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EP2281341A1 - Verlustbehaftetes dreiphasiges tiefpassfilter - Google Patents

Verlustbehaftetes dreiphasiges tiefpassfilter

Info

Publication number
EP2281341A1
EP2281341A1 EP09757344A EP09757344A EP2281341A1 EP 2281341 A1 EP2281341 A1 EP 2281341A1 EP 09757344 A EP09757344 A EP 09757344A EP 09757344 A EP09757344 A EP 09757344A EP 2281341 A1 EP2281341 A1 EP 2281341A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pass filter
lossy
filter
low
damping element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09757344A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert Schierling
Benno Weis
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of EP2281341A1 publication Critical patent/EP2281341A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/12—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output
    • H02M1/126—Arrangements for reducing harmonics from ac input or output using passive filters
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H1/00—Constructional details of impedance networks whose electrical mode of operation is not specified or applicable to more than one type of network

Definitions

  • the invention relates to a lossy three-phase low-pass filter according to the preamble of claim 1 or 2.
  • Such a sine-wave filter usually consists of a filter choke and a filter capacitor, which are switched as LC low-pass filter. These filter elements are tuned such that a corner frequency of this sine-wave filter is between a maximum occurring fundamental frequency and a switching frequency of the frequency converter.
  • LC low pass filters have a resonant frequency. If such a filter is excited in the vicinity of this resonance frequency, this excitation is amplified very quickly. This excitation may be due to mains harmonics or harmonics of a frequency converter connected to a network.
  • a low-pass filter is designed so that no excitation occurs near the resonance frequency. Since suggestions can not be completely ruled out, damping resistors are provided as damping elements which keep an occurring resonance peak within tolerable limits. However, one must reckon with these damped low-pass filters with an increased power loss. These LC low-pass filters, in particular lossy low-pass filters, are used as line filters or as output sine filters in frequency converters. Low-pass filters having the described problem can be recognized by the fact that the effective value of a capacitor current in the case of excitation in the resonance is greater in these than in normal operation.
  • FIG. 1 shows a load-side converter 2, in particular an inverter, of a frequency converter (not shown in full) with an output sine-wave filter 4 (FIG. 1 of EP 0 682 401 B1).
  • the connection point of these two capacitors 8 and 10 forms a so-called center point (neutral point) NP.
  • the inputs of the output sine-wave filter 4 are connected.
  • As output sine filter 4 a lossy LC low-pass filter is provided.
  • This lossy three-phase low-pass filter 4 has a filter choke 18 and a filter capacitor 20 per phase. These filter capacitors 20 are electrically connected in star. In each case, a connection point of a filter choke 18 with a filter capacitor 20 forms an output terminal 22, 24 and 26 of the output sine filter 4. At these output terminals 22, 24 and 26, a three-phase load 28, in particular an electric motor, connected.
  • FIG. 2 shows a block diagram of a generic lossy three-phase low-pass filter 30 is shown.
  • This low-pass filter 30 is known from EP 0 682 402 B2, in particular from FIG. 1 of this patent.
  • This lossy three-phase low-pass filter 30 differs from the low-pass filter 4 according to FIG. 1 in that one damping element 32 is electrically connected in series with each other a filter capacitor 20 is connected. As damping element 32, an ohmic resistance is provided in each case. By means of these damping elements 32, the rms values of the capacitor currents are damped in the event of excitation in the resonance.
  • ohmic resistors as attenuation elements 32 has the disadvantage that at low resonance excitation of the low-pass filter 30, the attenuation is less effective. With large excitation not only increases the damping effect, but also increase the loss losses square with the capacitor current. These losses are greater, the more attenuation is to act.
  • the invention is based on the object of developing a lossy low-pass filter in such a way that the losses are reduced without reducing the effect of the damping.
  • two diodes are respectively provided as a damping element, which are connected on the one hand antiparallel and on the other hand are arranged in a 6-pulse bridge circuit.
  • an ohmic resistance as a damping element can be replaced by two diodes connected in antiparallel.
  • a 6-pulse diode bridge circuit is provided as a damping element whose DC-side connections are electrically connected to each other by means of a short-circuit current path.
  • This alternative embodiment does not differ in effect from the first embodiment.
  • the alternative embodiment has the advantage that these diodes which are connected in a 6-pulse bridge circuit are commercially available as a six-pack module. By means of such a module, the diodes can be cooled very effectively.
  • a damping element in particular an ohmic resistor, is arranged in the DC-side short-circuit current path of the 6-pulse bridge circuit of the diodes.
  • the damping effect of the damping element is increased as a function of the value of the ohmic resistance.
  • a consumption in particular a fan
  • this fan can be used for cooling the lossy three-phase low-pass filter and / or for cooling converter valves of a frequency converter to whose outputs the lossy low-pass filter is connected.
