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DE202025107004U1 - Three-phase harmonic power line filter - Google Patents

Three-phase harmonic power line filter

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Publication number
DE202025107004U1
DE202025107004U1 DE202025107004.9U DE202025107004U DE202025107004U1 DE 202025107004 U1 DE202025107004 U1 DE 202025107004U1 DE 202025107004 U DE202025107004 U DE 202025107004U DE 202025107004 U1 DE202025107004 U1 DE 202025107004U1
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DE
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filter
branch
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input
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DE202025107004.9U
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Keb Automation KG
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Keb Automation KG
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS 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
    • H02M1/00Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12Arrangements for reducing harmonics from AC input or output
    • H02M1/126Arrangements for reducing harmonics from AC input or output using passive filters
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02JCIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J1/00Circuit arrangements for DC mains or DC distribution networks
    • H02J1/02Arrangements for reducing harmonics or ripples
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03HIMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01Frequency selective two-port networks

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
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Abstract

Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510), aufweisend- einen ersten Filterzweig (120) zwischen einem ersten Filtereingang (L1) und einem ersten Filterausgang (L11), wobei der erste Filterzweig (120) eine erste Serienschaltung von drei Induktivitäten (IND1, IND2, IND3) aufweist, die zwischen den ersten Filtereingang (L1) und den ersten Filterausgang (L11) geschaltet sind, und die auf drei verschiedene Schenkel (132, 134, 136) eines dreischenkligen Filterkerns (130) gewickelt sind,- einen zweiten Filterzweig (122) zwischen einem zweiten Filtereingang (L2) und einem zweiten Filterausgang (L12), wobei der zweite Filterzweig (122) eine zweite Serienschaltung von drei Induktivitäten (IND4, IND5, IND6) aufweist, die zwischen den zweiten Filtereingang (L2) und den zweiten Filterausgang (L12) geschaltet sind, und auf drei verschiedene Schenkel (132, 134, 136) des dreischenkligen Filterkerns (130) gewickelt sind,- und einen dritten Filterzweig (124) zwischen einem dritten Filtereingang (L3) und einem dritten Filterausgang (L13), wobei der dritte Filterzweig (124) eine dritte Serienschaltung von drei Induktivitäten (IND7, IND8, IND9) aufweist, die zwischen den dritten Filtereingang (L3) und den dritten Filterausgang (L13) geschaltet sind, und die auf drei verschiedene Schenkel des dreischenkligen Filterkerns (130) gewickelt sind,wobei die Eingangsinduktivitäten (IND1, IND4, IND7) oder die Ausgangsinduktivitäten (IND3, IND6, IND9) der drei Filterzweige (120, 122, 124) auf unterschiedliche Schenkel (132, 134, 136) des dreischenkligen Filterkerns gewickelt sind,wobei der erste Filterzweig (120) eine erste Querinduktivität (IND10) umfasst, der zweite Filterzweig (122) eine zweite Querinduktivität (IND11) umfasst, und der dritte Filterzweig (124) eine dritte Querinduktivität (IND12) umfasst,wobei ein Knoten, an dem zwei Induktivitäten (IND1, IND2; IND2, IND3) der ersten Serienschaltung verbunden sind, über die erste Querinduktivität (IND10) mit einem ersten Anschluss (152) einer kapazitiven Energiespeichereinrichtung (150) gekoppelt ist,wobei ein Knoten, an dem zwei Induktivitäten (IND4, IND5; IND5, IND6) der zweiten Serienschaltung verbunden sind, über die zweite Querinduktivität (IND11) mit einem zweiten Anschluss (154) der kapazitiven Energiespeichereinrichtung (150) gekoppelt ist,wobei ein Knoten, an dem zwei Induktivitäten (IND7, IND8; IND8, IND9) der dritten Serienschaltung verbunden sind, über die dritte Querinduktivität (IND12) mit einem dritten Anschluss (156) der kapazitiven Energiespeichereinrichtung (150) gekoppelt ist,und wobei die drei Querinduktivitäten (IND10, IND11, IND12) auf jeweils einem verschiedenen der drei Schenkel des dreischenkligen Filterkerns angeordnet sind,dadurch gekennzeichnet,dass die jeweiligen Induktivitäten IND_i, i e [1;12] eine jeweilige Wicklungszahl Ni, i ∈ [1;12] aufweisen, wobei folgende Verhältnisse gelten:- N1/N8> 8,- N1/N6> 8,- N4/N2> 8,- N4/N9> 8,- N7/N5> 8,- N7/N3> 8,- N1/N10> 2,5,- N4/N11> 2,5,- N7/N12> 2,5.Three-phase harmonic mains filter (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510), comprising: - a first filter branch (120) between a first filter input (L1) and a first filter output (L11), wherein the first filter branch (120) comprises a first series connection of three inductors (IND1, IND2, IND3) connected between the first filter input (L1) and the first filter output (L11), and wound on three different legs (132, 134, 136) of a three-leg filter core (130); - a second filter branch (122) between a second filter input (L2) and a second filter output (L12), wherein the second filter branch (122) comprises a second series connection of three inductors (IND4, IND5, IND6) connected between the second filter input (L2) and the second filter output (L12), and are wound on three different legs (132, 134, 136) of the three-legged filter core (130),- and a third filter branch (124) between a third filter input (L3) and a third filter output (L13), wherein the third filter branch (124) has a third series connection of three inductors (IND7, IND8, IND9) which are connected between the third filter input (L3) and the third filter output (L13), and which are wound on three different legs of the three-legged filter core (130), wherein the input inductors (IND1, IND4, IND7) or the output inductors (IND3, IND6, IND9) of the three filter branches (120, 122, 124) are on different legs (132, 134, 136) of the three-legged filter core, wherein the first filter branch (120) comprises a first transverse inductance (IND10), the second filter branch (122) comprises a second transverse inductance (IND11), and the third filter branch (124) comprises a third transverse inductance (IND12), wherein a node to which two inductances (IND1, IND2; IND2, IND3) of the first series connection are connected is coupled via the first transverse inductance (IND10) to a first terminal (152) of a capacitive energy storage device (150), wherein a node to which two inductances (IND4, IND5; IND5, IND6) of the second series connection are connected is coupled via the second transverse inductance (IND11) to a second terminal (154) of the capacitive energy storage device (150), wherein a node to which two inductances (IND7, IND8; IND8, IND9) of the third series circuit are connected, via the third transverse inductance (IND12) is coupled to a third terminal (156) of the capacitive energy storage device (150), and wherein the three transverse inductances (IND10, IND11, IND12) are each arranged on one of the three legs of the three-legged filter core, characterized in that the respective inductances IND_i, i e [1;12] have a respective number of turns Ni, i ∈ [1;12], wherein the following ratios apply: - N1/N8> 8, - N1/N6> 8, - N4/N2> 8, - N4/N9> 8, - N7/N5> 8, - N7/N3> 8, - N1/N10> 2.5, - N4/N11> 2.5, - N7/N12> 2.5.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter, im Speziellen auf ein passives Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter als Front End an nichtlinearen Verbrauchern.The present invention relates in general to a three-phase harmonic network filter, and in particular to a passive three-phase harmonic network filter as a front end for non-linear loads.

Der stark zunehmende Anteil der Leistungselektronik am Energieversorgungsnetz, speziell im Bereich der Antriebstechnik, bedeutet eine steigende Verzerrung der Versorgungsspannung durch den hohen Oberschwingungsgehalt des Stromes. Zur Vermeidung von Oberschwingungsströmen in den Versorgungsnetzen wurden in den letzten Jahren in Europa Normen erlassen, die bestimmte Richtlinien für Hersteller von elektrischen und elektronischen Geräten vorschreiben.The rapidly increasing proportion of power electronics in the energy supply network, especially in the field of drive technology, leads to a growing distortion of the supply voltage due to the high harmonic content of the current. To avoid harmonic currents in the supply networks, standards have been issued in Europe in recent years that prescribe specific guidelines for manufacturers of electrical and electronic equipment.

Zur Einhaltung der erlassenen Normen, Richtlinien und Empfehlungen existieren verschiedene aktive und passive Lösungen von verschiedenen Herstellern weltweit. Je nach Leistung und Anwendung der Geräte oder dem Einsatz der Geräte beim Endkunden können diese Lösungen Vor- bzw. Nachteile haben. Im Wesentlichen sind die derzeit verfügbaren aktiven oder passiven Geräte und Filter zur Reduzierung von Stromoberschwingungen vom Bauvolumen her oder von den Kosten nicht besonders attraktiv und finden daher nur bedingt Einsatz.To comply with the established standards, guidelines, and recommendations, various active and passive solutions exist from different manufacturers worldwide. Depending on the performance and application of the devices, or their use by the end customer, these solutions can have advantages or disadvantages. Essentially, the currently available active or passive devices and filters for reducing power harmonics are not particularly attractive in terms of size or cost and are therefore only used to a limited extent.

Für elektronische Geräte mit interner B2 bzw. B6 Gleichrichterschaltung werden folgende herkömmliche Methoden zur Reduzierung der Stromoberschwingungen verwendet: AC- und DC-Drosseln, höherpulsige Gleichrichterschaltungen über B12, B18 oder B24, Saugkreisanlagen, Tiefpassfilter für 50 Hz oder 60 Hz, spezielle Oberschwingungsfilter, Einrichtungen zur aktiven sinusförmigen Stromaufnahme (sogenannte Active Front Ends) und aktive Oberschwingungsfilter. Die aktiven Oberschwingungsfilter werden hierbei parallel am Netz betrieben.For electronic devices with an internal B2 or B6 rectifier circuit, the following conventional methods are used to reduce current harmonics: AC and DC chokes, higher-pulse rectifier circuits via B12, B18, or B24, resonant circuits, low-pass filters for 50 Hz or 60 Hz, special harmonic filters, active sinusoidal current pickup devices (so-called active front ends), and active harmonic filters. The active harmonic filters are operated in parallel with the mains supply.

Im Folgenden werden spezielle Oberschwingungsfilter näher betrachtet. Die bislang verfügbaren speziellen Oberschwingungsfilter weisen eine Vielzahl von Nachteilen auf, erreichen teilweise sehr große Bauvolumen verglichen zum Verbraucher oder generieren immense Kosten, die oftmals die eigentlichen Gerätekosten des angeschlossenen Verbrauchers übersteigen.The following section examines specific harmonic filters in more detail. Currently available harmonic filters have numerous disadvantages, sometimes requiring a very large physical size compared to the device being used, or generating immense costs that often exceed the actual cost of the connected device.

Da die Schaltungsanordnung spezieller Oberschwingungsfilter grundsätzlich aus induktiven und kapazitiven Komponenten besteht, treten beim Betrieb der Filter im Wesentlichen drei Probleme auf. Hohe Induktivitätswerte im Längszweig eines Filters führen zu lastabhängigem Spannungsabfall und können in reduzierter Zwischenkreisspannung (Gleichspannung nach einem Gleichrichter) resultieren. Dieser Effekt wird zwar teilweise durch die Anschaltung von Kapazitäten wieder egalisiert, da Kapazitäten die Spannung wieder anheben, doch eine lastabhängige Spannungsänderung bleibt erhalten.Since the circuit arrangement of special harmonic filters generally consists of inductive and capacitive components, three main problems arise during filter operation. High inductance values in the series branch of a filter lead to load-dependent voltage drops and can result in a reduced DC link voltage (DC voltage after a rectifier). Although this effect is partially offset by adding capacitors, as capacitors raise the voltage again, a load-dependent voltage change remains.

Außerdem erzeugen in einem Querzweig verschaltete Kondensatoren einen kapazitiven Blindstrom, der bereits im Leerlauf in das Oberschwingungsfilter fließt. Ein Anteil an kapazitivem Blindstrom ist grundsätzlich sehr gering zu halten, da diese sogenannte Überkompensation von den Energieversorgungsunternehmen nicht erwünscht ist. Einige Hersteller spezieller Oberschwingungsfilter bieten daher die Möglichkeit, die Kondensatoren unter Teillastbedingungen teilweise oder ganz mit Hilfe eines Schützes abzuschalten. Das wiederum erhöht die Kosten und Komplexität, da ein solches Schütz für kapazitiven Strom geeignete Kontakte besitzen sollte und da das Filter mit in einem Steuerungsablauf integriert werden muss.Furthermore, capacitors connected in a cross branch generate a capacitive reactive current that flows into the harmonic filter even under no-load conditions. The proportion of capacitive reactive current should generally be kept very low, as this so-called overcompensation is undesirable for energy suppliers. Some manufacturers of specialized harmonic filters therefore offer the option of partially or completely switching off the capacitors under partial load conditions using a contactor. This, in turn, increases costs and complexity, as such a contactor should have contacts suitable for capacitive current and the filter must be integrated into a control sequence.

Als weiterer Nachteil von herkömmlichen speziellen Oberschwingungsfiltern ist das Resonanzverhalten von LC-Verschaltungen zu erwähnen. Grundsätzlich haben alle Schaltungen bestehend aus induktiven und kapazitiven Komponenten mindestens eine Resonanzstelle. Bei den Filtern wird zwar darauf geachtet, dass man mit den auftretenden Frequenzen möglichst nicht in den Bereich der Resonanzstellen kommt, doch ist dies bei dynamischen Lastwechseln in Verbindung mit Lastwechseln am Versorgungsnetz bzw. dem Zu- oder Abschalten von an dem Versorgungsnetz installierten Kompensationsanlagen teilweise kaum abschätzbar.Another disadvantage of conventional, specialized harmonic filters is the resonance behavior of LC circuits. Fundamentally, all circuits consisting of inductive and capacitive components have at least one resonant frequency. While the filters are designed to minimize the frequency range of these resonant frequencies, this can be difficult to predict under dynamic load changes, especially when combined with load changes in the power grid or the switching on and off of compensation systems connected to the grid.

Es zeigt sich also, dass herkömmliche spezielle Oberschwingungsfilter gravierende technische und wirtschaftliche Nachteile besitzen, die den Einsatz erschweren bzw. verteuern.It is therefore evident that conventional special harmonic filters have serious technical and economic disadvantages that make their use more difficult or expensive.

Die WO 2006/048161 A1 zeigt bereits ein dreiphasiges Netzfilter, das als spezielles Oberschwingungsfilter ausgelegt ist. Je Phase sind mehrere Serieninduktivitäten vorgesehen, von einem Zwischenknoten führt ein Querzweig über eine weitere Induktivität zu sternförmig verschalteten Kondensatoren. Ziel der WO 2006/048161 A1 ist es, den Grundschwingungsstrom nahezu ungehindert zur Last zu führen und hochfrequente Stromanteile bevorzugt in die Querzweige abzuleiten.The WO 2006/048161 A1 The diagram already shows a three-phase mains filter designed as a special harmonic filter. Several series inductors are provided for each phase; a cross branch leads from an intermediate node via another inductor to star-connected capacitors. The aim of the WO 2006/048161 A1 The aim is to guide the fundamental frequency current to the load almost unimpeded and to preferentially divert high-frequency current components into the cross branches.

In der Praxis erweist sich jedoch die dortige Offenbarung als unzureichend, da ein Konflikt zwischen einem kleinen Kondensatorstrom bei Netzfrequenz, einem geringen Spannungsabfall und Verlust im Serienpfad sowie einer gleichzeitig stabilen Oberschwingungsdämpfung besteht. Bereits moderate Bauteiltoleranzen oder Schwankungen der Netzimpedanz können dazu führen, dass der 50-Hertz-Strom über den Sternpunkt ansteigt, der Spannungsfall unzulässig wird oder die Dämpfung in kritischen Oberschwingungsbändern nachlässt, bis hin zu unerwünschten Resonanzeffekten. In der Folge müssen Kondensatoren überdimensioniert oder schaltbar ausgeführt werden, was Baugröße, Kosten und Komplexität erhöht.In practice, however, the information presented there proves insufficient, as a conflict exists between a small capacitor current at mains frequency, a low voltage drop and loss in the series path, and simultaneously stable harmonic attenuation. Even moderate component tolerances or fluctuations in the mains frequency can lead to this. Excessive impedance can cause the 50 Hz current across the neutral point to rise, the voltage drop to become unacceptable, or the damping in critical harmonic bands to decrease, potentially leading to undesirable resonance effects. Consequently, capacitors must be oversized or made switchable, increasing size, cost, and complexity.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter bereitzustellen, das den Kondensatorstrom bei Netzfrequenz niedrig hält, den Spannungsabfall im Serienpfad klein hält und zugleich eine stabile Oberschwingungsdämpfung ohne schaltbare Kondensatorbänke ermöglicht sowie einen geringen THDI-Wert ermöglicht.The invention is therefore based on the objective of providing a three-phase harmonic mains filter that keeps the capacitor current low at mains frequency, keeps the voltage drop in the series path small and at the same time enables stable harmonic attenuation without switchable capacitor banks and enables a low THDI value.

Die Erfinder haben überraschend festgestellt, dass sich die erfindungsgemäßen Probleme dadurch lösen lassen, dass die jeweils erste auf jedem der drei Schenkel des dreischenkligen Kerns angeordnete Spule eine wesentlich größere Induktivität aufweist als die beiden nachliegenden Induktivitäten jeden Schenkels, da hierdurch der Magnetische Fluss im Kern optimiert wird. Der Effekt wird weiter dadurch verstärkt, dass diese jeweils erste Spule eine wesentlich höhere Induktivität aufweist als die Spule des jeweiligen Nebenstrangs. Hierdurch wird nämlich die frequenzabhängige Impedanz des Filters in einen äußerst robusten Bereich verschoben.The inventors have surprisingly discovered that the problems according to the invention can be solved by having the first coil arranged on each of the three legs of the three-legged core have a significantly higher inductance than the two subsequent inductances of each leg, since this optimizes the magnetic flux in the core. The effect is further enhanced by the fact that this first coil has a significantly higher inductance than the coil of the respective secondary leg. This shifts the frequency-dependent impedance of the filter into an extremely robust range.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter, aufweisend einen ersten Filterzweig zwischen einem ersten Filtereingang und einem ersten Filterausgang, wobei der erste Filterzweig eine erste Serienschaltung von drei Induktivitäten aufweist, die zwischen den ersten Filtereingang und den ersten Filterausgang geschaltet sind, und die auf drei verschiedene Schenkel eines dreischenkligen Filterkerns gewickelt sind, einen zweiten Filterzweig zwischen einem zweiten Filtereingang und einem zweiten Filterausgang, wobei der zweite Filterzweig eine zweite Serienschaltung von drei Induktivitäten aufweist, die zwischen den zweiten Filtereingang und den zweiten Filterausgang geschaltet sind, und auf drei verschiedene Schenkel des dreischenkligen Filterkerns gewickelt sind, und einen dritten Filterzweig zwischen einem dritten Filtereingang und einem dritten Filterausgang, wobei der dritte Filterzweig eine dritte Serienschaltung von drei Induktivitäten aufweist, die zwischen den dritten Filtereingang und den dritten Filterausgang geschaltet sind, und die auf drei verschiedene Schenkel des dreischenkligen Filterkerns (130) gewickelt sind. Dabei sind die Eingangsinduktivitäten oder die Ausgangsinduktivitäten der drei Filterzweige auf unterschiedliche Schenkel des dreischenkligen Filterkerns gewickelt. Der erste Filterzweig umfasst eine erste Querinduktivität, der zweite Filterzweig umfasst eine zweite Querinduktivität, und der dritte Filterzweig umfasst eine dritte Querinduktivität. Dabei ist ein Knoten, an dem zwei Induktivitäten der ersten Serienschaltung verbunden sind, über die erste Querinduktivität mit einem ersten Anschluss einer kapazitiven Energiespeichereinrichtung gekoppelt, ein Knoten, an dem zwei Induktivitäten der zweiten Serienschaltung verbunden sind, ist über die zweite Querinduktivität mit einem zweiten Anschluss der kapazitiven Energiespeichereinrichtung gekoppelt, und ein Knoten, an dem zwei Induktivitäten der dritten Serienschaltung verbunden sind, ist über die dritte Querinduktivität mit einem dritten Anschluss der kapazitiven Energiespeichereinrichtung gekoppelt, wobei die drei Querinduktivitäten auf jeweils einem verschiedenen der drei Schenkel des dreischenkligen Filterkerns angeordnet sind.The problem according to the invention is solved in particular by a three-phase harmonic mains filter, comprising a first filter branch between a first filter input and a first filter output, wherein the first filter branch has a first series connection of three inductors which are connected between the first filter input and the first filter output and which are wound on three different legs of a three-legged filter core, a second filter branch between a second filter input and a second filter output, wherein the second filter branch has a second series connection of three inductors which are connected between the second filter input and the second filter output and which are wound on three different legs of the three-legged filter core, and a third filter branch between a third filter input and a third filter output, wherein the third filter branch has a third series connection of three inductors which are connected between the third filter input and the third filter output and which are wound on three different legs of the three-legged filter core (130). The input or output inductors of the three filter branches are wound on different legs of the three-legged filter core. The first filter branch includes a first transverse inductor, the second filter branch includes a second transverse inductor, and the third filter branch includes a third transverse inductor. A node where two inductors of the first series connection are connected is coupled via the first transverse inductor to a first terminal of a capacitive energy storage device; a node where two inductors of the second series connection are connected is coupled via the second transverse inductor to a second terminal of the capacitive energy storage device; and a node where two inductors of the third series connection are connected is coupled via the third transverse inductor to a third terminal of the capacitive energy storage device, with the three transverse inductors each being arranged on different legs of the three-legged filter core.

