DE102017110059A1 - Multi-phase push-pull power choke - Google Patents
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Abstract
Mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel (10) zum Dämpfen von transienten Gegentaktströmen mit zumindest zwei Drosseleinheiten (12_1, 12_2, 12_3), die jeweils einen Kern mit einem ersten Schenkel (4_11, 4_21, 4_31), auf dem eine erste Wicklung (8_11, 8_21, 8_31) angeordnet ist, und einem zweiten Schenkel (4_12, 4_22, 4_32), auf dem eine zweite Wicklung (8_12, 8_22, 8_32) angeordnet ist, umfassen, wobei die Schenkel (4) der Drosseleinheiten (12) in einer gemeinsamen Ebene (E) angeordnet sind und die Kerne der in unterschiedlichen Phasen angeordneten Drosseleinheiten (12) mit einem mehrphasigen magnetischen Shunt (24) magnetisch gekoppelt sind, wobei der mehrphasige magnetische Shunt (24) außerhalb der gemeinsamen Ebene (E) angeordnet ist.Multi-phase push-pull power choke (10) for damping transient push-pull currents with at least two throttle units (12_1, 12_2, 12_3), each having a core with a first leg (4_11, 4_21, 4_31) on which a first winding (8_11, 8_21, 8_31), and a second leg (4_12, 4_22, 4_32), on which a second winding (8_12, 8_22, 8_32) is arranged, wherein the legs (4) of the throttle units (12) are arranged in a common plane (8 E) are arranged and the cores of the arranged in different phases throttle units (12) are magnetically coupled to a multi-phase magnetic shunt (24), wherein the multi-phase magnetic shunt (24) outside the common plane (E) is arranged.
Description
Die Erfindung betrifft eine mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel zum Dämpfen von transienten Gegentaktströmen zwischen einer zumindest zweiphasigen Energiequelle und einer elektrischen Last mit einer entsprechenden Anzahl von Phasen, wobei die Energiequelle eine zumindest zweiphasige erste Energiequelle und eine parallel dazu geschaltete zumindest zweiphasige zweite Energiequelle umfasst, und wobei die mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel zumindest zwei Drosseleinheiten umfasst, und einander entsprechende Phasen der ersten Energiequelle und der zweiten Energiequelle jeweils über eine Drosseleinheit gekoppelt sind, wobei die Drosseleinheiten jeweils einen Kern mit einem ersten Schenkel, auf dem eine erste Wicklung angeordnet ist, und einem zweiten Schenkel, auf dem eine zweite Wicklung angeordnet ist, umfassen.The invention relates to a polyphase push-pull power choke for damping transient push-pull currents between an at least two-phase power source and an electrical load having a corresponding number of phases, wherein the energy source comprises an at least two-phase first energy source and a second energy source connected in parallel at least two-phase, and wherein the polyphase push-pull power choke comprises at least two throttle units, and corresponding phases of the first power source and the second power source are each coupled via a throttle unit, the throttle units each having a core with a first leg on which a first winding is disposed, and a second Leg, on which a second winding is arranged, comprise.
Gegentaktströme werden durch die Impedanzen einer Gegentaktdrossel verringert oder unterbunden. Solche Störungen entstehen beispielsweise als Oberwellen in Schaltnetzteilen und besitzen wie der Nutzstrom gegeneinander gerichtete Polaritäten.Differential mode currents are reduced or eliminated by the impedances of a push-pull choke. Such disturbances arise, for example, as harmonics in switching power supplies and have like the useful current against each other directed polarities.
Zur Erhöhung der Ausgangsleistung ist es in elektrischen Systemen außerdem bekannt, Energiequellen, beispielsweise Wechselrichter, parallel zu schalten. Dies gilt sowohl für zweiphasige als auch für dreiphasige Systeme. Die parallel geschalteten elektrischen Energiequellen haben die gleiche Anzahl von Phasen, außerdem sind die Ausgangsspannungen und ihre Arbeitsfrequenzen gleich. Diese Systeme werden hauptsächlich als zweiphasige oder dreiphasige Systeme eingesetzt. Bei einem dreiphasigen System haben die drei Phasen einen Phasenwinkel von 120°. Die einzelnen Phasenströme sind also um 120° gegeneinander phasenverschoben.To increase the output power, it is also known in electrical systems, parallel to switch energy sources, such as inverters. This applies to both two-phase and three-phase systems. The parallel electrical energy sources have the same number of phases, in addition, the output voltages and their operating frequencies are the same. These systems are mainly used as two-phase or three-phase systems. In a three-phase system, the three phases have a phase angle of 120 °. The individual phase currents are thus phase-shifted by 120 °.
Die heutzutage als Energiequelle vielfach eingesetzten getakteten Wechselrichter erzeugen außer einem Arbeitsstrom, also Gleichstrom oder einen Wechselstrom mit einer vorgegebenen Hauptfrequenz, ein relativ breites Oberwellenspektrum. Es entstehen transiente Gegentaktströme, die in den Phasenleitungen vor dem Ausgangsanschluss zirkulieren. Solche Gegentaktströme verursachen nicht nur erhöhte Verluste, sondern auch Oberschwingungsspannungsverzerrungen.The clocked inverters often used today as an energy source generate a relatively wide harmonic spectrum in addition to a working current, ie direct current or an alternating current with a given main frequency. This results in transient push-pull currents that circulate in the phase lines before the output terminal. Such differential currents cause not only increased losses but also harmonic distortion.
