WO2008138863A2

WO2008138863A2 - Netzfilter für einen umrichter zum anschluss des umrichters an ein 3-phasiges versorgungsnetz

Info

Publication number: WO2008138863A2
Application number: PCT/EP2008/055703
Authority: WO
Inventors: Tobias Hofmann; Alfred Böhm
Original assignee: Siemens Aktiengesellschaft; BÖHM, Rommy; Böhm, Florian
Priority date: 2007-05-14
Filing date: 2008-05-08
Publication date: 2008-11-20
Also published as: DE102007022503A1; JP2010527228A; JP5383662B2; US8680949B2; WO2008138863A3; US20110156833A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Netzfilter (1) für einen Umrichter zum Anschluss des Umrichters an ein 3-phasiges Versorgungsnetz (3). Hierbei ist pro Phase eine Ringdrossel (13) in Serie geschaltet mit einer Kommutierungsdrossel (11) des Umrichters. Weiterhin ist eine Y-Kondensatorschaltung (15) vorgesehen umfassend mindestens vier Kapazitäten, wobei eine erste, eine zweite und eine dritte der vier Kapazitäten mit jeweils einer der Phasen des 3-phasigen Versorgungsnetzes (3) verbunden ist und eine vierte der vier Kapazitäten gegen Erde geschaltet ist. Besonders bevorzugt ist das Netzfilter (1) auf der Kommutierungsdrossel (11) des Umrichters montiert und die Windungen der Ringdrossel (13) sind gebildet durch Anschlussleitungen, welche zur Verbindung der ersten, zweiten und dritten Kapazität mit den drei Phasen des Versorgungsnetzes (3) dienen. Die Windungen der Ringdrossel (13) für jede Phase können hierbei auf einem gemeinsamen Ringkern, bevorzugt einem Ferritkern, aufgewickelt sein.

Description

Beschreibung

Netzfilter für einen Umrichter zum Anschluss des Umrichters an ein 3-phasiges Versorgungsnetz

Die Erfindung betrifft ein Netzfilter für einen Umrichter, welcher an ein 3-phasiges Versorgungsnetz anzuschließen ist.

Bei Netzfiltern handelt es sich allgemein um elektrische Schaltungen, die elektrische Störungen elektronischer Geräte vom öffentlichen Versorgungsnetz fernhalten oder zumindest stark begrenzen sollen. Des Weiteren soll die so genannte e- lektromagnetische Verträglichkeit elektrischer Geräte gegen Störungen aus dem Stromnetz verbessert werden.

Hierzu ist es bei Umrichtern aus dem Stand der Technik beispielsweise bekannt, eine so genannte Kommutierungsdrossel vorzusehen, welche in die Phasen des Versorgungsnetzes geschaltet ist und das Versorgungsnetz mit einem Einspeisemodul des Umrichters verbindet. Durch eine derart asymmetrisch wirksame Induktivität in den Netzzweigen werden Störungen versursacht insbesondere durch die Schaltelemente im Leistungsteil des Umrichters begrenzt, so dass diese zumindest nicht in voller Höhe ins Versorgungsnetz rückwirken können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Netzfilter für einen Umrichter zum Anschluss des Umrichters an ein 3-phasiges Versorgungsnetz anzugeben. Hierbei sollen insbesondere die Entstöreigenschaften im Vergleich zum Stand der Technik verbessert sein, und es soll sich eine möglichst aufwandsarme Bauform ergeben.

Erfindungsgemäß gelöst wird die Aufgabe durch ein Netzfilter für einen Umrichter zum Anschluss des Umrichters an ein 3- phasiges Versorgungsnetz, umfassend:

- pro Phase eine Ringdrossel geschaltet in Serie mit einer Kommutierungsdrossel des Umrichters; und - eine Y-Kondensatorschaltung umfassend mindestens vier Kapazitäten, wobei eine erste, eine zweite und eine dritte der vier Kapazitäten mit jeweils einer der Phasen des 3-phasigen Versorgungsnetzes verbunden ist und eine vierte der Kapazitäten gegen Erde geschaltet ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass es zur Erreichung eines beispielsweise von einer Norm geforderten Grenzwerts erforderlich ist, eine asymmetrisch wirksame In- duktivität in die Netzzweige einzufügen. Darüber hinaus ist zur Bedämpfung eines hochfrequenten Bereichs, welcher von der Kommutierungsdrossel nicht beeinflusst werden kann, eine so genannte Y-Kondensatorbeschaltung vorgesehen, welche bevorzugt für einen Frequenzbereich von 2 MHz bis ca. 15 MHz di- mensioniert ist.

