DE102007023845B4 - Lossy low-pass filter - Google Patents

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Abstract

Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) mit einer Filterinduktivität (16), mit einem Filterkondensator (18) und mit einem Dämpfungswiderstand (32), der mit dem Filterkondensator (18) elektrisch in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkondensator (18) auf wenigstens zwei Kondensatorzweige (36, 38) aufgeteilt ist, wobei in einem ersten Kondensatorzweig (36) der Dämpfungswiderstand (32) und ein Filterkondensator (40) elektrisch in Reihe geschaltet sind und in einem zweiten Kondensatorzweig (38) ein Filterkondensator (42) mit einer Trennvorrichtung elektrisch in Reihe geschaltet ist, die einen Schalter (44) und eine Temperaturmess-Vorrichtung (46) aufweist, wobei diese Temperaturmess-Vorrichtung (46) thermisch mit dem Dämpfungswiderstand (32) des ersten Kondensatorzweiges (36) und ausgangsseitig mit einem Steuereingang des Schalters (44) des zweiten Kondensatorzweiges (38) verknüpft ist.Lossy low-pass filter (22) with a filter inductance (16), with a filter capacitor (18) and with a damping resistor (32) which is electrically connected in series with the filter capacitor (18), characterized in that the filter capacitor (18) is at least two capacitor branches (36, 38) is divided, in a first capacitor branch (36) the damping resistor (32) and a filter capacitor (40) are electrically connected in series and in a second capacitor branch (38) a filter capacitor (42) with a separator is electrically connected in series, which has a switch (44) and a temperature measuring device (46), this temperature measuring device (46) thermally connected to the damping resistor (32) of the first capacitor branch (36) and on the output side to a control input of the switch (44) of the second capacitor branch (38) is linked.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein verlustbehaftetes Tiefpassfilter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a lossy low-pass filter according to the preamble of claim 1.

Filterschaltungen, insbesondere LC-Tiefpassfilter, weisen eine Resonanzfrequenz auf. Wird ein derartiges Filter in der Nähe dieser Resonanzfrequenz angeregt, wird diese Anregung sehr verstärkt. Diese Anregung kann durch Netzoberschwingungen oder Harmonische eines an einem Netz angeschlossenen Umrichtergerätes erfolgen.Filter circuits, in particular LC low-pass filters, have a resonance frequency. If such a filter is excited in the vicinity of this resonance frequency, this excitation is greatly enhanced. This excitation can be done by mains harmonics or harmonics of a connected to a network inverter.

Wegen dieser Problematik wird ein Filter so ausgelegt, dass in der Nähe der Resonanzfrequenz keine Anregung erfolgt. Da Anregungen nicht gänzlich ausgeschlossen werden können, sind Dämpfungswiderstände vorgesehen, die eine auftretende Resonanzüberhöhung in tolerierbaren Grenzen halten. Jedoch muss man bei diesen Tiefpassfiltern mit einer erhöhten Verlustleistung rechnen.Because of this problem, a filter is designed so that no excitation occurs near the resonance frequency. Since suggestions can not be completely ruled out, damping resistances are provided which keep an occurring resonance peak within tolerable limits. However, one must reckon with these low-pass filters with an increased power loss.

Diese LC-Tiefpassfilter, insbesondere verlustbehaftete Tiefpassfilter, können als Netzfilter oder als Ausgangsfilter bei einem Umrichtergerät verwendet werden. Filter, die die beschriebene Problematik aufweisen, sind daran zu erkennen, dass bei ihnen der Effektivwert des Kondensatorstromes im Falle einer Anregung in der Resonanz größer wird als im Normalbetrieb.These LC low-pass filters, in particular lossy low-pass filters, can be used as mains filters or as output filters in a converter. Filters that have the described problem can be seen from the fact that in them the rms value of the capacitor current in the event of excitation in the resonance is greater than in normal operation.

