Filtervorrichtung und Verfahren zum Betrieb der Filtervor richtung

Die Erfindung betrifft eine Filtervorrichtung zur Verwendung für einen Umrichter an einem Wechselspannungsnetz, aufweisend eine erste und zweite Kondensatoreinheit und eine Drosselein heit. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Be trieb der Filtervorrichtung und einen Umrichter mit der Fil tervorrichtung .

Elektrische Geräte der Antriebs- und Automatisierungstechnik, aber auch der Energieversorgung, können im Betrieb beispiels weise leitungsgebundene und/oder feldgebundene elektrische Störungen erzeugen. Zur Verringerung derartiger Störaussen- dung kommen für die Verringerung bzw. Vermeidung von Gleicht aktströmen meist Gleichtaktdrosseln in Verbindungen mit Kon densatoreinheiten für entsprechende Filter zum Einsatz.

Als Gleichtaktströme werden Ströme in den einzelnen Phasen einer elektrischen Leitung bezeichnet, welche, im Gegensatz zu Gegentaktströmen, jeweils das gleiche Vorzeichen bzgl. ih rer Stromrichtung aufweisen.

Die Gegentaktströme hingegen addieren sich bzgl. ihrer Strom richtung, insbesondere im störungsfreien Fall, in der Summe ihrer Ströme zu Null, d.h. dass der insgesamt in den Phasen einer elektrischen Leitung zu einem Verbraucher hinfließende Strombetrag gleich dem in den Phasen vom Verbraucher zurück fließenden Strombetrag ist. Dies gilt insbesondere auch beim Einsatz eines Nullleiters. Die daraus resultierenden Störgrö ßen werden auch symmetrische Störungen oder Gegentaktstörun- gen genannt.

Da Gleichtaktströme zum Verbraucher hin die gleiche Strom richtung aufweisen, nimmt deren Rückstrom über elektrostati sche Kapazitäten, insbesondere über Leitungskapazitäten, sei- nen Weg über geerdete Bauelemente der elektrischen Geräte bzw. über die Umgebungserde hin zum Energieerzeuger.

Aus den Gleichtaktströmen resultierende Störgrößen werden auch als asymmetrische Störungen oder Gleichtaktstörungen be zeichnet.

Verursacht werden Gleichtaktstörungen beispielsweise durch Funkenstörungen bei Bürstenmotoren, durch Schaltnetzteile, und Frequenzumrichter für elektrische Maschinen, wobei auch signifikante elektrische Verluste bzw. Belastungen bei elektrischen Geräten, bei mit ihnen verbundenen elektrischen Leitungen und letztendlich bei Energieverteilungssystem (Net ze, Transformatoren) und Energieerzeuger (Generatoren) auf- treten können.

Für einen Gleichtaktfilter werden häufig stromkompensierte Drosseln mit Drosselkern als Gleichtaktdrossel verwendet, wo bei beispielsweise die jeweils pro Phase um den gemeinsamen Drosselkern gewickelten Windungen die gleiche Windungszahl aufweisen.

Ferner weist der Gleichtaktfilter als Kondensatoreinheit so genannte in Y-Konfiguration von verschalteten Kondensatoren (Y-Kondensatoreinheit) auf, welche mittels eines Schutzlei ters (PE) mit einem Erdpotential verbunden sind.

Dieser Gleichtaktfilter mit einer meist sehr niederohmigen Verbindung der Y-Kondensatoreinheit über den Schutzleiter mit dem Erdpotential eignet sich besonders für die Ableitung des Gleichtaktstroms (der Störgröße) beim Betrieb von elektri schen Geräten, z.B. Umrichtern, an einem TT-Netz (TT franz.: Terre Terre) oder TN-Netz (TN franz.: Terre Neutre) mit einem auf Erdpotential geerdeten Netzsternpunkt an der Erzeugersei te des Netzes.

Diese Netze weisen zumindest eine der folgenden Auslegungen bzw. Anschaltungen des auf Erdpotential geerdeten Netzstern- punkt auf, wonach der Schutzleiter der elektrischen Leitung allein, der Schutzleiter mittels einer zumindest teilweisen Kombination von Nullleiter (N) und Schutzleiter oder der Nullleiter der elektrischen Leitung allein mit dem geerdeten Netzsternpunkt an der Erzeugerseite des entsprechenden Netzes (der Stromquelle) verbunden ist.

