DE19918093A1

DE19918093A1 - Filtermodul

Info

Publication number: DE19918093A1
Application number: DE1999118093
Authority: DE
Inventors: Harald Vetter
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1999-04-21
Filing date: 1999-04-21
Publication date: 2000-11-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Filtermodul, bestehend aus mehreren identischen Phasenbausteinen (6, 7, 8), bei dem jeder Phasenbaustein eine Induktivität (L) und eine Kapazität (C) aufweist, wobei die Phasenbausteine so miteinander verschaltet sind, daß die Kapazitäten eine Dreieckschaltung bilden und die Induktivitäten (L) zwischen Knotenpunkten der Kapazität (C) und Anschlüssen (R, S, T) zu einem Drehstromnetz liegen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Filtermodul bestehend aus mehreren Phasenbausteinen, die jeweils eine Kapazität und eine Induk tivität mit einem Magnetkreis aufweisen und in einer symme trischen Grundschaltung mit drei Anschlüssen zusammengeschal tet sind.

Derzeit werden diskrete Bauelemente, wie Drehstromdrosseln und Drehstromkondensatoren, miteinander zusammengeschaltet, um ein Filter zu ergeben. Ein solches Zusammenschalten dis kreter Bauelemente erfordert einen relativ hohen Verschal tungsaufwand, der nicht zuletzt durch mit entsprechenden Ka belschuhen ausgerüstete Kabel zwischen den einzelnen diskre ten Bauelementen bedingt ist.

Außerdem sind Drehstromdrosseln, die in solchen Filtern ein gesetzt werden, im Vergleich zu Kondensatoren voluminöse, schwere und teuere Bauelemente, was auf die für den Magnet kreis verwendeten Magneteisenbleche sowie die aus Kupfer oder Aluminium bestehenden Spulen zurückzuführen ist. Kostenpro bleme treten speziell bei Niederspannungs-Filtern auf, deren Blindleistung beispielsweise im Bereich zwischen 10 und 100 kVAr liegt.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Filter modul und insbesondere ein Niederspannungs-Filter anzugeben, das einfach aufgebaut ist und sich durch eine optimal wirt schaftliche Schaltungsanordnung auszeichnet.

Diese Aufgabe wird bei einem Filtermodul, bestehend aus meh reren Phasenbausteinen, die jeweils eine Kapazität und eine Induktivität mit einem Magnetkreis aufweisen und in einer symmetrischen Grundschaltung mit drei Anschlüssen zusammenge schaltet sind, erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Grund schaltung aus drei Kapazitäten in einer Dreieckschaltung be steht, jeder Anschluß über jeweils eine Induktivität mit ei nem Knotenpunkt zwischen zwei Kapazitäten verbunden ist und jeweils eine Reihenschaltung aus einer Induktivität mit einer Kapazität einen Phasenbaustein bildet. Es liegt hier also ei ne Stern-Dreieck-Schaltung der Induktivitäten und Kapazitäten vor.

Die Erfindung ermöglicht so einen modular aufgebauten Nieder spannungs-Filterkreis, der sich bei einer Blindleistung im Bereich von beispielsweise zwischen 10 und 100 kVAr durch ei ne optimale Schaltungsanordnung auszeichnet.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die Phasenbausteine identisch aufgebaut sind. Diese identisch aufgebauten Phasenbausteine können über ein vorkonfektionier tes Schaltungselement, wie beispielsweise eine beidseitig ka schierte Leiterplatte, ohne weiteres miteinander verbunden werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Filtermodul liegt in jedem Phasen baustein eine spezielle interne Verschaltung einer Kapazität mit einer Induktivität vor. Drei identisch aufgebaute Phasen bausteine bilden eine "Stern-Dreieck-Schaltung" in einem Dreileitersystem, wobei eine kreuzungsfreie Verbindung der drei Phasenbausteine zu dem Filtermodul durch ein standardi siertes Leiterelement bzw. eine Verschaltungsanordnung mög lich ist.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine Grundschaltung des erfindungsgemäßen Filter moduls in Stern-Dreieck-Schaltung,

Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung zur Veran schaulichung der einzelnen Phasenbausteine, mit denen die Grundschaltung von Fig. 1 aufgebaut werden kann,

Fig. 3 eine Anordnung mit jeweils einem Phasenbaustein aus einer Induktivität und einer Kapazität zur Erzeugung der Schaltungskonfiguration von Fig. 1 bzw. Fig. 2, und

Fig. 4 ein schematisches Schaltbild zur Erläuterung der Zusammenschaltung von drei Phasenbausteinen zu einem Filtermodul ohne Leitungsüberkreuzungen.

Fig. 1 zeigt eine Grundschaltung für einen erfindungsgemäßen Filtermodul mit drei Anschlüssen R, S, T, die mit den jewei ligen Phasen eines Drehstromnetzes verbunden sind. An diesen Anschlüssen R, S, T liegen jeweils Drehstromdrosseln aus Spu len L und Magnetkreisen sowie Kapazitäten C. Die Kapazitäten C bilden dabei eine Dreieckschaltung, in welcher Knotenpunkte zwischen den einzelnen Kapazitäten C über jeweils eine Induk tivität L mit den Anschlüssen R, S bzw. T verbunden sind. Es liegt damit eine sogenannte Stern-Dreieck-Schaltung in einem Dreileitersystem vor.

