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DE60109933T2 - Aktives filter und methode zur unterdrückung strom-harmonischer - Google Patents

Aktives filter und methode zur unterdrückung strom-harmonischer Download PDF

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DE60109933T2
DE60109933T2 DE60109933T DE60109933T DE60109933T2 DE 60109933 T2 DE60109933 T2 DE 60109933T2 DE 60109933 T DE60109933 T DE 60109933T DE 60109933 T DE60109933 T DE 60109933T DE 60109933 T2 DE60109933 T2 DE 60109933T2
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DE
Germany
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switch
current
switching
signal
switching gate
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DE60109933T
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DE60109933D1 (de
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Louis Cheng
Qihua Zhao
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Honeywell International Inc
Original Assignee
Honeywell International Inc
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Publication date
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Publication of DE60109933T2 publication Critical patent/DE60109933T2/de
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Classifications

    • 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
    • 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
    • H02M1/14Arrangements for reducing ripples from DC input or output
    • H02M1/15Arrangements for reducing ripples from DC input or output using active elements

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)
  • Networks Using Active Elements (AREA)

Description

  • VERWANDTE ANMELDUNG
  • Die Anmeldung erhebt gemäß 35 U. S. C. § 119(e) gegenüber der provisorischen US-Anmeldung Nr. 60/216,806, eingereicht am 7. Juli 2000, deren gesamter Inhalt hiermit zur Bezugnahme aufgenommen wird, Priorität.
  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft elektrische Stromoberwellenunterdrückung.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Mechanische Lasten, wie geschaltete Reluktanzmaschinen (SRMs), die durch Zerhacken eines Gleichstroms in intermittierende Pulse funktionieren, erzeugen große Mengen an Stromoberwellen, wodurch Erwärmung und andere Störungen hervorgerufen werden, welche sich negativ auf umliegende Geräte auswirken. Herkömmlicherweise wurden passive Kondensator-Induktor-Filter verwendet, um solche Stromoberwellen zu unterdrücken. Dieser herkömmliche Ansatz bei der Unterdrückung von Stromoberwellen ist jedoch aufgrund der großen Größe und des hohen Gewichts der erforderlichen Kondensatoren und Induktoren, insbesondere bei Hochleistungsanwendungen, mit Nachteilen verbunden. Ferner muss die herkömmliche passive Kondensator-Induktor-Filteranordnung entweder für eine bestimmte Grundfrequenz der Stromoberwellen ausgelegt oder darauf abgestimmt sein. Da viele mechanische Lasten über eine Bandbreite an Umdrehungen/Minute arbeiten, was zu einer Reihe von Grundfrequenzen für die resultierenden Stromoberwellen führt, kann die herkömmliche passive Kondensator-Induktor-Filteranordnung nicht einfach umgesetzt werden, um Stromoberwellen zu unterdrücken, die durch solche Geräte erzeugt werden.
  • JP 01 286770 A , veröffentlicht am 17. November 1989, offenbart eine Gleichstromquelle mit geringer Pulsation. Die Gleichstromquelle weist einen Halbleiterwandler, eine Drossel, einen Spannungsdetektor und einen aktiven Filter auf, um einer Last Leistung zuzuführen.
