DE102022132445A1 - Inverter with active EMI DM AC filter, circuit and inverter system - Google Patents

Inverter with active EMI DM AC filter, circuit and inverter system Download PDF

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Jens Kroitzsch
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter (1) mit einer Gleichstromquelle (2), mit einer Mehrphasenwechselrichterbrücke (3), die eine der Anzahl der gewünschten Phasen (4) entsprechende Anzahl an Ausgängen (5) besitzt, wobei an jedem Ausgang (5) ein Ausgangsbauteil (6) enthalten ist, das eine Induktivität besitzt, wobei zumindest ein Zusatzbauteil (7) mit einer Induktivität eingesetzt ist, um magnetisch mit mindestens einem der die Induktivität besitzenden Ausgangsbauteile (6) gekoppelt ist, wobei eine Elektronik vorhanden und vorbereitet ist, um im Betrieb eine Störgrößenunterdrückung zu erreichen.The invention relates to an inverter (1) with a direct current source (2), with a multiphase inverter bridge (3) which has a number of outputs (5) corresponding to the number of desired phases (4), wherein each output (5) contains an output component (6) which has an inductance, wherein at least one additional component (7) with an inductance is used in order to be magnetically coupled to at least one of the output components (6) having the inductance, wherein electronics are present and prepared in order to achieve interference suppression during operation.

Description

Die Erfindung betrifft einen Wechselrichter / Inverter, mit einer Gleichstromquelle, wie einer Batterie, mit einer Mehrphasen/ Multi Level-Wechselrichterbrücke, die eine der Anzahl der gewünschten Phasen (und Level / Spannungslevel) entsprechende Anzahl an Ausgängen besitzt. Je nachdem, wie viele Phasen der Wechselstrom haben soll, können also 1-, 2-, 3-, 4- oder n-Phasen vorhanden sein. An jedem Ausgang ist dabei ein Ausgangsbauteil enthalten, das eine (bestimmte / vorbestimmte) Induktivität besitzt. Ein solches Ausgangsbauteil kann der Leiter selber oder sogar eine gezielt vorbereitete Spule sein.The invention relates to an inverter with a direct current source, such as a battery, with a multi-phase/multi-level inverter bridge, which has a number of outputs corresponding to the number of desired phases (and level/voltage level). Depending on how many phases the alternating current should have, there can be 1, 2, 3, 4 or n phases. Each output contains an output component that has a (specific/predetermined) inductance. Such an output component can be the conductor itself or even a specifically prepared coil.

Ein AC Filter kann aber mit einem CM DC Filter kombiniert werden. In der Praxis kann das notwendig sein.However, an AC filter can be combined with a CM DC filter. In practice, this may be necessary.

Bestehende Wechselrichter haben immer Nachteile in puncto Kosten und Bauraum. Hier hat sich die Erfindung die Aufgabe gesetzt verbessernd einzuwirken. Es ist somit die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik abzuschalten / abzustellen oder wenigstens zu mildern.Existing inverters always have disadvantages in terms of cost and installation space. The invention has set itself the task of improving this. It is therefore the task of the present invention to eliminate or at least mitigate the disadvantages of the prior art.

Dies wird bei einem gattungsgemäßen Wechselrichter erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest ein Zusatzbauteil mit einer Induktivität eingesetzt ist und magnetisch mit mindestens einem die Induktivität besitzenden Ausgangsbauteile gekoppelt ist, wobei (insbesondere) eine Elektronik / eine Schaltung / eine Steuerung vorhanden ist und vorbereitet ist, um im Betrieb eine Störgrößenunterdrückung (an dem die Induktivität besitzendem Ausgangsbauteil) zu erreichen. Die Einkopplung kann auch kapazitiv erzielt werden. Eine Induktivität vor der Kapazität ist aber (meistens) zwingend erforderlich, da aktuell kein Folienmaterial existiert, dass das hohe du/dt ohne eine vorgeschaltete Induktivität überlebt.This is achieved according to the invention in a generic inverter in that at least one additional component with an inductance is used and is magnetically coupled to at least one output component having the inductance, whereby (in particular) electronics/a circuit/a control is present and prepared in order to achieve interference suppression (at the output component having the inductance) during operation. The coupling can also be achieved capacitively. However, an inductance before the capacitance is (usually) essential, since there is currently no film material that can survive the high du/dt without an upstream inductance.