Zur Verringerung der Oberschwingungen werden Netzdrosseln eingesetzt. Bei kleinen und mittleren Leistungen kommen zum Dämpfen der transienten Gegentaktströme an den elektronischen Spannungswandlern oder Frequenzumrichtern Gegentaktdrosseln zum Einsatz. Eine Gegentaktdrossel kommt beispielsweise in dem aus der
Eine mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel geht außerdem aus
Bei einer Gegentaktdrossel sind die beiden Spulen magnetisch so aneinander gekoppelt, dass die resultierende Induktivität für die Gegentaktströme größer ist als die Induktivität für den Arbeitsstrom.In a push-pull choke, the two coils are magnetically coupled together so that the resulting inductance for the push-pull currents is greater than the inductance for the working current.
In
In den Schenkeln
Die Besonderheit einer Gegentaktdrossel besteht darin, dass für die zwei magnetisch verbundenen Wicklungen
Der technische Nachteil der schematisch in
Zur Beseitigung dieser unerwünschten Streufelder
Die Konstruktion einer solchen Gegentakt-Leistungsdrossel ist jedoch relativ aufwendig. So wird beispielsweise eine große Anzahl von Konstruktionsteilen benötigt, was mit einem hohen Materialaufwand und entsprechend hohen Fertigungskosten einhergeht. Außerdem weist eine solche Gegentakt-Leistungsdrossel, verglichen mit herkömmlichen Drosseln, ein höheres Gewicht auf.However, the construction of such a push-pull power choke is relatively expensive. For example, a large number of structural parts is required, which is associated with a high cost of materials and correspondingly high production costs. In addition, such a push-pull power choke, compared to conventional chokes, a higher weight.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung eine mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel anzugeben, die geringere oder keine magnetische Streufelder erzeugt, wobei außerdem der konstruktive Aufwand gesenkt werden soll.Against this background, it is an object of the invention to provide a polyphase push-pull power choke, which generates less or no magnetic stray fields, wherein also the design effort is to be reduced.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel zum Dämpfen von transienten Gegentaktströmen zwischen einer zumindest zweiphasigen Energiequelle und einer elektrischen Last mit einer entsprechenden Anzahl von Phasen, wobei die Energiequelle eine zumindest zweiphasige erste Energiequelle und eine parallel dazu geschaltete zumindest zweiphasige zweite Energiequelle umfasst, und wobei die mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel zumindest zwei Drosseleinheiten umfasst, und einander entsprechende Phasen der ersten Energiequelle und der zweiten Energiequelle jeweils über eine Drosseleinheit gekoppelt sind, wobei die Drosseleinheiten jeweils einen Kern mit einem ersten Schenkel, auf dem eine erste Wicklung angeordnet ist, und einem zweiten Schenkel, auf dem eine zweite Wicklung angeordnet ist, umfassen, wobei die Gegentakt-Leistungsdrossel dadurch fortgebildet ist, dass die Schenkel der Drosseleinheiten in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sind und die Kerne der in unterschiedlichen Phasen angeordneten Drosseleinheiten mit einem mehrphasigen magnetischen Shunt magnetisch gekoppelt sind, wobei der mehrphasige magnetische Shunt außerhalb der gemeinsamen Ebene angeordnet ist.The object is achieved by a polyphase push-pull power choke for damping transient push-pull currents between an at least two-phase energy source and an electrical load having a corresponding number of phases, the energy source comprising an at least two-phase first energy source and a second energy source connected in parallel at least two-phase, and wherein the polyphase push-pull power choke comprises at least two throttle units, and corresponding phases of the first power source and the second power source are each coupled via a throttle unit, the throttle units each having a core with a first leg on which a first winding is disposed, and a second leg, on which a second winding is arranged, comprise, wherein the push-pull power choke is formed by the fact that the legs of the throttle units are arranged in a common plane and the cores of the arranged in different phases throttle units are magnetically coupled with a multi-phase magnetic shunt, wherein the multi-phase magnetic shunt is disposed outside the common plane.
Die Gegentakt-Leistungsdrossel ist flach aufgebaut, sie erstreckt sich also mit anderen Worten in einer Ebene oder Fläche. Sie weist vorteilhaft ein geringeres Gewicht als herkömmliche Systeme auf. Die Zahl der benötigten Konstruktionsteile ist verringert, der Materialaufwand und die Fertigungskosten sind geringer. So beträgt beispielsweise die Ersparnis für das Kernmaterial im Vergleich zu herkömmlichen Systemen mehr als 12 %.The push-pull power choke is flat, so it extends in other words in a plane or area. It advantageously has a lower weight than conventional systems. The number of required construction parts is reduced, the cost of materials and the production costs are lower. For example, the savings for the core material compared to conventional systems is more than 12%.
Die mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel weist ein geringeres magnetisches Streufeld auf. Daher müssen keine oder zumindest deutlich geringere Mindestabstände zu metallischen Bauteilen in der Umgebung der Drossel eingehalten werden. Beispielsweise ist es möglich, die Gegentakt-Leistungsdrossel in einem Schaltschrank zu positionieren, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich dessen Wände oder Boden in unerwünschtem Maße erwärmen. Das geringere magnetische Streufeld wirkt sich auch positiv auf die elektromagnetische Verträglichkeit der Gegentakt-Leistungsdrossel aus.The polyphase push-pull power choke has a lower stray magnetic field. Therefore, no or at least significantly lower minimum distances to metallic components in the vicinity of the throttle must be complied with. For example, it is possible to position the push-pull power choke in a control cabinet, without the risk that heat its walls or floor to an undesirable extent. The lower stray magnetic field also has a positive effect on the electromagnetic compatibility of the push-pull power choke.
