DE3525877A1 - Stoerschutzfilter - Google Patents

Description

Störschutzfilter

Die Erfindung betrifft ein Störschutzfilter, insbesondere für ein Drei-Phasen-Vier-Leitungssystem in Sternschaltung.

Wie es allgemein bekannt ist, wird ein Störschutzfilter mit einem Teil, an dem Störungen erzeugt werden oder an dem eine Energiequelle angeschlossen ist oder mit einem gewünscchten Teil eines Leiters zwischen einer Störungsquelle und einer geschützten Einrichtung verbunden, so daß keine Störungen erzeugt und eingeleitet werden und gleichzeitig eine fehlerhafte Arbeit verschiedener Einrichtungen vermieden wird. Um dem Erfordernis einer hohen Frequenz und einer Beschränkung von ausgestrahlten Störungen zu genügen, werden elektronische Einrichtungen und Geräte mit Störschutzfiltern versehen, wie es oben beschrieben wurde. Beispielsweise hat ein elektronischer Großrechner im allgemeinen einen Eingabeleitungsaufbau, bei dem eine Ein-Phasen-SchaltenergiequelIe zwischen einen Spannungsleiter jeder Phase und einen neutralen Leitlrs eines Drei-Phasen-Vier-Leitersystems in Sternschaltung geschaltet ist. Eine derartige Schaltenergiequelle ist im allgemeinen als Eingangsteil mit einer Kondensatoreingangsgleichrichter-Glättungsstufe versehen.

Das Störschutzfilter, das an dem Netz eines derartigen Drei-Phasen-Vier-Leitungssystems in Sternschaltung vorgesehen ist, besteht im allgemeinen aus einer Kombination einer gemeinsamen Spuleneinrichtung und Kondensatoren, wie es ännlich bei einem Einphasenstörschutzfilter der Fall ist. Die gemeinsame Spuleneinrichtung weist vier Wicklungen von Spannungsleitern der R-Phase, der S-Phase, der T-Phase und des neutralen Leiters auf, die um einen magnetischen Kern mit einer_;gesciiiobsenen

BAD ORIGINAL

magnetischen Kreis gewickelt sind, so daß eine Gleichtaktstörung unterdrückt wird.

In einem Netz eines Drei-Phasen-Vier-Leitersystems in Sternschaltung wird der symmetrische sinusförmige Strom zu jeder Phase kombiniert, was zur Folge hat, daß kein elektrischer Strom durch den neutralen Leiter fließt. Selbst wenn darüber hinaus der elektrische Strom jeder Phase unsymmetrisch ist, ist der über den neutralen Leiter fließende elektrische Strom extrem klein, da die Anteile jeder Phase bereits unterdrückt werden, so daß sich ein solcher kleiner Strom ergibt.

Bei einem herkömmlichen Störschutzfilter für ein Drei-Phasen-Vier-Leitersystem wird der Leiter für die neutrale Phase nicht berücksichtigt und hat der neutrale Leiter eine Querschnittsfläche, die kleiner oder gleich der Querschnittsfläche der anderen Leiter ist. Es wird davon ausgegangen, daß ein derartiger Draht für den neutralen Leiter überhaupt keine Nachteile mit sich bringt. Um für eine größere Stromführungskapazität zu sorgen, werden Leitungsdrähte mit größerem Durchmesser in der kleinstmöglichen Anzahl benutzt, wobei jedoch davon ausgegangen wird, daß der neutrale Leiter, durch den nur ein kleiner Strom fließt, in Hinblick auf ei»e Vereinfachung der Verdrahtung und eine Ausbildung des Magnetkernes im Kleinformat aus einem Draht τι it. kleinerem Durchmesser bestehen kann.

