ES2307211T3 - Filtro de red polifasico. - Google Patents

Abstract

Filtro (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) de red de armónicos trifásico con las características siguientes: una primera rama (120) de filtro entre una primera entrada (FE1; L1) de filtro y una primera salida (FA1; L11) de filtro, presentando la primera rama (120) de filtro una primera conexión en serie de tres inductancias (IND1, IND2, IND3), que están conectadas entre la primera entrada (L1) de filtro y la primera salida (L13) de filtro, y que están enrolladas sobre tres brazos (132, 134, 136) diferentes de un núcleo (130) de filtro de tres brazos; una segunda rama (122) de filtro entre una segunda entrada (FE2; L2) de filtro y una segunda salida (FA2; L12) (122) de filtro, presentando la segunda rama (122) de filtro una segunda conexión en serie de tres inductancias (IND4, IND5, IND6), que están conectadas entre la segunda entrada (L2) de filtro y la segunda salida (L12) de filtro, y están enrolladas sobre tres brazos (132, 134, 136) diferentes del núcleo (130) de filtro de tres brazos; y una tercera rama (124) de filtro entre una tercera entrada (L3) de filtro y una tercera salida (L13) de filtro, presentando la tercera rama (124) de filtro una tercera conexión en serie de tres inductancias (IND7, IND8, IND9), que están conectadas entre la tercera entrada (L3) de filtro y la tercera salida (L13) de filtro, y que están enrolladas sobre tres diferentes brazos del núcleo de filtro de tres brazos, estando enrolladas inductancias (IND1, IND4, IND7) de entrada o inductancias (IND3, IND 6, IND9) de salida de las tres ramas (120, 122, 124) de filtro sobre brazos (132, 134, 136) diferentes del núcleo de filtro de tres brazos; comprendiendo la primera rama (120) de filtro una primera inductancia (IND10) en paralelo; comprendiendo la segunda rama (122) de filtro una segunda inductancia (IND11) en paralelo; comprendiendo la tercera rama (124) de filtro una tercera inductancia (IND12) en paralelo; estando acoplado un nodo, al que están unidas dos inductancias (IND1, IND2; IND2, IND3) de la primera conexión en serie, mediante la primera inductancia (IND10) en paralelo con una primera conexión (152) de un dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo; estando acoplado un nodo, al que están unidas dos inductancias (IND4, IND5; IND5, IND6) de la segunda conexión en serie, mediante la segunda inductancia (IND11) en paralelo con una segunda conexión (154) del dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo; estando acoplado un nodo, al que están unidas dos inductancias (IND7, IND8; IND8, IND9) de la tercera conexión en serie, mediante la tercera inductancia (IND12) en paralelo con una tercera conexión (156) del dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo; y estando dispuestas las tres inductancias (IND10, IND11, IND12) en paralelo sobre los tres brazos del núcleo de filtro de tres brazos.

Description

Filtro de red polifásico.

La presente invención se refiere en general a un filtro de red polifásico, en especial a un filtro de armónicos pasivo como terminal de entrada de dispositivos consumidores no lineales.

La parte muy creciente de la electrónica de potencia en la red de suministro de energía, especialmente en el campo de la técnica de propulsión, significa una distorsión creciente de la tensión de suministro por el alto contenido en armónicos de la corriente. Para evitar corrientes de tensión primaria en las redes de suministro se promulgaron en los últimos años en Europa normas, que especifican determinadas directrices para fabricantes de aparatos eléctricos y electrónicos.

Para cumplir las normas, directrices y recomendaciones promulgadas existen diferentes soluciones activas y pasivas de diferentes fabricantes por todo el mundo. Según la potencia y aplicación de los aparatos o el uso de los aparatos en el cliente final estas soluciones pueden tener ventajas y desventajas. Fundamentalmente los aparatos y filtros activos o pasivos disponibles en la actualidad para la reducción de corriente de armónicos no son especialmente atractivos desde el punto de vista del volumen de construcción o de los costes y por tanto sólo se utilizan en determinadas condiciones.

Para los aparatos electrónicos con circuito rectificador B2 o B6 interno se utilizan los siguientes métodos habituales para reducir los armónicos de corriente: bobinas de choque de CA y CC, circuitos rectificadores de pulso elevado sobre B12, B18 o B24, instalaciones de circuitos de absorción, filtros paso bajo para 50 Hz ó 60 Hz, filtros de armónicos especiales, dispositivos para la absorción de corriente sinusoidal activa (los denominados terminales de entrada activos) y filtros de armónicos activos. Los filtros de armónicos activos se hacen funcionar a este respecto en paralelo en la
red.

A continuación se considerarán con más detalle filtros de armónicos especiales. Los filtros de armónicos especiales disponibles hasta ahora presentan una pluralidad de desventajas, alcanzan en parte volúmenes de construcción muy grandes en comparación con el dispositivo consumidor o generan costes inmensos, que a menudo superan los costes reales del aparato del dispositivo consumidor conectado.

Debido a que la disposición de circuito de filtros de armónicos especiales se compone fundamentalmente de componentes inductivos y capacitivos, durante el funcionamiento de los filtros aparecen fundamentalmente tres problemas. Valores de inductancia elevados en la rama en serie de un filtro llevan a una caída de la tensión dependiente de la carga y pueden dar como resultado una tensión reducida de circuito intermedio (tensión continua según un rectificador). Es cierto que este efecto vuelve a compensarse en parte mediante la conexión de capacidades, ya que las capacidades vuelven a aumentar la tensión, sin embargo se mantiene una modificación de la tensión dependiente de la carga.

Además los condensadores conectados en una rama en paralelo generan una corriente reactiva capacitiva que en ya en el circuito abierto fluye en el filtro de armónicos. Una parte de corriente reactiva capacitiva debe mantenerse en principio muy reducida, ya que la empresa productora y distribuidora de energía no desea esta denominada sobrecompensación. Algunos fabricantes de filtros de armónicos especiales ofrecen por tanto la posibilidad de desconectar parcial o completamente los condensadores en condiciones de carga parcial con ayuda de un contactor. Esto a su vez aumenta los costes y la complejidad, ya que un contactor de este tipo para corriente capacitiva debería tener contactos adecuados y porque el filtro debe integrarse conjuntamente en un orden de ejecución de instrucciones.

Como otra desventaja de los filtros de armónicos especiales habituales debe mencionarse el comportamiento de resonancia de conexiones LC. En principio todos los circuitos compuestos por componentes inductivos y capacitivos tienen al menos un punto de resonancia. Es cierto que en el caso de los filtros se tiene cuidado de a ser posible no llegar a la zona de los puntos de resonancia con las frecuencias que se producen, sin embargo, en parte esto prácticamente no puede calcularse en el caso de cambios dinámicos de carga en relación con cambios de carga en la red de suministro o el encendido o apagado de instalaciones de compensación instaladas en la red de suministro.

Se demuestra por tanto, que los filtros de armónicos especiales habituales tienen serias desventajas técnicas y económicas, que dificultan o encarecen su uso.

El documento WO 96/01517 muestra una inductancia de secuencia cero para su uso en una transmisión HVDC.

A este respecto, cada arrollamiento de fase está dividido en tres secciones conectadas en serie. Cada una de estas secciones está dispuesta sobre diferentes brazos de tres brazos de un núcleo de filtro. Posiciones radiales de las secciones están permutadas entre los tres brazos.

El objetivo de la presente invención, es crear un filtro de red polifásico, que está diseñado como filtro de armónicos especial y que en comparación con los filtros de armónicos habituales presenta un menor volumen de construcción, una menor pérdida de potencia y menores costes.

Este objetivo se soluciona mediante un filtro de red polifásico según la reivindicación 1.

La presente invención crea un filtro de red polifásico con una primera rama de filtro entre una primera entrada de filtro y una primera salida de filtro, presentando la primera rama de filtro una primera conexión en serie de al menos dos inductancias, que están enrolladas sobre diferentes brazos de un núcleo de filtro de varios brazos, y una segunda rama de filtro entre una segunda entrada de filtro y una segunda salida de filtro, presentando la segunda rama de filtro una segunda conexión en serie de al menos dos inductancias, que están enrolladas sobre los diferentes brazos del núcleo de filtro de varios brazos.

La idea fundamental de la presente invención, es que es ventajoso distribuir varias inductancias, que son parte de una rama de filtro entre una entrada de filtro y una salida de filtro, sobre diferentes brazos de un núcleo de filtro de varios brazos. Se reconoció que una distribución de este tipo de las inductancias lleva a una reducción de la caída de tensión eficaz por la rama en serie de un filtro. Concretamente mediante la distribución según la invención de los arrollamientos de una rama de filtro sobre al menos dos brazos de un núcleo de filtro de varios brazos puede conseguirse una disminución o incluso una eliminación de componentes de flujo individuales en el núcleo de filtro. Esto permite una disminución del volumen de construcción, ya que se reduce la energía de campo magnética acumulada en el núcleo de filtro.

Una disminución de la energía de campo es posible porque las corrientes en las ramas de filtro individuales del filtro de red polifásico presentan entre sí una relación de fase predeterminada. Así, los flujos magnéticos que atraviesan las inductancias individuales, provocados por las corrientes, también presentan una relación de fase predeterminada. Si ahora se superponen los campos magnéticos, que se generan por corrientes en al menos dos ramas de filtro, entonces esto puede llevar a una reducción de todo el flujo magnético. Sin embargo, si se reduce el flujo magnético a través de una inductancia, entonces con ello también se reduce la caída de tensión por la inductancia. En conjunto, esto tiene la consecuencia de que la caída de tensión por un filtro de red polifásico según la invención es menor que por un filtro de red habitual. También se reduce la dependencia de la carga de la tensión inicial en la salida de filtro o en la salida de un rectificador conectado aguas abajo del filtro. Además el tamaño de construcción del filtro de red polifásico según la invención puede ser menor que en el caso de disposiciones de filtro habituales. De este modo se reducen finalmente también los costes en el filtro. Además también están reducidas también las pérdidas en el filtro, ya que la caída de tensión es en conjunto menor.

Las inductancias en paralelo en el filtro de red polifásico pueden realizarse con menores grosores de hilo, ya que la energía acumulada en total en el filtro a través de la distribución según la invención de las espiras en serie sobre varios brazos del núcleo de filtro es menor. De este modo se reduce también la energía que debe acumularse en las inductancias en paralelo y en consecuencia pueden reducirse los grosores de hilo. De manera similar, los dispositivos acumuladores de energía capacitivos, que también son parte de un filtro de red polifásico, también pueden realizarse más pequeños, ya que la energía que deben suministrar los acumuladores de energía capacitivos también es menor. Sin embargo, los dispositivos acumuladores de energía capacitivos más pequeños llevan a una corriente reactiva capacitiva disminuida en el circuito abierto del filtro de red polifásico o en condiciones de carga parcial. Así no hace falta desconectar los dispositivos acumuladores de energía capacitivos en un funcionamiento en circuito abierto o en un funcionamiento de carga parcial. Esto lleva a una simplificación considerable del control del filtro y la instalación, lo que permite una construcción más rápida y económica de una instalación con un filtro de red según la invención.

