DE202006018439U1

DE202006018439U1 - Vorrichtung zur Verringerung von Erdableitströmen

Info

Publication number: DE202006018439U1
Application number: DE202006018439U
Authority: DE
Original assignee: Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Current assignee: Hanning Elektro Werke GmbH and Co KG
Priority date: 2006-12-04
Filing date: 2006-12-04
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2016-12-05

Abstract

Vorrichtung zur Verringerung von Erdableitströmen in einer Antriebssteuereinrichtung für einen elektrischen Verbraucher, wobei filternde Mittel in der einen Gleichrichter umfassenden Antriebssteuereinrichtung integriert angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine eingangsseitig des Gleichrichters (5) angeordnete stromkompensierte Drossel (8) und ein eingangsseitig des Gleichrichters (5) angeordneter Y-Kondensator (C_Y1) eine Filter-Resonanzfrequenz (f_G) bilden, die kleiner ist als eine Taktfrequenz (f_T) der Antriebssteuereinrichtung (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verringerung von Erdableitströmen in einer Antriebssteuereinrichtung für einen elektrischen Verbraucher, wobei filternde Mittel in der einen Gleichrichter umfassenden Antriebssteuereinrichtung integriert angeordnet sind.
Es sind Antriebssteuereinrichtungen für elektrische Verbraucher, wie beispielsweise elektrische Motoren bekannt. Handelt es sich bei den elektrischen Motoren um Wechsel- oder Drehstrommotoren, kann die Antriebssteuereinrichtung einen Frequenzumrichter umfassen, der einen Gleichrichter aufweist zum Gleichrichten einer in üblicher Weise durch ein elektrisches Versorgungsnetz bereitgestellten ein- oder mehrphasigen Wechselspannung. Die gleichgerichtete Wechselspannung wird einem Zwischenkreis zur Verfügung gestellt, dem sich in Energieübertragungsrichtung, das heißt auf einer dem Gleichrichter abgewandten Seite, ein Wechselrichter anschließt, der für den an geschlossenen Motor eine elektrische Spannung mit der gewünschten Frequenz und Höhe zur Verfügung stellt.
Aus der DE 103 53 192 A1 ist eine Vorrichtung zur Verringerung von Erdableitströmen in einer Antriebssteuereinrichtung für einen elektrischen Verbraucher bekannt, wobei stromkompensierende Mittel in der Antriebssteuereinrichtung integriert angeordnet sind. Die Antriebssteuereinrichtung ist als ein Frequenzumrichter ausgebildet, der zwischen einer Netzeinspeisung und einem elektrischen Motor angeordnet ist und der einen Gleichrichter, einen Zwischenkreis und einen Wechselrichter umfasst. Bei der Verwendung von Frequenzumrichtern als Antriebssteuereinrichtung entstehen relativ hohe Erdableitströme auf einen Schutzleiter. Die bekannte Vorrichtung beschäftigt sich jedoch lediglich mit der Kompensation von niederfrequenten Erdableitströmen. Zwar sind durch einschlägige Normen so genannte EMV-Filter zur Reduzierung der Erdableitströme in einem Frequenzbereich von über 2 kHz vorgeschrieben worden. Nachteilig hieran ist jedoch, dass der hochfrequente Anteil des Erdableitstromes weiterhin vorhanden ist und dass es bei Zuordnung von mehreren elektrischen Verbrauchern an einem FI-Schutzschalter oft zu dessen Auslösung führt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur Verringerung von Erdableitströmen derart weiterzubilden, dass einem FI-Schutzschalter mehrere elektrische Verbraucher zugeordnet werden können, ohne dass es bei dem FI-Schutzschalter zu Fehlauslösungen kommt.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung in Verbindung mit dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1 dadurch gekenn zeichnet, dass eine eingangsseitig des Gleichrichters angeordnete stromkompensierte Drossel und ein eingangsseitig des Gleichrichters angeordneter Y-Kondensator eine Filterzeitkonstante bilden, die kleiner ist als die Taktfrequenz der Antriebssteuereinrichtung.
Die Erfindung sieht vor, dass auf einer Eingangsseite des Gleichrichters der Antriebssteuereinrichtung mindestens eine stromkompensierte Drossel und ein Y-Kondensator derart angeordnet sind, dass sie eine Resonanzfrequenz bilden, die kleiner ist als die durch die Antriebssteuereinrichtung erzeugte Taktfrequenz. Hierdurch kann eine Filterung des hochfrequenten Anteils des Erdableitstromes erfolgen, wobei die Stromhöhe beispielsweise in einem Bereich von 1,5 mA bis 2 mA gehalten werden kann. Vorteilhaft kann somit ein Betrieb von zwei bis drei elektrischen Verbrauchern (Motoren) an einem 5mA-FI-Schutzschalter ermöglicht werden.
Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen alle Y-Kondensatoren der Antriebssteuereinrichtung eine solche niedrige Kapazität auf, dass ein niederfrequenter Anteil des Erdableitstromes unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes bleibt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind auf einer dem elektrischen Netz zugewandten Eingangsseite der Antriebssteuereinrichtung keine Y-Kondensatoren oder nur Y-Kondensatoren mit einer relativ niedrigen Kapazität angeordnet. Vorteilhaft kann hierdurch ein unerwünschter Bypass der nachfolgend angeordneten stromkompensierten Drossel vermieden werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die Antriebssteuereinrichtung derart ausgebildet, dass bei einer Taktfrequenz von 16 kHz die aus der stromkompensierten Drossel und der dem Gleichrichter zugewandten Y-Kondensatoren gebildete Filter-Resonanzfrequenz 15 kHz beträgt. Vorteilhaft kann hierdurch der hochfrequente Anteil des Erdableitstromes auf 1,5 mA bis 2 mA begrenzt werden. Somit können zwei bis drei elektrische Verbraucher einem 5mA-FI-Schutzschalter zugeordnet sein.
Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt:
Figur ein Blockschaltbild einer Antriebssteuereinrichtung für einen elektrischen Motor.
Eine Vorrichtung zur Verringerung von Erdableitströmen ist innerhalb einer Antriebssteuereinrichtung 1 integriert angeordnet. Die Antriebssteuereinrichtung 1 weist einen Frequenzumrichter 2 auf, der zwischen einem elektrischen Netzanschluss 3 und einem als elektrischen Motor ausgebildeten elektrischen Verbraucher 4 angeordnet ist.
Der Frequenzumrichter 2 umfasst einen Gleichrichter 5, einen Zwischenkreis 6 und einen Wechselrichter 7. In dem Gleichrichter 5 wird die ein- oder mehrphasige Netzspannung gleichgerichtet und einem Zwischenkreis 6 zur Verfügung gestellt. In dem nachgelagerten Wechselrichter 7 wird die Spannung des Zwischenkreises 6 auf eine Spannung vorgegebener Höhe und Frequenz umgewandelt und dem Motor 4, beispielsweise einem Asynchronmotor, zur Verfügung gestellt.
Als filternde Mittel weist die erfindungsgemäße Vorrichtung zum einen eine Drossel 8 auf, die zwischen den Eingängen des Gleichrichters 5 und einem Phasenleiter L einerseits und einem Nullleiter N andererseits angeordnet ist. vorzugsweise ist die Drossel 8 als eine stromkompensierte Zweifachdrossel (z.B. Ringkerndrossel) ausgebildet.
Darüber hinaus sind als filternde Mittel Y-Kondensatoren C_Y1 vorgesehen, die sich von Eingangsanschlüssen des Gleichrichters 5 jeweils zu einem Schutzleiter PE erstrecken.
Als weitere filternde Mittel sind eingangsseitig des Gleichrichters 5 zwei X-Kondensatoren C_X1, C_X2 angeordnet. Die X-Kondensatoren C_X1, C_X2 sind in Energieübertragungsrichtung E hinter dem Gleichrichter 5 angeordnet, wobei sich der erste X-Kondensator C_X1 unmittelbar am Netzanschluss 3 und der zweite X-Kondensator C_X2 unmittelbar am Eingang des Gleichrichters 5 erstreckt. Die Anschlüsse der X-Kondensatoren C_X1 und C_X2 werden jeweils durch die Drossel 8 miteinander verbunden.
An den Anschlüssen des ersten X-Kondensators C_X1 können optional jeweils Y-Kondensatoren zu dem Schutzleiter PE führen, die eine relativ geringe Kapazität aufweisen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind keine weiteren Y-Kondensatoren an den Anschlüssen des ersten X-Kondensators C_X1 vorgesehen. Als filternde Mittel sind ferner zweite Y- Kondensatoren C_Y2 vorgesehen, die jeweils von den Anschlüssen des Zwischenkreises 6 zu dem Schutzleiter PE führen.
Die Y-Kondensatoren C_Y1 und C_Y2 weisen jeweils eine solche niedrige Kapazität auf, dass der Erdableitstrom mit seinem niederfrequenten Anteil unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes verbleibt.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Frequenzumrichter 2 derart ausgebildet, dass die vom Netzanschluss 3 zur Verfügung gestellte Netzspannung von 50 Hz mit einer Taktfrequenz f_t von 16 kHz weiterverarbeitet wird. Die stromkompensierte Drossel 8 weist eine Induktivität von L > 24 mH auf; die eingangsseitig des Gleichrichters 5 angeordneten ersten Y-Kondensatoren C_Y1 weisen eine Kapazität von C = 4,7 nF auf; die dem Zwischenkreis 6 zugeordneten zweiten Y-Kondensatoren C_Y2 weisen eine Kapazität in einem Bereich von jeweils C = 1 nF bis 2 nF auf. Aus dem Wert der ersten Y-Kondensatoren C_Y1 und der Drossel 8 ergibt sich eine Filter-Eckfrequenz bzw. eine Filter-Resonanzfrequenz von f_G = 15 kHz. Hierdurch kann der hochfrequenten Anteil des Ableitstromes unterhalb von 1,5 mA bis 2 mA gehalten werden. Somit wird ermöglicht, dass etwa zwei bis drei elektrische Verbraucher 4 mit jeweils einer netzseitig vorgelagerten Antriebssteuereinrichtung 1 einem 5mA-FI-Schutzschalter zugeordnet werden können. Hierdurch kann der Aufwand für die Schutzschaltung wesentlich reduziert werden.