  • Der aktive Filter weist einen Regler auf, welcher die Spannungspulsation von der Stromquelle liest und ein Strombefehl-Schalt-Torsignal erzeugt, um einen Spannungsabfall über einen Induktor hinweg herbeizuführen, um Spannungspulsation auf der Sammelschiene zu beseitigen.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die oben genannten Nachteile der herkömmlichen Technik zur Unterdrückung von Stromoberwellen durch die Verwendung eines aktiven Filters beseitigt, welcher Stromoberwellen überwacht, die in einer Gleichstromsammelschiene vorhanden sind, und welcher eine kompensierende Stromwellenform erzeugt, die ungefähr gleich-aber-entgegengesetzt in Polarität zu den überwachten Stromoberwellen der Gleichstromsammelschiene ist. Der aktive Filter der vorliegenden Erfindung erzeugt die kompensierende Stromwellenform durch selektives und wiederholtes Aktivieren eines Schalters, welcher einen Energiespeicherkondensator entlädt, um Strom in die Gleichstromsammelschiene einzuspeisen, und eines Schalters, welcher über eine Drossel Stromobervellen von der Gleichstromsammelschiene einfängt. Die Frequenz, mit welcher der aktive Filter der vorliegenden Erfindung wiederholt den Schalter aktiviert, um den Energiespeicherkondensator zu entladen, ist ausreichend größer als die Grundfrequenz der Stromoberwellen, um die Größe des Energiespeicherkondensators zu minimieren, insbesondere bei Hochleistungsanwendungen. Weil der aktive Filter Schaltsignale erzeugt, um wiederholt den Energiespeicherkondensator zu entladen und Oberwellenstrom von der Gleichstromschiene als eine Funktion der überwachten Stromoberwellen einzufangen, ist er darüber hinaus bei einer großen Bandbreite an Grundfrequenzen für die Stromverzerrung anwendbar und somit für das Unterdrücken von Stromoberwellen geeignet, welche durch eine Reihe von Lastbedingungen erzeugt werden.
  • Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist eine Anordnung eines aktiven Filters zum Erzeugen eines kompensierenden Stroms zur Unterdrückung von Stromoberwellen in einer Gleichstromsammelschiene Folgendes auf: einen Energiespeicherkondensator, eine Drossel (d.h. einen Induktor), einen Regler und einen Schaltkreis. Der Regler empfängt eine Stromoberwellenmessung für die Gleichstromsammelschiene und gibt Schalt-Torsignale an den Schaltkreis als Funktion der Stromoberwellenmessung aus. Der Schaltkreis ist wirkungsmäßig mit dem Energiespeicherkondensator verbunden, um wiederholt den Energiespeicherkondensator auf der Grundlage von Schalt-Torsignalen aus dem Regler zu entladen, um Strom in die Gleichstromsammelschiene einzuspeisen. Der Schaltkreis ist ebenfalls wirkungsmäßig mit der Drossel verbunden, um wiederholt Stromoberwellen von der Gleichstromsammelschiene zur Erde einzufangen.
  • In einer Ausführungsform ist der Schaltkreis eine Halbbrücken-Wechselrichter-Konfiguration, welche zwei Schalter und zwei anti-parallele Dioden aufweist, die mit den Schaltern verbunden sind. In dieser Ausfüh rungsform ist die Ausgangsdrossel zwischen der Gleichstromsammelschiene und der Verbindungsstelle zwischen dem ersten und dem zweiten Schalter verbunden, und der Energiespeicherkondensator ist zwischen den zwei Enden des Halbbrücken-Wechselrichters verbunden. Wenn der erste Schalter durch den Filterregler auf einen EIN-Zustand eingestellt ist, entlädt der Energiespeicherkondensator, um Strom in die Gleichstromsammelschiene einzuspeisen. Wenn der zweite Schalter durch den Filterregler auf einen EIN-Zustand eingestellt ist, werden Stromoberwellen aus der Gleichstromsammelschiene eingefangen, um durch die Drossel zu erden. Wenn sowohl der erste als auch der zweite Schalter im AUS-Zustand sind, wird Energie, die in der Drossel gespeichert ist, über eine der anti-parallelen Dioden fließen, um den Energiespeicherkondenstor zu laden. Der Filterregler beschränkt die EIN-Dauer des ersten und des zweiten Schalters gemäß einem Schalt-Taktsignals. Durch die Verwendung eines Schalt-Taktsignals, das eine hohe Frequenz in Bezug zur Grundfrequenz der Stromoberwellen aufweist, wird der Filterregler den ersten und den zweiten Schalter während jeder Periode der Stromoberwellen wiederholt aktivieren, wodurch einem relativ kleinen Energiespeicherkondensator ermöglicht wird, ausreichend Strom während jeder Periode der Stromoberwellen zu entladen, um die Stromoberwellen annähernd zu versetzen.
