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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein System, insbesondere Antriebssystem, mit einem ein-/rückspeisefähigen Umrichter. Hierbei sind die Vorrichtung und das Verfahren in der Lage, niederfrequente Ableitströme am Netzeingang von Antriebsumrichtern zu unterdrücken bzw. abzuleiten und in den Spannungszwischenkreis des Systems rückzuleiten.
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Bei elektrischen Antriebssystemen hoher Leistung, was im Sinne dieser Erfindung als Leistung im Bereich von etwa 150 kW bis etwa 500 kW zu verstehen ist, können anwendungsbedingt hohe Ableitkapazitäten am Ausgang auftreten. Hierbei kann die Notwendigkeit zur Unterdrückung von Ableitströmen am Netzeingang bestehen, um Spannungssprünge gegen Erde im Zwischenkreis zu verringern. Grund dafür ist, dass die Spannungssprünge EMV-Probleme (EMV = elektromagnetische Verträglichkeit) ergeben, welche zu vermeiden sind.
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Als Lösung dieses Problems werden derzeit Trenntrafos oder Netzfilter mit ausreichend dimensionierter 3-phasiger stromkompensierter Drossel oder herkömmliche stromkompensierte 2-Leiter-Drosseln im Zwischenkreis verwendet.
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Nachteilig an solchen Lösungen ist jedoch, dass ein deutlich höherer materieller Aufwand als bisher erforderlich ist. Durch den höheren materiellen Aufwand nimmt die Baugröße außerdem unerwünscht zu. Zudem entsteht eine zusätzliche Verlustleistung. Darüber hinaus wird die Ordnung des Systems erhöht, wodurch die Gefahr unerwünschter Resonanzen steigt.
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Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein System mit einem ein-/rückspeisefähigen Umrichter bereitzustellen, mit welchen die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere sollen eine Vorrichtung und ein Verfahren für ein System mit einem ein-/rückspeisefähigen Umrichter bereitgestellt werden, bei welchen ein deutlich geringerer materieller Aufwand und/oder Platzbedarf und weniger zusätzliche Verlustleistung entsteht und keine Gefahr unerwünschter Resonanzen besteht.
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Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung für ein System mit einem ein-/rückspeisefähigen Umrichter nach Patentanspruch 1 gelöst, wobei die Vorrichtung aufweist: eine stromkompensierte Gleichtaktdrossel zur Ableitung eines niederfrequenten Ableitstroms am Netzeingang eines ein-/rückspeisefähigen Umrichters und zur Rückleitung des niederfrequenten Ableitstroms in einen Spannungszwischenkreis des Umrichters, und eine Reihenschaltung von zwei Kondensatoren, wobei die stromkompensierte Gleichtaktdrossel eine 3-Leiter-Drossel mit zwei Hauptwicklungen und einer Hilfswicklung ist, wobei die zwei Hauptwicklungen derart angeschlossen sind, dass sie vom Laststrom des Umrichters durchflossen werden, und wobei das lastseitige Ende der Hilfswicklung der stromkompensierten Gleichtaktdrossel mit der Systemerde und das andere Ende mit dem Mittelpunkt der Reihenschaltung der zwei Kondensatoren verbunden ist.
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Mit der Vorrichtung ergibt sich eine hohe Betriebssicherheit des Systems, da keine große, technische Komplexität vorhanden ist. Die Lösung der vorgenannten Aufgabe erfolgt umfassend und mittels deutlich geringerem materiellen Aufwand als herkömmliche Lösungen. Hierbei entsteht mit der Vorrichtung nur moderate zusätzliche Verlustleistung.
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Außerdem gelingt mit der Vorrichtung eine Rückführung der Ableitströme am Umrichterausgang in den Zwischenkreis mit vertretbarem technischem und materiellem Aufwand und bei moderater zusätzlicher Verlustleistung.
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Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung liegt in einer Entlastung des Netzfilters von niederfrequenten Ableitströmen und damit einer Verringerung von Netzrückwirkungen. Daher ist eine Verwendung kostengünstiger Netzfilter möglich.
