EP2847770A1 - Dreiphasige drossel - Google Patents

Dreiphasige drossel

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EP2847770A1
EP2847770A1 EP13717964.4A EP13717964A EP2847770A1 EP 2847770 A1 EP2847770 A1 EP 2847770A1 EP 13717964 A EP13717964 A EP 13717964A EP 2847770 A1 EP2847770 A1 EP 2847770A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic
leg
legs
phase
winding
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13717964.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wojciech GIENGIEL
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Wobben Properties GmbH
Original Assignee
Wobben Properties GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Wobben Properties GmbH filed Critical Wobben Properties GmbH
Publication of EP2847770A1 publication Critical patent/EP2847770A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F3/00—Cores, Yokes, or armatures
    • H01F3/10—Composite arrangements of magnetic circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00—Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/24—Magnetic cores
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F37/00—Fixed inductances not covered by group H01F17/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F38/02—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation
    • H01F38/06—Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions for non-linear operation for changing the wave shape
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/53—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/537—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only, e.g. single switched pulse inverters

Definitions

  • the present invention relates to a three-phase reactor and a magnetic core for such a reactor.
  • Chokes in the electrical engineering sense, are well known. Depending on the application, they have a filtering effect. In particular at the output of an inverter, they serve to ensure that a pulse-width-modulated current runs as sinusoidally as possible, before it is fed into an electrical supply network. Accordingly, the respective throttle between the inverter and the electrical supply network is arranged here, is to be fed into the.
  • This approximately Stammmige magnetic core has a very high magnetic permeability, so that determine the electrical properties of the throttle substantially through the windings.
  • Such a magnetic core is relatively easy to produce by the layering of stamped sheets.
  • the disadvantage is that such a three-phase choke is not completely symmetrical, because two coils are arranged on each of an outer magnetic leg, whereas one of the coils is disposed on a magnetic leg between the two outer legs.
  • the magnetic fields of the windings namely in particular between the two outer windings on the one hand and the winding arranged centrally in between, on the other hand, can differ.
  • There may be any stray fields and that for the middle Winding effective magnetic resistance may be slightly less than the effective each for the two outer windings magnetic resistance.
  • Such a three-phase reactor requires a three-phase system in which the sum of the currents is zero. In other words, it assumes a system or is used in a system that does not use or need a neutral.
  • the present invention is therefore based on the object to address at least one of the above problems.
  • an improved three-phase choke is to be created, which can also take into account an asymmetrical portion of a three-phase system.
  • At least an alternative solution should be found.
  • a magnetic core for a three-phase choke is thus proposed according to claim 1.
  • Such a magnetic core has a first, second and third magnetic leg for receiving a first, second or third electrical winding of a first, second and third electrical phase, wherein the first, second and third legs are arranged in a star shape or a triangular shape.
  • these three legs are arranged star-shaped relative to a common center.
  • these three legs are aligned parallel to one another and parallel to a common longitudinal direction or longitudinal axis and each have connecting legs which meet at a common center. They are arranged in a star shape with respect to this center.
  • These connecting legs are arranged in a plan view, namely in a view along the longitudinal axis, approximately Y-shaped.
  • these three connecting legs in plan view at an equal angle, namely in each case of 120 °, to each other. In principle, however, too be provided different angles.
  • the three magnetic legs namely the first, second and third magnetic legs, which can also be referred to as the main leg, are distributed uniformly around the common center, namely offset relative to this center by 120 ° to each other.
  • the three main legs are arranged in a star shape. If you connect them directly through three imaginary lines, a triangle is created and, to that extent, the three main legs are arranged in triangular form.
  • the three main legs are not arranged in a straight line to each other.
  • the three main legs are arranged so that they form the vertices of an imaginary, equilateral triangle.
  • a fourth magnetic leg is provided and the first, second and third legs are arranged in a star shape with respect to this fourth magnetic leg.
  • the fourth magnetic leg may be prepared to receive a fourth winding.
  • the fourth magnetic leg is preferably made smaller than the first, second and third leg, that is smaller than the main leg.
  • the fourth leg can carry a magnetic field, which can be due to asymmetries of the three-phase system. These include in particular unbalanced harmonics. Accordingly, can be expected in the fourth leg with magnetic alternating fields of high frequency, compared to the frequency of the fundamental phase of the current of the three-phase system.
  • the fourth leg may be provided to carry out the fourth leg as a ferrite core or as a ferrite rod.
  • a ferrite rod is particularly suitable for driving high-frequency magnetic alternating fields.
  • a winding may be provided on the fourth leg.
  • the first, second and third legs and possibly the fourth leg are arranged parallel to each other. They can be connected to the magnetic core of the three-phase choke on two sides by means of three connection legs connected to one another in approximately Y-shaped fashion.
  • the fourth limb is provided here as a central limb, if present, and forms both a magnetically center, and in mechanical terms for the stable connection of these two Y-shaped sets of connecting limbs.
  • first, second and third legs are arranged at a same, first distance from one another and / or are arranged at the same distance to the fourth leg, thereby mechanically and magnetically forming a symmetry.
  • the first, second and third legs are each connected via at least one magnetic connecting leg, in particular in each case via two magnetic connecting legs with the fourth magnetic leg.