Es wurde ein Störschutzfilter mit einer gemeinsamen Spule und Kondensatoren gebildet, bei dem die vier Wicklungen, die die gemeinsame Spule bilden, aus demselben leitenden Drahtmaterial bestehen. Das in dieser Weise gebildete Störschutzfilter wurde in eine Schaltung eines Drei-Phasen-Vier-LeiLersystems in Sternschaltung geschaltet, und eine Ein-Phasenschaltenergie_ quelle mit einer Kondensatoreingangs-Gleichrichterstufe als Eingangsteil wurde zwischen die Spannungsleiter jeder Phase

der Ausgangsstufe und den neutralen Leiter geschaltet und anschließend betrieben. Obwohl die Vorrichtung so ausgelegt war, daß sie einen ausreichenden Spielraum gegenüber dem durch den Spannungsleiter jeder Phase fließenden elektrischen Strom hatte, übertraf der Temperaturanstieg des Störschutzfilters den Normwert des Filters.

Durch die Erfindung sollen -die Schwierigkeiten herkömmlicher Störschutzfilter beseitigt werden und soll insbesondere ein Störschutzfilter für ein Drei-Phasen-Vier-Leitersystem geschaffen werden, das den Temperaturanstieg während der Zeit begrenzen kann, während der ein Nennstrom zugeführt wird.

Durch die Erfindung soll insbesondere ein Störschutzfilter geschaffen werden, das eine merklich höhere Zuverlässigkeit und Sicherheit bietet.

Schließlich soll durch die Erfindung ein Störschutzfilter geschaffen werden, das sich dazu eignet, elektrische Energie einer Last über eine Kondensatoreingangs-Gleichrichterschaltung zu liefern.

Dazu weist bei dem erfindungsgemäßen Störschutzfilter für eine elektrische Leitung eines Drei-Phasen-Vier-Leitersystems in Sternschaltung der neutrale Leiter eine Querschnittsfläche auf, die größer als die der Spannungsleiter ist.

Das erfindungsgemäße Störschutzfilter ist insbesondere dann wirksam, wenn seine Ausgangsseite so geschaltet ist, daß eine Last zwischen den Spannungsleitern jeder Phase und dem neutralen Leiter über eine Kondensatoreingangs-Gleichrichterschaltung liegt, das Filter kann jedoch auch an anderen Stellen ohne Schwierigkeiten und Probleme vorgesehen sein. Vorzugsweise ist der elektrische Leitungsdraht fur den neutralen Leiter so gewählt, daß seine Querschnittsfläche im we-

sentlichen gleich der Gesamtfläche der anderen elektrischen Leitungsdrähte für die Spannungsleiter ist. Elektrische Leitungsdrähte mit gleichem Durchmesser werden im allgemeinen für die Spannungsleiter benutzt, so daß die Querschnittsfläche des Leitungsdrahtes für den neutralen Leiter so gewählt wird, daß sie etwa dreimal so groß wie die Querschnittsfläche jedes Spannungsleiters ist. Wenn Drosselspulen in den Spannungsleitern jeder Phase und im neutralen Leiter als Maßnahme gegen die symmetrische Störspannung zwischen den Leitern liegen, ist die Drosselspule für den neutralen Leiter so gewählt, daß sie einen Nennstrom hat, der dreimal so groß wie der der Drosselspulen für die Spannungsleiter jeder Phase ist.

Gemäß der Erfindung hat der neutrale Leiter eine Querschnjttsfläche, die größer als die Querschnittsfläche jedes der anderen Leiter ist. Wenn somit ein großer Strom als Folge der Addition der elektrischen Ströme durch die Spannungsleiter jeder Phase über den neutralen Leiter fließt, kann der Temperaturanstieg oder die Wärmezunahme des Störschutzfilters so klein wie möglich gehalten werden.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig . 1 in einem Erläuterungsdiagramm ein

Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Störschutzfilters,

Fig.2 in einem Schaltbild eines Ausfüh

rungsbaispiels des erfindungsgemäßen Störschutzfilters ein praktisches Anwendungsbei spiel,

Fig.3 in einem Erläuterungsdiagramm die

Spannungs- und Stromwellenformen jeder Phase in der in Fig.2 dargestellten Schaltung, und

Fig.4 in einem Schaltbild eines Ausführungs·

beispiels des erfindungsgemäßen Störschutzfilters ein weiteres Beispiel der praktischen Anwendung.

