voltage.

Method according to one of the preceding claims, comprising: determining the compensating current such that the compensating current and the leakage current caused by the expected harmonic wave ( 62 ) are substantially equal in performance.

Method according to claim 5, comprising: determining the power of the leakage current caused by the expected harmonic wave ( 62 ) based on an effective value of the AC voltage applied to the rectifier.

Method according to one of the preceding claims, comprising: - Measuring the value of the parasitic capacitance.

Method according to one of the preceding claims, comprising: - calculating the value of the parasitic capacitance ( 58 ) based on a value of a first parasitic partial capacitance generated by the rectifier ( 10 ) and a value of a second parasitic partial capacitance, which is connected to the rectifier ( 10 ) connected load ( 6 . 8th ) is produced.

The method of claim 8, comprising: Retrieving the value of the first sub-capacity and the value of the second sub-capacity from a memory.

Device for reducing a leakage current ( 62 ) between a rectifier ( 10 ), which is provided for rectifying an alternating current, and a protective conductor ( 56 ), the rectifier ( 10 ) via a parasitic capacitance ( 58 ) with the protective conductor ( 56 ), comprising: - determining means for determining an expected harmonic wave ( 72 . 74 . 76 ) in rectified alternating current; and - an overlay device for superimposing the rectified alternating current with a compensating current ( 82 ) such that the expected harmonic ( 72 . 74 . 76 ) is at least partially extinguished.

Apparatus according to claim 10, wherein the superimposing means comprises a current source for impressing the equalizing current (Fig. 82 ) in the rectified alternating current.

Device according to claim 11, wherein the current source is provided for impressing the equalizing current between two DC link capacitors, which together form a DC link capacitance connected to the rectifier.

Apparatus according to any one of claims 9 to 12, wherein the superimposing means for superimposing the rectified alternating current with a compensating current ( 82 ) is formed, the compensating current ( 82 ) generating pulse-shaped voltage to the output of the rectifier.

Apparatus according to claim 13, wherein the overlay means for generating the pulse-shaped voltage is provided based on a parallel connected to the output pulse generating element, which is preferably supplied via the output voltage of the rectifier with voltage.

The apparatus of claim 14, wherein the superimposing means comprises a series circuit of the pulse generating element and a further pulse generating element connected in parallel with the output of the rectifier, and wherein preferably a resonant circuit, in particular a series resonant circuit, is connected between the center of the series circuit and the ground.