EP0763833A2 - Transformer for an electrically driven vehicle - Google Patents
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- H01F27/34—Special means for preventing or reducing unwanted electric or magnetic effects, e.g. no-load losses, reactive currents, harmonics, oscillations, leakage fields
- H01F27/38—Auxiliary core members; Auxiliary coils or windings
- H01F27/385—Auxiliary core members; Auxiliary coils or windings for reducing harmonics
Definitions
- the invention relates to a transformer for an electrically driven vehicle.
- Electric locomotives and railcars for AC railways usually have a transformer on the input side.
- Modern vehicles have power converters for drive control, which are connected to the secondary side of the transformer.
- 4QS four-quadrant controller
- the clock frequency of the line-side converters results in undesirable higher harmonics in the line current of the vehicle, the frequency of which extends into the audio frequency range. They must be limited with regard to possible adverse effects on railway signal systems and telephone cables.
- the invention has for its object to provide a transformer for an electrically driven vehicle with interference current filter, with which the effort for interference current filtering is reduced.
- the advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the large inductance implemented in the transformer is used for interference current filtering.
- the filter capacity required to achieve the desired natural frequency can be selected to be correspondingly smaller. This reduces the losses.
- the components of the interference current filter no longer have to be designed for high voltage. Overall, there are considerable advantages due to the reduction in space requirements, the weight reduction and the cost reduction.
- FIG. 1 shows an equivalent circuit diagram for a transformer with a filter on a special filter winding. Due to a special interference current filter winding FiW between primary and secondary windings, the large transformer-implemented inductance can be used for filtering. The voltage on this particular filter winding can be selected (preferably ⁇ 1000 V) so that the filter no longer has to be designed for high voltage.
- the transformer short-circuit inductance LT of FIG. 9 is now replaced by the inductors L1 + L2.
- the proportion L1 should be in the range from 30% to 70% of LT.
- L1 is a multiple of the previously achievable additional filter inductance LF * according to FIG. 9.
- the filter capacitance can be dimensioned correspondingly smaller and, in addition, a lower natural filter frequency and thus a further attenuation of the interference currents can be achieved.
- the input impedance of the overall circuit is reduced less by this filter.
- the equivalent circuit diagram according to FIG. 1 then has the same structure as that according to FIG. 9. Depending on the coupling conditions present in the transformer, the inductance Lfi can even be weakly negative.
- FIGS. 2a to 2c Possible configurations of the filter are shown in FIGS. 2a to 2c.
- the equivalent circuit diagram refers to the primary side, in reality all filter elements used are to be thought of as the square of the gear ratio between the filter winding and the high-voltage winding.
- Fig. 2a shows the simple CF-RF filter, with filter capacitor CF and filter resistor RF. If the inductance Lfi is almost zero, the filter causes a drop TR (f) with 1 / f 2 above its natural frequency. At the natural frequency into which ZO ⁇ L1 the parallel connection of the inductors L1, L2 and the filter capacitor CF are included, TR is increased by the filter, and the more, the less the filter is damped by the filter resistor RF.
- a combination of the suction circuit effect with a stronger attenuation to higher frequencies is achieved by equipping the filter with a parallel resistance RP to LF according to FIG. 2c.
- the desired effect of the filter winding and the filter on the network side can be completely derived from the equivalent circuit diagram in FIGS. 1 and 2a to 2c.
- the individual actuator voltages of the n four-quadrant actuators operating with offset timing on the same transformer, only the mean value of the n voltages is to be used as the resulting actuator voltage USt '. If necessary, asymmetries due to slightly different evaluations of the individual voltages must also be taken into account when averaging.
- the number n of four-quadrant actuators and associated transformer windings can usually be 2, 3, 4 or 6.
- the equivalent circuit diagram does not show the circuits of the n individual four-quadrant actuators and the influence of the filter on them.