Ein Störschutzfilter für ein Drei-Phasen-Vier-Leitersystem besteht aus einer Kombination einer gemeinsamen Spuleneinrichtung, Kondensatoren und einer Drosselspuleneinrichtung, wie es ähnlich bei einem allgemein bekannten Ein-Phasen-Störschutzfilter der Fall ist.

Fig.1 zeigt ein Störschutzfilter 1 für ein Drei-Phasen-Vier-Leitersystem mit einer gemeinsamen Spule 2 an der Eingangsseite, wobei drei Kondensatoren zwischen den Spannungsleiter jeder Phase und den neutralen Leiter geschaltet sind. Die gemeinsame Spule 2 besteht aus einem Magnetkern 4 in Form eines geschlossenen magnetischen Kreises und vier Wicklungen, die um den Magnetkern 4 gewickelt sind. Der Magnetkern 4 kann ein ringförmiger Ferritkern sein, wobei jedoch zur Erleichterung der Wickelarbeit eines Leiterdrahtes mit einem relativ großen Durchmesser der Magnetkern 4 aus zwei U-förmigen Ferritkernen, die miteinander kombiniert werden, oder aus einer Kombination eines U-förmigen Ferritkerns und eines I-förmigen Ferritkerns bestehen kann, die eine Rechteckform bilden. An drei Seiten des in dieser Weise gebildeten rechteckigen Magnetkerns 4 sind Leiterdrähte mit gleichem Durchmesser gewickelt, um drei Spannungsleiter 5 der R-Phase, der S-Phase und der T-Phase zu bilden, wobei ein Leiterdraht mit einem wesentlich größeren Durchmesser als jeder der oben beschriebenen drei Spannungsleiter um die restliche eine Seite

des Magnetkerns 4 gewickelt ist, um einen neutralen Leiter zu liefern. Vorzugsweise ist der Leitungsdraht für den neutralen Leiter 6 so gewählt, daß er eine Qjerschnittsflache hat, die bis zu dreimal so groß wie die jedes der obengenannten Spannungsleiter 5 ist. Diese Wicklungen werden in derselben Richtung relativ zum Magnetkern 4 gewickelt.

Die Grundarbeitsweise eines" Störschutzfilters für ein Drei-Phasen-Vier-Leitersystem ist im wesentlichen der eines Ein-Phasenstörschutzfilters ähnlich, das im weiten Umfang in bekannter Weise benutzt wird. Vier Wicklungen für vier Phasen (R-Phase,S-Phase,T-Phase und N-Phase) sind in dieselbe Richtung auf den Magnetkern in Form eines geschlossenen magnetischen Kreises gewickelt, so daß sie Spulen L_R, L^, Ly und L_f, bilden. Wenn ein elektrischer Strom durch die Spannungsleiter mit einem Phasenunterschied von 120° fließt, heben sich die davon erzeugten Magnetflüsse gegenseitig auf und ist der Magnetkern 4 nicht gesättigt. Selbst wenn die elektrischen Ströme in den Spannungsleitern unsymmetrisch werden, fließt nur ihr Differenzanteil durch den neutralen Leiter, so daß der Magnetkern 4 keineswegs gesättigt ist. Die in dieser Weise gebildete gemeinsame Spule schließt eine Gleichtaktstörung aus.

