DE102008031296A1

DE102008031296A1 - Drosselspuleneinrichtung für einen Filterschaltkreis sowie Verwendung einer solchen und Filterschaltkreis

Info

Publication number: DE102008031296A1
Application number: DE102008031296A
Authority: DE
Inventors: Hubert Dr. Schierling; Benno Weis
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2008-07-02
Publication date: 2009-08-20

Abstract

Eine Drosselspuleneinrichtung (11) für einen Filterschaltkreis, insbesondere für ein Ausgangs-Sinusfilter (9) eines in einem Frequenzumrichter umfassten Wechselrichters (3) ist so ausgebildet, dass sie funktionsmäßig einer Reihenschaltung einer stromkompensierten Drossel und je einer in jeder spannungsführenden Phasenleitung (23) angeordneten, als Längsinduktivität wirkenden Drossel entspricht. Erfindungsgemäß umfasst diese Drosselspuleneinrichtung (11) einen ersten Kern (27) aus magnetischem Material und mindestens drei auf diesem Kern (27) angeordnete Wicklungen (29) und über den mindestens drei Wicklungen (29) ist jeweils ein zweiter Kern (31) angeordnet, der eine als Längsinduktivität wirkende Einzeldrossel bildet. Auf diese Weise ist eine Drosselspuleneinrichtung (11) geschaffen, die kompakt und kostengünstig ist und dennoch in Filtersystemen, die sowohl differential mode als auch common mode Spannungen filtern, wirksam einsetzbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drosselspuleneinrichtung für einen Filterschaltkreis, insbesondere für ein Ausgangs-Sinusfilter eines in einem Frequenzumrichter umfassten Wechselrichters, wobei die Drosselspuleneinrichtung so ausgebildet ist, dass sie funktionsmäßig einer Reihenschaltung einer stromkompensierten Drossel mit je einer in jeder spannungsführenden Phasenleitung angeordneten, als Längsinduktivität wirkenden Drossel entspricht. Die Erfindung betrifft ferner eine Verwendung einer solchen Drosselspuleneinrichtung in einem Filterschaltkreis und schließlich noch einen Filterschaltkreis mit einer solchen Drosselspuleneinrichtung.
Insbesondere in der Antriebstechnik werden Frequenzumrichter zur spannungs- und frequenzgesteuerten Stromversorgung von Drehfeldmaschinen eingesetzt. Solche Frequenzumrichter weisen in der Regel einen Gleichspannungs-Zwischenkreis zur Umsetzung der Netzspannung in eine Gleichspannung auf. An den Gleichspannungs-Ausgang ist ein gesteuerter Wechselrichter angekoppelt, der wiederum die Gleichspannung in eine Wechselspannung mit einer einstellbaren Frequenz überführt. Der Wechselrichter ist dabei mit Leistungshalbleiterschaltern ausgestattet, wobei insbesondere schnell schaltende Leistungs-FETs oder IGBTs zum Einsatz kommen. Mit diesen als Schaltelemente verwendeten Transistoren wird eine Sinus-Wechselspannung aus kurzen Pulsen hoher Frequenz nachgebildet, indem die Ausgangs-Wechselspannung aus kleinen, unterschiedlich breiten Impulsen zusammengesetzt wird, so dass auf diese Weise der netzübliche Spannungsverlauf angenähert wird. Derartige Leistungshalbleiterschalter weisen den Vorteil auf, dass Schaltverluste klein gehalten sind, jedoch belasten die steilen Flanken der Spannungsimpulse vor allem die Isolationsmaterialien der angeschlossenen Maschinen. Des Weiteren führen diese kurzen Spannungsanstiegszeiten zu unerwünschter elektromagnetischer Beeinflussung benachbarter Signalleitungen und Einrichtungen.