  • In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erzeugt der Filterregler die Tor-Schaltsignale für den ersten und den zweiten Schalter durch Vergleichen einer dualen Hochfrequenz-Dreieckwelle, welche als Schalt-Taktsignal dient, mit einem Fehlersignal, welches den Unterschied zwischen der Stromoberwellenmessung und dem kompensierenden Strom anzeigt.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen hervorgehen.
  • Es zeigen:
  • 1 eine beispielhafte Ausführungsform eines aktiven Filters, welcher Stromoberwellen in einer Gleichstromsammelschiene gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung unterdrückt;
  • 2 eine Konfiguration eines aktiven Filters zum Unterdrücken von Stromoberwellen in einer Gleichstromsammelschiene gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 3 eine Konfiguration eines Filterreglers für den aktiven Filter, der in 2 dargestellt ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 4 eine Reihe von Wellenformen, welche die Wirkungsgrundsätze des aktiven Filters gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen; und
  • 5A und 5B die Reihe an Wellenformen, die in 4 dargestellt sind, im Detail, um die Wirkungsgrundsätze des aktiven Filters gemäß der vorliegenden Erfindung weiterhin darzustellen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • 1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines aktiven Filters 100 zum Unterdrücken von Stromoberwellen in einer Gleichstromschiene 300, die durch eine Oberwellenquelle 200, wie eine SRM, erzeugt werden, gemäß der vorliegenden Erfindung. Der aktive Filter 100 weist Folgendes auf: 1) einen Energiespeicherkondensator 103; 2) eine Ausgangsdrossel (d.h. einen Induktor) 104; 3) einen Schaltkreis 120; und 4) einen Filterregler 150. Wie in 1 zu sehen, ist die Ausgangsdrossel 104 zwischen dem Schaltkreis 120 und der Gleichstromsammelschiene 300 verbunden, der Schaltkreis ist verbunden, um Steuersignale vom Filterregler 150 zu empfangen, und beide Klemmen des Energiespeicherkondensators sind mit dem Schaltkreis 120 verbunden. Der Filterregler 150 empfängt Stromoberwellenmessungen von einem ersten Stromsensor 10, nachdem die Gleichstromkomponente des gemessenen Stroms entfernt wurde (nicht in 1 dargestellt), um die Stromoberwellen in der Gleichstromsammelschiene 300 zu überwachen. Der Filterregler 150 empfängt auch Messungen kompensierenden Stroms von einem zweiten Stromsensor 20.
  • Bei der in 1 dargestellten Konfiguration überwacht der Filterregler 150 Stromoberwellen, die in der Gleichstromsammelschiene 300 vorhanden sind, und erzeugt Schalt-Torsignale als Funktion der Stromoberwellenmessungen, um wiederholt den Schaltkreis 120 zu aktivieren, um den Energiespeicherkondensator 103 zu entladen, um Strom in die Gleichstromsammelschiene einzuspeisen, und um wiederholt den Schaltkreis 120 zu aktivieren, um Stromoberwellen aus der Gleichstromsammelschiene über die Ausgangsdrossel 104 einzufangen, wodurch ein kompensierender Strom erzeugt wird, der ungefähr gleich-aber-entgegengesetzt in Polarität zu den Stromoberwellen ist. Dieser Vorgang wird aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung deutlicher hervorgehen.