En un ejemplo de realización preferido el filtro de red polifásico está diseñado para transmitir corrientes alternas útiles con una frecuencia predeterminada desde la primera entrada de filtro hasta la primera salida de filtro y desde la segunda entrada de filtro hasta la segunda salida de filtro, y para atenuar corrientes parásitas con una frecuencia diferente de la predeterminada, que aparecen en la primera salida de filtro o la segunda salida de filtro, en la primera entrada de filtro o la segunda entrada de filtro. Un diseño de este tipo del filtro de red polifásico es ventajoso, porque en este caso se parte de que se generan corrientes parásitas por un dispositivo consumidor conectado a la salida de filtro y no deben transmitirse a la red de suministro de corriente, que está acoplada con la entrada de filtro. Por tanto, principalmente debe fijarse la atención en que las interferencias, especialmente corrientes de armónicos o reacciones de red, no se transmiten desde la salida de filtro hasta la entrada de filtro. Los efectos mencionados no deseados se denominan a continuación brevemente como interferencias. Por el contrario se diseña un filtro de red según la invención, para transmitir la corriente alterna útil, que normalmente tiene una frecuencia de 16 2/3 Hz, 50 Hz, 60 Hz o 400 Hz, desde la entrada de filtro hasta la salida de filtro. De este modo se garantiza un suministro del dispositivo consumidor. Un diseño de filtro correspondiente posibilita poder proporcionar en la salida de filtro un desarrollo de corriente de distorsión arbitraria, por ejemplo también un desarrollo de corriente casi en forma de bloque, mientras que la absorción de corriente en la entrada de filtro es fundamentalmente sinusoidal. Las partes de corriente de mayor frecuencia, que son necesarias para generar desarrollos de corriente distorsionados en la salida de filtro respecto a la forma sinusoidal se proporcionan con un diseño de filtro adecuado mediante elementos acumuladores de energía inductivos y también capacitivos. De este modo en el filtro según la invención pueden hacerse funcionar dispositivos consumidores con prácticamente cualquier desarrollo de corriente de entrada, sin que en la red de suministro de energía del lado de entrada se apliquen corrientes parásitas de alta frecuencia, que por ejemplo se deban a corrientes de armónicos u otras reacciones de red de un dispositivo consumidor conectado a un filtro. Todos los flujos de corriente no deseados de este tipo se denominan a continuación brevemente corrientes parásitas.

En otro ejemplo de realización preferido una rama de filtro del filtro de red polifásico comprende una primera inductancia, que está conectada entre la entrada de filtro respectiva y un nodo interno de la rama de filtro respectiva, una segunda inductancia, que está conectada entre el nodo interno y la salida de filtro respectiva así como una tercera inductancia, que es parte de una rama en paralelo y está conectada con el nodo interno. Las dos inductancias en paralelo, que están conectadas entre la entrada de filtro y el nodo interno o entre la salida de filtro y el nodo interno, están enrolladas preferiblemente sobre diferentes brazos del núcleo de filtro de varios brazos, y concretamente de tal modo, que la inductancia del lado de entrada de la segunda rama de filtro está enrollada sobre el mismo brazo de filtro que la inductancia del lado de salida de la primera rama de filtro. Mediante esta disposición se consigue un acoplamiento de las dos ramas de filtro, que pertenecen a dos diferentes fases del suministro de corriente de red. En una disposición descrita anteriormente se une una estructura en T ventajosa del filtro, que permite una buena atenuación de interferencias del lado de salida, con un acoplamiento de al menos dos ramas de filtro. A este respecto se demuestra especialmente que en comparación con una estructura de filtro en T habitual para establecer el acoplamiento entre varias ramas de filtro no se requieren arrollamientos adicionales. La inductancia del circuito en paralelo puede enrollarse además sobre un brazo de filtro adecuado, pudiendo ser éste tanto el brazo, sobre el que se encuentra el arrollamiento del lado de entrada, como también el brazo, sobre el que se encuentra el arrollamiento del lado de salida. Mediante una colocación flexible de los arrollamientos el filtro puede adaptarse a los objetivos y requisitos respectivos.

Además se prefiere, que en la rama en paralelo de una rama de filtro esté conectado un dispositivo acumulador de energía capacitivo. En un ejemplo de realización preferido, éste está acoplado mediante una inductancia con la rama en serie. Se prefiere un diseño simétrico de las diferentes ramas de filtro, de modo que también una segunda y eventualmente una tercera rama de filtro existente estén acopladas con el dispositivo acumulador de energía capacitivo. Un dispositivo acumulador de energía capacitivo permite proporcionar energía en los instantes en los que la energía en las inductancias es mínima. El filtro de red polifásico puede, mediante la introducción de acumuladores de energía capacitivos, adicionalmente a la corriente de suministro existente en la entrada de filtro, emitir o absorber otra componente de corriente, de modo que pueden conseguirse desarrollos de corriente iniciales no sinusoidales. La conexión de un dispositivo acumulador de energía capacitivo en una rama en paralelo es además ventajosa también porque una capacidad puede cortocircuitar partes de corriente de alta frecuencia. De este modo, la capacidad en la rama en paralelo disminuye la transmisión de partes de corriente de alta frecuencia desde la salida de filtro hasta la entrada de filtro. Precisamente en relación con un concepto de filtro según la invención, en el que las inductancias de varias ramas de filtro están acopladas entre sí mediante su colocación en un brazo común del núcleo de filtro, el uso de elementos acumuladores de energía capacitivos es muy ventajoso. Mediante el acoplamiento de las inductancias se reduce la energía acumulada de manera inductiva. Esto tiene como consecuencia que también puede reducirse la energía reactiva capacitiva en el filtro. De este modo pueden reducirse considerablemente los dispositivos acumuladores de energía capacitivos en relación con las inductancias acopladas según la invención en comparación con realizaciones habituales. Así, mediante una combinación de capacidades y un concepto de filtro según la invención puede conseguirse la ventaja de que puede disminuirse el tamaño de construcción de las capacidades. Esto disminuye la potencia reactiva absorbida por las capacidades en un funcionamiento en circuito abierto y contribuye a una reducción de los costes.

Además es posible acoplar elementos acumuladores de energía capacitivos directamente, es decir sin interconexión de una inductancia en paralelo, con los nodos, a los que están acopladas las diferentes inductancias en serie. Una construcción de este tipo puede ser ventajosa para conseguir una atenuación aún más intensa de armónicos de orden elevado. Concretamente a este respecto ya no hay ninguna inductancia más en serie con respecto a las capacidades. Las capacidades pueden acoplar así su energía directamente en la rama en serie. Además, el valor de la impedancia de un elemento capacitivo a altas frecuencias es muy bajo. Así debe contarse con una buena derivación de corrientes de alta frecuencia, que se encuentren en la salida del filtro. También se simplifica la estructura del circuito cuando ya no se requieren inductancias en paralelo, que estén conectadas entre la rama en serie y los elementos acumuladores de energía capacitivos.

Además se prefiere que el filtro de red polifásico sea un filtro de red trifásico. A este respecto se utiliza preferiblemente un núcleo de filtro trifásico. Existen tres ramas de filtro, que entre la entrada de filtro y la salida de filtro presentan en cada caso una conexión en serie de al menos dos inductancias. Las inductancias del lado de entrada y del lado de salida en esta rama están enrolladas en cada caso alrededor de diferentes brazos del núcleo de filtro trifásico. Un diseño trifásico proporciona la ventaja considerable de que el filtro de red polifásico puede utilizarse por tanto en relación con las redes de corriente trifásica habituales. Además, con un diseño trifásico existe la ventaja de que la relación de fase predeterminada por la red de corriente trifásica entre las fases individuales y por tanto entre las corrientes en las diferentes ramas de filtro permite de manera especialmente ventajosa un acoplamiento de las ramas de filtro y una disminución o eliminación de componentes de flujo en el núcleo de filtro trifásico. En el caso de un filtro trifásico existen concretamente tres fases que en cada caso están desplazadas 120 grados entre sí en la posición de fase. Esto es válido tanto para las tensiones como también para las corrientes así como para los campos magnéticos generados por las corrientes. Una superposición de todas las tres fases puede llevar a este respecto a una reducción del campo magnético o del flujo magnético. Un diseño trifásico es especialmente adecuado para reducir el flujo magnético en el filtro de red, por lo que se reduce la energía acumulada en el filtro y el tamaño de construcción mecánico del filtro. También la pérdida de potencia disminuye con una reducción lo suficientemente grande de los flujos magnéticos. Un diseño trifásico del filtro lleva en relación con una red de corriente trifásica habitual por lo demás a una carga uniforme de la red, lo que es deseable para las empresas productoras y distribuidoras de energía. Así, el diseño trifásico del filtro de red representa en la aplicación práctica el caso de uso más importante y está relacionado con ventajas considerables.

En el caso de un filtro de red trifásico se prefiere que cada una de las tres ramas de filtro comprenda en cada caso tres inductancias conectadas en serie entre la entrada de filtro respectiva y la salida de filtro respectiva, estando distribuidas las inductancias de cada rama preferiblemente sobre todos los tres brazos de un núcleo de filtro trifásico. Así, cada rama de filtro está acoplada de manera magnética con las dos otras ramas de filtro. Esto da como resultado una simetría máxima de la disposición. El acoplamiento de cada rama con las dos otras ramas es especialmente ventajoso en el caso de un diseño trifásico. El motivo es el desplazamiento de fase de 120 grados entre cada una de las ramas. Un acoplamiento de una rama con otra rama únicamente sólo llevaría a una ligera reducción del flujo magnético así como a una modificación de la posición de fase debido a la relación de fase entre las dos ramas (diferencia de fase de 120 grados). Si por el contrario se acopla una rama con las dos otras ramas entonces esto lleva a una clara reducción del flujo magnético, conservándose la posición de fase original. La reducción del flujo magnético depende a este respecto de la intensidad del acoplamiento con las dos otras ramas. De manera ventajosa se tiene en cuenta diseñar la intensidad de acoplamiento con las dos otras ramas en cada caso igual. En este caso se garantiza una simetría máxima, y se evitan desviaciones de fase.