  • the three main legs and the fourth leg parallel to each other and the connecting legs transversely, in particular at right angles thereto.
  • the first, second and third legs are magnetically connected in parallel with each other. Preferably, they are also connected in parallel to the fourth leg. Ideally, the three magnetic fields of the three main legs in the fourth leg are superimposed by this parallel connection to zero. Or arise in the fourth leg in this superposition, only the unbalanced shares, which can be detected in a possible fourth winding of the fourth leg as a corresponding current and can be removed or connected via a corresponding interconnection with a neutral or otherwise.
  • the first and second legs form part of a first magnetic circuit
  • the second and third legs form part of a second magnetic circuit
  • the third and first legs form part of a third magnetic circuit.
  • a magnetic field with a mean path length can be correspondingly guided, wherein the first, second and third magnetic circuits have an equal length, in particular equal average path lengths of one respective leading length. have the magnetic field.
  • they have the same magnetic resistance, in particular without providing an air gap for this purpose.
  • a three-phase choke is also proposed, which is provided with a magnetic core of a three-phase choke according to at least one of the embodiments described.
  • a three-phase choke thus has a first, second and third magnetic leg, which carries a first, second or third winding of a first, second and third electrical phase.
  • Such a three-phase choke can thus realize the advantages and options afforded by the underlying magnetic core.
  • the fourth magnetic leg carries a fourth winding and is prepared for guiding an unbalanced magnetic component of a three-phase system. Additionally or alternatively, the fourth winding is prepared for guiding an asymmetrical electrical component of a three-phase system.
  • the proposed solution provides a symmetrical three-phase choke in which any imbalance components that appear in the fourth leg and / or that occur in the fourth winding are not due to any imbalances of the three-phase choke, but actual asymmetries of the three-phase system reflect.
  • An insert can find such a three-phase choke, in particular at the output of a frequency inverter. In particular, when it is intended to be fed with such into a three-phase electrical supply system.
  • a symmetrical, in particular as proposed star-shaped three-phase choke thus leads to the fact that only those asymmetrical currents occur, which are actually generated by the inverter, in particular the control of the valves or semiconductor switches.
  • the asymmetry, namely the unbalanced components, smaller and accordingly also a load of the semiconductor switches, ie the IGBTs is uniform and in the result smaller.
  • cooling of the winding is uniform with uniform distribution of the main leg.
  • the legs of the throttle are each mechanically offset by 120 °.
  • the magnetic distances are preferably the same from limb to limb, namely from main limb to main limb.
  • the fourth leg can consist of a ferrite core or a ferrite rod, in order to take into account high-frequency alternating currents with a small amplitude. At least one of the embodiments shown thus provides symmetry, equal inductance values and better air cooling through larger free copper surfaces.
  • Fig. 1 shows a three-phase throttle in a perspective principle view.
  • Fig. 2 shows a three-phase throttle as a schematic representation in a plan view.
  • FIGS. 1 and 2 are schematic diagrams that may therefore differ in detail from concrete values such as concrete dimensions of an underlying subject matter and thus also among themselves, without this having any significance for the described subject matter.
  • the magnetic core 20 has a first magnetic leg 1, a second magnetic leg 2 and a third magnetic leg 3, which may also be referred to as main legs 1, 2 and 3.
  • the magnetic core 20 has a fourth magnetic leg 4 seen.
  • the three skin limbs 1, 2 and 3 are each connected via an upper connecting leg 6 and a lower connecting leg 8 with the fourth leg 4.
  • each of the three main legs 1, 2 and 3 is connected to each of the two remaining main legs 2, 3 or 3, 1 and 1, 2 via two upper connecting legs 6 and two lower connecting legs 8.
  • All legs of FIG. 1, namely the three main legs 1, 2 and 3, the fourth leg and the two connecting legs 6 and 8 are shown only schematically as a line.
  • the three main legs 1, 2 and 3 are the same thickness and the connecting legs 6 and 8 are also the same thickness per se.
  • the fourth leg 4 is significantly thinner than the main legs 1, 2 and 3.
  • first, second and third legs carry a first, second or third winding Li, l_2 or I_3, which may also be referred to as the main winding
  • the fourth leg carries a fourth winding L 4 .
  • the three main windings L- 1 , L 2 and L 3 are the same large dimensions and the fourth winding L 4 can be substantially smaller dimensions than the three main windings L- ⁇ , L 2 and L 3 .
  • the fourth winding L 4 in terms of number of turns and / or in terms of line cross section of each turn designed considerably smaller be.
  • the three main windings L- 1 , L 2 and L 3 are each connected to one phase of a three-phase system.
  • the fourth winding L 4 may be connected to a neutral conductor.
  • the three upper connecting legs 6 are each arranged at an angle of 120 ° to each other. The same applies to the three lower legs 8.
  • the lengths of the three upper connecting legs 6 and the three lower connecting legs 8 are of equal length and the three main legs 1, 2 and 3 are correspondingly symmetrical to each other and in particular arranged in a star shape around the fourth leg 4 ,
  • FIG. 2 shows schematically a top view of the three-phase throttle 10 of FIG. 1.
  • the three upper connecting legs 6 are arranged at an equal angle to one another, namely 120 ° to each other. Accordingly, there is a symmetrical arrangement of the three main windings L- 1 , L 2 and L 3 to each other.
