DE4311125B4

DE4311125B4 - EMV-Filter für Anlagen, Systeme und geschirmte Räume

Info

Publication number: DE4311125B4
Application number: DE19934311125
Authority: DE
Inventors: Peter Dipl.-Ing. Aufleger (FH)
Original assignee: Epcos AG
Current assignee: TDK Electronics AG
Priority date: 1993-04-05
Filing date: 1993-04-05
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2013-04-06
Also published as: CH689030A5; FR2703857A1; FR2703857B1; DE4311125A1; GB2276993A; GB2276993B; GB9406350D0

Abstract

EMV-Filter für Anlagen, Systeme und geschirmte Räume mit einem metallischen Gehäuse in dem Drosseln sowie Kondensatoren angeordnet sind, wobei das Filter durchgeführte elektrische Leiter besitzt,
bei dem die Drosseln als stromkompensierte Mehrfachdrosseln in Kompaktbauweise ausgeführt sind, und
bei dem die Drosseln Komponenten zur asymmetrischen (U) und symmetrischen (S) Entstörung besitzen,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Komponenten zur asymmetrischen Entstörung (U) der Drossel aus zumindest einem Ringkern (4) bestehen, durch dessen Innenraum die elektrischen Leiter durchgeführt sind und daß die Komponenten zur symmetrischen Entstörung (S) aus mindestens einem auf einen elektrischen Leiter aufgebrachten Drosselkern bestehen.

Description

Die Erfindung betrifft ein EMV-Filter für Anlagen, Systeme und geschirmte Räume mit einem metallischen Gehäuse, in dem Drosseln sowie Kondensatoren angeordnet sind.
Um elektrische, elektronische Geräte und Anlagen, sowie Leitungen zu entstören, die in und aus geschirmten Räumen führen, werden Filter mit zum Teil sehr hoher Dämpfung (sowohl symmetrisch als auch asymmetrisch), geringem Ableitstrom (kleiner Kapazität von Phase an Masse) gefordert. Weiterhin sollen derartige Filter einen geringen Spannungsabfall über den elektrischen Leitern und eine kleine Verlustleistung aufweisen. Bei den genannten Forderungen sollen Gewicht und Größe des Filters auf ein Minimum reduziert werden.
Aus dem Stand der Technik bekannte Filter werden größtenteils mit stromkompensierten Drosseln und Stabkerndrosseln in Wickeltechnik aufgebaut. Diese Drosseln sind zuständig für die symmetrische und asymmetrische Entstörung. Für die Entstörung im höheren Frequenzbereich sind Kondensatoren (Einfach- bzw. Mehrfachdurchführungskondensatoren) sowie Kondensatoren vorgesehen, welche zwischen den Phasenleitern bzw. zwischen Phasenleitern und N-Leiter angeordnet sind.
Die Verbindung mittels Kondensatoren zwischen Phasenleitern und PE- oder N-Leiter und PE (Gehäusepotential) wird asymmetrische bzw. Y-Beschaltung genannt.
Die Anschlüsse der Kondensatoren werden mit elektrischen Leitern bestückt und durch Klemm-, Quetsch-, Schraub-, Löt- und anderen Kontaktierungen mit den jeweiligen elektrischen Leitern verbunden. Durch die räumlichen Gegebenheiten sind die Verbindungsleitungen zum Teil sehr lang und dadurch induktiv belastet, was zu einem schlechteren Dämpfungsver halten im höheren Frequenzbereich führt. Diese langen Anschlußleitungen führen auch zu Resonanzerscheinungen im unteren Frequenzbereich.

In der Druckschrift G. Gößl, „Stromkompensierte SIFERRIT-Drosseln zur Funk-Entstörung", in: Siemens-Bauteile-Informationen, 8, 1970, ist eine stromkompensierte Drossel mit einem Ringkern beschrieben, die zur Funk-Entstörung verwendet wird. Auf den Ringkern sind zwei Wicklungen so aufgebracht, dass der Betriebsstrom im Kern zwei sich aufhebende Magnetfelder erzeugt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein EMV-Filter der eingangsgenannten Art anzugeben, das die weiter oben beschriebenen Anforderungen erfüllt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß das Filter durchgeführte elektrische Leiter besitzt, daß die Drosseln als stromkompensierte Mehrfachdrosseln in Kompaktbauweise ausgeführt sind, und daß die Drosseln Komponenten für die asymmetrische und die symmetrische Entstörung enthalten.

Vorteilhafterweise bestehen die Komponenten zur asymmetrischen Entstörung der Drosseln aus zumindest einem Kern, in dessen Innenraum die elektrischen Leiter angeordnet sind, während die Komponenten zur symmetrischen Entstörung aus zumindest einem auf jedem elektrischen Leiter aufgebrachten Kern bestehen.

Vorteilhafterweise sind die elektrischen Leiter derart geformt, daß zwischen den Komponenten zur asymmetrischen und symmetrischen Entstörung die Aufbringung der jeweiligen Kerne ermöglicht wird.