Man könnte auch sagen, dass ein System vorgestellt wird, das eine Spannungsquelle, einen (optional) Zwischenkreiskondensator, eine (Mehrphasen-)Wechselrichterbrücke, wie eine B6-Brücke, und Induktivitäten an einem AC-Anschluss des Wechselrichters besitzt. Durch die Erfindung wird ein vereinfachtes System der Leistungselektronik mit einem aktiven AC-Filter sowie optionalem passivem Filter realisiert.One could also say that a system is presented that has a voltage source, an (optional) intermediate circuit capacitor, a (multiphase) inverter bridge, such as a B6 bridge, and inductors at an AC connection of the inverter. The invention realizes a simplified power electronics system with an active AC filter and an optional passive filter.

Die aktive Filterschaltung besteht aus mehreren Induktivitäten, die magnetisch miteinander gekoppelt sind und mindestens einer zusätzlichen Induktivität, die von einer Zusatzelektronik gesteuert wird, um eine Spannung in die mehreren Induktivitäten zu induzieren. Die Zusatzelektronik ist somit die bereits angesprochene Elektronik bzw. die Schaltung bzw. die Steuerung oder gar eine Regelung.The active filter circuit consists of several inductors that are magnetically coupled to one another and at least one additional inductor that is controlled by additional electronics to induce a voltage in the several inductors. The additional electronics are therefore the electronics already mentioned, or the circuit, or the control, or even a regulation.

Die Verwendung einer zusätzlichen Induktivität ermöglicht die Reduzierung insbesondere des Gleichtaktstroms des Wechselrichters. Die Verwendung von mindestens zwei zusätzlichen Induktivitäten ermöglicht die Reduzierung des Gegentaktstroms des Wechselrichters. Die Verwendung von drei zusätzlichen Induktivitäten ermöglicht die Reduzierung des Gleichtaktstroms und des Gegentaktstroms des Wechselrichters. Die vorgenannten Maßnahmen können miteinander kombiniert und/oder durch passende Filtermaßnahmen, wie Kondensatoren, ergänzt werden.The use of an additional inductance enables the reduction of the common-mode current of the inverter in particular. The use of at least two additional inductances enables the reduction of the differential-mode current of the inverter. The use of three additional inductances enables the reduction of the common-mode current and the differential-mode current of the inverter. The aforementioned measures can be combined with one another and/or supplemented by suitable filter measures, such as capacitors.

Zur Ausgangslage und der nun erreichten Verbesserung ist folgendes zu verstehen: Während in aktuellen Antriebsinvertern schon passive EMV-Filter vorhanden sein können, umfassend (/ bestehend aus) Y-caps, X-caps und einem Magnetmaterial, wie z.B. Ferrit-Kernen oder polykristallinen Ringbandkernen auf der AC- und DC-Seite, die üblicherweise sehr groß sein müssen, kann durch den Einsatz der erfindungsgemäßen aktiven Filterausgestaltung die Größe dieser passiven Filter (fasst XIY caps und Induktivität zusammen) verringert werden. Aufgrund der Hochvoltsicherheit werden die Y-caps bei steigender Systemspannung von 400 V auf 800 V um einen Faktor 4 kleiner. Dadurch entstehen nun nicht nur Probleme bei der Einhaltung gesetzlicher EMV-Vorschriften. Neben der HV-Sicherheit werden die EMV-Anforderungen aufgrund der Verbrauchsanforderungen zunehmend kritischer.The following should be understood regarding the initial situation and the improvement now achieved: While passive EMC filters may already be present in current drive inverters, comprising (/ consisting of) Y-caps, X-caps and a magnetic material, such as ferrite cores or polycrystalline toroidal cores on the AC and DC side, which usually have to be very large, the size of these passive filters (combines XIY caps and inductance) can be reduced by using the active filter design according to the invention. Due to the high-voltage safety, the Y-caps become smaller by a factor of 4 as the system voltage increases from 400 V to 800 V. This not only creates problems with compliance with statutory EMC regulations. In addition to HV safety, the EMC requirements are becoming increasingly critical due to consumption requirements.

