WO2008142018A1 - Verlustbehaftetes tiefpassfilter - Google Patents

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WO2008142018A1
WO2008142018A1 PCT/EP2008/056040 EP2008056040W WO2008142018A1 WO 2008142018 A1 WO2008142018 A1 WO 2008142018A1 EP 2008056040 W EP2008056040 W EP 2008056040W WO 2008142018 A1 WO2008142018 A1 WO 2008142018A1
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PCT/EP2008/056040
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Inventor
Hubert Schierling
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from AC input or output

Definitions

  • the invention relates to a lossy low-pass filter according to the preamble of claim 1.
  • Filter circuits in particular LC low-pass filters, have a resonance frequency. If such a filter is excited in the vicinity of this resonance frequency, this excitation is greatly enhanced. This excitation can be done by mains harmonics or harmonics of a connected to a network inverter.
  • LC low-pass filters in particular lossy low-pass filters, can be used as mains filters or as output filters in a converter. Filters that have the described problem can be seen from the fact that in them the rms value of the capacitor current in the event of excitation in the resonance is greater than in normal operation.
  • FIG. 1 shows a block diagram of an inverter 2 without a DC link capacitor, which is provided with a line filter 4.
  • This converter 2 has a regenerative network-clocked power converter 6, which is also referred to as a fundamental frequency front end converter (FE), and a self-commutated pulse-controlled converter 8 on the load side.
  • FE fundamental frequency front end converter
  • These two power converters 6 and 8 are the direct voltage side electrically conductive with each other connected.
  • the network-side terminals 10, 12 and 14 of the network-side regenerative power converter 6 are electrically connected by means of the network filter 4 with a network, not shown.
  • As a line filter 4 an LC low-pass filter is provided, which has a filter inductor 16 and a filter capacitor 18 for each mains phase.
  • the filter inductance 16 can be generated by a choke or by the internal resistance of the network.
  • the filter capacitors 18 are electrically connected in this illustration in delta, but can also be electrically connected in star.
  • This voltage intermediate-circuit converter 2 with a FE feed-in converter 6 is described in detail in the publication "PCIM 2003 - Nuremberg", May 2003, so that it is not necessary to discuss this converter in more detail here.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a load-side converter 20 of a voltage intermediate-circuit converter (not shown in full) with an output filter 22 (FIG. 1 of EP 0 682 402 A1). From the voltage source inverter also a DC link capacitor 24 is shown.
  • the output-side terminals 26, 28 and 30 of the load-side converter 20, which is also referred to as an inverter, are associated with inputs of the output filter 22, at whose outputs a load is connected.
  • As output filter 22, a lossy LC low-pass filter is provided as output filter 22, a lossy LC low-pass filter is provided.
  • This lossy low-pass filter 22 has a filter inductor 16, a filter capacitor 18 and a damping resistor 32 for each output phase of the inverter 20.
  • the filter capacitors 18 are electrically connected in star in this illustration, but can also be electrically connected in a triangle.
  • a damping resistor 32 is electrically connected in series with a filter capacitor 18.
  • the invention is based on the object of developing a lossy low-pass filter in such a way that its power loss is reduced.
  • a separating device can be arranged in one of these capacitor branches.
  • this capacitor branch is separated at a resonance frequency excitation.
  • the capacitance value of the filter capacitor changes, causing this lossy low-pass filter to be detuned.
  • the lossy low-pass filter closes its resonance range, so that the excitation is not amplified so much.
  • the detuning of this lossy low-pass filter depends on the number of separable capacitor branches.
  • a switch and a temperature measuring device may be provided, wherein the temperature measuring device with a damping resistor of a capacitor branch of a capacitor strand of the lossy low-pass filter is thermally and output side linked to a control input of the switch.
  • the separation of a capacitor branch of a capacitor strand is achieved as a function of the temperature of this resistor.
  • PTC resistor More advantageous and less expensive is the use of a resistor with a positive temperature coefficient, a so-called PTC resistor.
  • This PTC resistor is electrically in series with a capacitor of a capacitor branch each connected to a capacitor strand of the lossy low-pass filter. The electrical resistance of this PTC resistor increases with increasing temperature so much that this capacitor branch appears to be separated for the capacitor current. Since this resistor with positive temperature coefficients can conduct a current only at low temperatures, this is also referred to as a PTC thermistor.