Das Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter ist nun dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Induktivitäten IND_i, i ∈ [1;12] eine jeweilige Wicklungszahl Ni, i ∈ [1;12] aufweisen, wobei folgende Verhältnisse gelten:

  • - N1/N8 > 8,
  • - N1/N6 > 8,
  • - N4/ N2 > 8,
  • - N4/Ng > 8,
  • - N7/N5 > 8,
  • - N7/N3 > 8,
  • - N1/N10 > 2,5,
  • - N4/N11 > 2,5,
  • - N7/N12 > 2,5.
The three-phase harmonic mains filter is characterized by the fact that the respective inductances IND_i, i ∈ [1;12] have a respective number of turns N i , i ∈ [1;12], where the following ratios apply:
  • - N 1 /N 8 > 8,
  • - N 1 /N 6 > 8,
  • - N 4 / N 2 > 8,
  • - N 4 /N g > 8,
  • - N 7 /N 5 > 8,
  • - N 7 /N 3 > 8,
  • - N 1 /N 10 > 2.5,
  • - N 4 /N 11 > 2.5,
  • - N 7 /N 12 > 2.5.

Hierdurch wird der technische Effekt erzielt, dass der Serienpfad bei der Grundschwingung niederohmig bleibt, während seine Hochfrequenzimpedanz so ansteigt, dass Oberschwingungen zuverlässig in den Querzweig ausweichen. Zugleich bleibt der Querzweig bei 50 Hertz hinreichend hochohmig, so dass der Kondensatorstrom klein bleibt und die Serienresonanz aus Induktivität des Querzweigs und Sternkondensator von der Grundschwingung wirksam ferngehalten wird. In Verbindung mit der sternförmigen Verschaltung wird der hochfrequente Anteil phasenversetzt zwischengepuffert und von den anderen Phasen aufgenommen, während der Grundschwingungsstrom weitgehend ungestört zur Last fließt. Messungen und Simulationen zeigen, dass gerade diese Verhältnisse der Induktivitäten den genannten Konflikt zuverlässig beherrschen und die Empfindlichkeit gegenüber Bauteiltoleranzen und Netzschwankungen deutlich verringern. Damit lassen sich kompakte, verlustarme Filter ohne schaltbare Kondensatorbänke realisieren, die überdies einen sehr geringen THDI-Wert aufweisen.This achieves the technical effect that the series path remains low-impedance at the fundamental frequency, while its high-frequency impedance increases sufficiently to reliably disperse harmonics into the shunt branch. Simultaneously, the shunt branch remains sufficiently high-impedance at 50 Hz, keeping the capacitor current low and effectively preventing the series resonance resulting from the shunt branch inductance and the star capacitor from affecting the fundamental frequency. In conjunction with the star connection, the high-frequency component is buffered with a phase shift and absorbed by the other phases, while the fundamental frequency current flows to the load largely undisturbed. Measurements and simulations show that precisely these inductance ratios reliably manage the aforementioned conflict and significantly reduce sensitivity to component tolerances and mains fluctuations. This allows for the construction of compact, low-loss filters without switching. bare capacitor banks are implemented, which also have a very low THDI value.

Es ist der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung, die in Serie liegenden Induktivitäten eines Filterzweigs zwischen Filtereingang und Filterausgang auf verschiedene Schenkel eines mehrschenkligen Filterkerns zu verteilen und dabei die Wicklungszahlen dieser Längswindungen in festgelegten, ausgeprägt gestaffelten Verhältnissen zueinander sowie zur jeweiligen Querwicklung festzulegen. Es wurde erkannt, dass eine solche Verteilung in Verbindung mit den definierten Mindestabständen der Wicklungszahlen zu einer deutlichen Verringerung des effektiven Spannungsabfalls über dem Längszweig führt. Durch die erfindungsgemäße Zuordnung der Wicklungen eines Filterzweigs auf drei Schenkel und durch die ausgeprägte Überhöhung der eingangsseitigen Serienwicklung gegenüber den nachgeordneten Serienwicklungen und gegenüber der Querwicklung werden einzelne Flussanteile im Filterkern verringert oder teilweise kompensiert. Dadurch sinkt die im Kern gespeicherte magnetische Energie und das Bauvolumen kann reduziert werden.The core concept of the present invention is to distribute the series inductances of a filter branch between the filter input and filter output across different legs of a multi-leg filter core, while defining the number of windings in these longitudinal windings in fixed, distinctly staggered ratios to each other and to the respective transverse winding. It has been recognized that such a distribution, in conjunction with the defined minimum spacing of the winding numbers, leads to a significant reduction in the effective voltage drop across the longitudinal branch. By assigning the windings of a filter branch to three legs according to the invention, and by the pronounced increase in the input-side series winding compared to the downstream series windings and the transverse winding, individual flux components in the filter core are reduced or partially compensated. This reduces the magnetic energy stored in the core and allows for a reduction in the overall size.

Die Verringerung der Feldenergie beruht darauf, dass die Ströme in den Filterzweigen eines Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilters eine feste Phasenlage zueinander aufweisen und die durch sie hervorgerufenen magnetischen Flüsse sich im mehrschenkligen Kern überlagern. Mit der beschriebenen Wicklungsstaffelung wird die frequenzabhängige Impedanz so eingestellt, dass der Grundschwingungsstrom im Serienpfad weitgehend verlustarm zur Last durchgereicht wird, während hochfrequente Stromanteile bevorzugt in den jeweiligen Querzweig ausweichen. Über die sternförmig verschalteten kapazitiven Energiespeicher werden diese hochfrequenten Anteile phasenversetzt zwischengespeichert und von den anderen Phasen aufgenommen. Auf diese Weise bleibt der Strom über die Kondensatoren bei Netzfrequenz klein, kritische Resonanzeffekte werden vermieden und die gewünschte Dämpfung der Oberschwingungen wird robust erreicht.The reduction of field energy is based on the fact that the currents in the filter branches of a three-phase harmonic mains filter have a fixed phase relationship to each other, and the magnetic fluxes they generate superimpose in the multi-limbed core. With the described winding staggering, the frequency-dependent impedance is adjusted so that the fundamental frequency current is passed through to the load in the series path with minimal loss, while high-frequency current components preferentially flow into the respective cross-branch. These high-frequency components are temporarily stored out of phase via the star-connected capacitive energy storage devices and absorbed by the other phases. In this way, the current through the capacitors remains low at mains frequency, critical resonance effects are avoided, and the desired harmonic attenuation is reliably achieved.

In der Folge ist der Spannungsabfall über einem erfindungsgemäßen Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter geringer als bei herkömmlichen Anordnungen. Die Lastabhängigkeit der Ausgangsspannung am Filterausgang bzw. am Ausgang eines nachgeschalteten Gleichrichters ist reduziert. Die Baugröße des Filters kann verringert und die Verluste können gesenkt werden. Querinduktivitäten lassen sich mit geringeren Drahtquerschnitten ausführen, da die insgesamt zu speichernde Energie durch die erfindungsgemäße Verteilung und Wicklungsstaffelung kleiner ist. Entsprechendes gilt für die kapazitiven Energiespeicher, die aufgrund des verringerten Energiebedarfs kleiner dimensioniert werden können. Dies führt zu einem reduzierten kapazitiven Blindstrom im Leerlauf und unter Teillast. Ein Abschalten der kapazitiven Energiespeicher in diesen Betriebszuständen ist nicht erforderlich. Die Filter- und Anlagensteuerung wird hierdurch vereinfacht, und der Aufbau einer Anlage mit dem erfindungsgemäßen Netzfilter wird schneller und kostengünstiger.As a result, the voltage drop across a three-phase harmonic network filter according to the invention is lower than in conventional arrangements. The load dependency of the output voltage at the filter output or at the output of a downstream rectifier is reduced. The filter size can be reduced, and losses can be lowered. Transverse inductances can be implemented with smaller wire cross-sections because the total energy to be stored is smaller due to the distribution and winding staggering according to the invention. The same applies to the capacitive energy storage devices, which can be dimensioned smaller due to the reduced energy demand. This leads to a reduced capacitive reactive current at no load and under partial load. Switching off the capacitive energy storage devices in these operating conditions is not necessary. This simplifies filter and system control, and the construction of a system with the network filter according to the invention becomes faster and more cost-effective.

Das Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter kann im Rahmen dieser Anmeldung auch vereinfacht als Netzfilter bezeichnet werden.For the purposes of this application, the three-phase harmonic network filter can also be referred to simply as a network filter.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter so ausgelegt, dass Nutzwechselströme mit vorgegebener Grundfrequenz von den drei Filtereingängen zu den drei Filterausgängen weitergeleitet werden, während Störströme mit von der Grundfrequenz abweichenden Frequenzen, die am Filterausgang durch den angeschlossenen Verbraucher entstehen, in Richtung der Filtereingänge wirkungsvoll bedämpft werden. Ausgangspunkt ist die Erkenntnis, dass die Störströme aus der Last herrühren und möglichst nicht in das mit den Filtereingängen verbundene Versorgungsnetz eingekoppelt werden sollen. Das erfindungsgemäße Netzfilter richtet sein Hauptaugenmerk daher auf die Unterdrückung dieser Störungen, insbesondere von Oberschwingungsströmen und sonstigen Netzrückwirkungen, während der Nutzwechselstrom mit Grundfrequenz weitgehend ungehindert zur Last durchgereicht wird. Eine entsprechende Filterauslegung ermöglicht am Filterausgang einen auch stark verzerrten Stromverlauf, bis hin zu näherungsweise blockförmigen Verläufen, bei gleichzeitig im Wesentlichen sinusförmiger Stromaufnahme an den Filtereingängen. Die hierzu erforderlichen höherfrequenten Stromanteile werden im Filter durch induktive und kapazitive Energiespeicher bereitgestellt. Auf diese Weise lassen sich Verbraucher mit nahezu beliebiger Stromform betreiben, ohne dass höherfrequente Störströme in das vorgelagerte Netz zurückfließen.In a preferred embodiment, the three-phase harmonic network filter is designed such that useful AC currents with a predetermined fundamental frequency are passed from the three filter inputs to the three filter outputs, while interference currents with frequencies deviating from the fundamental frequency, which arise at the filter output due to the connected load, are effectively attenuated towards the filter inputs. The starting point is the understanding that the interference currents originate from the load and should ideally not be coupled into the supply network connected to the filter inputs. The network filter according to the invention therefore focuses primarily on suppressing these disturbances, in particular harmonic currents and other network feedback, while the useful AC current with fundamental frequency is passed through to the load largely unimpeded. A corresponding filter design allows for even highly distorted current waveforms at the filter output, up to approximately block-shaped waveforms, while simultaneously maintaining a substantially sinusoidal current draw at the filter inputs. The higher-frequency current components required for this are provided in the filter by inductive and capacitive energy storage devices. In this way, loads with virtually any current waveform can be operated without high-frequency interference currents flowing back into the upstream grid.

Erfindungsgemäß umfasst jeder der drei phasenbezogenen Filterzweige eine erste Serieninduktivität zwischen dem jeweiligen Filtereingang und einem inneren Knoten des Phasen-Filterzweigs, eine zweite Serieninduktivität zwischen diesem inneren Knoten und dem jeweiligen Filterausgang sowie eine dritte Induktivität in einem Querzweig, die mit dem inneren Knoten des Phasen-Filterzweigs verschaltet ist. Die beiden Serieninduktivitäten eines Phasen-Filterzweigs sind auf verschiedene Schenkel eines gemeinsamen dreischenkligen Filterkerns verteilt. Die Verteilung der Serienwicklungen der drei Phasen erfolgt dabei so, dass jede Phase auf allen drei Schenkeln vertreten ist und hierdurch eine gezielte magnetische Kopplung der Phasen untereinander entsteht. Durch diese Anordnung wird die T-Struktur je Phase, welche die frequenzselektive Wirkung des Filters ermöglicht, mit einer definierten magnetischen Kopplung zwischen den Phasen verbunden, ohne dass zusätzliche Wicklungen erforderlich sind. Die Induktivität des Querzweigs kann auf einen geeigneten Schenkel des Filterkerns gewickelt werden, wodurch sich die Anordnung an die jeweiligen Randbedingungen und Auslegungsziele anpassen lässt.According to the invention, each of the three phase-related filter branches comprises a first series inductance between the respective filter input and an inner node of the phase filter branch, a second series inductance between this inner node and the respective filter output, and a third inductance in a cross branch, which is connected to the inner node of the phase filter branch. The two series inductances of a phase filter branch are distributed on different legs of a common three-legged filter core. The distribution of the series windings of the three phases is such that each phase is represented on all three legs, thereby creating targeted magnetic coupling between the phases. This arrangement reduces the T- Each phase structure enables the frequency-selective effect of the filter and is connected via a defined magnetic coupling between the phases, eliminating the need for additional windings. The inductance of the cross branch can be wound onto a suitable leg of the filter core, allowing the arrangement to be adapted to specific boundary conditions and design objectives.

Zudem ist in dem Querzweig jedes Phasen-Filterzweigs eine kapazitive Energiespeichereinrichtung über die genannte Querinduktivität angeschlossen, wobei die drei kapazitiven Energiespeichereinrichtungen sternförmig miteinander verschaltet sind. Die kapazitive Energiespeicherung stellt in den Zeitabschnitten Strom bereit, in denen die in den Induktivitäten gespeicherte Energie gering ist, und nimmt Strom auf, wenn hochfrequente Anteile abgeleitet werden. Auf diese Weise kann das Filter zusätzlich zum an den Filtereingängen aufgenommenen Versorgungsstrom eine weitere Stromkomponente bereitstellen oder aufnehmen, sodass nicht-sinusförmige Ausgangsstromverläufe erzielt werden, während hochfrequente Stromanteile zuverlässig vom Netz ferngehalten werden. Gerade in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Verteilung der Serienwicklungen auf die drei Schenkel des gemeinsamen Filterkerns und der hierdurch bewirkten magnetischen Kopplung der Phasen ist der Einsatz der sternförmig verschalteten kapazitiven Energiespeicher besonders vorteilhaft. Die magnetische Kopplung reduziert die im Kern zu speichernde Energie und vermindert damit die erforderliche Blindenergie in den Querzweigen. Hierdurch können die Querinduktivitäten mit geringeren Drahtquerschnitten ausgeführt und die kapazitiven Energiespeicher kleiner dimensioniert werden. Der kapazitive Blindstrom im Leerlauf und unter Teillast sinkt, ein Abschalten der kapazitiven Energiespeicherung in diesen Betriebszuständen ist nicht erforderlich. Dies vereinfacht die Filter- und Anlagensteuerung und ermöglicht einen kompakteren und kostengünstigeren Aufbau des Netzfilters.Furthermore, a capacitive energy storage device is connected in the cross branch of each phase filter branch via the aforementioned cross inductance, with the three capacitive energy storage devices being connected to each other in a star configuration. The capacitive energy storage provides current during periods when the energy stored in the inductors is low and absorbs current when high-frequency components are discharged. In this way, the filter can provide or absorb an additional current component beyond the supply current received at the filter inputs, thus achieving non-sinusoidal output current waveforms while reliably keeping high-frequency current components away from the grid. The use of the star-connected capacitive energy storage devices is particularly advantageous in conjunction with the inventive distribution of the series windings across the three legs of the common filter core and the resulting magnetic coupling of the phases. The magnetic coupling reduces the energy to be stored in the core and thus decreases the required reactive energy in the cross branches. This allows for smaller wire cross-sections in the transverse inductors and smaller dimensions for the capacitive energy storage devices. The capacitive reactive current at no load and under partial load decreases, eliminating the need to switch off the capacitive energy storage in these operating conditions. This simplifies filter and system control and enables a more compact and cost-effective design for the mains filter.

Erfindungsgemäß wird ein dreiphasiger Filterkern verwendet. Es existieren drei Filterzweige, die zwischen Filtereingang und Filterausgang jeweils eine Serienschaltung von mindestens zwei Induktivitäten aufweisen. Die eingangsseitigen und ausgangsseitigen Induktivitäten in diesem Zweig sind jeweils um unterschiedliche Schenkel des dreiphasigen Filterkerns gewickelt. Eine dreiphasige Auslegung bringt den erheblichen Vorteil, dass das Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter somit in Verbindung mit herkömmlichen Drehstromnetzen eingesetzt werden kann. Weiterhin besteht bei einer dreiphasigen Auslegung der Vorteil, dass die durch das Drehstromnetz vorgegebene Phasenbeziehung zwischen den einzelnen Phasen und somit zwischen den Strömen in den einzelnen Filterzweigen in besonders vorteilhafter Weise eine Verkoppelung der Filterzweige und eine Verringerung bzw. Auslöschung von Flusskomponenten in dem dreiphasigen Filterkern ermöglicht. Bei einem dreiphasigen Filter existieren nämlich drei Phasen, die um jeweils 120 Grad gegeneinander in der Phasenlage verschoben sind. Dies gilt sowohl für die Spannungen als auch für die Ströme sowie für die von den Strömen erzeugten Magnetfelder. Eine Überlagerung aller drei Phasen kann hierbei zu einer Reduzierung des Magnetfelds bzw. des magnetischen Flusses führen. Eine dreiphasige Auslegung ist besonders gut geeignet, um den magnetischen Fluss in dem Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter zu verringern, wodurch sich die in dem Filter gespeicherte Energie und die mechanische Baugröße des Filters verringert. Auch die Verlustleistung sinkt bei hinreichend starker Verringerung der magnetischen Flüsse.According to the invention, a three-phase filter core is used. There are three filter branches, each with a series connection of at least two inductors between the filter input and filter output. The input-side and output-side inductors in this branch are each wound around different legs of the three-phase filter core. A three-phase design offers the significant advantage that the three-phase harmonic network filter can thus be used in conjunction with conventional three-phase power grids. Furthermore, a three-phase design has the advantage that the phase relationship between the individual phases, and thus between the currents in the individual filter branches, as determined by the three-phase power grid, enables a particularly advantageous coupling of the filter branches and a reduction or cancellation of flux components in the three-phase filter core. In a three-phase filter, there are three phases that are each shifted in phase by 120 degrees relative to one another. This applies to the voltages, the currents, and the magnetic fields generated by the currents. Superimposing all three phases can lead to a reduction in the magnetic field or magnetic flux. A three-phase design is particularly well-suited for reducing the magnetic flux in a three-phase harmonic network filter, thereby reducing the energy stored in the filter and its physical size. Power loss also decreases with a sufficiently significant reduction in magnetic flux.

Erfindungsgemäß umfasst jeder der drei phasenbezogenen Filterzweige je drei in Serie zwischen dem jeweiligen Filtereingang und dem jeweiligen Filterausgang geschaltete Induktivitäten, deren Wicklungen über alle drei Schenkel eines gemeinsamen dreischenkligen Filterkerns verteilt sind. Dadurch ist jeder Filterzweig zugleich mit beiden anderen Filterzweigen magnetisch verkoppelt, was zu einer hochsymmetrischen Anordnung führt. Bei der dreiphasigen Auslegung ist diese doppelte Kopplung besonders vorteilhaft, da die Außenleiter um jeweils 120 Grad gegeneinander phasenverschoben sind: Eine Kopplung nur zwischen zwei Zweigen würde die Phasenlage ungünstig beeinflussen und den magnetischen Fluss nur begrenzt verringern, wohingegen die gleichmäßige Kopplung eines Zweiges mit beiden anderen Zweigen den magnetischen Fluss deutlich stärker reduziert, ohne die Phasenlage zu verschieben. Die Stärke der Kopplung ist dabei vorteilhaft so gewählt, dass sie in Bezug auf beide übrigen Zweige gleich ausgeprägt ist; dies wahrt die Symmetrie und vermeidet Phasenabweichungen.According to the invention, each of the three phase-related filter branches comprises three inductors connected in series between the respective filter input and the respective filter output, the windings of which are distributed over all three legs of a common three-legged filter core. This magnetically couples each filter branch to both other filter branches simultaneously, resulting in a highly symmetrical arrangement. In the three-phase configuration, this double coupling is particularly advantageous because the outer conductors are phase-shifted by 120 degrees relative to each other: Coupling only between two branches would adversely affect the phase relationship and reduce the magnetic flux only to a limited extent, whereas the uniform coupling of one branch to both other branches reduces the magnetic flux significantly more without shifting the phase relationship. The strength of the coupling is advantageously selected to be the same with respect to both other branches; this maintains symmetry and avoids phase deviations.

