Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Drossel zur Begrenzung des Anteils einer Spannung oder eines Stroms einer elektrischen OberSchwingung auf einen von einer Norm vorgegebenen Prozentsatz einer Spannung oder eines Stroms, wobei die

Drossel als Spule mit einer Induktivität ausgebildet ist.

Stand der Technik

Elektrische Oberschwingungsströme und -Spannungen entstehen beim Betrieb von elektrischen Verbrauchern mit nichtlinearen Spannungs-Strom-Kennlinien. Dazu zählen unter anderem Gleich- und Wechselrichter für Antriebe, Schweißmaschinen und unterbrechungsfreie Stromversorgungen. Die nicht-sinusförmige Stromaufnähme der Verbraucher führt zu einer ebenfalls nicht-sinusförmigen Spannung, die auf das Versorgungsnetz rückkoppelt. Der Spannungsverlauf kann durch Fourier-Zerlegung in einzelne Schwingungen mit ganzzahligen Vielfachen der Netzfrequenz zerlegt werden. Diese werden Oberschwingungen genannt.

Um Probleme bei der Stromversorgung zu vermeiden, existieren Normen, die festlegen, bis zu welchem

Prozentsatz der Amplitude der Spannung, typischerweise 230 V, die Amplitude der jeweiligen OberSchwingung ausgebildet sein darf. Hier seien beispielhaft die verschiedenen EN/IEC 61000 Normen genannt.

Es sind zwei Maßnahmen zur Begrenzung der OberSchwingungen in Geräten bzw. Verbrauchern relevant: Einerseits Einbau von elektronischen Regelungen (aktiv) zur Erzeugung von annähernd sinusförmigem Netzstrom in Form von Power-Factor- Controllern (PFC) , oder andererseits Einbau von

Oberschwingungsdrosseln (passiv) in die Netzzuleitungen. Die Drossel als induktiver Energiespeicher verlängert die Stromflussdauer und senkt den OberSchwingungsstrom. Mit einer Drossel lassen sich insbesondere bestehende Geräte leicht nachrüsten.

Vor allem elektrische Schweißgeräte verursachen schnelle SpannungsSchwankungen mit Oberschwingungen hoher Ordnung. In vielen Fällen liegen die Ströme oder Spannungen der Oberschwingungen weit oberhalb des Grenzwertes. Durch den für Schweißgeräte notwendigen großen Strom, tvpischerweise über 150 A bis zu 200 A, lassen sich als dem Fachmann, beispielsweise aus der Norm EN/IEC 61000-3-12 bekannte Richtwerte eine Induktivität L >40 μH für die Reduzierung des Anteils der 3. Oberschwingung und L >110 μH für die Reduzierung des Anteils der 5. Oberschwingung angeben. Drosseln mit solch großen Induktivitätswerten sind schwer, groß, unhandlich und teuer.

In Anbetracht dieses Stands der Technik soll eine Drossel angegeben werden, die bei gleichwertiger Funktionalität kleiner und handlicher ist.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Drossel mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie eine Drossel mit den Merkmalen des Anspruchs 4. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.

Es wird erfindungsgemäß eine Drossel zur Begrenzung des Anteils einer elektrischen Oberschwingung auf einen von einer Norm vorgegebenen Prozentsatz einer GesamtSpannung oder eines Gesamtstroms vorgeschlagen, wobei die Drossel als Spule mit einer Induktivität ausgebildet ist, wobei die Induktivität kleiner oder gleich der Hälfte einer Drossel- Norminduktivität ist, die von der Norm vorgesehen ist, um bei der vorgegebenen GesamtSpannung oder dem vorgegebenen Gesamtstrom den Anteil der elektrischen Oberschwingung auf den vorgegebenen Prozentsatz zu begrenzen.

Es ist bevorzugt, wenn die Induktivität der erfindungsgemäßen Drossel kleiner oder gleich einem Drittel, einem Viertel, einem Fünftel, einem Achtel oder einem Zehntel der Drossel-Norminduktivität ist.

Zweckmäßigerweise wird eine erfindungsgemäße Drossel für eine Reduzierung entsprechend einer der Normen EN/IEC 61000 ausgebildet. Diese Normen sind die zum AnmeldeZeitpunkt maßgeblichen Normen. Es versteht sich, dass auch andere oder veränderte Normen den Schutzbereich der Ansprüche definieren können, soweit sie auf die Reduzierung von Oberschwingungsanteilen gerichtet sind.