  • a filter according to the invention can be designed with less damping, that is, with lower losses.
  • a filter according to the invention which is used as a line filter, can be used for a wide range of network inductance. This makes such a filter robust against any network.
  • Figure 1 shows a block diagram of an inverter with a line filter
  • Figure 2 is a block diagram of an inverter of an inverter with associated output filter shown
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a capacitor string of a lossy one
  • Figure 4 shows an advantageous embodiment of a capacitor string of a lossy low-pass filter according to the invention is shown and wherein in the
  • FIGS 5 to 7 show different embodiments of the capacitor string according to Figure 4 are shown.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a capacitor string 34 of a lossy, for example polyphase, low-pass filter 22.
  • a series connection of a damping resistor 32 and a filter capacitor 18 forms a capacitor string 34.
  • this filter capacitor 18 is split into two capacitor branches 36 and 38.
  • a capacitor 40 and the damping resistor 32 are electrically connected in series, wherein in the capacitor branch 38, a capacitor 42 and a switch 44 are electrically connected in series.
  • the sum of the two capacitance values of the two capacitors 40 and 42 corresponds to the capacitance value of the filter capacitor 18, for example the lossy low-pass filter 22 of FIG. 2.
  • this capacitor string 34 also has a temperature measuring device 36 which thermally couples with the damping resistor 32 is linked.
  • this temperature measuring device 46 is electrically conductively connected to a control input of the switch 44.
  • any switchable semiconductor switch or mechanical switch (relay) can be provided.
  • the capacitor branch 38 of this capacitor string 34 is separated. This halves the capacitance value of the filter capacitor 18, as a result of which this filter 22 is detuned.
  • excitation in the vicinity of the resonance frequency of the filter 22 is canceled because the resonance frequency of the detuned filter 22 is not equal to the resonance frequency of the un-detuned filter 22.
  • the resistance of the damping resistor 32 may be lower, whereby the lossy low-pass filter 22 according to the invention has a lower attenuation. Because of the lower attenuation, this filter 22 also has a lower power loss.
  • FIG. 4 shows an advantageous embodiment of a capacitor string 34 of the lossy low-pass filter 22 is shown schematically.
  • This advantageous embodiment differs from the embodiment according to FIG. 3 in that, instead of the switch 44 and the temperature measuring device 46, a resistor 48 with positive temperature coefficients is provided.
  • This PTC thermistor 48 is connected electrically in series with the capacitor 42 of the capacitor branch 38 of the capacitor string 34. With reaching a PTC temperature of this PTC thermistor 48 is very high. The transition from low-impedance to high-impedance state is very steep. In high-resistance state, this PTC resistor 48 can no longer conduct electricity. As a result, the capacitor 42 is switched out of this capacitor string 34, whereby the capacitance value of the filter capacitor 18 has been halved.
  • FIG. 5 schematically illustrates another embodiment of a capacitor string 34 of a lossy low-pass filter 22 according to the invention.
  • This capacitor string 34 differs from the capacitor string 34 of Figure 4 in that the capacitor branch 38, a further damping resistor 50 is provided which is electrically connected in series with the PTC resistor 48.
  • a thermistor 48 having a smaller resistance can be used.
  • This PTC thermistor 48 is cheaper compared to the PTC thermistor 48 of the embodiment of Figure 4 and reaches its PTC temperature in a shorter time.
  • the attenuation of the filter can be chosen so independent of the availability of PTC resistors of appropriate size by this further damping resistor.
  • FIG. 6 illustrates a further embodiment of a capacitor string 34 of a lossy low-pass filter 22 according to the invention.
  • This embodiment differs from the embodiment according to FIG. 5 in that the capacitor branch 36, consisting of the series connection of the damping resistor 32 and the capacitor 40, is connected electrically in parallel to the series connection of the cold conductor 48 and the capacitor 42 of the capacitor strand 38.
  • the damping resistor 50 for both capacitor branches 36 and 38 is effective. That is, the resistance value of the damping resistor 32 of the capacitor branch 36 can be further reduced without changing the operation of the detuning of the filter 22 anything.
  • the resistor 50 contributes to detuning the filter for damping.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a capacitor string 34 of a lossy low-pass filter 22 according to the invention.