- n four-quadrant controllers are clocked with an even offset, so that their low clock frequency harmonics (below n times the frequency of a four-quadrant controller) largely cancel each other out towards the network.
- the lower current harmonics are most pronounced in the individual four-quadrant actuators themselves and the transformer windings assigned to them.
- the inductance that limits it in this case is only n ⁇ L2 between the four-quadrant controller and the filter node, while it is n ⁇ LT without the filter node. This means that these dominant current harmonics are about twice as large through the filter node.
- One of the filter winding connections Fi is, for example, at ground potential.
- the filter winding takes up space in the winding window and thus enlarges the transformer if necessary.
- the OS winding is designed as a layer winding
- Fig. 7a stands for all filter modifications, as shown in Fig. 2a, 2b, 2c.
- Fig. 7b the functions of the filter throttle LF and the suction throttle SD are combined to form a throttle LF ''.
- FIG. 10 shows an alternative to the arrangement according to FIG. 7a without a suction throttle.
- the suction throttle SD is omitted and each filter tap F1, F2 of the high-voltage winding is connected to its own filter (filter modifications see FIGS. 2a to 2c).
- Each of the two filters affects all harmonics of the assigned actuator. In comparison to the circuits according to FIGS. 5 and 7a, higher losses occur in the filter resistors.
- the suction throttle and filter throttle can be dispensed with entirely.
- the filter becomes very simple when the filter resistor is split into two parts each with 2 ⁇ RF and at the same time takes on the task of dividing the current. It is accepted that the differential voltage of the taps F1 and F2 due to the offset timing is present across the series circuit 4 ⁇ RF and generates additional losses. Since the filter resistance RF can be comparatively large for a small filter, this is justifiable.
- the filter resistor is divided into n parts, each with n ⁇ RF.
Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf einen Transformator für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug.The invention relates to a transformer for an electrically driven vehicle.
Elektrische Lokomotiven und Triebwagen für Wechselstrombahnen haben üblicherweise eingangsseitig einen Transformator. Moderne Fahrzeuge weisen Stromrichter zur Antriebssteuerung auf, die an die Sekundärseite des Transformators angeschlossen sind. Fahrzeuge mit Drehstromantriebstechnik haben üblicherweise auch auf der Netzseite getaktete Stromrichter (Vierquadrantensteller = 4QS), mit denen sich ein nahezu sinusförmiger Netzstromverlauf erzielen läßt. Jedoch ergeben sich aus der Taktfrequenz der netzseitigen Stromrichter unerwünschte höhere Harmonische im Netzstrom des Fahrzeuges, deren Frequenz bis in den Tonfrequenzbereich reicht. Sie müssen im Hinblick auf mögliche nachteilige Beeinflussungen von Signalanlagen der Bahnen und von Fernsprechkabeln begrenzt werden.Electric locomotives and railcars for AC railways usually have a transformer on the input side. Modern vehicles have power converters for drive control, which are connected to the secondary side of the transformer. Vehicles with three-phase drive technology usually also have converters on the network side (four-quadrant controller = 4QS), with which an almost sinusoidal network current curve can be achieved. However, the clock frequency of the line-side converters results in undesirable higher harmonics in the line current of the vehicle, the frequency of which extends into the audio frequency range. They must be limited with regard to possible adverse effects on railway signal systems and telephone cables.