  • 2 zeigt eine Konfiguration des aktiven Filters 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Wie in 2 dargestellt, weist der Schaltkreis 120 einen ersten Schalter 122a und einen zweiten Schalter 122b auf, welche N-Kanal bipolare Transistoren mit isoliertem Tor (IGBT) in der in 2 dargestellten Ausführungsform sind. Für den ersten Schalter 122a ist der Kollektor mit einer ersten Klemme des Energiespeicherkondensators 103 verbunden, der Sender ist mit dem Kollektor des zweiten Schalters 122b und der Ausgangsdrossel 104 verbunden, und das Tor ist verbunden, um erste Schalter-Torsignale 156a vom Filterregler 150 zu empfangen. Für den zweiten Schalter 122b ist der Sender mit der Erde verbunden, der Kollektor ist mit dem Sender des ersten Schalters 122a und der Ausgangsdrossel 104 verbunden, und das Tor ist verbunden, um zweite Schalter-Torsignale 156b vom Filterregler 150 zu empfangen. Der Schalterkreis 120 weist ferner ein Paar anti-paralleler Dioden 124a, 124b auf. Die Anode der ersten anti-parallelen Diode 124a ist mit dem Sender des ersten Schalters 122a verbunden und die Kathode der ersten Diode 124a ist mit dem Kollektor des ersten Schalters 122a verbunden. Die Anode der zweiten Diode 124b ist mit dem Sender des zweiten Schalters 122b und die Kathode der zweiten Diode 124b mit dem Kollektor des zweiten Schalters 122b verbunden. Somit ist der Schaltkreis 120, der gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt ist, als Halbbrücken-Wechselrichter konfiguriert.
  • Der Filterregler 150 gibt das erste und das zweite Schalter-Torsignal 156a, 156b an den ersten bzw. den zweiten Schalter 122a, 122b aus. Wie weiter unten detaillierter beschrieben werden wird, erzeugt der Filterregler 150 das erste und das zweite Schalter- Torsignal 156a, 156b als Funktion von Stromoberwellenmessungen aus dem ersten Stromsensor 10 und von Messungen kompensierenden Stroms aus dem zweiten Stromsensor 20. Wie in 2 gezeigt, wird zwischen dem ersten Stromsensor 10 und dem Filterregler 150 ein Gleichstromentfernungskreis 12 bereitgestellt, um die Wechselstromkomponente (d.h. Oberwellen) des vom ersten Stromsensor 10 gemessenen Stroms zu extrahieren. Der Gleichstromentfernungskreis 12 weist eine Tiefpassfilterschleife 14 auf, welche die Gleichstromkomponente des vom ersten Stromsensor 10 gemessenen Stroms einem Kombinator 16 zuführt, welcher auch direkt den gemessenen Strom empfängt, wodurch die Gleichstromkomponente davon entfernt wird.
  • Bei der in 2 dargestellten Schaltkreiskonfiguration entlädt – wenn das erste Schalt-Torsignal 156a den ersten Schalter 122a in einen EIN-Zustand setzt – der Energiespeicherkondensator 103, um Strom in die Gleichstromsammelschiene 300 einzuspeisen. Andererseits werden – wenn das zweite Schalt-Torsignal 156b den zweiten Schalter 122b in einen EIN-Zustand setzt – Stromoberwellen aus der Gleichstromsammelschiene 300 gefangen, um durch die Ausgangsdrossel 104 zu erden.
  • Wenn sowohl der erste als auch der zweite Schalter 122a, 122b AUS sind, wird Energie, die in der Ausgangsdrossel 104 gespeichert ist, über die erste anti-parallele Diode 124a hinweg fließen, um den Energiespeicherkondensator 103 zu laden. Wie detaillierter unten beschrieben werden wird, beschränkt der Filterregler 150 die EIN-Dauer des ersten und des zweiten Schalters 122a, 122b gemäß einem Schalt-Taktsignal, welches eine hohe Frequenz in Bezug zur Grundfrequenz der Stromoberwellen aufweist, wodurch der erste und der zweite Schalter 122a, 122b wiederholt in den EIN-Zustand während jeder Periode der Stromoberwellen gesetzt werden und wodurch somit ermöglicht wird, dass der Energiespeicherkondensator 103 relativ klein ist, während er noch immer ausreichend kompensierenden Strom entlädt.
