CH696920A5 - Vorrichtung mit einem Netzfilter und einem Gleichrichter. - Google Patents

Description

  [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit einem Netzfilter und einem Gleichrichter, um Störspannungen und/oder -ströme am Eingang von gleichspannungsgespeisten Geräten zu dämpfen.

[0002] Gleichrichter werden vorwiegend verwendet, um Wechselspannung in Gleichspannung umzuwandeln, zur Speisung von gewissen elektrischen Geräten.

   Gleichrichter erzeugen oft hohe Störspannungen oder Überspannungen, die mit einem Netzfilter gedämpft werden müssen.

[0003] Gleichspannungsverbrauchende elektrische Geräte, die durch ein Wechselspannungsnetz gespeist werden, werden also meistens über zwei nacheinander angeordnete distinkte elektrische Bauelemente am Netz angeschlossen: ein Netzfilter zur Dämpfung der Störspannungen und einen Gleichrichter zur Erzeugung der benötigten Gleichspannung.

[0004] Vorzugsweise werden diese Bauelemente am elektrischen Gerät befestigt oder im Gehäuse integriert. Bei kompakten elektrischen Geräten ist aber diese Befestigung (oder die Integration) wegen Platzmangels oft schwierig oder sogar unmöglich.

   Ein oder beide Bauelemente werden dann jeweils in separaten Gehäusen bei der Speiseleitung des Geräts angehängt.

[0005] Ausserdem ist die Anpassung zwischen den beiden Bauelementen nie optimal, was zu Verlusten und/oder Reflexionen in den elektrischen Leitungen führt. Oft sind auch gewisse Komponenten des Gleichrichters und des Netzfilters redundant, weil sie ähnliche Funktionen (zum Beispiel ähnliche Dämpfungen) erfüllen, was wirtschaftlich ungeschickt ist.

[0006] Es ist ein Ziel der Erfindung, eine Vorrichtung für gleichspannungsgespeiste elektrische Geräte vorzuschlagen, welches die Nachteile der Eingangsfilter des Standes der Technik nicht aufweist.

[0007] Es ist ein weiteres Ziel der Erfindung, eine kostengünstige Vorrichtung für gleichspannungsgespeiste elektrische Geräte vorzuschlagen,

   welche auch bei kompakten Geräten einfach eingesetzt werden kann.

[0008] Diese Ziele werden mit einer Vorrichtung erreicht, welche die Merkmale des ersten Anspruchs aufweist.

[0009] Erreicht werden diese Ziele insbesondere mit einer Vorrichtung mit einem Gehäuse, einem Netzfilter zur Dämpfung von Störspannungen und/oder Störströmen zwischen einem dreiphasigen Versorgungsnetz und einem elektrischen Gerät, einem Gleichrichter zur Umwandlung einer durch das besagte dreiphasige Versorgungsnetz bezogenen dreiphasigen Wechselspannung in mindestens eine Gleichspannung zur elektrischen Speisung des elektrischen Geräts, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzfilter und der Gleichrichter im Gehäuse enthalten sind,

   und dass die Vorrichtung ein selbstständiges Bauelement mit Eingangsklemmen für seinen Anschluss am dreiphasigen Versorgungsnetz und Ausgangsklemmen für seinen Anschluss am elektrischen Gerät bildet.

[0010] Dank der Integration beider Bauteile in einem einzigen Gehäuse können besonders kompakte Vorrichtungen gebildet werden. Insbesondere können bestimmte elektronische Komponenten des Netzfilters auf der Gleichstromseite des Gleichrichters angeschlossen werden, was den Einsatz von billigeren und kompakteren Komponenten erlaubt. Die Montage der Vorrichtung der Erfindung ist auch einfacher und schneller, indem nur ein Gehäuse für beide Bauteile montiert werden muss.

   Dies ist weniger fehleranfällig, weil weniger elektrische Klemmen angeschlossen werden müssen als bei separaten Bauelementen.