Um die Netzstrom-Harmonischen im Tonfrequenzbereich abzuschwächen, wurde bisher dem Transformator auf der Primärseite ein Störstromfilter vorgeschaltet, wie z.B. aus der BBC-Druckschrift DVK 1357 85D, Drehstromantriebstechnik: Entwicklung und Bewährung neuer elektrischer Komponenten am Beispiel der Lokomotiven der Baureihe (BR) 120 der DB" oder aus der AEG/ABB/Siemens-Druckschrift VT 62.89/26 Triebköpfe der Baureihe 401 des Hochgeschwindigkeitszuges ICE für die Deutsche Bundesbahn (siehe Seite 2, Bild 2) bekannt und in Fig. 9 dargestellt ist. Darin ist die Wirkung der taktenden Vierquadrantensteller in einer resultierenden, auf die Primärseite umgerechneten Stellerspannung Ust' zusammengefaßt (U0 = Netzspannung, U1 = Eingangsspannung). Ohne weitere Filterelemente werden die Harmonischem im Netzstrom im wesentlichen nur durch die Kurzschlußinduktivität LT zwischen Ober- und Unterspannungsseite (OS und US) des Transformators bestimmt. Dabei sei die Netzimpedanz Z0 klein gegen LT. Um sie abzuschwächen, wird dem Transformator der Filterquerzweig, bestehend aus Filterkondensator (Filterkapazität) CF*, Filterwiderstand (Dämpfungswiderstand) RF*, vorgeschaltet. Bei kleiner Netzimpedanz ZO kann eine Filterwirkung nur erzielt werden, wenn zusätzlich noch eine Filterdrossel (Filterinduktivität) LF* in den Längszweig geschaltet wird. Da sie vom vollen Eingangsstrom I1 (Netzstrom) durchflossen wird, läßt sich mit vertretbarem Aufwand nur eine Induktivität LF* realisieren, die wesentlich kleiner ist als LT. Abschwächend wirkt das Filter nur für Frequenzen, die hinreichend oberhalb der durch LF* und CF* bestimmten Filtereigenfrequenz liegen. Daraus folgt eine Mindestgröße für CF*. Der Filterwiderstand RF* ist notwendig, um die Neigung des Filters zu Resonanzen zu begrenzen. Nachteilhaft an diesem bekannten Filterkonzept sind folgende Gesichtspunkte:
- Alle Filterelemente sind auf der Primärseite des Transformators und müssen also hochspannungsmäßig ausgelegt und gestaltet werden. Dies ist besonders aufwendig für die vom Hauptstrom durchflossene Filterdrossel.
- Die kleine realisierbare Filterinduktivität LF* zieht eine entsprechend große Filterkapazität CF* nach sich, um die gewünschte Eigenfrequenz zu erreichen. Sie bedingt entsprechend große Verluste im Dämpfungswiderstand RF* schon allein durch den Grundschwingungs-Ladestrom.
- Das Filter erniedrigt die Eingangsimpedanz des Fahrzeuges und kann beim Vorhandensein von Harmonischen in der Netzspannung den Störstrom sogar erhöhen.
- All filter elements are on the primary side of the transformer and must therefore be designed and designed for high voltage. This is particularly complex for the filter choke through which the main flow flows.
- The small realizable filter inductance LF * results in a correspondingly large filter capacitance CF * in order to achieve the desired natural frequency. It causes correspondingly large losses in the RF * damping resistor simply because of the fundamental oscillation charging current.
- The filter lowers the input impedance of the vehicle and can even increase the interference current if there are harmonics in the mains voltage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Transformator für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug mit Störstromfilter anzugeben, mit dem der Aufwand zur Störstromfilterung reduziert wird.The invention has for its object to provide a transformer for an electrically driven vehicle with interference current filter, with which the effort for interference current filtering is reduced.