  • 3 zeigt eine beispielhafte Konfiguration des Filterreglers 150. Der Filterregler 150 weist einen Kombinator 152 auf, der die Stromoberwellenmessung aus dem ersten Stromsensor 10 (über den Gleichstromentfernungskreis 12) und die Messung des kompensierenden Stroms aus dem zweiten Stromsensor 20 kombiniert, um ein Fehlersignal zu erzeugen. Der aktive Filterregler 150 weist darüber hinaus eine erste Vergleichsvorrichtung 154a und eine zweite Vergleichsvorrichtung 154b auf, um das erste und das Zweite Schalt-Torsignal 156a bzw. 156b zu erzeugen. Der positive Eingang der ersten Vergleichsvorrichtung 154a empfängt das Fehlersignal vom Kombinator 152, und der negative Eingang der ersten Vergleichsvorrichtung 154a empfängt ein Schalt-Taktsignal, welches die Dauer eines EIN-Zustands für die ersten Schalt-Torsignale 156a begrenzt. Der negative Eingang der zweiten Vergleichsvorrichtung 154b empfängt das Fehlersignal, das von der Addiervorrichtung 152 ausgegeben wird, und der positive Eingang der zweiten Vergleichsvorrichtung 154b empfängt das Schalt-Taktsignal, welches die Dauer eines EIN-Zustands der zweiten Schalt-Torsignale 156b begrenzt. Das in der Ausführungsform von 3 dargestellte Schalt-Taktsignal ist eine duale Dreieckwellenform (DTW).
  • Die Schaltfrequenz des Schaltkreises 120 ist eine Funktion der DTW-Frequenz, welche vorrangig die Filterungsbandbreite des aktiven Filters 100 bestimmt. Die Filterungsbandbreite des aktiven Filters 100 wird bei höheren Schaltfrequenzen des Schaltkreises 120 höher sein. Oberwellen, die in der Gleichstromsammelschiene 300 durch Hochfrequenzschalten des Schaltkreises 120 erzeugt werden, können einfach unter Verwendung eines kleinen Kondensators (nicht dargestellt) gefiltert werden. Durch Verwendung der DTW als Schalt-Taktsignal in der Ausführungsform von 3, wird Schaltungsverlust reduziert (z.B. im Vergleich zur Verwendung einer einzelnen Dreieckwellenform als Schalt-Taktsignal), da das Schalten durch den Schaltkreis 120 unterdrückt werden wird, wenn das Fehlersignal aus dem Kombinator 152 klein ist. Obwohl ein DTW-Schalt-Taktsignal in der in 3 dargestellten Ausführungsform verwendet wird, sollte erkannt werden, dass andere Schalttechniken, z.B. ein Hysterese-Schaltverfahren oder ein Schaltverfahren unter Verwendung einer einzelnen Dreieckwellenform, verwendet werden können.
  • Bei der Konfiguration des in 3 dargestellten Filterreglers 150 gibt die erste Vergleichsvorrichtung 154a ein erstes Schalt-Torsignal 156a für den EIN-Zustand aus, wenn das Fehlersignal größer als das Schalt-Taktsignal ist (d.h. wenn die Stromoberwellenmessung größer als der kompensierende Strom und das Fehlersignal größer als das Schalt-Taktsignal ist).
  • Andererseits gibt die zweite Vergleichsvorrichtung 154a ein zweites Schalt-Torsignal 156b für den EIN-Zustand aus, wenn das Fehlersignal geringer als das Schalt-Taktsignal ist (d.h. wenn die Stromoberwellen geringer als der kompensierende Strom sind und wenn das Fehlersignal geringer als das Schalt-Taktsignal ist). Die Schalt-Torsignale 156a, 156b, die von der ersten und der zweiten Vergleichsvorrichtung 154a, 154b ausgegeben werden, werden nicht gleichzeitig in einem EIN-Zustand sein. Um die Dauer des EIN-Zustands der Schalt-Torsignale 156a, 156b effektiv zu begrenzen, wird den Fachleuten klar sein, dass die Spitzenamplitude des Schalt-Taktsignals größer eingestellt wird als die mediane Amplitude des Fehlersignals. Die Frequenz des Schalt-Taktsignals, fst, ist vorzugsweise in Bezug auf die Grundfrequenz der Stromoberwellen, fch, hoch, wodurch dem Energiespeicherkondensator 103 ermöglicht wird, während jeder Periode der Stromoberwellen wiederholt zu laden und zu entladen, so dass die Größe des Energiespeicherkondensators 103 minimiert werden kann. Zum Beispiel kann fst ein Vielfaches von fch sein, z.B. fst 10 × fch für einen Nominalwert fch der Oberwellenquelle 200.
