Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Filterschaltung für elektrische Energienetze. Derartige Schaltungen werden z.B. im Stromnetz des Endverbrauchers zwischen dem Energiezähler des Energieversorgungsunternehmens (EVU) und dem Niederspannungsverteiler (also bis etwa 400 Volt) eingesetzt, um beim Endverbraucher entstehende Störgrößen zu unterdrücken, z.B. die Blindleistung zu kompensieren. Bei dem Endverbraucher handelt es sich üblicherweise um Abnehmer größerer Energiemengen und Leistungen (Größenordnung z.B. 10 kVA oder mehr pro Phase oder Leitungsstrang), also um Gewerbebetriebe und Großunternehmen. In solchen Netzen müssen vorgegebene elektrische Standards erfüllt sein. Die Schaltungen können allgemein in Klein-, Nieder- und Hochspannungsnetzen eingesetzt werden.

Andererseits können solche Störungen auch bei der Erzeugung von elektrischer Energie in dezentralen Anlagen entstehen, also etwa in Windenergieanlagen, Pho- tovoltaik- Anlagen und Biogasanlagen. Die Erfindung, wie sie in den Schutzansprüchen definiert ist, stellt eine Filterschaltung bereit, welche Störgrößen auf dem Neutralleiter unterdrückt.

Bei dem Niederspannungsnetz kann es sich um ein ein- oder mehrphasiges Netz handeln. Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung näher beschrieben. Hierin zeigt

Fig. 1 die Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung für ein einphasiges Netz, Fig. 2 Diagramme zur Erläuterung der Schaltung gemäß Fig. 1;

Fig. 3-5 den Aufbau der Spulenelemente gemäß Ausführungsformen der Erfindung.

Fig. 1 zeigt die Schaltung gemäß der Erfindung für den Einsatz in einem einphasigen Niederspannungsnetz mit dem Phasenleiter LI und dem Neutralleiter N. Die Schaltung umfasst einen ersten Leitungsstrang Ll . l, der eingangsseitig über ein erstes Diodenelement Dl mit dem Phasenleiter LI verbindbar ist, einen zweiten Leitungsstrang LI .2, der eingangsseitig über ein zweites Diodenelement D2 mit dem Phasenleiter LI verbindbar ist, wobei die beiden Diodenelemente Dl, D2 mit Bezug zum Phasenleiter LI entgegengesetzt zueinander orientiert sind, wobei zwischen dem ersten Leitungsstrang Ll .l und dem Neutralleiter N des Niederspannungsnetzes ein erstes Spulenelement DR1 angeordnet ist und zwischen dem zweiten Leitungsstrang LI .2 und dem Neutralleiter N ein zweites Spulenelement DR2 angeordnet ist, wobei die beiden Spulenelemente DR1, DR2 induktiv miteinander gekoppelt sind.

Des Weiteren ist zwischen dem ersten Leitungsstrang Ll .l und dem Neutralleiter N ein erstes Kondensatorelement Cl . l angeordnet, und zwischen dem zweiten Leitungsstrang LI .2 und dem Neutralleiter N ist ein zweites Kondensatorelement C1.2 angeordnet. Diese beiden Kondensatorelemente Cl . l, C 1.2 dienen dazu, den Leistungsfaktor cos cpa zu kompensieren. Rl und R2 symbolisieren die sekundär- seitig angeschlossenen Verbraucher.

Die beiden Spulenelemente DR1, DR2 sind über einen gemeinsamen Kern induktiv miteinander gekoppelt. Die bilden einen Transformator mit dem Überset- zungsverhältnis 1, also identischen Wicklungszahlen nl=n2.

Das Spulenelement DR1 und das Kondensatorelement Cl . l sind hierbei so dimensioniert, dass sie bei einer Frequenz von 50 Hz einen Resonanzkreis bilden. In gleicher Weise sind das Spulenelement DR2 und das Kondensatorelement C 1.2 so dimensioniert, dass sie bei einer Frequenz νοη^=50 Hz einen Resonanzkreis bilden.

Es gilt also jeweils die Bedingung: ω L=l/co C, mit der Kreisfrequenz ω=2π / und wobei L die Induktivität des Spulenelements DR1 bzw. DR2 und C die Kapazität des Kondensatorelements Cl . l bzw. C1.2 ist.

Wenn eingangsseitig der Filterschaltung, also zwischen den Leitern LI und-N, eine sinusförmige elektrische Größe mit der Frequenz 50Hz anliegt, also z.B. die 230V-Netzwechselspannung aus dem Versorgungsnetz, so wird diese periodische Vollwelle durch die beiden Diodenelemente Dl und D2 in zwei Halbwellen aufgeteilt, und zwar in eine positive (obere) und eine negative (untere) Halbwelle.

In Fig. 2 zeigt das obere Diagramm den zeitlichen Verlauf des Stromes iDl, der durch das erste Diodenelement Dl fließt. Wie zu erkennen ist, lässt das erste Diodenelement Dl nur die positiven sinusförmigen Halbwellen durch. Das zweite Diodenelement D2 lässt nur die negativen sinusförmigen Halbwellen durch, vgl. das zweite Diagramm. Die negative Halbwellen werden im ersten (oberen) Leitungsstrang mittels des magnetischen Flusses erzeugt, der durch das zweite Spulenelement DR2 durch die negativen Halbwellen im zweiten (unteren) Leitungsstrang LI .2 generiert wird, so dass am Ausgang Ll .l wieder eine periodische si- nusförmige Vollwelle 11.1 bereitgestellt wird, vgl. das dritte Diagramm der Fig. 2.

