WO2018033451A1

WO2018033451A1 - Mehrphasige gegentakt-leistungsdrossel

Info

Publication number: WO2018033451A1
Application number: PCT/EP2017/070188
Authority: WO
Inventors: Wladimir Weigandt
Original assignee: Manfred Schmelzer Gmbh
Priority date: 2016-08-18
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2018-02-22
Also published as: PT2018033451B; DE202016104544U1; DE112017004115A5

Abstract

Die Erfindung betrifft eine mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel (10) zum Dämpfen von transienten Gegentaktströmen zwischen einer zumindest zweiphasigen Energiequelle (20) und einer elektrischen Last mit einer entsprechenden Anzahl von Phasen. Die Energiequelle (20) ist eine zumindest zweiphasige erste Energiequelle (20a) und eine parallel dazu geschaltete zumindest zweiphasige zweite Energiequelle (20b), wobei einander entsprechenden Phasen der ersten und zweiten Energiequelle (20a, 20b) jeweils über eine Drosseleinheit (12) untereinander gekoppelt sind. Die mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel (10) ist dadurch fortgebildet, dass zur Verhinderung von magnetischen Streufeldern zumindest zwei Drosseleinheiten (12), die in unterschiedlichen Phasen angeordnet sind, über zumindest einen mehrphasigen magnetischen Shunt (24) magnetisch untereinander gekoppelt sind.

Description

Mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel zum Dämpfen von transienten Gegentaktstromen zwischen einer zumindest zweiphasigen Energiequelle und einer elektrischen Last mit einer entsprechenden Anzahl von Phasen, wobei die Energiequelle eine zumindest zweiphasige erste Energiequelle und eine parallel dazu geschaltete zumindest zweiphasige zweite Energiequelle ist, und einander entsprechende Phasen der ersten und zweiten Energiequelle jeweils über eine Drosseleinheit untereinander gekoppelt sind .

Gegentaktströme werden durch die Impedanzen einer Gegentakt- drossel verringert oder unterbunden . Solche Störungen entstehen beispielsweise als Oberwellen in Schaltnetzteilen und besitzen wie der Nutzstrom gegeneinander gerichtete Polaritäten .

Zur Erhöhung der Ausgangsleistung ist es in elektrischen Systemen außerdem bekannt, Energiequellen, beispielsweise Wechselrichter, parallel zu schalten . Dies gilt sowohl für zweiphasige als auch für dreiphasige Systeme. Die parallel geschalteten elektrischen Energiequellen haben die gleiche Anzahl von Phasen, außerdem sind die Ausgangsspannungen und ihre Arbeitsfrequenzen gleich . Diese Systeme werden hauptsächl ich als zweiphasige oder dreiphasige Systeme eingesetzt. Bei einem dreiphasigen System haben die drei Phasen einen Phasenwin kel von 1 20°. Die einzelnen Phasenströme sind also um 120° gegeneinander phasenverschoben .

Die heutzutage als Energiequelle vielfach eingesetzten getakteten Wechselrichter erzeugen außer einem Arbeitsstrom, also Gleichstrom oder einen Wechselstrom mit einer vorgegebenen Hauptfrequenz, ein relativ breites Oberwellenspektrum . Es entstehen tran- siente Gegentaktströme, die in den Phasenleitungen vor dem Aus- gangsanschluss zirkulieren . Solche Ausgleichsströme verursachen nicht nur erhöhte Verluste, sondern auch Oberschwingungsspan- nungsverzerrungen .

Zur Verringerung der Oberschwingungen werden Netzdrosseln eingesetzt. Bei kleinen und mittleren Leistungen kommen zum Dämpfen der transienten Gegentaktströme an den elektronischen Spannungswandlern oder Frequenzumrichtern Gegentaktdrosseln zum Einsatz. Eine Gegentaktdrossel kommt beispielsweise in dem aus der EP 2 814 1 51 A1 bekannten Wechselrichter zum Einsatz.

Bei einer Gegentaktdrossel sind die beiden Spulen magnetisch so aneinander gekoppelt, dass die resultierende Induktivität für die Ausgleichsströme größer ist als die Induktivität für den Arbeitsstrom.

In Fig . 1 ist beispielshaft eine einphasige Drossel schematisch dargestellt. Sie umfasst einen magnetischen Kern 2 vom Typ U l . Der Kern 2 umfasst einen ersten Schenkel 4_1 und einen zweiten Schenkel 4_2, die endseitig über ein oberes Joch 6_1 und ein unteres Joch 6_2 magnetisch miteinander gekoppelt sind .