[0011] Die Erfindung wird anhand der Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen mit Hilfe der Zeichnungen besser verstanden. Es zeigen:
<tb>Die Fig. 1<sep>das Schema eines Eingangsfilters gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,


  <tb>die Fig. 2<sep>das Schema eines Eingangsfilters gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,


  <tb>die Fig. 3<sep>das Schema eines Eingangsfilters gemäss einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung.

[0012] In einer bevorzugten Ausführungsform (die auf der Fig. 1 dargestellt ist) umfasst die Vorrichtung der Erfindung ein Drei-Phasen-Netzfilter 2 und einen Gleichrichter 3, welche in einem einzigen schematisch dargestellten (zum Beispiel metallenen) Gehäuse 1 eingebaut sind. Beide Bauteile 2, 3 bilden somit ein einziges integriertes Bauelement.

[0013] Das Gehäuse 1 weist zum Beispiel vier Eingangsklemmen 11, 12, 13, 14 auf zum Anschluss des Eingangsfilters an eine nicht dargestellte dreiphasige elektrische Quelle (zum Beispiel an ein dreiphasiges Versorgungsnetz) und drei Ausgangsklemmen 15, 16, 17 zum Anschluss an eine nicht dargestellte Last, welche Gleichspannung benötigt (zum Beispiel an ein gleichspannungsgespeistes elektrisches Gerät).

   Auf der Wechselspannungsseite des Eingangsfilters werden die Phasen des Versorgungsnetzes zum Beispiel an die Klemmen 11, 12, 13 angeschlossen, währenddessen die Klemme 14 für den Schutzleiter vorgesehen ist, welcher mit dem Nullleiter des Versorgungsnetzes kombiniert werden kann. Die erzeugte Gleichspannung ist dann zwischen den Klemmen 15, 16 zugänglich, während die Klemme 17 für einen möglichen Schutzleiter des elektrischen Geräts vorgesehen ist.

[0014] Gemäss der Erfindung sind auch andere Ausführungsformen möglich. Insbesondere kann für bestimmte Anwendungen das Eingangsfilter ohne Schutzleiter vorgesehen sein.

[0015] Das Gehäuse 1 ist vorzugsweise aus Metall und wird geerdet.

   Es dient vorzugsweise auch zur Abführung der im Eingangsfilter erzeugten Wärme.

[0016] Das Gehäuse 1 weist ausserdem vorzugsweise nicht dargestellte Befestigungsmittel auf, die eine einfache Befestigung des Eingangsfilters zum Beispiel am oder im Gehäuse eines elektrischen Geräts ermöglichen. Vorzugsweise weist das Gehäuse 1 eine geometrisch einfache Form auf, was dessen Integration in der Regel vereinfacht.

   In weiteren Ausführungsformen der Erfindung ist die Form des Gehäuses an spezifische Anwendungen zum Beispiel am Einsatz in spezifischen elektrischen Geräten angepasst, damit es zum Beispiel trotz engen Platzverhältnissen in einem bestimmten Gerät einfach eingesetzt werden kann.

[0017] In der auf der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung umfasst das Eingangsfilter der Erfindung zwei klar begrenzte Bauteile 2, 3, die je eine bestimmte elektrische Funktion erfüllen.

[0018] Der erste Bauteil ist das Drei-Phasen-Netzfilter 2 zur Dämpfung der Stör- und/oder Überspannungen an der Wechselspannungsseite des Eingangsfilters. Das Netzfilter 2 umfasst zum Beispiel drei stromkompensierte Drosseln 21, 23, 26 und drei Kondensatornetze 22, 24, 25.

   Die stromkompensierten Drosseln 21, 23, 26 umfassen zum Beispiel je drei Wicklungen auf einem einzigen magnetischen Kern, wobei jede Wicklung durch eine Phase der Wechselspannung durchgeführt wird. Die Kondensatornetze 22, 24, 25 weisen in diesem Beispiel je eine andere Konfiguration auf und haben somit unterschiedliche Dämpfungsmerkmale, die zu unterschiedlichen Dämpfungsfunktionen führen.