Der Arbeitsstrom in einer ersten Wicklung einer Drosseleinheit, welche sich in einer Phase einer ersten Energiequelle befindet, bildet einen magnetischen Fluss. Der Arbeitsstrom in einer zweiten Wicklung einer weiteren Drosseleinheit, die sich in einer gleichnamigen Phase einer zweiten Energiequelle befindet, bildet ebenfalls einen magnetischen Fluss, welcher in die Richtung vom außenliegenden Joch zum mehrphasigen magnetischen Shunt fließt wie der zuerst genannte magnetische Fluss. Der mehrphasige magnetische Shunt, der die Drosseleinheiten in unterschiedlichen Phasen magnetisch untereinander koppelt, sorgt dafür, dass der von dem Arbeitsstrom erzeugte magnetische Fluss nicht in die Luft verdrängt wird. In mehrphasigen Systemen ist die Summe der Arbeitsströme in den unterschiedlichen Phasen gleich Null. Aus diesem Grund ist auch die Summe der von den Arbeitsströmen erzeugten magnetischen Flüsse, die aus den Drosseleinheiten heraus in die Luftspalte verdrängt werden, ebenfalls gleich Null. In dem mehrphasigen magnetischen Shunt heben sich die magnetischen Flüsse gegenseitig auf, so dass es im Ergebnis möglich ist, das entstehende Streufeld der Gegentakt-Leistungsdrossel signifikant zu verringern oder gar vollständig zu eliminieren.The working current in a first winding of a choke unit, which is in a phase of a first energy source, forms a magnetic flux. The working current in a second winding of another choke unit, which is in a like phase of a second energy source, also forms a magnetic flux which flows in the direction from the outer yoke to the multi-phase magnetic shunt as the first-mentioned magnetic flux. The multiphase magnetic shunt, which magnetically couples the throttling units in different phases, ensures that the magnetic flux generated by the working current is not displaced into the air. In multiphase systems, the sum of the working currents in the different phases is equal to zero. For this reason, the sum of the magnetic fluxes generated by the working currents, which are displaced out of the throttle units into the air gaps, is also equal to zero. In the multi-phase magnetic shunt, the magnetic fluxes cancel each other out, so that as a result, it is possible to significantly reduce or even completely eliminate the resulting stray field of the push-pull power choke.
Das System ist außerdem sehr kompakt, wobei die kompakte und kostengünstige Bauweise vorteilhafterweise voll genutzt werden kann, da keine oder nur deutlich verringerte Mindestabstände zu weiteren Bauteilen eingehalten werden müssen.The system is also very compact, the compact and cost-effective design can be advantageously fully utilized because no or only significantly reduced minimum distances to other components must be complied with.
Die Drosseleinheiten der mehrphasigen Gegentakt-Leistungsdrossel sind so eingerichtet, dass die Drosseleinheiten in die entsprechenden Phasen der Energiequellen eingekoppelt werden können. Beispielsweise weisen die Drosseleinheiten zu diesem Zweck entsprechende elektrische Anschlüsse auf. Mit anderen Worten sind also die Drosseleinheiten dazu eingerichtet, dass einander entsprechende Phasen der ersten Energiequelle und der zweiten Energiequelle jeweils über eine Drosseleinheit miteinander koppelbar sind. Die Energiequelle selbst ist kein Bauteil der mehrphasigen Gegentakt-Leistungsdrossel. The throttle units of the multiphase push-pull power choke are arranged so that the throttle units can be coupled into the corresponding phases of the energy sources. For example, the throttle units have corresponding electrical connections for this purpose. In other words, therefore, the throttle units are set up so that mutually corresponding phases of the first energy source and the second energy source can be coupled to each other via a throttle unit. The energy source itself is not a component of the polyphase push-pull power choke.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der magnetische Shunt zweiteilig ist. Der magnetische Shunt umfasst insbesondere einen ersten Shunt-Teil und einen zweiten Shunt-Teil, die einander gegenüberliegend zu beiden Seiten der Ebene angeordnet sind. Beispielsweise sind der erste Shunt-Teil und der zweite Shunt-Teil symmetrisch bezüglich der Ebene zueinander angeordnet.According to an advantageous embodiment, it is provided that the magnetic shunt is in two parts. In particular, the magnetic shunt comprises a first shunt part and a second shunt part, which are arranged opposite to each other on both sides of the plane. For example, the first shunt part and the second shunt part are arranged symmetrically with respect to the plane to each other.