  • a switching power supply is provided as the load in the short-circuit current path of the 6-pulse bridge circuit of the diodes as a damping element, with in which the resulting damping energy is fed back into a DC link of a frequency converter to whose outputs this lossy low-pass filter is connected.
  • the 6-pulse bridge circuit of the diodes as a damping element of the low-pass filter, a filter, in particular a band-stop filter upstream.
  • the current in the 6-pulse diode bridge circuit is limited to frequency components which are in the range of the resonance frequency of the low-pass filter.
  • This has the advantage that only the frequency components of the capacitor current of the lossy low-pass filter are attenuated, which can oscillate to resonance.
  • the current load of the diodes of the 6-pulse diode bridge circuit decreases significantly, whereby diodes can be used with a lower current load. This not only reduces the space requirement of the damping elements, but also their price.
  • FIG. 1 shows a block diagram of a part of a
  • FIG 2 shows a block diagram of a part of a
  • Inverter with a known lossy output sine filter in which 3 shows a first embodiment of a lossy three-phase low-pass filter according to the invention as an output sine filter of a frequency converter, wherein in the
  • FIGS. 5 to 8 each show an advantageous embodiment of the alternative embodiment of the low-pass filter according to the invention according to FIG. 4.
  • FIG. 3 shows a first embodiment of a lossy three-phase low-pass filter 34 according to the invention.
  • This lossy three-phase low-pass filter 34 is also connected on the input side to output-side terminals 12, 14 and 16 of the load-side converter 2 of a frequency converter. At the output terminals 22, 24 and 26 of this low-pass filter 34, a three-phase load 28 is connected.
  • This embodiment of the lossy three-phase low-pass filter 34 according to the invention differs from the embodiment of a known lossy three-phase low-pass filter 30 according to FIG. 2 in that two diodes 36 and 38 are provided as attenuation element 32 instead of an ohmic resistor, which are connected in antiparallel. By using anti-parallel connected diodes 36 and 38 as damping elements 32, appreciable damping already takes place when a small filter current flows.
  • the damping is also as in the known embodiment with resistors as
  • Damping elements 32 current-dependent, the losses increase linearly with the excitation and no longer square as the resistance as a damping element 32.
  • Lower power dissipation in the filter 34 also means that the elements of the filter 34 must be cooled less. In addition, this allows a more compact design of the lossy low-pass filter 34. That is, such a filter according to the invention 34 can be easily accommodated in a frequency converter.
  • FIG. 4 shows an alternative embodiment of a lossy three-phase low-pass filter 34 according to the invention.
  • two diodes 36 and 38 are used in each case as a damping element 32, which are arranged opposite to the embodiment of Figure 3 but not antiparallel to each other.
  • these diodes 36 and 38 are electrically connected in series.
  • three series circuits are thus produced which are electrically connected in parallel on the DC voltage side.
  • the two terminals 40 and 42 of this parallel circuit are electrically connected to each other by means of a short-circuit current path 44.
  • This parallel connection of three series circuits each of two diodes 36 and 38 is similar to a 6-pulse bridge circuit, in particular a 6-pulse diode rectifier whose DC side terminals 40 and 42 are short-circuited by means of a DC voltage line.
  • This alternative embodiment has the same effect as the embodiment of the inventive filter 34 according to FIG. 3. The advantage of these alternatives
  • Embodiment is that for the attenuation elements 32 of a three-phase lossy low-pass filter 34 commercially available diode modules in six-pack design can be used. These modules take up less space than single diodes. In addition, the diodes in this six-pack module are cooled more effectively, and mounting such a module is also simplified.
  • FIG. 5 schematically illustrates an advantageous embodiment of the alternative embodiment of the three-phase lossy low-pass filter 34 according to the invention.
  • This advantageous embodiment differs from the embodiment according to FIG. 4 in that in the brief description circuit current path 44 between the two terminals 40 and 42 of the 6-pulse diode bridge circuit, a damping element is arranged.
  • an ohmic resistor 46 is provided in this embodiment, to which a capacitor 48 is electrically connected in parallel.
  • the capacitor 48 smoothes a voltage Ul present at the terminals 40 and 42 of the 6-pulse diode bridge circuit and also limits them. For these reasons, the capacitor 48 is also referred to as a smoothing capacitor.
  • the lossy three-phase low-pass filter according to the invention 34 according to FIG 4 is provided as a damping element in the short-circuit current path 44 of the 6-pulse Dion bridge circuit, an electrical load 50, in particular a fan.
  • an electrical load 50 in particular a fan.
  • the power loss of the lossy three-phase low-pass filter 34 is not converted into heat and released into the ambient air, but used to drive a fan. That is, the power loss is usefully used.