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Weitere Vorteile sind bei der Beschreibung der Ausführungsbeispiele angegeben.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Vorrichtung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei der Vorrichtung hat die stromkompensierte Gleichtaktdrossel möglicherweise eine trifilare Wicklungsanordnung, bei welcher die zwei Hauptwicklungen und die eine Hilfswicklung den gleichen Wicklungssinn haben, und/oder die Kondensatoren der Reihenschaltung sind impulsfeste Kondensatoren.
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Die Vorrichtung kann im Spannungszwischenkreis für den ein-/rückspeisefähigen Umrichter angeordnet sein.
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Es ist auch möglich, dass die zwei Hauptwicklungen derart ausgelegt sind, dass sie vom Querschnitt her für den gesamten lastseitigen Zwischenkreisstrom ausgelegt sind, und dass die Hilfswicklung derart ausgelegt ist, dass sie vom Querschnitt her nur für etwa den halben lastseitigen Ableitstrom ausgelegt ist.
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Bei der zuvor beschriebenen Vorrichtung können die stromkompensierte Gleichtaktdrossel und die Reihenschaltung von zwei Kondensatoren eine erste Stufe bilden, wobei die Vorrichtung zudem aufweisen kann: mindestens eine zweite Stufe aus einer zweiten stromkompensierten Gleichtaktdrossel zur Ableitung des niederfrequenten Ableitstroms am Netzeingang des ein-/rückspeisefähigen Umrichters und zur Rückleitung des niederfrequenten Ableitstroms in den Spannungszwischenkreis des Umrichters, und mindestens eine zweite Reihenschaltung von weiteren zwei Kondensatoren, wobei auch die mindestens eine zweite stromkompensierte Gleichtaktdrossel eine 3-Leiter-Drossel mit zwei Hauptwicklungen und einer Hilfswicklung sein kann, wobei das lastseitige Ende der Wicklung jeder der mindestens einen zweiten stromkompensierten Gleichtaktdrossel mit der Systemerde und das andere Ende mit dem Mittelpunkt einer zugeordneten zweiten Reihenschaltung vom weiteren zwei Kondensatoren verbunden sein kann, und wobei die Induktivität der zweiten stromkompensierten Gleichtaktdrossel der zweiten Stufe kleiner als die Induktivität der stromkompensierten Gleichtaktdrossel der ersten Stufe sein kann.
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Die zuvor beschriebene Vorrichtung kann Teil eines Systems sein, welches zudem aufweist, ein Filter zum Filtern einer netzseitigen Spannung, einen Zwischenkreis zum Wandeln der netzseitigen Spannung in eine Gleichspannung, um die netzseitige Spannung zu glätten, und einen ein-/rückspeisefähigen Umrichter zum Anschluss einer elektrisch anzutreibenden Last, wobei der Zwischenkreis die zuvor beschriebene Vorrichtung aufweist, um einen niederfrequenten Ableitstrom am Netzeingang des ein-/rückspeisefähigen Umrichters abzuleiten und den niederfrequenten Ableitstrom in einen Spannungszwischenkreis des Umrichters zurückzuleiten.
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Möglicherweise ist das System ein Antriebssystem, kann der ein-/rückspeisefähigen Umrichter ein Antriebsumrichter sein, und kann die Last ein elektrischer Motor sein. Hierbei ist der ein-/rückspeisefähige Umrichter beispielsweise ein Antriebsumrichter zur Versorgung eines Elektromotors mit einer dreiphasigen Wechselspannung.
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Der ein-/rückspeisefähige Umrichter kann für Leistungen ab etwa 150 kW ausgelegt sein und insbesondere zwischen etwa 150 kW und 500 kW liegen. Da die Vorrichtungen jedoch auch für höhere Leistungen als 500 KW einsetzbar sind, bei welchen die Materialersparnis besonders deutlich wird, kann auch der ein-/rückspeisefähige Umrichter für höhere Leistungen als 500 kW ausgelegt sein.