Die Reduktion der Schaltverluste im System, die etwa ¼ der Zyklusverluste ausmachen, wird in der Praxis durch wide band-gap-Halbleiter mit hoer slew rate (Flankensteilheit / Schaltgeschwindigkeit) erreicht. Diese hohe slew rate erzeugt hohe Störungen, die wiederum sehr große Filter erfodern. Dieser hohe Bauraumbedarf der Filter wird durch die Anwendung aktiver EMV Maßnahmen reduziert. Ergänzt man den active common filter um einen active differential mode filter, können zusätzlich niederfrequente harmonische im Phasenstrom reduziert werden. Diese DM Ströme erzeugen ca. 1/3 der Zyklusverluste des Systems. Aus diesem Grund werden common mode und differential mode Filter sowie eine Kombination daraus vorgestellt.The reduction of switching losses in the system, which account for about ¼ of the cycle losses, is achieved in practice by wide band-gap semiconductors with a high slew rate (edge steepness / switching speed). This high slew rate generates high interference, which in turn requires very large filters. The high installation space required by the filters is reduced by the use of active EMC measures. If the active common filter is supplemented by an active differential mode filter, low-frequency harmonics in the phase current can also be reduced. These DM currents generate about 1/3 of the cycle losses of the system. For this reason, common mode and differential mode filters as well as a combination of these are presented.

Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.Advantageous embodiments are claimed in the subclaims and are explained in more detail below.

So ist es von Vorteil, wenn die Störgrößenunterdrückung eine Unterdrückung des Gegentaktstroms und/oder des Gleichtaktstroms beinhaltet / ist.It is therefore advantageous if the disturbance suppression includes/is a suppression of the differential mode current and/or the common mode current.

Auch ist es von Vorteil, wenn die Elektronik / die Schaltung / die Steuerung zur gleichsinnigen Störgrößenunterdrückung vorbereitet ist.It is also advantageous if the electronics / circuit / control system is prepared for interference suppression in the same direction.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichterbrücke Schaltelemente aufweist, wie Leistungshalbleiter, insbesondere Transistoren, etwa MOSFET-Transistoren und/oder Thyristoren.An advantageous embodiment is characterized in that the inverter bridge has switching elements such as power semiconductors, in particular transistors, such as MOSFET transistors and/or thyristors.

Um gezielt die magnetische Koppelung hervorrufen zu können, ist es von Vorteil, wenn das Zusatzbauteil eine Hilfsspule ist oder eine solche Hilfsspule umfasst.In order to be able to specifically induce the magnetic coupling, it is advantageous if the additional component is an auxiliary coil or includes such an auxiliary coil.

Hilfreich ist es dabei, wenn die Hilfsspule ein ferromagnetisches Kernmaterial / einen Eisenkern besitzt. Die Wirkung der Hilfsspule ist dann besonders groß.It is helpful if the auxiliary coil has a ferromagnetic core material/an iron core. The effect of the auxiliary coil is then particularly great.

Wenn so viele Hilfsspulen wie Phasen vorhanden sind, kann ein besonders gutes Ergebnis erreicht werden.If there are as many auxiliary coils as phases, a particularly good result can be achieved.

Es hat sich bewährt, wenn jede der Hilfsspulen nur ein Ausgangsbauteil umgibt oder wenigstens eine Hilfsspule mehrere der Ausgangsbauteile umgibt.It has proven to be useful if each of the auxiliary coils surrounds only one output component or at least one auxiliary coil surrounds several of the output components.

