DE102019117784A1 - Kondensatorsystem mit vorgegeben steif gelagerten kondensatoren und elektrische schaltung mit einem kondensatorsystem - Google Patents

Kondensatorsystem mit vorgegeben steif gelagerten kondensatoren und elektrische schaltung mit einem kondensatorsystem Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kondensatorsystem, insbesondere für einen Zwischenkreis, welches mehrere Kondensatoren, insbesondere Folienkondensatoren, umfasst und eine Lagerungseinrichtung, wobei die Lagerungseinrichtung wenigstens zwei der Kondensatoren mit einer vorgegebenen Steifigkeit lagert.

Description

  • Im Folgenden werden Ausführungsformen offenbart, die ein Kondensatorsystem mit einer Mehrzahl von Kondensatoren umfassen, wobei verschiedene Kondensatoren des Kondensatorsystems unterschiedlich steif gelagert sind. Weitere Ausführungsformen betreffen eine elektrische Schaltung mit einem Kondensatorsystem.
  • Beispielsweise durch Übertragung von Spannungsrippeln kann es beispielsweise im Betrieb eines Kondensatorsystems zu einer Anregung durch Bauteile kommen, in dessen Umgebung die Kondensatoren des Kondensatorsystems mechanisch gelagert sind. Dies kann insbesondere zu akustischen Effekten führen, die eventuell als Beeinträchtigung wahrgenommen werden, oder zu Effekten, die eine Abnutzung der Kondensatoren beschleunigen. Solche Spannungsrippel können beispielsweise in einem elektrischen Schaltkreis, indem ein Wechselspannungsverbraucher über einen Zwischenkreis durch eine Gleichspannungsenergiequelle betrieben wird, durch die Trägerfrequenz eines PWM-Verstärkers ausgelöst werden. Dadurch können die Kondensatoren des Zwischenkreises mit ihrer Resonanzfrequenz angeregt werden. Dies kann zu einer lästigen Geräuschentwicklung führen.
  • Trifft also eine Frequenz eines anregenden Signals eine Eigenfrequenz der Kondensatoren, z.B. eine Eigenfrequenz der Wickel eines Filmkondensators, so werden diese zu Schwingungen angeregt und es kommt zu hohen Amplituden in der mechanischen Anregung. Luftschallabstrahlung und hochfrequente Störgeräusche, die als Beeinträchtigung wahrgenommen werden können die Folge sein.
  • Demgegenüber ergibt sich die Aufgabe ein verbessertes Kondensatorsystem bereitzustellen, welches in Ausführungsformen als Zwischenkreiskondensatorsystem für Fahrzeug- und Industrieumrichter geeignet sein soll.
  • Diese Aufgabe wird durch die jeweiligen Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen entsprechende Weiterbildungen.
  • Ein erster Aspekt betrifft ein Kondensatorsystem, insbesondere für einen Zwischenkreis, welches mehrere Kondensatoren, insbesondere Folienkondensatoren umfasst. Zudem umfasst das Kondensatorsystem eine Lagerungseinrichtung, wobei die Lagerungseinrichtung wenigstens zwei der Kondensatoren mit einer vorgegebenen Steifigkeit lagert.
  • Ein Kondensator des Kondensatorsystems kann ein Folienkondensator sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Kondensator des Kondensatorsystems ein Filmkondensator sein. Ein Kondensator des Kondensatorsystems kann zusätzlich oder alternativ auch ein Elektrolytkondensator sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein Kondensator des Kondensatorsystems ein Keramikkondensator sein.
  • Ein Folienkondensator (auch: Filmkondensator, Wickelkondensator) ist ein Kondensator, welcher zumindest einen Wickel umfasst. Ein Wickel ist ein Element, in welchem mehrere Schichten, typischerweise Folien, aufgewickelt sind. Ein Stromabgriffselement ist ein Element, über welches eine von den Folienkondensatoren bereitgestellte Spannung abgegriffen werden kann. Das bedeutet, dass die Folienkondensatoren über die Stromabgriffselemente entladen werden können. Dies schließt jedoch nicht aus, dass die Folienkondensatoren ebenfalls über die Stromabgriffselemente geladen werden können. Jeder Folienkondensator kann einen ersten und einen zweiten Anschlusspol aufweisen.