  • Als nächstes wird der Betrieb der in 1 bis 3 dargestellten Ausführungsform des aktiven Filters 100 unter Bezugnahme auf die in 4 und 5A–B gezeigten Wellenformen erklärt. Zunächst ist festzustellen, dass die Wellenformen von 4 und 5A–B lediglich bereitgestellt werden, um Grundsätze der vorliegenden Erfindung darzulegen und daher nicht als Einschränkung des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung auszulegen sind. Die Wellenformen von 4 und 5A–B basieren auf folgenden Parametern/Werten: (1) Grundfrequenz der Stromoberwellen von 12,6 kHz (entspricht einer Gleichstrompulszerhackrate von 12,6 kHz, die von der Last ausgeführt wird); (2) ein Energiespeicherkondensator mit 120 F; (3) eine Ausgangsdrossel mit 5 H; und (3) ein DTW-Schalt-Taktsignal mit einer 9 Amp Spitzenamplitude und einer Frequenz von 100 kHz. Die in 4 und 5A–B gezeigten Wellenformen gelten für das Zeitintervall von 4,80 bis 5,0 Millisekunden. Es ist festzustellen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese spezifischen Werte beschränkt ist, welche in Abhängigkeit von der praktischen Anwendung der hierin beschriebenen erfinderischen Konzepte variieren werden.
  • 4 zeigt: den Laststrom (Wellenform (a)), der von der Oberwellenquelle 200 abgezogen wird; die erzeugten Stromoberwellen (Wellenform (b)); den kompensierenden Strom (Wellenform (c)), der vom aktiven Filter 100 gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung erzeugt wird; das Fehlersignal (Wellenform (d)), das von der ersten und der zweiten Vergleichsvorrichtung 154a, 154b verwendet wird, um das erste bzw. das zweite Schalt-Torsignal 156a, 156b zu erzeugen; das DTW-Schalt-Taktsignal (Wellenform (e)); und das erste und das zweite Schalt-Torsignal 156a, 156b (Wellenform (f)). 5A zeigt die Wellenformen (a), (b) und (c) detaillierter, so dass die beispielhaften Stromwerte der vertikalen Achse (in Ampere) zu sehen sind. 5B zeigt die Wellenformen (d), (e) und (f) detaillierter, so dass die beispielhaften Stromwerte der vertikalen Achse (in Ampere) zu sehen sind, um die Zeitsteuerung des ersten und des zweiten Schalt-Torsignals 156a, 156b zu zeigen, welche durch den Filterregler 150 in Bezug auf den Zustand des Fehlersignals erzeugt werden.
  • Wie anhand der Wellenformen (d) und (f) in 4 und 5B zu sehen ist, wird das erste Schalt-Torsignal 156a wiederholt in den EIN-Zustand geschaltet, wenn das Fehlersignal größer als null ist. Somit wird der erste Schalter 122a wiederholt auf EIN geschaltet, um Strom aus dem Energiespeicherkondensator 103 über den ersten Schalter 122a und die Ausgangsdrossel 104 zu entladen, um negativen Oberwellenstrom zu versetzen (d.h. wenn Stromoberwellen zur Oberwellenquelle 200 fließen). Wie ebenfalls in 4 und 5B zu sehen ist, wird das zweite Schalt-Torsignal 156b wiederholt in den EIN-Zustand geschaltet, wenn das Fehlersignal geringer als null ist. Somit wird der zweite Schalter 122b des Schaltkreises 120 wiederholt auf EIN geschaltet, um positive Stromoberwellen zu fangen, um durch die Drossel 104 zu erden (d.h. wenn die Stromoberwellen von der Oberwellenquelle 200 wegfließen).