  • a filter capacitor 18 of the filter 22 is divided into three capacitors 40, 42 and 52, which are each arranged in a capacitor branch 36, 38 and 54.
  • These capacitor branches 36, 38 and 54 are electrically connected in parallel, so that the sum of the capacitance values of these three capacitors 40, 42 and 52 is equal to the capacitance value of the filter capacitor 18 of the low-pass filter 22 according to FIG.
  • the two capacitor branches 36 and 38 each have a PTC resistor 48 and 56.
  • These three electrically parallel capacitor branches 36, 38 and 40, a damping resistor 58 is connected in series.
  • the PTC thermistors 48 and 56 and the capacitor values are chosen so that the detuning of the filter 22 is made stepwise.
  • the capacitance value of the filter capacitor 18 is reduced by one third, wherein in a second stage, the capacitance value is reduced by a third. This also dominates the case that the excitation contains both the resonance of the unvoiced filter and that of the first-stage detuned filter.
  • the configuration according to the invention of the capacitor strings 34 of a lossy multiphase low-pass filter can be applied to all filter topologies in which the effective value of a capacitor current in the case of excitation in the resonance becomes greater than in normal operation.
  • the invention can be applied not only to the line filter of a F E converter of a voltage source converter 2 according to FIG. 1, but to all types of line filters and also to output filters of converters, for example according to FIG.
  • each capacitor strand 34 of a lossy low-pass filter 22 reduces the cost of such a filter, because the size of the damping resistors can be reduced. As a result, a lossy low-pass filter 22 with capacitor strands 34 designed according to the invention has a lower power loss. In addition, this filter 22 is more robust against mains harmonics, mains impedance variations, and harmonic distortion of the power converter.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) mit einer Filterinduktivität (16), mit einem Filterkondensator (18) und mit einem Dämpfungswiderstand (32), der mit dem Filterkondensator (18) elektrisch in Reihe geschaltet ist. Erfindungsgemäß ist der Filterkondensator (18) auf wenigstens zwei Kondensatorzweige (36, 38) aufgeteilt und ist in wenigstens einem Kondensatorzweig (38) eine Trennvorrichtung vorgesehen. Somit erhält man ein verlustbehaftetes Tiefpassfilter, das eine geringere Verlustleistung aufweist und gegenüber beliebigen Netzen robust ist.

Description

Beschreibung
Verlustbehaftetes Tiefpassfilter
Die Erfindung bezieht sich auf ein verlustbehaftetes Tiefpassfilter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.
Filterschaltungen, insbesondere LC-Tiefpassfilter, weisen eine Resonanzfrequenz auf. Wird ein derartiges Filter in der Nähe dieser Resonanzfrequenz angeregt, wird diese Anregung sehr verstärkt. Diese Anregung kann durch Netzoberschwingungen oder Harmonische eines an einem Netz angeschlossenen Umrichtergerätes erfolgen.
Wegen dieser Problematik wird ein Filter so ausgelegt, dass in der Nähe der Resonanzfrequenz keine Anregung erfolgt. Da Anregungen nicht gänzlich ausgeschlossen werden können, sind Dämpfungswiderstände vorgesehen, die eine auftretende Resonanzüberhöhung in tolerierbaren Grenzen halten. Jedoch muss man bei diesen Tiefpassfiltern mit einer erhöhten Verlustleistung rechnen.
Diese LC-Tiefpassfilter, insbesondere verlustbehaftete Tiefpassfilter, können als Netzfilter oder als Ausgangsfilter bei einem Umrichtergerät verwendet werden. Filter, die die beschriebene Problematik aufweisen, sind daran zu erkennen, dass bei ihnen der Effektivwert des Kondensatorstromes im Falle einer Anregung in der Resonanz größer wird als im Normalbetrieb .