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Die Aufgabe wird zudem durch ein Verfahren für ein System mit einem ein-/rückspeisefähigen Umrichter nach Patentanspruch 10 gelöst. Das Verfahren hat die Schritte: Ableiten, mit einer stromkompensierten Gleichtaktdrossel, eines niederfrequenten Ableitstroms am Netzeingang eines ein-/rückspeisefähigen Umrichters und Rückleiten des niederfrequenten Ableitstroms in einen Spannungszwischenkreis des Umrichters, wobei die stromkompensierte Gleichtaktdrossel eine 3-Leiter-Drossel mit zwei Hauptwicklungen und einer Hilfswicklung ist, wobei die zwei Hauptwicklungen vom Laststrom des Umrichters durchflossen werden, und wobei das lastseitige Ende der Hilfswicklung der stromkompensierten Gleichtaktdrossel mit der Systemerde und das andere Ende mit dem Mittelpunkt einer Reihenschaltung von zwei Kondensatoren verbunden ist.
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Das Verfahren erzielt die gleichen Vorteile, wie sie zuvor in Bezug auf die Vorrichtung genannt sind.
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Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
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Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein Schaltbild eines Systems mit einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
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2 einen zeitlichen Verlauf eines Gleichtaktstroms am Netzanschluss des Systems mit 3-Leiter-SKD (SKD = stromkompensierte Drossel) im Zwischenkreis gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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3 ein Spektrum des Gleichtaktstroms mit 3-Leiter-SKD im Zwischenkreis gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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4 einen zeitlichen Verlauf einer Netzspannung am Netzanschluss des Systems mit 3-Leiter-SKD im Zwischenkreis gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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5 eine an dem Umrichter anliegende Zwischenkreisspannung gegen Erde für eine einfache stromkompensierte Drossel;
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6 eine an dem Umrichter anliegende Zwischenkreisspannung gegen Erde für eine 3-Leiter-SKD gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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7 einen Summenstrom für eine einfache stromkompensierte Drossel;
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8 einen Summenstrom für eine 3-Leiter-SKD gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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9 einen zeitlichen Verlauf eines Gleichtaktstroms auf der Netzseite eines Versorgungsmoduls bei einstufiger 3-Leiter-SKD (SKD = stromkompensierte Drossel) gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
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10 ein Schaltbild einer Vorrichtung für ein System mit einem ein-/rückspeisefähigen Umrichter gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel;
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11 einen zeitlichen Verlauf eines Gleichtaktstroms auf der Netzseite eines Versorgungsmoduls bei zweistufiger 3-Leiter-SKD (SKD = stromkompensierte Drossel) gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ein System 1, insbesondere ein Antriebssystem, mit einem dreiphasigen Netzanschluss 5, einem Netzfilter 10, einem LCL-Filter 20, einem Versorgungsmodul 30, einem Spannungszwischenkreis bzw. Zwischenkreis 40, einem ein-/rückspeisefähigen Umrichter 50, an den ein elektrischer Motor 55, insbesondere ein 3-phasiger Wechselstrommotor (AC-Motor), als ein Beispiel einer Last angeschlossen ist, sowie Ableitkondensatoren 60, 80. Der Zwischenkreis 40 weist einen Kondensator 41 und eine Vorrichtung 42 auf. Die Vorrichtung 42 weist eine stromkompensierte Gleichtaktdrossel oder 3-Leiter-SKD 421 (SKD = stromkompensierte Drossel) sowie eine Reihenschaltung 422 aus zwei, insbesondere impulsfesten, Kondensatoren auf.
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Der ein-/rückspeisefähige Umrichter 50 kann ein Wechselrichter sein zum Erzeugen einer Wechselspannung aus der Gleichspannung im Zwischenkreis 40. Die Last muss kein elektrischer Motor 55 sein, sondern kann auch eine beliebige andere elektrische Last sein, welche mit Wechselspannung versorgt wird. Der Kondensator 80 entspricht einer durch die Motorwicklung des elektrischen Motors 55 und ein Motoranschlusskabel am Umrichter 50 unvermeidlichen, parasitären Ableitkapazität.
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Der Zwischenkreis 40 für den Umrichter 50 kann auch als Gleichrichtereinheit bezeichnet werden, welcher die dreiphasige Netzspannung am Versorgungsmodul 30 mit Hilfe von Dioden in eine Gleichspannung wandelt. Der Kondensator 41 dient zum Glätten der so erzeugten Gleichspannung.