In der 1 ist ein Blockschaltbild eines Umrichters 2 ohne Zwischenkreiskondensator dargestellt, der mit einem Netzfilter 4 versehen ist. Dieser Umrichter 2 weist netzseitig einen rückspeisefähigen, netzgetakteten Stromrichter 6, der auch als Fundamental Frequency Front End Converter (F3E) bezeichnet wird, und lastseitig einen selbstgeführten Pulsstromrichter 8 auf. Diese beiden Stromrichter 6 und 8 sind gleichspannungsseitig direkt miteinander elektrisch leitend verknüpft. Die netzseitigen Anschlüsse 10, 12 und 14 des netzseitigen rückspeisefähigen Stromrichter 6 sind mittels des Netzfilters 4 mit einem nicht näher dargestellten Netz elektrisch leitend verbunden. Als Netzfilter 4 ist ein LC-Tiefpassfilter vorgesehen, der eine Filterinduktivität 16 und einen Filterkondensator 18 für jede Netzphase aufweist. Die Filterinduktivität 16 kann durch eine Drossel oder durch den Innenwiderstand des Netzes erzeugt werden. Die Filterkondensatoren 18 sind in dieser Darstellung elektrisch in Dreieck geschaltet, können jedoch auch elektrisch in Stern geschaltet werden. Dieser Spannungszwischenkreis-Umrichter 2 mit einem F3E Einspeisestromrichter 6 ist in der Veröffentlichung ”PCIM 2003 – Nürnberg”, Mai 2003, ausführlich beschrieben, so dass an dieser Stelle nicht näher auf diesen Umrichter eingegangen werden muss.In the 1 is a block diagram of an inverter 2 shown without DC link capacitor, with a line filter 4 is provided. This inverter 2 has a regenerative, line-switched converter on the line side 6 Also referred to as the fundamental frequency front end converter (F 3 E), and on the load side, a self-commutated pulse-controlled converter 8th on. These two power converters 6 and 8th are directly connected with each other directly on the DC side. The network-side connections 10 . 12 and 14 the mains-side regenerative power converter 6 are by means of the network filter 4 electrically connected to a network not shown. As a mains filter 4 an LC low-pass filter is provided which has a filter inductance 16 and a filter capacitor 18 for each network phase. The filter inductance 16 can be generated by a choke or by the internal resistance of the network. The filter capacitors 18 are electrically connected in delta in this diagram, but can also be electrically switched to star. This voltage source inverter 2 with a F 3 E feed-in converter 6 is described in detail in the publication "PCIM 2003 - Nuremberg", May 2003, so that it is not necessary to discuss this converter in more detail here.

In der 2 ist ein Blockschaltbild eines lastseitigen Stromrichters 20 eines nicht vollständig dargestellten Spannungszwischenkreis-Umrichters mit einem Ausgangsfilter 22 dargestellt (1 der EP 0 682 402 A1 ). Vom Spannungszwischenkreis-Umrichter ist außerdem ein Zwischenkreiskondensator 24 dargestellt. Die ausgangsseitigen Anschlüsse 26, 28 und 30 des lastseitigen Stromrichters 20, der auch als Wechselrichter bezeichnet wird, sind mit Eingängen des Ausgangsfilters 22 verknüpft, an deren Ausgängen eine Last angeschlossen ist. Als Ausgangsfilter 22 ist ein verlustbehaftetes LC-Tiefpassfilter vorgesehen. Dieses verlustbehaftete Tiefpassfilter 22 weist eine Filterinduktivität 16, einen Filterkondensator 18 und einen Dämpfungswiderstand 32 für jede Ausgangsphase des Wechselrichters 20 auf. Die Filterkondensatoren 18 sind in dieser Darstellung elektrisch in Stern geschaltet, können jedoch auch elektrisch im Dreieck geschaltet werden. Jeweils ein Dämpfungswiderstand 32 ist mit einem Filterkondensator 18 elektrisch in Reihe geschaltet. Mittels dieser Dämpfungswiderstände 32 werden die Effektivwerte der Kondensatorströme im Falle einer Anregung in der Resonanz bedämpft. Durch die Verwendung von Dämpfungswiderständen 32 steigt die Verlustleistung dieses Filters 22 an.In the 2 is a block diagram of a load-side converter 20 a not fully shown voltage source inverter with an output filter 22 represented ( 1 of the EP 0 682 402 A1 ). The voltage source inverter is also a DC link capacitor 24 shown. The output side connections 26 . 28 and 30 of the load-side converter 20 , which is also referred to as an inverter, are with inputs of the output filter 22 linked at whose outputs a load is connected. As an output filter 22 a lossy LC low pass filter is provided. This lossy low-pass filter 22 has a filter inductance 16 , a filter capacitor 18 and a damping resistor 32 for each output phase of the inverter 20 on. The filter capacitors 18 are electrically connected in star in this illustration, but can also be switched electrically in a triangle. One damping resistor each 32 is with a filter capacitor 18 electrically connected in series. By means of these damping resistors 32 the RMS values of the capacitor currents are damped in the event of resonance excitation. Through the use of damping resistors 32 increases the power loss of this filter 22 at.