Diese Aufgabe wird alternativ in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffs erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Merkmale gelöst.This object is alternatively achieved in connection with the features of the preamble according to the invention by the features specified in the characterizing part of
Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile liegen insbesondere darin, daß die große im Transformator realisierte Induktivität für die Störstromfilterung benutzt wird. Entsprechend kleiner kann die zur Erzielung der gewünschten Eigenfrequenz notwendige Filterkapazität gewählt werden. Hierdurch werden die Verluste herabgesetzt. Die Bauelemente des Störstromfilters müssen nicht mehr für Hochspannung ausgelegt werden. Insgesamt ergeben sich beträchtliche Vorteile aufgrund der zu erzielenden Raumbedarfreduktion, der Gewichtsreduktion und der Kostenreduktion.The advantages that can be achieved with the invention are, in particular, that the large inductance implemented in the transformer is used for interference current filtering. The filter capacity required to achieve the desired natural frequency can be selected to be correspondingly smaller. This reduces the losses. The components of the interference current filter no longer have to be designed for high voltage. Overall, there are considerable advantages due to the reduction in space requirements, the weight reduction and the cost reduction.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung.Further advantages result from the description.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Advantageous embodiments of the invention are characterized in the subclaims.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigen:
- Fig. 1
- ein Ersatzschaltbild für einen Transformator mit Filter an einer eigenen Filterwicklung,
- Fig. 2a, b,c
- Filterschaltungen zur
Figur 1, - Fig. 3
- ein Wicklungsschema mit besonderer Filterwicklung (Zweiwickler"),
- Fig. 4
- die Benutzung einer Lage der Oberspannungswicklung für den Filteranschluß (Sparschaltung),
- Fig. 5
- ein Schema eines Transformators mit Filteranschlüssen in Sparschaltung (Zweiwickler"),
- Fig. 6
- einen Filteranschluß über Saugdrosseln an einen Transformator (Vierwickler") in Sparschaltung,
- Fig. 7a, b, c
- eine Integration von Saugdrossel und Filterdrossel,
- Fig. 8a, b
- ein Einfachfilter für einen Transformator mit Filterwicklungssparschaltung,
- Fig. 9
- ein Ersatzschaltbild für einen Transformator mit separatem Störstromfilter (= Stand der Technik),
- Fig. 10
- eine Alternative zur Anordnung nach Fig. 7a ohne Saugdrossel.
- Fig. 1
- an equivalent circuit diagram for a transformer with filter on its own filter winding,
- 2a, b, c
- Filter circuits for FIG. 1,
- Fig. 3
- a winding scheme with a special filter winding ( Two-winder "),
- Fig. 4
- the use of one layer of high-voltage winding for the filter connection (economy circuit),
- Fig. 5
- a diagram of a transformer with filter connections in economy circuit ( Two-winder "),
- Fig. 6
- a filter connection via suction throttles to a transformer ( Four-winder ") in economy mode,
- 7a, b, c
- an integration of suction throttle and filter throttle,
- 8a, b
- a single filter for a transformer with filter winding saving circuit,
- Fig. 9
- an equivalent circuit diagram for a transformer with a separate interference current filter (= state of the art),
- Fig. 10
- an alternative to the arrangement of FIG. 7a without a suction throttle.
In Fig. 1 ist ein Ersatzschaltbild für einen Transformator mit Filter an einer besonderen Filterwicklung dargestellt. Durch eine besondere Störstromfilterwicklung FiW zwischen Primär- und Sekundärwicklungen läßt sich die großem Transformator realisierte Induktivität für die Filterung nutzen. Die Spannung an dieser besonderen Filterwicklung kann so gewählt werden (vorzugsweise ≤ 1000 V), daß das Filter nicht mehr für Hochspannung ausgelegt werden muß. Im T-förmigen Ersatzschaltbild des Transformators ist die Transformator-Kurzschlußinduktivität LT von Fig. 9 jetzt durch die Induktivitäten L1+L2 ersetzt. Dabei sollte der Anteil L1 im Bereich von 30% bis 70% von LT liegen. Dann ist L1 ein Mehrfaches von der bisher realisierbaren zusätzlichen Filterinduktivität LF* nach Fig. 9. Entsprechend kleiner kann die Filterkapazität bemessen werden und zusätzlich kann dennoch eine niedrigere Filtereigenfrequenz und damit eine weitergehende Abschwächung der Störströme erreicht werden. Die Eingangsimpedanz der Gesamtschaltung wird durch dieses Filter weniger erniedrigt.1 shows an equivalent circuit diagram for a transformer with a filter on a special filter winding. Due to a special interference current filter winding FiW between primary and secondary windings, the large transformer-implemented inductance can be used for filtering. The voltage on this particular filter winding can be selected (preferably ≤ 1000 V) so that the filter no longer has to be designed for high voltage. In the T-shaped equivalent circuit diagram of the transformer, the transformer short-circuit inductance LT of FIG. 9 is now replaced by the inductors L1 + L2. The proportion L1 should be in the range from 30% to 70% of LT. Then L1 is a multiple of the previously achievable additional filter inductance LF * according to FIG. 9. The filter capacitance can be dimensioned correspondingly smaller and, in addition, a lower natural filter frequency and thus a further attenuation of the interference currents can be achieved. The input impedance of the overall circuit is reduced less by this filter.