Zur Unterstützung der frequenzabhängigen Wirkweise ist die eingangsseitige Serienwicklung eines jeden Schenkels gegenüber den beiden nachgeordneten Serienwicklungen desselben Schenkels mit deutlich höherer Windungszahl ausgeführt und zudem gegenüber der zugehörigen Querwicklung deutlich überhöht. Hierdurch bleibt der Serienpfad für den Grundschwingungsstrom niederohmig, während hochfrequente Anteile bevorzugt in den Querzweig ausweichen. Die Querinduktivitäten der drei Phasen sind jeweils auf verschiedenen Schenkeln angeordnet und mit kapazitiven Energiespeichern verbunden, die sternförmig miteinander verschaltet sind. Dadurch werden hochfrequente Stromanteile phasenversetzt zwischengespeichert und von den anderen Phasen aufgenommen, während der Strom über die Kondensatoren bei Netzfrequenz klein bleibt. Insgesamt führt die Kombination aus verteilter Wicklungsanordnung, gleichmäßiger Kopplung aller drei Phasen und ausgeprägter Wicklungsstaffelung zu einem geringen Spannungsabfall, reduzierter Feldenergie im Kern, einer robusten Oberschwingungsdämpfung und einem stabilen Betriebsverhalten auch bei Bauteiltoleranzen und Netzschwankungen.To support the frequency-dependent operation, the input-side series winding of each leg has a significantly higher number of turns than the two downstream series windings of the same leg and is also significantly over-coupled compared to the corresponding shunt winding. This keeps the series path for the fundamental frequency current low-impedance, while high-frequency components preferentially flow into the shunt branch. The shunt inductances of the three phases are each arranged on different legs and connected to capacitive energy storage devices, which are connected in a star configuration. This allows high-frequency current components to be temporarily stored out of phase and absorbed by the other phases, while the current... The voltage drop across the capacitors remains small at mains frequency. Overall, the combination of distributed winding arrangement, uniform coupling of all three phases, and pronounced winding staggering results in a low voltage drop, reduced field energy in the core, robust harmonic damping, and stable operating behavior even with component tolerances and mains fluctuations.

Bevorzugterweise weisen die Induktivitäten der drei Filterzweige innerhalb eines Zweiges und auch zwischen den Zweigen den gleichen Wickelsinn auf. Eine solche Auslegung erleichtert es, den Nutzwechselstrom von den Filtereingängen zu den Filterausgängen mit geringem Spannungsabfall und niedrigen Verlusten zu übertragen, während Störströme, insbesondere Oberschwingungen, bevorzugt über den Querzweig abgeführt werden. Bei einem vom Ausgang her eingekoppelten Störstrom werden zunächst die ausgangsseitigen Serieninduktivitäten und sodann die Querinduktivität in entgegengesetztem Umlaufsinn durchlaufen, wodurch sich die aus Störsicht wirksame Induktivität bei geeigneter Wicklungsrichtung deutlich verringert. Ein vom Eingang her eingekoppelter Nutzstrom durchläuft dagegen die eingangsseitige Serieninduktivität und die Querinduktivität im gleichen Umlaufsinn, so dass der Querzweig für die Grundfrequenz hochimpedant erscheint und der Nutzstrom an den Ausgang weitergeleitet wird. Die Festlegung eines einheitlichen Wickelsinns stellt damit einen wesentlichen Freiheitsgrad bei der Auslegung dar.Preferably, the inductances of the three filter branches within a branch and also between branches have the same winding direction. Such a design facilitates the transmission of the desired AC current from the filter inputs to the filter outputs with low voltage drop and low losses, while interference currents, especially harmonics, are preferably carried away via the shunt branch. When an interference current is coupled in from the output, the output-side series inductances are traversed first, followed by the shunt inductance in the opposite direction, which significantly reduces the effective inductance from the perspective of the interference, provided the winding direction is suitable. In contrast, a desired current coupled in from the input traverses the input-side series inductance and the shunt inductance in the same direction, so that the shunt branch appears high-impedance at the fundamental frequency, and the desired current is passed on to the output. Therefore, specifying a uniform winding direction represents a significant degree of freedom in the design.

Es wird insbesondere bevorzugt, die Windungszahlen der auf die drei Schenkel verteilten Serieninduktivitäten je Filterzweig sowie deren Verteilung so zu wählen, dass der magnetische Fluss in den Schenkeln des dreischenkligen Filterkerns gegenüber einer Anordnung mit auf einem einzigen Schenkel gebündelten Wicklungen deutlich reduziert ist. Dies wird durch die erfindungsgemäße Kombination aus Verteilung der Serienwicklungen auf alle drei Schenkel und einer ausgeprägten Staffelung der Windungszahlen erreicht, bei der die eingangsseitige Serienwicklung eines jeden Schenkels gegenüber den beiden nachgeordneten Serienwicklungen desselben Schenkels sowie gegenüber der zugehörigen Querwicklung deutlich erhöht ausgeführt ist. Eine verringerte Flussdichte erlaubt kleinere Kernquerschnitte, senkt Verluste und ermöglicht eine insgesamt kompaktere Bauform.It is particularly preferred to select the number of turns of the series inductors distributed across the three legs of each filter branch, as well as their distribution, such that the magnetic flux in the legs of the three-leg filter core is significantly reduced compared to an arrangement with windings bundled on a single leg. This is achieved by the inventive combination of distributing the series windings across all three legs and a pronounced staggering of the number of turns, in which the input-side series winding of each leg is significantly larger than the two downstream series windings of the same leg and compared to the associated transverse winding. A reduced flux density allows for smaller core cross-sections, lowers losses, and enables a more compact design overall.

In jedem Filterzweig ist eine kapazitive Energiespeichereinrichtung an einen zwischen den Serieninduktivitäten liegenden Knoten angekoppelt, vorzugsweise über eine Querinduktivität. Die drei kapazitiven Energiespeicher sind sternförmig miteinander verschaltet. Die kapazitive Energiespeicherung stellt in geeigneten Phasen Strom bereit oder nimmt ihn auf, so dass nicht-sinusförmige Stromformen am Ausgang ermöglicht werden, während hochfrequente Anteile vom Netz ferngehalten werden. Die genannte Wicklungs-Staffelung unterstützt dabei die frequenzabhängige Aufteilung: Der Grundschwingungsstrom wird im Längszweig geführt, hochfrequente Anteile weichen in den Querzweig aus; der Kondensatorstrom bei Netzfrequenz bleibt dadurch klein. Die magnetische Kopplung der drei Phasen über den gemeinsamen Kern verringert die im Kern zu speichernde Energie, so dass auch die in den Querzweigen notwendige Blindenergie sinkt.In each filter branch, a capacitive energy storage device is coupled to a node located between the series inductors, preferably via a transverse inductor. The three capacitive energy storage devices are connected in a star configuration. The capacitive energy storage provides or absorbs current in suitable phases, thus enabling non-sinusoidal current waveforms at the output, while high-frequency components are kept away from the grid. The aforementioned winding staggering supports the frequency-dependent distribution: The fundamental frequency current is carried in the series branch, while high-frequency components are diverted to the transverse branch; the capacitor current at grid frequency therefore remains small. The magnetic coupling of the three phases via the common core reduces the energy to be stored in the core, thus also reducing the reactive power required in the transverse branches.

Als kapazitive Energiespeichereinrichtung wird bevorzugt eine Sternschaltung von Kondensatoren verwendet. Alternativ kann eine Dreieckschaltung eingesetzt werden. Beide Schaltungsformen sind in der Energietechnik üblich und mit vertretbarem Aufwand realisierbar; die Sternschaltung bietet einen definierten Bezugspunkt, während die Dreieckschaltung bei entsprechend angepasster Spannungsfestigkeit einen geringeren Kapazitätswert erfordert.A star connection of capacitors is preferred as a capacitive energy storage device. Alternatively, a delta connection can be used. Both circuit configurations are common in power engineering and can be implemented with reasonable effort; the star connection offers a defined reference point, while the delta connection requires a lower capacitance value with appropriately adjusted voltage rating.

Das Netzfilter so ausgelegt, dass der Betrag des bei der Nutzfrequenz über jeden Anschluss der kapazitiven Energiespeichereinrichtung fließenden Stroms kleiner ist als ein Bruchteil des Bemessungsstroms pro Phase. Dies wird durch die erfindungsgemäße Verteilung der Längsinduktivitäten auf die drei Schenkel des gemeinsamen Filterkerns in Verbindung mit der beschriebenen Wicklungs-Staffelung und der sternförmigen Verschaltung der Kapazitäten ermöglicht. Die geringeren Ströme in den Querzweigen erlauben den Einsatz geringerer Drahtquerschnitte und kleiner dimensionierter Kondensatoren. Dadurch sinkt der kapazitive Blindstrom im Leerlauf und unter Teillast, eine Abschaltung der Kondensatoren in diesen Betriebszuständen ist nicht erforderlich. Die Steuerung der Anlage wird vereinfacht, und Bauvolumen sowie Kosten des Filters werden reduziert.The mains filter is designed such that the current flowing through each terminal of the capacitive energy storage device at the operating frequency is less than a fraction of the rated current per phase. This is achieved by the distribution of the longitudinal inductances across the three legs of the common filter core according to the invention, in conjunction with the described winding staggering and the star-shaped connection of the capacitors. The lower currents in the cross-branches allow the use of smaller wire cross-sections and smaller capacitors. This reduces the capacitive reactive current at no load and under partial load, eliminating the need to disconnect the capacitors in these operating conditions. System control is simplified, and the filter's size and cost are reduced.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wicklungszahlen der drei Eingangsinduktivitäten identisch sind, und/oder dass die Wicklungszahlen der drei Ausgangsinduktivitäten identisch sind, und/oder dass die Wicklungszahlen der drei mittleren Induktivitäten identisch sind, und/oder dass die Wicklungszahlen der drei Querinduktivitäten identisch sind.According to a further feature of the invention, it is provided that the number of turns of the three input inductors is identical, and/or that the number of turns of the three output inductors is identical, and/or that the number of turns of the three middle inductors is identical, and/or that the number of turns of the three transverse inductors is identical.

Die Gleichheit der Wicklungszahlen innerhalb jeder der vier Wicklungsgruppen bewirkt eine hohe Symmetrie der magnetischen Kopplung über alle drei Schenkel. Dadurch werden Phasenabweichungen vermieden, die Flusskompensation wird verbessert, der Spannungsabfall im Längszweig verringert und die Oberschwingungsdämpfung reproduzierbar. Zugleich vereinfacht die Symmetrie die Auslegung der Sternpunktströme, erhöht die Toleranzrobustheit gegenüber Netz- und Bauteilstreuungen und reduziert Fertigungs- und Lageraufwand.The equality of the number of turns within each of the four winding groups results in a high degree of symmetry in the magnetic coupling across all three legs. This avoids phase deviations, improves flux compensation, reduces the voltage drop in the longitudinal branch, and makes harmonic damping reproducible. At the same time, the symmetry simplifies the design. Positioning the star point currents increases tolerance robustness against network and component variations and reduces manufacturing and storage costs.

Unter den „Eingangsinduktivitäten“ werden die jeweils ersten Induktivitäten eines jeweiligen Schenkels verstanden. „Mittlere Induktivitäten“ sind die jeweils zweiten Serieninduktivitäten desselben Schenkels. „Ausgangsinduktivitäten“ sind die jeweils dritten Serieninduktivitäten eines Schenkels. „Querinduktivitäten“ sind die Induktivitäten der Querzweige, die jeweils von dem inneren Knoten eines Filterzweigs zu der kapazitiven Energiespeichereinrichtung führen, welche sternförmig mit den Querzweigen der beiden anderen Phasen verschaltet ist.The "input inductances" are the first inductances of each leg. "Middle inductances" are the second series inductances of the same leg. "Output inductances" are the third series inductances of a leg. "Transverse inductances" are the inductances of the cross branches that lead from the inner node of a filter branch to the capacitive energy storage device, which is connected in a star configuration to the cross branches of the other two phases.

Mit „identisch“ ist gemeint, dass die betreffenden Wicklungszahlen innerhalb einer Wicklungsgruppe paarweise gleich sind; hiervon umfasst ist ein Toleranzbereich von ± 5 %, vorzugsweise ± 2 %, weiter vorzugsweise ± 1 %, jeweils bezogen auf die Windungszahl. Die Beurteilung der Identität erfolgt unter gleichen Mess- und Betriebsbedingungen (insbesondere gleiche Bezugsfrequenz)."Identical" means that the relevant number of turns within a winding group is the same in pairs; this includes a tolerance range of ± 5%, preferably ± 2%, and more preferably ± 1%, in each case based on the number of turns. The assessment of identity is carried out under identical measurement and operating conditions (in particular, the same reference frequency).

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Wicklungszahlen Ni der drei Eingangsinduktivitäten (IND1, IND4, IND7) identisch sind und der ersten Wicklungszahl NA entsprechen, und dass die Wicklungszahlen der drei mittleren Induktivitäten (IND2, IND5, IND8) identisch sind und der zweiten Wicklungszahl N entsprechen, und dass die Wicklungszahlen der drei Ausgangsinduktivitäten (IND3, IND6, IND9) identisch sind und der dritten Wicklungszahl N entsprechen, und dass die Wicklungszahlen der drei Querinduktivitäten (IND10, IND11, IND12) identisch sind und der vierten Wicklungszahl NC entsprechen, wobei das Wicklungsverhältnis r definiert ist durch das Verhältnis NA / NC, wobei folgender Formelzusammenhang gilt: N B α = N C * r 3 4 2 . According to a further feature of the invention, the number of turns N i of the three input inductors (IND1, IND4, IND7) is identical and corresponds to the first number of turns N A , the number of turns of the three middle inductors (IND2, IND5, IND8) is identical and corresponds to the second number of turns N , the number of turns of the three output inductors (IND3, IND6, IND9) is identical and corresponds to the third number of turns N , and the number of turns of the three transverse inductors (IND10, IND11, IND12) is identical and corresponds to the fourth number of turns N C , wherein the turns ratio r is defined by the ratio N A / N C , where the following formula applies: N B α = N C * r 3 4 2 .

Auf diese Weise wird erreicht, dass zwei gegenläufige Anforderungen gleichzeitig und robust erfüllt werden: Zum einen wird die Trennwirkung zwischen Grundschwingung und Oberschwingungen stabil eingestellt, weil die wirksame Hochfrequenzimpedanz des Längszweigs gegenüber dem Querzweig in einen engen, definierten Bereich gezwungen wird. Zum anderen wird die 50-Hz-Beanspruchung der sternverschalteten Kapazitäten niedrig gehalten, ohne dass hierzu eine Zuschaltlogik oder eine erzwungene Überdimensionierung der Kapazitäten erforderlich wäre. Diese doppelte Wirkung stellt sich nicht durch ein additives „Größer-/Kleiner-Machen“ einzelner Induktivitäten ein, sondern folgt erst aus der spezifischen Kopplung der hinteren Wicklungszahl-Summe an das Verhältnis von Eingangs- und Querwicklung. Dadurch werden Resonanzeinflüsse des Sternpunktpufferzweigs von der Grundschwingung zuverlässig ferngehalten, die Sternpunkt-Ströme bei Netzfrequenz bleiben klein und die Oberschwingungsdämpfung bleibt auch bei Bauteiltoleranzen und Netzimpedanz-Schwankungen in ihrem Zielbereich. In this way, two opposing requirements are met simultaneously and robustly: Firstly, the isolation between the fundamental frequency and harmonics is stably maintained because the effective high-frequency impedance of the main branch relative to the cross branch is forced into a narrow, defined range. Secondly, the 50 Hz stress on the star-connected capacitors is kept low without requiring any switching logic or forced oversizing of the capacitors. This dual effect is not achieved by simply increasing or decreasing the size of individual inductances, but rather results from the specific coupling of the total number of windings in the rear branch to the ratio of the input and cross windings. This reliably keeps resonance effects of the neutral buffer branch away from the fundamental frequency, keeps the neutral currents at mains frequency low, and ensures that the harmonic attenuation remains within its target range even with component tolerances and mains impedance fluctuations.

Gegenüber dem aus der WO 2006/048161 A1 bekannten Netzfilter wird so eine unerwartet toleranzrobuste „Selbsteinrastung“ der Filterimpedanzen erreicht, bei der die erwähnten Zielkonflikte nicht nacheinander, sondern gleichzeitig aufgelöst werden. Dies führt im Ergebnis dazu, dass ein besonders niedriger THDI-Wert erreicht wird.Compared to the one from the WO 2006/048161 A1 With this known network filter, an unexpectedly robust "self-locking" of the filter impedances is achieved, in which the aforementioned conflicting objectives are resolved not sequentially, but simultaneously. This results in a particularly low THDI value.

Vorzugsweise oder alternativ ist vorgesehen, dass für die die Wicklungszahlen der drei Ausgangsinduktivitäten der folgende Formelzusammenhang gilt: N B β = N C * r 3 4 2 . Preferably or alternatively, it is provided that the following formula relationship applies to the number of windings of the three output inductors: N B β = N C * r 3 4 2 .

Mit den „Eingangsinduktivitäten“ sind die drei Wicklungen auf den drei Schenkeln gemeint, die jeweils die eingangsseitige Serienwicklung (A-Position) tragen; ihre identischen Wicklungszahlen werden als NA bezeichnet. Die „mittleren Induktivitäten“ sind die drei Wicklungen auf den drei Schenkeln, die jeweils die mittlere Serienwicklung (B-α-Position) tragen; ihre identischen Wicklungszahlen werden als N bezeichnet. Die „Ausgangsinduktivitäten“ sind die drei Wicklungen auf den drei Schenkeln, die jeweils die ausgangsseitige Serienwicklung (B-β-Position) tragen; ihre identischen Wicklungszahlen werden als N bezeichnet. Die „Querinduktivitäten“ sind die drei Wicklungen der Querzweige (C-Position), die jeweils auf einem der drei Schenkel angeordnet sind und vom inneren Knoten zum sternförmig verschalteten Kondensator führen; ihre identischen Wicklungszahlen werden als NC bezeichnet. Das Wicklungsverhältnis r ist als Verhältnis der Wicklungszahl der Eingangswicklung zur Wicklungszahl der Querwicklung definiert, also r:= NA/NC. Soweit der Ausdruck „identisch“ verwendet wird, umfasst dies einen Toleranzbereich von ± 5 %, vorzugsweise ± 2 %, weiter vorzugsweise ± 1 % bezogen auf die Wicklungszahl; diese Auslegung gilt entsprechend auch für die Identität der hier genannten Gruppen.The "input inductances" are the three windings on the three legs, each carrying the input-side series winding (A position); their identical number of turns is designated N <sub>A</sub> . The "middle inductances" are the three windings on the three legs, each carrying the middle series winding (B-α position); their identical number of turns is designated N<sub>Bα</sub> . The "output inductances" are the three windings on the three legs, each carrying the output-side series winding (B-β position); their identical number of turns is designated N<sub>Bβ</sub> . The "transverse inductances" are the three windings of the transverse branches (C position), each located on one of the three legs and leading from the inner node to the star-connected capacitor; their identical number of turns is designated N<sub>C</sub> . The winding ratio r is defined as the ratio of the number of turns in the input winding to the number of turns in the cross winding, i.e., r := N A /N C . Where the term "identical" is used, this encompasses a tolerance range of ± 5%, preferably ± 2%, and more preferably ± 1% with respect to the number of turns; this interpretation also applies accordingly to the identity of the groups mentioned here.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die beiden hinteren Wicklungen je Schenkel gleich ausgeführt, so dass N = N gilt. Dies maximiert die Schenkelsymmetrie und vereinfacht die Fertigung.In a preferred embodiment, the two rear windings of each leg are identical, such that N = N . This maximizes leg symmetry and simplifies manufacturing.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform gilt die vorstehende Beziehung für N und N in Verbindung mit den Wicklungszahl-Untergrenzen nach Anspruch 1, so dass insbesondere r = NA / NC deutlich größer als 1 ist und die eingangsseitige Serienwicklung je Schenkel gegenüber den hinteren Serienwicklungen und gegenüber der Querwicklung deutlich überhöht ist. Dies stellt sicher, dass die Parametrisierung im beanspruchten robusten Betriebsbereich wirksam umgesetzt ist, ohne zusätzliche Annahmen zur Magnetkern-Konstante treffen zu müssen.In another preferred embodiment, the above relationship applies to N and N Bβ. in conjunction with the lower limits of the number of windings according to claim 1, such that in particular r = N A / N C is significantly larger than 1 and the input-side series winding on each leg is significantly increased compared to the rear series windings and compared to the transverse winding. This ensures that the parameterization is effectively implemented in the claimed robust operating range without having to make additional assumptions about the magnetic core constant.

In einer besonders bevorzugten Auslegung wächst die Wicklungszahl der mittleren Serienwicklung N linear mit dem Überschuss des Verhältnisses r = NA/NC über einen Schwellenwert r0. Unterhalb dieser Schwelle wird N in dieser bevorzugten Ausführungsform nicht benötigt und verbleibt auf einem Mindestwert Nmin, insbesondere auf 1. Im symmetrischen Dreischenkel-Fall gilt r0 = 3, der maßstabsbildende Faktor κ ist durch die Wicklungsverhältnisse und die Wickellage festgelegt und kann ¼ * 2 betragen. In einer bevorzugten Ausführung gilt daher N = κ NC (r - r0) für r ≥ r0, und N = Nmin für r ≤ r0.In a particularly preferred embodiment, the number of turns of the central series winding N <sub>Bα</sub> increases linearly with the excess of the ratio r = N<sub>A</sub>/N<sub>C</sub> above a threshold value r <sub>0 </sub>. Below this threshold, N <sub>Bα</sub> is not required in this preferred embodiment and remains at a minimum value N <sub>min </sub>, in particular at 1. In the symmetrical three-legged case, r <sub>0</sub> = 3, the scaling factor κ is determined by the winding ratios and the winding position and can ¼ * 2 In a preferred embodiment, N = κ N C (r - r 0 ) for r ≥ r 0 , and N = N min for r ≤ r 0 .