  • a forced-cooling system requires a fan which must be supplied with a supply voltage. This supply voltage is provided by the drive or derived from a utility grid. In this further advantageous embodiment, this supply voltage is covered by the power loss of the attenuation elements 32 of the lossy low-pass filter 34.
  • Embodiment of the inventive lossy three-phase low-pass filter 34 of Figure 4 is shown in more detail in FIG.
  • This further advantageous embodiment differs from the further advantageous embodiment according to FIG. 6 in that a switching power supply is provided as the electrical load 50 of the damping element in the short-circuit current path 44 of the 6-pulse diode bridge circuit.
  • Each of the two outputs 52 and 54 of this switched-mode power supply is connected to a DC-side terminal 56 and 58 of the load-side converter 2 of a frequency converter, to whose output-side terminals 12, 14 and 16 this lossy three-phase low-pass filter 34 is connected.
  • a switching power supply as an electrical load 50 as a damping element of the short-circuit current path 44 of the 6-pulse diode bridge circuit, the damping energy can be fed back into the DC bus 6 of the frequency.
  • an input voltage Ul which decreases at the smoothing capacitor 48, can be regulated.
  • An easy way is to set a predetermined value for this input voltage Ul of the switching power supply. If the exciting currents in the filter capacitors 20 are small and thus the filter excitation is small, less damping energy is fed back. Are the filter currents and thus the filter excitation large, so much energy is fed back. In this way, this further advantageous embodiment of the alternative embodiment of the lossy three-phase low-pass filter 34 according to the invention according to FIG. 4 offers the possibility of being able to set a desired attenuation in a selectable manner.
  • FIG. 8 shows a further advantageous embodiment of the alternative embodiment of the lossy three-phase low-pass filter 34 according to the invention according to FIG. 4.
  • This embodiment differs from the embodiment according to FIG. 7 in that a filter 60 is connected upstream of the 6-pulse diode bridge circuit.
  • a band-stop filter is provided as filter 60.
  • This band-stop filter 60 has in each case a filter capacitor 62 and a filter choke 64, which are electrically connected in parallel. These three parallel circuits are electrically connected in delta. Alternatively, a star connection would be possible.
  • the terminals 66, 68 and 70 of this band-stop filter 60 are electrically connected to AC-side terminals 72, 74 and 76 of each series connection of two diodes 36 and 38, to each of which a terminal of a filter capacitor 20 of the lossy three-phase low-pass filter 34 is connected.
  • this band-stop filter 60 the current in the 6-pulse diode bridge circuit is limited to the frequency components which are in the range of the resonance frequency of the low-pass filter 34. This has the advantage that only the frequency components of the current are attenuated by the filter capacitors 20 of the low-pass filter 34, which can oscillate to resonance.
  • each diode 36 and 38 of the 6-pulse diode bridge circuit drops significantly, with the result that lower current diodes or a lower power six-pack diode module can be used.
  • Such diodes or such a diode six-pack module is less expensive and requires less effort for the dissipation of power loss.
  • Attenuate damping effect It is also possible to make the damping effect of the attenuation elements 32 of the lossy three-phase low-pass filter 34 more effective.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34) mit einer Filterdrossel (18), einem Filterkondensator (20) und einem Dämpfungselement (32) pro Phase dieses Tiefpassfilters (34), wobei jeweils ein Filterkondensator (20) und ein Dämpfungselement (32) elektrisch in Reihe geschaltet sind. Erfindungsgemäß sind als Dämpfungselement zwei Dioden (36, 38) vorgesehen, die elektrisch antiparallel zueinander geschaltet sind. Somit erhält man ein verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34), dessen Verlustleistung erheblich reduziert ist, ohne dabei in der Dämpfungswirkung nachzulassen.

Description

Beschreibung
Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter
Die Erfindung bezieht sich auf ein verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2.
Im Handel erhältliche Spannungszwischenkreis-Umrichter, die auch als Frequenzumrichter bezeichnet werden, weisen lastsei- tig sehr häufig ein so genanntes Ausgangs-Sinusfilter auf. Mittels dieses Ausgangs-Sinusfilters sollen die hochfrequenten Anteile einer jeden gepulsten Ausgangsspannung dieses Frequenzumrichters derart herausgefiltert werden, dass nur eine Grundschwingungsspannung an einer an den lastseitigen
Anschlüssen des Frequenzumrichters angeschlossenen Last, insbesondere einem elektrischen Motor, übrig bleibt. Ein derartiges Sinusfilter besteht üblicherweise aus einer Filterdrossel und einem Filterkondensator, die als LC-Tiefpass geschal- tet sind. Diese Filterelemente sind derart abgestimmt, dass eine Eckfrequenz dieses Sinusfilters zwischen einer maximal auftretenden Grundschwingungsfrequenz und einer Schaltfrequenz des Frequenzumrichters liegt.