Zur Vermeidung solcher Störungen und Belastungen ist es bekannt, so genannte Ausgangs-Sinusfilter einzusetzen, die die Aufgabe haben, hochfrequente Anteile der gepulsten Ausgangsspannung des Wechselrichters herauszufiltern, so dass möglichst nur noch die Grundschwingungsspannung an der angeschlossenen Maschine übrig bleibt. Solche Sinusfilter bestehen üblicherweise aus einer Drossel und einem Kondensator, wobei die Eckfrequenz der Sinusfilter zwischen der maximalen Grundschwingungsfrequenz und der Schaltfrequenz des Wechselrichters liegt.
Diese Sinusfilter können nun in einem Drei-Phasen-Netz je nach Anwendungsfall so realisiert werden, dass sie entweder nur die Leiter-Leiter-Spannung (differential mode) oder aber auch die Leiter-Erde- bzw. Leiter-Zwischenkreis-Spannung (common mode) filtern. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind Filter, die sowohl die differential mode- als auch die common mode-Spannung filtern.
Ein solcher Filtertyp ist insbesondere aus der EP 0 682 401 B1 bekannt. Dieses Dokument lehrt eine entsprechende Filterwirkung durch Hintereinanderschalten eines differential mode Filters und eines common mode Filters, wobei der differential mode Filter als eine erste Induktivität in diesem Gesamt-Filterschaltkreis eine weitestgehend lineare Längsdrossel und der common mode Filter als eine zweite Induktivität eine stromkompensierte Drossel aufweisen. Stromkompensierte Drosselspulen haben einen gemeinsamen Kern, in welchem sich bei einem symmetrischen Drehstromsystem die magnetischen Flüsse der Grundschwingung der Maschinenströme aufheben. Nur bei unsymmetrischen Strömen bildet die Drosselspule mit den beteiligten Kapazitäten des Kapazitätsnetzwerks einen LC-Tiefpass, mit dem höherfrequente Spannungsimpulse herausgefiltert werden. Diese Lösung der hintereinandergeschalteten Filter hat also den Nachteil, dass zwei separate Drosseln eingesetzt werden müssen, die entsprechenden Platz benötigen und Kosten verursachen.
Grundsätzlich könnte in vorgenannter Ausführungsform auf die common mode Drossel verzichtet werden. In diesem Fall müsste die verbleibende Drossel derart ausgestaltet werden, dass sie sowohl im differential mode als auch im common mode wirkt. Bekannt ist dies insbesondere durch eine Drosselausführung als drei getrennte Einzelphasendrosseln. Eine solche Drosselausführung ist beispielsweise in der EP 0 682 395 B1 beschrieben. Darin ist die Anordnung von mindestens drei Wicklungen auf einem Kern aus magnetischem Material offenbart, wobei sich Streuflüsse ergeben, die zu Streuinduktivitäten führen, welche ihrerseits als Längsinduktivitäten wirksam sind, wobei andererseits Teilflüsse durch den Kern und einen vorgesehenen Luftspalt fließen, sodass diese Anordnung auch als stromkompensierte Drossel wirkt. Da im common mode System jedoch hohe Induktivitätswerte zur Erreichung geringer Filterströme benötigt werden, müssen solche Einzeldrosseln sehr groß ausgelegt werden, was eine solche Drossel für beide Filterzwecke sehr teuer macht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Drosselspuleneinrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Verwendung derselben in einem Filterschaltkreis sowie einen entsprechenden Filterschaltkreis anzugeben, welche Drosselspuleneinrichtung kompakt und kostengünstig und dennoch in Filtersystemen, die sowohl die differential mode- als auch die common mode-Spannung filtern, wirksam einsetzbar ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß bei einer solchen Drosselspuleneinrichtung dadurch, dass ein erster Kern aus magnetischem Material und mindestens drei auf diesem Kern angeordnete Wicklungen umfasst sind und dass über den mindestens drei Wicklungen jeweils ein zweiter Kern angeordnet ist, der eine als Längsinduktivität wirkende Einzeldrossel bildet. Für die Verwendung dieser Drosselspuleneinrich tung ist die Aufgabe nach der Erfindung durch die Merkmale des Anspruchs 17 und für den Filterschaltkreis durch die Merkmale des Anspruchs 18 gelöst.