Des Weiteren macht die Erfindung Gebrauch von jeweils einer Ringdrossel, welche ebenfalls in die jeweilige Phase des Versorgungsnetzes geschaltet ist. Hierbei geht man von der Über- legung aus, dass übliche Kommutierungsdrosseln meist Eisendrosseln sind, wobei sich die an sich geforderte asymmetrische Induktivität eher verringert durch den Aufbau der Drossel als Eisendrossel. Daher wird bei der vorgeschlagenen Erfindung in jede Phase des Versorgungsnetzes in Serie zusätz- lieh eine Ringdrossel, bevorzugt eine Ferrit-Drossel, geschaltet. Diese Ringdrosseln sind bevorzugt für einen Frequenzbereich zwischen 5 und 15 MHz in Verbindung mit der Y- Kondensatorschaltung ausgelegt.

Bevorzugt weist die Ringdrossel dabei zwischen einer und zehn Windungen auf, insbesondere drei Windungen.

Versuche haben gezeigt, dass derartige Windungszahlen ausreichend sind und im Vergleich zum Stand der Technik deutlich verbesserte Eigenschaften des Netzfilters realisieren. Dabei umfasst die Ringdrossel bevorzugt einen ringförmigen Ferrit- Kern . Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn Anschlussleitungen zur Verbindung der ersten, zweiten und dritten Kapazität mit den drei Phasen des Versorgungsnetzes auf einem kürzest möglichen Weg zwischen der ersten, zweiten und dritten Kapa- zität und den drei Phasen angeordnet sind.

Bei dieser Ausführungsform werden unerwünschte parasitäre Induktivitäten und/oder Kapazitäten der Anschlussleitungen wirksam vermieden und eine Auslegung des Netzfilters wird da- durch optimiert.

Wie eingangs bereits erwähnt, stellt die Ringdrossel bevorzugt eine asymmetrisch wirksame Induktivität dar, welche in Reihe zur Kommutierungsdrossel in die jeweilige Phase des Versorgungsnetzes eingefügt ist. Hierbei ist die Ferrit- Drossel vorteilhaft ausgeführt als so genannte "stromkompensierte Ringdrossel", bevorzugt mit einem Ferrit-Kern. Unter stromkompensierten Ringdrosseln versteht man allgemein solche Drosseln, welche mehrere gleiche Wicklungen aufweisen, die gegensinnig vom Arbeitsstrom durchflössen werden, so dass sich ein vom Arbeitsstrom verursachtes magnetisches Feld im Kern der Drossel aufhebt. Dadurch erreicht man eine besonders wirksame Unterdrückung von so genannten Gleichtakt-Störungen.

Weiterhin werden vorteilhaft als Kommutierungsdrosseln Eisendrosseln und als Ringdrosseln Ferritdrosseln eingesetzt.

Bekannte Umrichter umfassen oft bereits Kommutierungsdrosseln auf Eisenbasis. Die erfindungsgemäße Hinzuschaltung der Fer- ritdrosseln führt hierbei in Verbindung mit der Y-

Kondensatorschaltung zu besonders guten Eigenschaften des Netzfilters, insbesondere im hochfrequenten Bereich.

Die Ferritdrossel ist hierbei bevorzugt als stromkompensierte Ferritdrossel ausgeführt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform, welche sich auf die Bauausführung des Netzfilters bezieht, ist das Netzfilter auf der Kommutierungsdrossel des Umrichters montiert.

Hierbei ergibt sich ein besonders günstiger Aufbau des Netzfilters in besonders schmaler, kompakter und kostengünstiger Bauform. Des Weiteren können trotz des relativ einfachen Aufbaus und Aufwands geforderte Grenzwerte, insbesondere bezüglich zulässiger Funkstörspannungen, eingehalten werden.

Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher dargestellt. Es zeigen:

FIG 1 einen mittels einer Kommutierungsdrossel an ein Versorgungsnetz angeschlossenen Umrichter nach dem

Stand der Technik, und

FIG 2 ein erfindungsgemäßes Netzfilter zum Anschluss eines Umrichters an ein 3-phasiges Versorgungsnetz.

Figur 1 zeigt eine bekannte Schaltung nach dem Stand der Technik. Hierbei ist ein Einspeisemodul 5 eines Umrichters bezüglich jeder Netzphase über eine Serien- Kommutierungsdrossel 11 mit dem Versorgungsnetz 3 verbunden. Die Kommutierungsdrossel 11 realisiert hierbei das Netzfilter, welches insbesondere in einem Leistungsteil 7 des Umrichters entstehende Störungen vom Versorgungsnetz 3 fernhalten soll, indem derartige Störungen gedämpft werden. Das Leistungsteil 7 erzeugt für einen Motor 9 eine gewünschte Spannungsamplitude mit einer gewünschten Frequenz.

In Figur 2 ist ein erfindungsgemäßes Netzfilter 1 dargestellt.