  • Das Kondensatorsystem kann aus unterschiedlichen Kondensatoren bestehen oder aus gleichen Kondensatoren. Insbesondere kann ein Kondensatorsystem aus gleichen Kondensator-Typen bestehen, die allerdings unterschiedlich dimensioniert sind.
  • Eine Lagerungseinrichtung kann ein Gehäuse des Kondensatorsystems sein. Eine Lagerungseinrichtung kann auch eine Platine sein, auf der mehrere Kondensatoren des Kondensatorsystems angeordnet sind. Eine Lagerungseinrichtung kann auch eine Verschraubung an einer Umgebungseinrichtung sein. Bei der Lagerungseinrichtung können typische Materialien zum Erzeugen einer Steifigkeit zum Einsatz kommen, insbesondere können nachgiebige Materialien wie Gummi oder Kautschuk eingesetzt werden. Eine Steifigkeit kann auch als Nachgiebigkeit, Elastizität und/oder mechanische Impedanz angegeben werden.
  • Kondensatoren des Kondensatorsystems können insbesondere parallel verschaltet sein.
  • Eine vorgegebene Steifigkeit kann beispielsweise durch eine sogenannte Busbar erfolgen. Eine Busbar kann ein Blech sein, auf welchem die Kondensatoren gelagert sind. Eine vorgegebene Steifigkeit kann durch entsprechende Aussparungen erfolgen, durch welche die Steifigkeit der Busbar an verschiedenen Stellen unterschiedlich ausgeprägt ist. Auf diesen Stellen kann ein Kondensator gelagert sein, so dass mehrere Kondensatoren auf der Busbar unterschiedlich steif gelagert sind. Die vorgegebene Steifigkeit kann beispielsweise dadurch vorgegeben sein, dass bei einer Lagerung des Kondensatorsystems zumindest zwei Kondensatoren mit einer unterschiedlichen Steifigkeit gelagert werden. Die vorgegebene Steifigkeit kann auch durch eine entsprechende Ummantelung eines oder mehrerer Kondensatoren erfolgen, die in diesem Fall die Lagerungseinrichtung oder zumindest ein Teil der Lagerungseinrichtung darstellt.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Kondensatorsystem nach dem ersten Aspekt, wobei die Lagerungseinrichtung zwei, drei oder vier oder alle Kondensatoren mit einer unterschiedlichen Steifigkeit lagert.
  • Unterschiedliche Steifigkeiten können durch unterschiedlich steife Materialien, die bei der Lagerung verwendet werden, vorgegeben werden. Zusätzlich oder alternativ können Elemente innerhalb eines oder mehrerer Kondensatoren des Kondensatorsystems variiert werden, um eine Steifigkeit eines Kondensators vorzugeben oder die Steifigkeiten mehrerer Kondensatoren unterschiedlich vorzugeben. Beispielsweise durch geometrische Maßnahmen lässt sich die Steifigkeit von verschiedenen Kondensator-Wickeln eines Folienkondensators variieren. Dadurch ändern sich die Eigenfrequenzen und die akustische Anregung findet in einem breiteren Frequenzband statt. Dadurch kann die Amplitude der Anregung verringert werden. Zusätzlich oder alternativ können einzelne Kondensator-Wickel einer oder mehrerer Folienkondensatoren des Kondensatorsystems durch eine asymmetrische Kontaktierung mit unterschiedlichen Steifigkeiten gelagert werden.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Kondensatorsystem nach dem ersten Aspekt, wobei zusätzlich die Steifigkeiten sich um mindestens 10% unterscheiden.