Insbesondere haben die Erfinder überraschend festgestellt, dass eine besonders effiziente und verlustarme Filterung dann erreicht werden kann, wenn der folgende Zusammenhang gilt: 0,25 L A * ( L B L C ) + L C 2 L B L C 0,4166 In particular, the inventors surprisingly discovered that particularly efficient and low-loss filtering can be achieved when the following relationship applies: 0,25 L A * ( L B L C ) + L C 2 L B L C 0,4166

In einer bevorzugten Ausführungsform der oben genannten Formel beträgt die untere Grenze 0,3 und die obere Grenze 0,366. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der oben genannten Formel beträgt die untere Grenze 0,315 und die obere Grenze 0,348. Weiter bevorzugt sind die obere und untere Grenze identisch und beträgt 0,333.In a preferred embodiment of the above formula, the lower limit is 0.3 and the upper limit is 0.366. In a particularly preferred embodiment of the above formula, the lower limit is 0.315 and the upper limit is 0.348. More preferably, the upper and lower limits are identical and are 0.333.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist vorgesehen, dass die Induktivitäten der drei Eingangsinduktivitäten (IND1, IND4, IND7) identisch sind und der ersten Induktivität LA entsprechen, und dass die Induktivitäten der drei mittleren Induktivitäten (IND2, IND5, IND8) identisch sind und der zweiten Induktivität L entsprechen, und dass die Induktivitäten der drei Ausgangsinduktivitäten (IND3, IND6, IND9) identisch sind und der dritten Induktivität L entsprechen, und dass die Induktivitäten der drei Querinduktivitäten (IND10, IND11, IND12) identisch sind und der vierten Induktivität LC entsprechen, wobei die Kapazität der kapazitiven Energiespeichereinrichtung als CY bezeichnet wird, wobei folgender Formelzusammenhang gilt: C Y = 3 80 * 3 ω 01 2 * ( L A + L C ) , wobei ω01 die Kreisfrequenz der Netzgrundfrequenz bezeichnet.According to a further feature of the invention, the inductances of the three input inductors (IND1, IND4, IND7) are identical and correspond to the first inductance L <sub>A </sub>, the inductances of the three middle inductors (IND2, IND5, IND8) are identical and correspond to the second inductance L <sub>Bα</sub> , the inductances of the three output inductors (IND3, IND6, IND9) are identical and correspond to the third inductance L <sub>Bβ</sub> , and the inductances of the three transverse inductors (IND10, IND11, IND12) are identical and correspond to the fourth inductance L<sub> C </sub>, wherein the capacitance of the capacitive energy storage device is designated as C<sub>Y</sub> , wherein the following formula applies: C Y = 3 80 * 3 ω 01 2 * ( L A + L C ) , where ω 01 denotes the angular frequency of the network's fundamental frequency.

Hierdurch wird zweierlei zugleich erreicht: Zum einen bleibt der Strom an den Anschlüssen der Sternschaltung bei der Grundfrequenz klein. Zum anderen wird der Sternpunktpufferzweig aus Querinduktivität und Kondensator mit sicherem Abstand von einer Serienresonanz betrieben. Dadurch trennt das Netzfilter die Grundschwingung zuverlässig vom Oberschwingungsband, ohne Schaltlogik für Kondensatoren, mit geringem Spannungsabfall im Längszweig und mit robuster Dämpfung auch bei Bauteiltoleranzen und Netzschwankungen. Diese Wirkung ergibt sich erst durch die funktionale Verknüpfung der Induktivitätsverhältnisse mit der Kapazitätsgrenze. Ein bloßes Vergrößern oder Verkleinern einzelner Bauteile würde diese Balance nicht stabil herstellen.This achieves two things simultaneously: Firstly, the current at the terminals of the star connection remains low at the fundamental frequency. Secondly, the star point buffer branch, consisting of the shunt inductor and capacitor, operates at a safe distance from series resonance. As a result, the mains filter reliably separates the fundamental frequency from the harmonic band, without any switching logic for capacitors, with a low voltage drop in the series branch, and with robust damping even in the face of component tolerances and mains fluctuations. This effect only arises from the functional relationship between the inductance ratios and the capacitance limit. Simply increasing or decreasing the size of individual components would not reliably establish this balance.

Die Kapazität eines Kondensators der sternförmig verschalteten kapazitiven Energiespeicherung wird als CY bezeichnet. Sie kann in Farad gemessen werden. Die Kreisfrequenz der Netzgrundfrequenz wird als w01 bezeichnet.The capacitance of a capacitor in a star-connected capacitive energy storage system is denoted as C Y. It can be measured in farads. The angular frequency of the mains fundamental frequency is denoted as w 01 .

Unter der Netzgrundfrequenz wird im Sinne dieser Anmeldung die Frequenz der Grundschwingung der an den Filtereingängen anliegenden dreiphasigen Versorgungsspannung verstanden. Sie ist die Frequenz der ersten Harmonischen im Spannungs-Fourierspektrum und wird mit f in Hertz bezeichnet; die zugehörige Kreisfrequenz ist w01=2πf. Nicht zur Netzfrequenz zählen Oberschwingungen, Zwischenfrequenzen, Takt- oder Schaltfrequenzen leistungselektronischer Geräte sowie jegliche periodische Modulationsanteile.For the purposes of this application, the mains fundamental frequency is understood to be the frequency of the fundamental oscillation of the three-phase supply voltage applied to the filter inputs. It is the frequency of the first harmonic in the voltage Fourier spectrum and is denoted by f in Hertz; the corresponding angular frequency is ω₀ = 2πf. Harmonics, intermediate frequencies, clock or switching frequencies of power electronic devices, and any periodic modulation components are not included in the mains frequency.

Bei Versorgung aus einem öffentlichen Drehstromnetz ist die Netzgrundfrequenz die dort nominell vorgegebene Grundfrequenz. Bei Versorgung aus einer inselbildenden Quelle (z. B. Umrichter, Generator) ist die Netzgrundfrequenz die am AC-Ausgang dieser Quelle eingestellte Grundfrequenz am Anschluss des Filters; sie ist nicht mit der internen Schalt- oder Trägerfrequenz des Umrichters identisch. Für die Auslegung der Bauteile wird die Nenn-Netzfrequenz herangezogen. Für die Beurteilung der in dieser Anmeldung angegebenen frequenzabhängigen Beziehungen ist jeweils der zum betrachteten Zeitpunkt anliegende Grundschwingungswert maßgeblich.When supplied from a public three-phase grid, the grid fundamental frequency is the nominally specified fundamental frequency. When supplied from an islanding source (e.g., converter, generator), the grid fundamental frequency is the fundamental frequency set at the AC output of this source at the filter terminal; it is not identical to the internal switching or carrier frequency of the converter. The nominal grid frequency is used for component design. For evaluating the frequency-dependent relationships specified in this application, the fundamental frequency value present at the time under consideration is decisive.

Vorzugsweise wird die Kapazität des Sternpunktpufferzweigs so gewählt, dass sie umgekehrt proportional zum Quadrat der Kreisfrequenz der Netzgrundfrequenz ω01 und umgekehrt proportional zur Summe aus der eingangsseitigen Serieninduktivität LA und der Querinduktivität LC skaliert.Preferably, the capacitance of the star point buffer branch is chosen such that it scales inversely proportional to the square of the angular frequency of the mains fundamental frequency ω 01 and inversely proportional to the sum of the input-side series inductance L A and the transverse inductance L C.

Vorzugsweise wird die Kapazität des Sternpunkt-Pufferzweigs so gewählt, dass das Produkt aus dem Quadrat der Kreisfrequenz der Netzgrundfrequenz, der Kapazität des Sternpunkt-Pufferzweigs sowie der Summe aus eingangsseitiger Serieninduktivität und Querinduktivität, größer als ein Fünfundzwanzigstel und kleiner als ein Neuntel ist. Damit liegt die Serienresonanz des LC-CY-Zweigs zwischen der dritten und der fünften Oberschwingung der Netzgrundfrequenz, ohne eine dieser beiden Ordnungen zu treffen.Preferably, the capacitance of the neutral-point buffer branch is selected such that the product of the square of the angular frequency of the network's fundamental frequency, the capacitance of the neutral-point buffer branch, and the sum of the input-side series inductance and shunt inductance is greater than one twenty-fifth and less than one-ninth. This places the series resonance of the L C -C Y branch between the third and fifth harmonics of the network's fundamental frequency, without actually hitting either of these two orders.

Die Erfinder haben erkannt, dass in den anvisierten Anwendungen die fünfte Oberschwingung aufgrund des typischen Spektrums nichtlinearer Dreiphasen-Verbraucher besonders ausgeprägt ist. Das gilt insbesondere für Lasten mit sechspulsiger Gleichrichterbrücke B6 und nachgeschaltetem Zwischenkreis, deren Leitungsströme charakteristisch Oberschwingungen der Ordnung der Ordnung 6k±1 enthalten. In der Praxis dominieren die fünfte und die siebte Ordnung, wobei die fünfte als gegenläufiger Drehfeldanteil wirkt und erfahrungsgemäß erhöhte Kupfer- und Eisenverluste sowie Drehmomentpulsationen und zusätzliche Netzrückwirkungen hervorruft. Eine Resonanz an dieser Stelle würde diese Effekte weiter verstärken.The inventors recognized that in the targeted applications, the fifth harmonic is particularly pronounced due to the typical spectrum of nonlinear three-phase loads. This is especially true for loads with a six-pulse rectifier bridge B6 and a downstream DC link, whose line currents characteristically contain harmonics of the 6k±1 order. In practice, the fifth and seventh orders dominate, with the fifth acting as a counter-rotating component of the rotating field and, based on experience, causing increased copper and iron losses, torque pulsations, and additional network feedback. A resonance at this point would further amplify these effects.

Die dritte Oberschwingung gehört zu den Triplenschwingungen mit gleichphasigem Verlauf in allen Außenleitern. In sternförmigen Anordnungen addieren sich solche Anteile am Sternpunkt. In einer Filterstruktur mit sternverschalteten Kapazitäten steht hierfür ein definierter Rückweg zur Verfügung. Bereits geringe Asymmetrien, Fertigungstoleranzen oder schwankende Netzimpedanzen können deshalb erhöhte Sternpunktströme auslösen und eine ungünstige Magnetisierung des Kerns bewirken, wenn die Serienresonanz des Querzweigs genau in diesem Frequenzbereich liegt.The third harmonic belongs to the triple oscillations with in-phase propagation in all phase conductors. In star-connected configurations, these components add up at the neutral point. In a filter structure with star-connected capacitors, a defined return path is available for this purpose. Even slight asymmetries, manufacturing tolerances, or fluctuating network impedances can therefore trigger increased neutral point currents and cause unfavorable magnetization of the core if the series resonance of the cross branch lies precisely in this frequency range.

Durch die bewusste Meidung der dritten und der fünften Ordnung und die Lage der Serienresonanz zwischen diesen beiden Frequenzen werden Überhöhungen an den kritischen Stellen gezielt vermieden. Der Kapazitätsstrom bei der Netzgrundfrequenz bleibt klein, die Dämpfung im Oberschwingungsband setzt früh ein, und die frequenzabhängige Stromaufteilung zwischen Längszweig und Sternpunktpufferzweig bleibt auch bei Toleranzen und Temperaturdrift stabil. Zugleich sinken thermische und elektrische Beanspruchungen der Kapazitäten und der Drossel, was Bauvolumen und Verlustleistung günstig beeinflusst.By deliberately avoiding the third and fifth order frequencies and positioning the series resonance between these two frequencies, peaks at critical points are specifically prevented. The capacitance current at the fundamental frequency remains low, attenuation in the harmonic band sets in early, and the frequency-dependent current distribution between the series branch and the neutral buffer branch remains stable even with tolerances and temperature drift. At the same time, thermal and electrical stresses on the capacitors and the choke are reduced, which has a positive impact on the required installation size and power loss.

Durch die bewusste Positionierung der Serienresonanz zwischen dritter und fünfter Ordnung werden Überhöhungen an genau diesen beiden kritischen Frequenzen vermieden. Zugleich bleibt der Kapazitätsstrom bei der Netzgrundfrequenz klein, und die frequenzabhängige Stromaufteilung zwischen Längszweig und Sternpunkt-Pufferzweig stellt sich robust und toleranzunempfindlich ein. Diese Abstimmregel ist unabhängig von absoluten Bauteilwerten und skaliert mit Leistung und Baugröße, da sie nur auf dem beschriebenen Abstimmfaktor beruht.By deliberately positioning the series resonance between the third and fifth orders, peaks at precisely these two critical frequencies are avoided. At the same time, the capacitance current at the fundamental network frequency remains low, and the frequency-dependent current distribution between the series branch and the neutral-point buffer branch becomes robust and insensitive to tolerances. This tuning rule is independent of absolute component values and scales with power and size, as it is based solely on the described tuning factor.

Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei der Kreisfrequenz der Netzgrundfrequenz die Kapazität des sternförmig verschalteten Kondensators so gewählt wird, dass die Bedingung 1 25 < ω 01 2 * C Y * ( L A + L C ) < 1 9 erfüllt ist. Diese Bedingung stellt sicher, dass der Strom an den Anschlüssen der kapazitiven Energiespeicherung bei Grundfrequenz klein bleibt und dass der Sternpunktpufferzweig aus LA, LC und CY mit ausreichendem Abstand von der Serienresonanz, insbesondere zu den kritischen dritten und fünften Oberschwingungen betrieben wird. Auf diese Weise wirkt das Filter nicht wie ein Saugkreis.Preferably, it is provided that at the angular frequency of the mains fundamental frequency, the capacitance of the star-connected capacitor is selected such that the condition 1 25 < ω 01 2 * C Y * ( L A + L C ) < 1 9 This condition is met. This ensures that the current at the terminals of the capacitive energy storage remains small at the fundamental frequency and that the star point buffer branch consisting of L A , L C , and C Y is operated with sufficient distance from the series resonance, especially from the critical third and fifth harmonics. In this way, the filter does not act like a resonant circuit.

Diese Auslegung unterstützt die frequenzabhängige Aufteilung der Ströme, hält den Kondensatorstrom bei Grundfrequenz niedrig und sorgt zugleich für eine robuste Dämpfung der Oberschwingungen ohne Schaltlogik für die Kondensatoren.This design supports the frequency-dependent distribution of currents, keeps the capacitor current low at the fundamental frequency, and at the same time ensures robust damping of harmonics without switching logic for the capacitors.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung anhand der Figuren. Dabei zeigen

  • 1 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Oberschwingungs-Netzfilters in einer ersten Ausführungsform;
  • 2 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Oberschwingungs-Netzfilters in einer zweiten Ausführungsform;
  • 3 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Oberschwingungs-Netzfilters in einer dritten Ausführungsform;
  • 4 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Oberschwingungs-Netzfilters in einer vierten Ausführungsform;
  • 5 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Oberschwingungs-Netzfilters in einer fünften Ausführungsform;
  • 6 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Oberschwingungs-Netzfilters in einer sechsten Ausführungsform;
  • 7 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Oberschwingungs-Netzfilters in einer siebten Ausführungsform;
  • 8 einen Schaltplan eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Oberschwingungs-Netzfilters in einer achten Ausführungsform; und
  • 9 ein Oszillogramm der Stromverläufe an dem Netzeingang und dem Ausgang eines erfindungsgemäßen Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilters.
Further advantages and features of the invention will become apparent from the following description with reference to the figures. These show
  • 1 a circuit diagram of a three-phase harmonic mains filter according to the invention in a first embodiment;
  • 2 a circuit diagram of a three-phase harmonic mains filter according to the invention in a second embodiment;
  • 3 a circuit diagram of a three-phase harmonic mains filter according to the invention in a third embodiment;
  • 4 a circuit diagram of a three-phase harmonic mains filter according to the invention in a fourth embodiment;
  • 5 a circuit diagram of a three-phase harmonic mains filter according to the invention in a fifth embodiment;
  • 6 a circuit diagram of a three-phase harmonic mains filter according to the invention in a sixth embodiment;
  • 7 a circuit diagram of a three-phase harmonic mains filter according to the invention in a seventh embodiment;
  • 8 a circuit diagram of a three-phase harmonic mains filter according to the invention in an eighth embodiment; and
  • 9 an oscillogram of the current waveforms at the mains input and output of a three-phase harmonic mains filter according to the invention.

1 zeigt ein dreiphasiges Oberschwingungs-Netzfilter 110. Die drei Filtereingänge L1, L2 und L3 werden mit den drei Filterausgängen L11, L12 und L13 verbunden. Das Netzfilter ist so ausgelegt, dass Ströme mit der Netzgrundfrequenz von den Eingängen zu den Ausgängen weitergeleitet werden, während Störströme mit von der Netzgrundfrequenz abweichenden Frequenzen, die an den Ausgängen durch die angeschlossene Last entstehen, in Richtung der Eingänge wirkungsvoll gedämpft werden. Der Spannungsabfall über dem Netzfilter soll dabei möglichst klein bleiben. 1 Figure 110 shows a three-phase harmonic mains filter. The three filter inputs L1, L2, and L3 are connected to the three filter outputs L11, L12, and L13. The mains filter is designed so that currents at the mains fundamental frequency are passed from the inputs to the outputs, while interference currents with frequencies deviating from the mains fundamental frequency, which arise at the outputs due to the connected load, are effectively attenuated towards the inputs. The voltage drop across the mains filter should be kept as low as possible.

Das Netzfilter besitzt einen gemeinsamen dreischenkligen Filterkern 130 mit den Schenkeln 132, 134 und 136. Die Längsinduktivitäten der drei Phasen sind über diese drei Schenkel verteilt, sodass jede Phase auf allen drei Schenkeln vertreten ist. Durch diese Verteilung entsteht eine gezielte magnetische Kopplung zwischen den Phasen. Die phasenübliche Verschiebung der Leiterströme um 120 Grad führt dazu, dass sich die magnetischen Flüsse in den Schenkeln teilweise aufheben. Dies senkt die im Kern zu speichernde magnetische Energie und trägt zu einem geringen Spannungsabfall bei.The mains filter has a common three-legged filter core 130 with legs 132, 134, and 136. The series inductances of the three phases are distributed across these three legs, so that each phase is represented on all three legs. This distribution creates targeted magnetic coupling between the phases. The phase shift of the conductor currents by 120 degrees causes the magnetic fluxes in the legs to partially cancel each other out. This reduces the magnetic energy that needs to be stored in the core and contributes to a low voltage drop.

Zwischen den beiden Längsinduktivitäten jeder Phase liegt ein innerer Knoten. Von diesem Knoten führt ein Querzweig über eine Querinduktivität zu einer kapazitiven Energiespeichereinrichtung, deren drei Kondensatoren sternförmig miteinander verschaltet sind. Der Querzweig bildet zusammen mit dem Sternpunkt der Kapazität einen Sternpunktpufferzweig. Dieser weist bei der Netzgrundfrequenz eine hohe Impedanz auf und führt hochfrequente Stromanteile bevorzugt ab. Auf diese Weise bleibt der Strom an den Anschlüssen der Kapazität bei der Grundfrequenz klein, während Oberschwingungen gezielt aus dem Längszweig entkoppelt werden.An internal node lies between the two series inductors of each phase. From this node, a cross branch leads via a cross inductor to a capacitive energy storage device whose three capacitors are connected in a star configuration. The cross branch, together with the neutral point of the capacitor, forms a neutral buffer branch. This branch exhibits a high impedance at the fundamental frequency of the mains and preferentially carries away high-frequency current components. In this way, the current at the capacitor terminals remains low at the fundamental frequency, while harmonics are selectively decoupled from the series branch.

Die sternförmige Verschaltung der Kapazität bewirkt eine phasenversetzte Zwischenpufferung der hochfrequenten Stromanteile. Diese werden über die Querinduktivitäten aus den drei Phasen zum Sternpunkt geführt und von den jeweils anderen Phasen aufgenommen. Die Trennung zwischen Grundschwingung und Oberschwingungsband wird dadurch stabil eingestellt, Resonanzeinflüsse des Querzweigs werden von der Grundschwingung ferngehalten und die Dämpfung bleibt auch bei Bauteiltoleranzen und Netzschwankungen robust.The star-shaped connection of the capacitors creates a phase-shifted buffering of the high-frequency current components. These are guided from the three phases to the star point via the transverse inductances and absorbed by the other phases. This ensures a stable separation between the fundamental frequency and the harmonic band, keeps resonance effects of the transverse branch away from the fundamental frequency, and maintains robust damping even with component tolerances and mains fluctuations.

Dabei ist die eingangsseitige Längswicklung eines jeden Schenkels mit deutlich höherer Windungszahl ausgeführt als die beiden nachgeordneten Längswicklungen desselben Schenkels und als die zugehörige Querwicklung. Diese Wicklungsstaffelung begünstigt die frequenzabhängige Aufteilung der Ströme, hält den Längszweig bei der Grundschwingung niederohmig und erhöht seine Impedanz im Oberschwingungsbereich gegenüber dem Querzweig.The input-side longitudinal winding of each leg has a significantly higher number of turns than the two subsequent longitudinal windings of the same leg and than the corresponding transverse winding. This winding staggering promotes the frequency-dependent distribution of currents, keeps the longitudinal branch low-impedance at the fundamental frequency, and increases its impedance in the harmonic range compared to the transverse branch.