Las inductancias de la primera, segunda y tercera rama de filtro presentan preferiblemente en una rama y también entre las ramas el mismo sentido de bobinado. Un diseño de este tipo permite poder transmitir una corriente desde la entrada de filtro hasta la salida de filtro con una caída de tensión lo menor posible y las menores pérdidas posibles. Por el contrario, una corriente parásita, que por ejemplo representa armónicos de corriente o una reacción de red, y que se acopla en la salida de filtro, debe evacuarse a través de la rama en derivación del filtro. Esto se facilita mediante el sentido de bobinado en la medida en que una corriente acoplada desde la salida en primer lugar pasa a través de las inductancias del lado de salida y a continuación a través de las inductancias en paralelo en el sentido contrario de la circulación. De este modo la inductancia eficaz visible para una corriente acoplada de la salida del filtro con un diseño adecuado de la dirección de bobinado se vuelve mínima. Por el contrario, una corriente útil, que se acopla en la entrada de filtro, pasa a través de la inductancia del lado de entrada y la inductancia de la rama en paralelo en un mismo sentido. La inductancia eficaz se maximiza de este modo, y la corriente útil no se cortocircuita a través de la rama en paralelo, sino que se transmite a la salida. En este sentido, la determinación del sentido de bobinado es un grado de libertad fundamental a la hora de concebir un filtro de red. En este caso se reconoció, que es ventajoso el uso de un mismo sentido de bobinado en todas las inductancias.

Además en el caso de un diseño trifásico del filtro de red también se prefiere diseñar las inductancias en cada una de las ramas de filtro con respecto al número de espiras y la distribución sobre los brazos del núcleo trifásico de tal manera que el flujo magnético en un brazo esté reducido respecto a una disposición de filtro, en la que las inductancias de una rama de filtro están enrolladas sobre un solo brazo del núcleo de filtro trifásico. Tal como ya se explicó anteriormente es ventajoso diseñar el filtro de tal modo que el flujo magnético en los brazos del núcleo trifásico sea lo menor posible. De este modo puede reducirse la forma de construcción mecánica del filtro. Simultáneamente se reducen pérdidas. Además, entonces, pueden diseñarse los elementos acumuladores de energía capacitivos más pequeños.

En el caso de un filtro de red trifásico también es útil, acoplar un dispositivo acumulador de energía capacitivo en nodos entre las inductancias en paralelo de cada rama de filtro, que están conectadas entre la entrada de filtro y la salida de filtro en serie. El acoplamiento puede realizarse o bien directamente o a través de otra inductancia. Las ventajas de una conexión de este tipo ya se explicaron y ya no se repiten en el presente documento.

Como dispositivo acumulador de energía pueden utilizarse preferiblemente una conexión en estrella de condensadores o una conexión en triángulo de condensadores. Ambas formas de circuito son habituales en el campo de la tecnología energética y pueden realizarse con un despliegue justificado.

Además se prefiere que el filtro de red esté diseñado de tal manera que una corriente, que con una frecuencia útil predeterminada fluya a través de la primera, segunda o tercera conexión del dispositivo acumulador de energía capacitivo, tenga un valor menor que una cuarta parte de la corriente nominal o corriente de medición, que en caso de una carga nominal del filtro fluye a través de la primera, segunda o tercera entrada de filtro. Un diseño de este tipo sólo se consigue mediante la distribución según la invención de las inductancias en serie de una rama de filtro sobre varios brazos del núcleo de filtro de varios brazos. En caso de aprovechar el acoplamiento conjunto de los arrollamientos individuales, entonces la corriente que fluye en la rama en derivación a la frecuencia de la corriente útil sólo debe ser proporcionalmente reducida en comparación con las disposiciones habituales. El uso de una corriente menor a través de la inductancia en paralelo permite ahora usar un hilo más delgado a como es el caso habitualmente. Por tanto, con un mismo tamaño de construcción pueden utilizarse considerablemente más espiras para la inductancia en paralelo. Debido a que la inductancia con un núcleo predeterminado es proporcional al cuadrado del número de espiras, puede conseguirse de este modo una inductancia considerablemente aumentada de la inductancia en paralelo. Según el presente concepto de conexión esto da como resultado que pueden reducirse las inductancias en serie, que se encuentran entre la entrada de filtro y la salida de filtro. Esto ahorra tanto volumen de construcción como también costes. Además, mediante el diseño según la invención de la corriente que fluye en el dispositivo acumulador de energía se reduce la corriente reactiva en el circuito abierto. Por tanto ya no se requiere una desconexión de los condensadores en un funcionamiento en circuito abierto o en un funcionamiento de carga parcial, tal como es habitual en disposiciones de filtro habituales. Por tanto ya no se requiere un contactor. Esto lleva naturalmente a una disminución de los costes. Además también sobra una activación del dispositivo de conexión, por lo que a su vez se reduce el despliegue para construir un filtro de red y por lo que el filtro puede hacerse funcionar sin problemas junto con cualquier dispositivo consumidor sin que sea necesaria una adaptación. Por la corriente reducida en comparación con las disposiciones habituales a través de los elementos acumuladores de energía inductivos de las ramas en paralelo se reduce una sobrecompensación también en el circuito abierto. De este modo pueden cumplirse las normas de las empresas productoras y distribuidoras de energía con respecto a la carga de red. Finalmente un flujo de corriente reducido en los elementos acumuladores de energía capacitivos también requiere capacidades menores, lo que a su vez lleva a una reducción del volumen de construcción y los costes.

Ejemplos de realización preferidos de la presente invención se explican a continuación con más detalle haciendo referencia a los dibujos adjuntos. Muestran:

la figura 1 una representación esquemática de un filtro de red polifásico según la invención según un primer ejemplo de realización de la presente invención;

la figura 2 un diagrama de circuito de un filtro de red de banda ancha según la invención según un segundo ejemplo de realización de la presente invención;

la figura 3 un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un tercer ejemplo de realización de la presente invención;

la figura 4 un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un cuarto ejemplo de realización de la presente invención;

la figura 5 un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un quinto ejemplo de realización de la presente invención;

la figura 6 un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un sexto ejemplo de realización de la presente invención;

la figura 7 un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un séptimo ejemplo de realización de la presente invención;

la figura 8 un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un octavo ejemplo de realización de la presente invención;

la figura 9 un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un noveno ejemplo de realización de la presente invención; y

la figura 10 un oscilograma de los desarrollos de corriente en la entrada y la salida del filtro de red según la invención según el segundo ejemplo de realización de la presente invención.

La figura 1 muestra una representación esquemática de un filtro de red polifásico según la invención según un primer ejemplo de realización de la presente invención. El filtro de red polifásico está designado en conjunto con 10. El filtro presenta una primera entrada FE1 de filtro así como una segunda entrada FE2 de filtro, además una primera salida FA1 de filtro así como una segunda salida FA2 de filtro. El filtro presenta además un núcleo 12 de filtro polifásico, que comprende un primer brazo 14 de filtro así como un segundo brazo 16 de filtro. Una primera inductancia 20 está enrollada alrededor del primer brazo 14 de filtro y unida en el primer extremo con la primera entrada FE1 de filtro. El segundo extremo de la primera inductancia 20 está unido mediante una segunda inductancia 22, que está enrollada alrededor del segundo brazo 16 de filtro del núcleo 12 de filtro polifásico, con la primera salida FA1 de filtro. El punto 24 de unión de la primera inductancia 20 y de la segunda inductancia 22 está unido con una primera entrada 26 de un circuito 28 de rama en paralelo. La segunda entrada FE2 de filtro está unida mediante una tercera inductancia 30, que está enrollada alrededor del segundo brazo 16 del núcleo 12' de filtro polifásico, y una cuarta inductancia 32, que está enrollada alrededor del primer brazo 14 del núcleo 12 de filtro polifásico, y que está conectada en serie con la tercera inductancia 30, conectada con la segunda salida FA2 de filtro. El nodo 34 de unión de la tercera inductancia 30 y de la cuarta inductancia 32 está unido con una segunda entrada 36 del circuito 28 de rama en paralelo. Además ha de observarse que todas las cuatro inductancias 20, 22, 30, 32 presentan el mismo sentido de bobinado.

En base a la descripción estructural se describe a continuación el modo de funcionamiento del presente circuito. El objetivo de la presente disposición de circuito es transmitir corrientes con una frecuencia predeterminada desde la primera entrada FE1 de filtro hasta la primera salida FA1 de filtro así como desde la segunda entrada FE2 de filtro hasta la segunda salida FA2 de filtro. Corrientes parásitas con otras frecuencias, especialmente frecuencias mayores, que pueden aplicarse en la primera y segunda salida FA1, FA2 de filtro a través de una carga no mostrada en este caso, deben atenuarse en la mayor medida posible, de modo que en las entradas FE1, FE2 de filtro sólo originen interferencias reducidas (corrientes parásitas). A este respecto la caída de tensión por el filtro de red debe ser lo más reducida posible. Por lo demás ha de indicarse, que entre las corrientes en la primera rama de filtro (entre la primera entrada FE1 de filtro y la primera salida FA1 de filtro) y la segunda rama de filtro (entre la segunda entrada FE2 de filtro y la segunda salida FA2 de filtro) existe un desplazamiento de fase. Éste está determinado por las propiedades de una red de suministro, que está acoplada con las entradas FE1, FE2 de filtro, así como por la carga conectada en las salidas FA1, FA2 de filtro.

En caso de que una corriente fluya a través de la primera rama de filtro, entonces ésta aplica a través de la primera inductancia 20 un flujo magnético en el primer brazo 14 del núcleo 12 de filtro polifásico. Mediante el efecto inductivo de la primera inductancia 20 se produce además una caída de tensión por la inductancia 20. La corriente fluye además a través de la segunda inductancia 22 y genera así también en el segundo brazo 16 del núcleo 12 de filtro polifásico un campo magnético. También se produce una caída de tensión por la segunda inductancia 22. El circuito 28 de rama en paralelo está diseñado de tal modo que la corriente que entra a la frecuencia útil, que es igual a la frecuencia nominal de la red de suministro, no supere un tamaño fijado. Esto se garantiza mediante una conexión interna del circuito 28 de rama en paralelo, a la que en este caso no se hace referencia con más detalle. El circuito del circuito 28 de rama en paralelo puede estar constituido fundamentalmente por inductancias y capacidades, que están configuradas para representar a la frecuencia nominal una impedancia lo suficientemente grande.

Si además a través de la segunda rama de filtro también fluye una corriente, entonces la tercera inductancia 30 genera un flujo magnético en el segundo brazo 16 del núcleo 12 de filtro polifásico. De nuevo se produce una caída de tensión por la tercera inductancia 30. Además fluye una corriente a través de la cuarta inductancia 32 y contribuye al flujo magnético a través del primer brazo 14 de filtro.

Si ahora entre las corrientes en la primera y la segunda rama de filtro existe un desplazamiento de fase, entonces existe un acoplamiento intenso entre las inductancias de la primera y la segunda rama de filtro. Por ejemplo, la primera inductancia 20 genera un flujo magnético en el primer brazo 14 de filtro, que a su vez en la cuarta inductancia 32 de la segunda rama de filtro induce una tensión. En caso de que la diferencia de fase entre las corrientes en la primera y la segunda rama de filtro sea lo suficientemente grande, entonces esta tensión inducida contrarresta precisamente la tensión generada en la cuarta inductancia 32 por la corriente en la segunda rama de filtro. De este modo se reduce la caída de tensión por la segunda rama de filtro. De forma similar se reduce la caída de tensión por la primera rama de filtro, ya que por ejemplo en la segunda inductancia 22 se induce una tensión debido al flujo magnético a través del segundo brazo 16 de filtro, que se produce por el flujo de corriente en la segunda rama de filtro por la tercera inductancia 30. Una observación del acoplamiento magnético de las cuatro inductancias 20, 22, 30, 32 en las ramas de filtro mostradas teniendo en cuenta el desplazamiento de fase entre la primera rama de filtro y la segunda rama de filtro muestra, que la caída de tensión por la primera rama de filtro y la segunda rama de filtro se reduce por el acoplamiento.