Erfindungsgemäß weist eine Drossel zur Begrenzung eines Anteils einer elektrischen Oberschwingung auf einen von einer Norm vorgegebenen Prozentsatz einer GesamtSpannung oder eines Gesamtstroms, wobei die Drossel als Spule mit einer Induktivität ausgebildet ist, wobei der Gesamtstrom 150 A oder mehr aufweist, eine Induktivität kleiner oder gleich 50 μH auf.

In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungs- gemäße Drossel eine Induktivität kleiner oder gleich 30 μH, 20 μH oder 10 μH auf.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die zweite erfindungsgemäße Drossel eine Induktivität von 10 μH auf, wobei der Gesamtstrom 200 A aufweist.

Im Stand der Technik ist für eine gleichwertige Reduzierung der OberSchwingungen, hier am Beispiel der 5. OberSchwingung, eine Drossel mit einer Induktivität von über 100 μH vorgesehen. Durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Drossel mit deutlich geringerer Induktivität, die aber eine gleichwertige Reduzierung der Oberschwingungen bereitstellt, kann die Größe, der Platzbedarf und das Gewicht auf einfache Weise reduziert und die Handhabung und der Transport erleichtert werden.

Mit einer bevorzugten Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Drossel versehene Geräte sind leicht zu transportieren, insbesondere für Personen tragbar.

Es ist bevorzugt, wenn eine erfindungsgemäße Drossel den

Anteil der 5. elektrischen Oberschwingung reduziert. Die Reduzierung der 5. elektrischen Oberschwingung ^' ist

insbesondere in Niederspannungsnetzen (Haus- und Industrienetze) von großer Bedeutung.

Es ist besonders bevorzugt, wenn eine erfindungsgemäße Drossel zur Verwendung in einer Schweißvorrichtung, insbesondere einem Schweißkoffer, vorgesehen ist. Vor allem elektrische Schweißgeräte verursachen schnelle SpannungsSchwankungen mit Oberschwingungen hoher Ordnung. In vielen Fällen liegen die Ströme oder Spannungen der Oberschwingungen oberhalb der zugelassenen Grenzwerte. Auch benötigen Schweißgeräte hohe Ströme. Der Einsatz einer erfindungsgemäßen Drossel in Schweißvorrichtungen bietet daher große Vorteile in Bezug auf Größe und Gewicht, so dass auch ein Transport, beispielsweise in einem Schweißkoffer, möglich wird. Auch bietet es sich an, vorhandene Schweißkoffer mit einer erfindungsgemäßen Drossel nachzurüsten.

Es ist von Vorteil, wenn eine erfindungsgemäße Drossel in Verbindung mit einem Mittelfrequenz-Schweißumrichter ausgebildet ist.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchleitung von elektrischem Strom mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, wobei der erste Anschluss an eine

VersorgungsSpannung angeschlossen wird und der zweite Anschluss an einen Verbraucher angeschlossen wird, ist wenigstens eine erfindungsgemäße Drossel zwischen dem ersten und dem zweiten Anschluss vorgesehen. Diese Vorrichtung bietet die Möglichkeit, vorhandene

Stromverbraucher mit einer erfindungsgemäßen Drossel auszustatten und nachzurüsten, ohne dass bauliche Veränderungen vorgenommen werden müssen. Durch die

Verwendung einer erfindungsgemäßen Drossel kann das Gewicht dieser Vorrichtung so vorteilhaft gestaltet werden, dass sie für Personen transportabel ist. Somit wird auf einfache Weise ermöglicht, dass z.B. Montage- oder Wartungspersonal die Vorrichtung mitführt. Es versteht sich, dass die

Vorrichtung mehrere, insbesondere auch technisch und/oder mechanisch ^' anders ausgeführte Anschlüsse (Kabel, Buchsen, Dosen, Stecker usw. ) für verschiedene Einsatzzwecke aufweisen kann .

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.

Figurenbeschreibung

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines mit bevorzugten Ausführungsformen erfindungsgemäßer Drosseln versehenen Mittelfrequenz- Schweißumrichters; und

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Stromleitvorrichtung mit einer bevorzugten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Drossel.