[0019] Der Fachmann wird leicht einsehen, dass im Rahmen der Erfindung auch andere Anordnungen und/oder Komponenten für diese Dämpfung eingesetzt werden können. Das Netzfilter kann unterschiedliche Konfigurationen mit verschiedenen Anzahlen von Komponenten aufweisen, die vorzugsweise für bestimmte Dämpfungsfunktionen (insbesondere für bestimmte zu erwartende Störspannungen und/oder -ströme) ausgebildet sind.

   Die Konfiguration des Netzfilters 2 wird somit vorzugsweise an die Konfiguration des Gleichrichters 3 und/oder des daran anzuschliessenden elektrischen Geräts angepasst.

[0020] Der zweite Bauteil ist der Gleichrichter 3 zur Umwandlung der Drei-Phasen-Wechselspannung in Gleichspannung. Der Gleichrichter umfasst üblicherweise ein Diodennetz 31 und Spulen 32 zur Glättung der erzeugten Gleichspannung. Weitere Konfigurationen des Gleichrichters sind aber im Rahmen der Erfindung durchaus möglich.

[0021] Die Ausgänge des Netzfilters 2 und die Eingänge des Gleichrichters 3 sind vorzugsweise innerhalb des Gehäuses 1 direkt miteinander verbunden. In einer Ausführungsform werden zum Beispiel alle Komponenten 21, 22, 23, 24, 25, 26, 31, 32 beider Bauteile 2, 3 an eine einzige nicht dargestellte Leiterplatte (PCB, Printed Circuit Board) angeschlossen.

   Somit werden die elektrische Verbindungen zwischen den Komponenten 21, 22, 23, 24, 25, 26, 31, 32 und demzufolge zwischen den Bauteilen 2, 3 durch diese Leiterplatte gewährleistet.

[0022] In weiteren Ausführungsformen, deren zwei Beispiele in den Fig. 2 und 3 dargestellt sind, werden gewisse Komponenten zur Dämpfung der Störungen auf der Gleichspannungsseite der Vorrichtung eingesetzt. Ausserdem können im Rahmen der Erfindung gewisse Komponenten sowohl zur Gleichrichtung der Spannung als auch zur Dämpfung der Störungen beitragen.

   Das Netzfilter wird somit völlig in den Gleichrichter integriert (zum Beispiel um gewisse Dämpfungsfunktionen auf günstigere Weise zu erzielen).

[0023] Falls nichts anders angegeben ist, beziehen sich auf allen Figuren die gleichen Bezugszeichen auf die gleichen Elemente.

[0024] In einer auf der Fig. 2 dargestellten Ausführungsform ist das Netzfilter 2 ¾ zum Beispiel in zwei Teile aufgeteilt.

   Ein erster Teil umfasst Dämpfungselemente 21, 22, 23, 24, 25, die auf der Wechselspannungsseite des Eingangsfilters eingesetzt sind, währenddessen ein zweiter Teil eine stromkompensierte Drossel 263 an der Gleichspannungsseite aufweist.

[0025] Die Dämpfungselemente 21, 22, 23, 24, 25 des ersten Teils dämpfen Stör- und/oder Überspannungen, die sich sonst aus dem Gleichrichter 3 ¾ auf dem Drei-Phasen-Versorgungsnetz verbreiten würden und/oder die aus dem Drei-Phasen-Netz den Gleichrichter 3 ¾ und/oder das nicht dargestellte elektrische Gerät stören würden.

[0026] Der zweite Teil des Netzfilters 3 ¾ umfasst zum Beispiel eine stromkompensierte Drossel 263, die über eine Dämpfung von Störungen zwischen dem Gleichrichter 3 ¾ und dem nicht dargestellten elektrischen Gerät verfügt.

   Die Drossel 263 wird zum Beispiel zur Dämpfung von bestimmten Störungen verwendet, die zum Beispiel durch das elektrische Gerät in einem bestimmten Frequenzbereich erzeugt werden und die sich in Richtung des Drei-Phasen-Netzes ausbreiten. Da diese Störungen an der Gleichspannungsseite des Eingangsfilters gedämpft werden, ist ihre Dämpfung an der Wechselspannungsseite des Eingangsfilters idealerweise nicht mehr nötig. Dank der stromkompensierten Drossel 263 kann also im Wechselspannungsteil des Eingangsfilters auf entsprechende elektrische Komponenten verzichtet werden.