Die dritte, dem Filterzweig zugeordnete Induktivität Lfi im Transformator-Ersatzschaltbild soll möglichst klein sein (Fi = Filterwicklungsanschluß). Dann hat das Ersatzschaltbild nach Fig. 1 dieselbe Struktur wie das nach Fig. 9. Je nach den im Transformator vorliegenden Kopplungsverhältnissen kann die Induktivität Lfi sogar schwach negativ ausfallen.The third inductance Lfi assigned to the filter branch in the transformer equivalent circuit diagram should be as small as possible (Fi = filter winding connection). The equivalent circuit diagram according to FIG. 1 then has the same structure as that according to FIG. 9. Depending on the coupling conditions present in the transformer, the inductance Lfi can even be weakly negative.
Mögliche Ausgestaltungen des Filters zeigen die Fig. 2a bis 2c. Das Ersatzschaltbild ist hierbei auf die Primärseite bezogen, alle hierin verwendeten Filterelemente sind in der Realität mit dem Quadrat des Übersetzungsverhältnisses zwischen Filterwicklung und Oberspannungswicklung zu denken.Possible configurations of the filter are shown in FIGS. 2a to 2c. The equivalent circuit diagram refers to the primary side, in reality all filter elements used are to be thought of as the square of the gear ratio between the filter winding and the high-voltage winding.
Die Filterwirkung wird beschrieben durch das Übertragungsverhalten
Fig. 2a stellt das einfache CF-RF-Filter dar, mit Filterkondensator CF und Filterwiderstand RF. Wenn die Induktivität Lfi nahezu Null ist, bewirkt das Filter oberhalb seiner Eigenfrequenz einen Abfall TR(f) mit 1/f2. Bei der Eigenfrequenz, in die für ZO<<L1 die Parallelschaltung der Induktivitäten L1, L2 und der Filterkondensator CF eingehen, wird TR durch das Filter vergrößert, und zwar um so mehr, je weniger das Filter durch den Filterwiderstand RF bedämpft wird.Fig. 2a shows the simple CF-RF filter, with filter capacitor CF and filter resistor RF. If the inductance Lfi is almost zero, the filter causes a drop TR (f) with 1 / f 2 above its natural frequency. At the natural frequency into which ZO << L1 the parallel connection of the inductors L1, L2 and the filter capacitor CF are included, TR is increased by the filter, and the more, the less the filter is damped by the filter resistor RF.
Fig. 2b zeigt eine weitere Ausgestaltung des Filters mit einer Filterdrossel LF, im Vergleich mit LF* gemäß Fig. 9 jedoch im Querzweig und damit vorteilhaft für nur sehr geringe Strombelastung auszulegen. Die Filterdrossel LF kann benutzt werden, um
- a)
- bei einer Transformatorkonstruktion mit negativer Induktivität Lfi diese Induktivität zu kompensieren und so auf die mit Fig. 9 gleichwertige Struktur zu kommen (also
- b)
- dem Filter Saugkreisverhalten zu verleihen und damit bei der durch LF+LFi mit CF gegebenen Frequenz bereits eine besonders große Abschwächung zu erzielen. Diese Frequenz kann in den Bereich gelegt werden, in dem die Harmonischen besonders groß sind oder besonders stören. Erkauft wird dies damit, daß oberhalb dieser Frequenz die Abschwächung zwar auf einem niedrigeren Niveau als ohne Filter, aber nur noch mit TR(f)∼1/f geht.