In den Schenkeln 4_1 , 4_2 sind Luftspalte vorhanden . So wird der magnetische Widerstand auf mehrere Spalte verteilt und eine Wärmeentwicklung konzentriert sich nicht im Bereich eines Spalts 1 0 zwischen den Schenkeln 4_1 , 4_2 und dem Joch 6_1 , 6_2. In Fig . 1 ist beispielhaft nur ein Spalt mit Bezugszeichen versehen . Auf dem ersten Schenkel 4_1 befindet sich eine erste Wicklung 8_1 . Auf dem zweiten Schenkel 4_2 befindet sich eine zweite Wicklung 8_2.

Die Besonderheit einer Gegentaktdrossel besteht darin, dass für die zwei magnetisch verbundenen Wicklungen jeweils eine Selbstindu ktivität M und eine Gegeninduktivität L mit M<L definiert sind . Für die Arbeitsströme, die durch die Spule in eine Richtung fließen, ist die Induktivität für beide Spulen 2 ^* (L-M). Für die Ausgleichsströme, die in entgegengesetzte Richtungen fließen, ist die Induktivität der beiden Spulen hingegen 2 ^* (L+M). Der Zusammenhang zwischen L und M wird durch den Koppelfaktor k wie folgt beschrieben : M = k ^* L. Zur Einstellung des notwendigen Verhältnisses zwischen L und M befindet sich zwischen dem ersten Schenkel 4_1 und dem zweiten Schenkel 4_2 ein dritter Schenkel 4_3, der als einphasiger magnetischer Shunt wirkt. Auch in dem einphasigen magnetischen Shunt sind mehrere Luftspalte vorhanden . Dieser einphasige magnetische Shunt beeinflusst die magnetische Kopplung der beiden Wicklungen 8_1 , 8_2.

Der technische Nachteil einer schematisch in Fig . 1 gezeigten und an sich bekannten Gegentaktdrossel besteht nun darin, dass die Arbeitsströme in den Kernen magnetische Ströme verursachen, die in eine Richtung fl ießen und daher ein entsprechend großes magne- tisches Streufeld SF (schematisch dargestellt) erzeugen . Magnetische Streufelder SF erzeugen eine unerwünschte Erwärmung benachbarter metallischer Bauteile, beispielsweise der Wände eines Schaltschranks. Außerdem erzeugen magnetische Streufelder SF Störungen in empfindlichen elektronischen Geräten und sind auch aus diesem Grund unerwünscht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel anzugeben, die geringere magnetische Streufelder erzeugt und gleichzeitig eine kompakte Bauform hat.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel zum Dämpfen von transienten Gegentakt- strömen zwischen einer zumindest zweiphasigen Energiequelle und einer elektrischen Last mit einer entsprechenden Anzahl von Phasen, wobei die Energiequelle eine zumindest zweiphasige erste Energiequelle und eine parallel dazu geschaltete zumindest zweiphasige zweite Energiequelle ist, und einander entsprechende Phasen der ersten und zweiten Energiequelle jeweils über eine Drosseleinheit untereinander gekoppelt sind, wobei die Gegentakt- Leistungsdrossel dadurch fortgebildet ist, dass zur Verringerung von magnetischen Streufeldern zumindest zwei Drosseleinheiten, die in unterschiedlichen Phasen angeordnet sind, über zumindest einen mehrphasigen magnetischen Shunt magnetisch untereinander gekoppelt sind .

Vorteilhaft weist die mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel ein geringeres magnetisches Streufeld als herkömmliche Systeme auf. Es müssen aus diesem Grund keine oder zumindest deutlich geringere Mindestabstände zu metallischen Bauteilen in der Umgebung der Drossel eingehalten werden . Beispielsweise ist es möglich, die Gegentakt-Leistungsdrossel in einem Schaltschrank zu positionie- ren, ohne dass die Gefahr besteht, dass sich dessen Wände oder Boden in unerwünschtem Maße erwärmen . Das geringere magnetische Streufeld wird sich auch positiv auf die elektromagnetische Verträglichkeit der Gegentakt-Leistungsdrossel aus. Das System ist außerdem äußerst kompakt. Die kompakte Bauweise kann vorteilhafterweise auch voll genutzt werden, da keine oder nur deutlich verringerte Mindestabstände zu weiteren Bauteilen eingehalten werden müssen .