  • the three main windings L- 1 , L 2 and L 3 are mechanically arranged uniformly around the fourth winding L 4 .
  • Fig. 2 illustrates in particular the star shape of the arrangement of the three main legs 1, 2 and 3, which occur here only as a point at the end of the respective upper connecting leg 6 in appearance.
  • FIG. 3 illustrates a perspective view of a possible specific embodiment of the three-phase choke 310, in particular of the magnetic core 320.
  • the magnetic core 320 has a first, second and third magnetic leg 301, 302 and 303.
  • Each of these three main legs 301, 302 and 303 has a winding L- 1 , L 2 and L 3 , which, however, are shown only schematically so far to the required winding space or even the required space for these windings Li, L 2 and L. 3 to clarify. Accordingly, it can be seen that each of the windings Li, L 2 and L 3 have much and the same place for radiating heat.
  • a fourth leg 304 is present.
  • the fourth magnetic leg 304 is connected to a connecting middle part 46.
  • the main legs 301, 302 and 303 are each connected to an upper connecting leg 306 with the central connecting means 46 and thus with the fourth leg 304.
  • a corresponding construction also results on the underside of the throttle 310, which can be seen only very vaguely in FIG.
  • the throttle 10, in particular the individual legs 301-304, are thereby assembled and also the respective magnetic circuit is closed by using stacked sheets of different lengths. By mutual overlaps of the sheets creates a correspondingly durable connection and the desired magnetic circuit can be closed.
  • a symmetrical three-phase choke 10 or 310 has been proposed, which has a compact structure with symmetrical arrangement and thus symmetrical properties with respect to a three-phase system. Also with regard to the mechanical and thus thermally relevant structure, each phase of such a three-phase system is considered equal. Any unbalanced portions are thus not generated by this three-phase choke 10 or 310, but can be taken into account in the fourth magnetic leg 4 and 304 and it may possibly be provided a derivative to a neutral.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Magnetkern (20) einer dreiphasigen Drossel (10), mit einem ersten, zweiten und dritten magnetischen Schenkel (1, 2, 3) zum Aufnehmen einer ersten, zweiten bzw. dritten elektrischen Wicklung (L1, L2, L3), einer ersten, zweiten bzw. dritten elektrischen Phase, wobei der erste, zweite und dritte Schenkel (1, 2, 3) sternförmig oder dreiecksförmig angeordnet sind.

Description

Dreiphasige Drossel
Die vorliegende Erfindung betrifft eine dreiphasige Drossel sowie einen Magnetkern für eine solche Drossel.
Drosseln, im elektrotechnischen Sinne, sind allgemein bekannt. Sie haben je nach Anwendung filternde Wirkung. Insbesondere am Ausgang eines Wechselrichters dienen sie dazu, dass ein pulsweiten-modulierter Strom möglichst sinusförmig verläuft, bevor er in ein elektrisches Versorgungsnetz eingespeist wird. Entsprechend ist hier die jeweilige Drossel zwischen dem Wechselrichter und dem elektrischen Versorgungsnetz angeordnet, in das eingespeist werden soll.
Im Falle eines dreiphasigen Systems wird für jede Phase eine Drossel benötigt. Häufig werden solche Drosseln eines dreiphasigen Systems zu einer dreiphasigen Drossel zusammengefasst. Hierfür wird ein aus gestapelten Blechen zusammengesetzter Magnetkern vorgesehen, der etwa das Aussehen einer 8 eines digitalen Displays aufweist. Somit sind drei magnetisch miteinander verbundene Schenkel vorhanden, die jeweils eine Wicklung einer Phase aufnehmen. Ein Magnetfeld, das sich aus einem Strom einer Wicklung in dem magnetischen Schenkel dieser Wicklung ergibt, verläuft zu einem Teil jeweils durch die übrigen beiden magnetischen Schenkel der übrigen beiden Wicklungen. Auf diese Art und Weise überlagern sich die Magnetfelder aller drei Wicklungen und damit aller drei Phasen.
Dieser etwa achtförmige Magnetkern weist eine sehr hohe magnetische Permeabilität auf, so dass sich die elektrischen Eigenschaften der Drossel im Wesentlichen durch die Wicklungen bestimmen.
Ein solcher Magnetkern ist durch die Schichtung gestanzter Bleche verhältnismäßig einfach herstellbar. Nachteilig ist jedoch, dass eine solche dreiphasige Drossel nicht vollständig symmetrisch ist, weil zwei Spulen auf jeweils einem äußeren magnetischen Schenkel angeordnet sind, wohingegen eine der Spulen auf einem magnetischen Schenkel zwischen den beiden äußeren Schenkeln angeordnet ist. Dadurch können sich die magnetischen Felder der Wicklungen, nämlich insbesondere zwischen den beiden äußeren Wicklungen einerseits und der mittig dazwischen angeordneten Wicklung andererseits, unterscheiden. Es können etwaige Streufelder auftreten und der für die mittlere Wicklung wirksame magnetische Widerstand kann etwas geringer sein als der jeweils für die beiden äußeren Wicklungen wirksame magnetische Widerstand.