Durch den erfindungsgemäßen Filterschaltkreis wird insbesondere ein Ausgangs-Sinusfilter eines in einem Frequenzumrichter umfassten Wechselrichters bereitgestellt, durch den die Anstiegs- und Abfallflanken der vom Umrichter erzeugten Spannungsimpulse reduziert werden, so dass eine Reduzierung der Belastung der Isolation in den angeschlossenen Maschinen sichergestellt ist. Gleichzeitig werden auch Störungen ausgeschaltet oder zumindest reduziert, die durch unsymmetrische Spannungen gegenüber dem Erdpotential hervorgerufen werden. Um den gewünschten kompakten und kostengünstigen Aufbau zu erreichen, kommt die erfindungsgemäße Drosselspuleneinrichtung zum Einsatz. Diese ist als gemeinsames Bauteil realisiert, welches funktionsmäßig einer Reihenschaltung einer stromkompensierten Drossel und je einer in jeder spannungsführen Phasenleitung angeordneten, als Längsinduktivität wirkenden Drossel entspricht. Diese Drosselspuleneinrichtung weist einen ersten Kern aus magnetischem Material auf, auf dem mindestens drei Wicklungen angeordnet sind. Ein zweiter Kern ist jeweils über den Wicklungen angeordnet, wobei dieser zweite Kern mit der zugehörigen Wicklung je eine als Längsinduktivität wirkende Einzeldrossel bildet. Eine solche Anordnung ermöglicht es, nur mit je einer Wicklung pro Phasenleitung eine Dämpfung sowohl bei unsymmetrischer (common mode) als auch bei symmetrischer (differential mode) Beaufschlagung einzustellen, wobei die Induktivitäten der beiden Filtersysteme durch eine vorteilhafte Anordnung der Wicklungen und magnetischen Wege erreicht ist.
Das Kernmaterial des ersten Kerns weist vorteilhafterweise eine hohe Permeabilität auf. Dadurch ist eine hohe Induktivität der durch diesen Kern hergestellten stromkompensierten Drossel einstellbar, so dass die Baugröße auch entsprechend klein gehalten werden kann. Für eine besonders kleine Ausführungsform ist es günstig, wenn der erste Kern einen geschlos senen magnetischen Kreis mit keinem oder nur einem geringen Luftspalt aufweist. Auf diese Weise ist die magnetische Streuung insbesondere im Vergleich zu einem Stab reduziert.
Die Drosselspuleneinrichtung ist für ihren Einsatzzweck besonders geeignet, wenn die zweiten Kerne jedenfalls jeweils einen Luftspalt aufweisen, der ggf. größer ist als ein eventuell vorhandener Luftspalt im ersten Kern. Alternativ oder zusätzlich kann der zweite Kern auch ein Material mit einer geringeren Permeabilität als der erste Kern umfassen. Dadurch ist gewährleistet, dass der common mode Fluss nahezu ausschließlich im ersten Kern infolge des dort eingesetzten höherpermeablen Materials und des geringeren oder nicht vorhandenen Luftspalts fließt. Der erste Kern bestimmt somit die common mode Induktivität.
Eine besondere Ausgestaltungsform sieht vor, dass der zweite Kern einen hufeisen- oder U-förmigen Schenkel aufweist, der mit seiner offenen Seite die Wicklung umgreift und an den Teilabschnitt des ersten Kerns, der die Wicklung trägt, angekoppelt ist, wobei die Ankopplung insbesondere über einen Luftspalt an einer oder an beiden Ankoppelstellen erfolgt. In diesem zweiten Kern erzeugt jede zugeordnete Wicklung ihren eigenen Fluss unabhängig von den anderen Wicklungen, so dass das Kernmaterial des zweiten Kerns und die ggf. vorhandenen Luftspalte den Fluss für das differential mode System bestimmen und somit die Höhe der Induktivität für dieses System definieren. Die Flüsse für das differential mode System schließen sich im ersten Kern. Ist bei der Auslegung einer bestimmten Drosselspuleneinrichtung erforderlich, dass im ersten Kern ein Luftspalt vorzusehen ist, so ist es günstig, diesen in einem Teilabschnitt dieses Kerns anzuordnen, in welchem kein zweiter Kern angekoppelt ist.