Der Arbeitsstrom in einer ersten Wicklung einer Drosseleinheit, welche sich in einer Phase einer ersten Energiequelle befindet, bildet einen magnetischen Fluss. Der Arbeitsstrom in einer zweiten Wicklung einer weiteren Drosseleinheit, die sich in einer gleichnamigen Phase einer zweiten Energiequelle befindet, bildet ebenfalls einen magnetischen Fluss, welcher in die gleiche Richtung fließt wie der zuerst genannte magnetische Fluss. Der mehrphasige magnetische Shunt, der die Drosseleinheiten in unterschiedlichen Phasen magnetisch untereinander koppelt, sorgt dafür, dass der magnetische Fluss vom Arbeitsstrom nicht in die Luft verdrängt wird . In mehrphasigen Systemen ist die Summe der Arbeitsströme in den unterschiedl ichen Phasen gleich Null . Aus diesem Grund ist die Summe der von den Arbeitsströmen erzeugten magnetischen Flüsse, die aus den Drosseleinheiten heraus in die Luftspalte verdrängt werden, ebenfalls gleich Null . In dem mehrphasigen magnetischen Shunt eliminieren sich die magnetischen Flüsse gegenseitig, so dass es im Ergebnis mögl ich ist, das entstehende Streufeld der Gegentakt-Leistungsdrossel signifikant zu verringern oder gar vollständig zu eliminieren .

Gemäß Aspekten der Erfindung wird vorteilhaft eine mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel angegeben, die nur minimale magnetische Streufelder erzeugt und außerdem eine sehr kompakte Bau- form aufweist. Gleichzeitig ist es möglich, den Kopplungsfaktor flexibel einzustellen . Zusammenfassend werden also die mechanischen, elektrischen, magnetischen und thermischen Eigenschaften der mehrphasigen Gegentakt-Leistungsdrossel gegenüber herkömmlichen Lösungen deutlich verbessert. Dies betrifft jede einzelne der genannten Eigenschaften, vor allen Dingen aber auch die Summe dieser Eigenschaften . Die mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel zeichnet sich also gegenüber herkömmlichen Lösungen vor allen Dingen dadurch aus, dass sowohl die mechanischen als auch die elektrischen, magnetischen und thermischen Eigenschaften gleichzeitig verbessert sind .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist zwischen dem mehrphasigen magnetischen Shunt und einem Kern der Drosseleinheiten jeweils ein Luftspalt vorhanden . Durch Einstellung einer Breite dieser Luftspalte kann vorteilhaft eine Kopplung zwischen den Wicklungen der unterschiedlichen Drosseleinheiten und dadurch auch zwischen den verschiedenen Phasen erreicht und flexibel eingestellt werden .

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Gegentakt-Leistungsdrossel dadurch fortgebildet, dass die Drosseleinheiten jeweils eine erste Wicklung und eine zweite Wicklung umfassen, die auf einem gemeinsamen Kern angeordnet sind, wobei mit dem mehrphasigen magnetischen Shunt die Kerne der zumindest zwei in unterschiedlichen Phasen angeordneten Drosseleinheiten untereinander koppelt sind .

Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Drosseleinheiten jeweils zwischen dem Kern und den Wicklungen angeordnete Kühlkörper umfassen . Der Einsatz eines Kühlkörpers erlaubt es, die Leistungen der Gegentakt-Leistungsdrossel zu steigern, ohne dass sich ihr Baumaß vergrößert. Es ist also vorteilhaft möglich, eine kompakte Bauform bei gleichzeitig gesteigerter Leistung zu realisieren .

Es ist ferner insbesondere vorgesehen, dass die Kühlkörper Kühlwasseranschlüsse aufweisen, die unterhalb der Wicklungen angeordnet sind . Die Anordnung der Kühlwasseranschlüsse unterhalb der Wicklungen ist vor allen Dingen deshalb vorteilhaft, da bei einem Leck an den Kühlwasseranschlüssen nicht die Gefahr besteht, dass Kühlwasser die Wicklungen beschädigt. „Unterhalb" bedeutet im Kontext der vorliegenden Beschreibung „geodätisch tiefer liegend". Das Kühlwasser fließt also nach unten ab, ohne dass die Wicklungen nass werden können .

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Kerne mit einem oberen mehrphasigen magnetischen Shunt und einem unteren mehrphasigen magnetischen Shunt gekoppelt sind und die Kühlwasseranschlüsse zwischen einer Unterseite der Wicklungen und dem unteren mehrphasigen magnetischen Shunt angeordnet sind . Durch die Anordnung der Kühlwasseranschlüsse zwischen der Unterseite der Wicklungen und einer Oberseite des unteren mehrphasigen magnetischen Shunts muss für die Kühlwasseranschlüsse das Baumaß der Gegentakt-Leistungsdrossel nicht vergrößert werden . Vorteilhaft wird die kompakte Bauform der Gegentakt-Leistungsdrossel auch bei gesteigerter Leistung und dadurch erforderlicher Kühlung beibehalten .