Darüber hinaus setzt eine solche dreiphasige Drossel ein dreiphasiges System voraus, bei dem die Summe der Ströme null ist. Mit anderen Worten setzt sie ein System voraus oder wird in einem System eingesetzt, das keinen Neutralleiter verwendet oder benötigt.
Aus der US 6,452,819 ist ein Wechselrichter mit einer Ausgangsdrossel mit vier Schenkeln bekannt, bei der der vierte Schenkel unsymmetrische Magnetflüsse aus unsymmetrischen Oberschwingungen überträgt. Das Problem von Unsymmetrien innerhalb der drei ersten Schenkel kann hierdurch jedoch nicht gelöst werden. Das deutsche Patent- und Markenamt hat in der Prioritätsanmeldung folgenden Stand der Technik recherchiert: DE 10 2008 031 296 A1 , DE 10 74 146 A, DE 750 987 A, DE 412 872 A, US 2 359 173 A, DE 20 2010 008 961 U1 , US 2 617 090 A, US 4 099 066 A, US 1 157 730 A, EP 0 602 926 A1.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, wenigstens eines der oben genannten Probleme zu adressieren. Insbesondere soll eine verbesserte dreiphasige Drossel geschaffen werden, die auch einen unsymmetrischen Anteil eines dreiphasigen Systems berücksichtigen kann. Zumindest soll eine alternative Lösung gefunden werden.
Erfindungsgemäß wird somit ein Magnetkern für eine dreiphasige Drossel gemäß Anspruch 1 vorgeschlagen. Ein solcher Magnetkern weist einen ersten, zweiten und dritten magnetischen Schenkel zum Aufnehmen einer ersten, zweiten bzw. dritten elektrischen Wicklung einer ersten, zweiten bzw. dritten elektrischen Phase auf, wobei der erste, zweite und dritte Schenkel sternförmig oder dreiecksförmig angeordnet sind.
Es sind somit drei insbesondere gleiche magnetische Schenkel vorhanden, die bezogen auf einen gemeinsamen Mittelpunkt sternförmig angeordnet sind. Insbesondere sind diese drei Schenkel parallel zueinander und parallel zu einer gemeinsamen Längsrichtung bzw. Längsachse ausgerichtet und weisen jeweils Verbindungsschenkel auf, die sich an einem gemeinsamen Mittelpunkt treffen. Sie sind nämlich in Bezug auf diesen Mittelpunkt sternförmig angeordnet. Diese Verbindungsschenkel sind dabei in einer Draufsicht, nämlich in einer Sicht entlang der Längsachse, etwa Y-förmig angeordnet. Vorzugsweise weisen diese drei Verbindungsschenkel in der Draufsicht einen gleichen Winkel, nämlich jeweils von 120°, zueinander auf. Grundsätzlich können aber auch unterschiedliche Winkel vorgesehen sein. Entsprechend sind auch die drei magnetischen Schenkel, nämlich der erste, zweite und dritte magnetische Schenkel, die auch als Hauptschenkel bezeichnet werden können, um den gemeinsamen Mittelpunkt gleichmäßig verteilt, nämlich bezogen auf diesen Mittelpunkt um jeweils 120° zueinander versetzt. Bezogen auf den genannten Mittelpunkt sind die drei Hauptschenkel sternförmig angeordnet. Verbindet man sie direkt durch drei gedachte Linien, entsteht ein Dreieck und insoweit sind die drei Hauptschenkel dreiecksförmig angeordnet. Die drei Hauptschenkel sind nämlich nicht in einer geraden Linie zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind die drei Hauptschenkel so angeordnet, dass sie die Eckpunkte eines gedachten, gleichseiti- gen Dreiecks bilden.
Durch diese sternförmige bzw. dreiecksförmige Anordnung kann eine von Art und Größe her gleiche magnetische Verbindung zwischen den drei Hauptschenkeln untereinander erreicht werden. Keiner der drei Hauptschenkel nimmt eine Sonderstellung ein, wie dies bei dem mittleren Schenkel gemäß dem Stande der Technik der Fall war. Die vorge- schlagene Konstruktion ermöglicht nun eine in magnetischer Hinsicht symmetrische Ausgestaltung der Drossel.
Vorzugsweise ist ein vierter magnetischer Schenkel vorgesehen und der erste, zweite und dritte Schenkel sind sternförmig in Bezug auf diesen vierten magnetischen Schenkel angeordnet. Der vierte magnetische Schenkel kann zum Aufnehmen einer vierten Wick- lung vorbereitet sein. Der vierte magnetische Schenkel ist vorzugsweise kleiner ausgestaltet als der erste, zweite und dritte Schenkel, also kleiner als die Hauptschenkel. Der vierte Schenkel kann ein magnetisches Feld führen, das sich aufgrund von Unsymmet- rien des dreiphasigen Systems einstellen kann. Hierzu gehören insbesondere unsymmetrische Oberschwingungen. Entsprechend kann in dem vierten Schenkel mit magneti- sehen Wechselfeldern hoher Frequenz, im Vergleich zur Frequenz der Grundphase des Stromes des dreiphasigen Systems, gerechnet werden.