Hierbei ist in jede Phase des Versorgungsnetzes 3 eine Ringdrossel 13, bevorzugt mit einem Ferritkern, geschaltet, welche wiederum in Reihe zu einer meist ohnehin vorhandenen Kommutierungsdrossel 11 des Umrichters geschaltet ist. Eine Y- Kondensatorschaltung 15 dient zur Abstimmung des Netzfilters auf einen hochfrequenten Bereich außerhalb des von der oder den Drosseln beeinflussbaren Frequenzbereichs. Bevorzugt ist das Netzfilter 1 mit der Ringdrossel 13 und der Y- Kondensatorschaltung 15 auf die Kommutierungsdrossel 11 des Umrichters montiert, was zu einer besonders kompakten und schmalen Bauform führt. Die Anschlussleitungen zwischen der ersten, zweiten und dritten Kapazität der Y-

Kondensatorschaltung 15 sind möglichst kurz gehalten, um un- erwünschte parasitäre Induktivitäten und/oder Kapazitäten der Anschlussleitungen zu vermeiden.

Bevorzugt sind die in die drei Phasen des Versorungsnetzes geschalteten Ringdrosseln auf einen gemeinsamen Ferritkern gewickelt.

Weiterhin können die Windungen der Ringdrossel durch Anschlussleitungen gebildet sein, welche zur Verbindung der ersten, zweiten und dritten Kapazität mit den drei Phasen des Versorgungsnetzes dienen.

Bei dieser Ausführungsform werden also die Anschlussleitungen selbst um den Ringkern der Ringdrossel gewickelt und realisieren so die Windungen. Folglich benötigt man hierbei für die Ringdrossel kein separates Bauteil, jedenfalls nicht hinsichtlich der Wicklungen.

Zusammenfassend lässt sich die Erfindung folgendermaßen umreißen :

Die Erfindung betrifft ein Netzfilter 1 für einen Umrichter zum Anschluss des Umrichters an ein 3-phasiges Versorgungsnetz 3. Hierbei ist pro Phase eine Ringdrossel 13 in Serie geschaltet mit einer Kommutierungsdrossel 11 des Umrichters. Weiterhin ist eine Y-Kondensatorschaltung 15 vorgesehen umfassend mindestens vier Kapazitäten, wobei eine erste, eine zweite und eine dritte der vier Kapazitäten mit jeweils einer der Phasen des 3-phasigen Versorgungsnetzes 3 verbunden ist und eine vierte der vier Kapazitäten gegen Erde geschaltet ist. Besonders bevorzugt ist das Netzfilter 1 auf der Kommutierungsdrossel 11 des Umrichters montiert und die Windungen der Ringdrossel 13 sind gebildet durch Anschlussleitungen, welche zur Verbindung der ersten, zweiten und dritten Kapazität mit den drei Phasen des Versorgungsnetzes 3 dienen. Die Windungen der Ringdrossel 13 für jede Phase können hierbei auf einem gemeinsamen Ringkern, bevorzugt einem Ferritkern, aufgewickelt sein.

Claims

Patentansprüche

1. Netzfilter (1) für einen Umrichter zum Anschluss des Umrichters an ein 3-phasiges Versorgungsnetz (3) , umfassend: pro Phase eine Ringdrossel (13) geschaltet in Serie mit einer Kommutierungsdrossel (11) des Umrichters; und eine Y-Kondensatorschaltung (15) umfassend mindestens vier Kapazitäten, wobei eine erste, eine zweite und eine dritte der vier Kapazitäten mit jeweils einer der Phasen des 3- phasigen Versorgungsnetzes (3) verbunden ist und eine vierte der vier Kapazitäten gegen Erde geschaltet ist.

2. Netzfilter (1) nach Anspruch 1, wobei die Ringdrossel (13) zwischen einer und zehn Windungen aufweist.

3. Netzfilter (1) nach Anspruch 2, wobei die Ringdrossel (13) drei Windungen aufweist.

4. Netzfilter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei An- Schlussleitungen auf einem kürzest möglichen Weg zwischen der ersten, zweiten und dritten Kapazität und den drei Phasen angeordnet sind, um eine möglichst kurze Anschlusslänge zu erzielen .

5. Netzfilter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Ringdrossel (13) eine asymmetrisch wirksame Induktivität darstellt, indem die Ringdrossel (13) in jede Phase des Versorgungsnetzes (3) eingefügt ist.

6. Netzfilter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kommutierungsdrossel (11) eine Eisendrossel und die Ringdrossel (13) eine Ferritdrossel ist.

7. Netzfilter (1) nach Anspruch 6, wobei die Ferritdrossel eine stromkompensierte Ferritdrossel ist.

8. Netzfilter (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Netzfilter (1) auf der Kommutierungsdrossel (11) des Umrichters montiert ist.

9. Netzfilter (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Windungen der Ringdrossel (13) gebildet sind durch Anschlussleitungen zur Verbindung der ersten, zweiten und dritten Kapazität mit den drei Phasen des Versorgungsnetzes (3) .