  • Alternativ können sich die Steifigkeiten von zwei oder mehr Kondensatoren des Kondensatorsystems auch um 15%, 20% oder 30% unterscheiden. Zusätzlich oder alternativ können sich Steifigkeiten von zwei direkt nebeneinander angeordneten Kondensatoren um 10%, 15%, 20% oder 30% unterscheiden. Wenn das Kondensatorsystem mehr als zwei Kondensatoren umfasst, kann somit ein über mehrere in einer Reihe angeordnete Kondensatoren eine Lagerung mit abnehmender oder steigender absoluter Steifigkeit implementiert werden.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Kondensatorsystem nach dem ersten Aspekt, wobei zwei oder mehr Kondensatoren eine Reihe bilden und die Kondensatoren nach steigender oder fallender Steifigkeit angeordnet sind.
  • Steigende oder fallende Steifigkeiten können durch absolute Steifigkeitswerte definiert werden. Zusätzlich oder alternativ können steigende oder fallende Steifigkeiten durch relative Steifigkeitsunterschiede definiert werden. Insbesondere können relative Steifigkeitsunterschiede sich auf die Steifigkeit eines Kondensators beziehen, von dem die Steifigkeitswerte aller anderen Kondensatoren abgeleitet werden, z.B. so dass ein Kondensator 10%, 15%, 20% oder 30% mehr Steifigkeit aufweist, also steifer gelagert ist, als ein bestimmter anderer Kondensator des Kondensatorsystems. Insbesondere können ein oder mehrere relative Steifigkeitsunterschiede sich jeweils auf den Nachbarkondensator beziehen, den ein bestimmter Kondensator des Kondensatorsystems aufweist, so dass beispielsweise ein Kondensator oder mehrere Kondensatoren sich um eine bestimmte relative Steifigkeit, z.B. 10%, von ihrem rechts oder links angrenzenden Nachbarkondensator unterscheiden.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Kondensatorsystem nach dem ersten Aspekt, wobei zwei oder mehr, insbesondere alle, Kondensatoren eine gleiche vorgegebene Steifigkeit aufweisen oder die Steifigkeiten maximal 2%, 5%, 10% oder 20% voneinander abweichen.
  • Eine vorgegebene gleiche Steifigkeit für mehrere Kondensatoren des Kondensatorsystems und/oder vorgegebene Steifigkeiten, die nur um einen geringen Betrag auseinanderliegen, bedeutet, dass die resultierenden Resonanzfrequenzen ebenfalls gleich sind bzw. nahe bei einander liegen. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn man damit die Resonanzfrequenzen des Kondensatorsystems in einen Bereich verschieben kann, der durch eine, insbesondere elektrische und/oder mechanische, Umgebung des Kondensatorsystems nicht angeregt wird. Zum Beispiel können die Steifigkeiten der Kondensatoren so vorgegeben werden, dass diese in einem Frequenzbereich liegen, der von einem PWM-Verstärker, der mit dem Kondensatorsystem zusammenwirkt, nicht angeregt wird.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Kondensatorsystem nach dem ersten Aspekt, wobei die Steifigkeit in Abhängigkeit einer Steifigkeit eines Gehäuses und/oder Halterungseinrichtung vorgegeben ist.
  • Ein Gehäuse kann insbesondere das Kondensatorsystem ganz oder teilweise umhüllen. Das Gehäuse kann aus einem Metall und/oder aus einem Kunststoff bestehen. Das Gehäuse kann eine Schicht nachgiebigen Materials umfassen auf welchem die Kondensatoren gelagert sind und/oder durch welche das Gehäuse an seine Umgebung angebracht ist. Dadurch kann eine Steifigkeit vorgegeben werden. Eine Halterungseinrichtung kann eine Busbar sein. Zusätzlich oder alternativ kann in einer Halterungseinrichtung das Kondensatorsystem aufgehängt sein, so dass die einzelnen Kondensatoren mit einer vorgegebenen Steifigkeit gelagert sind.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Kondensatorsystem nach dem ersten Aspekt, wobei die Steifigkeit durch eine lösbare Befestigung vorgegeben ist.
  • Eine lösbare Befestigung kann insbesondere eine Verschraubung des Kondensatorsystems oder der Kondensatoren des Kondensatorsystems betreffen. Insbesondere kann durch die Art der Verschraubung eine Steifigkeit vorgegeben werden.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Kondensatorsystem nach dem ersten Aspekt, wobei die Steifigkeit durch eine nicht-lösbare Befestigung vorgegeben ist.