In der Figur 1 ist ein Blockschaltbild eines Umrichters 2 ohne Zwischenkreiskondensator dargestellt, der mit einem Netzfilter 4 versehen ist. Dieser Umrichter 2 weist netzseitig einen rückspeisefähigen, netzgetakteten Stromrichter 6, der auch als Fundamental Frequency Front End Converter (F E) bezeichnet wird, und lastseitig einen selbstgeführten Pulsstromrichter 8 auf. Diese beiden Stromrichter 6 und 8 sind gleichspannungsseitig direkt miteinander elektrisch leitend verknüpft. Die netzseitigen Anschlüsse 10, 12 und 14 des netzseitigen rückspeisefähigen Stromrichter 6 sind mittels des Netzfilters 4 mit einem nicht näher dargestellten Netz elektrisch leitend verbunden. Als Netzfilter 4 ist ein LC- Tiefpassfilter vorgesehen, der eine Filterinduktivität 16 und einen Filterkondensator 18 für jede Netzphase aufweist. Die Filterinduktivität 16 kann durch eine Drossel oder durch den Innenwiderstand des Netzes erzeugt werden. Die Filterkondensatoren 18 sind in dieser Darstellung elektrisch in Dreieck geschaltet, können jedoch auch elektrisch in Stern geschaltet werden. Dieser Spannungszwischenkreis-Umrichter 2 mit einem F E Einspeisestromrichter 6 ist in der Veröffentlichung "PCIM 2003 - Nürnberg", Mai 2003, ausführlich beschrieben, so dass an dieser Stelle nicht näher auf diesen Umrichter eingegangen werden muss.
In der Figur 2 ist ein Blockschaltbild eines lastseitigen Stromrichters 20 eines nicht vollständig dargestellten Spannungszwischenkreis-Umrichters mit einem Ausgangsfilter 22 dargestellt (Figur 1 der EP 0 682 402 Al) . Vom Spannungszwischenkreis-Umrichter ist außerdem ein Zwischenkreiskondensa- tor 24 dargestellt. Die ausgangsseitigen Anschlüsse 26, 28 und 30 des lastseitigen Stromrichters 20, der auch als Wechselrichter bezeichnet wird, sind mit Eingängen des Ausgangs- filters 22 verknüpft, an deren Ausgängen eine Last angeschlossen ist. Als Ausgangsfilter 22 ist ein verlustbehaftetes LC-Tiefpassfilter vorgesehen. Dieses verlustbehaftete Tiefpassfilter 22 weist eine Filterinduktivität 16, einen Filterkondensator 18 und einen Dämpfungswiderstand 32 für je- de Ausgangsphase des Wechselrichters 20 auf. Die Filterkondensatoren 18 sind in dieser Darstellung elektrisch in Stern geschaltet, können jedoch auch elektrisch im Dreieck geschaltet werden. Jeweils ein Dämpfungswiderstand 32 ist mit einem Filterkondensator 18 elektrisch in Reihe geschaltet. Mittels dieser Dämpfungswiderstände 32 werden die Effektivwerte der
Kondensatorströme im Falle einer Anregung in der Resonanz bedämpft. Durch die Verwendung von Dämpfungswiderständen 32 steigt die Verlustleistung dieses Filters 22 an. Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein verlustbehaftetes Tiefpassfilter derart weiterzubilden, dass deren Verlustleistung geringer wird.
Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.
Dadurch, dass jeweils ein Filterkondensator auf wenigstens zwei Kondensatorzweige aufgeteilt wird, kann in einem dieser Kondensatorzweige eine Trennvorrichtung angeordnet werden. Mittels dieser Trennvorrichtung wird bei einer Anregung mit Resonanzfrequenz dieser Kondensatorzweig aufgetrennt. Dadurch verändert sich der Kapazitätswert des Filterkondensators, wo- durch dieses verlustbehaftete Tiefpassfilter verstimmt ist. Dadurch verschließt das verlustbehaftete Tiefpassfilter seinen Resonanzbereich, so dass die Anregung nicht mehr so stark verstärkt wird. Die Verstimmung dieses verlustbehafteten Tiefpassfilters hängt von der Anzahl auftrennbarer Kondensa- torzweige ab. Durch diese erfindungsgemäße Weiterbildung des verlustbehafteten Tiefpassfilters können die vorhandenen Dämpfungswiderstände in ihren Werten verringert werden, wodurch die entstehende Verlustleistung sich ebenfalls verringert .
Als Trennvorrichtung kann ein Schalter und eine Temperatur- mess-Vorrichtung vorgesehen sein, wobei die Temperaturmess- Vorrichtung mit einem Dämpfungswiderstand eines Kondensatorzweiges eines Kondensatorstranges des verlustbehafteten Tief- passfilters thermisch und ausgangsseitig mit einem Steuereingang des Schalters verknüpft ist. Dadurch wird in Abhängigkeit der Temperatur dieses Widerstandes die Auftrennung eines Kondensatorzweiges eines Kondensatorstranges erzielt.