Insbesondere deshalb kann vorgesehen sein, den vierten Schenkel als Ferritkern oder als Ferritstab auszuführen. Ein solcher Ferritstab ist besonders für das Führen hochfrequenter magnetischer Wechselfelder geeignet. Zum Ableiten oder Weiterverarbeiten einer solchen unsymmetrischen Komponente kann eine Wicklung auf dem vierten Schenkel vorgesehen sein. Vorzugsweise sind der erste, zweite und dritte Schenkel und ggf. der vierte Schenkel parallel zueinander angeordnet. Sie können an zwei Seiten über jeweils drei etwa Y- förmig miteinander verbundene Verbindungsschenkel zu dem Magnetkern der dreiphasigen Drossel verbunden sein. Der vierte Schenkel ist hierbei als zentraler Schenkel vor- gesehen, soweit vorhanden, und bildet sowohl magnetisch einen Mittelpunkt, als auch in mechanischer Hinsicht zum stabilen Verbinden dieser beiden Y-förmigen Sätze von Verbindungsschenkeln.
Günstig ist es, wenn der erste, zweite und dritte Schenkel zueinander in einem gleichen, ersten Abstand angeordnet sind und/oder zum vierten Schenkel in einem gleichen, zweiten Abstand angeordnet sind, um dadurch mechanisch und magnetisch eine Symmetrie zu bilden.
Vorzugsweise sind somit der erste, zweite und dritte Schenkel jeweils über wenigstens einen magnetischen Verbindungsschenkel, insbesondere jeweils über zwei magnetische Verbindungsschenkel mit dem vierten magnetischen Schenkel verbunden. Vorzugsweise verlaufen die drei Hauptschenkel und der vierte Schenkel parallel zueinander und die Verbindungsschenkel quer, insbesondere rechtwinklig dazu.
Gemäß einer Ausführungsform wird zudem vorgeschlagen, dass der erste, zweite und dritte Schenkel magnetisch zueinander parallel geschaltet sind. Vorzugsweise sind sie auch zu dem vierten Schenkel parallel geschaltet. Im Idealfall überlagern sich die drei Magnetfelder der drei Hauptschenkel in dem vierten Schenkel durch diese Parallelschaltung zu null. Oder es ergeben sich in dem vierten Schenkel bei dieser Überlagerung nur die unsymmetrischen Anteile, die auch in einer etwaigen vierten Wicklung des vierten Schenkels als entsprechender Strom nachweisbar sein können und über eine entsprechende Verschaltung mit einem Nullleiter oder anderweitig abgeführt oder aufgeschaltet werden können.
Gemäß einer Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass der erste und zweite Schenkel einen Teil eines ersten magnetischen Kreises bilden, dass der zweite und dritte Schenkel einen Teil eines zweiten magnetischen Kreises bilden und dass der dritte und erste Schenkel einen Teil eines dritten magnetischen Kreises bilden. In jedem dieser drei magnetischen Kreise kann entsprechend ein magnetisches Feld mit einer mittleren Pfadlänge geführt werden, wobei der erste, zweite und dritte magnetische Kreis eine gleiche Länge aufweisen, insbesondere gleiche mittlere Pfadlängen eines jeweils führen- den magnetischen Feldes aufweisen. Außerdem oder alternativ weisen sie den gleichen magnetischen Widerstand auf, insbesondere ohne hierfür einen Luftspalt vorzusehen.
Der gleiche magnetische Widerstand für jeden dieser magnetischen Kreise ergibt sich insbesondere dadurch, dass alle diese drei magnetischen Kreise den gleichen mechani- sehen Aufbau bei Verwendung gleicher Materialien aufweisen. Entsprechend lässt sich aufgrund eines solchen identischen Aufbaus mit identischen Materialien auch das Merkmal nachweisen, dass die magnetischen Kreise den gleichen magnetischen Widerstand aufweisen.
Erfindungsgemäß wird zudem eine dreiphasige Drossel vorgeschlagen, die mit einem Magnetkern einer dreiphasigen Drossel gemäß wenigstens einer der beschriebenen Ausführungsformen versehen ist. Eine solche dreiphasige Drossel weist somit einen ersten, zweiten und dritten magnetischen Schenkel auf, der eine erste, zweite bzw. dritte Wicklung einer ersten, zweiten bzw. dritten elektrischen Phase trägt. Eine solche dreiphasige Drossel kann somit die Vorteile und Optionen verwirklichen, die durch den zugrunde liegenden Magnetkern ermöglicht werden.