Fig.2 zeigt ein Beispiel einer elektrischen Schaltung, bei der ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Störschutzfilters vorgesehen ist. Die dargestellte elektrische Schaltung hat einen derartigen Aufbau, daß elektrische Energie über eine Verteilungsleitung eines Drei-Phasen-Vier-Leitersystems in Sternschaltung geliefert wird, die mit einer jeweiligen Ein-Phasen-Schaltenergieversorgung 7 über das Filter 1 verbunden ist. Jede Ein-Phasen-Schaltenergieversorgung 7 ist an ihrer Ausgangsseite zwischen den Spannungsleiter 5 jeder Phase und den neutralen Leiter 6 geschaltet. Wie es vergrößert in Fig.2 dargestellt ist, weist die Ein-Phasen-

Schaltenergieversorgung 7 an ihrer Eingangsseite eine Kondensatoreingangs-Gleichrichterstufe auf. Sie hat nämlich einen Aufbau, bei dem ein Eingangswechselstrom durch eine Diodenbrücke 8 gleichgerichtet und durch einen Glättungskondensator 9 geglättet wird, wobei der geglättete Ausgangsstrom einer Reihenschaltung aus einem Transformator 10 und einem Schalttransistor 11 zugeführt wird. Durch ein Umschalten des Schalttransistors 11 wird eine elektrische Spannung an der Sekundärseite des Transformators induziert und als elektrische Energieversorgung benutzt.

Das Störschutzfilter kann den in Fig.1 dargestellten Grundaufbau haben, bei dem in Fig.2 dargestellten Beispiel ist jedoch ein Kondensator 12 zwischen den Spannungsleiter 5 jeder Phase und Masse sowie zwischen den neutralen Leiter 6 und Masse geschaltet. Der neutrale Leiter weist eine Querschnittsfläche auf, die wesentlich größer als die Querschnittsfläche jedes Spannungsleiters ist.

Fig.3 zeigt die Spannungswellenform und die Stromwellenform jeder Phase des Störschutzfilters für den Fall, daß eine EinPhasen-Schaltenergieversorgung, wie sie oben beschrieben wurde, zwischen den Spannungsleiter jeder Phase und den neutralen Leiter geschaltet ist. Die Spannung V_RN der R-Phase, die Spannung V_SN der S-Phase und die Spannung V™ der T-Phase haben einen Phasenunterschied von 120° zueinander und liegen an der entsprechenden Schaltenergieversorgung 7. Wenn die elektrischen Ströme i_R, i<. und iy sinusförmig sind und eine Phasenverschiebung zueinander von 120° haben, ist der elektrische Strom i^, der durch den neutralen Leiter fließt, gleich Null- Wenn jedoch eine Ein-Phasenenergie Versorgung 7 mit einer Kondensatoreingangs-Gleichrichterstufe als Eingangsteil verwandt wird, hat der elektrische Strom jeder Phase keine Sinusforn. Wenn elektrische Energie einer Last, d.h. der Sekundärspule des Transformators 10, zugeführt wird, wird

der Glättungskondensator 9 entladen und nimmt daher die Spannung am Anschluß des Glättungskondensators 9 ab. Im Gegensatz dazu fließen elektrische Ströme jeder Phase durch die elektrische Leitung, so daß der Glättungskondensator 9 aufgeladen wird. Der Zeitpunkt der Entladung ist jedoch auf ein sehr kurzes Zeitintervall begrenzt, das dem maximalen Wert der Spannungswellenform jeder Phase benachbart ist, da der Glättungskondensator 9 mit dem'Ladestrom versorgt wird, nachdem die Spannung jeder Phase sich in eine Sinusform geändert hat und allmählich soweit angestiegen ist, daß sie die Klemmenspannung des Glättungskondensators 9 überschreitet. Folglich werden impulsförmige elektrische Ströme i_R, i^ und ij an Stellen neben den Spitzenwerten der Spannungswellenform für jede Phase geliefert, wie es in Fig.3 dargestellt ist. Wie es in Fig.3 dargestellt ist, ist im schlimmsten Fall der Zeitpunkt der Ströme, die durch die Spannungsleiter fließen, vollständig zueinander inkonsistent und fließt ein großer Strom i^ als Folge der Addition der Absolutwerte durch den neutralen Leiter. Gemäß der Erfindung hat der neutrale Leiter jedoch eine größere Querschnittsfläche als jeder Spannungsleiter, so daß weniger Wärme selbst dann erzeugt wird, wenn ein großer Strom hindurchfließt und der Temperaturanstieg des Störschutzfilters begrenzt werden kann. Aus Fig.3 ist ersichtlich, daß ein elektrischer Strom, der dreimal so groß wie der elektrische Strom in den Spannungsleitern ist, im schlimmsten Fall durch den neutralen Leiter fließt, so daß vorzugsweise der neutrale Leiter eine Querschnittsfläche hat, die dreimal so groß wie die jedes neutralen Leiters ist.