- a)
- in the case of a transformer construction with a negative inductance Lfi, to compensate for this inductance and thus to arrive at the structure equivalent to FIG. 9 (ie
- b)
- to give the filter suction circuit behavior and thus to achieve a particularly large attenuation at the frequency given by LF + LFi with CF. This frequency can be placed in the range in which the harmonics are particularly large or particularly disturbing. This is bought by the fact that above this frequency the attenuation is at a lower level than without a filter, but only with TR (f) ∼1 / f.
Eine Kombination der Saugkreiswirkung mit einer zu höheren Frequenzen stärkeren Abschwächung wird durch die Ausstattung des Filters mit einem Parallelwiderstand RP zu LF nach Fig. 2c erreicht.A combination of the suction circuit effect with a stronger attenuation to higher frequencies is achieved by equipping the filter with a parallel resistance RP to LF according to FIG. 2c.
Die auf der Netzseite erwünschte Wirkung der Filterwicklung und des Filters ist aus dem Ersatzschaltbild in Fig. 1 und 2a bis 2c vollständig ableitbar. Statt der einzelnen Stellerspannungen der n mit versetzter Taktung am gleichen Transformator arbeitenden Vierquadrantensteller ist hier nur der Mittelwert der n Spannungen als resultierende Stellerspannung USt' einzusetzen. Gegebenenfalls sind auch Unsymmetrien durch etwas unterschiedliche Bewertungen der Einzelspannungen in der Mittelwertbildung zu berücksichtigen. Die Anzahl n der Vierquadrantensteller und zugehörigen Transformatorwicklungen kann üblicherweise 2, 3, 4 oder 6 sein. Das Ersatzschaltbild zeigt jedoch nicht die Stromkreise der n einzelnen Vierquadrantensteller und den Einfluß des Filters auf sie.The desired effect of the filter winding and the filter on the network side can be completely derived from the equivalent circuit diagram in FIGS. 1 and 2a to 2c. Instead of the individual actuator voltages of the n four-quadrant actuators operating with offset timing on the same transformer, only the mean value of the n voltages is to be used as the resulting actuator voltage USt '. If necessary, asymmetries due to slightly different evaluations of the individual voltages must also be taken into account when averaging. The number n of four-quadrant actuators and associated transformer windings can usually be 2, 3, 4 or 6. However, the equivalent circuit diagram does not show the circuits of the n individual four-quadrant actuators and the influence of the filter on them.
Die anzustrebende gute Entkopplung der n Wicklungen für die einzelnen Vierquadrantensteller erlaubt es zur Erleichterung des Verständnisses, sich ersatzweise n einzelne Transformatoren für die n Vierquadrantensteller zu denken, die jeder eine eigene Filterwicklung haben. Die n Filterwicklungen können nun parallel oder in Reihe geschaltet und mit dem gemeinsamen Filter verbunden werden. Wenn die Induktivität des Gesamttransformators LT ist und sich in L1 und L2 aufgliedert, so haben die n Einzeltransformatoren entsprechend
Diesen Nachteil vermeidet man mit der Reihenschaltung der Filterwicklungen. Dann wirkt das Filter nur auf die Harmonischen, die sich nicht sowieso schon gegenseitig auslöschen, sondern im Netz erscheinen. Für die sich auslöschenden Harmonischen ist die volle Induktivität n·LT wirksam wie ohne Filter. Damit führt das Filter kaum noch zu einer Vergrößerung des effektiven Oberschwingungsstromes in den Vierquadrantenstellern und Transformatorenwicklungen.This disadvantage is avoided by connecting the filter windings in series. Then the filter only affects the harmonics, which do not cancel each other out anyway, but appear on the network. The full inductance n · LT is effective for the extinguishing harmonics as without a filter. The filter thus hardly leads to an increase in the effective harmonic current in the four-quadrant actuators and transformer windings.