Die symmetrische Anordnung der beiden Shunt-Teile erlaubt eine Kompensation der Streufelder auf beiden Seiten der Ebene, in der die Schenkel der Drosseleinheiten angeordnet sind. Mit anderen Worten kann also eine sehr effiziente Streufeld Kompensation erreicht werden.The symmetrical arrangement of the two shunt parts allows a compensation of stray fields on both sides of the plane in which the legs of the throttle units are arranged. In other words, therefore, a very efficient stray field compensation can be achieved.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel dadurch fortgebildet, dass ein innenliegendes erstes Ende des ersten Schenkels ausschließlich über ein innenliegendes zentrales Joch der Drosseleinheit mit einem innenliegenden ersten Ende des zweiten Schenkels derselben Drosseleinheit gekoppelt ist. Dies gilt vorteilhaft für alle Drosseleinheiten der Gegentakt-Leistungsdrossel. Außerdem ist insbesondere vorgesehen, dass ein außenliegendes zweites Ende des ersten Schenkels einer ersten Drosseleinheit über ein außenliegendes gemeinsames erstes Joch mit einem zweiten Ende des ersten Schenkels einer zweiten Drosseleinheit gekoppelt ist und ein außenliegendes zweites Ende des zweiten Schenkels der ersten Drosseleinheit über ein außenliegendes gemeinsames zweites Joch mit einem zweiten Ende des zweiten Schenkels der zweiten Drosseleinheit gekoppelt ist. Auch dieses Merkmal gilt vorteilhaft wiederum für alle Drosseleinheiten der mehrphasigen Gegentakt-Leistungsdrossel.According to a further advantageous embodiment, the multi-phase push-pull power choke is further developed in that an inner first end of the first leg is coupled to an inner first end of the second leg of the same choke unit exclusively via an inner central yoke of the choke unit. This is advantageous for all throttle units of the push-pull power choke. In addition, it is particularly provided that an outboard second end of the first leg of a first throttle unit is coupled via an outboard common first yoke to a second end of the first leg of a second throttle unit and an outboard second end of the second leg of the first throttle unit via an outboard common second Yoke is coupled to a second end of the second leg of the second throttle unit. This feature is again advantageous for all throttle units of the polyphase push-pull power choke.
Vorzugsweise sind die Schenkel der Kerne geradlinig angeordnet. Auf den Schenkeln sind die Spulen aufgewickelt, sie sind stirnseitig an ihren innenliegenden Enden über jeweils ein zentrales innenliegendes Joch miteinander gekoppelt. Diese Kopplung erfolgt zwischen den Schenkeln innerhalb einer Drosseleinheit. Im Gegensatz dazu sind die gegenüberliegenden zweiten und äußeren Enden der jeweiligen Schenkel über jeweils ein außenliegendes Joch miteinander gekoppelt, welches mehrere Drosseleinheiten untereinander magnetisch koppelt. Auch das zentrale Joch und ebenso das erste und zweite außenliegende gemeinsame Joch sind insbesondere in der gemeinsamen Ebene angeordnet, in der auch die Schenkel der Kerne der einzelnen Drosseleinheiten angeordnet sind.Preferably, the legs of the cores are arranged in a straight line. On the legs, the coils are wound, they are frontally coupled together at their inner ends via a respective central inner yoke. This coupling takes place between the legs within a throttle unit. In contrast, the opposite second and outer ends of the respective legs are coupled to each other via an outer yoke which magnetically couples a plurality of throttle units with each other. Also, the central yoke and also the first and second outer common yoke are arranged in particular in the common plane in which the legs of the cores of the individual throttle units are arranged.
Alle diese genannten Bauteile sollen gemeinsam als Kern aufgefasst werden. Der Kern der mehrphasigen Gegentakt-Leistungsdrossel ist beispielsweise aus Blechteilen paketiert. Dabei ist die Schachtelrichtung der Blechpakete vorteilhaft so gewählt, dass ein minimaler magnetischer Widerstand für den magnetischen Fluss gewährleistet ist und die Leistungsverluste im Kern minimal sind. Wird die Schachtelrichtung der Blechpakete senkrecht zu der gemeinsamen Ebene betrachtet, so ist insbesondere vorgesehen, dass die Schachtelrichtung für die Blechpakete in den einzelnen Schenkeln der Drosseleinheiten senkrecht zu einer Richtung der Paketierung der Blechpakete des innenliegenden zentralen Jochs orientiert ist. Die Richtung der Paketierung ist in diesem Bauteil vorzugsweise parallel zu derjenigen des gemeinsamen ersten und zweiten außenliegenden Jochs.All of these components should be considered together as the core. The core of the polyphase push-pull power choke is packaged, for example, from sheet metal parts. In this case, the carton direction of the laminated cores is advantageously chosen so that a minimum magnetic resistance for the magnetic flux is ensured and the power losses in the core are minimal. If the box direction of the laminated cores is considered perpendicular to the common plane, then it is provided in particular that the box direction for the laminated cores in the individual legs of the throttle units is oriented perpendicular to a direction of packaging the laminated cores of the inner central yoke. The direction of the packaging in this component is preferably parallel to that of the common first and second outer yoke.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das innenliegende zentrale Joch der ersten Drosseleinheit über den magnetischen Shunt mit dem innenliegenden zentralen Joch der zweiten Drosseleinheit magnetisch gekoppelt ist.According to a further embodiment it is provided that the inner central yoke of the first throttle unit is magnetically coupled via the magnetic shunt with the inner central yoke of the second throttle unit.