LC-Tiefpassfilter weisen eine Resonanzfrequenz auf. Wird ein derartiges Filter in der Nähe dieser Resonanzfrequenz angeregt, wird diese Anregung sehr schnell verstärkt. Diese Anregung kann durch Netzoberschwingungen oder Harmonische eines an einem Netz angeschlossenen Frequenzumrichters erfolgen.
Wegen dieser Problematik wird ein Tiefpassfilter so ausgelegt, dass in der Nähe der Resonanzfrequenz keine Anregung erfolgt. Da Anregungen nicht gänzlich ausgeschlossen werden können, sind Dämpfungswiderstände als Dämpfungselemente vor- gesehen, die eine auftretende Resonanzüberhöhung in tolerierbaren Grenzen halten. Jedoch muss man bei diesen gedämpften Tiefpassfiltern mit einer erhöhten Verlustleistung rechnen. Diese LC-Tiefpassfilter, insbesondere verlustbehaftete Tiefpassfilter, werden als Netzfilter oder als Ausgangs-Sinus- filter bei Frequenzumrichtern verwendet. Tiefpassfilter, die die beschriebene Problematik aufweisen, sind daran zu erken- nen, dass bei ihnen der Effektivwert eines Kondensatorstroms im Falle einer Anregung in der Resonanz größer wird als im Normalbetrieb .
In der Figur 1 ist ein lastseitiger Stromrichter 2, insbeson- dere ein Wechselrichter, eines nicht vollständig dargestellten Frequenzumrichters mit einem Ausgangs-Sinusfilter 4 dargestellt (Figur 1 der EP 0 682 401 Bl) . Vom Frequenzumrichter ist neben dem lastseitigen Stromrichter 2 ein Zwischenkreis 6 dargestellt, der zwei elektrisch in Reihe geschaltete Konden- satoren 8 und 10 aufweist. Der Verbindungspunkt dieser beiden Kondensatoren 8 und 10 bildet einen so genannten Mittelpunkt (Neutral Point) NP. An den ausgangsseitigen Anschlüssen 12, 14 und 16 des Frequenzumrichters, die die wechselspannungs- seitigen Anschlüsse des lastseitigen Stromrichters 2 sind, sind die Eingänge des Ausgangs-Sinusfilters 4 angeschlossen. Als Ausgangs-Sinusfilter 4 ist ein verlustbehaftetes LC- Tiefpassfilter vorgesehen. Dieses verlustbehaftete dreiphasige Tiefpassfilter 4 weist pro Phase eine Filterdrossel 18 und einen Filterkondensator 20 auf. Diese Filterkondensatoren 20 sind elektrisch in Stern geschaltet. Jeweils ein Verbindungspunkt einer Filterdrossel 18 mit einem Filterkondensator 20 bildet eine Ausgangsklemme 22, 24 und 26 des Ausgangs- Sinusfilters 4. An diesen Ausgangsklemmen 22, 24 und 26 ist eine dreiphasige Last 28, insbesondere ein elektrischer Mo- tor, angeschlossen.
In der Figur 2 ist ein Blockschaltbild eines gattungsgemäßen verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 30 dargestellt. Dieses Tiefpassfilter 30 ist aus der EP 0 682 402 B2, insbesondere aus der Figur 1 dieser Patentschrift, bekannt. Dieses verlustbehaftete dreiphasige Tiefpassfilter 30 unterscheidet sich vom Tiefpassfilter 4 gemäß Figur 1 dadurch, dass jeweils ein Dämpfungselement 32 elektrisch in Reihe zu einem Filterkondensator 20 geschaltet ist. Als Dämpfungselement 32 ist jeweils ein ohmscher Widerstand vorgesehen. Mittels dieser Dämpfungselemente 32 werden die Effektivwerte der Kondensatorströme im Falle einer Anregung in der Resonanz ge- dämpft. Die Verwendung von ohmschen Widerständen als Dämpfungselemente 32 weist den Nachteil auf, dass bei kleiner Resonanzanregung des Tiefpassfilters 30 die Dämpfung weniger wirksam ist. Bei großer Anregung steigt nicht nur die Dämpfungswirkung, sondern es steigen auch die Dämpfungsverluste quadratisch mit dem Kondensatorstrom an. Diese Verluste werden umso größer, je stärker eine Dämpfung wirken soll.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein verlustbehaftetes Tiefpassfilter derart weiterzubilden, dass sich die Verluste verringern, ohne die Wirkung der Dämpfung zu verringern .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 oder den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 2 jeweils in Verbindung mit den gattungsgemäßen Merkmalen gelöst.