Die Wicklungen sind bevorzugt mit gleichem Wicklungssinn ausgeführt. Die Symmetrie über alle drei Schenkel und der einheitliche Wicklungssinn verbessern die Flusskompensation, verringern den Spannungsabfall, senken den Blindstrom im Leerlauf und unter Teillast und ermöglichen kompakte Querzweige und Kapazitäten ohne Schaltlogik.The windings are preferably configured with the same winding direction. The symmetry across all three legs and the uniform winding direction improve flux compensation, reduce voltage drop, lower reactive current at no load and under partial load, and enable compact cross branches and capacitors without switching logic.

Das Netzfilter 110 umfasst drei phasenbezogene Filterzweige 120, 122 und 124 zwischen den Eingängen L1, L2 und L3 und den Ausgängen L11, L12 und L13. Der dreischenklige Filterkern 130 weist die Schenkel 132, 134 und 136 auf. Der Filterzweig 120 umfasst die in Serie geschalteten Längsinduktivitäten IND1, IND2 und IND3 zwischen L1 und L11. IND1 ist auf den ersten Schenkel 132 gewickelt, IND2 auf den zweiten Schenkel 134 und IND3 auf den dritten Schenkel 136. Der Filterzweig 122 umfasst die Längsinduktivitäten IND4, IND5 und IND6 zwischen L2 und L12. IND4 liegt auf dem zweiten Schenkel 134, IND5 auf dem dritten Schenkel 136 und IND6 auf dem ersten Schenkel 132. Der Filterzweig 124 umfasst die Längsinduktivitäten IND7, IND8 und IND9 zwischen L3 und L13. IND7 ist auf den dritten Schenkel 136 gewickelt, IND8 auf den ersten Schenkel 132 und IND9 auf den zweiten Schenkel 134.The mains filter 110 comprises three phase-related filter branches 120, 122, and 124 between inputs L1, L2, and L3 and outputs L11, L12, and L13. The three-legged filter core 130 has legs 132, 134, and 136. Filter branch 120 includes the series-connected inductances IND1, IND2, and IND3 between L1 and L11. IND1 is wound on the first leg 132, IND2 on the second leg 134, and IND3 on the third leg 136. Filter branch 122 includes the series inductances IND4, IND5, and IND6 between L2 and L12. IND4 is located on the second leg 134, IND5 on the third leg 136, and IND6 on the first leg 132. The filter branch 124 comprises the series inductances IND7, IND8, and IND9 between L3 and L13. IND7 is wound on the third leg 136, IND8 on the first leg 132, and IND9 on the second leg 134.

Zwischen der jeweils ersten und zweiten Längsinduktivität eines Filterzweigs liegt ein innerer Knoten. Der innere Knoten 24 des Filterzweigs 120 verbindet IND1 und IND2. Der innere Knoten 34 des Filterzweigs 122 verbindet IND4 und IND5. Der innere Knoten 44 des Filterzweigs 124 verbindet IND7 und IND8. Von diesen Knoten führen die Querinduktivitäten IND10, IND11 und IND12 zu den Anschlüssen 152, 154 und 156 der kapazitiven Energiespeichereinrichtung 150. Die Energiespeichereinrichtung 150 besteht aus drei Kondensatoren C1, C2 und C3, die sternförmig miteinander verschaltet sind.An internal node lies between the first and second series inductors of each filter branch. Internal node 24 of filter branch 120 connects IND1 and IND2. Internal node 34 of filter branch 122 connects IND4 and IND5. Internal node 44 of filter branch 124 connects IND7 and IND8. From these nodes, the transverse inductors IND10, IND11, and IND12 lead to terminals 152, 154, and 156 of the capacitive energy storage device 150. The energy storage device 150 consists of three capacitors C1, C2, and C3 connected in a star configuration.

Die mechanische Anordnung der Wicklungen ist festgelegt. Auf dem ersten Schenkel 132 sind nacheinander die Induktivitäten IND1, IND8 und IND6 angeordnet. Auf dem zweiten Schenkel 134 befinden sich die Induktivitäten IND4, IND2 und IND9. Auf dem dritten Schenkel 136 sind die Induktivitäten IND7, IND5 und IND3 angeordnet. Alle Wicklungen weisen vorzugsweise den gleichen Wicklungssinn auf. Die Zuordnung der inneren Knoten zu den Querinduktivitäten und zu den Anschlüssen der Sternschaltung ist in 1 ersichtlich.The mechanical arrangement of the windings is fixed. On the first leg 132, inductors IND1, IND8, and IND6 are arranged sequentially. On the second leg 134, inductors IND4, IND2, and IND9 are located. On the third leg 136, inductors IND7, IND5, and IND3 are arranged. All windings preferably have the same winding configuration. lung sense. The assignment of the inner nodes to the transverse inductances and to the terminals of the star connection is in 1 evident.

Die Eingänge L1, L2 und L3 dienen als Netzanschlüsse. Die Ausgänge L11, L12 und L13 bilden die Geräteanschlusspunkte. Für die weitere Beschreibung wird eine symmetrische Auslegung zugrunde gelegt. Die drei eingangsseitigen Längsinduktivitäten IND1, IND4 und IND7 werden gemeinsam als Induktivität LA bezeichnet. Die drei mittleren Längsinduktivitäten IND2, IND5 und IND8 werden als Induktivität L bezeichnet. Die drei ausgangsseitigen Längsinduktivitäten IND3, IND6 und IND9 werden als Induktivität L bezeichnet. Die Querinduktivitäten IND10, IND11 und IND12 werden gemeinsam als Induktivität LC bezeichnet.Inputs L1, L2, and L3 serve as mains connections. Outputs L11, L12, and L13 form the device connection points. A symmetrical design is assumed for the following description. The three input-side series inductances IND1, IND4, and IND7 are collectively referred to as inductance L<sub> A </sub>. The three middle series inductances IND2, IND5, and IND8 are collectively referred to as inductance L<sub>Bα </sub>. The three output-side series inductances IND3, IND6, and IND9 are collectively referred to as inductance L <sub>Bβ</sub> . The transverse inductances IND10, IND11, and IND12 are collectively referred to as inductance L<sub>C</sub> .

Die sternförmig verschaltete Kapazität bildet zusammen mit den Querinduktivitäten den Sternpunktpufferzweig. Dieser nimmt hochfrequente Stromanteile aus den drei Phasen auf und gibt sie phasenversetzt wieder ab. Bei der Netzgrundfrequenz stellt der Sternpunktpufferzweig eine hohe Impedanz bereit, sodass der Grundschwingungsstrom im Längszweig geführt wird und der Strom durch die Kapazität klein bleibt.The star-connected capacitor, together with the transverse inductors, forms the neutral buffer branch. This branch absorbs high-frequency current components from the three phases and releases them out of phase. At the network's fundamental frequency, the neutral buffer branch provides a high impedance, so the fundamental frequency current is carried in the series branch, and the current through the capacitor remains small.

Die in 1 gezeigte Anordnung kann Bestandteil größerer Filterverbünde sein. Die Verteilung der Längswicklungen auf die drei Schenkel, die symmetrische magnetische Kopplung der drei Phasen und die Auslegung des Sternpunktpufferzweigs sind ohne Weiteres auf skalierte Leistungen und angepasste Bauteilwerte übertragbar.The in 1 The arrangement shown can be part of larger filter systems. The distribution of the longitudinal windings across the three legs, the symmetrical magnetic coupling of the three phases, and the design of the neutral buffer branch can be readily transferred to scaled power levels and adapted component values.

Im Folgenden wird die prinzipielle Funktionsweise sowie die Berechnung eines Oberschwingungsfilters beschrieben. Dies wird anhand des dreiphasigen Netzfilters 110 gemäß der 1 gezeigt. Selbstverständlich ist es möglich, verschiedene Varianten der Schaltungsanordnung in Analogie der hier beschriebenen Schaltung nachzuvollziehen bzw. nachzurechnen.The following describes the basic operating principle and calculation of a harmonic filter. This is illustrated using the three-phase mains filter 110 according to the 1 shown. Of course, it is possible to replicate or recalculate various versions of the circuit arrangement analogous to the circuit described here.

Zunächst wird die Berechnungsgrundlage des Filters skizziert. Als Ausgangsbasis dient der Spannungsabfall über der eingangsseitigen Serieninduktivität LA und LB, ausgedrückt als relative Kurzschlussspannung U_K. Der Wert von U_K wird so gewählt, dass der Spannungsabfall des Längszweigs gering bleibt und zugleich eine wirksame Dämpfung der vom Verbraucher erzeugten Oberschwingungen erreicht wird. Eine Erhöhung von LA begünstigt grundsätzlich die Verringerung der Oberschwingungsverzerrung am Eingang, beeinflusst jedoch den Gesamtspannungsabfall des Filters und die erforderlichen Kapazitätswerte; die Auslegung erfordert daher eine abgestimmte Wahl der Parameter.First, the calculation basis for the filter is outlined. The starting point is the voltage drop across the input-side series inductances L<sub>A</sub> and L<sub> B </sub>, expressed as the relative short-circuit voltage U<sub>K</sub>. The value of U<sub>K</sub> is chosen so that the voltage drop in the series branch remains low while simultaneously achieving effective attenuation of the harmonics generated by the load. Increasing L<sub> A </sub> generally reduces harmonic distortion at the input, but it affects the overall voltage drop of the filter and the required capacitance values; therefore, the design requires a carefully considered selection of parameters.

Aus dem vorgegebenen Bemessungsstrom I_r des dreiphasigen Oberschwingungs-Netzfilters 110 ergibt sich unter Berücksichtigung der gewünschten Kurzschlussspannung U_K die Induktivität LA der eingangsseitigen Serienwicklung. Die ausgangsseitige Serieninduktivität des Längszweigs wird durch die beiden nachgeordneten Induktivitäten L und L gebildet, deren Summe im Ersatzschaltbild als LB erfasst wird. Die Induktivität des Querzweigs wird als LC bezeichnet. Die genannten Größen beziehen sich jeweils auf einen Schenkel; bei symmetrischer Ausführung sind die drei LA -, die drei L -, die drei L - und die drei LC -Induktivitäten identisch ausgeführt.From the specified rated current I_r of the three-phase harmonic mains filter 110, and taking into account the desired short-circuit voltage U_K, the inductance L A of the input-side series winding is calculated. The output-side series inductance of the series branch is formed by the two downstream inductances L and L , the sum of which is represented as L B in the equivalent circuit diagram. The inductance of the shunt branch is designated as L C. The values mentioned each refer to one leg; in a symmetrical design, the three L A , the three L , the three L , and the three L C inductances are identical.

Aus LA, LB = L + L und LC lässt sich der erforderliche magnetische Energieinhalt der dreiphasigen Eisenkerndrossel bestimmen. Erfindungsgemäß wird dieser Energieinhalt durch zwei Effekte reduziert: Zum einen bewirkt die Verteilung der Längswicklungen auf die drei Schenkel mit phasenrichtiger magnetischer Kopplung eine teilweise Kompensation der Flüsse, so dass sich für den Längszweig eine wirksame Differenzbildung zwischen dem Beitrag aus LA und dem Beitrag aus LB ergibt. Zum anderen fließt im Sternpunktpufferzweig aus LC und der sternförmig verschalteten Kapazität bei der Netzgrundfrequenz nur ein deutlich geringerer Strom als im Längszweig. Der resultierende Energiebeitrag des Querzweigs skaliert deshalb mit einem deutlich kleineren Stromanteil als der Beitrag des Längszweigs.From L <sub>A </sub>, L <sub>B</sub> = L <sub>Bα</sub> + L <sub>Bβ</sub> , and L<sub> C </sub>, the required magnetic energy content of the three-phase iron-core inductor can be determined. According to the invention, this energy content is reduced by two effects: Firstly, the distribution of the longitudinal windings across the three legs with phase-correct magnetic coupling causes a partial compensation of the fluxes, so that for the longitudinal branch, an effective difference arises between the contribution from L<sub>A</sub> and the contribution from L<sub> B </sub>. Secondly, at the fundamental frequency of the network, a significantly lower current flows in the neutral-point buffer branch consisting of L<sub>C</sub> and the star-connected capacitor than in the longitudinal branch. The resulting energy contribution of the shunt branch therefore scales with a significantly smaller current component than the contribution of the longitudinal branch.

Die genannte Reduktion des Energieinhalts ist eine unmittelbare Folge der erfindungsgemäßen Wicklungsverteilung auf alle drei Schenkel und der dadurch erzielten Kopplung aller drei Phasen. Würden LA und LB eines Zweigs auf demselben Schenkel liegen, entfiele die kompensierende Differenzbildung, der Kern müsste größer ausgelegt werden und die Verluste stiegen. Die erfindungsgemäße Anordnung senkt demgegenüber den Kernquerschnittsbedarf und reduziert die Feldenergie im Betrieb.The aforementioned reduction in energy content is a direct consequence of the winding distribution according to the invention across all three legs and the resulting coupling of all three phases. If L<sub>A</sub> and L<sub>B</sub> of a branch were located on the same leg, the compensating difference formation would be eliminated, the core would have to be larger, and losses would increase. In contrast, the arrangement according to the invention reduces the core cross-sectional area required and lowers the field energy during operation.

Auf Basis der so ermittelten Induktivitätswerte wird die Kerngröße gewählt. Die Bestimmung der magnetischen Kenngröße (AL-Wert) und die Umrechnung zwischen Induktivitäts- und Wicklungszahlen erfolgen nach üblichen Regeln der Drosselauslegung und werden hier nicht im Detail wiedergegeben. Maßgeblich ist, dass sich die Induktivitätswerte an den erfindungsgemäßen Wicklungszahl-Staffelungen orientieren und damit in den robusten Betriebsbereich des Filters fallen.The core size is selected based on the inductance values determined in this way. The determination of the magnetic characteristic (AL value) and the conversion between inductance and number of turns are carried out according to standard choke design rules and are not described in detail here. It is essential that the inductance values correspond to the number of turns according to the invention and thus fall within the robust operating range of the filter.

Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Auslegung liegt in der Dimensionierung der Querinduktivität LC. Aufgrund der magnetischen Kopplung der drei Phasen und der Wicklungs-Staffelung an der eingangsseitigen Serienwicklung kann die Wicklungszahl NC der Querinduktivität vergleichsweise hoch gewählt werden, ohne dass dies zu einem unverhältnismäßig großen Bauvolumen führt. Hintergrund ist, dass der Effektivstrom im Querzweig bei der Netzgrundfrequenz deutlich unterhalb des Bemessungsstroms I_r bleibt. Dadurch kann für LC ein geringerer Leiterquerschnitt verwendet werden und die physische Größe der Querinduktivität fällt trotz hoher Wicklungszahl klein aus.A further advantage of the design according to the invention lies in the dimensioning of the transverse inductance L<sub>C</sub> . Due to the magnetic coupling of the three phases and the winding staggering at Due to the input-side series winding, the number of turns N<sub> C </sub> of the shunt inductance can be chosen to be comparatively high without resulting in a disproportionately large overall size. This is because the RMS current in the shunt branch remains significantly below the rated current I<sub>r</sub> at the fundamental frequency of the mains. Therefore, a smaller conductor cross-section can be used for L<sub>C</sub> , and the physical size of the shunt inductance remains small despite the high number of turns.

Die sternförmig verschaltete Kapazität übernimmt zugleich die phasenversetzte Zwischenpufferung der hochfrequenten Stromanteile. Die erfindungsgemäße Kopplung der Induktivitäten positioniert die frequenzabhängige Impedanz so, dass der Grundschwingungsstrom im Längszweig geführt wird, während Oberschwingungen bevorzugt über LC in den Sternpunkt abfließen. Dadurch bleibt der Strom an den Kapazitätsanschlüssen bei der Netzgrundfrequenz gering und kritische Serienresonanzeinflüsse des LC -C-Zweigs werden vom Grundschwingungsbereich ferngehalten.The star-connected capacitor simultaneously provides phase-shifted buffering of the high-frequency current components. The coupling of the inductors according to the invention positions the frequency-dependent impedance such that the fundamental frequency current is carried in the series branch, while harmonics preferentially flow via L<sub> C </sub> to the star point. This keeps the current at the capacitor terminals low at the mains fundamental frequency and keeps critical series resonance effects of the L <sub>C </sub>-C branch away from the fundamental frequency range.

Überraschend wurde festgestellt, dass bei Einhaltung der erfindungsgemäßen Wicklungszahl-Verhältnisse zwischen der eingangsseitigen Serienwicklung, den beiden nachgeordneten Serienwicklungen und der Querwicklung der Strom im Sternpunktpufferzweig bei der Netzgrundfrequenz in einem engen, toleranzrobusten Bereich verharrt, der deutlich unterhalb des Bemessungsstroms I_r liegt. Dieses Verhalten stellt sich ohne zusätzliche Zuschaltlogik für Kapazitäten ein und bleibt auch bei Bauteilstreuungen sowie bei üblichen Schwankungen der Netzimpedanz erhalten. In der Folge sinkt der erforderliche Kapazitätswert, der Blindstrom im Leerlauf und unter Teillast wird reduziert und die Oberschwingungsdämpfung am Eingang bleibt über den relevanten Frequenzbereich stabil.Surprisingly, it was found that when the winding ratios according to the invention are maintained between the input-side series winding, the two downstream series windings, and the shunt winding, the current in the neutral buffer branch remains within a narrow, tolerance-robust range at the fundamental frequency of the mains, which is significantly below the rated current I_r. This behavior occurs without additional switching logic for capacitors and is maintained even with component variations and typical fluctuations in the mains impedance. Consequently, the required capacitance value decreases, the reactive current at no load and under partial load is reduced, and the harmonic attenuation at the input remains stable over the relevant frequency range.

Zur Unterstützung dieser Wirkung kann die Kapazität der sternförmig verschalteten Kondensatoren vorzugsweise so gewählt werden, dass die in dieser Beschreibung angegebene L-C-Bedingung bei der Netzgrundfrequenz erfüllt ist. Damit wird sichergestellt, dass der Sternpunktpufferzweig mit ausreichendem Abstand von einer Serienresonanz betrieben wird und der Strom an den Kapazitätsanschlüssen klein bleibt.To enhance this effect, the capacitance of the star-connected capacitors can preferably be selected such that the L-C condition specified in this description is met at the mains fundamental frequency. This ensures that the star point buffer branch operates at a sufficient distance from a series resonance and that the current at the capacitor terminals remains low.

Die konkrete numerische Bestimmung der Bauteilwerte erfolgt auf Grundlage der bekannten Ersatzschaltbilder des Filters und unter Beachtung der in dieser Anmeldung angegebenen Beziehungen zwischen den Induktivitäten und den Wicklungszahlen. Der Bemessungsstrom I_r, die angestrebte relative Kurzschlussspannung u_K an L(A) und die Zielvorgaben hinsichtlich der Oberschwingungsrückwirkungen am Eingang dienen hierbei als Eingangsdaten der Auslegung.The specific numerical determination of the component values is based on the known equivalent circuit diagrams of the filter and taking into account the relationships between the inductances and the number of windings specified in this application. The rated current I_r, the target relative short-circuit voltage u_K across L(A), and the target specifications regarding harmonic feedback at the input serve as input data for the design.

Die erfindungsgemäße Reduktion des Querzweigstroms bei der Netzgrundfrequenz und die gleichzeitige Erhöhung der Hochfrequenzimpedanz des Längszweigs führen dazu, dass die Gesamte Oberschwingungsverzerrung am Eingang (THDI) im angestrebten Qualitätsbereich liegt, ohne den Spannungsabfall des Längszweigs unzulässig zu vergrößern. Diese Balance ergibt sich nicht aus einer isolierten Veränderung einzelner Induktivitäten, sondern aus der funktionalen Kopplung der Wicklungszahl-Verhältnisse und der daraus folgenden Lage der impedanzbestimmenden Größen.The reduction of the cross-branch current at the mains fundamental frequency and the simultaneous increase in the high-frequency impedance of the main branch according to the invention result in the total harmonic distortion at the input (THDI) being within the desired quality range, without unduly increasing the voltage drop of the main branch. This balance does not result from an isolated change in individual inductances, but from the functional coupling of the number of turns ratios and the resulting position of the impedance-determining parameters.

Durch den im Grundschwingungsbetrieb deutlich kleineren Strom im Sternpunktpufferzweig können die Querinduktivitäten mit geringeren Drahtquerschnitten ausgeführt und die Kapazitäten kleiner dimensioniert werden. Dies verringert Bauvolumen und Kosten, reduziert den Blindstrom im Leerlauf und unter Teillast und macht eine Abschaltung der Kapazitäten in diesen Betriebszuständen entbehrlich.Due to the significantly lower current in the neutral buffer branch during fundamental mode operation, the shunt inductors can be designed with smaller wire cross-sections and the capacitors can be dimensioned smaller. This reduces the overall size and costs, lowers the reactive current at no load and under partial load, and eliminates the need to disconnect the capacitors in these operating conditions.