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kern die Form eines geschlossenen Jochs aufweist, wobei das Joch einen ersten Schenkel , einen zweiten Schenkel sowie ein oberes und ein unteres Joch umfasst, wobei die beiden Schenkel an ihren oberen Enden über das obere Joch und an ihren unteren Enden über das untere Joch magnetisch gekoppelt sind und wobei die in verschiedenen Phasen angeordneten Drosseleinheiten am oberen Joch mit einem oberen magnetischen Shunt und an ihrem unteren Joch mit einem unteren magnetischen Shunt magnetisch untereinander gekoppelt sind .

Die beschriebene Ausführungsform hat sich in der Praxis als besonders vorteilhaft und flexibel herausgestellt. Insbesondere ist in diesem Zusammenhang vorgesehen, dass ein Kern mit drei Schenkeln vorgesehen wird, wobei ein dritter Schenkel , der als zweiteiliger magnetischer Shunt wirkt, zwischen dem ersten und zweiten Schenkel angeordnet ist. Über diesen dritten Schenkel , der als einphasiger magnetischer Shunt wirkt, ist es möglich, die magnetische Kopplung zwischen den beiden Wicklungen flexibel einzustellen . Auch der dritte Schenkel ist magnetisch mit dem oberen und unteren Joch gekoppelt.

Es ist vorteilhaft vorgesehen, dass durch Einstellung der Luftspalte im einphasigen Shunt in den jeweiligen Drosseleinheiten und durch Einstellung der Luftspalt zwischen dem Kern und dem mehrphasigen magnetischen Shunt die Kopplung zwischen den Wicklungen einer Drosseleinheit (in einer Phase) als auch die Kopplung zwischen den Wicklungen unterschiedlicher Drosseleinheiten und somit unterschiedlicher Phasen flexibel eingestellt werden können .

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist außerdem vorgesehen, dass zwischen dem Joch und dem jeweil igen mehrphasigen magnetischen Shunt ein magnetischer Widerstand, insbesondere ein Luftspalt, vorhanden ist. Über den Luftspalt ist es möglich, den magnetischen Widerstand zwischen Joch und dem mehrphasigen magnetischen Shunt einzustellen . Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Kern einen dritten Schenkel umfasst, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel zwischen dem oberen und unteren Joch erstreckt und einen einphasigen magnetischen Shunt bildet, wobei ein halber Querschnitt des mehrphasigen magnetischen Shunts zuzügl ich eines Querschn itts des einphasigen magnetischen Shunts in der Summe kleiner ist als ein Querschnitt des ersten und zweiten Schenkels, die von jeweils einer Wicklung umgeben sind . Der mehrphasige magnetische Shunt umfasst in vielen Fällen einen oberen magnetischen Shunt und einen unteren magnetischen Shunt. Ein halber Querschnitt des magnetischen Shunts wäre also beispielsweise der Querschnitt des oberen oder des unteren Shunts. Der Querschnitt des ersten und des zweiten Schenkels ist die Summe aus den Einzelquerschnitten der Schenkel . Bei einer solchen Ausführungsform wird das Kernmaterial besonders effizient verwendet, Der Aufwand für das Kernmaterial ist also optimiert bzw. reduziert und die Drossel ist kompakter aufgebaut.

Es ist bekannt, als erste Energiequelle einen ersten Wechselrichter und als zweite Energiequelle einen zweiten Wechselrichtereinzusetzen . Die mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel kann beispielsweise ein Bauteil eines solchen Wechselrichters sein . Vorteilhaft liefert ein solcher Wechselrichter Wechselspannung mit geringerer Oberwelligkeit.

Die erste und die zweite Energiequelle können jeweils drei Phasen haben . Bei dreiphasigen Systemen ist es in vielen Fällen unvermeidbar, dass eine relativ große Bauform akzeptiert werden muss. Die kompakte mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel, welche dementsprechend drei Drosseleinheiten aufweist, welche, wie in den zuvor genannten Ausführungsformen beschrieben, durch den mehrphasigen magnetischen Shunt untereinander gekoppelt sind, hat jedoch vorteilhaft eine besonders kompakte Bauform .

Weitere Merkmale der Erfindung werden aus der Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsformen zusammen mit den Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtl ich . Erfindungsgemäße Ausführungsformen können einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllen .

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird . Es zeigen:

Fig . 1 eine schematisch vereinfachte Darstellung einer einphasigen Drossel gemäß dem Stand der Technik,

Fig . 2 ein schematisch vereinfachtes Schaltbild eines zwei- phasigen Systems mit zwei Wechselrichtern und zwei Drosseleinheiten,

Fig . 3 ein schematisch vereinfachtes Schaltbild eines dreiphasigen Systems mit zwei Wechselrichtern und drei Drosseleinheiten,

Fig . 4a, 4b eine zweiphasige Gegentakt-Leistungsdrossel in zwei um 90° in der Blickrichtung gegeneinander versetzten Seitenansichten,

Fig . 5a, 5b eine dreiphasige Gegentakt-Leistungsdrossel in zwei um 90° in der Blickrichtung gegeneinander versetzten Seitenansichten,

Fig . 6 eine schematisch vereinfachte Perspektivansicht der aus den Fig . 5a und 5b bekannten dreiphasigen Gegentakt-Leistungsdrossel .

In den Zeichnungen sind jeweils gleiche oder gleichartige Elemente und/oder Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer erneuten Vorstellung jeweils abgesehen wird.

Fig . 2 zeigt ein schematisch vereinfachtes Schaltbild eines zwei- phasigen Systems umfassend einen ersten Wechselrichter WR1 und einen zweiten Wechselrichter WR2. Der erste Wechselrichter WR1 ist eine beispielhafte erste Energiequelle 20a, der zweite Wechselrichter WR2 ist eine beispielhafte zweite Energiequelle 20b. Die beiden Wechselrichter WR1 , WR2 bilden gemeinsam eine Energiequelle 20 des Systems. Die beiden Wechselrichter WR1 , WR2 sind parallel geschaltet. Eine erste Phase A1 des ersten Wechselrichters WR1 ist mit einer entsprechenden ersten Phase A2 des zweiten Wechselrichters WR2 zur Phase A des Systems zusammengekoppelt. Entsprechend ist eine zweite Phase B1 des ersten Wechselrichters WR1 mit einer entsprechenden zweiten Phase B2 des zweiten Wechselrichters WR2 zur Phase B zusammengekoppelt. An den Phasen A, B ist eine nicht dargestellte Last angeschlossen.

In der Phase A befindet sich die Drosseleinheit Dr A. Ihre beiden Wicklungen 8 sind schematisch in Fig . 2 dargestellt. Die Wickelrichtung der Wicklungen ist durch einen Punkt dargestellt. In der Phase B befindet sich eine zweite Drosseleinheit Dr B. Ihre Wicklungen 8 sind ebenfalls schematisch dargestellt, ihre Wickelrichtung ist ebenfalls durch einen Punkt angegeben . Fig . 3 zeigt ein schematisch vereinfachtes Schaltbild eines dreiphasigen Systems, welches ebenfalls zwei Wechselrichter, nämlich den ersten Wechselrichter WR1 und den zweiten Wechselrichter WR2, als erste und zweite Energiequelle 20a, 20b umfasst. In diesem System sind drei Drosseleinheiten Dr U, Dr V und Dr W vorgesehen . Erneut sind die Phasen U 1 , V1 und W1 des ersten Wechselrichters WR1 mit den entsprechenden Phasen U2, V2 und W2 des zweiten Wechselrichters WR2 zu den Phasen U, V und W des Systems zusammengekoppelt. Eine daran angeschlossene dreiphasige Last ist nicht dargestellt. In den einzelnen Phasen der Wechselrichter WR1 , WR2 sind die Wicklungen 8 der drei Drosseln Dr U, Dr V und Dr W angedeutet. Wiederum ist die Wicklungsrichtungen durch einen Punkt angezeigt.

Bei einer mehrphasigen Gegentakt-Leistungsdrossel zum Dämpfen von transienten Gegentaktströmen, wie sie in den in Fig . 2 und Fig . 3 gezeigten Systemen vor den Ausgangsklemmen A, B bzw. U, V, W im System zirkul ieren, sind die Drosseleinheiten Dr A, Dr B bzw. Dr U, Dr V und Dr W in den unterschiedlichen Phasen A, B bzw. U, V, W über zumindest einen mehrphasigen magnetischen Shunt 24 magnetisch untereinander gekoppelt. Verschiedene Ausführungsbeispiele solcher Gegentakt-Leistungsdrosseln sind in den folgenden Figuren gezeigt.

Die Fig . 4a und 4b zeigen in um 90° in der Bl ickrichtung gegeneinander versetzen Seitenansichten eine zweiphasige Gegentakt- Leistungsdrossel 1 0. Die Gegentakt-Leistungsdrossel 1 0 umfasst eine erste Drosseleinheit 1 2_1 und eine zweite Drosseleinheit 1 2 2. Jede der Drosseleinheiten 1 2_1 , 1 2 2 umfasst, wie prinzipiell anhand von Fig . 1 erläutert, zwei Wicklungen 8, die jeweils, wie im Zusammenhang mit Fig . 2 erläutert, an eine Phase einer ersten Energiequelle und eine Phase einer zweiten Energiequelle gekoppelt sind . Die Drosseleinheiten werden allgemein mit Bezugszeichen 1 2 bezeichnet.