In Figur 1 ist ein Mittelfrequenz-Schweißumrichter (MSU) insgesamt mit 100 bezeichnet. Er weist eingangsseitig vier Anschlüsse 101, 102, 103, 104 für die Versorgung mit Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) auf. Der MSU ist zur Verwendung in einem herkömmlichen 230V/400V-Drehstromnetz (nicht gezeigt) mit drei Leitern und Schutzleiter PE (Protection Earth) geeignet. Es versteht sich, dass der MSU ebenso zur Verwendung in Stromnetzen mit höherer Spannung, beispielsweise 480V oder mehr, ausgebildet sein kann. Die Anschlüsse 101, 102, 103 werden mit den Leitern des Drehstromnetzes, der Anschluss 104 mit Schutzleiter PE des Drehstromnetzes verbunden.

Ausgangsseitig weist der MSU 100 zwei Anschlüsse 111, 112 zum Anschluss eines Schweißtransformators (nicht gezeigt) auf .

Die Anschlüsse 101 bis 103 sind mit den stromführenden Leitern des Drehstromnetzes über Drosselspulen bzw.

Drosseln Ll bis L3 verbunden. Dabei ist dip Drossel Ll am Anschluss 101, die Drossel L2 am Anschluss 102 und die Drossel L3 am Anschluss 103 angeschlossen. Die Drosseln Ll bis L3 weisen in diesem Beispiel eine Induktivität von 10 μH auf. Diese Induktivität ist ausreichend, um bei einem Nennstrom von 200 A den Anteil der 5. Oberschwingung normgemäß auf unter 6% zu reduzieren. Hier wird auf die Norm EN/IEC 61000-2-4 in Umgebungsklasse 2 Bezug genommen.

Der interne technische Aufbau des MSU 100 wird nicht näher erläutert, da er im Stand der Technik bekannt ist.

In Figur 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Drossel schematisch dargestellt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist in diesem Beispiel als Anschlussbox 200 ausgebildet. Die Box 200 weist einen als Netzkabel 201 ausgeführten ersten Anschluss und einen als Netzbuchse 202 ausgebildeten zweiten Anschluss auf. Das Netzkabel 201 wird mit dem Stromnetz, beispielsweise einem Drehstromnetz, verbunden. Der Verbraucher, der zur Reduzierung einer elektrischen OberSchwingung mit einer erfindungsgemäßen Drossel versehen werden soll, wird an die Netzbuchse 202 angeschlossen. Die Netzbuchse 202 ist als Drehstrom- Netzbuchse ausgebildet.

Es bietet sich an und verläßt nicht den Rahmen der vorliegenden Erfindung, wenn die Vorrichtung weitere Anschlüsse (nicht gezeigt) zum Anschluss weiterer Verbraucher aufweist. Diese Anschlüsse könnten 'als Anschlussbuchsen für Einphasen-, Dreiphasenwechselstrom, usw. ausgestaltet sein.

Inne'rha ^' l b der Rox 200 sind erfindungsgemäße Drosseln Ll bis L3 angeordnet. Die Netzbuchse 202 ist über die Drosseln Ll bis L3 mit dem Netzkabel 201 verbunden. Die Anzahl der Drosseln richtet sich nach der vorgesehenen Verwendung, insbesondere nach dem vorgesehenen Versorgungsnetz und den vorgesehenen Anschlussbuchsen für die Verbraucher. In diesem Beispiel weisen die Drosseln Ll bis L3 jeweils eine Induktivität von 10 μH auf. Damit ist die Box 200 beispielsweise zur Reduzierung von elektrischen OberSchwingungen, insbesondere der 5. OberSchwingung, für Verbraucher mit einem Nennstrom bis zu 200 A geeignet. Es versteht sich, dass die Induktivitätswerte je nach Verwendungszweck erhöht oder erniedrigt werden können.

Bezugszeichen

100 Mittelfrequenz-Schweißumrichter 101, 102, 103, 104 Eingangsseitige Anschlüsse

111, 112 Ausgangsseitige Anschlüsse

200 Anschlussbox

201 Netzkabel

202 Netzbuchse Ll, L2, L3 Drosseln