Um einen besonders kompakten Aufbau der Drosselspuleneinrichtung zu erreichen, können der erste Kern und die zweiten Kerne in einem Winkel zueinander angeordnet sein, so dass eine dreidimensionale Anordnung gegeben ist. Auf diese Weise ist der Flächenbedarf bei einer Anordnung der Drosselspuleneinrichtung auf einer Leiterplatte gering gehalten. Insbesondere bildet sich bei einer Anordnung des ersten Kerns und der zweiten Kerne im rechten Winkel zueinander wenigstens näherungsweise eine Würfelform aus.
Bei einer weiteren Ausführungsform ist der erste Kern in einer langgestreckten, insbesondere rechteckförmigen Form ausgestaltet, so dass sich wenigstens ein geradliniger Teilabschnitt auf diesem ausbildet, auf dem die drei Wicklungen nebeneinander angeordnet sind. Diese Ausgestaltung ist dann vorteilhaft, wenn am Einbauort nur eine langgestreckte Drossel Platz findet. Auch diese langgestreckte Drosselanordnung kann wiederum in dreidimensionaler Weise, wie voranstehend erläutert, dargestellt sein. Zudem bietet sich noch eine Optimierung hinsichtlich Raumbedarf und Materialeinsatz in der Weise an, dass die zweiten Kerne über den wenigstens drei nebeneinanderliegenden Wicklungen zu einem einzigen Bauteil zusammenfassbar sind, welches eine E-förmige Figur mit mindestens vier Zinken bildet.
Hinsichtlich der Optimierung der Baugröße ist noch eine weitere Ausführungsform denkbar. Diese besteht darin, dass der erste Kern und der zweite Kern in einer Ebene liegen, jedoch der zweite Kern innerhalb der vom ersten Kern umrandeten Fläche angeordnet ist. Dies kann wiederum bei hufeisen- oder U-förmigen zweiten Kernen der Fall sein, die sich allesamt im Inneren des ersten Kernes treffen und auch berühren können. Eine ganz besonders raumoptimierte Lösung bietet jedoch ein Aufbau mit einem ersten Kern, der als Ringkern ausgeformt ist, und mit einem zweiten Kern, der sternförmig ist und mindestens drei Arme umfasst. Jedes Armende grenzt jeweils eine Wicklung von einer benachbarten ab. Da auf diese Weise jeweils zwei nebeneinanderliegende Wicklungen einen Arm des zweiten Kerns gemeinsam haben, wird vom zweiten Kernmaterial sehr wenig Masse benötigt.
Schließlich soll noch eine vierte Ausführungsform erwähnt werden. Bei dieser besteht das zweite Kernmaterial aus einer magnetisch leitfähigen Vergussmasse. In diesem Fall kann aus dem ersten Kern und den darauf angeordneten Wicklungen zunächst eine common mode Drossel hergestellt und diese anschließend in dem magnetisch leitfähigen Material eingegossen werden. Eine solche Darstellung der erfindungsgemäßen Drosselspuleneinrichtung ist besonders deshalb geeignet, weil vom Kernmaterial des zweiten Kerns keine besonders hohe Permeabilität verlangt wird.