De forma similar puede mostrarse que cuando existe un desplazamiento de fase entre las corrientes en la primera y la segunda rama de filtro se reduce todo el flujo magnético en el primer brazo 14 de filtro y en el segundo brazo 16 de filtro. Esto puede reconocerse por ejemplo cuando se supone que la corriente en la primera rama de filtro se opone precisamente a la corriente en la segunda rama de filtro. Entonces, por ejemplo, la primera inductancia 20 genera un flujo magnético, que está orientado en un sentido, y la cuarta inductancia 32 genera un flujo magnético, que está orientado en el sentido contrario. Por tanto, todo el flujo magnético en un brazo 14, 16 de filtro es menor que en el caso de una disposición, en la que no existe ningún acoplamiento magnético directo entre la primera rama de filtro y la segunda rama de filtro.

Debido a que toda la energía magnética en el núcleo de filtro en el caso de una disposición según la invención es menor que en el caso de una disposición en la que no existe ningún acoplamiento magnético directo entre las ramas de filtro, el núcleo 12 de filtro puede diseñarse de manera correspondientemente más pequeña. Debido a que la energía acumulada en la primera, segunda, tercera y cuarta inductancia 20, 22, 30, 32 es menor que en el caso de las disposiciones habituales, el circuito 28 de rama en paralelo también tiene que acumular sólo una menor energía. Por tanto, los elementos de construcción del circuito 28 de rama en paralelo, que fundamentalmente comprende inductancias y capacidades, puede diseñarse más pequeños. Esto ahorra costes y espacio de construcción.

Por tanto, un filtro 10 de red polifásico según la invención según el primer ejemplo de realización de la presente invención tiene la ventaja de que la caída de tensión por el filtro así como la energía acumulada en el núcleo 12 de filtro son menores que en el caso de disposiciones de filtro habituales comparables. El circuito 28 de rama en paralelo del filtro de red también puede diseñarse más pequeño, lo que conlleva otras ventajas.

Finalmente ha de indicarse, que el filtro mostrado también puede ser una parte de una mayor disposición de filtro que comprenda más de dos entradas y salidas y en la que el núcleo presente más de dos brazos.

La figura 2 muestra un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un segundo ejemplo de realización de la presente invención. El filtro de red está designado en su totalidad con 110. El filtro comprende una primera rama 120 de filtro, que está conectada entre la primera entrada L1 de filtro así como una primera salida L11 de filtro, una segunda rama 122 de filtro, que está conectada entre la segunda entrada L2 de filtro y la segunda salida L12 de filtro así como una tercera rama 124 de filtro, que está conectada entre la tercera entrada L3 de filtro y la tercera salida L13 de filtro. El filtro 110 de red comprende además un núcleo 130 de filtro de tres brazos, que presenta un primer brazo 132, un segundo brazo 134 así como un tercer brazo 136. El núcleo de filtro de tres brazos puede ser de manera preferida un núcleo de filtro trifásico. La primera rama de filtro comprende una primera inductancia IND1, una segunda inductancia IND2 así como una tercera inductancia IND3, que están conectadas en serie entre la primera entrada L1 de filtro y la primera salida L11 de filtro. La primera inductancia IND1 está enrollada alrededor del primer brazo 132, la segunda inductancia IND2 está enrollada alrededor del segundo brazo 134 de filtro y la tercera inductancia IND3 está enrollada alrededor del tercer brazo 136 de filtro. La segunda rama 122 de filtro está realizada de manera análoga a la primera rama de filtro, estando conectadas una cuarta inductancia IND4, una quinta inductancia IND5 así como una sexta inductancia IND6 entre la segunda entrada L2 de filtro y la segunda salida L12 de filtro. La cuarta inductancia IND4 está enrollada sobre el segundo brazo 134, la quinta inductancia L5 está enrollada sobre el tercer brazo 136 y la sexta inductancia IND6 está enrollada sobre el primer brazo 132. La tercera rama de filtro comprende finalmente una séptima inductancia IND7, una octava inductancia IND8 así como una novena inductancia IND9, que están conectadas en serie entre la tercera entrada IND3 de filtro y la tercera salida L13 de filtro. La séptima inductancia IND7 está enrollada sobre el tercer brazo 136, la octava inductancia IND8 está enrollada sobre el primer brazo 132 y la novena inductancia IND9 está enrollada sobre el segundo brazo 134. El filtro 110 de red trifásico comprende además inductancias IND10, IND11, IND12 en paralelo así como un dispositivo 150 acumulador de energía capacitivo con una primera conexión 152, una segunda conexión 154 y una tercera conexión 156. A la primera rama 120 de filtro está asociada la décima inductancia IND10. Ésta está unida con un nodo, en el que están acopladas la primera inductancia IND1 así como la segunda inductancia IND2 entre sí. La décima inductancia IND10 está conectada además con la primera conexión 152 del dispositivo 150 acumulador de energía capacitivo. De manera similar, la segunda rama 122 de filtro comprende una undécima inductancia IND11, que está conectada entre los nodos, en los que están unidas la cuarta inductancia IND4 y la quinta inductancia IND5 entre sí, y la segunda conexión 154 del dispositivo 150 acumulador de energía capacitivo. La tercera rama 124 de filtro comprende finalmente una duodécima inductancia IND12, que está conectada entre el nodo común de la séptima inductancia IND7 y la octava inductancia IND8 y la tercera conexión 156 del dispositivo 150 acumulador de energía capacitivo. El dispositivo 150 acumulador de energía capacitivo comprende tres condensadores C1, C2, C3, que están conectados en una conexión en estrella.

Además ha de indicarse que la disposición mecánica de las inductancias individuales y el sentido de bobinado están fijados. Sobre el primer brazo 132 están colocados en este orden la primera inductancia IND1, la octava inductancia IND8 así como la sexta inductancia IND6. El segundo brazo 134 lleva la cuarta inductancia IND4, la segunda inductancia IND2 así como la novena inductancia IND9. El tercer brazo lleva finalmente la séptima inductancia IND7, a continuación la quinta inductancia IND5 y finalmente la tercera inductancia IND3. El sentido de bobinado de todas las inductancias se ha seleccionado igual. La conexión exacta de las inductancias incluido el sentido de bobinado pueden deducirse por la figura 2.

Además ha de indicarse, que la primera L1, segunda L2 y tercera entrada L3 sirven como conexión a red. La primera L11, segunda L12 y tercera salida L13 de filtro sirven como punto de conexión al aparato. Para las otras realizaciones se supone además, que el filtro 110 de red está diseñado de forma simétrica para todas las fases. Así, las inductancias IND1, IND4, IND7 del lado de entrada se denominan en las realizaciones siguientes como unidad como inductancia L(A). Las inductancias IND2, IND5, IND8 que siguen a las inductancias IND1, IND4, IND7 de entrada también están realizadas igual y a continuación se hace referencia a las mismas como inductancia L(B_{\alpha}). Las inductancias IND3, IND6, IND9 del lado de salida se denominan inductancia L(B_{\beta}). Las inductancias IND10, IND11, IND12 en paralelo se denominan finalmente en conjunto inductancia L (C).

A continuación se describe el modo de funcionamiento en principio así como el cálculo de un filtro de armónicos. Esto se muestra mediante el filtro 110 de red trifásico según la figura 2. Evidentemente es posible comprender o calcular posteriormente diferentes variantes de la disposición de circuito de forma análoga con el circuito descrito en el presente documento.

A continuación se hace referencia en primer lugar al cálculo del filtro. Como base de partida para el cálculo ha de fijarse la caída de tensión por la inductancia L_{A} en serie como tensión u_{K} de cortocircuito relativa. El valor u_{K} de L_{A} puede seleccionarse en un intervalo más amplio. Normalmente los valores deberían estar entre el 10% y el 30%. En principio es válido que el aumento de la inductancia L_{A} en serie puede llevar a una mejora de todo el valor THDI (distorsión armónica total en la entrada). Con un aumento de la inductancia L_{A} en serie también está relacionada sin embargo una mayor caída de tensión por todo el filtro así como una modificación de los valores de capacidad.

A partir de la corriente de medición predeterminada del filtro 110 de armónicos se calcula entonces la inductancia L_{A} del lado de entrada que también se designa con L(A). Predeterminando las relaciones L_{A}/L_{B} > 1 y L_{A}/L_{C} > 1 pueden determinarse a partir de las mismas los valores de inductancia restantes de las inductancias L_{B} y L_{C}. L_{B} es a este respecto la inductancia en serie del lado de salida del filtro y L_{C} es la inductancia en paralelo del filtro 110. La inductancia en serie del lado de salida se divide a este respecto en dos inductancias L_{B\alpha} y L_{B\beta}. A este respecto ha de indicarse, que L_{B\alpha} también se denomina L(B\alpha), L_{B\beta} también como L(B\beta). La inductancia L_{A} así como las relaciones L_{A}/L_{B} y L_{A}/L_{C} pueden fijarse por ejemplo mediante conocimientos empíricos. Las magnitudes determinadas son por tanto en primer lugar magnitudes de referencia, para llegar a un núcleo de hierro trifásico adecuado. La predeterminación de las relaciones L_{A}/L_{B} o L_{A}/L_{C} puede optimizarse mediante simulación informática. Según la aplicación han de seleccionarse otras relaciones.

A partir de los tres valores L_{A}, L_{B} y L_{C}, estando compuesto L_{B} por L_{B\alpha} y L_{B\beta}, puede determinarse el contenido en energía necesario de una bobina de choque de núcleo de hierro trifásica. A este respecto se aclara una de las ventajas muy fundamentales de la invención. El contenido en energía necesario en total es igual a la diferencia a partir del cuadrado de la corriente I_{r} de medición multiplicado por la inductancia L_{A} del lado de entrada más el cuadrado de la corriente I_{r} de medición multiplicado por la inductancia L_{B} del lado de salida más el cuadrado de 0,25 x I_{r} multiplicado por L_{C}. Esto es válido aunque la corriente que fluye a través de las dos inductancias L_{B\alpha} y L_{B\beta} del lado de salida real sea algo menor que la corriente I_{r} de medición (corriente de entrada) del filtro de armónicos. A partir de este cálculo puede reconocerse la reducción del contenido eficaz en energía de una bobina de choque, en la que la inductancia L_{A} del lado de entrada de una rama de filtro está enrollada sobre un brazo de un núcleo de hierro trifásico, y en la que los arrollamientos de las inductancias L_{B\alpha} y L_{B\beta} del lado de salida están colocados sobre los otros brazos del núcleo de hierro trifásico. La neutralización parcial de componentes de flujo lleva a un contenido en energía necesario en total que es menor que en el caso de una forma de realización en la que la inductancia L_{A} del lado de entrada y la inductancia L_{B} del lado de salida de una rama de filtro están enrolladas sobre el mismo brazo de un núcleo de hierro trifásico. Concretamente en el caso de una distribución de los arrollamientos según la invención se produce una diferencia de I_{r} ^2* L_{A} e I_{r} ^2*L_{B}.