Vorzugsweise trägt der vierte magnetische Schenkel eine vierte Wicklung und ist zum Führen einer unsymmetrischen magnetischen Komponente eines dreiphasigen Systems vorbereitet. Außerdem oder alternativ ist die vierte Wicklung zum Führen einer unsymmetrischen elektrischen Komponente eines dreiphasigen Systems vorbereitet. Insbeson- dere schafft die vorgeschlagene Lösung eine symmetrische dreiphasige Drossel, bei der etwaige Unsymmetrie-Komponenten, die im vierten Schenkel auftreten und/oder die in der vierten Wicklung auftreten, nicht durch etwaige Unsymmetrien der dreiphasigen Drossel bedingt sind, sondern tatsächliche Unsymmetrien des dreiphasigen Systems wiederspiegeln. Einen Einsatz kann eine solche dreiphasige Drossel insbesondere am Ausgang eines Frequenzwechselrichters finden. Insbesondere wenn mit einer solchen in ein dreiphasiges elektrisches Versorgungssystem eingespeist werden soll. Funktionsbedingt entsteht durch einen solchen Wechselrichter, insbesondere durch die dort verwendeten IGBTs eine unsymmetrische Belastung, die die dreiphasige Drossel zusammen mit dem vorge- schlagenen vierten Schenkel berücksichtigen kann. Insbesondere bei der Verschaltung mit Wechselrichtern bzw. Umrichtern, die Nullströme erzeugen, also Ströme in einem Nullleiter, also einem zu den dreiphasigen Leitern zusätzlichen Leiter, kann eine solche dreiphasige Drossel zur Anwendung kommen. Bei einer solchen Anwendung wird durch die Ansteuerung der Ventile eines Frequenzwechselrichters, also der Halbleiterschalter, wie beispielsweise der IGBTs ein kleiner Nullstrom schließlich im vierten Schenkel bzw. in der Wicklung des vierten Schenkels einer entsprechend verschalteten dreiphasigen Drossel erzeugt. Bisher waren dreiphasi- ge Drosseln selbst auch verantwortlich für unsymmetrische Komponenten. Eine symmetrische insbesondere wie vorgeschlagen sternförmige dreiphasige Drossel führt somit dazu, dass nur solche unsymmetrische Ströme auftreten, die tatsächlich auch durch den Wechselrichter, insbesondere die Ansteuerung der Ventile bzw. Halbleiterschalter, erzeugt werden. Insgesamt wird die Unsymmetrie, nämlich die unsymmetrischen Kompo- nenten, kleiner und entsprechend wird auch eine Belastung der Halbleiterschalter, also der IGBTs gleichmäßiger und im Ergebnis kleiner.
Nicht optimale, zumindest nicht gleichmäßige Induktivitätsverteilung auf einzelnen Phasen bisheriger Drosseln werden vermieden.
Zusätzlich zu der erzielbaren gleichmäßigen Belastung der IGBTs ist auch erreichbar, dass eine Kühloberfläche des Kupfers der Wicklungen erhöht wird. Insbesondere ist auch eine Kühlung der Wicklung bei gleichmäßiger Verteilung der Hauptschenkel gleichmäßig. Bei einer Drossel gemäß dem Stande der Technik, bei der drei Schenkel in einer Reihe angeordnet sind, kann bei dem mittleren Schenkel und damit der Wicklung des mittleren Schenkels von einer schlechteren Kühlfähigkeit ausgegangen werden. Vorzugsweise sind die Schenkel der Drossel jeweils um 120° mechanisch versetzt. Auch die magnetischen Abstände sind von Schenkel zu Schenkel, nämlich von Hauptschenkel zu Hauptschenkel vorzugsweise gleich. Der vierte Schenkel kann aus einem Ferritkern oder einem Ferritstab bestehen, um dort hochfrequente Wechselflüsse mit kleiner Amplitude zu berücksichtigen. Wenigstens eine der gezeigten Ausführungsformen schafft somit eine Symmetrie, gleiche Induktivitätswerte und bessere Luftkühlung durch größere freie Kupferoberflächen.
Die Verwendung unterschiedlicher Luftspalte in bekannten Drosseln, um dadurch eine Vergleichmäßigung zumindest des magnetischen Widerstandes einzelner magnetischer Kreise zu erreichen, kann vermieden werden. Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren näher erläutert. Fig. 1 zeigt eine dreiphasige Drossel in einer perspektivischen Prinzipansicht.
Fig. 2 zeigt eine dreiphasige Drossel als Prinzipdarstellung in einer Draufsicht.
Fig. 3 zeigt eine dreiphasige Drossel schematisch in einer perspektivischen Darstellung mit angedeuteten Wicklungen. Nachfolgend können identische Bezugszeichen ähnliche aber möglicherweise nicht identische Elemente bezeichnen, um vorhandene Zusammenhänge besser zu verdeutlichen. Insbesondere die Fig. 1 und 2 sind Prinzipskizzen, die daher möglicherweise in Details von konkreten Werten wie konkreten Abmassen von einem zugrundeliegenden Gegenstand und damit auch untereinander abweichen können, ohne dass dies eine Bedeutung für den beschriebenen Gegenstand hat.
Fig. 1 zeigt eine dreiphasige Drossel 10 mit einem Magnetkern 20. Der Magnetkern 20 weist einen ersten magnetischen Schenkel 1 , einen zweiten magnetischen Schenkel 2 und einen dritten magnetischen Schenkel 3 auf, die auch als Hauptschenkel 1 , 2 und 3 bezeichnet werden können. Außerdem weist der Magnetkern 20 einen vierten magneti- sehen Schenkel 4 auf.