Aus der JP 1 117 666 A ist eine Gleichstrom-Glättungsschaltung eines Thyristoren aufweisenden Gleichrichters eines Erregermagneten bekannt. Diese Gleichstrom-Glättungsschaltung weist eine Drossel und mehrere Kondensatoren auf, die elektrisch parallel geschaltet sind. Zwei Kondensatoren sind jeweils mit einem Dämpfungswiderstand und einem Schalter elektrisch in Reihe geschaltet. In Abhängigkeit der Höhe der Spannungsrippel der gleichgerichteten Spannung am Ausgang des Gleichrichters werden ein oder beide der zuschaltbaren Kondensatoren zum Festkondensator elektrisch parallel geschaltet. Dadurch werden die Resonanzfrequenz und die Dämpfung der Gleichstrom-Glättungsschaltung verändert. Mittels dieser Glättungsschaltung wird über den gesamten Betriebsbereich des mit Thyristoren versehenen Gleichrichters eine gleichgerichtete Spannung betriebspunktabhängig geglättet und gedämpft.From the JP 1 117 666 A is a DC smoothing circuit of a thyristor rectifier of an exciter magnet known. This DC smoothing circuit has a reactor and a plurality of capacitors electrically connected in parallel. Two capacitors are each electrically connected in series with a damping resistor and a switch. Depending on the height of the voltage ripple of the rectified voltage at the output of the rectifier, one or both of the switchable capacitors are electrically connected in parallel to the fixed capacitor. Thereby, the resonance frequency and the attenuation of the DC smoothing circuit are changed. By means of this smoothing circuit, a rectified voltage is smoothed and attenuated operating point-dependent over the entire operating range of the rectifier provided with thyristors.

Aus der DE 199 31 055 A1 ist eine Schutzvorrichtung für Kondensatoren bekannt, die aufgrund eines Fehlers gegenüber einem Normalbetrieb hohen hochfrequenten Spannungen, insbesondere in einem Spannungsbereich deutlich über Nennspannung, ausgesetzt sind. Diese Schutzvorrichtung arbeitet in der Weise, dass der Strom, der aufgrund der am Kondensator anliegenden Spannung fließt, durch einen Kaltleiter begrenzt wird. Durch die Verwendung des Kaltleiters fällt die Spannung, die sonst am Kondensator ansteht, nun wesentlich am höherimpedanten Kaltleiter ab. In Abhängigkeit des Filterstroms genügender Größe kommt es zu einer Erwärmung des Kaltleiters und damit zu einer Zunahme seines Widerstands. Dieser Widerstand kann sich dermaßen erhöhen, dass über den Kondensator kein Strom mehr fließt. Dadurch ist der Kondensatorzweig aufgetrennt, wodurch der Kondensator vor Überlastung geschützt ist.From the DE 199 31 055 A1 a protection device for capacitors is known, which are due to a fault over a normal operation high high-frequency voltages, especially in a voltage range well above rated voltage, exposed. This protective device operates in such a way that the current flowing due to the voltage applied to the capacitor is limited by a PTC thermistor. By using the PTC thermistor, the voltage that is otherwise applied to the capacitor now falls significantly on the higher-impedance PTC thermistor. Depending on the filter flow of sufficient size, there is a heating of the PTC thermistor and thus to an increase in its resistance. This resistance can increase to such an extent that no current flows through the capacitor. As a result, the capacitor branch is separated, whereby the capacitor is protected from overload.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein verlustbehaftetes Tiefpassfilter derart weiterzubilden, dass deren Verlustleistung geringer wird.The invention is based on the object of developing a lossy low-pass filter in such a way that its power loss is reduced.

Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 erfindungsgemäß gelöst.This object is achieved with the characterizing features of claim 1 according to the invention.

Erfindungsgemäß ist jeweils ein Filterkondensator auf wenigstens zwei Kondensatorzweige aufgeteilt, wobei einer dieser beiden Kondensatorzweige eine Trennvorrichtung aufweist, die temperaturmäßig mit dem Dämpfungswiderstand des anderen Kondensatorzweiges verknüpft ist. Diese Trennvorrichtung weist einen Schalter und eine Temperaturmess-Vorrichtung auf, wobei die Temperaturmess-Vorrichtung thermisch mit dem Dämpfungswiderstand des ersten Kondensatorzweiges und ausgangsseitig mit einem Steuereingang des Schalters des zweiten Kondensatorzweiges verknüpft ist. Dadurch wird in Abhängigkeit der Temperatur dieses Widerstandes die Auftrennung eines Kondensatorzweiges eines Kondensatorstranges des verlustbehafteten Tiefpassfilters bewerkstelligt.According to the invention, a filter capacitor is in each case divided between at least two capacitor branches, wherein one of these two capacitor branches has a separator which is connected in terms of temperature with the damping resistor of the other capacitor branch. This separator has a switch and a temperature measuring device, wherein the temperature measuring device is thermally linked to the damping resistor of the first capacitor branch and the output side to a control input of the switch of the second capacitor branch. As a result, depending on the temperature of this resistor, the separation of a capacitor branch of a capacitor string of the lossy low-pass filter is accomplished.