Con los datos así obtenidos puede seleccionarse un tamaño correcto de núcleo para el núcleo de hierro trifásico. El cálculo del valor A_{L} se conoce a partir de la bibliografía y no se explica en el presente documento con más detalle. En caso de conocer el valor A_{L} del núcleo de hierro, entonces puede realizarse el verdadero cálculo del filtro 110 de red.

Para el cálculo se describe la disposición de filtro tanto en un esquema equivalente \pi como también en un esquema equivalente T. Las inductancias L_{A}, L_{B\alpha}, L_{B\beta}, y L_{C} están dispuestas en circuitos en T. Pueden convertir las inductancias en el circuito \pi, designándose las inductancias del circuito \pi con L_{X} (inductancia en serie), L_{Y} (primera inductancia en paralelo) y LZ (segunda inductancia en paralelo). Es válido:

1

N_{X}, N_{Y}, N_{Z} son los números de espiras de las inductancias L_{x}, L_{y}, L_{z} convertidas en el circuito \pi.

Además es posible convertir los números N_{X}, N_{Y}, N_{Z} de espiras de las inductancias en el circuito \pi en números de espiras N_{A}, N_{B\alpha}, N_{B\beta} y N_{C} de las inductancias en el circuito T:

2

N_{A}, N_{B\alpha}, N_{B\beta} y N_{C} son los números de espiras de las inductancias L_{A}, L_{B\alpha}, L_{B\beta}, y L_{C} dispuestas en el circuito T.

Con ayuda de la siguiente ecuación pueden calcularse las inductancias L_{A}, L_{B\alpha}, L_{B\beta}, y L_{C} del circuito T a partir de las inductancias L_{x}, L_{y} y L_{z} del circuito \pi:

3

Partiendo de que se conocen las inductancias L_{A}, L_{Ba}, L_{Bb}, y L_{C} del circuito T, invirtiendo la fórmula (3) pueden determinarse los valores de inductancia de un circuito \pi. Utilizando la fórmula (1) pueden determinarse ahora los números N_{X}, N_{Y}, N_{Z} de espiras de las inductancias en circuitos \pi. Finalmente puede invertirse el sistema (2) de ecuaciones para calcular los números N_{A}, N_{B}, N_{C} de espiras de las inductancias en circuitos T. De este modo todas las inductancias de la bobina de choque de arrollamiento múltiple se determinan de manera unívoca.

A partir del cálculo mostrado o a partir de este ejemplo de cálculo puede reconocerse sin problemas la ventaja de la invención. No sólo el contenido en energía necesario menor ya descrito lleva a una reducción considerable del tamaño de construcción, sino también el aprovechamiento del acoplamiento conjunto de las espiras individuales. De este modo el número N_{C} de espiras de la inductancia L_{C} en paralelo puede fijarse relativamente alto. Sin embargo, en el caso de un filtro de red según la invención, como es habitual en las disposiciones comunes, esto no lleva en la misma medida a una bobina de choque con un volumen de construcción mayor, ya que para la inductancia L_{C} en paralelo puede utilizarse una sección transversal de hilo menor que para el resto de las inductancias del lado de entrada y lado de salida. El uso de otra sección transversal de hilo o el volumen de construcción reducido de la inductancia en paralelo se obtienen a partir de la corriente considerablemente menor, que fluye al interior de la rama en paralelo del filtro de armónicos. Debido a que en la rama en paralelo del filtro de armónicos y por tanto por el arrollamiento de la inductancia L_{C} sólo fluyen las corrientes de armónicos y la corriente reactiva capacitiva del condensador a la frecuencia útil (normalmente de 50 Hz ó 60 Hz), se reduce el valor eficaz de la corriente hasta aproximadamente el 25% de la corriente I_{r} de medición del filtro. El hecho de que en la inductancia L_{C} en paralelo sólo fluya el 25% de la corriente I_{r} de medición tiene como consecuencia que la energía total de la bobina de choque de arrollamiento múltiple sea más pequeña que en el caso de un diseño de filtro habitual, ya que es válido que (0,25*I_{r})^2*L_{C}.

La suposición de corrientes en la rama en paralelo, que ascienden a aproximadamente el 25% de la corriente I_{r} de medición es válida para un diseño del filtro a un valor THDI total (Total Harmonic Distortion at Input, distorsión armónica total a la entrada) de aproximadamente el 8%, es decir en el caso de los valores resultantes de un diseño de este tipo para las inductancias L_{A}, L_{B\alpha}, L_{B\beta} y L_{C} así como para la capacidad correspondiente acoplada con la inductancia L_{C}. En otro diseño del filtro de red la corriente en la rama en paralelo se modifica correspondientemente.

En principio, la corriente de entrada del filtro de armónicos es casi sinusoidal, lo que corresponde al campo de uso y al objetivo del filtro. La corriente de salida del filtro es una corriente que se desarrolla fundamentalmente en forma de bloque, tal como muestra la figura 10. Conociendo la corriente de entrada y la corriente de salida se obtiene la corriente que debe fluir en la rama en paralelo del filtro. El flujo de corriente en la rama en paralelo del filtro, es decir a través de la inductancia L_{C}, se compone de varias partes. Una de estas partes es la corriente capacitiva generada por la capacidad en la rama en paralelo a la frecuencia nominal (normalmente 50 Hz ó 60 Hz) del filtro, que fluye a través de la bobina L_{c} de choque en el condensador acoplado con la misma. El valor I_{C\_50Hz} eficaz de esta corriente puede calcularse con la ayuda de la fórmula (5) indicada a continuación.

A esta corriente aún sinusoidal en un funcionamiento en circuito abierto del filtro se suma entonces bajo carga la corriente diferencial entre la corriente de entrada y la corriente de salida del filtro, de modo que se produce un desarrollo de corriente extremo no sinusoidal. Esto significa sin embargo a su vez, que la energía del filtro que ha de transmitirse durante los tiempos de espacio de la corriente de salida debe proceder de las capacidades conectadas en la rama en paralelo del filtro de red. Estas circunstancias son la consecuencia de que la corriente de salida tenga casi forma de bloque.

Además, en el diseño del filtro ha de tenerse en cuenta, que las capacidades en la rama en paralelo no pueden seleccionarse demasiado grandes, para evitar una corriente reactiva capacitiva aumentada en la rama en paralelo. En el caso de un diseño del filtro de armónicos a un valor THDI del 8% se obtiene utilizando valores para las inductancias L_{A}, L_{B\alpha}, L_{B\beta}, y L_{C}, que se calculan para un funcionamiento de medición, la capacidad necesaria para puentear la energía a partir del valor eficaz total de la corriente en la rama en paralelo de la siguiente manera:

4

A este respecto I_{q} es la corriente en la rama en paralelo del filtro de armónicos, I_{C\_50Hz} la corriente de oscilación fundamental capacitiva en el condensador de filtro en el caso de una conexión en estrella de los condensadores, C_{Y} la capacidad de los condensadores necesarios en las conexiones en estrella, C_{\Delta} la capacidad de los condensadores necesarios en conexiones en triángulo, U_{CY} la caída de tensión a través de un condensador en conexión en estrella en la rama en paralelo y f la frecuencia nominal del filtro de red.

La capacidad calculada es suficiente en las afirmaciones anteriormente realizadas para el efecto de filtro definido, ya que este valor de capacidad acumula precisamente la energía que se requiere durante el intervalo de tiempo, en el que la corriente de salida "presenta un espacio". Es cierto que aumentando las capacidades de filtro pueden conseguirse ligeras mejoras en el valor THDI, aunque aparecen otras desventajas, que hacen que un aumento tal del valor de condensador no se considere con frecuencia deseable.

La sintonización fina entre las inductancias individuales de la bobina de choque múltiple y el tamaño del condensador se ocupa de un efecto óptimo del filtro. Por el contrario, el efecto en principio del filtro de armónicos no se ve influenciado por esta sintonización fina, incluso con relaciones de inductancia seleccionadas de manera especialmente desfavorable entre sí o en relación con el condensador de filtro conectado. Es decir, la verdadera invención, concretamente la eliminación de componentes de flujo en el núcleo de hierro trifásico a través de la disposición óptima de las espiras sobre el núcleo trifásico siempre se mantiene en principio, y también lleva siempre a una bobina de choque con un volumen de construcción reducido. El volumen de construcción total y los valores de capacidad necesarios pueden reducirse sin embargo adicionalmente mediante una adaptación de filtro optimizada. Para ello pueden servir simulaciones asistidas por ordenador y un equipo de medición muy exacto como medio de ayuda.

Observando exactamente la corriente de entrada y de salida del filtro, que se representan en la figura 10 a modo de ejemplo, se aclara otra ventaja de la disposición de filtro de red según la invención. La corriente que fluye en un dispositivo consumidor conectado, preferiblemente un aparato con un rectificador B6 interno y aplanamiento de condensador, por su desarrollo en forma de bloque es responsable de una corriente de onda muy reducida en los condensadores de aplanamiento internos del dispositivo consumidor. Esto lleva, precisamente al conectar sistemas de accionamiento, a una mayor vida útil de los condensadores electrolíticos instalados y por tanto a una vida útil más larga del aparato.

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Mediante un análisis de un filtro 110 de red según la invención, en el que especialmente se hace uso de que para una disposición de circuito trifásica con procedimientos conocidos puede construirse un esquema equivalente monofásico, pueden reconocerse por tanto las ventajas de un circuito según la invención. A este respecto se hizo uso de la posibilidad de convertir circuitos \pi en circuitos T y a la inversa.

La figura 3 muestra un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un tercer ejemplo de partida de la presente invención. El filtro de red está designado en su totalidad con 210. La construcción y el modo de funcionamiento del filtro 210 de red se diferencian sólo de manera poco significativa de la construcción y el modo de funcionamiento del filtro 110 de red mostrado mediante la figura 2, de modo que en este caso sólo se describen las diferentes características. En especial se indica que los mismos números de referencia en este caso y también en las siguientes figuras indican dispositivos iguales.