  • Eine nicht-lösbare Befestigung betrifft Befestigungen, die nicht dazu eingerichtet sind, wieder gelöst zu werden. Solche Befestigungen können insbesondere eine Verlötung, eine Verschweißung und/oder eine Vernietung sein. Insbesondere kann durch eine Größe der Lötpunkte und/oder der Schweißpunkte eine Steifigkeit einer Lagerung der Kondensatoren des Kondensatorsystems oder einer Lagerung des gesamten Kondensatorsystems definiert werden.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Kondensatorsystem nach dem ersten Aspekt, wobei die Steifigkeit eines oder mehrerer Kondensatoren auf Basis eines Parameters vorgegeben ist.
  • Die Steifigkeit eines oder mehrerer Kondensatoren selber kann auf Basis eines Parameters vorgegeben werden. Ein solcher Parameter beeinflusst dann in der Regel auch die Resonanzfrequenz des oder der entsprechenden Kondensatoren. Daher kann ein solcher Parameter insbesondere eine Frequenz, z.B. auch eine Resonanzfrequenz, eines Bauteils in der Umgebung des Kondensatorsystems haben, so dass sich der Parameter auf das Kondensatorsystem entsprechend auswirkt. Ein solcher Parameter kann insbesondere auch ein elektrisches Signal betreffen, welches sich aus der Umgebung des Kondensatorsystems auf dieses auswirkt und insbesondere einen oder mehrere der Kondensatoren des Kondensatorsystems anregen könnte.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Kondensatorsystem nach dem ersten Aspekt, wobei der Parameter ein Parameter eines Wechselrichters und/oder eines PWM-Verstärkers ist.
  • Der Parameter kann insbesondere eine Schaltfrequenz eines Wechselrichters oder einer H-Brücke betreffen. Zusätzlich oder alternativ kann ein Parameter eine Trägerfrequenz eines PWM-Verstärkers betreffen. Ein PWM-Verstärker kann insbesondere eine Leistungstransistorschaltung sein (z.B. eine oder mehrere H-Brücken), die mit einem PWM-Signal angesteuert wird. Diese Frequenzen können einen oder mehrere der Kondensatoren, insbesondere in einem Zwischenkreis, anregen, beispielsweise, wenn diese Frequenzen mit den mechanischen Resonanzfrequenzen der Kondensatoren übereinstimmen. Deswegen kann eine Steifigkeit einer Lagerung von einem oder mehreren der Kondensatoren des Kondensatorsystems so ausgestaltet sein, dass die Resonanzfrequenz bzw. die Eigenfrequenz der Lagerung eines Kondensators des Kondensatorsystems nicht mit einer der o.g. Frequenzen zusammenfallen. Dann ist eine Anregung eines oder mehrerer Kondensatoren unwahrscheinlich.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Kondensatorsystem nach dem ersten Aspekt, wobei der Parameter eine Trägerfrequenz eines PWM-Verstärkers ist.
  • Eine Ausführungsform betrifft ein Kondensatorsystem nach dem ersten Aspekt, wobei der Parameter sich auf ein Aussparband eines Random-PWM-Verstärkers bezieht.
  • PWM-Verstärker können auch mehrere Trägerfrequenzen nutzen, insbesondere sogenannte Random-Carrier-PWM-Verstärker. Innerhalb dieser Verstärker können einzelne oder mehrere Frequenzen oder ganze Frequenzbänder von einer Nutzung als Trägerfrequenz ausgespart sein. In diesem Fall kann die Steifigkeit eines oder mehrerer Kondensatoren in einem Kondensatorsystem so vorgegeben werden, dass die Resonanzfrequenz des oder der jeweiligen Kondensatoren mit einer der nicht als Trägerfrequenz genutzten Frequenz eines PWM-Verstärkers zusammenfallen. Dann werden diese Kondensatoren nicht von dem PWM-Verstärker angeregt.