Erfindungsgemäß sind als Dämpfungselement jeweils zwei Dioden vorgesehen, die einerseits antiparallel geschaltet sind und andererseits in einer 6-pulsigen Brückenschaltung angeordnet sind. Bei der erstgenannten Ausführungsform des Dämpfungselementes kann jeweils ein ohmscher Widerstand als Dämpfungselement durch zwei antiparallel geschaltete Dioden ersetzt werden. Diese Lösung weist den Vorteil auf, dass auch bei gerin- gern Filterstrom bereits ein nennenswerter Spannungsabfall an den antiparallel geschalteten Dioden auftritt. Dadurch wird eine Anregung bereits von Beginn an wesentlich gedämpft. Steigt die Anregung weiter an, so steigen die Verluste nur linear und nicht mehr quadratisch an, wie beim ohmschen Wi- derstand als Dämpfungselement.
Bei der alternativen Ausführungsform ist als Dämpfungselement eine 6-pulsige Dioden-Brückenschaltung vorgesehen, deren gleichspannungsseitige Anschlüsse mittels eines Kurzschluss- Strompfades miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Diese alternative Ausbildungsform unterscheidet sich wirkungsmäßig nicht von der ersten Ausführungsform. Die alterna- tive Ausführungsform besitzt den Vorteil, dass diese in einer 6-pulsigen Brückenschaltung verschalteten Dioden im Handel als Sixpackmodul erhältlich sind. Mittels eines derartigen Moduls können die Dioden sehr effektiv gekühlt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der alternativen Ausführungsform des verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters nach der Erfindung ist im gleichspannungsseitigen Kurz- schluss-Strompfad der 6-pulsigen Brückenschaltung der Dioden ein Dämpfungselement, insbesondere ein ohmscher Widerstand, angeordnet. Durch dieses Dämpfungselement im gleichspannungsseitigen Kurzschluss-Strompfad wird die Dämpfungswirkung des Dämpfungselements in Abhängigkeit des Wertes des ohmschen Widerstandes erhöht.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der alternativen Ausführungsform des verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters nach der Erfindung ist als Dämpfungselement im gleichspannungsseitigen Kurzschluss-Strompfad der 6-pulsi- gen Brückenschaltung der Dioden als Dämpfungselement ein Ver- braucher, insbesondere ein Lüfter, vorgesehen. Dadurch wird die anfallende Dämpfungsenergie nicht in Wärme umgewandelt und an die Umgebungsluft abgegeben, sondern nutzbringend verwendet. Wird als Verbraucher ein Lüfter vorgesehen, so kann dieser Lüfter zur Kühlung des verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters und/oder zur Kühlung von Stromrichterventilen eines Frequenzumrichters verwendet werden, an dessen Ausgängen der verlustbehaftete Tiefpassfilter angeschlossen ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der alterna- tiven Ausführungsform des verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters nach der Erfindung ist als Verbraucher im Kurzschluss-Strompfad der 6-pulsigen Brückenschaltung der Dioden als Dämpfungselement ein Schaltnetzteil vorgesehen, mit dem die anfallende Dämpfungsenergie in einen Zwischenkreis eines Frequenzumrichters, an dessen Ausgängen dieser verlustbehaftete Tiefpassfilter angeschlossen ist, zurückgespeist wird. Mittels des Schaltnetzteils als Verbraucher des gleich- spannungsseitigen Kurzschluss-Strompfades der 6-pulsigen Brückenschaltung der Dioden als Dämpfungselemente des Tiefpassfilters kann die Ausgangsspannung der Brückenschaltung auf einen vorbestimmten Wert geregelt werden. Dadurch kann eine gewünschte Dämpfung eingestellt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der alternativen Ausführungsform des verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters nach der Erfindung ist der 6-pulsigen Brückenschaltung der Dioden als Dämpfungselement des Tiefpass- filters ein Filter, insbesondere eine Bandsperre, vorgeschaltet. Dadurch wird der Strom in der 6-pulsigen Dioden-Brückenschaltung auf Frequenzanteile beschränkt, die im Bereich der Resonanzfrequenz des Tiefpassfilters liegen. Dies hat den Vorteil, dass nur die Frequenzanteile des Kondensatorstroms des verlustbehafteten Tiefpassfilters gedämpft werden, die zu einer Resonanz aufschwingen können. Dadurch sinkt die Strombelastung der Dioden der 6-pulsigen Dioden-Brückenschaltung erheblich, wodurch Dioden mit einer geringeren Strombelastung verwendet werden können. Somit sinkt nicht nur der Platzbe- darf der Dämpfungselemente, sondern auch deren Preis.
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen eines verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters nach der Erfin- düng schematisch veranschaulicht sind.