Vorteilhafter und weniger aufwändig ist die Verwendung eines Widerstandes mit positivem Temperaturkoeffizienten, ein so genannter PTC-Widerstand. Dieser PTC-Widerstand ist elektrisch in Reihe zu einem Kondensator eines Kondensatorzweiges je eines Kondensatorstranges des verlustbehafteten Tiefpassfilters geschaltet. Der elektrische Widerstand dieses PTC- Widerstandes vergrößert sich bei steigender Temperatur so sehr, dass dieser Kondensatorzweig für den Kondensatorstrom aufgetrennt erscheint. Da dieser Widerstand mit positiven Temperaturkoeffizienten nur bei tiefen Temperaturen einen Strom leiten kann, wird dieser auch als Kaltleiter bezeichnet .
Den Unteransprüchen 4 bis 6 ist zu entnehmen, wie die Bauelemente mehrerer Kondensatorzweige eines Kondensatorstranges miteinander kombiniert werden können.
Dadurch, dass jeweils ein Filterkondensator eines Kondensa- torstranges eines beispielsweise mehrphasigen verlustbehafteten Tiefpassfilters auf wenigstens zwei Kondensatorzweige aufgeteilt wird, besteht nun die Möglichkeit, durch Heraustrennen wenigstens eines Kondensators eines Kondensatorstranges die Resonanzfrequenz dieses mehrphasigen verlustbehafte- ten Tiefpassfilters so zu verstimmen, dass eine Anregung des Filters in der Nähe der nicht verstimmten Resonanzfrequenz nicht mehr zu einer Überlastung des Filters führt. Daher kann ein derartiges erfindungsgemäßes Filter mit geringerer Dämpfung, d.h., mit geringeren Verlusten, ausgelegt werden. Ein erfindungsgemäßes Filter, das als Netzfilter verwendet wird, kann für einen weiten Bereich der Netzinduktivität benutzt werden. Dadurch ist ein solches Filter robust gegenüber beliebigen Netzen.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen eines Kondensatorstranges eines verlustbehafteten Tiefpassfilters nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.
Figur 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Umrichters mit einem Netzfilter, in der Figur 2 ist ein Blockschaltbild eines Wechselrichters eines Umrichters mit zugehörigem Ausgangsfilter dargestellt, die
Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform eines Kon- densatorstranges eines verlustbehafteten
Tiefpassfilters nach der Erfindung, wobei in der
Figur 4 eine vorteilhafte Ausführungsform eines Kondensatorstranges eines verlustbehafteten Tiefpassfilters nach der Erfindung dargestellt ist und wobei in den
Figuren 5 bis 7 verschiedene Ausführungsformen des Kondensatorstranges nach Figur 4 dargestellt sind.
In der Figur 3 ist eine erste Ausführungsform eines Kondensatorstranges 34 eines verlustbehafteten beispielsweise mehrphasigen Tiefpassfilters 22 dargestellt. In der Figur 2 bildet jeweils eine Reihenschaltung eines Dämpfungswiderstandes 32 und eines Filterkondensators 18 einen Kondensatorstrang 34. Gemäß der Erfindung ist nun dieser Filterkondensator 18 auf zwei Kondensatorzweige 36 und 38 aufgeteilt. Im Kondensatorzweig 36 sind ein Kondensator 40 und der Dämpfungswiderstand 32 elektrisch in Reihe geschaltet, wobei im Kondensatorzweig 38 ein Kondensator 42 und ein Schalter 44 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Summe der beiden Kapazitätswerte der beiden Kondensatoren 40 und 42 entsprechen dem Kapazitätswert des Filterkondensators 18, beispielsweise des verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 der Figur 2. Gegenüber dem herkömmlichen Kondensatorstrang weist dieser Kondensator- sträng 34 außerdem eine Temperaturmess-Vorrichtung 36 auf, die thermisch mit dem Dämpfungswiderstand 32 verknüpft ist. Ausgangsseitig ist diese Temperaturmess-Vorrichtung 46 mit einem Steuereingang des Schalters 44 elektrisch leitend verbunden. Als Schalter kann jeder beliebige abschaltbare HaIb- leiterschalter oder mechanischer Schalter (Relais) vorgesehen werden. Sobald die Temperatur des Dämpfungswiderstandes 32 einen vorbestimmten Temperaturwert übersteigt, wird der Kondensatorzweig 38 dieses Kondensatorstranges 34 aufgetrennt. Dadurch halbiert sich der Kapazitätswert des Filterkondensators 18, wodurch dieses Filter 22 verstimmt ist. Dadurch wird eine Anregung in der Nähe der Resonanzfrequenz des Filters 22 aufgehoben, da die Resonanzfrequenz des verstimmten Filters 22 ungleich der Resonanzfrequenz des nicht verstimmten Filters 22 ist. Dadurch kann der Widerstandswert des Dämpfungswiderstandes 32 geringer ausfallen, wodurch das verlustbehaftete Tiefpassfilter 22 nach der Erfindung eine geringere Dämpfung aufweist. Wegen der geringeren Dämpfung weist dieses Filter 22 auch eine geringere Verlustleistung auf.