Dabei ist es auch von Vorteil, wenn eine Hilfsspule alle Ausgangsbauteile umgibt.It is also advantageous if an auxiliary coil surrounds all output components.

Eine vorteilhafte Ausführungsform ist auch dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsbauteile jeweils mit einem Kondensator verbunden sind und diese Kondensatoren über eine Sternschaltung miteinander verbunden sind.An advantageous embodiment is also characterized in that the output components are each connected to a capacitor and these capacitors are connected to one another via a star connection.

Ein weiterführender Gedanke ist darauf gerichtet, dass die Sternschaltung unter Zwischenschaltung eines Ergänzungskondensators mit einem Zwischenkreiskondensator verbunden ist.A further idea is that the star connection is connected to an intermediate circuit capacitor via an additional capacitor.

Grundsätzlich kann ein Kommutierungskreis eingesetzt werden, der eine B6-Brücke und den Zwischenkreiskondensator besitzt.In principle, a commutation circuit can be used which has a B6 bridge and the intermediate circuit capacitor.

Dieser Kommutierungskreis kann zwischen einem DC-Filter und einem AC-Filter eingesetzt werden.This commutation circuit can be used between a DC filter and an AC filter.

Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with the help of a drawing.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wechselrichters,
  • 2 bis 4 die physische Ausgestaltung eines Teils des Wechselrichters aus 1,
  • 5 eine weitere Ausführungsform in Darstellung einer schematischen Schaltung eines erfindungsgemäßen Wechselrichters,
  • 6 bis 8 eine physische Ausgestaltung eines Teils des Wechselrichters aus 5,
  • 9 eine schematische Darstellung einer Schaltung einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wechselrichters realisierend eine Kombination aus einem CM- und DM-Filter (CM=Gleichtakt; DM=Differential Mode= Gegentakt),
  • 11 bis 13 die physikalische Ausgestaltung eines Teils des Wechselrichters gemäß der Ausführungsform nach 9 und/oder 10,
  • 14 eine schematische Schaltung eines weiteren erfindungsgemäßen Wechselrichters, der passive und aktive Kombinationen realisiert, und
  • 15 eine weitere Ausführungsform mit ergänzender CM-Dämpfung durch den Einsatz eines Ergänzungskondensators.
Show it:
  • 1 a schematic representation of a first embodiment of an inverter according to the invention,
  • 2 to 4 the physical design of a part of the inverter 1 ,
  • 5 a further embodiment in representation of a schematic circuit of an inverter according to the invention,
  • 6 to 8 a physical design of a part of the inverter 5 ,
  • 9 a schematic representation of a circuit of a further embodiment of an inverter according to the invention realizing a combination of a CM and DM filter (CM=common mode; DM=differential mode),
  • 11 to 13 the physical design of a part of the inverter according to the embodiment according to 9 and or 10 ,
  • 14 a schematic circuit of another inverter according to the invention, which realizes passive and active combinations, and
  • 15 another embodiment with additional CM attenuation through the use of a supplementary capacitor.

Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen nur dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Merkmale sind mit denselben Bezugszeichen versehen. Merkmale der einzelnen Ausführungsformen können untereinander ausgetauscht werden oder sich ergänzen.The figures are merely schematic in nature and serve only to understand the invention. The same features are provided with the same reference numerals. Features of the individual embodiments can be interchanged or complement each other.

In 1 ist mittels einer schematischen Schaltdarstellung eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Wechselrichters 1 dargestellt. Es ist eine Gleichstromquelle 2 vorhanden. Ferner gibt es eine (Mehrphasen-)Wechselrichterbrücke 3.In 1 A first embodiment of an inverter 1 according to the invention is shown by means of a schematic circuit diagram. A direct current source 2 is present. There is also a (multiphase) inverter bridge 3.