FIG 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Teils eines
Frequenzumrichters mit einem bekannten Aus- gangs-Sinusfilter, die FIG 2 zeigt ein Blockschaltbild eines Teils eines
Frequenzumrichters mit einem bekannten verlustbehafteten Ausgangs-Sinusfilter, in der FIG 3 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters als Ausgangs-Sinusfilter eines Frequenzumrichters dargestellt, wobei in der
FIG 4 eine alternative Ausführungsform des erfindungsgemäßen verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters veranschaulicht ist, und die
FIG 5 bis 8 zeigen jeweils eine vorteilhafte Ausführungs- form der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tiefpassfilters nach Figur 4.
Die Figur 3 zeigt eine erste Ausführungsform eines verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 nach der Erfindung. Dieses verlustbehaftete dreiphasige Tiefpassfilter 34 ist ebenfalls eingangsseitig mit ausgangsseitigen Anschlüssen 12, 14 und 16 des lastseitigen Stromrichters 2 eines Frequenzumrichters verknüpft. An den Ausgangsklemmen 22, 24 und 26 dieses Tiefpassfilters 34 ist eine dreiphasige Last 28 ange- schlössen. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 unterscheidet sich von der Ausführungsform eines bekannten verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 30 gemäß Figur 2 dadurch, dass jeweils als Dämpfungselement 32 zwei Dioden 36 und 38 anstelle eines ohmschen Widerstandes vorgesehen sind, die antiparallel geschaltet sind. Durch die Verwendung von antiparallel geschalteten Dioden 36 und 38 als Dämpfungselemente 32 findet eine nennenswerte Bedämpfung bereits beim Fließen eines geringen Filterstroms statt. Die Dämpfung ist ebenfalls wie bei der bekannten Ausführungsform mit Widerständen als
Dämpfungselemente 32 stromabhängig, wobei die Verluste linear mit der Anregung steigen und nicht mehr quadratisch wie beim Widerstand als Dämpfungselement 32. Geringere Verlustleistung im Filter 34 bedeutet auch, dass die Elemente des Filters 34 weniger gekühlt werden müssen. Außerdem erlaubt dies einen kompakteren Aufbau des verlustbehafteten Tiefpassfilters 34. Das heißt, dass ein derartiges erfindungsgemäßes Filter 34 einfacher in einem Frequenzumrichter untergebracht werden kann .
In der Figur 4 ist eine alternative Ausführungsform eines verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 nach der Erfindung dargestellt. Bei dieser alternativen Ausführungsform werden jeweils als Dämpfungselement 32 ebenfalls zwei Dioden 36 und 38 verwendet, die gegenüber der Ausführungsform gemäß Figur 3 aber nicht antiparallel zueinander angeordnet werden. In der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 sind diese Dioden 36 und 38 elektrisch in Reihe geschaltet. Bei einer dreiphasigen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters 34 entstehen so drei Reihenschaltungen, die gleichspan- nungsseitig elektrisch parallel geschaltet sind. Die beiden Anschlüsse 40 und 42 dieser Parallelschaltung sind mittels eines Kurzschluss-Strompfades 44 miteinander elektrisch leitend verbunden. Diese Parallelschaltung dreier Reihenschaltungen jeweils zweier Dioden 36 und 38 gleicht einer 6- pulsigen Brückenschaltung, insbesondere einem 6-pulsigen Diodengleichrichter, dessen gleichspannungsseitigen Anschlüsse 40 und 42 mittels einer Gleichspannungsleitung kurzgeschlossen sind. Diese alternative Ausführungsform weist dieselbe Wirkung auf wie die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Filters 34 gemäß Figur 3. Der Vorteil dieser alternativen
Ausführungsform besteht darin, dass für die Dämpfungselemente 32 eines dreiphasigen verlustbehafteten Tiefpassfilters 34 im Handel erhältliche Diodenmodule in Sixpack-Ausführung verwendet werden können. Diese Module beanspruchen weniger Platz als Einzeldioden. Außerdem werden die Dioden in diesem Six- packmodul effektiver gekühlt und die Montage eines derartigen Moduls vereinfacht sich ebenfalls.
In der Figur 5 ist eine vorteilhafte Ausführungsform der al- ternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen dreiphasigen verlustbehafteten Tiefpassfilters 34 schematisch veranschaulicht. Diese vorteilhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 4 dadurch, dass im Kurz- schluss-Strompfad 44 zwischen den beiden Anschlüssen 40 und 42 der 6-pulsigen Dioden-Brückenschaltung ein Dämpfungselement angeordnet ist. Als Dämpfungselement ist in dieser Ausführungsform ein ohmscher Widerstand 46 vorgesehen, dem ein Kondensator 48 elektrisch parallel geschaltet ist. Durch die Verwendung eines Widerstandes 46 als Dämpfungselement des Kurzschluss-Strompfads 44 der 6-pulsigen Dioden-Brückenschaltung steigt die dämpfende Wirkung der Dämpfungselemente 32 des verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 we- sentlich an. Der Kondensator 48 glättet eine an den Anschlüssen 40 und 42 der 6-pulsigen Dioden-Brückenschaltung anstehende Spannung Ul und begrenzt diese ebenfalls. Aus diesen Gründen wird der Kondensator 48 auch als Glättungskondensator bezeichnet .