In der Figur 4 ist eine vorteilhafte Ausführungsform eines Kondensatorstranges 34 des verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 schematisch dargestellt. Diese vorteilhafte Ausführungs- form unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 3 dadurch, dass an Stelle des Schalters 44 und der Temperatur- mess-Vorrichtung 46 ein Widerstand 48 mit positiven Temperaturkoeffizienten vorgesehen ist. Dieser Kaltleiter 48 ist e- lektrisch in Reihe zum Kondensator 42 des Kondensatorzweiges 38 des Kondensatorstranges 34 geschaltet. Mit Erreichen einer PTC-Temperatur ist dieser Kaltleiter 48 sehr hochohmig. Der Übergang vom niederohmigen zum hochohmigen Zustand ist sehr steil. Im hochohmigen Zustand kann dieser PTC-Widerstand 48 keinen Strom mehr leiten. Dadurch ist der Kondensator 42 aus diesem Kondensatorstrang 34 herausgeschaltet, wodurch sich der Kapazitätswert des Filterkondensators 18 halbiert hat.
In der Figur 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Kondensatorstranges 34 eines verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 nach der Erfindung schematisch veranschaulicht. Dieser Kondensatorstrang 34 unterscheidet sich vom Kondensatorstrang 34 der Figur 4 dadurch, dass im Kondensatorzweig 38 ein weiterer Dämpfungswiderstand 50 vorgesehen ist, der elektrisch in Reihe zum PTC-Widerstand 48 geschaltet ist. Dadurch kann ein Kaltleiter 48 mit kleinerem Widerstandswert verwendet werden. Dieser Kaltleiter 48 ist gegenüber dem Kaltleiter 48 der Ausführungsform der Figur 4 preisgünstiger und erreicht seine PTC-Temperatur in einer kürzeren Zeit. Dadurch hat sich das Ansprechverhalten des verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 nach der Erfindung wesentlich verbessert, wodurch bei einer Erregung mit Resonanzfrequenz diese umgehend verstimmt wird. Außerdem kann die Dämpfung des Filters durch diesen weiteren Dämpfungswiderstand so unabhängig von der Verfügbarkeit von PTC-Widerständen geeigneter Größe gewählt werden.
In der Figur 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Kondensatorstranges 34 eines verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 nach der Erfindung veranschaulicht. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 5 dadurch, dass der Kondensatorzweig 36, bestehend aus der Reihenschaltung des Dämpfungswiderstandes 32 und des Kondensators 40, elektrisch parallel zur Reihenschaltung des Kaltlei- ters 48 und des Kondensators 42 des Kondenstorstranges 38 geschaltet ist. Dadurch ist der Dämpfungswiderstand 50 für beide Kondensatorzweige 36 und 38 wirksam. Das heißt, der Widerstandswert des Dämpfungswiderstandes 32 des Kondensatorzweiges 36 kann weiter verringert werden, ohne dass sich an der Funktionsweise der Verstimmung des Filters 22 etwas ändert. Außerdem trägt der Widerstand 50 auch nach Verstimmung des Filters zur Dämpfung bei.