En la figura 3 se muestra especialmente la disposición geométrica de las inductancias IND10, IND11, IND12 en paralelo sobre los brazos del núcleo de filtro. La inductancia IND10 en paralelo correspondiente a la primera rama 120 de filtro está enrollada a este respecto sobre el primer brazo 132. La inductancia IND11 en paralelo correspondiente a la segunda rama 122 de filtro está enrollada sobre el segundo brazo 134 del núcleo de filtro. La inductancia IND12 en paralelo correspondiente a la tercera rama 124 de filtro está enrollada sobre el tercer brazo 136 del núcleo de filtro. Un arrollamiento de este tipo lleva a que las inductancias IND10, IND11, IND12 en paralelo estén acopladas de manera intensa con las inductancias IND1, IND4, IND7 en serie del lado de entrada de la rama de filtro respectiva. Debido a que las inductancias IND10, IND11, IND12 en paralelo presentan el mismo sentido de bobinado que las inductancias IND1, IND4, IND7 en serie del lado de entrada, las inductancias IND1, IND4, IND7 en serie del lado de entrada y las inductancias IND10, IND11, IND12 en paralelo están conectadas en serie con respecto a una corriente de entrada, que en las entradas L1, L2, L3 de filtro fluye al interior del filtro y por tanto representan una alta inductancia. Esto reduce la derivación de la corriente de entrada a través de la rama en paralelo y reduce así la aparición de corrientes reactivas en el filtro 210 de red.

El modo de funcionamiento adicional del filtro 210 es el mismo en comparación con el filtro 110 mostrado mediante la figura 2, de modo que en este caso se prescinde de una descripción.

La figura 4 muestra un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un cuarto ejemplo de realización de la presente invención. Este es de nuevo muy similar al filtro mostrado mediante las figuras 2 y 3, de modo que en este caso también se describen sólo las diferencias. Como referencia para una descripción se utiliza a este respecto el filtro 210 de red mostrado mediante la figura 3. El presente filtro de red está designado con 260. Los mismos números de referencia indican a su vez dispositivos iguales como en los ejemplos de realización descritos anteriormente.

La estructura del filtro 260 de red es igual en comparación con el filtro 210 de red. Sólo se ha modificado la posición mecánica de las inductancias IND2, IND5, IND8 e IND3, IND6, IND9 del lado de salida sobre los brazos 132, 134, 136 del núcleo de filtro. El orden de las inductancias respecto al flujo de corriente desde la entrada de filtro hasta la salida de filtro es el mismo en el filtro 260 en comparación con el filtro 210. Así, en la primera rama 120 de filtro hay por ejemplo inductancias IND1, IND2 e IND3 precisamente en este orden entre la entrada L1 de filtro y la salida L11 de filtro. Lo similar es válido para la segunda rama 122 de filtro y la tercera rama 124 de filtro. Sin embargo, en comparación con el filtro 210 de red, en el filtro 260 de red se ha modificado la disposición mecánica de las inductancias sobre los brazos de filtro. Sin embargo, del mismo modo, las inductancias IND1 e IND10 se encuentran sobre el primer brazo 132 de filtro, las inductancias IND4 e IND11 sobre el segundo brazo de filtro y las inductancias IND7 e IND12 sobre el tercer brazo de filtro. Por el contrario se ha modificado la disposición de las inductancias del lado de salida. La inductancia IND2 de la primera rama de filtro se encuentra ahora sobre el tercer brazo 136 de filtro y la inductancia IND3 de la primera rama 120 de filtro sobre el segundo brazo 134 de filtro. También se ha modificado la disposición de la inductancia IND5 de la segunda rama 122 de filtro, que en el caso del filtro 260 está enrollada sobre el primer brazo 132, y la inductancia IND6 de la segunda rama 122 de filtro, que ahora está enrollada sobre el tercer brazo 136. Finalmente la inductancia IND8 de la tercera rama 124 de filtro está enrollada sobre el segundo brazo 134 y la inductancia IND9 sobre el primer brazo 132.

Una disposición mecánica modificada de las inductancias sobre los brazos de filtro deja sin modificar fundamentalmente las propiedades del filtro 260 de red, aunque representa otra forma de realización, que según las circunstancias puede ser mecánicamente ventajosa.

La figura 5 muestra un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según el quinto ejemplo de realización de la presente invención. El filtro de red mostrado está designado en su totalidad con 310. El filtro 310 de red también es muy similar con respecto a la construcción y el modo de funcionamiento al filtro 210 de red mostrado mediante la figura 3. Por tanto, en este caso, sólo se hace referencia a las diferencias. Los mismos números de referencia designan a su vez dispositivos iguales.

En el caso del filtro 310 de red, el acoplamiento de la rama en paralelo tiene lugar no entre la primera y la segunda

inductancia IND1, IND2; IND4, IND5; IND7, IND8 de cada rama de filtro (contado desde la entrada de filtro), sino entre la segunda y tercera inductancia IND2, IND3; IND5, IND6; IND8, IND9. Para una explicación más detallada se considerará en este caso la primera rama 120 de filtro. La inductancia IND10 en paralelo de la primera rama 120 de filtro está acoplada ahora entre la inductancia IND2 y la inductancia IND3. Con respecto a la conexión adicional, especialmente la distribución de las inductancias sobre los brazos no hay diferencias entre los filtros 210 y 310 de red.

Los filtros 210 y 310 de red no se diferencian mucho entre sí respecto a sus propiedades fundamentales. Sin embargo, pueden obtenerse diferencias en el dimensionamiento, es decir, el diseño de las inductancias o capacidades. Según los requisitos y las circunstancias mecánicas puede ser por tanto más ventajosa una disposición 210 de filtro según la figura 3 o una disposición 310 de filtro según la figura 5.

La figura 6 muestra un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un sexto ejemplo de realización de la presente invención. El filtro corresponde desde el punto de vista de su construcción en principio y de su modo de funcionamiento a los filtros mostrados mediante las figuras 2 a 5, de modo que de nuevo en este caso se hace referencia a esta descripción. Los mismos números de referencia caracterizan también aquí los mismos dispositivos que en los filtros de red descritos anteriormente. El filtro de red mostrado mediante la figura 6 está designado en su totalidad con 360. Corresponde desde el punto de vista de la distribución de las inductancias a los núcleos de filtro al filtro 260 de red mostrado mediante la figura 4. Las ramas en paralelo se ramifican sin embargo, de forma similar al filtro 310 de red descrito mediante la figura 5, entre la segunda y tercera inductancia IND2, IND3; IND5, IND6; IND8, IND9 de cada rama 120, 122, 124 de filtro.

Una forma de realización de este tipo representa de nuevo una alternativa al filtro 260 mostrado mediante la figura 4 así como al filtro 310 mostrado mediante la figura 5. Las propiedades no se han modificado fundamentalmente, aunque de nuevo se requiere otro dimensionamiento de las inductancias y capacidades.

La figura 7 muestra un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un séptimo ejemplo de realización de la presente invención. El filtro está designado en su totalidad con 410 y se basa en el filtro 210 mostrado mediante la figura 3. Los mismos números de referencia caracterizan de nuevo dispositivos iguales. En este caso no vuelven a describirse las características del filtro 410, que son iguales en comparación con el filtro 210. Más bien se hace referencia a la descripción del filtro 210 o del filtro 110.

El filtro 410 se ha complementado en comparación con el filtro 210, porque se ha introducido una segunda rama en paralelo. Ésta comprende las inductancias IND13, IND14 e IND15 así como un segundo dispositivo 420 acumulador de energía capacitivo, que comprende tres capacidades C4, C5, C6. El segundo dispositivo 420 acumulador de energía capacitivo presenta una primera conexión 422, una segunda conexión 424 así como una tercera conexión 426. Por lo demás ha de indicarse, que las inductancias de la primera rama en paralelo están designadas en conjunto como L(C1), mientras que las inductancias IND13, IND14 e IND15 de la segunda rama en paralelo están designadas en conjunto con L(C2). La inductancia IND13 de la segunda rama en paralelo está unida con el punto de nodo entre la segunda inductancia IND2 y la tercera inductancia IND3 de la primera rama 120 de filtro así como con la primera conexión 422 del segundo dispositivo 420 acumulador de energía capacitivo. La inductancia IND13 de la segunda rama en paralelo de la primera rama 120 de filtro está enrollada sobre el primer brazo 132. El sentido de bobinado es a este respecto igual que el del resto de las inductancias.

De manera analógica a la inductancia IND13 de la primera rama de filtro también están conectadas las inductancias IND14 e IND15 de la segunda y tercera rama de filtro y están enrolladas sobre el segundo 134 o tercer brazo 136 del núcleo de filtro trifásico. Los detalles de la conexión han de deducirse de la figura 7.

Un filtro 410 de red, que presenta una segunda rama en paralelo, puede diseñarse para conseguir un mejor efecto de filtro que un filtro de red con sólo una rama de filtro. En especial pueden dimensionarse las ramas en paralelo para suprimir dos frecuencias no deseadas. Visto en conjunto hay más grados de libertad a la hora de concebir un filtro, ya que el filtro tiene un orden de filtro mayor. De este modo se aumenta también el despliegue para la realización de un filtro de red con dos ramas en paralelo, ya que se requieren inductancias IND13, IND14, IND15 en paralelo adicionales como capacidades C4, C5, C6 adicionales. Según los requisitos es por tanto conveniente utilizar un filtro con sólo una rama en paralelo o un filtro 410 con dos ramas en paralelo.

La figura 8 muestra un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un octavo ejemplo de realización de la presente invención. Este filtro corresponde fundamentalmente al filtro 410 de red mostrado mediante la figura 7, estando conectadas las inductancias en la rama en serie tal como en el filtro 260 mostrado mediante la figura 4, en vez de como en el filtro 210 mostrado mediante la figura 3. El filtro 460 representa por tanto sólo otra alternativa que puede utilizarse según los requisitos y las circunstancias mecánicas.

La figura 9 muestra un diagrama de circuito de un filtro de red trifásico según la invención según un noveno ejemplo de realización de la presente invención que se designa en conjunto con 510. El filtro corresponde fundamentalmente a los filtros 210 y 260 de red mostrados mediante las figuras 3 y 4, de modo que dispositivos no modificados no se describen de nuevo. Más bien se hace referencia a la descripción anterior. En especial los mismos números de referencia también indican dispositivos iguales. El filtro 510 está modificado con respecto al filtro 210 en la medida en que el dispositivo 150' acumulador de energía comprende en este caso una conexión en triángulo de condensadores C1', C2' y C3'. En comparación con una conexión en estrella, tal como se muestra en el filtro 210 de red, una conexión en triángulo de condensadores ofrece la ventaja de que los condensadores deben presentar una menor capacidad. Sin embargo es necesario que los condensadores de una conexión en triángulo tengan una mayor resistencia a la tensión que los condensadores de una conexión en estrella. Finalmente en el uso de una conexión en triángulo tampoco es posible conectar a tierra una conexión de los condensadores.

Por tanto depende de nuevo de la aplicación y los requisitos si es más ventajosa una conexión en estrella de condensadores o una conexión en triángulo de condensadores.