Die drei Hautschenkel 1 , 2 und 3 sind jeweils über einen oberen Verbindungsschenkel 6 und einen unteren Verbindungsschenkel 8 mit dem vierten Schenkel 4 verbunden. Somit ist jeder der drei Hauptschenkel 1 , 2 und 3 mit jedem der beiden übrigen Hauptschenkel 2, 3 bzw. 3, 1 bzw. 1 , 2 über zwei obere Verbindungsschenkel 6 und zwei untere Verbin- dungsschenkel 8 verbunden. In jedem Fall ist, bei symmetrischer mechanischer Auslegung und Verwendung gleichen Materials, die Verbindung der drei Hauptschenkel 1 , 2 und 3 untereinander und die Verbindung der drei Hauptschenkel 1 , 2 und 3 zum vierten Schenkel 4 gleich. Sämtliche Schenkel der Fig. 1 , nämlich die drei Hauptschenkel 1 , 2 und 3, der vierte Schenkel und die beiden Verbindungsschenkel 6 und 8 sind nur sche- matisch als eine Linie dargestellt. Tatsächlich sind die drei Hauptschenkel 1 , 2 und 3 gleich dick und die Verbindungsschenkel 6 und 8 sind auch für sich genommen gleich dick. Der vierte Schenkel 4 ist jedenfalls deutlich dünner als die Hauptschenkel 1 , 2 und 3.
Zudem trägt der erste, zweite und dritte Schenkel eine erste, zweite bzw. dritte Wicklung L-i , l_2 bzw. I_3, die auch als Hauptwicklung bezeichnet werden können, und der vierte Schenkel trägt eine vierte Wicklung L4. Die drei Hauptwicklungen L-ι , L2 und L3 sind gleich groß dimensioniert und die vierte Wicklung L4 kann wesentlich kleiner dimensioniert sein als die drei Hauptwicklungen L-ι , L2 und L3.. Insbesondere kann die vierte Wicklung L4 hinsichtlich Anzahl der Windungen und/oder hinsichtlich des Leitungsquerschnitts jeder Windung deutlich kleiner ausgestaltet sein. Vorzugsweise sind die drei Hauptwicklungen L-ι , L2 und L3 jeweils an einer Phase eines dreiphasigen Systems angeschlossen. Die vierte Wicklung L4 kann an einen Nullleiter angeschlossen sein. Die drei oberen Verbindungsschenkel 6 sind jeweils in einem Winkel von 120° zueinander angeordnet. Das gleiche gilt für die drei unteren Schenkel 8. Gleichzeitig sind die Längen der drei oberen Verbindungsschenkel 6 und der drei unteren Verbindungsschenkel 8 gleich lang und die drei Hauptschenkel 1 , 2 und 3 sind entsprechend symmetrisch zueinander und dabei insbesondere sternförmig um den vierten Schenkel 4 angeordnet.
Fig. 2 zeigt schematisch eine Draufsicht der dreiphasigen Drossel 10 der Fig. 1. Auch hier wird besonders deutlich, dass die drei oberen Verbindungsschenkel 6 in einem gleichen Winkel zueinander, nämlich 120° zueinander angeordnet sind. Entsprechend ergibt sich eine symmetrische Anordnung der drei Hauptwicklungen L-ι , L2 und L3 zueinander. Dabei sind die drei Hauptwicklungen L-ι , L2 und L3 mechanisch um die vierte Wicklung L4 gleichmäßig angeordnet. Fig. 2 verdeutlicht insbesondere die Sternförmigkeit der Anordnung der drei Hauptschenkel 1 , 2 und 3, die hier nur als Punkt am Ende des betreffenden oberen Verbindungsschenkels 6 in Erscheinung treten.
Fig. 3 veranschaulicht in der gezeigten perspektivischen Darstellung eine mögliche konkrete Ausgestaltung der dreiphasigen Drossel 310, insbesondere des Magnetkerns 320. Der Magnetkern 320 weist einen ersten, zweiten und dritten magnetischen Schenkel 301 , 302 und 303 auf. Jeder dieser drei Hauptschenkel 301 , 302 und 303 weist eine Wicklung L-ι , L2 und L3 auf, die jedoch nur schematisch insoweit dargestellt sind, um den benötigten Wickelraum bzw. überhaupt den benötigten Platzbedarf für diese Wicklungen L-i , L2 und L3 zu verdeutlichen. Entsprechend ist erkennbar, dass jede der Wicklungen L-i , L2 und L3 viel und gleichen Platz zum Abstrahlen von Wärme aufweisen. Hierzu ist insbesondere an der Wicklung L-ι eine große Abstrahlfläche 31 zu erkennen, die in gleicher Größe und Art auch bei den beiden Wicklungen L2 und L3 vorhanden ist, in der Fig. 3 aber kaum zu erkennen ist und daher nicht mit einem Bezugszeichen versehen wurde.
Außerdem ist ein vierter Schenkel 304 vorhanden. Der vierte magnetische Schenkel 304 ist mit einem Verbindungsmittelteil 46 verbunden. Die Hauptschenkel 301 , 302 und 303 sind jeweils mit einem oberen Verbindungsschenkel 306 mit dem mittleren Verbindungsmittelteil 46 und damit mit dem vierten Schenkel 304 verbunden. Eine entsprechende Konstruktion ergibt sich auch an der Unterseite der Drossel 310, was in der Fig. 3 aber nur sehr vage zu erkennen ist. Die Drossel 10, insbesondere die einzelnen Schenkel 301-304, werden dadurch zusammengesetzt und auch der jeweilige Magnetkreis dadurch geschlossen, dass gestapelte Bleche unterschiedlicher Länge verwendet werden. Durch wechselseitige Überlappungen der Bleche entsteht eine entsprechend haltbare Verbindung und der gewünschte Magnetkreis kann dadurch geschlossen werden.