Zusammenfassend erlaubt die erfindungsgemäße Kombination aus Verteilung der Serienwicklungen auf die drei Schenkel, magnetischer Kopplung aller drei Phasen, ausgeprägter Wicklungs-Staffelung und abgestimmter Dimensionierung des Sternpunktpufferzweigs eine kompakte, verlustarme und toleranzrobuste Filterauslegung. Der Grundschwingungsstrom wird weitgehend verlustarm zur Last geführt, hochfrequente Anteile werden zuverlässig in den Querzweig abgeleitet, und die Eingangsverzerrungen bleiben im Zielbereich, ohne dass eine schaltbare Kapazitätslogik erforderlich wäre.In summary, the inventive combination of series winding distribution across the three legs, magnetic coupling of all three phases, pronounced winding staggering, and optimized dimensioning of the neutral point buffer branch allows for a compact, low-loss, and tolerance-robust filter design. The fundamental frequency current is routed to the load with minimal loss, high-frequency components are reliably diverted to the cross branch, and input distortions remain within the target range without the need for switchable capacitance logic.

Der Eingangsstrom des dreiphasigen Oberschwingungs-Netzfilters 110 ist im bestimmungsgemäßen Betrieb nahezu sinusförmig, was dem Einsatzzweck des Filters entspricht. Der Ausgangsstrom kann - je nach angeschlossener Last - stark verzerrt bis näherungsweise blockförmig verlaufen (vgl. 9). Aus der bekannten Beziehung zwischen Eingangs- und Ausgangsstrom ergibt sich der Strom, der über den Sternpunktpufferzweig fließt. Dieser Zweig setzt sich je Phase aus der Querinduktivität LC und der sternförmig verschalteten Kapazität zusammen und führt zwei wesentliche Stromanteile: zum einen den kapazitiven Anteil bei der Netzgrundfrequenz, zum anderen den unter Last nicht-sinusförmigen Differenzstrom zwischen Ein- und Ausgang.The input current of the three-phase harmonic mains filter 110 is almost sinusoidal during normal operation, which corresponds to the filter's intended use. The output current can be highly distorted, ranging from almost block-like, depending on the connected load (see [reference]). 9 The current flowing through the neutral buffer branch is derived from the known relationship between input and output current. This branch consists of the shunt inductance L<sub> C </sub> and the star-connected capacitance for each phase, and carries two essential current components: firstly, the capacitive component at the mains fundamental frequency, and secondly, the non-sinusoidal differential current between input and output under load.

Während Leerlauf und Teillast wird der Strom im Sternpunktpufferzweig durch den kapazitiven Anteil bei der Netzgrundfrequenz geprägt. Unter Last überlagert sich hierauf der hochfrequente Differenzstrom, der die lückenden Zeitabschnitte des Ausgangsstroms energieseitig überbrückt. Erfindungsgemäß wurde festgestellt, dass bei Einhaltung der beschriebenen Wicklungs-Staffelung (deutlich erhöhte Windungszahl der eingangsseitigen Serienwicklung gegenüber beiden nachgeordneten Serienwicklungen und gegenüber der zugehörigen Querwicklung) der Strom an den Anschlüssen der sternförmig verschalteten Kapazität bei der Netzgrundfrequenz in einem engen, toleranzrobusten Bereich verbleibt, während hochfrequente Anteile bevorzugt in den Sternpunktpufferzweig ausweichen. Dadurch wird die Trennwirkung zwischen Grundschwingung und Oberschwingungsband stabil und ohne Zuschaltlogik erreicht.During idle and partial load operation, the current in the neutral buffer branch is characterized by the capacitive component at the network's fundamental frequency. Under load, this is superimposed by the high-frequency differential current, which accounts for the gaps in the time intervals of the The output current is bridged on the energy side. According to the invention, it has been found that, by adhering to the described winding staggering (significantly increased number of turns of the input-side series winding compared to both downstream series windings and compared to the associated shunt winding), the current at the terminals of the star-connected capacitor remains within a narrow, tolerance-robust range at the mains fundamental frequency, while high-frequency components preferentially shift into the star point buffer branch. This achieves a stable isolation between the fundamental frequency and the harmonic band without the need for switching logic.

Für die Auslegung der Kapazität wird vorzugsweise eine rein bauteilbezogene Bedingung herangezogen, die den 50-Hz-Strom (bzw. den Strom bei der Netzgrundfrequenz) an den Kapazitätsanschlüssen begrenzt und zugleich einen sicheren Abstand von einer Serienresonanz des LC -C-Zweigs sicherstellt. Hierzu ist vorgesehen, die Kapazität CY so zu wählen, dass bei der Kreisfrequenz der Netzgrundfrequenz mit ω01 = 2πf gilt 1 25 < ω 01 2 * C Y * ( L A + L C ) < 1 9 Diese Festlegung hält den Kapazitätsstrom bei der Grundschwingung klein, positioniert die impedanzbestimmenden Größen in einem robusten Bereich und vermeidet eine Annäherung an die Serienresonanz.For the capacitance design, a purely component-related condition is preferably used, which limits the 50 Hz current (or the current at the fundamental frequency of the grid) at the capacitance terminals and simultaneously ensures a safe distance from a series resonance of the L C - C branch. For this purpose, the capacitance C Y is selected such that at the angular frequency of the fundamental frequency of the grid, with ω 01 = 2πf, the following holds: 1 25 < ω 01 2 * C Y * ( L A + L C ) < 1 9 This setting keeps the capacitance current small at the fundamental frequency, positions the impedance-determining quantities in a robust range, and avoids approaching the series resonance.

In einer bevorzugten Ausführung wird die vorstehende L-C-Bedingung zusätzlich mit dem Verhältnis der Induktivitäten der eingangsseitigen Serienwicklung zur Querinduktivität verknüpft. Hieraus ergibt sich eine geschlossene Obergrenze für CY in Abhängigkeit vom Induktivitätsverhältnis k = L(A)/L(C). Diese funktionale Kopplung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, weil sie die Hochfrequenzimpedanz des Längszweigs gegenüber dem Sternpunktpufferzweig gezielt fixiert und gleichzeitig den 50-Hz-Kapazitätsstrom niedrig hält - und zwar auch bei Bauteilstreuungen und üblichen Netzimpedanz-Schwankungen.In a preferred embodiment, the aforementioned LC condition is additionally linked to the ratio of the inductances of the input-side series winding to the shunt inductance. This results in a closed upper limit for C Y as a function of the inductance ratio k = L(A)/L(C). This functional coupling has proven particularly advantageous because it specifically fixes the high-frequency impedance of the series branch relative to the neutral buffer branch and simultaneously keeps the 50 Hz capacitance current low – even with component variations and typical network impedance fluctuations.

Eine weitere Erhöhung der Kapazität kann zwar punktuell die Oberschwingungsverzerrung am Eingang verringern, führt jedoch erfahrungsgemäß zu Nachteilen: Der kapazitive Blindstrom bei der Netzgrundfrequenz steigt, die Annäherung an die Serienresonanz nimmt zu, und es ergeben sich zusätzliche Anforderungen an Absicherung und Bauvolumen. Die erfindungsgemäß vorgegebene Bedingung für CY vermeidet diese Zielkonflikte und erlaubt eine kompakte, verlustarme Auslegung ohne schaltbare Kondensatorbänke.While a further increase in capacitance can reduce harmonic distortion at the input in specific areas, experience has shown that this leads to disadvantages: The capacitive reactive current at the mains fundamental frequency increases, the approach to series resonance intensifies, and additional requirements arise regarding protection and physical size. The condition for C Y specified according to the invention avoids these conflicting objectives and allows for a compact, low-loss design without switchable capacitor banks.

Die Feinabstimmung zwischen den Einzelinduktivitäten der Mehrfachdrossel und der Kapazität - etwa im Rahmen von Simulationen und Messungen - kann die Filterwirkung weiter optimieren. Unberührt hiervon bleibt die prinzipielle Wirkung der erfindungsgemäßen Anordnung: Die Verteilung der Serienwicklungen auf die drei Schenkel mit symmetrischer Kopplung aller drei Phasen sowie die Wicklungs-Staffelung bewirken eine Reduktion der im Kern zu speichernden Energie und eine stabile Trennung zwischen Grundschwingung und Oberschwingungen; die Kapazitätsbedingung stellt sicher, dass diese Wirkung im Serienbetrieb reproduzierbar erreicht wird.Fine-tuning the relationship between the individual inductances of the multiple choke and the capacitance – for example, through simulations and measurements – can further optimize the filtering effect. This does not affect the fundamental effect of the arrangement according to the invention: The distribution of the series windings across the three legs with symmetrical coupling of all three phases, as well as the winding staggering, results in a reduction of the energy to be stored in the core and a stable separation between the fundamental frequency and harmonics; the capacitance condition ensures that this effect is reproducibly achieved in series operation.

Ein weiterer Vorteil zeigt sich im Zusammenwirken mit typischen Verbrauchern, insbesondere Geräten mit gleichrichtender Eingangssektion und Zwischenkreiskapazität: Der vom Filter bereitgestellte Stromverlauf am Ausgang bewirkt einen geringen Rippelstrom in den internen Glättungskondensatoren der Last. Dies reduziert die thermische Belastung dieser Bauteile und kann die Lebensdauer des angeschlossenen Geräts erhöhen.A further advantage becomes apparent in conjunction with typical loads, especially devices with a rectifying input section and DC link capacitance: The current waveform provided by the filter at the output results in a low ripple current in the internal smoothing capacitors of the load. This reduces the thermal stress on these components and can increase the service life of the connected device.

Die vorstehenden Zusammenhänge lassen sich mithilfe bekannter Ersatzschaltbilder (einphasiges Ersatznetz je Phase) analytisch erfassen. T- und π-Ersatzschaltungen sind ineinander überführbar. Maßgeblich für die vorliegende Auslegung ist jedoch nicht die Wahl eines bestimmten Ersatzbildes, sondern die Einhaltung der erfindungsgemäß vorgegebenen Wicklungs-Staffelung und der L-C-Bedingung für CY, durch die die beschriebene Trennwirkung und die Robustheit der Filterfunktion erreicht werden.The aforementioned relationships can be analytically determined using known equivalent circuit diagrams (single-phase equivalent network per phase). T- and π-equivalent circuits are interconvertible. However, the decisive factor for the present design is not the choice of a specific equivalent circuit diagram, but rather adherence to the winding staggering specified by the invention and the LC condition for C Y , which achieves the described isolation effect and the robustness of the filter function.

In den gezeigten Ausführungen gelten die in Anspruch 1 angegebenen Mindestverhältnisse der Wicklungszahlen je Schenkel.In the embodiments shown, the minimum ratios of the number of windings per leg specified in claim 1 apply.

2 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Netzfilters gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Netzfilter ist in seiner Gesamtheit mit 210 bezeichnet. Aufbau und Funktionsweise des Netzfilters 210 unterscheiden sich nur unwesentlich von Aufbau und Funktionsweise des anhand von 1 gezeigten Netzfilters 110, so dass hier nur die unterschiedlichen Merkmale beschrieben werden. Insbesondere wird darauf hingewiesen, dass gleiche Bezugszeichen hier und auch in den folgenden Figuren auf gleiche Einrichtungen hinweisen. 2 Figure 1 shows a circuit diagram of a three-phase mains filter according to a second embodiment of the present invention. The mains filter is designated 210 in its entirety. The structure and function of the mains filter 210 differ only slightly from the structure and function of the one described in Figure 210. 1 The network filter 110 shown is described here, so only its different features are described. It should be noted in particular that identical reference symbols here and in the following figures refer to the same devices.

Gezeigt ist in 2 insbesondere die geometrische Anordnung der Querinduktivitäten IND10, IND11, IND12 auf den Schenkeln des Filterkerns. Die zu dem ersten Filterzweig 120 gehörige Querinduktivität IND10 ist hierbei auf den ersten Schenkel 132 gewickelt. Die zu dem zweiten Filterzweig 122 gehörige Querinduktivität IND11 ist auf den zweiten Schenkel 134 des Filterkerns gewickelt. Die zu dem dritten Filterzweig 124 gehörige Querinduktivität IND12 ist auf den dritten Schenkel 136 des Filterkerns gewickelt. Eine solche Wickelung führt dazu, dass die Querinduktivitäten IND10, IND11, IND12 stark mit den eingangsseitigen Längsinduktivitäten IND1, IND4, IND7 des jeweiligen Filterzweigs verkoppelt sind.Shown in 2 In particular, the geometric arrangement of the transverse inductances IND10, IND11, IND12 on the legs of the filter core. The transverse inductance IND10 belonging to the first filter branch 120 is wound on the first leg 132. The transverse inductance IND11 belonging to the second filter branch 122 is wound on the second Leg 134 of the filter core is wound. The transverse inductance IND12 belonging to the third filter branch 124 is wound on the third leg 136 of the filter core. Such a winding results in the transverse inductances IND10, IND11, IND12 being strongly coupled to the input-side series inductances IND1, IND4, IND7 of the respective filter branch.

Da die Querinduktivitäten IND10, IND11, IND12 den gleichen Wicklungssinn wie die zugehörigen eingangsseitigen Längsinduktivitäten IND1, IND4, IND7 aufweisen, sind die eingangsseitigen Längsinduktivitäten IND1, IND4, IND7 sowie die Querinduktivitäten IND10, IND11, IND12 bezüglich eines Eingangsstroms, der an den Filtereingängen L1, L2, L3 in das Filter hineinfließt, in Serie geschaltet und stellen daher eine hohe Induktivität dar. Dies verringert die Ableitung des Eingangsstroms über den Querzweig und verringert so die Entstehung von Blindströmen in dem Netzfilter 210. Die weitere Funktionsweise des Filters 210 ist gegenüber dem anhand von dem in 1 gezeigten Filter 110 unverändert, so dass auf eine Beschreibung hier verzichtet wird.Since the transverse inductances IND10, IND11, IND12 have the same winding direction as the corresponding input-side series inductances IND1, IND4, IND7, the input-side series inductances IND1, IND4, IND7 and the transverse inductances IND10, IND11, IND12 are connected in series with respect to an input current flowing into the filter at the filter inputs L1, L2, L3, and therefore represent a high inductance. This reduces the leakage of the input current via the transverse branch and thus reduces the generation of reactive currents in the mains filter 210. The further operation of the filter 210 is described in relation to the one shown in 1 The filter shown, 110, remains unchanged, so a description is omitted here.

3 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Netzfilters gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses ist wiederum sehr ähnlich den anhand der 1 und 2 gezeigten Filter, so dass auch hier nur die Unterschiede beschrieben sind. Als Bezug für eine Beschreibung wird hierbei das anhand von 2 gezeigte Netzfilter 210 verwendet. Das vorliegende Netzfilter ist mit 260 bezeichnet. Gleiche Bezugszeichen weisen wiederum auf gleiche Einrichtungen wie in den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen hin. 3 Figure 1 shows a circuit diagram of a three-phase mains filter according to a third embodiment of the present invention. This is again very similar to the one shown in the 1 and 2 The filter shown is used, so only the differences are described here. The description is based on the following: 2 The mains filter 210 shown is used. The present mains filter is designated 260. The same reference numerals again indicate the same devices as in the previously described embodiments.

Die Struktur des Netzfilters 260 ist gegenüber dem Netzfilter 210 unverändert. Verändert ist lediglich die mechanische Position der ausgangsseitigen Induktivitäten IND2, IND5, IND8 sowie IND3, IND6, IND9 auf den Schenkeln 132, 134, 136 des Filterkerns. Die Reihenfolge der Induktivitäten bezogen auf den Stromfluss von dem Filtereingang zu dem Filterausgang ist bei dem Filter 260 unverändert gegenüber dem Filter 210. Somit liegen beispielsweise in dem ersten Filterzweig 120 Induktivitäten IND1, IND2 und IND3 in eben dieser Reihenfolge zwischen dem Filtereingang L1 und dem Filterausgang L11. Ähnliches gilt für den zweiten Filterzweig 122 und dem dritten Filterzweig 124. Verändert ist bei dem Netzfilter 260 allerdings gegenüber dem Netzfilter 210 die mechanische Anordnung der Induktivitäten auf den Filterschenkeln. In unveränderter Weise befinden sich allerdings die Induktivitäten IND1 und IND10 auf dem ersten Filterschenkel 132, die Induktivitäten IND4 und IND11 auf dem zweiten Filterschenkel und die Induktivitäten IND7 und IND12 auf dem dritten Filterschenkel. Geändert ist hingegen die Anordnung der ausgangsseitigen Induktivitäten. Die Induktivität IND2 des ersten Filterzweigs befindet sich nunmehr auf dem dritten Filterschenkel 136 und die Induktivität IND3 des ersten Filterzweigs 120 auf dem zweiten Filterschenkel 134. Weiterhin verändert ist die Anordnung der Induktivität IND5 des zweiten Filterzweiges 122, die bei dem Filter 260 auf den ersten Schenkel 132 gewickelt ist, und der Induktivität IND6 des zweiten Filterzweigs 122, die nunmehr auf dem dritten Schenkel 136 gewickelt ist. Schließlich ist die Induktivität IND8 des dritten Filterzweigs 124 auf den zweiten Schenkel 134 gewickelt und die Induktivität IND9 auf den ersten Schenkel 132.The structure of the mains filter 260 is unchanged compared to the mains filter 210. The only difference is the mechanical position of the output-side inductors IND2, IND5, IND8 and IND3, IND6, IND9 on the legs 132, 134, 136 of the filter core. The order of the inductors with respect to the current flow from the filter input to the filter output is unchanged for the filter 260 compared to the filter 210. Thus, for example, in the first filter branch 120, inductors IND1, IND2, and IND3 are located in precisely this order between the filter input L1 and the filter output L11. A similar arrangement applies to the second filter branch 122 and the third filter branch 124. However, the mechanical arrangement of the inductors on the filter legs is different for the mains filter 260 compared to the mains filter 210. However, inductances IND1 and IND10 remain on the first filter leg 132, inductances IND4 and IND11 on the second filter leg, and inductances IND7 and IND12 on the third filter leg. The arrangement of the output inductances, however, has changed. Inductance IND2 of the first filter branch is now located on the third filter leg 136, and inductance IND3 of the first filter branch 120 is now located on the second filter leg 134. Furthermore, the arrangement of inductance IND5 of the second filter branch 122, which in filter 260 is wound on the first leg 132, and inductance IND6 of the second filter branch 122, which is now wound on the third leg 136, has also changed. Finally, the inductance IND8 of the third filter branch 124 is wound on the second leg 134 and the inductance IND9 on the first leg 132.

Eine veränderte mechanische Anordnung der Induktivitäten auf den Filterschenkeln lässt die Eigenschaften des Netzfilters 260 im Wesentlichen unverändert, stellt aber eine weitere Ausführungsform dar, die je nach Gegebenheiten mechanisch vorteilhaft sein kann.A modified mechanical arrangement of the inductors on the filter legs leaves the properties of the mains filter 260 essentially unchanged, but represents a further embodiment which may be mechanically advantageous depending on the circumstances.

4 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Netzfilters gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das gezeigte Netzfilter ist in seiner Gesamtheit mit 310 bezeichnet. Auch das Netzfilter 310 ist bezüglich Aufbau und Funktionsweise dem anhand von 2 gezeigten Netzfilter 210 sehr ähnlich. Somit wird hier nur auf die Unterschiede eingegangen. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen wiederum gleiche Einrichtungen. 4 Figure 1 shows a circuit diagram of a three-phase mains filter according to the fourth embodiment of the present invention. The mains filter shown is designated 310 in its entirety. The mains filter 310 is also similar in structure and function to the one shown in Figure 2. 2 The network filter shown is very similar to the one shown (210). Therefore, only the differences will be discussed here. The same reference symbols denote the same devices.

Bei dem Netzfilter 310 erfolgt die Ankopplung des Querzweigs nicht zwischen der ersten und zweiten Induktivität IND1, IND2; IND4, IND5; IND7, IND8 eines jeden Filterzweigs (vom Filtereingang aus gezählt), sondern zwischen der zweiten und dritten Induktivität IND2, IND3; IND5, IND6; IND8, IND9. Zur näheren Erläuterung soll hier der erste Filterzweig 120 betrachtet werden. Die Querinduktivität IND10 des ersten Filterzweigs 120 ist nunmehr zwischen Induktivität IND2 und Induktivität IND3 angekoppelt. Bezüglich der weiteren Verschaltung, insbesondere der Verteilung der Induktivitäten auf die Schenkel bestehen keine Unterschiede zwischen den Netzfiltern 210 und 310.In the mains filter 310, the coupling of the shunt branch is not between the first and second inductors IND1, IND2; IND4, IND5; IND7, IND8 of each filter branch (counting from the filter input), but between the second and third inductors IND2, IND3; IND5, IND6; IND8, IND9. For further explanation, let's consider the first filter branch 120. The shunt inductor IND10 of the first filter branch 120 is now coupled between inductor IND2 and inductor IND3. Regarding the further circuitry, in particular the distribution of the inductances across the branches, there are no differences between the mains filters 210 and 310.

Die Netzfilter 210 und 310 unterscheiden sich bezüglich ihrer grundsätzlichen Eigenschaften nicht wesentlich. Unterschiede können sich jedoch bei der Dimensionierung, d.h. der Auslegung der Induktivitäten bzw. Kapazitäten ergeben. Je nach den Anforderungen und den mechanischen Gegebenheiten kann somit eine Filteranordnung 210 gemäß 2 oder eine Filteranordnung 310 gemäß 4 vorteilhafter sein.The mains filters 210 and 310 do not differ significantly in their fundamental properties. However, differences can arise in their dimensioning, i.e., the design of the inductances and/or capacitances. Depending on the requirements and the mechanical conditions, a filter arrangement 210 can therefore be configured according to... 2 or a filter assembly 310 according to 4 be more advantageous.