Weiterhin sind die Kondensatoren zur symmetrischen Entstörung zwischen den Leitern und den Null-Leiter geschaltet und bevorzugt als Mehrfachdurchführungskondensatoren ausgebildet.

Hierbei sind die Mehrfachdurchführungskondensatoren auf die elektrischen Leiter aufgebracht und jeweils ihre eine Elektrode ist mit diesen direkt kontaktiert, während die andere Elektrode großflächig mit einem gemeinsamen Potential, bevorzugt mit dem PE-Potential, verbunden sind.

Es ist zweckmäßig, auf der Eingangs- und/oder Ausgangsseite des Filters einen Überspannungsschutz anzuordnen.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Ausführungsbeispiele näher erläutert.

In der dazugehörenden Zeichnung zeigen
1 ein Filter nach der Erfindung und
2 ein Schaltbild des in der 1 dargestellten Filters.
In der 1 ist ein Filter dargestellt, das in ein metallisches Filtergehäuse 1 eingebaut ist.
Das metallische Gehäuse ist durch hochfrequenzdichte Trennwände 2 in drei Kammern unterteilt, wobei in der FIG der Filteraufbau nur für die mittlere Kammer dargestellt ist. Die rechte und linke Kammer weisen den gleichen Aufbau auf.
Das Filter besitzt L₁-L_n-Phasenleiter und einen N-Leiter.
Die elektrischen Leiter weisen im Bereich 3 vorzugsweise Schraubanschlüsse mit Innen- bzw. Außengewinde auf, so daß sie mit der Filtereinheit in der nächsten Kammer leicht durch Zusammenschrauben verbunden werden können. Die elektrischen Leiter sind derart geformt, daß sie innerhalb jeder Kammer eine stromkompensierte Mehrfachdrossel in Kompaktbauweise bilden, die Komponenten U zur asymmetrischen Entstörung und S zur symmetrischen Entstörung aufweist.
Die Komponente U zur asymmetrischen Entstörung weist mindestens einen Ringkern 4 auf, in dessen Innenraum die elektrischen Leiter verlaufen. Anschließend an die Komponente U zur asymmetrischen Entstörung sind die elektrischen Leiter durch geeignete Formgebung, z. B. Aufbiegen, soweit von einander entfernt, daß auf mindestens einem elektrischen Leiter minde stens ein Ringkern 5 aufgebracht werden kann, der die Komponente S zur symmetrischen Entstörung darstellt.
Die elektrischen Leiter können hierbei entweder als flexible Leiter, Massiv- oder Hohlleiter ausgebildet sein.
Zwischen den Komponenten U und S ist eine Platte 6 angeordnet, die über einen in der FIG nicht dargestellten Kondensator an PE (Gehäuse)-Potential angeschlossen ist.
An dieser Platte 6 sind ebenfalls Kondensatoren 7 mit ihrer einen Elektrode großflächig angeschlossen, während die andere Elektrode der Kondensatoren mit den einzelnen elektrischen Leitern verbunden ist. Diese Kondensatoren dienen zur symmetrischen und asymmetrischen Entstörung für höhere Frequenzen.
Eine Alternative für die Kondensatoren 7 besteht darin, daß die Kondensatoren zur symmetrischen und asymmetrischen Entstörung als Mehrfach-Durchführungskondensator ausgebildet sind, bei dem ein Einzelkondensator 8 als asymmetrischer Kondensator konzentrisch alle elektrischen Leiter umgibt, und bei dem ferner symmetrische Kondensatoren als Einzelkondensatoren 9 mindestens einen elektrischen Leiter umgeben. Der asymmetrische Kondensator 8 ist dabei derart eingebaut, daß seine eine Elektrode großflächig mit PE-Potential und seine andere Elektrode großflächig mit N-Potential verbunden ist. Bei den symmetrischen Kondensatoren ist jeweils die eine Elektrode ebenfalls großflächig mit N-Potential verbunden, während die anderen Elektroden koaxial mit den jeweiligen elektrischen Leitern verbunden sind.
An der Eingangs- und/oder Ausgangsseite des Filters ist ein Überspannungsschutz ÜS vorgesehen. Ferner weist das Filter einen hochfrequenzdichten Anschluß 10 auf.
In der 2 ist das Schaltbild des EMV-Filters nach 1 mit drei Kammern dargestellt. Aus dem Schaltbild ist zu erkennen, daß die Konensatoren zur symmetrischen und asymmetrischen Entstörung entweder als Einzelkondensatoren (in 1 als 7 bezeichnet) zwischen den Komponenten zur asymmetrischen U und symmetrischen S-Entstörung der Mehrfachdrossel oder aber als Mehrfachdurchführungskondensator (in 1 als 8, 9 bezeichnet) am Ende der Komponente S zur symmetrischen Entstörung der Mehrfachdrossel angeordnet sind. Diese Anordnungsmöglichkeiten der Entstörkondensatoren stellen Alternativen dar, bei denen die Alternative mit dem Mehrfach-Durchführungskondensatorn 8, 9 im allgemeinen günstiger ist.
Durch die Verwendung der stromkompensierten Mehrfachdrossel und eines oder mehrerer Durchführungskondensatoren und geeignete Anbringung und ggf. Verdrahtung von Kondensatoren wird ein Filter geschaffen, das in einer oder mehreren Stufen mit sehr hoher Dämpfung im unteren sowie im oberen Frequenzbereich gefertigt werden kann. Insbesondere ist durch die vorgeschlagene Anordnung der Kondensatoren, insbesondere als Mehrfach-Durchführungskondensator 8, 9, die induktivitätsbehaftete Zuleitung auf ein Minimum reduziert, da der asymmetrische Kondensator zur Masse (PE) durch die großflächige Kontaktierung (Querschnitt des gesamten Filters mit der Masse verbunden) keinen Leiter mehr benötigt.
Der Gleichstromwiderstand ist bei der vorgeschlagenen Filteranordnung geringer als bei den bisher gefertigten Filtern bei gleicher Dämpfungsanforderung und dem gleichen Laststrom. Dies folgt aus der kurzen Leitungsführung und den größer dimensionierten Leiterquerschnitten. Dadurch führt auch eine Erhöhung der Induktivität eines Filterzweiges (die durch Anordnung von mehreren Ringkernen in den Komponenten zur asymmetrischen U und symmetrischen S Entstörung variiert werden kann) nicht zu einer wesentlichen Erhöhung des Gleichstromwiderstandes.
Durch die beschriebene Anordnung der Kondensatoren und die dadurch geringere Induktivitätsbelastung der Leitungen der Kondensatoren können die Filter mit kleineren Kondensatoren (in Kapazität) ausgestattet werden, was zu einem verminderten Ableitstromverhalten und auch zu einem geringeren Blindstrom führt.
Weiterhin ist bei dem vorgeschlagenen Filter die Verlustleistung durch den geringen Gleichstromwiderstand reduziert und ferner als Folge des geringen Gleichstromwiderstandes ein kleinerer Spannungsabfall über eine bzw. alle Leitungen des Filters erreicht.
Durch die geschilderten Vorteile ergibt sich dadurch eine kleinere Baugröße und auch ein geringeres Gewicht als bei herkömmlichen EMV-Filtern.
Je nach gewünschtem Anwendungszweck können die Filter mit einer oder mehreren HF-dichten Trennwänden ausgestattet werden.
Wird das Filter ohne die weiter oben beschriebenen Trennwände und Durchführungskondensatoren ausgestaltet, so ist dies ein Filter für den in den Dämpfungsanforderungen nicht so hoch spezifizierten Einsatz bei z. B. USV-Anlagen oder Umrichtern.