Somit ist eine symmetrische dreiphasige Drossel 10 bzw. 310 vorgeschlagen worden, die einen kompakten Aufbau mit symmetrischer Anordnung und damit symmetrischen Eigenschaften hinsichtlich eines dreiphasigen Systems aufweist. Auch hinsichtlich des mechanischen und damit thermisch relevanten Aufbaus wird jede Phase eines solchen dreiphasigen Systems gleich berücksichtigt. Etwaige unsymmetrische Anteile werden somit durch diese dreiphasige Drossel 10 bzw. 310 nicht erzeugt, können aber in dem vierten magnetischen Schenkel 4 bzw. 304 berücksichtigt werden und es kann ggf. eine Ableitung zu einem Nullleiter vorgesehen sein.

Claims

Ansprüche
1. Magnetkern (20) einer dreiphasigen Drossel (10), mit
-einem ersten, zweiten und dritten magnetischen Schenkel (1 , 2, 3) zum Aufnehmen einer ersten, zweiten bzw. dritten elektrischen Wicklung (L-ι , L2, L3), einer ersten, zweiten bzw. dritten elektrischen Phase, wobei
der erste, zweite und dritte Schenkel (1 , 2, 3) sternförmig oder dreiecksförmig angeordnet sind.
2. Magnetkern (20) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein vierter magnetischer Schenkel (4), insbesondere zum Aufnehmen einer vierten Wicklung (L4), vorgesehen ist und der erste, zweite und dritte Schenkel (1 , 2, 3) sternförmig in Bezug auf den vierten magnetischen Schenkel (4) angeordnet sind.
3. Magnetkern (20) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite und dritte Schenkel (1 , 2, 3) und ggf. der vierte Schenkel (4) parallel zueinander angeordnet sind und/oder der vierte bzw. ein vierter Schenkel (4) als Ferritkern oder Ferritstab ausgeführt ist.
4. Magnetkern (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite und dritte Schenkel (1 , 2, 3) zu einander in einem gleichen, ersten Abstand angeordnet sind und/oder zum vierten Schenkel (4) in einem gleichen, zweiten Abstand angeordnet sind.
5. Magnetkern (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite und dritte Schenkel (1 , 2, 3) jeweils über wenigstens einen magnetischen Verbindungsschenkel (6, 8), insbesondere jeweils über zwei magnetische Verbindungsschenkel (6, 8) mit dem vierten magnetischen Schenkel (4) verbunden sind.
6. Magnetkern (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite und dritte Schenkel (1 , 2, 3) magnetisch zu einander parallel geschaltet sind.
7. Magnetkern (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich- net, dass
-der erste und zweite Schenkel (1 , 2) einen Teil eines ersten magnetischen Kreises bilden, -der zweite und dritte Schenkel (2, 3) einen Teil eines zweiten magnetischen Kreises bilden,
-der dritte und erste Schenkel (3, 1 ) einen Teil eines dritten magnetischen Kreises bilden und
-der erste, zweite und dritte magnetische Kreis eine gleiche Länge aufweisen, insbesondere gleiche mittlere Pfadlänge eines jeweils zu führenden magnetischen Feldes und/oder
-den gleichen magnetischen Widerstand aufweisen.
8. Dreiphasige Drossel (10) mit einem Magnetkern (20) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste, zweite und dritte magnetische Schenkel (1 , 2, 3) eine erste, zweite bzw. dritte Wicklung (L-ι , L2, L3) einer ersten, zweiten bzw. dritten elektrischen Phase trägt.
9. Dreiphasige Drossel (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. ein vierter magnetischer Schenkel (4) eine vierte Wicklung (L4) trägt und der vierte magnetische Schenkel (4) zum Führen einer unsymmetrischen magnetischen Komponente eines dreiphasigen Systems vorbereitet ist und/oder die vierte Wicklung (L4) zum Führen einer unsymmetrischen elektrischen Komponente eines dreiphasigen Systems vorbereitet ist.
10. Dreiphasige Drossel nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Drossel am Ausgang eines Wechselrichters angeschlossen ist und dass
- die 4. Wicklung an einen Nullleiter angeschlossen ist.
1 1. Dreiphasige Drossel nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass
der vierte Schenkel als Ferritstab ausgeführt ist.
12. Dreiphasige Drossel nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass
der vierte magnetische Schenkel kleiner ausgestaltet ist als die Hauptschenkel.
13. Anordnung, geeignet zum Einspeisen elektrischen Stroms in ein elektrisches Versorgungsnetz, umfassend
- einen Wechselrichter und - eine zwischen dem Wechselrichter und dem elektrischen Versorgungsnetz angeordnete dreiphasige Drossel, wobei
- die Dreiphasige Drossel (10) gemäß einem der Ansprüche 7 bis 1 1 ausgebildet ist und der vierte magnetische Schenkel (4) und die vierte Wicklung (L4) zum Führen einer unsymmetrischen elektrischen Komponente eines dreiphasigen Systems vorbereitet sind.
14. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Wicklung an einen Nullleiter angeschlossen ist.
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