  • Ein zweiter Aspekt betrifft eine elektrische Schaltung mit einen Zwischenkreis, wobei der Zwischenkreis ein Kondensatorsystem nach dem ersten Aspekt umfasst.
  • Ein Zwischenkreis ist dazu eingerichtet verschiedene elektrische Energienetze so mit einander zu verkoppeln, dass Wechselwirkungen zwischen den Energienetzen reduziert werden. Ein Zwischenkreis kann beispielsweise dazu eingerichtet sein eine Gleichstromenergiequelle mit einem Wechselstromverbraucher so zu verkoppeln, dass Rückkopplungen auf die Gleichstromquelle durch den Wechselstromverbraucher minimiert werden. Ein Zwischenkreis umfasst einen Kondensator, der als Zwischenkreiskondensator bezeichnet wird. Ein solcher Zwischenkreiskondensator kann mehrere Kondensatoren umfassen. Zwischenkreiskondensatoren können beispielsweise Filmkondensatoren, Keramikkondensatoren, Folienkondensatoren sein und/oder Elektrolytkondensatoren.
  • Eine Ausführungsform betrifft eine elektrische Schaltung nach dem zweiten Aspekt, wobei die elektrische Schaltung einen Wechselrichter und/oder PWM-Verstärker umfasst und die eine oder mehrere Steifigkeiten des Kondensatorsystems so vorgegeben sind, dass sie nicht mit einer Frequenz des Wechselrichters und/oder des PWM-Verstärkers zusammenfallen.
  • Ein Zwischenkreiskondensator kann einer rückkopplungsverminderten Speisung eines Leistungsmoduls für einen elektrischen Motor durch einen Hochvoltspeicher dienen. So kann beispielsweise in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug elektrische Energie aus einem mobilen Energiespeicher in den Zwischenkreis eingespeist werden. Diese Energie kann im Fahrbetrieb über Wechselrichter oder PWM-Verstärker wiederum in eine Wechselspannung variabler Frequenz zur Beschleunigung der Antriebsmotoren gewandelt werden. Wenn die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verringert werden soll, kann der Energiefluss auch umgekehrt erfolgen, so dass die Energie der Antriebsmotoren über den Zwischenkreis und entsprechende Zwischenkreiskondensatoren in den mobilen Energiespeicher gespeist wird. Beispielsweise durch Spannungsrippel, die insbesondere als Rückwirkung des Wechselrichters und/oder des PWM-Verstärkers auftreten, kann es im Betrieb allerdings zu einer Anregung von Bauteilen kommen auf denen der Zwischenkreiskondensator mechanisch gelagert ist. Dies kann insbesondere zu akustischen Effekten führen, die eventuell als Beeinträchtigung wahrgenommen werden.
  • In den folgenden Ausführungsbeispielen werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren verschiedene Ausführungsformen näher beschrieben.
    • 1 offenbart ein Kondensatorsystem mit einer Busbar.
    • 2 offenbart eine elektrische Schaltung mit einem Kondensatorsystem zum Betreiben eines Wechselstromverbrauchers.
    • 3 offenbart einen Verlauf einer abgestrahlten Schallleistung über einer Frequenz, für eine elektrische Schaltung mit einem Kondensatorsystem.
  • Im Folgenden beziehen sich identische Bezugszeichen auf identische oder zumindest funktional äquivalente Merkmale.
  • In der folgenden Beschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Aspekte gezeigt sind, in denen die vorliegende Erfindung verstanden werden kann. Es versteht sich, dass andere Aspekte verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen möglich sind, ohne den Umfang der beschriebenen Ausführungsformen zu verlassen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht einschränkend zu verstehen, da der Umfang der vorliegenden Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert ist.