Die erste Drosseleinheit 1 2_1 der in Fig. 4a gezeigten zweiphasigen Gegentakt-Leistungsdrossel 1 0 umfasst einen ersten Kern 2_1 , der einen in Fig . 4a sichtbaren ersten Schenkel 4_1 1 und einen in Fig . 4a verdeckten zweiten Schenkel umfasst. Die beiden Schenkel des ersten Kerns 2_1 sind über ein erstes oberes Joch 6_1 1 und ein erstes unteres Joch 6 21 magnetisch miteinander gekoppelt. Auf dem ersten Schenkel 4_1 1 befindet sich eine erste Wicklung 8_1 1 , auf dem zweiten Schenkel befindet sich eine zweite Wicklung (nicht sichtbar).

Der zweite Kern 2_2 der zweiten Drosseleinheit 1 2 2 ist analog dem ersten Kern 2_1 der ersten Drosseleinheit 1 2_1 aufgebaut. Er umfasst einen ersten Schenkel 4_21 und einen zweiten in Fig . 4a nicht sichtbaren Schenkel 4_22 (vgl . Fig . 4b). Der erste und der zweite Schenkel 4_21 , 4_22 sind über das obere Joch 6 21 und das untere Joch 6_22 miteinander gekoppelt. Auf dem ersten Schenkel 4_21 befindet sich eine erste Wicklung 8_21 , auf dem zweiten Schenkel 4_22 befindet sich eine zweite Wicklung 8_22 (Fig . 4b).

Außerdem umfassen die Kerne 2_1 , 2_2 der Drosseleinheiten 1 2_1 , 1 2 2 jeweils einen dritten Schenkel 4_32, der für die zweite Drosseleinheit 1 2 2 in Fig . 4b gezeigt ist.

Zwischen den Schenkeln, die allgemein auch mit Bezugszeichen 4 bezeichnet werden, und das Joch, das allgemein auch mit Bezugszeichen 6 bezeichnet werden soll, sind jeweils Luftspalte 14 vorgesehen, über deren Breite die magnetischen Widerstände zwischen den Kernteilen eingestellt werden . Die in den unterschiedlichen Phasen A,B bzw. U, V, W (Fig . 2 und 3) angeordneten Drosseleinheiten 1 2 sind über einen mehrphasigen magnetischen Shunt 24 magnetisch untereinander gekoppelt. Hierzu ist in dem in Fig . 4a und 4b gezeigten Ausführungsbeispiel ein oberer mehrphasiger magnetischer Shunt 24_1 und ein unterer mehrphasiger magnetischer Shunt 24_2 vorgesehen . Die magnetische Kopplung des mehrphasigen Shunts, der allgemein mit Bezugszeichen 24 bezeichnet wird, wird über den oberen Abstand d 1 und den unteren Abstand d2 eingestellt. Zwischen dem oberen mehrphasigen magnetischen Shunt 24_1 und dem oberen Joch 6_1 1 , 6 21 und ebenso zwischen dem unteren mehrphasigen magnetischen Shunt 24_2 und dem unteren Joch 6 1 2, 6_22 ist jeweils ein Luftspalt 30 vorgesehen .

In Fig . 4b ist gezeigt, dass der obere mehrphasige magnetische Shunt 24_1 aus zwei oberen Shunt-Teilen 24_1 1 , 24_1 2 aufgebaut ist. Entsprechend ist der untere mehrphasige magnetische Shunt 24_2 aus zwei unteren Shunt-Teilen 24_21 und 24_22 aufgebaut. Die Schenkel 4 der Drosseleinheiten 1 2 sind außerdem mit Kühlkörpern 26 versehen . Die Kühlkörper 26 sind zwischen dem Kern 2 und den Wicklungen 8, genauer zwischen den Schenkeln 4 und den Wicklungen 8, angeordnet. Die Kühlkörper 26 umfassen Kühlwasseranschlüsse 28, die unterhalb der Wicklungen 8 angeordnet sind. Die Kühlwasseranschlüsse 28 befinden sich zwischen einer Oberseite des unteren mehrphasigen magnetischen Shunts 24_2 und einer Unterseite der Wicklungen 8.