In der dargestellten Ausführungsform gibt es drei Phasen 4. Die Phasen 4 legen somit drei Ausgänge 5 fest. Dabei ist an jedem Ausgang 5 ein Ausgangsbauteil 6 vorhanden. Jedes Ausgangsbauteil 6 besitzt selber eine eigene Induktivität. Im Zentrum der Erfindung steht ein Zusatzbauteil 7, das selber auch eine eigene Induktivität besitzt. Es ist magnetisch mit mindestens einem der Ausgangsbauteile 6 gekoppelt. Dazu wird eine Elektronik / eine Schaltung / eine Steuerung eingesetzt, die vorbereitet ist, um im Betrieb eine Störgrößenunterdrückung zu erreichen.In the embodiment shown, there are three phases 4. The phases 4 thus define three outputs 5. An output component 6 is present at each output 5. Each output component 6 has its own inductance. At the heart of the invention is an additional component 7, which also has its own inductance. It is magnetically coupled to at least one of the output components 6. For this purpose, electronics/a circuit/a control system is used that is prepared to achieve interference suppression during operation.

In der vorliegenden Ausführungsform ist auch ein Zwischenkreiskondensator 8 eingesetzt, der jedoch optional ist.In the present embodiment, an intermediate circuit capacitor 8 is also used, but this is optional.

Die Wechselrichterbrücke 3 ist eine B6-Brücke. Sie besitzt sechs Transistoren 9 (gekennzeichnet durch T1, T2, T3, T4, T5 und T6). Dass jedes Ausgangsbauteil 6 eine eigene Induktivität besitzt, ist mit den Markierungen L1, L2 und L3 dargestellt. Das Zusatzbauteil 7 besitzt ebenfalls eine eigene Induktivität, die mit L4 gekennzeichnet ist.The inverter bridge 3 is a B6 bridge. It has six transistors 9 (marked T1, T2, T3, T4, T5 and T6). The fact that each output component 6 has its own inductance, is marked L1, L2 and L3. The additional component 7 also has its own inductance, which is marked L4.

Das dargestellte System besteht aus einer Spannungsquelle / Gleichstromquelle 2, der B6-Brücke und der Induktivität am AC-Anschluss des Inverters. Es bildet ein vereinfachtes System einer Leistungselektronik mit einem aktiven AC-Filter ab.The system shown consists of a voltage source / DC source 2, the B6 bridge and the inductance at the AC connection of the inverter. It represents a simplified system of power electronics with an active AC filter.

Im grundsätzlichen Erfindungsfall besteht der AC-Filter aus den Induktivitäten L1 bis L4. Die Induktivitäten sind dabei magnetisch gekoppelt. Die Induktivität L4 wird durch eine zusätzliche Elektronik angesteuert und induziert eine Spannung in L1 bis L3. Diese induzierte Spannung reduziert den CM-Strom (Gleichtaktstrom) des Inverters. Im einfachsten Fall wird diese Anordnung durch einen ovalen oder rechteckigen Kern ähnlich einem CN-choke realisiert. Der Unterschied besteht in einer Hilfswicklung L4, die auf diesem CN-choke aufgewickelt ist. Dieser Kern kann dabei aus verschiedenen magnetischen Materialien, aber auch aus Kunststoffen bestehen. Im minimalsten Fall ist diese Hilfswicklung eine Luftspule. Diese Lösung ist auch auf der DC-Seite anwendbar.In the basic case of the invention, the AC filter consists of the inductors L1 to L4. The inductors are magnetically coupled. The inductor L4 is controlled by additional electronics and induces a voltage in L1 to L3. This induced voltage reduces the CM current (common mode current) of the inverter. In the simplest case, this arrangement is implemented using an oval or rectangular core similar to a CN choke. The difference is an auxiliary winding L4 that is wound on this CN choke. This core can be made of various magnetic materials, but also of plastics. In the minimal case, this auxiliary winding is an air coil. This solution can also be used on the DC side.