Das Kernmaterial des zweiten Kerns kann auch als magnetisch leitfähiges Sintermaterial, z. B. Eisenpulver, hergestellt sein, wobei die Drosselspuleneinrichtung insbesondere dadurch erzeugt wird, dass der erste Kern mit den mindestens drei Wicklungen in eine Sinterform gelegt und mit Sintermaterial umgeben und anschließend ein Sinterprozess durchgeführt wird.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand der Zeichnungen mehrerer Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei zeigen:
1 einen zur Drehzahlregelung von Drehfeldmaschinen vorgesehenen Frequenzumrichter mit einem Ausgangsfilter;
2 bis 5 verschiedene Ausführungsbeispiele von für das Ausgangsfilter verwendeten Drosselspuleneinrichtungen; und
6 die Anordnung der Drosselspuleneinrichtung in einem Drehstromnetz vor einem aktiv gepulsten Netzstromrichter.
1 zeigt einen zur Drehzahlregelung von Drehfeldmaschinen vorgesehenen Frequenzumrichter, von dem jedoch nur ein Gleichstrom-Zwischenkreis (symbolisiert durch einen Kondensator 1) und ein an diesen angeschlossener Wechselrichter 3 dargestellt sind. Der Gleichstrom-Zwischenkreis ist durch einen an das Versorgungsnetz mit konstanter Spannung und konstanter Frequenz angeschlossenen, in dieser Figur nicht dar gestellten Netzgleichrichter gespeist. Der Wechselrichter 3 setzt die vom Gleichstrom-Zwischenkreis zur Verfügung gestellte Gleichspannung mit Hilfe von Leistungshalbleiterschaltern 5 in ein dreiphasiges Drehstromnetz um und stellt dieses an seinen Ausgangsklemmen 7 mit veränderbarer Frequenz und Spannung für die angeschlossene, hier nicht dargestellte Drehstrommaschine, insbesondere einen Drehstrommotor, zur Verfügung.
Als Leistungsschalter 5 kommen beispielsweise FETs oder IGBTs zum Einsatz. Diese weisen sehr steile Anstiegsflanken der erzeugten Impulse auf. Dadurch werden zwar die Verluste im Wechselrichter 3 gering gehalten, so dass ein entsprechend hoher Wirkungsgrad des Wechselrichters 3 gewährleistet ist. Auf der anderen Seite verursachen diese steilen Anstiegsflanken durch die dadurch sich einstellende hohe Umpolarisation innerhalb der Wicklungsisolation in den angeschlossenen Drehfeldmaschinen zu Ausfällen aufgrund von Ermüdungserscheinungen und dadurch zu einer reduzierten Lebensdauer dieser Maschinen.
Um diesen Ausfällen entgegenzuwirken, ist am Ausgang des Wechselrichters 3 ein Ausgangs-Sinusfilter 9 angeschlossen. Dieses umfasst im vorliegenden Beispiel eine Drosselspuleneinrichtung 11 und ein Kondensatorennetzwerk 13. Das Kondensatorennetzwerk 13 ist im Dreiphasennetz derart eingesetzt, dass die einzelnen Kondensatoren (15, 17, 19, 21) zwischen den Phasenleitern 23 sowie zwischen den Leitern 23 und Erdpotential 25 angeordnet sind. Dies erfolgt dadurch, dass drei Kondensatoren 15, 17, 19 in einer Sternschaltung an die drei Phasenleiter 23 angeschlossen sind und der Sternpunkt über einen vierten Kondensator 21 mit der Erde 25 verbunden ist.
Als Drosselspuleneinrichtung 11 kommt für die Schaltungsanordnung gemäß 1 eine der Ausführungsformen gemäß 2 bis 5 zur Verwendung.