Bei einer Anregung mit Resonanzfrequenz wird mittels dieser Trennvorrichtung dieser Kondensatorzweig aufgetrennt. Dadurch verändert sich der Kapazitätswert des Filterkondensators, wodurch dieses verlustbehaftete Tiefpassfilter verstimmt ist. Dadurch verschließt das verlustbehaftete Tiefpassfilter seinen Resonanzbereich, so dass die Anregung nicht mehr so stark verstärkt wird. Die Verstimmung dieses verlustbehafteten Tiefpassfilters hängt von der Anzahl auftrennbarer Kondensatorzweige ab. Durch diese erfindungsgemäße Weiterbildung des verlustbehafteten Tiefpassfilters können die vorhandenen Dämpfungswiderstände in ihren Werten verringert werden, wodurch die entstehende Verlustleistung sich ebenfalls verringert.When excitation with resonance frequency of this capacitor branch is separated by means of this separator. As a result, the capacitance value of the filter capacitor changes, whereby this lossy low-pass filter is detuned. As a result, the lossy low-pass filter closes its resonance range, so that the excitation is not amplified so much. The detuning of this lossy low-pass filter depends on the number of separable capacitor branches. By virtue of this refinement of the lossy low-pass filter according to the invention, the existing damping resistances can be reduced in their values, as a result of which the resulting power loss is likewise reduced.

Vorteilhafter und weniger aufwändig wird die Aufgabe durch ein verlustbehaftetes Tiefpassfilter nach Anspruch 2 gelöst, die die Verwendung eines Widerstandes mit positivem Temperaturkoeffizienten, ein so genannter PTC-Widerstand anstelle eines Schalters mit einer Temperaturmess-Vorrichtung zeigt. Dieser PTC-Widerstand ist elektrisch in Reihe zum Kondensator des zweiten Kondensatorzweiges des verlustbehafteten Tiefpassfilters geschaltet. Der elektrische Widerstand dieses PTC-Widerstandes vergrößert sich bei steigender Temperatur so sehr, dass dieser Kondensatorzweig für den Kondensatorstrom aufgetrennt erscheint. Da dieser Widerstand mit positiven Temperaturkoeffizienten nur bei tiefen Temperaturen einen Strom leiten kann, wird dieser auch als Kaltleiter bezeichnet.Advantageously and less complicated, the object is achieved by a lossy low-pass filter according to claim 2, which shows the use of a resistor with a positive temperature coefficient, a so-called PTC resistor instead of a switch with a temperature measuring device. This PTC resistor is electrically connected in series with the capacitor of the second capacitor branch of the lossy low-pass filter. The electrical resistance of this PTC resistor increases so much with increasing temperature that this capacitor branch appears separated for the capacitor current. Since this resistor with positive temperature coefficients can conduct a current only at low temperatures, this is also referred to as a PTC thermistor.

Den Unteransprüchen 3 bis 8 sind vorteilhafte Ausführungen des vorteilhaften verlustbehafteten Tiefpassfilters zu entnehmen.The dependent claims 3 to 8 advantageous embodiments of the advantageous lossy low-pass filter can be seen.

Dadurch, dass jeweils ein Filterkondensator eines Kondensatorstranges eines beispielsweise mehrphasigen verlustbehafteten Tiefpassfilters auf wenigstens zwei Kondensatorzweige aufgeteilt wird, besteht nun die Möglichkeit, durch Heraustrennen wenigstens eines Kondensators eines Kondensatorstranges die Resonanzfrequenz dieses mehrphasigen verlustbehafteten Tiefpassfilters so zu verstimmen, dass eine Anregung des Filters in der Nähe der nicht verstimmten Resonanzfrequenz nicht mehr zu einer Überlastung des Filters führt. Daher kann ein derartiges erfindungsgemäßes Filter mit geringerer Dämpfung, d. h., mit geringeren Verlusten, ausgelegt werden. Ein erfindungsgemäßes Filter, das als Netzfilter verwendet wird, kann für einen weiten Bereich der Netzinduktivität benutzt werden. Dadurch ist ein solches Filter robust gegenüber beliebigen Netzen.By virtue of the fact that a respective filter capacitor of a capacitor string of a multiphase lossy low-pass filter, for example, is divided into at least two capacitor branches, it is now possible to detune the resonance frequency of this multiphase lossy low-pass filter by separating at least one capacitor of a capacitor string such that an excitation of the filter in the vicinity the non-detuned resonance frequency no longer leads to an overload of the filter. Therefore, such an inventive filter with less damping, i. h., be designed with lower losses. A filter according to the invention, which is used as a line filter, can be used for a wide range of network inductance. This makes such a filter robust against any network.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in der mehrere Ausführungsformen eines Kondensatorstranges eines verlustbehafteten Tiefpassfilters nach der Erfindung schematisch veranschaulicht sind.To further explain the invention, reference is made to the drawing, in which several embodiments of a capacitor string of a lossy low-pass filter according to the invention are schematically illustrated.

