DE4123005A1 - Aktive filtervorrichtung zur unterdrueckung von oberwellen in einem system, das eine kapazitive last aufweist - Google Patents

Aktive filtervorrichtung zur unterdrueckung von oberwellen in einem system, das eine kapazitive last aufweist

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Description

Die Erfindung betrifft eine aktive Filtervorrichtung zur Unterdrückung von Oberwellenstromkomponenten eines Stromversorgungssystems, bei der eine zu kompensierende Last mit einer Oberwellenkomponentenquelle und eine kapazitive Last an eine Stromversorgung angeschlossen sind.
Fig. 1 ist ein Schaltbild, das den Aufbau einer erfindungsgemäßen aktiven Filtervorrichtung angibt, die beispielsweise in Mitsubishi Denki Giho (technisches Journal der Mitsubishi Electric Corporation) Bd. 62, Nr. 6, 1988, Seiten 15 bis 20, angegeben wird. Mit einer Stromversorgung (1) ist eine zu kompensierende Last (2) verbunden, die aus einer Oberwellenkomponentenquelle (3), wie beispielsweise einem Steuerumrichter und einer kapazitiven Last (4), wie einem Kondensator, besteht. Ein Stromwandler (5) erfaßt den Laststrom (I1), der durch die zu kompensierende Last (2) fließt. Abhängig vom Erfassungsausgangssignal des Stromwandlers (5) gibt ein aktiver Filter (6) einen Kompensationsstrom (Ic) entsprechend den Oberwellen-Stromkomponenten des Laststromes (I1) ab. Somit werden die Oberwellenstromkomponenten, die im Versorgungsstrom (Is) enthalten sind, mittels des vom aktiven Filter (6) zugeführten Kompensationsstrom (Ic) unterdrückt.
Die vorstehend aufgeführte, bekannte aktive Filtervorrichtung hat folgenden Nachteil.
Besteht die zu kompensierende Last (2) lediglich aus einer Oberwellenkomponentenquelle (3), die eine hohe Impedanz hat, fließt der vom aktiven Filter (6) abgegebene Kompensationsstrom (Ic) zur Seite der Stromversorgung (1) mit niedriger Impedanz und die Oberwellenstromkomponenten in der Stromversorgung (1) können somit unterdrückt werden. Umfaßt jedoch die zu kompensierende Last (2) gemäß Fig. 3 eine kapazitive Last, so wird bei bestimmten Oberwellen die Impedanz der kapazitiven Last (4) kleiner als jene der Stromversorgung (1), und ein Teil des Kompensationsstromes (Ic) fließt zur Seite der zu kompensierenden Last (2). Somit steigen bestimmte, vom Stromwandler (5) erfaßte Oberwellenstromkomponenten an. Infolgedessen erfahren der Stromwandler (5) und das aktive Filter (6) eine positive Rückkopplung und der Betrieb wird instabil. Schlimmer noch, die Oberwellenstromkomponenten des Versorgungsstromes (Is) können sogar ansteigen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine aktive Filtervorrichtung für ein System zu schaffen, die eine kapazitive Last enthält und durch welche ein stabiles Steuerverhalten erzielt wird und keine Gefahr einer Erhöhung der Oberwellenstromkomponenten des Versorgungsstromes besteht.
Die vorstehende Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß durch eine aktive Filtervorrichtung gelöst, die gekennzeichnet ist durch:
eine Stromversorgung;
eine zu kompensierende Last, die über eine Leitung mit der Stromversorgung verbunden ist und eine Oberwellenkomponentenquelle und eine kapazitive Last umfaßt;
eine Laststromdetektoranordnung zur Erfassung eines durch die zu kompensierende Last fließenden Gesamtlaststromes;
eine Detektoranordnung für den kapazitiven Laststrom zur Erfassung eines durch die kapazitive Last fließenden kapazitiven Laststromes;
einen Rechner, der mit der Laststromdetektoranordnung und der Detektoranordnung für den kapazitiven Laststrom verbunden ist, um einen Differenzstrom aus dem Gesamtlaststrom und den kapazitiven Laststrom zu berechnen; und
eine aktive Filteranordnung, die mit dem Rechner verbunden ist, um der Leitung einen Kompensationsstrom zuzuführen, der den Oberwellenstromkomponenten des Differenzstromes entspricht, so daß die von der Oberwellenkomponentenquelle erzeugten Oberwellenstromkomponenten daran gehindert werden, durch die Stromversorgung zu fließen.
Die Merkmale, die als kennzeichnend für die Erfindung angesehen werden, sind insbesondere in den anliegenden Ansprüchen aufgeführt. Der Aufbau und die Betriebsweise der Erfindung ergibt sich jedoch am besten aus der anschließenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den anliegenden Zeichnungen; es zeigen
Fig. 1 ein Schaltbild des Aufbaus einer erfindungsgemäßen aktiven Filtervorrichtung;
Fig. 2 ein Schaltbild des Aufbaus einer weiteren erfindungsgemäßen Filtervorrichtung; und
Fig. 3 ein Schaltbild des Aufbaus einer bekannten aktiven Filtervorrichtung.
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche oder entsprechende Teile oder Abschnitte.
Unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen werden nunmehr bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 ist ein Schaltbild des Aufbaus einer erfindungsgemäßen aktiven Filtervorrichtung. In Fig. 1 bezeichnen die Bezugszeichen 1 bis 6 Bauelemente, die mit jenen der Fig. 3 identisch sind. Dabei ist an eine Stromversorgung (1) eine zu kompensierende Last (2) angeschlossen, die eine Oberwellenkomponentenquelle (3), wie beispielsweise einen Steuerumrichter, enthält, sowie eine kapazitive Last (4), wie beispielsweise einen Kondensator. Ein Stromwandler (5) erfaßt den Laststrom (I1), der in die zu kompensierende Last (2) fließt. Ferner erfaßt ein weiterer Stromwandler (7) den kapazitiven Laststrom (If), der in die kapazitive Last (4) fließt. Ein Subtrahierglied (8) subtrahiert den Ausgangswert des Stromwandlers (7) vom Ausgangswert des Stromwandlers (5), und der vom Subtrahierglied (8) abgegebene Differenzstrom (I*) wird dem aktiven Filter (6) zugeführt. Der Differenzstrom (I+) ergibt sich somit zu,
I* = I1 - If.
Entsprechend dem Differenzstrom (I*) liefert das aktive Filter (6) den Kompensationsstrom (Ic) an die Leitung, die die zu kompensierende Last (2) mit der Stromversorgung (1) verbindet. Das Steuerziel des Kompensationsstromes sind die oberen Stromkomponenten des Differenzstromes (I*), die den Oberwellenstromkomponenten entsprechen, die von der Oberwellenkomponentenquelle (3) erzeugt werden. Somit kompensiert der vom aktiven Filter (6) abgegebene Kompensationsstrom (Ic) wirksam die von der Oberwellenkomponentenquelle (3) erzeugten Oberwellenstromkomponenten. Die Oberwellenstromkomponenten, die im kapazitiven Laststrom (If) enthalten sind, der durch die kapazitive Last (4) fließt, sind von dem Steuervorgang ausgenommen.
Somit ist das System frei von der Erscheinung einer positiven Rückkopplung und zeigt ein stabiles und zuverlässiges Steuerverhalten. Da die Oberwellenstromkomponenten aus der Oberwellenkomponentenquelle (3) durch den Kompensationsstrom (Ic) aus dem aktiven Filter (6) kompensiert werden, können die Oberwellenstromkomponenten des Versorgungsstromes (Is) wirksam unterdrückt werden.
Fig. 2 ist ein Schaltbild, das den Aufbau einer weiteren erfindungsgemäßen Filteranordnung angibt. Bei der aktiven Filteranordnung nach Fig. 2 werden ein Stromwandler (9) zur Erfassung des Versorgungsstromes (Is) und ein Stromwandler (10) zur Erfassung des Kompensationsstromes (Ic) anstelle eines einzigen Stromwandlers (5) der Fig. 1 zur Erfassung des Laststromes (I1) verwendet. Die Ausgangssignale der Stromwandler (9, 10) werden einem Addierglied (11) zugeführt. Das Ausgangssignal des Addiergliedes (11), das dem Laststrom (I1) entspricht, wird der Addierklemme (positive Klemme) des Subtrahiergliedes (8) zugeführt. Die Subtrahierklemme (negative Klemme) des Subtrahiergliedes (8) wird mit dem Ausgangssignal des Stromwandlers (7) beschickt. Somit stellt der vom Subtrahierglied (8) abgegebene Differenzstrom (I*) den Unterschied zwischen dem Laststrom (I1) und dem kapazitiven Laststrom (If) dar. Die Betriebsweise der aktiven Filtervorrichtung nach Fig. 2 ist im übrigen ähnlich bei der Fig. 1.