Fig. 3 zeigt am Beispiel n=2 die Schaltung und Wicklungsanordnung eines solchen Transformators mit Reihenschaltung der Filterwicklung FiW1, FiW2 (Zweiwickler"). Mit US1, US2 sind die Unterspannungswicklungen bezeichnet. Der eine der Filterwicklungsanschlüsse Fi liegt z.B. auf Erdpotential.3 shows, using the example n = 2, the circuit and winding arrangement of such a transformer with the filter winding FiW1, FiW2 ( US1, US2 denote the undervoltage windings. One of the filter winding connections Fi is, for example, at ground potential.
Die Filterwicklung beansprucht Platz im Wickelfenster und vergrößert damit gegebenenfalls den Transformator. Im Fall, daß die OS-Wicklung als Lagenwicklung ausgebildet ist, kann statt einer zusätzlichen Filterwicklung auch die der US-Wicklung gegenüberliegende, am Erdpotential anzuschließende erste Lage der OS-Wicklung als Filterwicklung mitbenutzt werden. Fig. 4 zeigt diese Benutzung einer Lage der Oberspannungswicklung für den Filteranschluß (Sparschaltung, Fi = Filterabgriff an Oberspannungswicklung = Filterwicklungsanschluß). Fig. 5 zeigt hierzu ein Schema eines Transformators mit Filteranschlüssen in Sparschaltung (Zweiwickler", F1, F2 = Filterabgriffe an Oberspannungswicklung = Filterwicklungsanschlüsse).The filter winding takes up space in the winding window and thus enlarges the transformer if necessary. In the event that the OS winding is designed as a layer winding, instead of an additional filter winding, the first layer of the OS winding opposite to the US winding and to be connected to earth potential can also be used as a filter winding. 4 shows this use of a position of the high-voltage winding for the filter connection (economy circuit, Fi = filter tap on high-voltage winding = filter winding connection). 5 shows a diagram of a transformer with filter connections in an economy circuit ( Two winders ", F1, F2 = filter taps on high voltage winding = filter winding connections).
Bei dieser Sparschaltung der Filterwicklungen, wie für n=2 in Fig. 5 skizziert, ist allerdings zunächst die Möglichkeit der Reihenschaltung verwehrt. Sie kann jedoch durch Zusammenschalten der Filterabgriffe F1, F2.... über Stromteilerdrosseln (= Saugdrosseln) SD ersetzt werden, weil damit weitestgehend die Gleichheit der Ströme wie bei der Reihenschaltung erzwungen wird. Fig. 6 zeigt hierzu einen Filteranschluß über Saugdrosseln an einen Transformator (Vierwickler") in Sparschaltung (F1, F2, F3, F4 = Filterabgriffe an Oberspannungswicklung = Filterwicklungsanschlüsse).With this economy circuit of the filter windings, as outlined for n = 2 in FIG. 5, the possibility of series connection is initially denied. However, it can be replaced by connecting the filter taps F1, F2 .... via flow divider chokes (= suction chokes) SD, because this largely forces the currents to be the same as in series connection. 6 shows a filter connection via suction throttles to a transformer ( Four-winding ") in economy mode (F1, F2, F3, F4 = filter taps on high-voltage winding = filter winding connections).
Bei einem System mit n = 4 Wicklungen und Vierquadrantenstellern sind allerdings, wie in Fig. 6 dargestellt, schon drei Saugdrosseln SD1, SD2, SD3 erforderlich. Am vorteilhaftesten ist daher diese Alternative bei n=2. Die Fig. 7a, 7b zeigen einige Ausgestaltungen in diesem Fall.In a system with n = 4 windings and four-quadrant actuators, however, as shown in FIG. 6, three suction throttles SD1, SD2, SD3 are required. This alternative is therefore most advantageous when n = 2. 7a, 7b show some configurations in this case.