Die über den Schutzleiter mit dem Erdpotential verbundene Y- Kondensatoreinheit eines Gleichtaktfilters mit Gleichtakt drossel für elektrische Geräte, wie z.B. Umrichtern, kann je doch nicht an einem insbesondere auf elektrische Störungen überwachten IT-Netz (IT franz.: Isole Terre) betrieben wer den, welches bzgl. seiner Phasen insbesondere an der Erzeu gerseite (der Stromquelle) erdungsfrei, also gegenüber dem Erdpotential isoliert, ausgelegt sind. Hier sind im störungs freien Betrieb keine oder nur sehr geringe Ableitströme ins besondere über die Y-Kondensatoreinheit und den Schutzleiter an das Erdpotential zulässig.

Kommt ein Betrieb von elektrischen Geräten, wie z.B. Umrich tern, an einem TT-Netz oder einem TN-Netz zum Einsatz, bei denen im Gegensatz zu einem geerdeten Netzsternpunkt ein Au ßenleiter also eine Phase des TT- oder TN-Netzes an der Er zeugerseite (der Stromquelle) mit dem geerdeten Erdpotential verbunden ist, können auch hier für spezifische Betriebszu stände keine oder nur sehr geringe Ableitströme insbesondere über die Y-Kondensatoreinheit und den Schutzleiter an das Erdpotential zulässig sein.

Auch kann es notwendig werden, bei einem Einsatz von z.B. Fehlerstrom-Schutzschaltern betriebsbedingt auftretende Ab leitströme weiter zu verringern oder auszuschließen.

Bisher ist es daher vorsorglich meist üblich, solche elektri schen Geräte mittels eines vorgeschalteten Trenntransformator an erdungsfreien IT-Netzen oder TN- und TT-Netzen mit geerde tem Außenleiter zu betreiben, wobei der Trenntransformator sekundärseitig einen geerdeten Netzsternpunkt aufweisen muss und sehr kostenintensiv und bauraumverbrauchend ist.

Ferner besteht die Möglichkeit, die Y-Kondensatoreinheit an dem entsprechenden elektrischen Gerät zu entfernen oder die Verbindung zu dem geerdeten Schutzleiter und damit dem Erdpo tential aufzutrennen. Dies ist jedoch im Allgemeinen nur mög lich, wenn keine stromkompensierte Drossel im Filter am elektrischen Gerät eingesetzt wird.

Das Auftrennen der Y-Kondensatoreinheit von dem geerdeten Schutzleiter führt zwar einerseits zur Verhinderung oder zu mindest zur Verringerung der Ableitströme bzw. auch zu einer Verringerung der Spannungsbelastung der Kondensatoren der Y- Kondensatoreinheit, jedoch kann andererseits die stromkompen sierte Drossel periodisch in Sättigung getrieben werden, da der Ableitpfad für die Gleichtaktströme der Gleichtaktstörun- gen durch die Auftrennung die Y-Kondensatoreinheit an dieser Stelle unwirksam ist. Dies kann zu einer übermäßigen Erwär mung des Drosselkerns der stromkompensierten Drossel führen und eine Zerstörung der Gleichtaktdrossel hervorrufen.

Auch ist es natürlich möglich, die stromkompensierte Drossel derart überdimensioniert auszulegen, dass sie für alle denk baren Einsatzfälle bei einer Auftrennung der Verbindung zwi schen Y- Kondensatoreinheit und dem geerdetem Schutzleiter gerüstet ist, wobei dieses Vorgehen in ineffizienter Weise zu hohen Kosten und einem hohen Bauraumverbrauch führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine effizi ente Filtervorrichtung mit einer Drosseleinheit als Gleicht aktdrossel und ein Verfahren für die Filtervorrichtung vorzu schlagen, welche einerseits für einen Einsatz in einem Netz mit geerdetem Netzsternpunkt und andererseits für einen Ein satz in einem Netz mit geerdetem Außenleiter oder einem er dungsfreien Netz geeignet sind, ohne die Gleichtaktdrossel unzulässig zu erwärmen. Die Aufgabe wird durch eine Filtervorrichtung mit den in An spruch 1 angegebenen Merkmalen, durch einen Umrichter mit der Filtervorrichtung nach den in Anspruch 12 angegebenen Merkma len und durch ein Verfahren zum Betrieb der Filtervorrichtung nach den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen gelöst.