Wie eine physikalische Umsetzung erfolgen kann, ist in den 2 bis 4 dargestellt. Dort wird ein aktiver CN-Filter auf der AC-Seite geschaffen. Insbesondere wird eine Hilfsspule 10 auf einem Eisenkern 11 als Zusatzbauteil 7 eingesetzt.How a physical implementation can be achieved is described in the 2 to 4 . There, an active CN filter is created on the AC side. In particular, an auxiliary coil 10 on an iron core 11 is used as an additional component 7.

In der 5 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, die einen aktiven DM-Filter auf der AC-Seite mit zwei und drei Spulen einsetzt. Im Unterschied zum CM-Filter der bereits vorgestellten Ausführungsform, sind die Phasen 4 nicht miteinander gekoppelt. Jede Phase 4 (L1 bis L3) erhält eine separate Hilfswicklung L4 bis L6 (L5). Hierdurch kann die induzierte Spannung in jeder Phase 4 einzeln gesteuert oder geregelt werden. Zum Eliminieren des DM-Stroms reichen zwei Induktivitäten aus. Die dritte Induktivität kann mit ihrer Hilfswicklung entfallen.In the 5 Another embodiment is shown, which uses an active DM filter on the AC side with two and three coils. In contrast to the CM filter of the embodiment already presented, the phases 4 are not coupled to one another. Each phase 4 (L1 to L3) has a separate auxiliary winding L4 to L6 (L5). This allows the induced voltage in each phase 4 to be controlled or regulated individually. Two inductors are sufficient to eliminate the DM current. The third inductor and its auxiliary winding can be omitted.

Im Falle des DM-Filters soll bevorzugt eine Luftspule verwendet werden, da magnetische Materialien aufgrund von Sättigungseffekten zu sehr großen Spulen führen können.In the case of the DM filter, an air coil should preferably be used, since magnetic materials can lead to very large coils due to saturation effects.

Wie dieser aktive DM-Filter auf der AC-Seite mit zwei und drei Spulen / Zusatzbauteilen 7, geschaffen werden kann, zeigen die physikalischen Ausgestaltungen der 6 bis 8. Dort sind drei Zusatzbauteile 7, jeweils aufweisend eine Hilfsspule 10, auf einem Eisenkern 11 eingesetzt.How this active DM filter can be created on the AC side with two and three coils / additional components 7, is shown by the physical designs of the 6 to 8 There, three additional components 7, each having an auxiliary coil 10, are inserted on an iron core 11.

Eine Kombination aus einem CM- und einem DM-Filter ist in der 9 dargestellt. Dabei werden alle drei Induktivitäten verwendet, wobei dann neben dem DM auch der CM eliminiert werden kann.A combination of a CM and a DM filter is in the 9 All three inductances are used, whereby the CM can be eliminated in addition to the DM.

In der 10 ist eine Kombination aus einem CM- und einem DM-Filter bzw. zwei DM-Spulen und eine CM-Spule dargestellt. Eine Kombination aus aktiver- und DM-Dämpfung, kann auch aus zwei DM-Spulen und einer CM-Wicklung bestehen. Die Induktivität L1 und L2 mit ihrer Hilfswicklung L4 und L6 dämpfen den DM. Die Induktivitäten L7 bis L9 mit ihrer Hilfswicklung L5 eliminieren analog zur Lösung 1 den CM.In the 10 A combination of a CM and a DM filter or two DM coils and a CM coil is shown. A combination of active and DM attenuation can also consist of two DM coils and a CM winding. The inductances L1 and L2 with their auxiliary windings L4 and L6 attenuate the DM. The inductances L7 to L9 with their auxiliary winding L5 eliminate the CM analogously to solution 1.

Die physikalische Umsetzung dazu ist in den 11 bis 13 gezeigt.The physical implementation of this is in the 11 to 13 shown.