Fig. 7a steht für alle Filtermodifikationen, wie in Fig. 2a, 2b, 2c gezeigt.Fig. 7a stands for all filter modifications, as shown in Fig. 2a, 2b, 2c.
In Fig. 7b sind die Funktionen der Filterdrossel LF und der Saugdrossel SD zu einer Drossel LF'' zusammengefaßt.In Fig. 7b the functions of the filter throttle LF and the suction throttle SD are combined to form a throttle LF ''.
In Fig. 7c ist dieser Ansatz für n>2 verallgemeinert (F1, F2, F3, F4...Fn = Filterabgriffe an Oberspannungswicklung = Filterwicklungsanschlüsse).In Fig. 7c this approach is generalized for n> 2 (F1, F2, F3, F4 ... Fn = filter taps on high-voltage winding = filter winding connections).
In Fig. 10 ist eine Alternative zur Anordnung nach Fig. 7a ohne Saugdrossel dargestellt. Ausgehend von einer Schaltung nach den Figuren 5 und 7a entfällt die Saugdrossel SD und jeder Filterabgriff F1, F2 der Oberspannungswicklung ist mit einem eigenen Filter (Filtermodifikationen siehe Fig. 2a bis 2c) beschaltet. Jedes der beiden Filter wirkt auf alle Harmonischen des zugeordneten Stellers. Im Vergleich zu den Schaltungen gemäß Fig. 5 und 7a treten höhere Verluste in den Filterwiderständen auf.FIG. 10 shows an alternative to the arrangement according to FIG. 7a without a suction throttle. Starting from a circuit according to FIGS. 5 and 7a, the suction throttle SD is omitted and each filter tap F1, F2 of the high-voltage winding is connected to its own filter (filter modifications see FIGS. 2a to 2c). Each of the two filters affects all harmonics of the assigned actuator. In comparison to the circuits according to FIGS. 5 and 7a, higher losses occur in the filter resistors.
Für Anwendungen, die mit einem kleinen Filter auskommen, z.B. weil vorwiegend im höheren Frequenzbereich eine Abschwächung notwendig ist, kann auf die Saugdrossel und Filterdrossel ganz verzichtet werden. Nach Fig. 8a wird das Filter dann sehr einfach, wenn der Filterwiderstand in zwei Teile mit je 2·RF aufgespalten wird und zugleich die Aufgabe der Stromteilung mit übernimmt. Es wird dabei in Kauf genommen, daß über der Reihenschaltung 4·RF die durch die versetzte Taktung bedingte Differenzspannung der Abgriffe F1 und F2 anliegt und zusätzliche Verluste erzeugt. Da bei einem kleinen Filter der Filterwiderstand RF vergleichsweise groß sein kann, ist das vertretbar.For applications that get by with a small filter, e.g. Because attenuation is mainly necessary in the higher frequency range, the suction throttle and filter throttle can be dispensed with entirely. According to FIG. 8a, the filter becomes very simple when the filter resistor is split into two parts each with 2 · RF and at the same time takes on the task of dividing the current. It is accepted that the differential voltage of the taps F1 and F2 due to the offset timing is present across the series circuit 4 · RF and generates additional losses. Since the filter resistance RF can be comparatively large for a small filter, this is justifiable.
Dieser Gedanke ist auch auf Systeme mit n>2 gut übertragbar, wie in Fig. 8b gezeigt ist. Der Filterwiderstand wird dabei in n Teile mit je n·RF aufgeteilt.This idea can also be transferred well to systems with n> 2, as shown in FIG. 8b. The filter resistor is divided into n parts, each with n · RF.
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