Wird die Gegentakt-Leistungsdrossel in einer flach liegenden Position betrachtet, so ist ein erster Teil des magnetischen Shunts oberhalb der zentralen Joche angeordnet und ein zweiter Teil des magnetischen Shunts ist unterhalb der zentralen Joche der einzelnen Drosseleinheiten angeordnet.When the push-pull power reactor is viewed in a flat position, a first portion of the magnetic shunt is located above the central yokes, and a second portion of the magnetic shunt is located below the central yokes of the individual choke units.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Gegentakt-Leistungsdrossel dadurch fortgebildet, dass zwischen dem innenliegenden zentralen Joch und dem mehrphasigen magnetischen Shunt ein magnetischer Widerstand vorhanden ist. Bei diesem magnetischen Widerstand handelt es sich insbesondere um einen Luftspalt. Es ist ferner insbesondere vorgesehen, dass ein erster Luftspalt zwischen den zentralen Jochen und dem ersten Shunt-Teil vorhanden ist und ein zweiter Luftspalt zwischen den zentralen Jochen und dem zweiten Shunt-Teil vorhanden ist. Beispielsweise sind der erste und der zweite Luftspalt gleich groß. Vorteilhaft ist es möglich, über die Größe der Luftspalte die Kopplung zwischen den Kernen der Drosseleinheiten und dem mehrphasigen magnetischen Shunt variabel einzustellen.According to a further embodiment, the push-pull power choke is formed by the fact that between the inner central Yoke and the polyphase magnetic shunt a magnetic resistance is present. This magnetic resistance is in particular an air gap. It is further provided in particular that a first air gap between the central yokes and the first shunt part is present and a second air gap between the central yokes and the second shunt part is present. For example, the first and second air gaps are the same size. Advantageously, it is possible to adjust the size of the air gaps, the coupling between the cores of the throttle units and the multi-phase magnetic shunt variable.
Gemäß einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass zwischen dem innenliegenden zentralen Joch und dem mehrphasigen magnetischen Shunt eine Luftspalteinlage vorhanden ist. Bei der Luftspalteinlage handelt es sich beispielsweise um ein Blechpaket.According to one embodiment, it is provided that an air gap insert is present between the inner central yoke and the multi-phase magnetic shunt. The air-gap insert is, for example, a laminated core.
Die Luftspalte zwischen dem mehrphasigen magnetischen Shunt und dem zentralen Joch sind relativ groß. Daher kann es zu nicht vernachlässigbaren Feldstärken in den nahliegenden Windungen kommen. Damit Proximity-Verluste in den Windungen am Rand der Wicklung, welche nahe zum mehrphasigen magnetischen Shunt liegen, reduziert werden können, sind in den Luftspalten Luftspalteinlagen, beispielsweise aus Blechpaketen, vorgesehen.The air gaps between the multiphase magnetic shunt and the central yoke are relatively large. Therefore, it can lead to non-negligible field strengths in the nahliegenden turns. In order that proximity losses in the windings at the edge of the winding, which are close to the polyphase magnetic shunt, can be reduced, air gaps, for example of laminated cores, are provided in the air gaps.
Die mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel ist ferner insbesondere dadurch fortgebildet, dass ein erstes Ende des ersten außenliegenden gemeinsamen Jochs und ein in die gleiche Richtung weisendes erstes Ende des zweiten außenliegenden gemeinsamen Jochs über einen Zusatzschenkel magnetisch aneinander gekoppelt sind.The multi-phase push-pull power choke is further developed, in particular, in that a first end of the first outer common yoke and a pointing in the same direction first end of the second outer common yoke are magnetically coupled to each other via an additional leg.
Der Zusatzschenkel dient dazu, die Streufelder von nicht kompensierten transienten Stromanteilen zu unterdrücken. Wenn die Energiequellen, bei denen es sich beispielsweise um Wechselrichter handelt, nicht symmetrisch gesteuert werden, bilden sich in den Phasenströmen nicht kompensierte Stromanteile. Diese erzeugen in der Drossel parasitäre magnetische Flüsse, die sich in der Luft zwischen den außenliegenden gemeinsamen Jochs schließen. Um diesen unerwünschten Effekt zu vermeiden, wird der Zusatzschenkel vorgesehen. In diesem Zusammenhang ist insbesondere vorgesehen, dass der Zusatzschenkel einen kleineren Querschnitt aufweist als die Schenkel der Drosseleinheiten. Bei einer solchen Ausführungsform wird das Kernmaterial besonders effizient verwendet, Der Aufwand für das Kernmaterial ist also optimiert bzw. reduziert und die Drossel ist kompakter aufgebaut.The auxiliary leg serves to suppress the stray fields of uncompensated transient current components. If the energy sources, which are, for example, inverters, are not controlled symmetrically, uncompensated current components are formed in the phase currents. These generate in the throttle parasitic magnetic fluxes that close in the air between the outer common yokes. To avoid this undesirable effect, the auxiliary leg is provided. In this context, it is provided in particular that the additional leg has a smaller cross section than the legs of the throttle units. In such an embodiment, the core material is used particularly efficiently, the cost of the core material is thus optimized or reduced and the throttle is constructed more compact.
Um die Leistung der mehrphasigen Gegentakt-Leistungsdrossel zu steigern, ohne ihr Baumaß zu vergrößern, werden Kühlkörper eingesetzt. Diese Kühlkörper sind insbesondere für eine Kühlung mithilfe einer Kühlflüssigkeit, beispielsweise Wasser, vorgesehen und ferner insbesondere Teil eines Wasserkühlsystems.In order to increase the performance of the multi-phase push-pull power choke, without increasing their structural size, heat sinks are used. These heatsinks are particularly intended for cooling by means of a cooling liquid, for example water, and also, in particular, part of a water cooling system.