[0027] Die elektronischen Komponenten, die bei Gleichstromschaltungen eingesetzt werden, sind üblicherweise kleiner und billiger als elektronische Komponenten für Wechselstromschaltungen mit gleich grossen elektrischen Werten.

   Gemäss dieser Ausführungsform der Erfindung wird also eine stromkompensierte Drossel 263 eingesetzt, die kostengünstiger und kleiner ist als die stromkompensierte Drossel 26 der auf der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform und trotzdem die gleiche Dämpfung erzielt.

[0028] Dank der Integration des Netzfilters und des Gleichrichters in einen einzigen Eingangsfilter können also kompaktere und billigere elektronische Komponenten (insbesondere stromkompensierte oder nicht stromkompensierte Drosseln und/oder Kondensatoren) eingesetzt werden, was eine Optimierung des Platzverbrauchs und des Preises dieser Bauteile erlaubt.

[0029] Gemäss weiteren Ausführungsformen der Erfindungen werden zum Beispiel mehrere Dämpfungselemente des Netzfilters an der Gleichstromseite des Eingangsfilters eingesetzt.

[0030] Ein Beispiel einer solchen Ausführungsform ist auf der Fig. 3 dargestellt.

   In diesem Beispiel umfasst ein Teil des Netzfilters 3 ¾, welcher auf die Gleichstromsseite des Eingangsfilters liegt, eine stromkompensierte Drossel 263 und ein Kondensatornetz 253.

[0031] Dies erlaubt wiederum einen kompakteren und kostengünstigeren Aufbau des Eingangsfilters der Erfindung, da Kondensatoren für Gleichstromschaltungen kleiner und billiger sind als Kondensatoren für Wechselspannung mit gleicher Kapazität.

[0032] In diesem Beispiel umfasst ausserdem das Eingangsfilter einen zusätzlichen Kondensator 273 zwischen den Gleichspannungsausgängen 15 und 16. Der Kondensator 273 dient unter anderem zur Dämpfung von Störungen und zur Überbrückung von Kurzeinbrüchen des Versorgungsnetzes.

   Da dieser Kondensator 273 auf der Gleichspannungsseite des Eingangsfilters liegt, kann ein Elektrolytkondensator verwendet werden, welcher für eine bestimmte Kapazität wesentlich kleiner und billiger als andere Kondensatoren ist.

[0033] Dank seiner Lage im Eingangsfilter stellt ausserdem der Kondensator 273 für die Lastströme eine niedrige Quellenimpedanz dar. Dank der Integration des Netzfilters 2 ¾ ¾ und des Gleichrichters 3 ¾ ¾ als ein einziges selbstständiges Bauelement können also gewisse Dämpfungselemente auch zusätzliche Funktionen erfüllen.

[0034] In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dient das Gehäuse 1 auch zur Wärmeableitung, um eine Überhitzung des Eingangsfilters zu vermeiden.

   Dank der Integration des Gleichrichters 3, 3 ¾, 3 ¾ ¾ im gleichen Gehäuse wie das Netzfilter 2, 2 ¾ bzw. 2 ¾ ¾ können seine Komponenten (insbesondere das Diodennetz 31) durch das Gehäuse 1 gekühlt werden. Somit wird nur ein Kühlelement für beide Bauteile gebraucht, was auch eine gewisse Optimierung des Platzverbrauchs und des Preises darstellt.

[0035] Die Vorrichtung der Erfindung wird vorzugsweise bei relativ grossen elektrischen Geräten benutzt, die im Stande der Technik separate Netzfilter und Gleichrichter mit hohen Leistungen brauchen. Das Eingangsfilter wird zum Beispiel für gleichspannungsgespeiste Hochfrequenzgeneratoren angewandt, die einen elektrischen Verbrauch von einigen bis mehreren kW aufweisen. Solche Geräte werden üblicherweise an dreiphasige Versorgungsnetze im Niederspannungsbereich (zwischen ungefähr 100 V und 660 V) angeschlossen.