2 zeigt den Aufbau einer ersten Drosselspuleneinrichtung 11. Diese umfasst einen gemeinsamen ersten Kern 27, der näherungsweise eine quadratische Rahmenform einnimmt. Auf drei Seiten dieses ersten Kerns 27 ist jeweils eine Wicklung 29 angeordnet, wobei jede dieser Wicklungen 29 in jeweils eine Phasenleitung 23 eingesetzt ist. Zusammen mit dem gemeinsamen ersten Kern 27 ergibt sich somit eine stromkompensierte Drossel im Dreiphasennetz. Über jeder Wicklung 29 ist ein zweiter Kern 31 angeordnet, der zusammen mit der zugeordneten Wicklung 29 eine Wirkung als Einzeldrossel besitzt und aus einem Material mit geringerer Permeabilität als der erste Kern 27 besteht. Die Anordnung ist derart realisiert, dass jeder in einer rechteckigen U-Form ausgestaltete zweite Kern 31 mit den Enden seiner freien Schenkel über je einen Luftspalt 33 an den Teilabschnitt des ersten Kerns 27 angesetzt ist, auf dem sich die zugeordnete Wicklung 29 befindet.
Die Wicklungen 29 sind gleichsinnig geschaltet und gewickelt, so dass ein differential mode Strom im ersten Kern 27 keinen Fluss erzeugt. In den zweiten Kernen 31 erzeugt jede der Wicklungen 29 ihren eigenen Fluss unabhängig von den anderen Wicklungen 29, so dass das Material der zweiten Kerne 31 und die Luftspalte 33 den Fluss für das differential mode System bestimmen, wodurch auch die Höhe der Induktivität für dieses System definiert ist. Im jeweiligen Teilabschnitt des ersten Kerns 27 schließt sich dieser Fluss. Wegen der vergleichsweise hohen Permeabilität des Materials des ersten Kerns 27 hat dieses keinen Einfluss auf die differential mode Induktivität. Jedoch ist der erste Kern 27 in der Lage, die differential mode Flüsse zu führen.
Für common mode Ströme heben sich die Flüsse der drei Wicklungen 29 im ersten Kern 27 nicht auf. Wegen der hohen Permeabilität des Materials des ersten Kerns 27 fließt der common mode Fluss nahezu ausschließlich im ersten Kern 27, so dass das Material des ersten Kerns 27 die common mode Induktivität maßgeblich bestimmt.
Im Beispiel nach 2 ist im ersten Kern 27 kein Luftspalt vorgesehen. Soll jedoch bei der Dimensionierung der Drosselspuleneinrichtung 11 ein solcher Luftspalt als erforderlich erachtet werden, so ist dieser vorzugsweise an einer Stelle einzufügen, an der kein zweiter Kern 31 parallel angeordnet ist. Hierfür bietet sich im vorliegenden Beispiel die Seite des quadratischen Kerns 27 an, die keine Wicklung 29 trägt.
Der in 2 dargestellte ebene Aufbau kann alternativ als dreidimensionales Gebilde dargestellt sein. Dies kann durch Hochklappen der zweiten Kerne 31 senkrecht zur Zeichenebene gewährleistet sein, so dass sich ein würfelförmiger Aufbau ergibt. Aber grundsätzlich ist in raumoptimierter Weise jede Winkelstellung der zweiten Kerne 31 zum ersten Kern 27 hin vorstellbar, sofern dies geometrisch möglich ist. Auch ist denkbar, dass die zweiten Kerne 31 anstelle einer U-Form eine Dreiecksform einnehmen und diese so angeordnet werden, dass sich eine Pyramidenform mit dem ersten Kern 27 als Basis einstellt.
3 zeigt eine zweite Variante der Drosselspuleneinrichtung 11. Dieses ist eine alternative Lösung zum vorgenannten Aufbau mit einer langgestreckten Form. Hierbei ist der erste Kern 27 als langgestrecktes Rechteck ausgebildet. Einer der beiden längeren Schenkel 35 dient zur nebeneinanderliegenden Anordnung der drei Wicklungen 29. Die drei anderen Rechteckseiten tragen keine Wicklung 29. Diese Variante hat den Vorteil, dass die nebeneinanderliegenden Schenkel der wiederum in einer rechteckigen U-Form ausgebildeten zweiten Kerne 31 als gemeinsame Schenkel ausgestaltet werden können, so dass sich für das zweite Kernmaterial 31 eine E-förmige Figur mit vier Zinken ergibt.