1 zeigt ein Blockschaltbild eines Umrichters mit einem Netzfilter, in der 1 shows a block diagram of an inverter with a line filter, in the

2 ist ein Blockschaltbild eines Wechselrichters eines Umrichters mit zugehörigem Ausgangsfilter dargestellt, die 2 is a block diagram of an inverter of an inverter with associated output filter shown, the

3 zeigt eine erste Ausführungsform eines Kondensatorstranges eines verlustbehafteten Tiefpassfilters nach der Erfindung, wobei in der 3 shows a first embodiment of a capacitor string of a lossy low-pass filter according to the invention, wherein in the

4 eine vorteilhafte Ausführungsform eines Kondensatorstranges eines verlustbehafteten Tiefpassfilters nach der Erfindung dargestellt ist und wobei in den 4 an advantageous embodiment of a capacitor string of a lossy low-pass filter according to the invention is shown and wherein in the

5 bis 7 verschiedene Ausführungsformen des Kondensatorstranges nach 4 dargestellt sind. 5 to 7 various embodiments of the capacitor string after 4 are shown.

In der 3 ist eine erste Ausführungsform eines Kondensatorstranges 34 eines verlustbehafteten beispielsweise mehrphasigen Tiefpassfilters 22 dargestellt. In der 2 bildet jeweils eine Reihenschaltung eines Dämpfungswiderstandes 32 und eines Filterkondensators 18 einen Kondensatorstrang 34. Gemäß der Erfindung ist nun dieser Filterkondensator 18 auf zwei Kondensatorzweige 36 und 38 aufgeteilt. Im Kondensatorzweig 36 sind ein Kondensator 40 und der Dämpfungswiderstand 32 elektrisch in Reihe geschaltet, wobei im Kondensatorzweig 38 ein Kondensator 42 und ein Schalter 44 elektrisch in Reihe geschaltet sind. Die Summe der beiden Kapazitätswerte der beiden Kondensatoren 40 und 42 entsprechen dem Kapazitätswert des Filterkondensators 18, beispielsweise des verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 der 2. Gegenüber dem herkömmlichen Kondensatorstrang weist dieser Kondensatorstrang 34 außerdem eine Temperaturmess-Vorrichtung 46 auf, die thermisch mit dem Dämpfungswiderstand 32 verknüpft ist. Ausgangsseitig ist diese Temperaturmess-Vorrichtung 46 mit einem Steuereingang des Schalters 44 elektrisch leitend verbunden. Als Schalter kann jeder beliebige abschaltbare Halbleiterschalter oder mechanischer Schalter (Relais) vorgesehen werden. Sobald die Temperatur des Dämpfungswiderstandes 32 einen vorbestimmten Temperaturwert übersteigt, wird der Kondensatorzweig 38 dieses Kondensatorstranges 34 aufgetrennt.In the 3 is a first embodiment of a capacitor string 34 a lossy, for example, multi-phase low-pass filter 22 shown. In the 2 each forms a series connection of a damping resistor 32 and a filter capacitor 18 a capacitor string 34 , According to the invention, this is now filter capacitor 18 on two capacitor branches 36 and 38 divided up. In the capacitor branch 36 are a capacitor 40 and the damping resistance 32 electrically connected in series, wherein in the capacitor branch 38 a capacitor 42 and a switch 44 are electrically connected in series. The sum of the two capacitance values of the two capacitors 40 and 42 correspond to the capacitance value of the filter capacitor 18 , for example, the lossy low-pass filter 22 of the 2 , Compared to the conventional capacitor string, this capacitor string has 34 also a temperature measuring device 46 which thermally with the damping resistor 32 is linked. On the output side, this temperature measuring device 46 with a control input of the switch 44 electrically connected. As a switch any turn-off semiconductor switch or mechanical switch (relay) can be provided. Once the temperature of the damping resistor 32 exceeds a predetermined temperature value, the capacitor branch 38 this capacitor string 34 separated.

Dadurch halbiert sich der Kapazitätswert des Filterkondensators 18, wodurch dieses Filter 22 verstimmt ist. Dadurch wird eine Anregung in der Nähe der Resonanzfrequenz des Filters 22 aufgehoben, da die Resonanzfrequenz des verstimmten Filters 22 ungleich der Resonanzfrequenz des nicht verstimmten Filters 22 ist. Dadurch kann der Widerstandswert des Dämpfungswiderstandes 32 geringer ausfallen, wodurch das verlustbehaftete Tiefpassfilter 22 nach der Erfindung eine geringere Dämpfung aufweist. Wegen der geringeren Dämpfung weist dieses Filter 22 auch eine geringere Verlustleistung auf.This halves the capacitance value of the filter capacitor 18 making this filter 22 is out of tune. This will cause an excitation near the resonant frequency of the filter 22 canceled because the resonance frequency of the detuned filter 22 unlike the resonant frequency of the non-detuned filter 22 is. This allows the resistance value of the damping resistor 32 lower, creating the lossy low-pass filter 22 having a lower attenuation according to the invention. Because of the lower attenuation, this filter has 22 also a lower power loss.