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 nach Figur 4 ist als Dämpfungselement im Kurzschluss-Strompfad 44 der 6-pulsigen Dio- den-Brückenschaltung ein elektrischer Verbraucher 50, insbesondere ein Lüfter, vorgesehen. Dadurch wird die Verlustleistung des verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 nicht in Wärme umgewandelt und an die Umgebungsluft abgegeben, sondern zum Antrieb eines Lüfters verwendet. Das heißt, die Verlustleistung wird nutzbringend verwendet. Zur Abfuhr von Verlustleistung wird bei einer zwangsgeführten Kühlung ein Lüfter benötigt, der mit einer Versorgungsspannung versorgt werden muss. Diese Versorgungsspannung wird vom Frequenzumrichter bereitgestellt oder aus einem Versorgungsnetz abgeleitet. In dieser weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird diese Versorgungsspannung aus der Verlustleistung der Dämpfungselemente 32 des verlustbehafteten Tiefpassfilters 34 gedeckt .
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der alternativen
Ausführungsform des erfindungsgemäßen verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 nach Figur 4 ist in der Figur 7 näher dargestellt. Diese weitere vorteilhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der weiteren vorteilhaften Ausführungsform gemäß Figur 6 dadurch, dass als elektrischer Verbraucher 50 des Dämpfungselementes im Kurzschluss- Strompfad 44 der 6-pulsigen Dioden-Brückenschaltung ein Schaltnetzteil vorgesehen ist. Jeder der beiden Ausgänge 52 und 54 dieses Schaltnetzteils ist mit einem gleichspannungs- seitigen Anschluss 56 und 58 des lastseitigen Stromrichters 2 eines Frequenzumrichters verbunden, an dessen ausgangsseiti- gen Anschlüssen 12, 14 und 16 dieses verlustbehaftete drei- phasige Tiefpassfilter 34 angeschlossen ist. Durch die Verwendung eines Schaltnetzteils als elektrischer Verbraucher 50 als Dämpfungselement des Kurzschluss-Strompfades 44 der 6- pulsigen Dioden-Brückenschaltung kann die Dämpfungsenergie in den Zwischenkreis 6 des Frequenzumrichters zurückgespeist werden.
Außerdem kann eine Eingangsspannung Ul, die am Glättungskon- densator 48 abfällt, geregelt werden. Eine einfache Möglichkeit besteht darin, für diese Eingangsspannung Ul des Schalt- netzteils einen vorbestimmten Wert festzulegen. Sind die anregenden Ströme in den Filterkondensatoren 20 klein und dadurch die Filteranregung klein, so wird weniger Dämpfungsenergie zurückgespeist. Sind die Filterströme und damit die Filteranregung groß, so wird viel Energie zurückgespeist. Da- mit bietet diese weitere vorteilhafte Ausführungsform der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 gemäß Figur 4 die Möglichkeit, eine gewünschte Dämpfung wählbar einstellen zu können .
Als Schaltnetzteil können alle bekannten Topologien verwendet werden. Da der Spannungsunterschied zwischen der Eingangsspannung Ul des Schaltnetzteils und der Zwischenkreis- Spannung Uzw des Frequenzumrichters in der Regel sehr groß ist, bieten potentialtrennende Schaltnetzteile einen besonderen Vorteil . In der Figur 8 ist eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 nach Figur 4 näher dargestellt. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß Figur 7 dadurch, dass der 6- pulsigen Dioden-Brückenschaltung ein Filter 60 vorgeschaltet ist. Als Filter 60 ist eine Bandsperre vorgesehen. Diese Bandsperre 60 weist jeweils einen Filterkondensator 62 und eine Filterdrossel 64 auf, die elektrisch parallel geschaltet sind. Diese drei Parallelschaltungen sind elektrisch in Dreieck geschaltet. Alternativ wäre auch eine Sternschaltung möglich. Die Anschlüsse 66, 68 und 70 dieser Bandsperre 60 sind mit wechselspannungsseitigen Anschlüssen 72, 74 und 76 einer jeden Reihenschaltung zweier Dioden 36 und 38 elektrisch lei- tend verbunden, an denen auch jeweils ein Anschluss eines Filterkondensators 20 des verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 angeschlossen ist. Mittels dieser Bandsperre 60 wird der Strom in der 6-pulsigen Dioden-Brückenschaltung auf die Frequenzanteile beschränkt, die im Be- reich der Resonanzfrequenz des Tiefpassfilters 34 sind. Dies hat den Vorteil, dass nur die Frequenzanteile des Stromes durch die Filterkondensatoren 20 des Tiefpassfilters 34 bedämpft werden, die zu einer Resonanz aufschwingen können. Somit sinkt die Strombelastung einer jeden Diode 36 und 38 der 6-pulsigen Dioden-Brückenschaltung erheblich, was zur Folge hat, dass Dioden mit einer geringeren Strombelastung bzw. ein Diodenmodul in Sixpack-Ausführung mit geringerer Strombelastung verwendet werden kann. Derartige Dioden bzw. ein derartiges Dioden-Sixpackmodul ist kostengünstiger und benötigt einen geringeren Aufwand für die Abfuhr von Verlustleistung.