Eine weitere vorteilhafte, besonders kompakte Ausführungsform ist in 4 dargestellt. In dieser sind die zweiten Kerne 31 im Inneren der ersten Kerns 27 angeordnet. Zur Minimierung der Masse des zweiten Kernmaterials sind diese zweiten Kerne 31 zu einem einzigen Bauteil vereint, nämlich zu einer stern förmigen Anordnung mit drei Armen 37. Der erste Kern ist als Ringkern 39 ausgebildet. Auf diese Weise ergibt sich ein Gebilde ähnlich einem Wagenrad mit drei Speichen. Zwischen jeweils zwei dieser Arme 37 ist auf dem Ringkern 39 je eine Wicklung 29 aufgewickelt. Wickelrichtung und Schaltung der Wicklungen 29 sind auch hier wieder – wie bei allen vorliegenden Ausführungsvarianten – gleichsinnig. Soll bei dieser Variante gemäß 4 ein Luftspalt anzuordnen sein, so eignet sich eine Stelle, an der einer der Arme 37 des Innensterns am Ringkern 39 anstößt. Auch bei dieser Variante ist zwischen den beiden Kernmaterialien 27, 31 ein Luftspalt 33 vorgesehen.
Weiterhin wird unter Bezugnahme auf 5 eine vierte vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Drosselspuleneinrichtung 11 erläutert. In dieser ist das Material des zweiten Kerns 31 eine magnetisch leitfähige Vergussmasse 41. Der Aufbau dieser Einrichtung erfolgt durch einleitender Herstellung einer common mode Drossel aus dem ersten Kern 27 und den Wicklungen 29. Diese wird im Anschluss daran in dem magnetisch leitfähigen Material 41 eingegossen. Ein „Luft"spalt kann dadurch realisiert werden, dass vor dem Vergießen des zweiten Kernmaterials um die einleitend hergestellte common mode Drossel eine Haut aus einer zweiten Vergussmasse aus magnetisch nicht leitfähigem Material gelegt wird.
Schließlich zeigt 6 eine netzseitige Anordnung des Filterschaltkreises in einem Drehstromnetz N, wobei dieser einem aktiv gepulsten Netzstromrichter vorgeschaltet ist. In dieser Darstellung ist der Filterschaltkreis vor einen vom Netzstromrichter umfassten Gleichrichterschaltung 43 gesetzt um diese vor Störspannungen im Drehstromnetz N zu schützen.
Durch alle vorgenannten Lösungsvarianten kann sehr platz- und materialsparend eine Drosselspuleneinrichtung 11 realisiert werden, die im common mode System eine sehr hohe Induktivität und im differential mode System eine geringe Induktivität besitzt. Dadurch kann statt der bisher zwei verwendeten Dros seln nur eine eingesetzt werden. Vorteile entstehen bezüglich geringem Platzbedarf und geringer Materialkosten.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- EP 0682401 B1 [0005]
- EP 0682395 B1 [0006]

Claims

Drosselspuleneinrichtung für einen Filterschaltkreis, insbesondere für ein Ausgangs-Sinusfilter eines in einem Frequenzumrichter umfassten Wechselrichters, welche so ausgebildet ist, dass sie funktionsmäßig einer Reihenschaltung einer stromkompensierten Drossel und je einer in jeder spannungsführenden Phasenleitung angeordneten, als Längsinduktivität wirkenden Drossel entspricht, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Kern (27) aus magnetischem Material und mindestens drei auf diesem Kern (27) angeordnete Wicklungen (29) umfasst sind und dass über den mindestens drei Wicklungen (29) jeweils ein zweiter Kern (31) angeordnet ist, der eine als Längsinduktivität wirkende Einzeldrossel bildet.
Drosselspuleneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kern (27) eine hohe Permeabilität aufweist.
Drosselspuleneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kern (27) keinen oder nur einen geringen Luftspalt aufweist.
Drosselspuleneinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kern (31) einen größeren Luftspalt (33) als der erste Kern (27) aufweist und/oder ein Material mit einer geringeren Permeabilität als der erste Kern (27) umfasst.
Drosselspuleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kern (27) einen hufeisen- oder U-förmigen Schenkel aufweist, der mit seiner offenen Seite die Wicklung (29) umgreift und an den Teilabschnitt des ersten Kerns (27), welcher die Wicklung (29) trägt, angekoppelt ist.
Drosselspuleneinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem hufeisen- oder U-förmigen Schenkel und dem Teilabschnitt des ersten Kerns (27) wenigstens an einer Ankoppelstelle ein Luftspalt (33) vorgesehen ist.
Drosselspuleneinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Teilabschnitt des ersten Kerns (27) derart ausgestaltet ist, dass der magnetische Fluss der Einzeldrossel führbar ist.
Drosselspuleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass im ersten Kern (27) ein Luftspalt in einem Teilabschnitt vorgesehen ist, in welchem kein zweiter Kern (31) angekoppelt ist.
Drosselspuleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ebenen, in denen der erste (27) und der zweite Kern (31) liegen, einen Winkel, insbesondere einen rechten Winkel, einschließen.
Drosselspuleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens drei Wicklungen (29) nebeneinander auf einem geradlinigen Teilabschnitt des ersten Kerns (27) angeordnet sind.
Drosselspuleneinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Kerne (31) über diesen mindestens drei Wicklungen (29) zu einem einzigen Bauteil zusammengefasst sind, welches eine E-förmige Figur mit mindestens vier Zinken bildet.
Drosselspuleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste (27) und der zweite Kern (31) in einer Ebene liegen und der zweite Kern (31) innerhalb der vom ersten Kern (27) umrandeten Fläche angeordnet ist.
Drosselspuleneinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kern (27) als Ringkern (39) und der zweite Kern (31) sternförmig mit mindestens drei Armen (37) ausgestaltet sind.
Drosselspuleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial des zweiten Kerns (31) als magnetisch leitfähige Vergussmasse (41) ausgeführt ist.
Drosselspuleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Kernmaterial des zweiten Kerns (31) als magnetisch leitfähiges Sintermaterial, insbesondere Eisenpulver, ausgeführt ist.
Drosselspuleneinrichtung nach Anspruch 15, welche derart hergestellt ist, dass der erste Kern (27) mit den mindestens drei Wicklungen (29) in eine Sinterform gelegt und mit Sintermaterial umgeben wird und anschließend ein Sinterprozess durchgeführt wird.
Verwendung der Drosselspuleneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16 in einem Filterschaltkreis zur Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit von Strömen und Spannungen zwischen spannungsführenden Leitungen (23) und gegenüber dem Erdpotential (25), insbesondere für einen Frequenzumrichter oder als Netzfilter für elektromagnetische Verträglichkeit oder als Filteranordnung vor einem aktiv gepulsten Netzstromrichter.
Filterschaltkreis, insbesondere Drei-Phasen-Filterschaltkreis, zur Begrenzung der Änderungsgeschwindigkeit von Strömen und Spannungen zwischen spannungsführenden Leitungen und gegenüber dem Erdpotential, insbesondere für einen Frequenzumrichter oder als Netzfilter für elektromagnetische Verträglichkeit oder als Filteranordnung vor einem aktiv gepulsten Netzstromrichter, mit einem Kapazitäten (15, 17, 19, 21) und Induktivitäten aufweisenden LC-Tiefpass, wo bei alle Induktivitäten zu der Drosselspuleneinrichtung (11) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zusammengefasst sind.
Filterschaltkreis nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Drosselspuleneinrichtung (11) ein Kondensatorennetzwerk (13) vor- oder nachgeschaltet ist, wobei die Kondensatoren (15, 17, 19, 21) derart zwischen den Leitern (23) sowie zwischen den Leitern (23) und Erdpotential (25) oder Zwischenkreis oder Netzsternpunkt angeordnet sind, dass differential mode und common mode Spannungen filterbar sind.