  • Wie aus den Wellenformen von 4 und 5B hervorgeht, reagieren die EIN-Zustände des ersten und des zweiten Schalt-Torsignals 156a, 156b auf Änderungen in der Polarität der Stromoberwellen, so dass der erzeugte kompensierende Strom sich automatisch an Änderungen in der Frequenz und/oder Amplitude der Stromoberwellen anpasst, um einen in Bezug auf die Polarität ungefähr gleichen-aber-entgegengesetzten kompensierenden Strom zu erzeugen. Somit reagiert der aktive Filter 100 gemäß der vorliegenden Erfindung auf Änderungen im Betriebszustand der Oberwellenquelle 200, um über eine große Bandbreite von fch effektiv zu sein.
  • Die zuvor gemachten Angaben stellen lediglich die Grundsätze der Erfindung dar. Es wird geschätzt werden, dass Fachleute in der Lage sein werden, verschiedene Anordnungen zu schaffen, welche, obwohl sie nicht ausdrücklich hierin beschrieben oder gezeigt werden, den Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung verkörpern. Zum Beispiel werden Fachleute erkennen, dass, obwohl eine beispielhafte Konfiguration eines Schaltkreises 120 oben detailliert mit einem Paar IGBT dargestellt wurde, andere Schaltanordnungen möglich sind, z.B. unter Verwendung von BJT-Transistoren, MOSFET usw. Ferner wird Fachleuten klar sein, dass – obwohl eine in 3 dargestellte beispielhafte Konfiguration eines Filterreglers 150 unter Verwendung einer gänzlich analogen Schaltung ausgeführt werden kann – der Filterregler 150 auf andere Arten ausgeführt werden kann, z.B. unter Verwendung einer gänzlich digitalen Schaltung oder einer Kombination aus digitaler und analoger Schaltung. Diese und andere Modifikationen an der spezifisch offenbarten Ausführungsform können von Fachleuten durchgeführt werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung, der von den Ansprüchen definiert wird, abzuweichen.

Claims (10)

  1. Aktiver Oberwellenfilter (100), der einen kompensierenden Strom erzeugt, um Stromoberwellen in einer Gleichstromsammelschiene (300) zu unterdrücken, wobei der Filter Folgendes aufweist: einen Energiespeicherkondensator (103); eine Drossel (104); einen Regler (150), der eine Stromoberwellenmessung für die Gleichstromsammelschiene (300) empfängt und Schalt-Torsignale (156a, 156b) gemäß der Stromoberwellenmessung erzeugt; und einen Schaltkreis (120), der die Schalt-Torsignale (156a, 156b) empfängt, wobei der Schaltkreis (120) wirkungsmäßig mit dem Energiespeicher-Kondensator (103) und der Drossel (104) verbunden ist, um wiederholt den Energiespeicher-Kondensator (103) zu entladen, um Strom in die Gleichstromsammelschiene (300) einzuspeisen und um Oberwellenstrom von der Gleichstromsammelschiene (300) wiederholt einzufangen, wodurch ein kompensierender Strom erzeugt wird, der zur Stromoberwellenmessung ungefähr gleich-aber-entgegengesetzt in Polarität ist.
  2. Erfindung nach Anspruch 1, wobei der Regler (150) ein erstes Schalt-Torsignal (156a) und ein zweites Schalt-Torsignal (156b) erzeugt, und wobei der Schaltkreis (120) einen ersten Schalter (122a), der das erste Schalt-Torsignal (156a) empfängt und wirkungsmäßig mit dem Energiespeicherkondensator (103) verbunden ist, um den Energiespeicherkondensator (103) selektiv zu entladen, und einen zweiten Schalter (122b) aufweist, welcher das zweite Schalt-Torsignal (156b) empfängt und mit der Drossel (104) wirkungsmäßig verbunden ist, um der Gleichstromsammelschiene (300) über die Drossel (104) selektiv Strom zu entziehen.