In der Figur 7 ist eine weitere Ausführungsform eines Konden- satorstranges 34 eines verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 nach der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform des Kondensatorstranges 34 ist ein Filterkondensator 18 des Filters 22 auf drei Kondensatoren 40, 42 und 52 aufgeteilt, die jeweils in einem Kondensatorzweig 36, 38 und 54 angeord- net sind. Diese Kondensatorzweige 36, 38 und 54 sind elektrisch parallel geschaltet, so dass die Summe der Kapazitätswerte dieser drei Kondensatoren 40, 42 und 52 gleich dem Kapazitätswert des Filterkondensators 18 des Tiefpassfilters 22 gemäß der Figur 2 ist. Die beiden Kondensatorzweige 36 und 38 weisen jeweils einen PTC-Widerstand 48 und 56 auf. Diesen drei elektrisch parallel geschalteten Kondensatorzweigen 36, 38 und 40 ist ein Dämpfungswiderstand 58 in Reihe geschaltet. Bei dieser Ausgestaltung können die Kaltleiter 48 und 56 bzw. die Kondensatorwerte so gewählt werden, dass die Verstimmung des Filters 22 stufenweise vorgenommen wird. In der ersten Stufe verringert sich der Kapazitätswert des Filterkondensators 18 um ein Drittel, wobei in einer zweiten Stufe sich der Kapazitätswert nochmals um ein Drittel verringert. Dadurch wird auch der Fall beherrscht, dass die Anregung sowohl die Resonanz des unverstimmten Filters als auch die des nach erster Stufe verstimmten Filters enthält.
Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kondensatorstränge 34 eines verlustbehafteten mehrphasigen Tiefpassfilters kann auf alle Filtertopologien angewendet werden, bei denen der Effektivwert eines Kondensatorstromes im Falle einer Anregung in der Resonanz größer wird als im Normalbetrieb. Das heißt, dass sich die Erfindung nicht nur auf das Netzfilter eines F E-Stromrichters eines Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 gemäß Figur 1 anwenden lässt, sondern auf alle Arten von Netzfiltern und auch auf Ausgangsfilter von Umrichtern, beispielsweise gemäß Figur 2.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines jeden Kondensatorstranges 34 eines verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 reduziert sich der Aufwand eines derartigen Filters, weil die Größe der Dämpfungswiderstände reduziert werden kann. Dadurch weist ein verlustbehaftetes Tiefpassfilter 22 mit erfindungsgemäß ausgebildeten Kondensatorsträngen 34 eine geringere Verlustleistung auf. Außerdem ist dieses Filter 22 gegen Netzoberschwingungen, Schwankungen der Netzimpedanz bzw. Harmonische des Stromrichters robuster.

Claims

Patentansprüche
1. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) mit einer Filterinduktivität (16), mit einem Filterkondensator (18) und mit ei- nem Dämpfungswiderstand (32), der mit dem Filterkondensator (18) elektrisch in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkondensator (18) auf wenigstens zwei Kondensatorzweige (36, 38) aufgeteilt ist, und dass in wenigstens einem Kondensatorzweig (38) eine Trennvorrichtung vorge- sehen ist.
2. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennvorrichtung ein Schalter
(44) und eine Temperaturmess-Vorrichtung (46) vorgesehen ist, dass diese Temperaturmess-Vorrichtung (46) thermisch mit einem Dämpfungswiderstand (32) verbunden ist, und dass diese Temperaturmess-Vorrichtung (46) ausgangsseitig mit einem Steuereingang des Schalters (44) verknüpft ist.
3. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Trennvorrichtung ein Widerstand (48) mit positivem Temperaturkoeffizienten vorgesehen ist .
4. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Kondensatorzweig (36, 38) ein Dämpfungswiderstand (32, 50) angeordnet ist.
5. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass den Kondensatorzweigen (36, 38) gemeinsam ein Dämpfungswiderstand (50) zugeordnet ist.
6. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Kondensatorzweig (38) mit der Trennvorrichtung ein Dämpfungswiderstand (50) angeordnet ist.
7. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22; nach Anspruch 2, da- durch gekennzeichnet, dass als Schalter (44) ein abschaltba- rer Halbleiterschalter vorgesehen ist.
8. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem dreiphasigen Tiefpassfilter die Kondensatoren (18) elektrisch in Dreieck geschaltet sind.
9. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem dreiphasigen Tiefpassfilter die Kondensatoren (18) elektrisch in Stern geschaltet sind.
PCT/EP2008/056040 2007-05-23 2008-05-16 Verlustbehaftetes tiefpassfilter Ceased WO2008142018A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

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