So ist die mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel vorteilhaft dadurch fortgebildet, dass die Drosseleinheiten jeweils zumindest einen Kühlkörper umfassen, der sich auf einer Seite der Ebene zumindest abschnittsweise entlang des ersten und des zweiten Schenkels zwischen dem ersten Schenkel und der ersten Wicklung und außerdem zwischen dem zweiten Schenkel und der zweiten Wicklung erstreckt.Thus, the multiphase push-pull power choke is advantageously developed by the fact that the throttle units each comprise at least one heat sink located on one side of the plane at least in sections along the first and the second leg between the first leg and the first winding and also between the second leg and the second winding extends.
Mit anderen Worten werden also die Kühlkörper zwischen Kern und Wicklung entlang der Schenkel eingebaut. Zwischen den Wicklungen und den Kernen befinden sich gemeinsame Kühlkörper, die sich geradlinig auch über die zentralen Jochteile erstrecken.In other words, therefore, the heat sink between the core and winding along the legs are installed. Between the windings and the cores are common heat sinks that extend in a straight line over the central yoke parts.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Drosseleinheiten jeweils mehrere Kühlkörper umfassen, insbesondere zwei Kühlkörper. Diese beiden Kühlkörper erstrecken sich vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten der Ebene zwischen den Schenkeln und den Wicklungen. Es ist beispielsweise vorgesehen, dass die Kühlkörper bezüglich der Ebene symmetrisch zueinander angeordnet sind.According to a further embodiment, it is provided that the throttle units each comprise a plurality of heat sinks, in particular two heat sinks. These two heatsinks preferably extend on opposite sides of the plane between the legs and the windings. For example, it is provided that the heat sinks are arranged symmetrically with respect to the plane.
Vorteilhaft wird ein Kühlkörper für beide Wicklungen der Drosseleinheit eingesetzt. Ferner verläuft das Kühlmittel in dem Kühlsystem hauptsächlich geradlinig, die Kühlmittelführung weist also wenige Bogenstellen auf. Aus diesem Grund können die Kühlkörper mit einem geringeren Druck als herkömmliche Kühlkörper betrieben werden. Ferner sind gegenüber herkömmlichen Lösungen lediglich halb so viele Kühlkörper notwendig.Advantageously, a heat sink is used for both windings of the throttle unit. Further, the coolant in the cooling system is mainly rectilinear, so the coolant guide has few arc points. For this reason, the heat sinks can be operated at a lower pressure than conventional heat sinks. Furthermore, compared to conventional solutions only half as many heatsinks are necessary.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kühlkörper Kühlwasseranschlüsse aufweisen, die außerhalb einer von den Wicklungen und/oder den Kernen eingenommenen Fläche angeordnet sind. Dies gilt, wenn die Ebene, in der sich die Kerne der Drosseleinheiten erstrecken, senkrecht von oben oder von unten betrachtet wird.According to a further embodiment, it is provided that the heat sinks have cooling water connections, which are arranged outside a surface occupied by the windings and / or the cores. This is true when the plane in which the cores of the throttle units extend is viewed vertically from above or from below.
Aufgrund der verringerten Anzahl der Kühlkörper weist das Kühlsystem auch eine geringere Anzahl von Kühlwasseranschlüssen auf. Dies ist im Hinblick auf Service, Montage und Zuverlässigkeit des Kühlsystems vorteilhaft. Bei gegebenenfalls an den Wasseranschlüssen auftretenden Leckagen sind weder die Kerne noch die Spule gefährdet, da die Wasseranschlüsse vorteilhaft außerhalb der von diesen Bauteilen eingenommenen Fläche angeordnet sind.Due to the reduced number of heatsink, the cooling system also has a smaller number of cooling water connections. This is advantageous in terms of service, installation and reliability of the cooling system. In the case of leaks which may occur at the water connections, neither the cores nor the coil are endangered, since the water connections are advantageously arranged outside the area occupied by these components.
Gemäß Aspekten der Erfindung wird vorteilhaft eine mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel angegeben, die nur minimale magnetische Streufelder erzeugt und außerdem eine sehr kompakte Bauform aufweist. Gleichzeitig ist es möglich, den Kopplungsfaktor flexibel einzustellen. Es werden die mechanischen, elektrischen, magnetischen und thermischen Eigenschaften der mehrphasigen Gegentakt-Leistungsdrossel gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich verbessert. Dies betrifft jede einzelne der genannten Eigenschaften, vor allen Dingen aber auch die Summe dieser Eigenschaften. Die mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel zeichnet sich also gegenüber herkömmlichen Lösungen vor allen Dingen dadurch aus, dass sowohl die mechanischen als auch die elektrischen, magnetischen und thermischen Eigenschaften gleichzeitig verbessert sind.According to aspects of the invention, a multi-phase push-pull power choke is advantageously provided, which generates only minimal magnetic stray fields and also has a very compact design. At the same time, it is possible to set the coupling factor flexibly. The mechanical, electrical, magnetic and thermal properties of the polyphase push-pull power choke are significantly improved over conventional solutions. This applies to every single one of the properties mentioned above, but above all to the sum of these properties. The multiphase push-pull power choke is thus distinguished over conventional solutions above all by the fact that both the mechanical as well as the electrical, magnetic and thermal properties are improved simultaneously.