  3. Erfindung nach Anspruch 2, wobei der erste und der zweite Schalter (122a, 122b) Transistoren sind.
  4. Erfindung nach Anspruch 3, wobei der erste und der zweite Schalter (122a, 122b) bipolare Transistoren mit isoliertem Tor sind, der Sender des ersten Schalters (122a) mit dem Kollektor des zweiten Schalters (122b) verbunden ist, das Tor des ersten Schalters (122a) mit dem Regler (150) verbunden ist, um das erste Schalt-Torsignal (156a) zu empfangen, der Sender des zweiten Schalters (122b) mit der Erde verbunden ist, das Tor des zweiten Schalters (122b) mit dem Regler (150) verbunden ist, um das zweite Schalt-Torsignal (156b) zu empfangen, der Energiespeicherkondensator (103) zwischen dem Kollektor des ersten Schalters (122a) und der Erde verbunden ist, und die Drossel (104) zwischen der Gleichstromsammelschiene (300) und dem Sender des ersten Schalters (122a) verbunden ist.
  5. Erfindung nach Anspruch 4, wobei der Schaltkreis (120) ferner eine erste Diode (124a), die eine Anode, die mit dem Sender des ersten Schalters (122a) verbunden ist, und eine Kathode aufweist, die mit dem Kollektor des ersten Schalters (122a) verbunden ist, und eine zweite Diode (124b) aufweist, wobei die zweite Diode (124b) eine Anode, die mit dem Sender des zweiten Schalters (122b) verbunden ist, und eine Kathode aufweist, die mit dem Kollektor des zweiten Schalters (122b) verbunden ist, und wobei, wenn der erste und der zweite Schalter (122a, 122b) in einem AUS-Zustand sind, Energie, die in der Drossel (104) gespeichert ist, den Energiespeicherkondensator (103) über die erste Diode (124a) lädt.
  6. Erfindung gemäß Anspruch 1, wobei der Regler (150) den kompensierenden Strom überwacht, ein Fehlersignal erzeugt, das einen Unterschied zwischen der Stromoberwellenmessung und dem kompensierenden Strom anzeigt, und die Schalt-Torsignale (156a, 156b) als eine Funktion des Fehlersignals erzeugt.
  7. Erfindung nach Anspruch 6, wobei der Regler (150) ein erstes Schalt-Torsignal (156a) und ein zweites Schalt-Torsignal (156b) erzeugt, und wobei der Schaltkreis (120) einen ersten Schalter (122a), der das erste Schalt-Torsignal (156a) empfängt und wirkungsmäßig mit dem Energiespeicherkondensator (103) verbunden ist, um den Energiespeicherkondensator (103) selektiv zu entladen, und einen zweiten Schalter (122b) aufweist, der das zweite Schalt-Torsignal (156b) empfängt und mit der Drossel (104) wirkungsmäßig verbunden ist, um der Gleichsammelschiene (300) über die Drossel (104) selektiv Strom zu entziehen, und wobei der Regler (150) eine erste Vergleichsvorrichtung (154a), welche das Fehlersignal mit einem Schalt-Taktsignal vergleicht, um das erste Schalt-Torsignal (156a) zu erzeugen, und eine zweite Vergleichsvorrichtung (154b) aufweist, welche das Fehlersignal mit dem Schalt-Taktsignal vergleicht, um das zweite Schalt-Torsignal (156b) zu erzeugen.
  8. Erfindung nach Anspruch 7, wobei die erste Vergleichsvorrichtung (154a) ein EIN-Signal des ersten Schalt-Torsignals (156a) erzeugt, wenn das Fehlersignal größer als das Schalt-Taktsignal ist, und wobei die zweite Vergleichsvorrichtung (154b) ein EIN-Signal des zweiten Schalt-Torsignals (156b) erzeugt, wenn das Fehlersignal kleiner als das Schalt-Taktsignal ist.
  9. Erfindung nach Anspruch 7, wobei das Schalt-Taktsignal eine duale Dreieckwellenform aufweist.
  10. Erfindung nach Anspruch 7, wobei das Schalt-Taktsignal eine Frequenz aufweist, die größer als eine Grundfrequenz der Stromoberwellenmessung ist.
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