Claims

EMV-Filter für Anlagen, Systeme und geschirmte Räume mit einem metallischen Gehäuse in dem Drosseln sowie Kondensatoren angeordnet sind, wobei das Filter durchgeführte elektrische Leiter besitzt, bei dem die Drosseln als stromkompensierte Mehrfachdrosseln in Kompaktbauweise ausgeführt sind, und bei dem die Drosseln Komponenten zur asymmetrischen (U) und symmetrischen (S) Entstörung besitzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten zur asymmetrischen Entstörung (U) der Drossel aus zumindest einem Ringkern (4) bestehen, durch dessen Innenraum die elektrischen Leiter durchgeführt sind und daß die Komponenten zur symmetrischen Entstörung (S) aus mindestens einem auf einen elektrischen Leiter aufgebrachten Drosselkern bestehen.
EMV-Filter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Drosselkern ein Ringkern (5) ist.
EMV-Filter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter zwischen den Komponenten zur asymmetrischen (U) und symmetrischen (S) Entstörung durch geeignete Formgebung die Aufbringung der jeweiligen Drosselkerne ermöglichen.
EMV-Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die symmetrischen Kondensatoren zwischen jeden Phasenleiter und den Null-Leiter geschaltet sind.
EMV-Filter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren zur symmetrischen Entstörung als Mehrfachdurchführungskondensatoren (9) ausgebildet sind.
EMV-Filter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrfachdurchführungskondensatoren (9) auf die elektrischen Leiter aufgebracht und jeweils ihre eine Elektrode mit diesen elektrischen Leitern direkt koaxial kontaktiert ist, und daß die andere Elektrode großflächig mit einem gemeinsamen Potential verbunden ist.
EMV-Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Kondensatoren (8) zur asymmetrischen Entstörung großflächig mit Masse (6) verbunden sind.
EMV-Filter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die symmetrisch und asymmetrisch wirksamen Kondensatoren als gemeinsamer Mehrfach-Durchführungskondensator (8, 9) ausgebildet sind.
EMV-Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß an der Eingangs- und/oder Ausgangsseite Überspannungschutz Bauelemente (ÜS) angeordnet sind.
EMV-Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Gehäuse (1) durch zumindest eine hochfrequenzdichte Trennwand (2) in verschiedene Kammern unterteilt ist.
EMV-Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausgangsseite zur Anflanschung geeigneter Schirmungsbauelemente mit einer Anschlußarmatur ausgestattet ist.