In der 4 ist eine vorteilhafte Ausführungsform eines Kondensatorstranges 34 des verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 schematisch dargestellt. Diese vorteilhafte Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 3 dadurch, dass an Stelle des Schalters 44 und der Temperaturmess-Vorrichtung 46 ein Widerstand 48 mit positiven Temperaturkoeffizienten vorgesehen ist. Dieser Kaltleiter 48 ist elektrisch in Reihe zum Kondensator 42 des Kondensatorzweiges 38 des Kondensatorstranges 34 geschaltet. Mit Erreichen einer PTC-Temperatur ist dieser Kaltleiter 48 sehr hochohmig. Der Übergang vom niederohmigen zum hochohmigen Zustand ist sehr steil. Im hochohmigen Zustand kann dieser PTC-Widerstand 48 keinen Strom mehr leiten. Dadurch ist der Kondensator 42 aus diesem Kondensatorstrang 34 herausgeschaltet, wodurch sich der Kapazitätswert des Filterkondensators 18 halbiert hat.In the 4 is an advantageous embodiment of a capacitor string 34 the lossy low-pass filter 22 shown schematically. This advantageous embodiment differs from the embodiment according to 3 in that in place of the switch 44 and the temperature measuring device 46 a resistance 48 is provided with positive temperature coefficients. This PTC thermistor 48 is electrically in series with the capacitor 42 of the capacitor branch 38 of the capacitor string 34 connected. When reaching a PTC temperature, this PTC thermistor is 48 very high impedance. The transition from low-impedance to high-impedance state is very steep. In high-resistance state, this PTC resistor 48 no more electricity. This is the capacitor 42 from this capacitor string 34 switched off, resulting in the capacitance value of the filter capacitor 18 halved.

In der 5 ist eine weitere Ausführungsform eines Kondensatorstranges 34 eines verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 nach der Erfindung schematisch veranschaulicht. Dieser Kondensatorstrang 34 unterscheidet sich vom Kondensatorstrang 34 der 4 dadurch, dass im Kondensatorzweig 38 ein weiterer Dämpfungswiderstand 50 vorgesehen ist, der elektrisch in Reihe zum PTC-Widerstand 48 geschaltet ist. Dadurch kann ein Kaltleiter 48 mit kleinerem Widerstandswert verwendet werden. Dieser Kaltleiter 48 ist gegenüber dem Kaltleiter 48 der Ausführungsform der 4 preisgünstiger und erreicht seine PTC-Temperatur in einer kürzeren Zeit. Dadurch hat sich das Ansprechverhalten des verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 nach der Erfindung wesentlich verbessert, wodurch bei einer Erregung mit Resonanzfrequenz diese umgehend verstimmt wird. Außerdem kann die Dämpfung des Filters durch diesen weiteren Dämpfungswiderstand so unabhängig von der Verfügbarkeit von PTC-Widerständen geeigneter Größe gewählt werden.In the 5 is another embodiment of a capacitor string 34 a lossy low-pass filter 22 schematically illustrated according to the invention. This capacitor string 34 differs from the capacitor string 34 of the 4 in that in the capacitor branch 38 another damping resistor 50 is provided, which electrically in series with the PTC resistor 48 is switched. This can be a PTC thermistor 48 be used with a smaller resistance value. This PTC thermistor 48 is opposite the PTC thermistor 48 the embodiment of the 4 cheaper and reaches its PTC temperature in a shorter time. This has the responsiveness of the lossy low pass filter 22 significantly improved according to the invention, which is detuned immediately when excited with resonance frequency. In addition, the attenuation of the filter can be chosen so independent of the availability of PTC resistors of appropriate size by this further damping resistor.

In der 6 ist eine weitere Ausführungsform eines Kondensatorstranges 34 eines verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 nach der Erfindung veranschaulicht. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von der Ausführungsform gemäß 5 dadurch, dass der Kondensatorzweig 36, bestehend aus der Reihenschaltung des Dämpfungswiderstandes 32 und des Kondensators 40, elektrisch parallel zur Reihenschaltung des Kaltleiters 48 und des Kondensators 42 des Kondenstorstranges 38 geschaltet ist. Dadurch ist der Dämpfungswiderstand 50 für beide Kondensatorzweige 36 und 38 wirksam. Das heißt, der Widerstandswert des Dämpfungswiderstandes 32 des Kondensatorzweiges 36 kann weiter verringert werden, ohne dass sich an der Funktionsweise der Verstimmung des Filters 22 etwas ändert. Außerdem trägt der Widerstand 50 auch nach Verstimmung des Filters zur Dämpfung bei.In the 6 is another embodiment of a capacitor string 34 a lossy low-pass filter 22 illustrated according to the invention. This embodiment differs from the embodiment according to FIG 5 in that the capacitor branch 36 , consisting of the series connection of the damping resistor 32 and the capacitor 40 , electrically parallel to the series connection of the PTC thermistor 48 and the capacitor 42 the Kondenstorstranges 38 is switched. This is the damping resistance 50 for both capacitor branches 36 and 38 effective. That is, the resistance value of the damping resistor 32 of the capacitor branch 36 can be further reduced without affecting the operation of detuning the filter 22 something changes. In addition, the resistance carries 50 even after detuning the filter for damping at.