  • 1 beschreibt Kondensatorsystem 100 nach einer Ausführungsform, wobei die Figur natürlich nur einige grundlegende Aspekte des Kondensatorsystems beschreibt und die Ausführungsform selbstverständlich noch andere Merkmale aufweisen kann. Das beschriebene Kondensatorsystem 100 umfasst eine Busbar 101. Die Busbar 101 ist zumindest teilweise aus einem flexiblem Metallwerkstoff, z.B. einem Federstahl, Kupfer oder Aluminium gefertigt, durch welchen die Busbar 101 eine bestimmte Steifigkeit aufweist. Durch die Wahl eines geeigneten Materials kann insbesondere sichergestellt werden, dass sich die durch die Busbar vorgegebene Steifigkeit sich über die Nutzungszeit der Busbar nicht ändert. Auf der Busbar sind drei Kondensatoren 102a, 102b, 102c jeweils nebeneinander angeordnet. Die Kondensatoren sind parallel verschaltet. Bei den Kondensatoren handelt es sich um Folienkondensatoren. Selbstverständlich können auch Filmkondensatoren oder andere Kondensatortypen verwendet werden. Die Kondensatoren 102a, 102b, 102c sind mit der Busbar 101 elektrisch verkoppelt. Die Busbar verfügt des Weiteren über zwei Anschlussstellen 101a, über welche das Kondensatorsystem in einen elektrischen Stromkreis eingebunden wird. Wie zu sehen ist, sind die Kondensatoren 102a, 102b, 102c auf der Busbar nicht symmetrisch angeordnet. Die Busbar weist darüber hinaus einen Aussparung 101b auf. Über diese Aussparung werden drei verschiedene Steifigkeiten vorgegeben, die sich jeweils auf einen der Kondensatoren 102a, 102b, 102c beziehen. Die Aussparung 101b ist schmal ausgestaltet und teilt einen Randabschnitt in einen ersten Teil 103a und einen zweiten Teil 103b. Wie deutlich zu sehen ist, ist der erste Kondensator 102a von dem Randabschnitt 103a vollständig gestützt. Der zweite Kondensator 102b ist von den Randabschnitten 103a und 103b nicht vollständig gestützt. Der dritte Kondensator 102c ist nur von dem Randabschnitt 103b gestützt. Die vorgegebenen Steifigkeiten für die Kondensatoren 102a, 102b, 102c ergeben sich proportional zur Gesamtoberfläche der Randabschnitte 103a, 103b, die den jeweiligen Kondensator abdeckt. Je mehr Fläche des Randbereichs einen Kondensator abdeckt, desto steifer ist dieser gelagert. Wie deutlich zu sehen ist, ist der Kondensator 102a am meisten mit Randabschnittsfläche bedeckt. Durch die Aussparung 101b ist Kondensator 102b etwas weniger steif gelagert als der Kondensator 102a. Der Kondensator 102c ist dagegen nicht einmal zur Hälfte von einem Randabschnitt, Randabschnitt 103b, gestützt und ist somit weniger steif gelagert als die Kondensatoren 102a und 102b. Zusätzlich wird die Steifigkeit des Kondensatorsystems 100 über die Anzahl der Lötpunkte 103c beeinflusst, mit der die Busbar 101 an die einzelnen Kondensatoren nicht-lösbar befestigt ist. Wie zu sehen ist, wird der Kondensator 102a durch drei Lötpunkte an die Busbar gekoppelt. Damit ist er steifer mit dieser verbunden als die anderen beiden Kondensatoren 102b, 102c, die jeweils nur mit zwei bzw. einem Lötpunkt an die Busbar gekoppelt sind. Selbstverständlich kann Steifigkeit für das gezeigte Kondensatorsystem 100 auch zusätzlich über die Art der Kontaktierung des Kondensatorsystems über die Kontaktabschnitte 101a vorgegeben werden. Insbesondere kann durch eine mehr oder weniger steife Verschraubung der Busbar 101 an den Kontaktabschnitten 101a der Busbar 101 Einfluss auf die Steifigkeiten der Lagerung der Kondensatoren 102a, 102b, 102c vorgegeben werden.