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Das Versorgungsmodul 30 und der Umrichter 50 arbeiten üblicherweise mit sinusbewerteter Pulsweitenmodulation und erzeugen dadurch eine Gleichtaktspannung gegen Erdpotential, wodurch über die Ableitkapazität 80 ein elektrischer Ableitstrom lab fließt, der einen hohen Oberwellenanteil aufweist.
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Der Ableitstrom lab weist Amplituden auf, die üblicherweise einige 10A groß sind und erzeugt somit an der Netzimpedanz beim Netzanschluss 5 einen Spannungsabfall, der eine Verzerrung der Netzspannung von Phase zu Erde hervorruft. Die Vorrichtung 42 dient zur Verhinderung, dass andere vom Netzanschluss 5 gespeiste Verbraucher dadurch in ihrer Funktion beeinträchtigt oder sogar zerstört werden. Der Ableitstrom lab bewirkt nämlich im Netzfilter 10 eine Sättigung seiner in 1 nicht dargestellten Drosseln, wodurch die Wirksamkeit des Netzfilters 10 stark herabgesetzt wird. Von dem Ableitstrom lab werden auch die Drosseln 21, 22 des LCL-Filters 20 beeinflusst. Aufgrund des hohen Oberwellenanteils des Ableitstrom lab, der spektrale Komponenten bis einige 10 KHz umfasst, entstehen sonst in den Kernen der Drosseln 21, 22 hohe Verlustleistungen, die eine erhebliche, zusätzliche Erwärmung zur Folge haben. Mit der Vorrichtung 42 kann jedoch verhindert werden, dass die aus dem Ableitstrom lab resultierenden Probleme bei der Drosselauslegung der Filter 10, 20 berücksichtigt werden müssen, so dass sich daraus ergebende deutliche Kostensteigerungen vermieden werden können.
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Um das System 1 nach Maßgabe der gültigen EMV-Normen zu betreiben, wird mit der Vorrichtung 42 der Gleichtaktstrom bzw. Ableitstrom lab vom Netzanschluss 5 und vom Netzfilter 10 ferngehalten. Hierbei wird auch eine Reduzierung des verbleibenden Gleichtaktstromes bzw. Ableitstromes lab erzielt. Damit kann verhindert werden, dass der Gleichtaktstrom bzw. Ableitstrom lab auf der Masse (Erde) Potentialverschiebungen erzeugen kann, die unter Umständen zu Störungen anderer Verbraucher führen, die an den Netzanschluss 5 angeschlossen sind.
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Bei der Vorrichtung 42 wird dies durch Einfügen einer stromkompensierten Gleichtaktdrossel oder 3-Leiter-SKD 421 in den Zwischenkreis 40 und gezielte Rückführung des entstehenden Gleichtaktstromes bzw. Ableitstroms 41ab über die Reihenschaltung 422 von zwei Kondensatoren im Zwischenkreis 40 erreicht, wie in 1 gezeigt.
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Die 3-Leiter-SKD 421 gemäß 1 ist eine stromkompensierte Drossel mit zwei Hauptwicklungen 421A, 421B, die um eine 3. Wicklung, eine Hilfswicklung 421C, ergänzt sind. Die Hilfswicklung 421C hat den gleichen Wicklungssinn wie die beiden Hauptwicklungen 421A, 421B. Demzufolge handelt sich bei der 3-Leiter-SKD 421 um eine trifilare Wicklungsanordnung. Der Mehraufwand für die Hilfswicklung 421C ist gering, da diese vom Querschnitt ihres Wicklungsdrahtes her nur für den halben motorseitigen Ableitstrom 21ab ausgelegt werden muss. Dagegen ist der Querschnitt der zwei Hauptwicklungen 421A, 421B jeweils für den gesamten lastseitigen Zwischenkreisstrom ausgelegt, welcher dem Betriebsstrom oder Nennstrom der Vorrichtung 42 entspricht.