In der 7 ist eine weitere Ausführungsform eines Kondensatorstranges 34 eines verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 nach der Erfindung dargestellt. Bei dieser Ausführungsform des Kondensatorstranges 34 ist ein Filterkondensator 18 des Filters 22 auf drei Kondensatoren 40, 42 und 52 aufgeteilt, die jeweils in einem Kondensatorzweig 36, 38 und 54 angeordnet sind. Diese Kondensatorzweige 36, 38 und 54 sind elektrisch parallel geschaltet, so dass die Summe der Kapazitätswerte dieser drei Kondensatoren 40, 42 und 52 gleich dem Kapazitätswert des Filterkondensators 18 des Tiefpassfilters 22 gemäß der 2 ist. Die beiden Kondensatorzweige 36 und 38 weisen jeweils einen PTC-Widerstand 48 und 56 auf. Diesen drei elektrisch parallel geschalteten Kondensatorzweigen 36, 38 und 40 ist ein Dämpfungswiderstand 58 in Reihe geschaltet. Bei dieser Ausgestaltung können die Kaltleiter 48 und 56 bzw. die Kondensatorwerte so gewählt werden, dass die Verstimmung des Filters 22 stufenweise vorgenommen wird. In der ersten Stufe verringert sich der Kapazitätswert des Filterkondensators 18 um ein Drittel, wobei in einer zweiten Stufe sich der Kapazitätswert nochmals um ein Drittel verringert. Dadurch wird auch der Fall beherrscht, dass die Anregung sowohl die Resonanz des unverstimmten Filters als auch die des nach erster Stufe verstimmten Filters enthält.In the 7 is another embodiment of a capacitor string 34 a lossy low-pass filter 22 represented according to the invention. In this embodiment of the capacitor strand 34 is a filter capacitor 18 of the filter 22 on three capacitors 40 . 42 and 52 split, each in a capacitor branch 36 . 38 and 54 are arranged. These capacitor branches 36 . 38 and 54 are electrically connected in parallel, giving the sum of the capacitance values of these three capacitors 40 . 42 and 52 equal to the capacitance value of the filter capacitor 18 the low-pass filter 22 according to the 2 is. The two capacitor branches 36 and 38 each have a PTC resistor 48 and 56 on. These three electrically parallel capacitor branches 36 . 38 and 40 is a damping resistor 58 connected in series. In this embodiment, the PTC thermistor 48 and 56 or the capacitor values are selected so that the detuning of the filter 22 is made gradually. In the first stage, the capacitance value of the filter capacitor decreases 18 by a third, with the capacity level decreasing by a third in a second stage. This also dominates the case that the excitation contains both the resonance of the unvoiced filter and that of the first-stage detuned filter.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kondensatorstränge 34 eines verlustbehafteten mehrphasigen Tiefpassfilters kann auf alle Filtertopologien angewendet werden, bei denen der Effektivwert eines Kondensatorstromes im Falle einer Anregung in der Resonanz größer wird als im Normalbetrieb. Das heißt, dass sich die Erfindung nicht nur auf das Netzfilter eines F3E-Stromrichters eines Spannungszwischenkreis-Umrichters 2 gemäß 1 anwenden lässt, sondern auf alle Arten von Netzfiltern und auch auf Ausgangsfilter von Umrichtern, beispielsweise gemäß 2.The inventive design of the capacitor strings 34 A lossy multiphase low-pass filter can be applied to all filter topologies in which the RMS value of a capacitor current becomes larger in the case of excitation in resonance than in normal operation. That is, the invention is not limited to the line filter of a F 3 E converter of a voltage source inverter 2 according to 1 but to all types of line filters and also to output filters of inverters, for example according to 2 ,

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines jeden Kondensatorstranges 34 eines verlustbehafteten Tiefpassfilters 22 reduziert sich der Aufwand eines derartigen Filters, weil die Größe der Dämpfungswiderstände reduziert werden kann. Dadurch weist ein verlustbehaftetes Tiefpassfilter 22 mit erfindungsgemäß ausgebildeten Kondensatorsträngen 34 eine geringere Verlustleistung auf. Außerdem ist dieses verlustbehaftete Tiefpassfilter 22 gegen Netzoberschwingungen, Schwankungen der Netzimpedanz bzw. Harmonische des Stromrichters robuster.Due to the inventive design of each capacitor strand 34 a lossy low-pass filter 22 reduces the cost of such a filter, because the size of the damping resistors can be reduced. This indicates a lossy low-pass filter 22 with inventively designed capacitor strings 34 a lower power loss. In addition, this lossy low-pass filter 22 against mains harmonics, fluctuations of the network impedance or harmonics of the power converter more robust.