  • 2 zeigt einen elektrischen Schaltkreis 200. Der elektrische Schaltkreis umfasst eine Gleichspannungsquelle 201. Die Gleichspannungsquelle versorgt einen Wechselspannungsmotor 202. Zur Umwandlung des Gleichstroms in eine Wechselspannung für den Wechselspannungsmotor wird ein PWM-Verstärker eingesetzt (oder ein Umrichter, der mit einem PWM-Signal angesteuert wird), der in dem Wechselspannungsmotor enthalten und nicht extra dargestellt ist. Parallel zur Spannungsquelle 201 und zum Wechselstrommotor 202 ist ein Kondensatorsystem 100 verschaltet. Dieses Kondensatorsystem kann insbesondere ein Kondensatorsystem gemäß 1 sein. Das Kondensatorsystem 100 ist dazu eingerichtet die Gleichspannungsquelle 201 mit dem Wechselspannungsmotor 202 so zu verkoppeln, dass Rückwirkungen des Wechselspannungsmotors auf die Gleichspannungsquelle reduziert werden. Eine solche Verschaltung eines Kondensatorsystems wird auch Zwischenkreis genannt. Das Kondensatorsystem 100 im Zwischenkreis ist so konfiguriert, dass Störungen, welche durch den PWM-Verstärker generiert werden, insbesondere durch die vom PWM-Verstärker verwendeten Trägerfrequenzen, nicht die mechanische Resonanzfrequenz des Kondensatorsystems anregen. Dies wird dadurch erreicht, dass die Steifigkeit für die Kondensatoren des Kondensatorsystems 100 abhängig der Trägerfrequenzen des eingesetzten PWM-Verstärkers des Motors 202 vorgegeben werden.
  • 3 zeigt den Effekt eines Kondensatorsystems mit nicht vorgegebener Steifigkeit und eines Kondensatorsystems 100 mit vorgegebener Steifigkeit, welches beispielsweise das Kondensatorsystem aus 1 sein kann, wenn diese Kondensatorsysteme als Zwischenkreiskondensatoren in einem elektrischen Stromkreis gemäß 2 betrieben werden, um eine Gleichspannungsquelle mit einem Wechselspannungsmotor zu verkoppeln. In dem abgebildeten Diagramm 300 sind zwei Kennlinien 301 (mit durchgezogener Linie) und 302 (mit gestrichelter Linie) gezeigt, welche in prinzipieller Weise jeweils eine abgestrahlte Schallleistung beschreiben, die über einer Frequenz aufgetragen ist. Die Schallleistungen geben eine Geräuschentwicklung durch die zwei Kondensatorsysteme an. Linie 301 gibt die Schallleistung eines Kondensatorsystems an, bei dem keine Steifigkeit vorgegeben wurde. Mit einem solchen Kondensatorsystem ergeben sich im Betrieb im Bereich der Resonanzfrequenz des Kondensatorsystem Schwingungen, welche eine hohe abgestrahlte Schallleistung auslösen. Diese Resonanzfrequenz wird durch die Trägerfrequenz eines PWM-Verstärkers angeregt (selbstverständlich kann auch ein anderes Bauteil aus der Umgebung des Zwischenkreiskondensators eine entsprechende Anregung erzeugen). Die abgestrahlte Schallleistung an der Resonanzfrequenz kann als Störung empfunden werden.
  • Die Kennlinie 302 beschreibt dagegen ein Kondensatorsystem mit vorgegebener Steifigkeit als Zwischenkreiskondensator. Dabei wurde ein Kondensatorsystem gemäß 1 mit drei Kondensatoren, die mit unterschiedlicher Steifigkeit gelagert wurden, verwendet. Das Kondensatorsystem weist damit drei unterschiedliche Resonanzfrequenzen auf. Die Kennlinie 302 zeigt die Schallleistung an diesen Frequenzen wesentlich reduziert. Dies kann damit erklärt werden, dass sich die abgestrahlte Schallleistung der drei Kondensatoren nicht mehr an einer einzigen Resonanzfrequenz addiert. Denn durch die unterschiedlich vorgegebene Steifigkeit der Lagerung der einzelnen Kondensatoren in dem Kondensatorsystem 100 werden die Resonanzfrequenzen verändert. Es zeigen sich in Kennlinie 302 deutlich die drei neuen Resonanzfrequenzen, die durch die jeweils vorgegeben steife Lagerung der einzelnen Kondensatoren des Kondensatorsystems 100 erzeugt werden. Die Resonanzfrequenzen fallen nicht mehr zusammen und die abgestrahlte Schallleistung an den Resonanzfrequenzen ist weniger hoch. Durch das Kondensatorsystem der Kennlinie 301 ergibt sich somit eine geringere Störschallbelastung als durch das Kondensatorsystem der Kennlinie 301.