Im Leitungsstrang LI .2 sind alle Polaritäten umgekehrt. Das entgegengesetzt geschaltete Diodenelement D2 lässt nur die negativen Halbwellen passieren und sperrt die positiven Halbwellen. Hier werden die positiven Halbwellen durch den magnetischen Fluss induziert, der durch im ersten Spulenelement DR1 die positi- ven Halbwellen im ersten Leitungsstrang Ll .l erzeugt werden, vgl. das vierte Diagramm der Fig. 2. Es wird also am Ausgang LI .2 eine periodische Vollwelle 11.2 bereitgestellt, die um 180 Grad phasenverschoben gegenüber der Vollwelle am Ausgang Ll .l ist. Auf diese Weise werden ausgangsseitig saubere sinusförmige Wellen generiert, ohne Oberwellenanteile und nahezu ohne Gleichanteile auf dem Neutralleiter, und zwar unabhängig von der Belastung am Ausgang.

Zwischen dem Phasenleiter LI und dem Neutralleiter N kann ein drittes Konden- satorelement Cl angeordnet sein.

Was die Spulenelemente DR1, DR2 anbelangt, so ist der Kern in dieser Ausführungsform der Erfindung Ul-förmig mit zwei Schenkeln und einem Joch ausgestaltet. , wobei auf jedem Schenkel eines der Spulenelemente DR1 , DR2 aufgewickelt ist. vgl. Fig. 3a. Der Kern weist zwischen Joch und Schenkeln jeweils einen Luftspalt LS auf. Die beiden Spulenelemente DR1, DR2 sind gegensinnig aufgewickelt bzw. angeschlossen, d.h. so, dass die Position des Eingangs El des ersten Spulenelements DR1 am einen Schenkel der Position des Ausgangs A2 des zweiten Spulenelements DR2 am anderen Schenkel entspricht und die Position des Ausgangs des ersten Spulenelements DR1 der Position des Eingangs E2 des ande- ren Spulenelements DR2 entspricht, vgl. Fig. 3b.

Der Kern kann aber auch UU- förmig mit jeweils zwei Halbschenkeln ausgestaltet sein, wobei auf jedem Halbschenkel eines der Spulenelemente DR1, DR2 aufgewickelt ist. Der Kern weist dann zwischen den Halbschenkeln jeweils einen Luftspalt LS auf, vgl. Fig. 4. Die Leistungen sind abhängig vom Kern der Spule, dem entstehenden magnetischen Fluss, den Windungsquerschnitten, dem Luftspalt und der anliegenden Spannung. Somit sind mit dieser Schaltung nahezu alle Größenordnungen möglich in beliebigen Leistungsstufen.

Fig. 5 illustriert den Aufbau der Spulenelemente DR1 und DR2 gemäß einer aus- führungsform der Erfindung. Diese sind jeweils durch Kupferdraht mit dem Querschnitt von 21,82mm ² gebildet, der auf einen gemeinsamen Transformatorkern mit dem aufgewickelt ist. Die Wicklungszahlen sind für beide Spulenelemente DR1, DR2 identisch, und zwar nl=n2=200. Der magnetische Fluss durch den Transformatorkern ist über ein Joch J mit Luftspalt LS geschlossen. Die Höhe des Transformatorkerns inklusive Joch beträgt 440mm und die Breite beträgt 315 mm. Geringfügige Abweichungen hiervon sind möglich.

Die Schaltung kann aber auch mittels zweier getrennter Drosselspulen realisiert sein, die aber auch im Gegensinn betrieben werden.

Der durch den Gleichrichter entstehende Gleichstrom- und Gleichspannungsanteil wird durch die erfindungsgemäße Schaltung nahezu auf Null gesetzt. Somit wird durch diese Schaltung eine hervorragende Netzqualität nahezu ohne Gleichanteile am Ausgang Ll .l und LI .2 gegen den Neutralleiter zur Verfügung stehen und somit auch die Oberschwingungen reduziert werden. Der Vorgang ist leistungsabhängig und kann mittels der Kondensatorenelemente Cl . l und C1.2 verändert werden.

Die Schaltungsanordnung kann für Industrieanlagen verwendet werden, die hohe Energiemengen beziehen, z.B. Galvanisierungsanlagen. Andererseits auch für Kleinstromverbraucher und allgemein in Netzteile. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Parallelschaltung mehrerer Stromerzeuger. Die Schaltung kann auch in der Energieversorgung für Kfz-Ladeeinrichtungen verwendet werden, ebenso bei der Energieerzeugung in Photovoltaikanlagen, Windenergieanlagen oder Biogasanlagen. Ein weiterer Anwendungsfall sind Klimaanlagen.

Das beschriebene Beispiel ist zum Betrieb an einem 230V-/50Hz- Wechselspannungsnetz vorgesehen. Selbstverständlich lässt sich die erfindungsgemäße Schaltung auch an einem 110V-/60Hz- Wechselspannungsnetz betreiben, dann mit geänderten Werten für die Spulenelemente und die Kondensatorelemente.

Die Schaltung kann auch im Mehrphasennetz Anwendung finden. Z.B. in einem Dreiphasennetz mit den Phasen LI, L2, L3 sind alle Komponenten jeweils dreifach identisch vorhanden mit Ausnahme des gemeinsamen Neutralleiters N, der nur einmal vorhanden ist. Hier kann die Schaltung mit einem Dreiphasen- Joch ausgeführt werden. Die Schaltung kann in Stern- oder in Dreieckschaltung ausgeführt sein.