Claims

Vorrichtung zur Verringerung von Erdableitströmen in einer Antriebssteuereinrichtung für einen elektrischen Verbraucher, wobei filternde Mittel in der einen Gleichrichter umfassenden Antriebssteuereinrichtung integriert angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine eingangsseitig des Gleichrichters (5) angeordnete stromkompensierte Drossel (8) und ein eingangsseitig des Gleichrichters (5) angeordneter Y-Kondensator (C_Y1) eine Filter-Resonanzfrequenz (f_G) bilden, die kleiner ist als eine Taktfrequenz (f_T) der Antriebssteuereinrichtung (1).
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass alle Y-Kondensatoren (C_Y1, C_Y2) eine solche niedrige Kapazität aufweisen, dass der Erdableitstrom mit seinem niederfrequenten Anteil unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes bleibt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar an einem Netzanschluss (3) keine Y-Kondensatoren oder nur Y-Kondensatoren mit einer relativ niedrigen Kapazität angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in elektrischer Energieübertragungsrichtung vor und/oder hinter dem Gleichrichter (5) Y-Kondensatoren (C_Y1, C_Y2) angeordnet sind, die sich von einem Phasenleiter (L) oder einem Nullleiter (N) zu einem Schutzleiter (PE) erstrecken.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in Energieübertragungsrichtung hinter dem Gleichrichter (5) X-Kondensatoren (C_X1, C_X2) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebssteuereinrichtung (1) derart ausgebildet ist, dass sie mit einer Taktfrequenz von f_T = 16 kHz arbeitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die filternden Mittel derart ausgebildet sind, dass durch die Drossel (8) und die dem Eingang (9) des Gleichrichters (5) zugeordneten Y-Kondensatoren (C_Y1) vorgegebene Filter-Resonanzfrequenz f_G = 15 kHz beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Verbraucher als Elektromotor, insbesondere als Asynchronmotor ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebssteuereinrichtung (1) einen Zwischenkreis (6) und einen Wechselrichter (7) umfasst.