  • Bezugszeichenliste
    • 100
    Kondensatorsystem nach einer Ausführungsform
    101
    Busbar
    101a
    Kontaktabschnitt der Busbar
    101b
    Aussparung
    102a
    Kondensator
    102b
    Kondensator
    102c
    Kondensator
    103a
    Randabschnitt der Busbar
    103b
    Randabschnitt der Busbar
    103c
    Lötpunkte
    200
    Elektrischer Schaltkreis
    201
    Gleichspannungsquelle
    202
    Wechselstrommotor mit PWM-Verstärker
    300
    Diagramm
    301
    Kennlinie Kondensatorsystem
    302
    Kennlinie Kondensatorsystem nach einer Ausführungsform

Claims (14)

  1. Kondensatorsystem (100), insbesondere für einen Zwischenkreis, umfassend: - mehrere Kondensatoren (102a, 102b, 102c), insbesondere Folienkondensatoren; - eine Lagerungseinrichtung (101), wobei die Lagerungseinrichtung wenigstens zwei der Kondensatoren (102a, 102b, 102c) mit einer vorgegebenen Steifigkeit lagert.
  2. Kondensatorsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Lagerungseinrichtung (101) zwei, drei oder vier oder alle Kondensatoren (102a, 102b, 102c) mit einer unterschiedlichen Steifigkeit lagert.
  3. Kondensatorsystem nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Steifigkeiten sich um mindestens 10% unterscheiden.
  4. Kondensatorsystem nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei zwei oder mehr Kondensatoren (102a, 102b, 102c) eine Reihe bilden und die Kondensatoren nach steigender Steifigkeit angeordnet sind.
  5. Kondensatorsystem nach Anspruch 1, wobei zwei oder mehr, insbesondere alle, Kondensatoren (102a, 102b, 102c) eine gleiche Steifigkeit aufweisen oder deren Steifigkeiten maximal 2%, 5%, 10% oder 20% voneinander abweichen.
  6. Kondensatorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steifigkeit in Abhängigkeit einer Steifigkeit eines Gehäuses und/oder Halterungseinrichtung (101) vorgegeben ist.
  7. Kondensatorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steifigkeit durch eine lösbare Befestigung (101a) vorgegeben ist.
  8. Kondensatorsystem nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steifigkeit durch eine nicht-lösbare Befestigung (103c) vorgegeben ist.
  9. Kondensatorsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steifigkeit eines oder mehrerer Kondensatoren auf Basis eines Parameters vorgegeben ist.
  10. Kondensatorsystem nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Parameter ein Parameter eines Wechselrichters und/oder eines PWM-Verstärkers ist.
  11. Kondensatorsystem nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Parameter eine Trägerfrequenz eines PWM-Verstärkers ist.
  12. Kondensatorsystem nach einem der beiden vorherigen Ansprüche, wobei der Parameter sich auf ein Aussparband eines Random-PWM-Verstärkers bezieht.
  13. Elektrische Schaltung (200) umfassend einen Zwischenkreis, wobei der Zwischenkreis ein Kondensatorsystem (100) nach einem der vorherigen Ansprüche umfasst.
  14. Elektrische Schaltung nach dem vorherigen Anspruch, wobei die elektrische Schaltung einen Wechselrichter und/oder PWM-Verstärker umfasst und die eine oder mehrere Steifigkeiten des Kondensatorsystems so vorgegeben sind, dass sie nicht mit einer Frequenz des Wechselrichters und/oder des PWM-Verstärkers zusammenfallen.
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