5 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Netzfilters gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Filter entspricht von seinem prinzipiellen Aufbau und von seiner Funktionsweise den anhand der 1, 2, 3 bis 4 gezeigten Filtern, sodass hier wiederum auf die dortige Beschreibung verwiesen wird. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen auch hier gleiche Einrichtungen wie in den vorher beschriebenen Netzfiltern. Das anhand von 5 gezeigte Netzfilter ist in seiner Gesamtheit mit 360 bezeichnet. Es entspricht von der Verteilung der Induktivitäten auf die Filterkerne dem anhand von 3 gezeigten Netzfilter 260. Die Querzweige zweigen jedoch, ähnlich wie bei dem anhand von 4 beschriebenen Netzfilter 310, zwischen der zweiten und dritten Induktivität IND2, IND3; IND5, IND6; IND8, IND9 eines jeden Filterzweigs 120, 122, 124 ab. 5 shows a circuit diagram of a three-phase mains filter according to the invention. fifth embodiment of the present invention. The filter corresponds in its basic structure and function to those described in the 1 , 2 , 3 until 4 The filters shown are described below, so reference is made here again to their descriptions. The same reference symbols indicate the same devices as in the previously described network filters. This is based on... 5 The power line filter shown is designated 360 in its entirety. The distribution of inductances across the filter cores corresponds to that shown in... 3 The network filter 260 shown. However, the cross branches branch off, similarly to the one based on... 4 described mains filter 310, between the second and third inductance IND2, IND3; IND5, IND6; IND8, IND9 of each filter branch 120, 122, 124.

Eine solche Ausführungsform stellt wiederum eine Alternative zu dem anhand von 3 gezeigten Filter 260 sowie zu dem anhand von 4 gezeigten Filter 310 dar. Die Eigenschaften sind im Wesentlichen unverändert, jedoch ist wiederum eine andere Dimensionierung der Induktivitäten und Kapazitäten erforderlich.Such an embodiment, in turn, represents an alternative to the one based on 3 shown filter 260 as well as the one based on 4 The filter shown is 310. The properties are essentially unchanged, however, a different dimensioning of the inductances and capacitances is required.

6 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Netzfilters gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Filter ist in seiner Gesamtheit mit 410 bezeichnet und basiert auf dem anhand von 2 gezeigten Filter 210. Gleiche Bezugszeichen kennzeichnen wiederum gleiche Einrichtungen. Merkmale des Filters 410, die gegenüber dem Filter 210 unverändert sind, werden hier nicht erneut beschrieben. Vielmehr wird auf die Beschreibung des Filters 210 bzw. des Filters 110 verwiesen. 6 Figure 1 shows a circuit diagram of a three-phase mains filter according to a sixth embodiment of the present invention. The filter is designated as 410 in its entirety and is based on the circuit shown in Figure 2. 2 The filter shown is 210. Identical reference symbols denote identical devices. Features of filter 410 that are unchanged compared to filter 210 are not described again here. Instead, reference is made to the descriptions of filter 210 and filter 110, respectively.

Das Filter 410 ist gegenüber dem Filter 210 ergänzt, indem ein zweiter Querzweig eingeführt ist. Dieser umfasst die Induktivitäten IND13, IND14 und IND15 sowie eine zweite kapazitive Energiespeichereinrichtung 420, die drei Kapazitäten C4, C5, C6 umfasst. Die zweite kapazitive Energiespeichereinrichtung 420 weist einen ersten Anschluss 422, einen zweiten Anschluss 424 sowie einen dritten Anschluss 426 auf. Im Übrigen ist anzumerken, dass die Induktivitäten des ersten Querzweigs nun zusammenfassend als L(C1) bezeichnet sind, während die Induktivitäten IND13, IND14 und IND15 des zweiten Querzweigs zusammenfassend mit L(C2) bezeichnet sind. Die Induktivität IND13 des zweiten Querzweigs ist mit dem Knotenpunkt zwischen der zweiten Induktivität IND2 und der dritten Induktivität IND3 des ersten Filterzweigs 120 sowie mit dem ersten Anschluss 422 der zweiten kapazitiven Energiespeichereinrichtung 420 verbunden. Die Induktivität IND13 des zweiten Querzweigs des ersten Filterzweigs 120 ist auf den ersten Schenkel 132 gewickelt. Der Wickelsinn ist hierbei gleich wie der aller anderen Induktivitäten.Filter 410 is extended compared to filter 210 by the introduction of a second cross-branch. This branch comprises inductors IND13, IND14, and IND15, as well as a second capacitive energy storage device 420, which includes three capacitors C4, C5, and C6. The second capacitive energy storage device 420 has a first terminal 422, a second terminal 424, and a third terminal 426. It should also be noted that the inductors of the first cross-branch are now collectively designated L(C1), while the inductors IND13, IND14, and IND15 of the second cross-branch are collectively designated L(C2). The inductor IND13 of the second cross branch is connected to the junction between the second inductor IND2 and the third inductor IND3 of the first filter branch 120, as well as to the first terminal 422 of the second capacitive energy storage device 420. The inductor IND13 of the second cross branch of the first filter branch 120 is wound on the first leg 132. The winding direction is the same as that of all other inductors.

In analoger Weise wie die Induktivität IND13 des ersten Filterzweigs sind auch die Induktivitäten IND14 und IND15 des zweiten und dritten Filterzweigs verschaltet und auf den zweiten bzw. dritten Schenkel 134, 136 des dreiphasigen Filterkerns gewickelt. Die Details der Verschaltung sind der 6 zu entnehmen.In a manner analogous to the inductance IND13 of the first filter branch, the inductances IND14 and IND15 of the second and third filter branches are also connected and wound on the second and third legs 134, 136 of the three-phase filter core, respectively. The details of the connection are described in the 6 to be taken.

Ein Netzfilter 410, das einen zweiten Querzweig aufweist, kann ausgelegt werden, um eine bessere Filterwirkung als ein Netzfilter mit nur einem Filterzweig zu erzielen. Insbesondere können die Querzweige zur Unterdrückung von zwei unerwünschten Frequenzen dimensioniert werden. Insgesamt gesehen bestehen mehr Freiheitsgrade beim Filterentwurf, da das Filter von einer höheren Filterordnung ist. Dadurch erhöht sich auch der Aufwand zur Realisierung eines Netzfilters mit zwei Querzweigen, da zusätzliche Querinduktivitäten IND13, IND14, IND15 sowie zusätzliche Kapazitäten C4, C5, C6 erforderlich sind. Je nach den Anforderungen ist es somit zweckmäßig, ein Filter mit nur einem Querzweig oder ein Filter 410 mit zwei Querzweigen zu verwenden.A mains filter 410 with a second cross-branch can be designed to achieve better filtering performance than a mains filter with only one branch. In particular, the cross-branchs can be dimensioned to suppress two unwanted frequencies. Overall, there are more degrees of freedom in the filter design because the filter is of a higher filter order. This also increases the complexity of implementing a mains filter with two cross-branchs, as additional cross-branch inductances IND13, IND14, IND15 and additional capacitors C4, C5, C6 are required. Depending on the requirements, it is therefore advantageous to use either a filter with only one cross-branch or a filter 410 with two cross-branchs.

7 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Netzfilters gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Dieses Filter entspricht im Wesentlichen dem anhand von 6 gezeigten Netzfilter 410, wobei die Induktivitäten im Längszweig wie bei dem anhand von 3 gezeigten Filter 260, anstatt wie bei dem anhand von 2 gezeigten Filter 210, verschaltet sind. Das Filter 460 stellt somit lediglich eine weitere Alternative dar, die je nach den Anforderungen und den mechanischen Gegebenheiten verwendet werden kann. 7 Figure 1 shows a circuit diagram of a three-phase mains filter according to a seventh embodiment of the present invention. This filter essentially corresponds to the one shown in Figure 2. 6 shown mains filter 410, wherein the inductances in the longitudinal branch are as in the one based on 3 filter 260 shown, instead of as in the one based on 2 The filters shown, 210, are interconnected. Filter 460 therefore represents only another alternative that can be used depending on the requirements and mechanical conditions.

8 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen dreiphasigen Netzfilters gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das in seiner Gesamtheit mit 510 bezeichnet ist. Das Filter entspricht im Wesentlichen den anhand der 2 und 3 gezeigten Netzfiltern 210 und 260, so dass unveränderte Einrichtungen nicht mehr neu beschrieben werden. Vielmehr wird auf die vorhergehende Beschreibung verwiesen. Insbesondere weisen auch gleiche Bezugszeichen auf gleiche Einrichtungen hin. Das Filter 510 ist gegenüber dem Filter 210 insofern verändert, als die Energiespeichereinrichtung 150' hier eine Dreiecksschaltung von Kondensatoren C1', C2' und C3' umfasst. Eine Dreiecksschaltung von Kondensatoren bietet gegenüber einer Sternschaltung, wie sie bei dem Netzfilter 210 gezeigt ist, den Vorteil, dass die Kondensatoren eine geringere Kapazität aufweisen müssen. Allerdings ist es notwendig, dass die Kondensatoren einer Dreiecksschaltung eine höhere Spannungsfestigkeit besitzen als die Kondensatoren einer Sternschaltung. Schließlich ist es bei der Verwendung einer Dreiecksschaltung auch nicht möglich, einen Anschluss der Kondensatoren zu erden. 8 Figure 510 shows a circuit diagram of a three-phase mains filter according to an eighth embodiment of the present invention, which is designated in its entirety by 510. The filter essentially corresponds to the one shown in the 2 and 3 The network filters 210 and 260 shown are described in detail, so that unchanged devices are not described again. Instead, reference is made to the previous description. In particular, identical reference numerals also indicate identical devices. Filter 510 is modified compared to filter 210 in that the energy storage device 150' here comprises a delta connection of capacitors C1', C2', and C3'. A delta connection of capacitors offers the advantage over a star connection, as shown in network filter 210, that the capacitors need to have a lower capacitance. However, it is necessary that the capacitors of a Delta-connected capacitors have a higher voltage rating than those in a star connection. Furthermore, it is not possible to ground one of the capacitor terminals when using a delta connection.

Es ist somit wiederum von der Anwendung und den Anforderungen abhängig, ob eine Sternschaltung von Kondensatoren oder eine Dreiecksschaltung von Kondensatoren vorteilhafter ist.Therefore, whether a star connection of capacitors or a delta connection of capacitors is more advantageous depends on the application and the requirements.

Die gezeigten Netzfilter können in einem weiten Umfang verändert werden, ohne von dem Kerngedanken der Erfindung abzuweichen. So ist es beispielsweise möglich, in jedem Filterzweig ausgangsseitig nur eine Längsinduktivität (z.B. IND2, IND5 und IND8) zu verwenden und auf die zweite Induktivität (z.B. IND3, IND6, IND9) zu verzichten. Zwar ist bei einem solchen Filter eine vollständige Symmetrie nicht mehr gewährleistet, jedoch weist es immer noch Vorteile gegenüber einem herkömmlichen Filter auf, in dem alle Induktivitäten eines Filterzweigs auf dem gleichen Schenkel des Filterkerns angeordnet sind.The mains filters shown can be modified extensively without deviating from the core concept of the invention. For example, it is possible to use only one series inductor (e.g., IND2, IND5, and IND8) on the output side of each filter branch and to omit the second inductor (e.g., IND3, IND6, IND9). While complete symmetry is no longer guaranteed with such a filter, it still offers advantages over a conventional filter in which all inductors of a filter branch are arranged on the same leg of the filter core.

Weiterhin ist es möglich, die Querinduktivitäten IND10, IND11, IND12 sowie gegebenenfalls IND13, IND14, IND15 eines Filterzweigs auf einen anderen Schenkel 132, 134, 136 des Filterkerns aufzuwickeln als die eingangsseitige Induktivität IND1, IND2, IND3. Eine solche Vertauschung bringt einen weiteren Freiheitsgrad bei dem Entwurf und der Auslegung eines Netzfilters.Furthermore, it is possible to wind the transverse inductances IND10, IND11, IND12 and, if applicable, IND13, IND14, IND15 of a filter branch onto a different leg 132, 134, 136 of the filter core than the input-side inductance IND1, IND2, IND3. Such an exchange provides an additional degree of freedom in the design and dimensioning of a mains filter.

Im Übrigen ist es auch problemlos möglich, ein Netzfilter durch weitere Filterstufen zu ergänzen, und so ein Filter höherer Ordnung zu erhalten. Ein solches ist zwar aufwendiger in der Herstellung, bietet aber bei geeigneter Auslegung eine verbesserte Filtercharakteristik. Dies kann erforderlich sein, wenn die Anforderungen an die Filterwirkung hoch sind.Furthermore, it is also easily possible to supplement a mains filter with additional filter stages to obtain a higher-order filter. While such a filter is more complex to manufacture, it offers improved filtration characteristics if properly designed. This may be necessary when high filtration performance is required.

Weiterhin ist es möglich, zusätzliche Kapazitäten oder Induktivitäten zu dem Filter hinzuzufügen. Beispielsweise können an einem Verbindungsknoten zwischen zwei Längsinduktivitäten, die zwischen dem Filtereingang und dem Filterausgang liegen, mehrere Querzweige angekoppelt sein. Ein Querzweig kann hierbei nicht nur eine Serienschaltung aus einer Induktivität und einem kapazitiven Energiespeicherelement umfassen, sondern auch eine Kapazität an sich. Dies kann hilfreich sein, um hochfrequente Störungen zu unterdrücken, vorausgesetzt die Kapazität ist so ausgelegt, dass ein kapazitiver Blindstrom bei der Nennfrequenz des Netzfilters hinreichend klein ist.Furthermore, it is possible to add additional capacitors or inductors to the filter. For example, several cross-branches can be coupled to a junction between two series inductors located between the filter input and the filter output. A cross-branch can comprise not only a series connection of an inductor and a capacitive energy storage element, but also a capacitor itself. This can be helpful in suppressing high-frequency interference, provided the capacitor is designed such that the capacitive reactive current at the nominal frequency of the mains filter is sufficiently small.

Weiterhin kann das Filter Schalteinrichtungen umfassen, die es ermöglichen, das Filter an verschiedene Betriebszustände anzupassen. So kann es vorteilhaft sein, Querkapazitäten abzuschalten. Auch kann es wünschenswert sein, einzelne Induktivitäten zu überbrücken. Damit ist der Spannungsabfall über dem Filter bzw. ein durch das Filter erzeugter Blindstromanteil beeinflussbar. Dies kann vorteilhaft sein, wenn sehr starke Lastwechsel auftreten können oder das Filter für eine Vielzahl von Betriebsfällen konfigurierbar sein soll.Furthermore, the filter can include switching devices that allow it to be adapted to different operating conditions. For example, it can be advantageous to switch off cross-capacitances. It can also be desirable to bridge individual inductances. This allows the voltage drop across the filter or a reactive current component generated by the filter to be influenced. This can be advantageous if very strong load changes can occur or if the filter needs to be configurable for a wide variety of operating conditions.

Schließlich besteht eine hohe Flexibilität bei der Auslegung des mehrphasigen Filterkerns. Prinzipiell können alle verfügbaren Kerntypen verwendet werden, beispielsweise Kerne aus Eisen oder Eisenpulver.Finally, there is a high degree of flexibility in the design of the multiphase filter core. In principle, all available core types can be used, for example, cores made of iron or iron powder.

9 zeigt ein Oszillogramm der Stromverläufe an dem Netzeingang und dem Ausgang eines erfindungsgemäßen Netzfilters gemäß dem in 1 bzw. 2 gezeigten Filter. Das Oszillogramm ist in seiner Gesamtheit mit 610 bezeichnet. Es zeigt einen ersten Kurvenverlauf 620, der den Stromverlauf an dem Eingang des erfindungsgemäßen Netzfilters darstellt. An der Abszisse t ist die Zeit eingetragen, während die Ordinate I den Eingangsstrom zeigt. In ähnlicher Weise zeigt das Oszillogramm einen zweiten Kurvenverlauf 630, der den Ausgangsstrom an dem Ausgang des erfindungsgemäßen Netzfilters darstellt. Wiederum ist an der Abszisse t die Zeit eingetragen, während die Ordinate I den Strom zeigt. 9 shows an oscillogram of the current waveforms at the mains input and output of a mains filter according to the invention as described in 1 or 2 The filter shown. The oscillogram in its entirety is labelled 610. It shows a first curve 620, which represents the current waveform at the input of the mains filter according to the invention. The abscissa t represents time, while the ordinate I represents the input current. Similarly, the oscillogram shows a second curve 630, which represents the output current at the output of the mains filter according to the invention. Again, the abscissa t represents time, while the ordinate I represents the current.

Für die Messung ist ein erfindungsgemäßes Netzfilter mit einer dreiphasigen Last beschaltet, die eine interne B6-Gleichrichtung und eine Kondensatorglättung aufweist. Der Eingangsstrom des Netzfilters, der durch den Signalverlauf 620 beschrieben wird, ist im Wesentlichen sinusförmig. Der Ausgangsstrom, der durch den Kurvenverlauf 630 beschrieben wird, ist hingegen näherungsweise blockförmig. Der Stromverlauf an dem Filterausgang zeigt einen sehr steilen Anstieg und einen sehr steilen Abfall des Stroms, während der Strom für große Stromwerte nahezu konstant ist. In der Umgebung des Nulldurchgangs ändert sich der Strom über der Zeit nur gering, so dass der Stromfluss für ein Zeitintervall von etwa 2 ms (bei einer Periodendauer von 20 ms) nahezu konstant ist.For the measurement, a mains filter according to the invention is connected to a three-phase load, which has internal B6 rectification and capacitor smoothing. The input current of the mains filter, described by the waveform 620, is essentially sinusoidal. The output current, described by the waveform 630, is approximately block-shaped. The current waveform at the filter output shows a very steep rise and a very steep fall of the current, while the current is almost constant for large current values. In the vicinity of the zero crossing, the current changes only slightly over time, so that the current flow is almost constant for a time interval of about 2 ms (with a period of 20 ms).

Es soll im Übrigen erwähnt werden, dass der gezeigte Stromverlauf eine Periodendauer von etwa 20 ms aufweist, was einer Frequenz von 50 Hz entspricht. Die Amplitude des Stroms beträgt etwa 250 Ampere.It should also be mentioned that the current waveform shown has a period of approximately 20 ms, which corresponds to a frequency of 50 Hz. The amplitude of the current is approximately 250 amperes.

Es zeigt sich, dass der in den angeschlossenen Verbraucher fließende Strom durch seinen blockförmigen Verlauf zu einem sehr geringen Rippelstrom in den internen Kondensatoren des Verbrauchers führen kann. Dies kann zu einer erhöhten Lebensdauer der Elektrolytkondensatoren in dem Verbraucher und somit zu einer verlängerten Lebensdauer des angeschlossenen Verbrauchergeräts führen.It turns out that the current flowing into the connected device, due to its block-like waveform, can lead to a very low ripple current in the device's internal capacitors. This can result in an increased lifespan for the electrolytic capacitors in the device and thus a longer service life. lifespan of the connected consumer device.

Zusammenfassend betrifft die Erfindung ein passives Mehrphasen-Oberschwingungs-Netzfilter, das aus einer mehrschenklig verteilten Mehrfachwicklungsdrossel und einer kapazitiven Energiespeicherung besteht. Das Filter wird frontseitig zwischen das Versorgungsnetz und einen nichtlinearen Verbraucher geschaltet und dient der deutlichen Reduzierung von Stromoberschwingungen am Netzeingang. Die Lehre eignet sich insbesondere für Geräte mit gleichrichtender Eingangssektion und nachgeschalteter Glättung, etwa Antriebssysteme mit B6-Gleichrichtung.In summary, the invention relates to a passive multiphase harmonic mains filter consisting of a multi-arm distributed multiple-winding choke and a capacitive energy storage device. The filter is connected between the power supply and a non-linear load and serves to significantly reduce current harmonics at the mains input. The invention is particularly suitable for devices with a rectifying input section and downstream smoothing, such as drive systems with B6 rectification.