Die Bauteile des Kerns 2 und ebenso der mehrphasige magnetische Shunt 24 sind bevorzugt geblechte Kernteile, welche beispielsweise aus Transformatorblech hergestellt sind. Eine Stapelrichtung der Bleche ist in den Figuren ebenfalls angedeutet. Fig.4b zeigt eine Seitenansicht aus der in Fig.4a mit IVb bezeichneten Richtung. Fig. 4a zeigt eine Seitenansicht der Gegentakt- Leistungsdrossel 10 aus der in Fig. 4b mit IVa bezeichneten Richtung.

Fig. 5a zeigt eine Seitenansicht einer dreiphasigen Gegentakt- Leistungsdrossel 10. Sichtbar ist eine erste Drosseleinheit 12_1, umfassend einen Kern 2_1, der einen ersten Schenkel 4_11 und einen zweiten Schenkel 4_12 umfasst, die an ihren oberen und unteren Enden mit einem oberen Joch 6_11 und einem unteren Joch 6 12 gekoppelt sind. Wiederum sind zwischen den Schenkeln 4_11, 4_12 und dem Joch 6_11 und 6_12 Luftspalte 14 vorgesehen. Eine erste Wicklung 8_11 umgibt den ersten Schenkel 4_11 und eine zweite Wicklung 8 12 umgibt den zweiten Schenkel 4_12. Zwischen den Wicklungen 8_11, 8_12 und dem jeweiligen Schenkel 4_11, 4_12 befinden sich jeweils Kühlkörper 26. Am unteren Ende der Kühlkörper 26 sind Kühlwasseranschlüsse 28 vorgesehen. Diese befinden sich in einem Luftspalt 30 zwischen dem unteren Joch 6 12 und dem unteren mehrphasigen magnetischen Shunt 24_2. Der Luftspalt 30 hat die Breite d2. Zwischen dem oberen Joch 6_11 und dem oberen mehrphasigen magnetischen Shunt 24_1 ist ebenfalls ein Luftspalt 30 vorgesehen. Dieser hat die Breite d1.

Fig. 5b zeigt eine Seitenansicht der dreiphasigen Gegentakt- Leistungsdrossel 10 aus der in Fig. 5a mit Vb bezeichneten Blickrichtung. Sichtbar sind die erste Drosseleinheit 12_1, eine zweite Drosseleinheit 12 2 und eine dritte Drosseleinheit 12 3. Die Kerne 2_1, 2_2 und 2_3, genauer das Joch 6_11 , 6_21 und 6_31 bzw. 6_12, 6_22 und 6_32 sind über den oberen und unteren mehrphasigen magnetischen Shunt 24_1 bzw.24_2 magnetisch untereinander gekoppelt. Es ist ein entsprechender Abstand d1, d2 zwischen dem oberen Joch 6_11, 6 21 und 6_31 und dem oberen mehrphasigen magnetischen Shunt 24_1 und ein Abstand d2 zwischen dem unteren Joch 6_12, 6_22, 6_32 und dem unteren mehrphasigen magnetischen Shunt 24_2 vorgesehen . Wiederum befindet sich zwischen den Wicklungen 4_1 2, 4_22, 4_32 und den Schenkeln 4_1 2, 4_22, 4_32 ein Kühlkörper 26. Die gilt selbstverständlich auch für die in Fig . 5b abgewandten und nicht sichtbaren Schenkel und Wicklungen .

Fig . 6 zeigt in schematisch vereinfachter Perspektivansicht die aus den Fig . 5a und 5b bereits bekannte dreiphasige Gegentakt- Leistungsdrossel 1 0. Der obere und untere mehrphasige magnetische Shunt 24_1 , 24_2 besteht jeweils aus zwei Shunt-Teilen 24_1 1 , 24_1 2 bzw. 24_21 und 24_22 (unsichtbar). Die Bauteile sind insbesondere aus Elektroblechen hergestellt und mit entsprechenden Schrauben 32 pakettiert. Außerdem ist eine Halterung 34 vorgesehen, welche aus Querstreben und Längsstreben besteht, mit der die ganze Gegentakt-Leistungsdrossel 1 0 zusammengehalten wird .

Alle genannten Merkmale, auch die den Zeichnungen allein zu entnehmenden sowie auch einzelne Merkmale, die in Kombination mit anderen Merkmalen offenbart sind, werden allein und in Kombination als erfindungswesentlich angesehen . Erfindungsgemäße Ausführungsformen können durch einzelne Merkmale oder eine Kombination mehrerer Merkmale erfüllt sein . Im Rahmen der Erfindung sind Merkmale, die mit „insbesondere" oder „vorzugsweise" gekennzeichnet sind, als fakultative Merkmale zu verstehen . Bezugszeichenliste