Claims (8)

Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) mit einer Filterinduktivität (16), mit einem Filterkondensator (18) und mit einem Dämpfungswiderstand (32), der mit dem Filterkondensator (18) elektrisch in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkondensator (18) auf wenigstens zwei Kondensatorzweige (36, 38) aufgeteilt ist, wobei in einem ersten Kondensatorzweig (36) der Dämpfungswiderstand (32) und ein Filterkondensator (40) elektrisch in Reihe geschaltet sind und in einem zweiten Kondensatorzweig (38) ein Filterkondensator (42) mit einer Trennvorrichtung elektrisch in Reihe geschaltet ist, die einen Schalter (44) und eine Temperaturmess-Vorrichtung (46) aufweist, wobei diese Temperaturmess-Vorrichtung (46) thermisch mit dem Dämpfungswiderstand (32) des ersten Kondensatorzweiges (36) und ausgangsseitig mit einem Steuereingang des Schalters (44) des zweiten Kondensatorzweiges (38) verknüpft ist.Lossy low-pass filter ( 22 ) with a filter inductance ( 16 ), with a filter capacitor ( 18 ) and with a damping resistor ( 32 ) connected to the filter capacitor ( 18 ) is electrically connected in series, characterized in that the filter capacitor ( 18 ) on at least two capacitor branches ( 36 . 38 ), wherein in a first capacitor branch ( 36 ) the damping resistance ( 32 ) and a filter capacitor ( 40 ) are electrically connected in series and in a second capacitor branch ( 38 ) a filter capacitor ( 42 ) is electrically connected in series with a disconnecting device having a switch ( 44 ) and a temperature measuring device ( 46 ), said temperature measuring device ( 46 ) thermally with the damping resistor ( 32 ) of the first capacitor branch ( 36 ) and the output side with a control input of the switch ( 44 ) of the second capacitor branch ( 38 ) is linked. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) mit einer Filterinduktivität (16), mit einem Filterkondensator (18) und einem Dämpfungswiderstand (32), der mit dem Filterkondensator (18) elektrisch in Reihe geschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Filterkondensator (18) auf wenigstens zwei Kondensatorzweige (36, 38) aufgeteilt ist, wobei im ersten Kondensatorzweig (36) der Dämpfungswiderstand (32) und ein Kondensator (40) elektrisch in Reihe geschaltet sind und in einem zweiten Kondensatorzweig (38) ein Filterkondensator (42) mit einem Widerstand (48) mit positivem Temperaturkoeffizienten elektrisch in Reihe geschaltet ist.Lossy low-pass filter ( 22 ) with a filter inductance ( 16 ), with a filter capacitor ( 18 ) and a damping resistor ( 32 ) connected to the filter capacitor ( 18 ) is electrically connected in series, characterized in that the filter capacitor ( 18 ) on at least two capacitor branches ( 36 . 38 ), wherein in the first capacitor branch ( 36 ) the damping resistance ( 32 ) and a capacitor ( 40 ) are electrically connected in series and in a second capacitor branch ( 38 ) a filter capacitor ( 42 ) with a resistor ( 48 ) is electrically connected in series with a positive temperature coefficient. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Kondensatorzweig (36, 38) ein Dämpfungswiderstand (32, 50) angeordnet ist.Lossy low-pass filter ( 22 ) according to claim 2, characterized in that in each capacitor branch ( 36 . 38 ) a damping resistor ( 32 . 50 ) is arranged. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass den beiden Kondensatorzweigen (36, 38) gemeinsam ein Dämpfungswiderstand (50) zugeordnet ist.Lossy low-pass filter ( 22 ) according to claim 2, characterized in that the two capacitor branches ( 36 . 38 ) together a damping resistor ( 50 ) assigned. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Kondensatorzweig (38) einen Dämpfungswiderstand (50) aufweist, der elektrisch in Reihe zur Reihenschaltung des Widerstands (48) mit positivem Temperaturkoeffizienten und des Filterkondensators (42) geschaltet ist.Lossy low-pass filter ( 22 ) according to claim 2, characterized in that the second capacitor branch ( 38 ) a damping resistor ( 50 ) electrically connected in series with the series connection of the resistor ( 48 ) having a positive temperature coefficient and the filter capacitor ( 42 ) is switched. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (44) ein abschaltbarer Halbleiterschalter ist.Lossy low-pass filter ( 22 ) according to claim 1, characterized in that the switch ( 44 ) is a turn-off semiconductor switch. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem dreiphasigen Tiefpassfilter die Kondensatoren (18) elektrisch in Dreieck geschaltet sind.Lossy low-pass filter ( 22 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that in a three-phase low-pass filter, the capacitors ( 18 ) are electrically connected in delta. Verlustbehaftetes Tiefpassfilter (22) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem dreiphasigen Tiefpassfilter die Kondensatoren (18) elektrisch in Stern geschaltet sind.Lossy low-pass filter ( 22 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that in a three-phase low-pass filter, the capacitors ( 18 ) are electrically connected in star.
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