Los filtros de red mostrados pueden modificarse en gran medida sin alejarse de la idea principal de la invención. Así por ejemplo es posible utilizar en cada rama de filtro en el lado de salida sólo una inductancia en serie (por ejemplo IND2, IND5 e IND8) y prescindir de la segunda inductancia (por ejemplo IND3, IND6, IND9). Si bien en un filtro de este tipo ya no se garantiza una simetría completa, sin embargo sigue presentando ventajas en comparación con un filtro habitual al estar dispuestas todas las inductancias de una rama de filtro sobre el mismo brazo del núcleo de filtro.

Además es posible enrollar las inductancias IND10, IND11, IND12 en paralelo así como dado el caso IND13, IND14, IND15 de una rama de filtro sobre otro brazo 132, 134, 136 del núcleo de filtro que la inductancia IND1, IND2, IND3 del lado de entrada. Un cambio de este tipo lleva a otro grado de libertad a la hora de concebir y diseñar un filtro de red.

Por lo demás también es posible sin problemas complementar un filtro de red mediante otras etapas de filtro y obtener de este modo un filtro de orden mayor. Si bien uno de este tipo es más complicado en la fabricación, sin embargo ofrece con un diseño adecuado una característica de filtro mejorada. Esto puede ser necesario cuando los requisitos con respecto al efecto de filtro son elevados.

Además es posible añadir capacidades o inductancias adicionales al filtro. Por ejemplo pueden estar acopladas varias ramas en paralelo en un nodo de conexión entre dos inductancias en serie que se sitúan entre la entrada de filtro y la salida de filtro. Una rama en paralelo puede comprender a este respecto no sólo una conexión en serie a partir de una inductancia y un elemento acumulador de energía capacitivo, sino también una capacidad en sí. Esto puede ser de ayuda para suprimir interferencias de alta frecuencia, siempre que la capacidad esté diseñada de tal modo, que una corriente reactiva capacitiva sea lo suficientemente pequeña a la frecuencia nominal del filtro de red.

Además el filtro puede comprender dispositivos de conexión que permitan adaptar el filtro a diferentes estados de funcionamiento. Así puede ser ventajoso desconectar capacidades en paralelo. También puede ser deseable puentear inductancias individuales. De este modo puede influirse en la caída de tensión por el filtro o una parte de corriente reactiva generada por el filtro. Esto puede ser ventajoso cuando pueden aparecer cambios de carga muy intensos o el filtro debe poder configurarse para una pluralidad de casos de funcionamiento.

Finalmente existe una flexibilidad elevada en el diseño del núcleo de filtro polifásico. En principio pueden utilizarse todos los tipos de núcleo disponibles, por ejemplo núcleos a partir de hierro o hierro en polvo.

La figura 10 muestra un oscilograma de los desarrollos de corriente en la entrada de la red y la salida de un filtro de red según la invención según el filtro mostrado en las figuras 2 y 3. El oscilograma se designa en conjunto con 610. Muestra un primer desarrollo 620 de curva que representa el desarrollo de corriente en la entrada del filtro de red según la invención. En la abscisa t está anotado el tiempo, mientras que la ordenada I muestra la corriente de entrada. De manera similar el oscilograma muestra un segundo desarrollo 630 de curva que representa la corriente de salida en la salida del filtro de red según la invención. De nuevo en la abscisa t está anotado el tiempo, mientras que la ordenada I muestra la corriente.

Para la medición un filtro de red según la invención está conectado con una carga trifásica que presenta una rectificación B6 interna y un aplanamiento de condensador. La corriente de entrada del filtro de red que se describe mediante el desarrollo 620 de señal es fundamentalmente sinusoidal. La corriente de salida que se describe mediante el desarrollo de 630 de curva tiene por el contrario prácticamente forma de bloque. El desarrollo de corriente en la salida de filtro muestra un aumento de mucha pendiente y una caída de mucha pendiente de la corriente, mientras que la corriente para valores de corriente grandes es casi constante. Cerca del paso por cero la corriente sólo varía ligeramente a lo largo del tiempo, de modo que el flujo de corriente es casi constante para un intervalo de tiempo de aproximadamente 2 ms (en una duración de periodo de 20 ms).

Por lo demás debe mencionarse que el desarrollo de corriente mostrado presenta una duración de periodo de aproximadamente 20 ms, lo que equivale a una frecuencia de 50 Hz. La amplitud de la corriente asciende aproximadamente a 250 amperios.

Se demuestra que la corriente que fluye en el dispositivo consumidor conectado puede llevar a una corriente de onda muy reducida en los condensadores internos del dispositivo consumidor por su desarrollo en forma de bloque. Esto puede llevar a una vida útil aumentada de los condensadores electrolíticos en el dispositivo consumidor y de este modo a una vida útil más larga del aparato consumidor conectado.

En resumen puede afirmarse que la presente invención describe un filtro de armónicos pasivo que está compuesto por una combinación de una bobina de choque de arrollamiento múltiple inteligente y varios condensadores eléctricos, y que sirve para la reducción significativa de armónicos de corriente en la entrada de dispositivos consumidores no lineales.

Las reacciones de red generadas por dispositivos consumidores no lineales llevan con frecuencia a interferencias en la red de suministro público. El filtro de armónicos pasivo anteriormente descrito sirve para la reducción significativa de los armónicos de corriente de dispositivos consumidores no lineales, en especial de aparatos electrónicos con una conexión B2 o B6 de rectificador interna y aplanamiento posterior mediante condensadores o mediante una combinación de condensadores y bobinas de choque. Los aparatos electrónicos de este tipo se utilizan preferiblemente en sistemas de accionamiento eléctricos. La particularidad de la invención se basa en la combinación de una bobina de choque arrollamiento múltiple con conexión única de los arrollamientos entre sí y una conexión de condensadores. La absorción de corriente prácticamente sinusoidal conseguida de este modo en la entrada del filtro de red al acoplar dispositivos consumidores no lineales en la salida de filtro se consigue con la técnica especial según la invención con un volumen de construcción y pérdida de potencia mínimos. La conexión óptima según la invención de diferentes arrollamientos sobre un núcleo magnético aprovecha las propiedades magnéticas de la bobina de choque neutralizando diferentes componentes de flujo en relación con la energía suministrada a partir de condensadores. La absorción de corriente sinusoidal resultante de ello en la entrada de filtro es fundamentalmente independiente de la carga.

El filtro de armónicos se conecta entre la tensión de red suministradora y el aparato electrónico en cuestión, y por tanto se denomina también filtro de armónicos de terminal de entrada. Una conexión en paralelo del lado de entrada de varios dispositivos consumidores es absolutamente posible bajo determinadas condiciones y se denomina como compensación de grupo o filtro de grupo.

El filtro de armónicos está compuesto por una bobina de choque de arrollamiento múltiple en la que todos los arrollamientos están enrollados en el mismo sentido de bobinado y distribuidos por las fases sobre diferentes brazos de un núcleo de hierro trifásico magnético. A este respecto al menos un arrollamiento de una fase (por ejemplo de la fase L1) siempre está enrollado sobre un brazo diferente que el resto de los arrollamientos. Los condensadores conectados pueden conectarse al menos en uno o varios puntos de unión de los arrollamientos.

El circuito de filtro resultante reduce considerablemente armónicos de corriente en la entrada del filtro y simultáneamente provoca una corriente continua aplanada tras el rectificador. De este modo se consigue una corriente de onda muy reducida en los condensadores de aplanamiento conectados aguas abajo.

Las desventajas de los filtros de armónicos conocidos se reducen en un filtro de red según la invención a un mínimo. Las características técnicas se mejoran considerablemente en comparación con las soluciones actuales. Así, un filtro de armónicos según la invención es un filtro atractivo y de venta sencilla para la reducción de armónicos de corriente debido a su volumen de construcción reducido, su pérdida de potencia reducida y costes reducidos.

La distribución de los arrollamientos individuales sobre al menos dos brazos o más de un núcleo de hierro magnético trifásico lleva a la reducción de la caída de tensión eficaz en la rama en serie del filtro. Además a través de la distribución óptima de los arrollamientos sobre al menos uno o varios brazos del núcleo de hierro trifásico se consigue una eliminación de componentes de flujo individuales. De este modo se reduce no sólo la caída de tensión en la rama en serie del filtro, sino que también pueden reducirse considerablemente los condensadores conectados en la rama en paralelo, ya que disminuye la energía que debe suministrarse a partir de los condensadores. Esto lleva a su vez a una menor corriente reactiva capacitiva en el circuito abierto o bajo condiciones de carga parcial. En la mayoría de los casos ya no es necesaria una desconexión de las capacidades. Mediante el cálculo asistido por ordenador y conocimientos obtenidos a partir de mediciones pueden optimizarse y sintonizarse entre sí de manera exacta los valores de las inductancias individuales de la bobina de choque de arrollamiento múltiple. De aquí se obtiene un despliegue de arrollamiento menor y de este modo pérdidas menores. Mediante los cálculos mencionados puede determinarse además de manera exacta la relación de las inductancias individuales con respecto a los condensadores conectados para encontrar también en este caso un valor óptimo y mantener muy reducida la tendencia a oscilaciones del sistema de filtro.

Un filtro según las figuras 2 ó 3 o según las figuras 4 a 9 presenta al menos un arrollamiento por cada fase sobre otro brazo del núcleo magnético trifásico que los demás arrollamientos y tiene al menos un condensador conectado por cada fase. Los condensadores pueden estar cableados en estrella o en triángulo. En un filtro especialmente ventajoso todos los arrollamientos tienen el mismo sentido de bobinado. A este respecto el sentido de bobinado puede ser positivo o negativo en todos los arrollamientos. Esto no cambia la propia función del principio de la invención. Los arrollamientos tienen sobre cada brazo, por tanto también dentro de las tres fases L1, L2, L3, el mismo sentido de bobinado. Una bobina de choque de arrollamiento múltiple según la figura 3 tiene al menos cuatro o más arrollamientos por cada fase, estando enrollado al menos un arrollamiento (o más) por cada fase sobre otro brazo del núcleo de hierro trifásico que los demás arrollamientos. Dicho de otro modo, al menos un arrollamiento por cada fase se sitúa sobre un brazo del núcleo de hierro trifásico, que según la definición pertenece a otra fase. Para el núcleo de hierro puede utilizarse en vez de hierro también hierro en polvo o cualquier otro material.

Los condensadores pueden conectarse en el lado libre de la inductancia en la rama en paralelo, en cada punto de unión entre las inductancias en la rama en serie y la rama en paralelo. Pueden conectarse condensadores o bien sólo una vez por cada fase o bien varias veces por cada fase cuando existen varios puntos de unión. A este respecto debería comentarse que como mínimo siempre existen dos puntos de unión. Además los condensadores pueden conectarse también a todas las inductancias disponibles de las ramas en paralelo. Los condensadores pueden estar conectados o bien en estrella o bien en triángulo a las inductancias que se sitúan en la rama en paralelo.