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Das lastseitige Ende der Wicklung der 3-Leiter-SKD 421 ist bei der Vorrichtung 42 mit der Systemerde verbunden. Das andere Ende der Wicklung der 3-Leiter-SKD 421 ist mit dem Mittelpunkt der Reihenschaltung 422 aus den beiden Kondensatoren verbunden. Anders ausgedrückt, die Vorrichtung 42 hat eine 3-phasige stromkompensierte Drossel, die 3-Leiter-SKD 421, über deren zwei Hauptwicklungen 421A, 421B der Zwischenkreisstrom des Umrichters 50 bzw. der Vorrichtung 42 geführt wird, und eine Reihenschaltung 422 von zwei, insbesondere impulsfesten, Kondensatoren, die mit dem positiven (+) und negativen (–) Anschluss des Zwischenkreises 40 verbunden werden und dann gemeinsam an der Hilfswicklung 421C der 3-Leiter-SKD 421 angeschlossen werden.
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Daraus ergibt sich die in 1 gezeigte Verteilung des Ableitstromes lab. Die 3-Leiter-SKD 421 zieht von der Systemerde so viel Ableitstrom lab ab, bis der Fluss im Drosselkern der 3-Leiter-SKD 421 weitestgehend kompensiert ist. Dadurch wird der verbleibende Ableitstrom lab über die Kondensatoren 60 und die lastseitige Drossel 22 des LCL-Filters halbiert. Der restliche Gleichtaktstrom bzw. Ableitstrom lab, der über den Netzanschluss 5 und das Netzfilter 10 fließt, ist nun nur noch sehr gering.
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Wie in 2 dargestellt, welche den Gleichtaktstrom bzw. Ableitstrom lab am Netzanschluss 5 bei der Anordnung gemäß 1 über der Zeit t veranschaulicht, hat sich der Effektivwert dieses Ableitstromes lab über der Zeit t sich gegenüber einer Lösung mit einfacher Gleichtaktdrossel etwa um den Faktor 4 verringert. Hierbei hat sich jedoch die spektrale Zusammensetzung des Ableitstromes lab gegenüber einer Lösung mit einfacher Gleichtaktdrossel wesentlich geändert, wie in 3 über der Frequenz f dargestellt. Bei einer Lösung mit einfacher Gleichtaktdrossel sind dagegen deutlich mehr und größere Anteile bei weiteren Frequenzen vorhanden.
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4 zeigt die Netzspannung des Systems 1 mit der 3-Leiter-SKD 421 im Zwischenkreis 40 für die Spannung UPP zwischen Phase- Phase und die Spannung UPE zwischen Phase-Erde über der Zeit t. Aus 4 geht hervor, dass die verbleibende Verzerrung auf der Netzspannung am Netzanschluss 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gegenüber den bisherigen Lösungen sehr viel geringer ist. Die verbleibende Verzerrung auf der Netzspannung am Netzanschluss 5 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gründet sich im Wesentlichen nur noch auf symmetrische Anteile des Versorgungsmoduls 30.
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Die Unempfindlichkeit des Systems 1 gegenüber Resonanzen kommt dadurch zustande, dass die Induktivität der 3-Leiter-SKD 421 für Gleichtaktkomponenten des Umrichters 50 kompensiert ist. Diese Wirkung wird sofort erkennbar, wenn man die am Umrichter 50 anliegende Zwischenkreisspannung gegen Erde, welche die an der Reihenschaltung 422 anliegende Spannung ist, für eine einfache stromkompensierte Drossel und diejenige für die 3-Leiter-SKD 421 gemäß 5 und 6 vergleicht.
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In 5 ist die am Umrichter 50 anliegende Zwischenkreisspannung U gegen Erde, welche die an der Reihenschaltung 422 anliegende Spannung ist, für eine einfache stromkompensierte Drossel über der Zeit t gezeigt. In 6 ist die am Umrichter 50 anliegende Zwischenkreisspannung U gegen Erde, welche die an der Reihenschaltung 422 anliegende Spannung ist, für eine 3-Leiter-SKD 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel über der Zeit t gezeigt. In 5 und 6 ist jeweils die Spannung U der negativen Schiene gegen Erde dargestellt.
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Wie aus 5 und 6 ersichtlich, ist der Spitze-zu-Spitze-Wert (Peak-to-Peak), folglich die Amplitude, der Zwischenkreisspannung U beim Betrieb mit 3-Leiter-SKD 421 um den Faktor 3 geringer als beim Betrieb mit einfacher stromkompensierter Drossel.