   Das Eingangsfilter wird also mit Komponenten aufgebaut, die für solche Leistungen dimensioniert sind. Die Eingangs- und Ausgangsklemmen des Filters sind zum Beispiel vorzugsweise grosse Klemmen, in denen grosse elektrische Leiter eingeklemmt und mit Schrauben gesichert werden können. Das Gehäuse 1 wird auch vorzugsweise mit Schrauben am oder im Gehäuse des elektrischen Geräts befestigt.

[0036] In einer nicht dargestellten Variante der Erfindung umfasst das Eingangsfilter verschiedene Gleichrichter und/oder einen Multiplikator, um auf Wunsch eine oder mehrere Gleichspannungen mit verschiedenen Werten zu liefern.

[0037] Unter Umständen (zum Beispiel bei spezifischen Anwendungen) kann entweder die Gleichstromseite oder die Wechselstromseite des Eingangsfilters elektromagnetische Störungen erzeugen, die das Funktionieren der anderen Seite stark und negativ beeinflussen können.

   Um diese gegenseitigen Störungen zu vermeiden, werden vorzugsweise beide Seiten innerhalb des Gehäuses 1 elektromagnetisch (zum Beispiel mit einer metallenen Trennwand) getrennt.

[0038] Falls nötig können im Rahmen der Erfindung noch andere Trennwände oder Partitionen im Gehäuse vorgesehen werden, um unerwünschte gegenseitige Störungen von weiteren Komponenten zu vermeiden.

Claims (9)

1. Vorrichtung mit einem Gehäuse (1), einem Netzfilter (2, 2 ¾, 2 ¾ ¾) zur Dämpfung von Störspannungen und/oder Störströmen zwischen einem dreiphasigen Versorgungsnetz und einem elektrischen Gerät, einem Gleichrichter (3, 3 ¾, 3 ¾ ¾) zur Umwandlung einer durch das besagte dreiphasige Versorgungsnetz bezogenen dreiphasigen Wechselspannung in mindestens eine Gleichspannung zur elektrischen Speisung des besagten Geräts, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzfilter (2, 2 ¾, 2 ¾ ¾) und der besagte Gleichrichter (3, 3 ¾, 3 ¾ ¾) im besagten Gehäuse (1) enthalten sind, und dass die besagte Vorrichtung ein selbstständiges Bauelement mit Eingangsklemmen für seinen Anschluss am besagten dreiphasigen Versorgungsnetz und Ausgangsklemmen für seinen Anschluss am besagten elektrischen Gerät bildet.

2. Vorrichtung gemäss dem vorherigen Anspruch, wobei das besagte Gehäuse (1) Befestigungsmittel für dessen Befestigung am oder im besagten elektrischen Gerät umfasst.

3. Vorrichtung gemäss einem der vorherigen Ansprüche, wobei das besagte Netzfilter (2 ¾, 2 ¾ ¾) Komponenten (253, 263) umfasst, welche an der Gleichstromseite des besagten Gleichrichters (3 ¾, 3 ¾ ¾) elektrisch angeschlossen sind.

4. Vorrichtung gemäss dem vorherigen Anspruch 3, wobei die besagten Komponenten (253, 263) eine Drossel (263) umfassen.

5. Vorrichtung gemäss einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die besagten Komponenten (253, 263) ein Kondensatornetz (253) umfassen.

6. Vorrichtung gemäss einem der vorherigen Ansprüche, wobei das besagte Netzfilter (2 ¾, 2 ¾ ¾) und der besagte Gleichrichter (3 ¾, 3 ¾ ¾) auf einer gleichen Leiterplatte aufgebaut sind.

7. Vorrichtung gemäss einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Wert der besagten mindestens einen Gleichspannung einstellbar ist.

8. Vorrichtung gemäss dem vorherigen Anspruch 7, welche einen Multiplikator zur Einstellung des Werts der besagten mindestens einen Gleichspannung umfasst.

9. Vorrichtung gemäss einem der vorherigen Ansprüche, mit mehreren Gleichrichtern zur Umwandlung der besagten dreiphasigen Wechselspannung in mehrere Gleichspannungen mit verschieden Werten.