2 Kern

4 Schenkel

6 Joch

8 Wicklungen

1 0 Gegentakt-Leistungsdrossel 1 2 Drosseleinheit

1 2_1 erste Drosseleinheit

1 2_2 zweite Drosseleinheit

1 2_3 dritte Drosseleinheit

14 Luftspalt

20 Energiequelle

20a erste Energiequelle

20b zweite Energiequelle

24 mehrphasiger magnetischer Shunt

24_1 oberer mehrphasiger magnetischer Shunt 24_2 unterer mehrphasiger magnetischer Shunt 26 Kühlkörper

28 Kühlwasseranschluss

30 Luftspalt

32 Schrauben

34 Halterungen

WR1 erster Wechselrichter

WR2 zweiter Wechselrichter

d 1 oberer Abstand

d2 unterer Abstand

Claims

Mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel Patentansprüche

1 . Mehrphasige Gegentakt-Leistungsdrossel (1 0) zum Dämpfen von transienten Gegentaktstromen zwischen einer zumindest zweiphasigen Energiequelle (20) und einer elektrischen Last mit einer entsprechenden Anzahl von Phasen, wobei die Energiequelle (20) eine zumindest zweiphasige erste Energiequelle (20a) und eine parallel dazu geschaltete zumindest zweiphasige zweite Energiequelle (20b) ist, und einander entsprechende Phasen der ersten und zweiten Energiequelle (20a, 20b) jeweils über eine Drosseleinheit (12) untereinander gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verringerung von magnetischen Streufeldern zumindest zwei Drosseleinheiten (1 2), die in unterschiedlichen Phasen angeordnet sind, über zumindest einen mehrphasigen magnetischen Shunt (24) magnetisch untereinander gekoppelt sind .

2. Gegentakt-Leistungsdrossel (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinheiten (1 2) jeweils eine erste Wicklung (8) und eine zweite Wicklung (8) umfassen, die auf einem gemeinsamen Kern (2) angeordnet sind, wobei mit dem mehrphasigen magnetischen Shunt (24) die Kerne (2) der zumindest zwei in unterschiedlichen Phasen angeordneten Drosseleinheiten (1 2) untereinander gekoppelt sind .

Gegentakt-Leistungsdrossel (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Drosseleinheiten (1 2) jeweils zwischen dem Kern (2) und den Wicklungen (8) angeordnete Kühlkörper (26) umfassen .

Gegentakt-Leistungsdrossel (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkörper (26) Kühlwasseranschlüsse (28) aufweisen, die unterhalb der Wicklungen (8) angeordnet sind .

Gegentakt-Leistungsdrossel (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kerne (2) mit einem oberen mehrphasigen magnetischen Shunt (24_1 ) und einen unteren mehrphasigen magnetischen Shunt (24_2) gekoppelt sind und die Kühlwasseranschlüsse (28) zwischen einer Unterseite der Wicklungen (8) und dem unteren mehrphasigen magnetischen Shunt (24_2) angeordnet sind .

Gegentakt-Leistungsdrossel (1 0) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) eine geschlossene Form aufweist, umfassend einen ersten Schenkel (4_1 ), auf dem die erste Wicklung (8) angeordnet ist, einen zweiten Schenkel (4_2), auf dem die zweite Wicklung (8) angeordnet ist, sowie ein oberes und ein unteres Joch (6_1 , 6_2), wobei die beiden Schenkel (4_1 , 4_2) an ihren oberen Enden über das obere Joch (6_1 ) und an ihren unteren Enden über das untere Joch (6_2) magnetisch gekoppelt sind und wobei die in verschiedenen Phasen angeordneten Drosseleinheiten (1 2) am oberen Joch (6_1 ) mit einem mehrphasigen oberen magnetischen Shunt (24_1 ) und an ihrem unteren Joch (6_2) mit einem mehrphasigen unteren magnetischen Shunt (24_2) magnetisch untereinander gekoppelt sind .

Gegentakt-Leistungsdrossel (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Joch (6) und dem jeweiligen mehrphasigen magnetischen Shunt (24) ein magnetischer Widerstand, insbesondere ein Luftspalt (30), vorhanden ist.

Gegentakt-Leistungsdrossel (10) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (2) einen dritten Schenkel (4_3) umfasst, der sich zwischen dem ersten und dem zweiten Schenkel (4_1 , 4_2) zwischen dem oberen und unteren Joch (6_1 , 6_2) erstreckt und einen einphasigen magnetischen Shunt bildet, wobei ein halber Querschnitt des mehrphasigen magnetischen Shunts (24) zuzüglich eines Querschnitts des einphasigen magnetischen Shunts in der Summe kleiner ist als ein Querschnitt des ersten und zweiten Schenkels (4_1 , 4_2), die von jeweils einer Wicklung (8) umgeben sind .