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Das für die einfache stromkompensierte Drossel und die 3-Leiter-SKD 421 benötigte Kernvolumen wird neben dem Leiterquerschnitt der Hauptwicklungen 421A, 421B stark von der Stromsumme aller Leiter bestimmt, welche die einfache stromkompensierte Drossel oder die 3-Leiter-SKD 421 formen. Da es sich in beiden Fällen um eine stromkompensierte Drossel handelt, sollte die Stromsumme im Idealfall 0 sein, d. h. es wirkt dann nur noch der verbleibende Gleichtaktanteil als die den Drosselkern magnetisierende Komponente.
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Dieser Strom ist mit 7 und 8 für beide Lösungen über der Zeit t dargestellt. 7 zeigt den Summenstrom ISUM für eine einfache stromkompensierte Drossel. 8 zeigt den Summenstrom ISUM für eine 3-Leiter-SKD 421 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel. Für die Auslegung des Drosselkerns ist der Spitzenwert (Peak-Wert) maßgebend. Dieser ist bei der einfachen stromkompensierte Drossel viermal größer als bei der 3-Leiter-SKD 421, wie aus 7 und 8 ersichtlich. Als Folge davon kann die 3-Leiter-SKD 421 bei gleicher Induktivität und Auslegung für ein System mit gleicher Leistung und Ableitkapazität deutlich kleiner gebaut werden als eine einfache stromkompensierte Drossel.
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Beispielsweise kann bei einem System 1 mit 500 nF Ableitkapazität die 3-Leiter-SKD 421 mit 2 mH ausgeführt werden. In diesem Fall kann die Reihenschaltung 422 eine Kapazität von 680 nF haben. Damit ergibt sich für den Gleichtaktstrom bzw. Ableitstrom lab auf der Netzseite des Versorgungsmoduls 30 bei der Rückleitung des Ableitstromes lab in den Zwischenkreis 40 der in 9 gezeigte Verlauf für den Strom IN über der Zeit t.
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Somit ist mit der Vorrichtung 42 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Anordnung beschrieben, die mit deutlich weniger Kernmaterial auskommt als beispielsweise eine einfache stromkompensierte Gleichtaktdrossel. Damit kann die Vorrichtung 42, genauer die 3-Leiter-SKD 421, kostengünstiger realisiert werden als eine einfache stromkompensierte Gleichtaktdrossel. Zudem kann bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gleichzeitig der Nachteil der größeren Resonanzempfindlichkeit der einfachen stromkompensierten Gleichtaktdrossel vermieden werden.
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10 zeigt einen Teil des Systems 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel, bei welchem im Zwischenkreis 40 anstelle der Vorrichtung 42 eine Vorrichtung 43 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel zum Einsatz kommt.
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Bei der Vorrichtung 43 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das in Bezug auf das erste Ausführungsbeispiel beschriebene Prinzip zweistufig angewendet. Hiermit kann der verbleibende Gleichtaktstrom bzw. Ableitstrom lab über die Kondensatoren 60 und das LCL-Filter 20 weiter verringert werden. Nachfolgend werden nur die Unterschiede zwischen dem ersten und dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beschrieben.
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Demzufolge hat die Vorrichtung 43 eine weitere oder zweite Gleichtaktdrossel bzw. stromkompensierte 3-Leiter-SKD 431 mit zwei Hauptwicklungen 431A, 431B und einer Hilfswicklung 431C sowie eine weitere oder zweite Reihenschaltung 432 von, insbesondere impulsfesten, Kondensatoren. Auch die 3-Leiter-SKD 431 hat eine trifilare Wicklung. Die Induktivität der stromkompensierten 3-Leiter-SKD 431 ist deutlich kleiner als die Induktivität der stromkompensierten 3-Leiter-SKD 421. Damit kann der über das Versorgungsmodul 20 fließende Gleichtaktstrom bzw. Ableitstrom lab theoretisch nochmals halbiert werden, wodurch sich insgesamt also eine Viertelung des Ableitstromes lab ergibt. Diese Maßnahme führt zu einer deutlichen Entlastung der Chopperdrossel 22 im LCL-Filter 20, wodurch diese Chopperdrossel 22 kostengünstiger ausgeführt werden kann.