Claims (5)

1. Aktive Filtervorrichtung zur Unterdrückung von Oberwellenstromkomponenten, die durch ein Stromversorgungssystem fließen, gekennzeichnet durch:
eine Stromversorgung (1);
eine zu kompensierende Last (2), die über eine Leitung mit der Stromversorgung verbunden ist und eine Oberwellenkomponentenquelle (3) und eine kapazitive Last (4) umfaßt;
eine Laststromdetektoranordnung (5) zur Erfassung eines durch die zu kompensierende Last (2) fließenden Gesamtlaststromes (I1);
eine Detektoranordnung (7) für den kapazitiven Laststrom zur Erfassung eines durch die kapazitive Last (4) fließenden kapazitiven Laststromes (If) ;
einen Rechner (8), der mit der Laststromdetektoranordnung (5) und der Detektoranordnung (7) für den kapazitiven Laststrom verbunden ist, um einen Differenzstrom aus dem Gesamtlaststrom (I1) und dem kapazitiven Laststrom (If) zu berechnen; und
eine aktive Filteranordnung (6), die mit dem Rechner (8) verbunden ist, um der Leitung einen Kompensationsstrom zuzuführen, der den Oberwellenstromkomponenten des Differenzstromes entspricht, so daß die von der Oberwellenkomponentenquelle (3) erzeugten Oberwellenstromkomponenten daran gehindert werden, durch die Stromversorgung zu fließen.
2. Aktive Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner ein Subtrahierglied (8) umfaßt, um eine Differenz zwischen dem gesamten Laststrom (I1) und dem kapazitiven Laststrom (If) zu berechnen, womit der Differenzstrom (I*) erhalten wird.
3. Aktive Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laststromdetektoranordnung einen Stromwandler (5) zur Erfassung des Gesamtlaststromes (I1) umfaßt, der durch die zu kompensierende Last (2) fließt.
4. Aktive Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoranordnung für den kapazitiven Laststrom einen Stromwandler (7) zur Erfassung eines kapazitiven Laststromes (If) umfaßt, der durch die kapazitive Last fließt.
5. Aktive Filtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Laststromdetektoranordnung umfaßt:
einen ersten Stromwandler (9) zur Erfassung eines durch die Stromversorgung fließenden Stromes (Is);
einen zweiten Stromwandler (10) zur Erfassung des von der aktiven Filteranordnung (6) zugeführten Kompensationsstromes (Ic); und
ein Addierglied (11) zur Berechnung einer Summe der Ausgangssignale des ersten und zweiten Stromwandlers (9, 10) .
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