Die in den Ausführungsformen gemäß der Figuren 7 und 8 vorhandene Spannung Ul, die am Glättungskondensator 48 abfällt, kann zusätzlich als Eingangsgröße einer Schutzfunktion ver- wendet werden. Übersteigt der Wert dieser Spannung Ul einen vorbestimmten zulässigen Grenzwert, so wird daraus geschlossen, dass die Ströme durch die Filterkondensatoren 20 des verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 unzulässig hoch sind. Diese Überschreitung eines Grenzswertes wird zur Generierung einer Schutzabschaltung des Frequenzumrichters verwendet, an dessen Ausgängen 12, 14 und 16 das verlustbehaftete dreiphasige Tiefpassfilter 34 angeschlossen ist.
Durch die Verwendung von jeweils zwei Dioden 36 und 38 als Dämpfungselement 32 eines verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 anstelle von ohmschen Widerständen reduziert sich die Verlustleistung dieses verlustbehafteten drei- phasigen Tiefpassfilters 34 erheblich, ohne dabei in der
Dämpfungswirkung nachzulassen. Außerdem besteht die Möglichkeit, die dämpfende Wirkung der Dämpfungselemente 32 des verlustbehafteten dreiphasigen Tiefpassfilters 34 effektiver zu gestalten .

Claims

Patentansprüche
1. Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34) mit einer Filterdrossel (18), einem Filterkondensator (20) und ei- nem Dämpfungselement (32) pro Phase dieses Tiefpassfilters (34), wobei jeweils ein Filterkondensator (20) und ein Dämpfungselement (32) elektrisch in Reihe geschaltet und diese Reihenschaltungen elektrisch in Stern geschaltet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Dämp- fungselement (32) jeweils zwei Dioden (36, 38) vorgesehen sind, die elektrisch antiparallel zueinander geschaltet sind.
2. Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34) mit einer Filterdrossel (18) und einem Filterkondensator (20) pro Phase dieses Tiefpassfilters (34) und einem Dämpfungselement, wobei jeweils ein Filterkondensator (20) und das Dämpfungselement elektrisch in Reihe geschaltet sind, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Dämpfungselement eine 6-pulsige Dioden-Brückenschaltung vorgese- hen ist und dass gleichspannungsseitige Anschlüsse (40, 42) dieser Dioden-Brückenschaltung mittels eines Kurzschluss- Strompfades (44) miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
3. Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34) nach Anspruch 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass im Kurzschluss-Strompfad (44) ein Dämpfungselement (46, 50) angeordnet ist.
4. Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass elektrisch parallel zum Dämpfungselement (46, 50) ein Kondensator (48) geschaltet ist.
5. Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Dämpfungselement (46, 50) ein ohmscher Widerstand (46) vorgesehen ist.
6. Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34) nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Dämpfungselement (46, 50) ein elektrischer Verbrau- eher (50) vorgesehen ist.
7. Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34) nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Verbraucher (50) ein Lüfter vorgesehen ist.
8. Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34) nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der elektrische Verbraucher (50) ausgangsseitig jeweils mit einem gleichspannungsseitigen Anschluss (56, 58) eines lastseitigen Stromrichters (2) verknüpft ist, an dessen wech- selspannungsseitigen Anschlüssen (12, 14, 16) dieses Tiefpassfilter (34) angeschlossen ist.
9. Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34) nach Anspruch 8, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Verbraucher (50) ein Schaltnetzteil vorgesehen ist.
10. Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34) nach einem der Ansprüche 2 bis 9, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der Dioden- Brückenschaltung ein Filter (60) vorgeschaltet ist.
11. Verlustbehaftetes dreiphasiges Tiefpassfilter (34) nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass als Filter (60) eine Bandsperre vorgesehen ist.
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