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In Bezug auf das im Zusammenhang mit 9 genannte Beispiel kann beispielsweise bei einem System 1 mit 500 nF Ableitkapazität die zweite 3-Leiter-SKD 431 mit 500 μH ausgeführt werden. In diesem Fall kann dann die erste 3-Leiter-SKD 421, wie bei dem Beispiel von 9, mit 2 mH ausgeführt sein sowie die erste Reihenschaltung 422 eine Kapazität von 680 nF haben und die zweite Reihenschaltung 432 eine Kapazität von 1,5 μF haben. Damit ergibt sich für den Gleichtaktstrom bzw. Ableitstrom lab auf der Netzseite des Versorgungsmoduls 30 bei der Rückleitung des Ableitstromes lab in den Zwischenkreis 40 der in 11 gezeigte Verlauf für den Strom IN über der Zeit t.
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Beim Vergleich von 9 mit 11, die den Verlauf des Stromes im selben Maßstab zeigen ist zu sehen, dass der Gleichtaktanteil durch die zweistufige Ausführung der Vorrichtung 43 noch einmal fast halbiert werden kann. Hierbei zu berücksichtigen ist, dass der geringe, über das Netzfilter 10 fließende Anteil des Ableitstroms lab hierin enthalten ist. Auf diesen Anteil hat die zweite 3-Leiter-SKD 431 so gut wie keinen Einfluss. Wollte man diesen Anteil weiter verringern, ist eine Erhöhung der Induktivität der ersten 3-Leiter-SKD 421 im Verhältnis zur Induktivität der zweiten 3-Leiter-SKD 431 erforderlich.
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Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel ist es auch möglich, in der Vorrichtung 43 noch eine weitere Stufe aus 3-Leiter-SKD und Reihenschaltung von zwei Kondensatoren, also eine 3. Stufe oder weitere Stufe vorzusehen. Jedoch sind die damit noch zusätzlich erreichten Verbesserungen gegenüber den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen nicht mehr so gewichtig wie für die erste oder zweite Stufe.
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Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des Systems 1, der Vorrichtung 42, 43 und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
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Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
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Bei dem ersten Ausführungsbeispiel kann die erste 3-Leiter-SKD 421 beispielsweise eine Induktivität von 2 mH haben und für ein 200 KW-Antriebssystem als System 1 mit 500 nF Ableitkapazität ausgelegt sein.
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Die zuvor beschriebenen Vorrichtungen 42, 43 sind vorteilhaft bei elektrischen Systemen 1, insbesondere Antriebssystemen, hoher Leistung einsetzbar. Hierbei ist hohe Leistung im Sinne dieser Erfindung als Leistung im Bereich ab etwa 150 kW zu verstehen. Die Vorrichtungen 42, 43 sind natürlich auch für höhere Leistungen als 500 KW einsetzbar, wobei vor allem bei solch hohen Leistungen die Materialersparnis besonders deutlich wird.
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Eine weitere Verbesserung der Vorrichtungen 42, 43 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen eins bis drei ergibt sich bei Verwendung von möglichst verlustarmem Material für den Drosselkern der 3-Leiter-SKDs 421, 431. Zudem ergibt sich eine weitere Verbesserung der Vorrichtungen 42, 43 gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen eins bis drei durch Verwendung von HF-Litze für die Drosselwicklungen der 3-Leiter-SKDs 421, 431.
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Ganz allgemein führt eine zwei-, drei-, oder mehrstufige Ausführung, wie als Beispiel in Bezug auf das zweite und dritte Ausführungsbeispiel anhand der Vorrichtung 43 beschrieben, zu besseren Ergebnissen als eine Vorrichtung 42 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel.
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Es ist auch vorteilhaft, wenn der verbleibende Anschluss der Hilfswicklung 421C, 431C der 3-Leiter-SKDs 421, 431 möglichst niederimpedant mit der System-Erde verbunden wird und zwar sinnvollerweise an der Stelle, an der auch die Abschirmungen der Motorkabel zum Anschluss des elektrischen Motors 55 an den Umrichter 50 aufgelegt sind.