La conexión de los arrollamientos en el mismo sentido de bobinado sólo ofrece una ventaja técnica cuando en el interior del núcleo magnético tiene lugar una eliminación de componentes de flujo. Éstas son componentes de flujo que de manera predominante contienen partes con una frecuencia mayor (con una frecuencia mayor que la frecuencia de la tensión de red suministradora del filtro). La construcción trifásica mecánica del núcleo magnético se aprovecha a este respecto junto con el desplazamiento de fase de las tres fases L1, L2 y L3.

Claims (11)

1. Filtro (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) de red de armónicos trifásico con las características siguientes:

una primera rama (120) de filtro entre una primera entrada (FE1; L1) de filtro y una primera salida (FA1; L11) de filtro, presentando la primera rama (120) de filtro una primera conexión en serie de tres inductancias (IND1, IND2, IND3), que están conectadas entre la primera entrada (L1) de filtro y la primera salida (L13) de filtro, y que están enrolladas sobre tres brazos (132, 134, 136) diferentes de un núcleo (130) de filtro de tres brazos;

una segunda rama (122) de filtro entre una segunda entrada (FE2; L2) de filtro y una segunda salida (FA2; L12) (122) de filtro, presentando la segunda rama (122) de filtro una segunda conexión en serie de tres inductancias (IND4, IND5, IND6), que están conectadas entre la segunda entrada (L2) de filtro y la segunda salida (L12) de filtro, y están enrolladas sobre tres brazos (132, 134, 136) diferentes del núcleo (130) de filtro de tres brazos; y

una tercera rama (124) de filtro entre una tercera entrada (L3) de filtro y una tercera salida (L13) de filtro, presentando la tercera rama (124) de filtro una tercera conexión en serie de tres inductancias (IND7, IND8, IND9), que están conectadas entre la tercera entrada (L3) de filtro y la tercera salida (L13) de filtro, y que están enrolladas sobre tres diferentes brazos del núcleo de filtro de tres brazos,

estando enrolladas inductancias (IND1, IND4, IND7) de entrada o inductancias (IND3, IND 6, IND9) de salida de las tres ramas (120, 122, 124) de filtro sobre brazos (132, 134, 136) diferentes del núcleo de filtro de tres brazos;

comprendiendo la primera rama (120) de filtro una primera inductancia (IND10) en paralelo;

comprendiendo la segunda rama (122) de filtro una segunda inductancia (IND11) en paralelo;

comprendiendo la tercera rama (124) de filtro una tercera inductancia (IND12) en paralelo;

estando acoplado un nodo, al que están unidas dos inductancias (IND1, IND2; IND2, IND3) de la primera conexión en serie, mediante la primera inductancia (IND10) en paralelo con una primera conexión (152) de un dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo;

estando acoplado un nodo, al que están unidas dos inductancias (IND4, IND5; IND5, IND6) de la segunda conexión en serie, mediante la segunda inductancia (IND11) en paralelo con una segunda conexión (154) del dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo;

estando acoplado un nodo, al que están unidas dos inductancias (IND7, IND8; IND8, IND9) de la tercera conexión en serie, mediante la tercera inductancia (IND12) en paralelo con una tercera conexión (156) del dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo; y

estando dispuestas las tres inductancias (IND10, IND11, IND12) en paralelo sobre los tres brazos del núcleo de filtro de tres brazos.

2. Filtro (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) de red de armónicos trifásico según la reivindicación 1, estando diseñado el filtro de red trifásico para transmitir corrientes alternas útiles con una frecuencia predeterminada desde la primera entrada (FE1; L1) de filtro hasta la primera salida (FA1; L11) de filtro y desde la segunda entrada (FE2; L2) de filtro hasta la segunda salida (FA2; L12) de filtro, para atenuar corrientes parásitas con una frecuencia diferente de la predeterminada, que aparecen en la primera salida (FA1; L11) de filtro, en la primera entrada (FE1; L1) de filtro, o para atenuar corrientes parásitas, que aparecen en la segunda salida (FA2; L12) de filtro, en la segunda entrada (FE2; L2) de filtro.

3. Filtro (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) de red de armónicos trifásico según la reivindicación 1 ó 2, en el que la primera rama (120) de filtro comprende una primera inductancia (IND1), que está conectada entre la primera entrada (L1) de filtro y un primer nodo, una segunda inductancia (IND2), que está conectada entre el primer nodo y la primera salida (L11) de filtro, así como una tercera inductancia (IND10), que está acoplada con el primer nodo, para formar una primera rama en derivación del filtro de red polifásico; y

en el que la segunda rama (122) de filtro comprende una cuarta inductancia (IND4), que está conectada entre la segunda entrada de filtro y un segundo nodo, una quinta inductancia (IND5), que está conectada entre el segundo nodo y la segunda salida (L12) de filtro, así como una sexta inductancia (IND11), que está acoplada con el segundo nodo, para formar una segunda rama en derivación del filtro de red polifásico;

estando enrolladas la segunda inductancia (IND2) y la cuarta inductancia (IND4) sobre el mismo brazo (134) del núcleo (130) de filtro de tres brazos.

4. Filtro (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) de red de armónicos trifásico según la reivindicación 3, en el que la tercera inductancia (IND10) está acoplada con una primera conexión (152) de un dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo, y en el que la sexta inductancia (IND11) está acoplada con una segunda conexión (154) del dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo.

5. Filtro (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) de red de armónicos polifásico según la reivindicación 1 ó 2; en el que la primera rama (120) de filtro comprende un primer nodo, que está acoplado con dos inductancias (IND1, IND2) de la conexión en serie de inductancias de la primera rama (120) de filtro;

en el que la segunda rama (122) de filtro comprende un segundo nodo, que está acoplado con dos inductancias (IND4, IND5) de la conexión en serie de inductancias de la segunda rama de filtro; y

estando acoplado el primer nodo con una primera conexión (152) de un dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo, y estando acoplado el segundo nodo con una segunda conexión (154) del dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo.

6. Filtro (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) de red de armónicos trifásico según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que las inductancias (IND1, IND2, IND3, IND4, IND5, IND6, IND7, IND8, IND9) de la primera, segunda y tercera conexión en serie presentan un mismo sentido de bobinado.

7. Filtro (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) de red de armónicos trifásico según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que las conexiones en serie están diseñadas con respecto a los números de espiras de las inductancias (IND1, IND2, IND3, IND4, IND5, IND6, IND7, IND8, IND9) y con respecto a una distribución de las inductancias (IND1, IND2, IND3, IND4, IND5, IND6, IND7, IND8, IND9) sobre los brazos (132, 134, 136) del núcleo (130) de filtro de varios brazos de tal manera, que un flujo magnético en un brazo (132, 134, 136) del núcleo de filtro de varios brazos está reducido respecto a una disposición de filtro, en la que las inductancias de una rama (120, 122, 124) de filtro están enrolladas sobre un solo brazo (132, 134, 136) del núcleo (130) de filtro de varios brazos.

8. Filtro (110; 210: 260; 310; 360; 410; 460; 510) de red de armónicos trifásico según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo es una conexión en estrella de condensadores.

9. Filtro (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) de red de armónicos trifásico según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo es una conexión en triángulo de condensado-
res.

10. Filtro (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) de red de armónicos trifásico según una de las reivindicaciones 1 a 9, que está diseñado de tal manera que una corriente, que fluye con una frecuencia útil predeterminada a través de la primera, segunda o tercera conexión (152, 154, 156) del dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo, tiene un valor menor que una cuarta parte de una corriente que con una carga máxima permitida del filtro fluye a través de la primera, segunda o tercera entrada (L1, L2, L3) de filtro.

11. Procedimiento para hacer funcionar un filtro (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) de red trifásico con una primera rama (120) de filtro entre una primera entrada (FE1; L1) de filtro y una primera salida (FA1; L11) de filtro, presentando la primera rama (120) de filtro una primera conexión en serie de tres inductancias (IND1, IND2, IND3), que están conectadas entre la primera entrada (L1) de filtro y la primera salida (L13) de filtro, y que están enrolladas sobre tres brazos (132, 134, 136) diferentes de un núcleo (130) de filtro de tres brazos, una segunda rama (122) de filtro entre una segunda entrada (FE2; L2) de filtro y una segunda salida (FA2; L12) de filtro, presentando la segunda rama (122) de filtro una segunda conexión en serie de tres inductancias (IND4, IND5, IND6), que están conectadas entre la segunda entrada (L2) de filtro y la segunda salida (L12) de filtro, y están enrolladas sobre tres brazos (132, 134, 136) diferentes del núcleo (130) de filtro de tres brazos, y una tercera rama (124) de filtro entre una tercera entrada (L3) de filtro y una tercera salida (L13) de filtro, presentando la tercera rama (124) de filtro una tercera conexión en serie de tres inductancias (IND7, IND8, IND9), que están conectadas entre la tercera entrada (L3) de filtro y la tercera salida (L13) de filtro, y que están enrolladas sobre tres diferentes brazos del núcleo de filtro de tres brazos, estando enrolladas inductancias (IND1, IND4, IND7) de entrada o inductancias (IND3, IND6, IND9) de salida de las tres ramas (120, 122, 124) de filtro sobre brazos (132, 134, 136) diferentes del núcleo de filtro de tres brazos,

estando enrolladas inductancias (IND1, IND4, IND7) de entrada o inductancias (IND3, IND 6, IND9) de salida de las tres ramas (120, 122, 124) de filtro sobre brazos (132, 134, 136) diferentes del núcleo de filtro de tres brazos;

comprendiendo la primera rama (120) de filtro una primera inductancia (IND10) en paralelo;

comprendiendo la segunda rama (122) de filtro una segunda inductancia (IND11) en paralelo;

comprendiendo la tercera rama (124) de filtro una tercera inductancia (IND12) en paralelo;

estando acoplado un nodo, al que están unidas dos inductancias (IND1, IND2; IND2, IND3) de la primera conexión en serie, mediante la primera inductancia (IND10) en paralelo con una primera conexión (152) de un dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo;

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estando acoplado un nodo, al que están unidas dos inductancias (IND4, IND5; IND5, IND6) de la segunda conexión en serie, mediante la segunda inductancia (IND11) en paralelo con una segunda conexión (154) del dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo;

estando acoplado un nodo, al que están unidas dos inductancias (IND7, IND8; IND8, IND9) de la tercera conexión en serie, mediante la tercera inductancia (IND12) en paralelo con una tercera conexión (156) del dispositivo (150) acumulador de energía capacitivo; y

estando dispuestas las tres inductancias (IND10, IND11, IND12) en paralelo sobre los tres brazos del núcleo de filtro de tres brazos,

comprendiendo el procedimiento una transmisión de corrientes alternas útiles desde la primera entrada de filtro hasta la primera salida de filtro y desde la segunda entrada de filtro hasta la segunda salida de filtro.