Mit Bezugnahme zu 14 soll auf die Bedeutung der passiven und aktiven Kombination der Maßnahmen hingewiesen werden. Beliebige Varianten aus den vorgestellten Lösungen können durch passive Filtermaßnahmen ergänzt werden. Reduziert die aktive Filterschaltung das du/dt in einem Maße, dass kapazitive Lösungen möglich sind, sind kapazitive Lösungen aus Kostengründen Ferritkernen zu bevorzugen. Eine mögliche Lösung besteht in der Anwendung von zusätzlichen X-Kondensatoren hinter dem aktiven Filter. Dabei können die Kondensatoren die Ausgangsphasen direkt miteinander verbinden oder - wie im Beispiel gezeigt - zu einem Sternpunkt verschaltet sein. Der Sternpunkt kann dabei mit und ohne Verbindung zur Gehäusemasse realisiert sein. Eine weitere bevorzugte Lösung wäre die Verbindung des Sternpunktes mit zusätzlichem Y-caps ohne direkte Masseverbindung an das Gehäuse an den Zwischenkreiskondensator 8. Ein solcher Ergänzungskondensator 12, der die Kondensatoren 13 ergänzt, ist in der 15 visualisiert. Der Einsatz von zusätzlichem C4 ist =Y-caps ohne direkte Masseverbindung an das Gehäuses an den Zwischenkreiskondensator 8 ist denkbar. Alternativ oder ergänzend zur aktiven CM-Dämpfung mit Hilfswicklung, kann der Sternpunkt mit einer zusätzlichen Elektronik ebenfalls zur CM-Dämpfung verwendet werden. Dabei wird die Spannung am Sternpunkt und mit einer Hilfsphase zu null geregelt.With reference to 14 The importance of the passive and active combination of measures should be pointed out. Any variant of the solutions presented can be supplemented by passive filter measures. If the active filter circuit reduces the du/dt to such an extent that capacitive solutions are possible, capacitive solutions are to be preferred to ferrite cores for cost reasons. One possible solution is to use additional X-capacitors behind the active filter. The capacitors can connect the output phases directly to one another or - as shown in the example - be connected to a star point. The star point can be implemented with or without a connection to the housing ground. Another preferred solution would be to connect the star point with additional Y-caps without a direct ground connection to the housing to the intermediate circuit capacitor 8. Such a supplementary capacitor 12, which supplements the capacitors 13, is shown in the 15 visualized. The use of additional C4 is =Y-caps without a direct ground connection to the housing to the intermediate circuit capacitor 8 is conceivable. Alternatively or in addition to the active CM damping with auxiliary winding, the star point can also be used for CM damping with additional electronics. The voltage at the star point and with an auxiliary phase is regulated to zero.

Die beschriebenen aktiven EMV-Maßnahmen zielen entsprechend dem Stand der Technik auf den Bereich der conducted emissions 150kHz - 108MHz nach cispr25 ab.The active EMC measures described are aimed at the range of conducted emissions 150kHz - 108MHz according to CISPR25 in accordance with the state of the art.

Ergänzend zu dieser Definition wird dieser Frequenzbereich um den Niederfrequenten ab 0 Hz erweitert. Ziel dieser Ergänzung ist das Eliminieren der Harmonischen der PWM Frequenz. Diese Harmonischen erzeugen im CM die Wellenspannung. Diese Wellenspannung kann Schaäden an Lager, Getriebe und Maschinenisolation verursachen.In addition to this definition, this frequency range is expanded to include low frequencies starting at 0 Hz. The aim of this addition is to eliminate the harmonics of the PWM frequency. These harmonics generate the shaft voltage in the CM. This shaft voltage can cause damage to bearings, gears and machine insulation.