Es ist bekannt, als erste Energiequelle einen ersten Wechselrichter und als zweite Energiequelle einen zweiten Wechselrichter einzusetzen. Die mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel kann beispielsweise ein Bauteil eines solchen Wechselrichters sein. Vorteilhaft liefert ein solcher Wechselrichter Wechselspannung mit geringerer Oberwelligkeit.It is known to use a first inverter as the first energy source and a second inverter as the second energy source. The polyphase push-pull power choke may for example be a component of such an inverter. Advantageously, such an inverter supplies AC voltage with less harmonic content.
Die erste und die zweite Energiequelle können jeweils drei Phasen haben. Bei dreiphasigen Systemen ist es in vielen Fällen unvermeidbar, dass eine relativ große Bauform akzeptiert werden muss. Die kompakte mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel, welche dementsprechend drei Drosseleinheiten aufweist, welche, wie in den zuvor genannten Ausführungsformen beschrieben, durch den mehrphasigen magnetischen Shunt untereinander gekoppelt sind, hat jedoch vorteilhaft eine besonders kompakte Bauform.The first and second energy sources may each have three phases. In three-phase systems, it is inevitable in many cases that a relatively large design must be accepted. However, the compact multi-phase push-pull power choke, which accordingly has three choke units which, as described in the aforementioned embodiments, are coupled together by the multi-phase magnetic shunt has, however, advantageously a particularly compact design.
Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen.Further features of the invention will become apparent from the description of embodiments according to the invention together with the claims and the accompanying drawings. Embodiments of the invention may satisfy individual features or a combination of several features.
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
-
1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer einphasigen Drossel gemäß dem Stand der Technik, -
2 ein schematisch vereinfachtes Schaltbild eines zweiphasigen Systems mit zwei Wechselrichtern und zwei Drosseleinheiten, -
3 ein schematisch vereinfachtes Schaltbild eines dreiphasigen Systems mit zwei Wechselrichtern und drei Drosseleinheiten, -
4 eine dreiphasige Gegentakt-Leistungsdrossel in einer schematisch vereinfachten Draufsicht aus der in5 mit IV bezeichneten Richtung, -
5 diese dreiphasige Gegentakt-Leistungsdrossel in einer schematisch vereinfachten Seitenansicht aus der in4 mit V bezeichneten Richtung, -
6 dieaus 5 bekannte schematisch vereinfachte Seitenansicht der dreiphasigen Gegentakt-Leistungsdrossel, wobei die Wickelrichtungen der Wicklungen sowie die Richtungen der magnetischen Flüsse eines Arbeitsstroms und eines Gegentaktstroms angedeutet sind, -
7 eine weitere dreiphasige Gegentakt-Leistungsdrossel in einer schematisch vereinfachten Draufsicht, welche einen Zusatzschenkel umfasst, -
8 eine weitere dreiphasige Gegentakt-Leistungsdrossel, welche Kühlkörper umfasst, in einer schematisch vereinfachten Draufsicht aus der in9 mit VIII bezeichneten Richtung, -
9 diese dreiphasige Gegentakt-Leistungsdrossel, die Kühlkörper umfasst, in einer schematisch vereinfachten Seitenansicht aus der in8 mit IX bezeichneten Richtung, -
10 eine zweiphasige Gegentakt-Leistungsdrossel in einer schematisch vereinfachten Draufsicht aus der in11 mit X bezeichneten Richtung, -
11 diese zweiphasige Gegentakt-Leistungsdrossel in einer schematisch vereinfachten Seitenansicht aus der in10 mit XI bezeichneten Richtung.
-
1 a simplified schematic representation of a single-phase reactor according to the prior art, -
2 a schematically simplified circuit diagram of a two-phase system with two inverters and two throttle units, -
3 a schematically simplified circuit diagram of a three-phase system with two inverters and three throttle units, -
4 a three-phase push-pull power choke in a schematically simplified plan view of the in5 with direction IV, -
5 this three-phase push-pull power choke in a simplified schematic side view of the in4 direction indicated by V, -
6 from5 known schematically simplified side view of the three-phase push-pull power choke, wherein the winding directions of the windings and the directions of the magnetic fluxes of a working current and a push-pull current are indicated, -
7 another three-phase push-pull power choke in a schematically simplified plan view, which includes an additional leg, -
8th a further three-phase push-pull power choke, which comprises heatsink, in a schematically simplified plan view of the in9 direction designated VIII, -
9 this three-phase push-pull power choke, which includes heatsink, in a simplified schematic side view of the in8th with IX direction, -
10 a two-phase push-pull power choke in a schematically simplified plan view of the in11 X direction, -
11 this two-phase push-pull power choke in a simplified schematic side view of the in10 with XI direction.
In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.In the drawings, the same or similar elements and / or parts are provided with the same reference numerals, so that apart from a new idea each.
In der Phase A befindet sich eine Drosseleinheit Dr A als eine beispielhafte erste Drosseleinheit. Ihre erste und zweite Wicklung
Bei einer mehrphasigen Gegentakt-Leistungsdrossel zum Dämpfen von transienten Gegentaktströmen, wie sie in den in
Verschiedene Ausführungsbeispiele solcher Gegentakt-Leistungsdrosseln sind in den folgenden Figuren gezeigt.Various embodiments of such push-pull power chokes are shown in the following figures.