Fig.4 zeigt das Schaltbild eines weiteren Beispiels, bei dem ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Störschutzfilters vorgesehen ist. Der Grundaufbau der in Fig.4 dargestellten Schaltung ist im wesentlichen ähnlich dem in Fig.2 dargestellten Beispiel, so daß gleiche Bezugszeichen gleiche oder ähnliche Bauelemente bezeichnen, die aus Gründen der

Einfachheit nicht nochmals beschrieben werden. Bei dem in Fig.4 dargestellten Ausführungsbeispiel liegen Drosselspulen CH_R> CH₅, CHj und CH_n in jdder Phase. Um die sogenannte symmetrische Störung auszuschließen, die zwischen den elektrischen Leitungen erzeugt wird, ist eine Drosselspule im allgemeinen in jeder elektrischen Leitung vorgesehen. In einem solchen Fall ist eine Drosselspule CH_n, die im neutralen Leiter liegt, so gewählt, daß sie einen wesentl ich größeren Nennstrom als die anderen Drosselspulen CH_R, CH₅ und CHj für die Spannungsleiter 5 hat. Vorzugsweise hat die Drosselspule CH_n einen Nennstrom, der dreimal so groß wie der Nenn.strom der anderen Drosselspulen der Spannungsleiter 5 ist. Natürlich hat der neutrale Leiter 6 der gemeinsamen Spule 2 eine größere Querschnittsfläche als die anderen Spannungleiter, wie es ähnlich bei dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel der Fall war. Wie es im Vorhergehenden beschrieben wurde, fließt im schlimmsten Fall ein großer Strom, der dreimal so groß wie der durch die Spannungsleiter fließende elektrische Strom ist, durch den neutralen Leiter, wenn die Lastverhältnisse in jeder Phase im wesentlichen äquivalent sind. Bei dem in Fig.4 dargestellten Schaltungsaufbau ist die Wärmeerzeugung auf ein Minimum selbst dann begrenzt, wenn ein großer Strom, der deeimal so groß wie der der Spannungsleiter wäre, durch den neutralen Leiter fließt, und ist die Drosselspule CH_n nicht gesättigt, so daß die symmetrische Störung und die Gleichtaktstörung wirksam unterdrückt werden.

Gemäß der Erfindung ist die Wärmeerzeugung im neutralen Leiter so gering wie möglich und wird der Temperaturanstieg zum Zeitpunkt des Nennstromes begrenzt, so daß den verschiedenen Arten von elektronischen Geräten und Einrichtungen, bei denen das erfindungsgemäße Filter vorgesehen ist, eine hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit gegeben werden Kann.

Leerseite -

Claims (2)

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmann Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun. PATENTANWÄLTE ZUGELASSENE VERTRETER BEIM EUROPÄISCHEN PATENTAMT REPRESENTATIVES BEFORE THE EUROPEAN PATENT OFPICE 3/Li 381-SF FUJI ELECTROCHEMIAL CO.,LTD. Tokyo,Japan Störschutzfilter PATENTANSPRÜCHE

1. !störschutzfilter für ein Drei-Phasen-Vier-Leitersystem |in Sternschaltung,

(dadurch gekennzeichnet,

daß der neutrale Leiter eine Querschnittsfläche hat, die größer als die Querschnittsfläche eines Spannungsleiters ist.

2. Störschutzfilter nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

daß die Querschnittsfläche des neutralen Leiters dreimal so groß wie die Querschnittsfläche jedes der Spannungsleiter ist.