Die Besonderheit der Erfindung liegt nicht allein in der Topologie, sondern in der verzahnten Auslegung aus Wicklungsverteilung, Mindestverhältnissen der Wicklungszahlen je Schenkel und einer bauteilbezogenen Kapazitätsbedingung für den Sternpunktpufferzweig. Je Phase sind drei Serienwicklungen vorgesehen, die auf die drei Schenkel eines gemeinsamen dreischenkligen Kerns verteilt sind; von einem inneren Knoten führt je Phase ein Querzweig mit Querinduktivität zur sternförmig verschalteten Kapazität. Die eingangsseitige Serienwicklung ist je Schenkel mit deutlich höherer Windungszahl ausgeführt als die beiden nachgeordneten Serienwicklungen und als die zugehörige Querwicklung. In bevorzugter Ausführung sind die Wicklungszahlen innerhalb der Gruppen A, Bα, Bß und C schenkelsymmetrisch identisch, und die hinteren Wicklungen erfüllen den in der Beschreibung angegebenen funktionalen Zusammenhang mit dem Verhältnis aus A- und C-Wicklung. Diese Staffelung führt dazu, dass die Impedanzlage des Längs- und Querzweigs zwangsläufig so eingestellt wird, dass der Grundschwingungsstrom im Längszweig geführt wird, während hochfrequente Anteile in den Sternpunktpufferzweig ausweichen.The unique feature of the invention lies not only in the topology, but also in the interlocking design comprising the winding distribution, minimum ratios of the number of turns per leg, and a component-specific capacitance requirement for the neutral buffer branch. Three series windings are provided for each phase, distributed across the three legs of a common three-leg core. From an inner node, a transverse branch with transverse inductance leads to the star-connected capacitance for each phase. The input-side series winding has a significantly higher number of turns per leg than the two subsequent series windings and the associated transverse winding. In a preferred embodiment, the number of turns within groups A, Bα, Bβ, and C are symmetrically identical across the legs, and the subsequent windings fulfill the functional relationship with the ratio of A to C windings specified in the description. This staggering inevitably results in the impedance of the longitudinal and transverse branches being set in such a way that the fundamental frequency current is carried in the longitudinal branch, while high-frequency components escape into the star point buffer branch.

Die sternförmig verschaltete Kapazität bildet zusammen mit der Querinduktivität je Phase den Sternpunktpufferzweig. Vorzugsweise wird die Kapazität so gewählt, dass die in der Beschreibung angegebene L-C-Bedingung bei der Netzgrundfrequenz erfüllt ist. Dadurch bleibt der 50-Hz-Strom an den Kapazitätsanschlüssen klein, und die Serienresonanz des LC -C-Zweigs wird mit sicherem Abstand vermieden. Das Zusammenwirken aus Wicklungsverhältnissen und Kapazitätsbedingung bewirkt eine toleranzrobuste Selbsteinrastung der frequenzabhängigen Impedanzen: die Trennung zwischen Grundschwingung und Oberschwingungsband stellt sich stabil ein, ohne schaltbare Kondensatorbänke oder eine Zuschaltlogik.The star-connected capacitor, together with the shunt inductance in each phase, forms the neutral buffer branch. Preferably, the capacitor is selected such that the LC condition specified in the description is met at the mains fundamental frequency. This keeps the 50 Hz current at the capacitor terminals low and safely avoids the series resonance of the LC -C branch. The interaction of the winding ratios and the capacitor condition results in a tolerance-robust self-locking of the frequency-dependent impedances: the separation between the fundamental frequency and the harmonic band is established stably, without the need for switchable capacitor banks or switching logic.

Die Verteilung der Serienwicklungen auf alle drei Schenkel und der einheitliche Wicklungssinn führen zu einer phasengerechten magnetischen Kopplung der drei Phasen. Aufgrund der 120-Grad-Phasenlage heben sich Flussanteile im Kern teilweise auf. Das verringert die im Kern zu speichernde magnetische Energie und den wirksamen Spannungsabfall im Längszweig. Gleichzeitig sinkt der erforderliche Energiebeitrag des Querzweigs, weil der Kapazitätsstrom bei der Grundschwingung klein bleibt. Dadurch können die Querinduktivitäten mit geringeren Leiterquerschnitten und die Kapazitäten mit kleineren Werten ausgeführt werden. Die Leerlauf- und Teillast-Blindströme fallen dabei gering aus, und ein Abschalten der Kapazitäten ist in der Regel nicht erforderlich. Insgesamt resultieren daraus ein kompaktes Bauvolumen, geringere Verluste und eine marktfähige Lösung zur Reduktion von Netzrückwirkungen.The distribution of the series windings across all three legs and the uniform winding direction result in phase-matched magnetic coupling of the three phases. Due to the 120-degree phase angle, flux components in the core partially cancel each other out. This reduces the magnetic energy to be stored in the core and the effective voltage drop in the series branch. Simultaneously, the required energy contribution of the transverse branch decreases because the capacitance current remains small during the fundamental frequency. This allows the transverse inductances to be implemented with smaller conductor cross-sections and the capacitances with smaller values. The no-load and partial-load reactive currents are low, and switching off the capacitances is generally unnecessary. Overall, this results in a compact design, lower losses, and a marketable solution for reducing network disturbances.

Die Wirkung des Filters zeigt sich auch auf der Lastseite: Der nahezu blockförmige Ausgangsstrom führt zu niedrigen Rippelströmen in den internen Glättungskondensatoren des Verbrauchers und kann so deren thermische Belastung und Alterung reduzieren. Die Erfindung ist dabei nicht auf eine einzelne Detailausführung beschränkt. Alternativ zur Sternschaltung kann die kapazitive Energiespeicherung auch in Dreieck verschaltet werden, sofern die Spannungsfestigkeit angepasst ist. Bevorzugt ist jedoch die Sternschaltung mit definiertem Bezugspunkt. Ebenso können weitere Filterstufen oder ein zweiter Querzweig vorgesehen werden, um zusätzliche Frequenzbänder zu bedämpfen. Unabhängig von solchen Varianten bleibt der erfindungsgemäße Kern bestehen: die dreischenklige Verteilung der Serienwicklungen, die schenkelsymmetrische Kopplung aller drei Phasen, die ausgeprägte Wicklungs-Staffelung mit den angegebenen Verhältnissen und die Kapazitätsbedingung des Sternpunktpufferzweigs, durch die die genannten Zielkonflikte gleichzeitig und robust aufgelöst werden.The filter's effect is also evident on the load side: The nearly block-shaped output current results in low ripple currents in the load's internal smoothing capacitors, thus reducing their thermal stress and aging. The invention is not limited to a single detailed embodiment. As an alternative to the star connection, the capacitive energy storage can also be connected in a delta configuration, provided the voltage rating is appropriate. However, the star connection with a defined reference point is preferred. Similarly, additional filter stages or a second cross branch can be provided to attenuate additional frequency bands. Regardless of such variations, the core of the invention remains: the three-legged distribution of the series windings, the leg-symmetrical coupling of all three phases, the pronounced winding staggering with the specified ratios, and the capacitance condition of the star point buffer branch, which resolves the aforementioned conflicting objectives simultaneously and robustly.

BezugszeichenReference sign

110110
Dreiphasen-Oberschwingungs-NetzfilterThree-phase harmonic power line filter
120120
Erster FilterzweigFirst filter branch
122122
Zweiter FilterzweigSecond filter branch
124124
Dritter FilterzweigThird filter branch
130130
Dreischenkliger FilterkernThree-pronged filter core
132132
Erster Schenkel (des Filterkerns)First limb (of the filter core)
134134
Zweiter Schenkel (des Filterkerns)Second leg (of the filter core)
136136
Dritter Schenkel (des Filterkerns)Third limb (of the filter core)
150150
Kapazitive EnergiespeichereinrichtungCapacitive energy storage device
152152
Erster Anschluss (der kapazitiven Energiespeichereinrichtung)First connection (of the capacitive energy storage device)
154154
Zweiter Anschluss (der kapazitiven Energiespeichereinrichtung)Second connection (of the capacitive energy storage device)
156156
Dritter Anschluss (der kapazitiven Energiespeichereinrichtung)Third connection (of the capacitive energy storage device)
210210
Dreiphasen-Oberschwingungs-NetzfilterThree-phase harmonic power line filter
260260
Dreiphasen-Oberschwingungs-NetzfilterThree-phase harmonic power line filter
310310
Dreiphasen-Oberschwingungs-NetzfilterThree-phase harmonic power line filter
360360
Deriphasen-Oberschwingungs-NetzfilterDeriphase harmonic power line filter
410410
Dreiphasen-Oberschwingungs-NetzfilterThree-phase harmonic power line filter
460460
Dreiphasen-Oberschwingungs-NetzfilterThree-phase harmonic power line filter
510510
Dreiphasen-Oberschwingungs-NetzfilterThree-phase harmonic power line filter
CYCY
Kapazität (der kapazitiven Energiespeichereinrichtung)Capacity (of the capacitive energy storage device)
IND1IND1
Erste EingangsinduktivitätFirst input inductance
IND2IND2
Erste mittlere InduktivitätFirst medium inductance
IND3IND3
Erste AusgangsinduktivitätFirst output inductance
IND4IND4
Zweite EingangsinduktivitätSecond input inductance
IND5IND5
Zweite mittlere InduktivitätSecond middle inductance
IND6IND6
Zweite AusgangsinduktivitätSecond output inductance
IND7IND7
Dritte EingangsinduktivitätThird input inductance
IND8IND8
Dritte mittlere InduktivitätThird medium inductance
IND9IND9
Dritte AusgangsinduktivitätThird output inductance
IND10IND10
Erste QuerinduktivitätFirst transverse inductance
IND11IND11
Zweite QuerinduktivitätSecond transverse inductance
IND12IND12
Dritte QuerinduktivitätThird transverse inductance
kk
InduktivitätsverhältnisInductance ratio
L1L1
Erster FiltereingangFirst filter inlet
L2L2
Zweiter FiltereingangSecond filter inlet
L3L3
Dritter FiltereingangThird filter inlet
L11L11
Erster FilterausgangFirst filter output
L12L12
Zweiter FilterausgangSecond filter output
L13L13
Dritter FilterausgangThird filter output
LALA
Erste InduktivitätFirst inductance
LBαLBα
Zweite InduktivitätSecond inductor
LBβLBβ
Dritte InduktivitätThird inductance
LCLC
Vierte InduktivitätFourth inductor
N1N1
Wicklungszahl der ersten EingangsinduktivitätNumber of windings of the first input inductor
N2N2
Wicklungszahl der ersten mittlere InduktivitätNumber of turns of the first middle inductor
N3N3
Wicklungszahl der ersten AusgangsinduktivitätNumber of turns of the first output inductor
N4N4
Wicklungszahl der zweiten EingangsinduktivitätNumber of windings of the second input inductor
N5N5
Wicklungszahl der zweiten mittlere InduktivitätNumber of turns of the second middle inductor
NCNC
Wicklungszahl der zweiten AusgangsinduktivitätNumber of windings of the second output inductor
N7N7
Wicklungszahl der dritten EingangsinduktivitätNumber of windings of the third input inductor
NCNC
Wicklungszahl der dritten mittlere InduktivitätNumber of turns of the third middle inductor
N9N9
Wicklungszahl der dritten AusgangsinduktivitätNumber of turns of the third output inductor
N10N10
Wicklungszahl der ersten QuerinduktivitätNumber of turns of the first transverse inductance
N11N11
Wicklungszahl der zweite QuerinduktivitätNumber of turns of the second transverse inductance
N12N12
Wicklungszahl der dritten QuerinduktivitätNumber of turns of the third transverse inductor
NAN/A
Erste Wicklungszahl (Wicklungszahl der Eingangswicklung)First winding number (number of windings of the input winding)
NBNB
Ausgangsinduktivität (Summe aus N und N)Output inductance (sum of N and N )
NBαNBα
Zweite Wicklungszahl (Erste hintere Induktivität)Second number of windings (first rear inductor)
NBβNBβ
Dritte Wicklungszahl (Zweite hintere Induktivität)Third winding number (second rear inductor)
NCNC
Vierte Wicklungszahl (Wicklungszahl der Querwicklung)Fourth winding number (number of turns of the transverse winding)
rr
Wicklungsverhältniswinding ratio

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • WO 2006/048161 A1 [0010, 0038]WO 2006/048161 A1 [0010, 0038]

Claims (4)

Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510), aufweisend - einen ersten Filterzweig (120) zwischen einem ersten Filtereingang (L1) und einem ersten Filterausgang (L11), wobei der erste Filterzweig (120) eine erste Serienschaltung von drei Induktivitäten (IND1, IND2, IND3) aufweist, die zwischen den ersten Filtereingang (L1) und den ersten Filterausgang (L11) geschaltet sind, und die auf drei verschiedene Schenkel (132, 134, 136) eines dreischenkligen Filterkerns (130) gewickelt sind, - einen zweiten Filterzweig (122) zwischen einem zweiten Filtereingang (L2) und einem zweiten Filterausgang (L12), wobei der zweite Filterzweig (122) eine zweite Serienschaltung von drei Induktivitäten (IND4, IND5, IND6) aufweist, die zwischen den zweiten Filtereingang (L2) und den zweiten Filterausgang (L12) geschaltet sind, und auf drei verschiedene Schenkel (132, 134, 136) des dreischenkligen Filterkerns (130) gewickelt sind, - und einen dritten Filterzweig (124) zwischen einem dritten Filtereingang (L3) und einem dritten Filterausgang (L13), wobei der dritte Filterzweig (124) eine dritte Serienschaltung von drei Induktivitäten (IND7, IND8, IND9) aufweist, die zwischen den dritten Filtereingang (L3) und den dritten Filterausgang (L13) geschaltet sind, und die auf drei verschiedene Schenkel des dreischenkligen Filterkerns (130) gewickelt sind, wobei die Eingangsinduktivitäten (IND1, IND4, IND7) oder die Ausgangsinduktivitäten (IND3, IND6, IND9) der drei Filterzweige (120, 122, 124) auf unterschiedliche Schenkel (132, 134, 136) des dreischenkligen Filterkerns gewickelt sind, wobei der erste Filterzweig (120) eine erste Querinduktivität (IND10) umfasst, der zweite Filterzweig (122) eine zweite Querinduktivität (IND11) umfasst, und der dritte Filterzweig (124) eine dritte Querinduktivität (IND12) umfasst, wobei ein Knoten, an dem zwei Induktivitäten (IND1, IND2; IND2, IND3) der ersten Serienschaltung verbunden sind, über die erste Querinduktivität (IND10) mit einem ersten Anschluss (152) einer kapazitiven Energiespeichereinrichtung (150) gekoppelt ist, wobei ein Knoten, an dem zwei Induktivitäten (IND4, IND5; IND5, IND6) der zweiten Serienschaltung verbunden sind, über die zweite Querinduktivität (IND11) mit einem zweiten Anschluss (154) der kapazitiven Energiespeichereinrichtung (150) gekoppelt ist, wobei ein Knoten, an dem zwei Induktivitäten (IND7, IND8; IND8, IND9) der dritten Serienschaltung verbunden sind, über die dritte Querinduktivität (IND12) mit einem dritten Anschluss (156) der kapazitiven Energiespeichereinrichtung (150) gekoppelt ist, und wobei die drei Querinduktivitäten (IND10, IND11, IND12) auf jeweils einem verschiedenen der drei Schenkel des dreischenkligen Filterkerns angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Induktivitäten IND_i, i e [1;12] eine jeweilige Wicklungszahl Ni, i ∈ [1;12] aufweisen, wobei folgende Verhältnisse gelten: - N1/N8 > 8, - N1/N6 > 8, - N4/N2 > 8, - N4/N9 > 8, - N7/N5 > 8, - N7/N3 > 8, - N1/N10 > 2,5, - N4/N11 > 2,5, - N7/N12 > 2,5.Three-phase harmonic mains filter (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510), comprising: - a first filter branch (120) between a first filter input (L1) and a first filter output (L11), wherein the first filter branch (120) comprises a first series connection of three inductors (IND1, IND2, IND3) connected between the first filter input (L1) and the first filter output (L11), and wound on three different legs (132, 134, 136) of a three-leg filter core (130); - a second filter branch (122) between a second filter input (L2) and a second filter output (L12), wherein the second filter branch (122) comprises a second series connection of three inductors (IND4, IND5, IND6) connected between the second filter input (L2) and the second filter output (L12), and are wound on three different legs (132, 134, 136) of the three-legged filter core (130), - and a third filter branch (124) between a third filter input (L3) and a third filter output (L13), wherein the third filter branch (124) has a third series connection of three inductors (IND7, IND8, IND9) which are connected between the third filter input (L3) and the third filter output (L13), and which are wound on three different legs of the three-legged filter core (130), wherein the input inductances (IND1, IND4, IND7) or the output inductances (IND3, IND6, IND9) of the three filter branches (120, 122, 124) are on different legs (132, 134, 136) of the three-legged filter core, wherein the first filter branch (120) comprises a first transverse inductance (IND10), the second filter branch (122) comprises a second transverse inductance (IND11), and the third filter branch (124) comprises a third transverse inductance (IND12), wherein a node to which two inductances (IND1, IND2; IND2, IND3) of the first series connection are connected is coupled via the first transverse inductance (IND10) to a first terminal (152) of a capacitive energy storage device (150), wherein a node to which two inductances (IND4, IND5; IND5, IND6) of the second series connection are connected is coupled via the second transverse inductance (IND11) to a second terminal (154) of the capacitive energy storage device (150), wherein a node to which two inductances (IND7, IND8; IND8, IND9) of the third series circuit are connected, is coupled via the third transverse inductance (IND12) to a third terminal (156) of the capacitive energy storage device (150), and wherein the three transverse inductances (IND10, IND11, IND12) are each arranged on one of the three legs of the three-legged filter core, characterized in that the respective inductances IND_i, ie [1;12] have a respective number of turns N i , i ∈ [1;12], wherein the following ratios apply: - N 1 /N 8 > 8, - N 1 /N 6 > 8, - N 4 /N 2 > 8, - N 4 /N 9 > 8, - N 7 /N 5 > 8, - N 7 /N 3 > 8, - N 1 /N 10 > 2.5, - N 4 /N 11 > 2.5, - N 7 /N 12 > 2.5. Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungszahlen der drei Eingangsinduktivitäten (IND1, IND4, IND7) identisch sind, und/oder dass die Wicklungszahlen der drei Ausgangsinduktivitäten (IND3, IND6, IND9) identisch sind, und/oder dass die Wicklungszahlen der drei mittleren Induktivitäten (IND2, IND5, IND8) identisch sind, und/oder dass die Wicklungszahlen der drei Querinduktivitäten (IND10, IND11, IND12) identisch sind.Three-phase harmonic mains filter (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) according to Claim 1 , characterized in that the number of turns of the three input inductors (IND1, IND4, IND7) are identical, and/or that the number of turns of the three output inductors (IND3, IND6, IND9) are identical, and/or that the number of turns of the three middle inductors (IND2, IND5, IND8) are identical, and/or that the number of turns of the three transverse inductors (IND10, IND11, IND12) are identical. Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Wicklungszahlen Ni der drei Eingangsinduktivitäten (IND1, IND4, IND7) identisch sind und der ersten Wicklungszahl NA entsprechen, und dass die Wicklungszahlen der drei mittleren Induktivitäten (IND2, IND5, IND8) identisch sind und der zweiten Wicklungszahl N entsprechen, und dass die Wicklungszahlen der drei Ausgangsinduktivitäten (IND3, IND6, IND9) identisch sind und der dritten Wicklungszahl N entsprechen, und dass die Wicklungszahlen der drei Querinduktivitäten (IND10, IND11, IND12) identisch sind und der vierten Wicklungszahl NC entsprechen, wobei das Wicklungsverhältnis r definiert ist durch das Verhältnis NA/NC, wobei folgender Formelzusammenhang gilt: N B α = N C * r 3 4 2 . Three-phase harmonic mains filter (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) according to one of the Claims 1 or 2 , characterized in that the number of turns N i of the three input inductors (IND1, IND4, IND7) are identical and correspond to the first number of turns N A , and that the number of turns of the three middle inductors (IND2, IND5, IND8) are identical and correspond to the second number of turns N , and that the number of turns of the three output inductors (IND3, IND6, IND9) are identical and correspond to the third number of turns N , and that the number of turns of the three transverse inductors (IND10, IND11, IND12) are identical and correspond to the fourth number of turns N C , wherein the winding ratio r is defined by the ratio N A /N C , where the following formula relationship applies: N B α = N C * r 3 4 2 . Dreiphasen-Oberschwingungs-Netzfilter (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Induktivitäten der drei Eingangsinduktivitäten (IND1, IND4, IND7) identisch sind und der ersten Induktivität LA entsprechen, und dass die Induktivitäten der drei mittleren Induktivitäten (IND2, IND5, IND8) identisch sind und der zweiten Induktivität L entsprechen, und dass die Induktivitäten der drei Ausgangsinduktivitäten (IND3, IND6, IND9) identisch sind und der dritten Induktivität L entsprechen, und dass die Induktivitäten der drei Querinduktivitäten (IND10, IND11, IND12) identisch sind und der vierten Induktivität LC entsprechen, wobei die Kapazität der kapazitiven Energiespeichereinrichtung als CY bezeichnet wird, wobei folgender Formelzusammenhang gilt: C Y = 3 80 * 3 ω 01 2 * ( L A + L C ) , wobei ω01 die Kreisfrequenz der Netzgrundfrequenz bezeichnet.Three-phase harmonic mains filter (110; 210; 260; 310; 360; 410; 460; 510) according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the inductances of the three input inductors (IND1, IND4, IND7) are identical and correspond to the first inductance L A , and that the inductances of the three middle inductors (IND2, IND5, IND8) are identical and correspond to the second inductance L , and that the inductances of the three output inductors (IND3, IND6, IND9) are identical and correspond to the third inductance L , and that the inductances of the three Transverse inductances (IND10, IND11, IND12) are identical and correspond to the fourth inductance L C , where the capacitance of the capacitive energy storage device is referred to as C Y , where the following formula relationship applies: C Y = 3 80 * 3 ω 01 2 * ( L A + L C ) , where ω 01 denotes the angular frequency of the network's fundamental frequency.
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