Die Gegentakt-Leistungsdrossel
Die dreiphasige Gegentakt-Leistungsdrossel
Die Kerne der Drosseleinheiten
Die Kerne der Drosseleinheiten
Die obigen Ausführungen betreffen die Kopplung zwischen den Schenkeln
Ein außenliegendes zweites Ende des ersten Schenkels
Neben den Schenkeln
Bei den zuvor genannten Bauteilen, nämlich den Schenkeln
Eine magnetische Kopplung zwischen den Kernen der Drosseleinheiten
Zwischen dem innenliegenden zentralen Joch
In den Luftspalten
Für die Arbeitsströme ist die Induktivität der beiden Wicklungen
Die in den
Die Kühlkörper
Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen. Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein. Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere“ oder „vorzugsweise“ gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen.All mentioned features, including the drawings alone to be taken as well as individual features that are disclosed in combination with other features are considered alone and in combination as essential to the invention. Embodiments of the invention may be accomplished by individual features or a combination of several features. In the context of the invention, features which are identified by "particular" or "preferably" are to be understood as optional features.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Kerncore
- 33
- Spaltecolumn
- 44
- Schenkelleg
- 4_1, 4_11, 4_21, 4_314_1, 4_11, 4_21, 4_31
- erster Schenkelfirst leg
- 4_2, 4_12, 4_22, 4_324_2, 4_12, 4_22, 4_32
- zweiter Schenkelsecond leg
- 4_34_3
- dritter Schenkelthird thigh
- 55
- Luftspalteair gaps
- 6_16_1
- oberes Jochupper yoke
- 6_26_2
- unteres Jochlower yoke
- 88th
- Wicklungwinding
- 8_1, 8_11, 8_21, 8_318_1, 8_11, 8_21, 8_31
- erste Wicklungfirst winding
- 8_2, 8_12, 8_22, 8_328_2, 8_12, 8_22, 8_32
- zweite Wicklungsecond winding
- 1010
- Gegentakt-LeistungsdrosselPush-pull power reactor
- 1212
- Drosseleinheitrestrictor
- 12_112_1
- erste Drosseleinheitfirst throttle unit
- 12_212_2
- zweite Drosseleinheitsecond throttle unit
- 12_312_3
- dritte Drosseleinheitthird throttle unit
- 1414
- zentrales Jochcentral yoke
- 14_114_1
- erstes zentrales Jochfirst central yoke
- 14_214_2
- zweites zentrales Jochsecond central yoke
- 14_314_3
- drittes zentrales Jochthird central yoke
- 1616
- Spaltgap
- 1818
- außenliegendes Jochoutboard yoke
- 18_118_1
- erstes außenliegendes Jochfirst outboard yoke
- 18_218_2
- zweites außenliegendes Jochsecond outboard yoke
- 2020
- Energiequelleenergy
- 20a20a
- erste Energiequellefirst source of energy
- 20b20b
- zweite Energiequellesecond energy source
- 2424
- mehrphasiger magnetischer Shuntmultiphase magnetic shunt
- 24_124_1
- erstes Shunt-Teilfirst shunt part
- 24_224_2
- zweites Shunt-Teilsecond shunt part
- 2525
- elektrischer Leiterelectrical conductor
- 2626
- Kühlkörperheatsink
- 26_11, 26_21, 26_3126_11, 26_21, 26_31
- erste Kühlkörperfirst heat sink
- 26_3226_32
- zweiter Kühlkörpersecond heat sink
- 2727
- Zusatzschenkeladditional leg
- 2828
- KühlwasseranschlussCooling water connection
- 3030
- Luftspaltair gap
- 3131
- Luftspalteinlage Air gap liner
- WR1 WR1
- erster Wechselrichterfirst inverter
- WR2WR2
- zweiter Wechselrichtersecond inverter
- d1d1
- erster Abstandfirst distance
- d2d2
- zweiter Abstandsecond distance
- F1, F1*, F2, F2*F1, F1 *, F2, F2 *
- magnetischer Flussmagnetic river
- Ee
- Ebenelevel
- SFSF
- Streufeldstray field
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- EP 2814151 A1 [0005]EP 2814151 A1 [0005]
- DE 202016104544 U1 [0006, 0012]DE 202016104544 U1 [0006, 0012]
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017110059.8A DE102017110059A1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Multi-phase push-pull power choke |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017110059.8A DE102017110059A1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Multi-phase push-pull power choke |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017110059A1 true DE102017110059A1 (en) | 2018-11-15 |
Family
ID=63962588
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017110059.8A Withdrawn DE102017110059A1 (en) | 2017-05-10 | 2017-05-10 | Multi-phase push-pull power choke |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017110059A1 (en) |
Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104078195A (en) * | 2014-06-30 | 2014-10-01 | 深圳市汇川技术股份有限公司 | Three-phase coupling reactor and converter |
-
2017
- 2017-05-10 DE DE102017110059.8A patent/DE102017110059A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104078195A (en) * | 2014-06-30 | 2014-10-01 | 深圳市汇川技术股份有限公司 | Three-phase coupling reactor and converter |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Maschinenübersetzung der Druckschrift 2 * |
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Legal Events
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---|---|---|---|
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