Für ein 7%-verstimmtes Filter können Werte von L mit etwa 0,76 mH und C mit etwa 308 µF bei einer Netzspannung U_N von etwa 400 V_eff angegeben werden. Eine entsprechende reine Drei eckschaltung erfordert hierfür eine Induktivität von etwa 2,3 mH, während bei einer reinen Sternschaltung eine Kapazi tät von etwa 924 µF erforderlich ist, wenn die Spannung U_N bei etwa 230 V_eff liegt. Das heißt, die Stern-Dreieck-Schal tung zeichnet sich gegenüber einer reinen Sternschaltung bzw. einer reinen Dreieckschaltung durch einen jeweils erheblich verringerten Aufwand und damit reduzierte Kosten aus.

Fig. 2 veranschaulicht nun, wie in der Stern-Dreieck-Schal tung von Fig. 1 die einzelnen Induktivitäten L (mit entspre chenden Magnetkreisen) und Kapazitäten C miteinander in iden tischen Phasenbausteinen gestaltet werden können: Es sind hier drei Schaltungsstränge gezeigt, die von den Anschlüssen R, S und T ausgehen. Jeder dieser Schaltungsstränge weist ei ne Induktivität L und eine Kapazität C auf. Ein Stützpunkt 1' des mit dem Anschluß 1 verbundenen Schaltungsstranges ist mit einem Endpunkt 2 des mit dem Anschluß S verbundenen Schal tungsstranges verbunden. In ähnlicher Weise ist ein Stütz punkt 2' des mit dem Anschluß S verbundenen Schaltungsstran ges mit dem Endpunkt 3 des mit dem Anschluß T verbundenen Schaltungsstranges verbunden. Schließlich ist noch ein Stütz punkt 3' des mit dem Anschluß T verbundenen Schaltungsstran ges mit dem Endpunkt 1 des mit dem Anschluß R verbundenen Schaltungsstranges verbunden. Es liegen also so drei identi sche und unabhängige Schaltungsstränge vor, die jeweils aus einer Reihenschaltung aus einer Induktivität L und einer Ka pazität C bestehen.

Jeder der Schaltungsstränge der Fig. 2 bildet jeweils einen Phasenbaustein. Ein derartiger Phasenbaustein ist in Fig. 3 schematisch gezeigt. In dieser Fig. 3 ist der Anschluß R mit dem Anfang der zugehörigen Induktivität L verbunden, während der Stützpunkt 1' an dem Ende dieser Induktivität L und gleichzeitig an einer Polarität A der Kapazität C liegt. Der Endpunkt 1 ist mit der Polarität B der Kapazität C verbunden. Der Phasenbaustein ist dabei rotationssymmetrisch um ein Kernrohr 9 aufgebaut.

Aus Fig. 3 ist zu ersehen, daß die Phasenbausteine grundsätz lich ohne weiteres identisch aufgebaut sind. Sie stellen so mit jeweils optimal standardisierte Bauelemente dar. Zwischen diesen standardisierten Bauelementen kann ein definierter Achsenabstand ohne weiteres eingehalten werden, welcher bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 3 durch beispielsweise eine kaschierte Leiterplatte 4 festgelegt werden kann.

Fig. 4 zeigt nun hierzu ein Filtermodul 5, bestehend aus drei Phasenbausteinen 6, 7, 8, und die Verschaltung dieser Phasen bausteine. Die Zusammenschaltung der Phasenbausteine kann beispielsweise durch die beidseitig kaschierte Leiterplatte 4, die nach dem aufgezeigten Schaltplan strukturiert sind, erfolgen. Es ist zu sehen, daß die drei identisch aufgebauten Phasenbausteine 6, 7, 8 ohne weiteres kreuzungsfrei miteinan der und mit den Anschlüssen R, S und T des Drehstromnetzes verbunden werden können. Die Stützpunkte 1', 2' und 3' sowie die Endpunkte 1, 2, 3 sind dabei in der in Fig. 2 gezeigten Weise aneinander angeschlossen.

Die Erfindung ermöglicht so ein Filtermodul, das aus iden tisch aufgebauten Phasenbausteinen besteht, eine kreuzungs freie Verschaltung erlaubt und infolge Standardisierung und hoher Materialausnutzung äußerst kostengünstig herzustellen ist. Aufwendige Bauteile, wie insbesondere ein hoher Ver schaltungsaufwand durch mit Kabelspulen ausgerüstete Kabel, unterschiedliche Dimensionierungen von Drehstromdrosseln und Kapazitäten usw. können vermieden werden.

Claims

1. Filtermodul, bestehend aus mehreren Phasenbausteinen (6, 7, 8), die jeweils eine Kapazität (C) und eine Induktivität (L) mit einem Magnetkreis aufweisen und in einer symmetri schen Grundschaltung mit drei Anschlüssen (R, S, T) zusammen geschaltet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

- die Grundschaltung aus drei Kapazitäten (C) in einer Drei eckschaltung besteht,
- jeder Anschluß (R, S, T) über jeweils eine Induktivität (L) mit einem Knotenpunkt zwischen zwei Kapazitäten (C) verbun den ist und
- jeweils eine Reihenschaltung aus einer Induktivität (L) und einer Kapazität (C) einen Phasenbaustein (6, 7, 8) bildet.

2. Filtermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenbausteine (6, 7, 8) identisch aufgebaut sind.

3. Filtermodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenbausteine (6, 7, 8) über ein vorkonfektioniertes Verschaltungselement miteinander verbunden sind.

4. Filtermodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Verschaltungselement eine beidseitig kaschierte Leiter platte (4) ist.