Im DM erzeugen diese Harmonischen zusätzliche Verluste in der Maschine, die bis zu 1/3 im Zyklus ausmachen und mit dieser Lösung effektiv gedämpft werden können. Passive Lösungen würden in diesem niedrigen Frequenzbereich zu sehr großen und unwirtschaftlichen passiven Komponenten führen.In the DM, these harmonics generate additional losses in the machine, which account for up to 1/3 of the cycle and can be effectively dampened with this solution. Passive solutions would result in very large and uneconomical passive components in this low frequency range.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
Wechselrichter / InverterInverter
22
GleichstromquelleDC source
33
Wechselrichterbrücke / MehrphasenwechselrichterbrückeInverter bridge / multiphase inverter bridge
44
Phasephase
55
AusgangExit
66
AusgangsbauteilOutput component
77
ZusatzbauteilAdditional component
88th
ZwischenkreiskondensatorDC link capacitor
99
Transistortransistor
1010
HilfsspuleAuxiliary coil
1111
Eisenkern / FerritkernIron core / ferrite core
1212
ErgänzungskondensatorSupplementary capacitor
1313
Kondensatorcapacitor

Claims (10)

Wechselrichter (1) mit einer Gleichstromquelle (2), mit einer Mehrphasenwechselrichterbrücke (3), die eine der Anzahl der gewünschten Phasen (4) entsprechende Anzahl an Ausgängen (5) besitzt, wobei an jedem Ausgang (5) ein Ausgangsbauteil (6) enthalten ist, das eine Induktivität besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zusatzbauteil (7) mit einer Induktivität eingesetzt ist und magnetisch mit mindestens einem der die Induktivität besitzenden Ausgangsbauteile (6) gekoppelt ist, wobei eine Elektronik vorhanden und vorbereitet ist, um im Betrieb eine Störgrößenunterdrückung zu erreichen.Inverter (1) with a direct current source (2), with a multi-phase inverter bridge (3) which has a number of outputs (5) corresponding to the number of desired phases (4), wherein each output (5) contains an output component (6) which has an inductance, characterized in that at least one additional component (7) with an inductance is inserted and is magnetically coupled to at least one of the output components (6) having the inductance, wherein electronics are present and prepared in order to achieve interference suppression during operation. Wechselrichter (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Störgrößenunterdrückung eine Unterdrückung des Gegentaktstroms und/oder des Gleichtaktstroms beinhaltet.Inverter (1) to Claim 1 , characterized in that the disturbance suppression includes a suppression of the differential mode current and/or the common mode current. Wechselrichter (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronik zugleich zur Störgrößenunterdrückung vorbereitet ist.Inverter (1) to Claim 1 or 2 , characterized in that the electronics are also prepared for interference suppression. Wechselrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselrichterbrücke (3) Schaltelemente aufweist, wie Leistungshalbleiter.Inverter (1) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the inverter bridge (3) has switching elements, such as power semiconductors. Wechselrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzbauteil (7) eine Hilfsspule (10) ist.Inverter (1) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the additional component (7) is an auxiliary coil (10). Wechselrichter (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Hilfsspule (10) ein ferromagnetisches Kernmaterial (11) besitzt.Inverter (1) to Claim 5 , characterized in that the auxiliary coil (10) has a ferromagnetic core material (11). Wechselrichter (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass so viele Hilfsspulen (10) wie Phasen (4) vorhanden sind.Inverter (1) to Claim 5 or 6 , characterized in that there are as many auxiliary coils (10) as phases (4). Wechselrichter (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Hilfsspulen (10) nur ein Ausgangsbauteil (6) umgibt oder wenigstens eine Hilfsspule (10) mehrere der Ausgangsbauteile (6) umgibt.Inverter (1) to Claim 7 , characterized in that each of the auxiliary coils (10) surrounds only one output component (6) or at least one auxiliary coil (10) surrounds several of the output components (6). Wechselrichter (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hilfsspule (10) alle Ausgangsbauteile (6) umgibt.Inverter (1) to Claim 8 , characterized in that an auxiliary coil (10) surrounds all output components (6). Wechselrichter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgangsbauteile (6) jeweils mit einem Kondensator (13) verbunden sind und diese Kondensatoren (13) über eine Sternschaltung miteinander verbunden sind.Inverter (1) according to one of the Claims 1 until 9 , characterized in that the output components (6) are each connected to a capacitor (13) and these capacitors (13) are connected to one another via a star connection.
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