Für die Lösung der Aufgabe wird eine Filtervorrichtung zur Verwendung für Umrichter an einem Wechselspannungsnetz vorge schlagen, welche eine erste Kondensatoreinheit mit einem ers ten Kondensatorsternpunkt und eine zweite Kondensatoreinheit mit einem zweiten Kondensatorsternpunkt aufweist, wobei die Kondensatoreinheiten jeweils mit einer ersten Wechselspan nungsleitung verbunden sind, welche eine Drosseleinheit auf weist, wobei die Drosseleinheit zwischen der ersten und zwei ten Kondensatoreinheit in der ersten Wechselspannungsleitung verschaltet ist, und welche Mittel zur Sättigungsminderung der Drosseleinheit aufweist.

Das Mittel zur Sättigungsminderung der Drosseleinheit verhin dert in vorteilhafter Weise, dass die Drosseleinheit als Gleichtaktdrossel unzulässig erwärmt wird. Somit ist ein Ein satz der Filtervorrichtung mit der Drosseleinheit gemeinsam mit den Kondensatoreinheiten für den Betrieb des Umrichters an Netzen mit unterschiedlichen Erdungskonzepten möglich.

Der Anwender der Filtervorrichtung benötigt nur eine gering fügige Einstellung der Filtervorrichtung für einen jeweiligen Betriebsfall, welcher von den Netzeigenschaften und der Netztopologie, an dem die Filtervorrichtung betrieben werden soll, abhängig ist. So kann die Einstellung am z.B. Umrichter oder auch an der vom Umrichter getrennt betreibbaren Filter vorrichtung vorgenommen werden.

Bei einem Einsatz der Filtervorrichtung beispielsweise im Um richter ist ein kompakter Aufbau einer Antriebseinheit mög lich. Wird die Filtervorrichtung extern, also außerhalb eines elektrischen Gerätes wie den Umrichter betrieben, kann die Filtervorrichtung flexibel innerhalb des zu betreibenden Net zes angeordnet werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Filtervorrichtung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Bei einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform der Filter vorrichtung ist die Filtervorrichtung für einen ersten Be trieb des Umrichters an einem als Wechselspannungsnetz ausge bildeten Netz mit geerdetem Außenleiter oder an einem als Wechselspannungsnetz ausgebildeten erdungsfreien Netz herge richtet, wobei das Mittel zu Sättigungsminderung aktivierbar und die erste Kondensatoreinheit von einem geerdeten Schutz leiter trennbar ist.

Unter dem Wechselspannungsnetz als Netz mit geerdetem Außen leiter werden in vorteilhafter Weise insbesondere TT-Netze oder TN-Netze verstanden, bei denen nur einer der Außenleiter an der Erzeugerseite des jeweiligen Netzes mit dem Erdpoten tial verbunden ist und unter dem als Wechselspannungsnetz ausgebildeten erdungsfreien Netz wird in vorteilhafter Weise insbesondere ein IT-Netz verstanden, bei dem die elektrischen Phasen an der Erzeugerseite des Netzes gegenüber dem Erdpo tential elektrisch isoliert sind.

Zum Betrieb der Filtervorrichtung an den Netzen mit geerdetem Außenleiter oder an dem erdungsfreien Netz kann vorteilhaft auf einen Trenntransformator verzichtet werden.

In diesem ersten Betrieb ist es somit vorteilhaft, das Mittel zur Sättigungsminderung aktivieren zu können, um die unzuläs sige Erwärmung der als Gleichtaktdrossel betreibbaren Drosse leinheit für möglichst jeden ihrer elektrischen Zustände im ersten Betrieb durch die Sättigungsminderung verhindern zu können. Die Kondensatoreinheit kann in diesem ersten Betrieb von dem geerdeten Schutzleiter getrennt werden, was die Ver hinderung der unzulässigen Erwärmung der Gleichtaktdrossel bevorzugt unterstützt. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Fil tervorrichtung ist die Filtervorrichtung für einen zweiten Betrieb des Umrichters an einem als Wechselspannungsnetz aus gebildeten Netz mit geerdetem Netzsternpunkt hergerichtet, wobei die erste Kondensatoreinheit mit dem geerdeten Schutz leiter zur Stromableitung eines Stroms verbindbar und das Mittel zu Sättigungsminderung deaktivierbar ist.

Unter dem Wechselspannungsnetz als Netz mit geerdetem Netz sternpunkt werden in vorteilhafter Weise insbesondere TT- Netze oder TN-Netze verstanden, bei denen der an der Erzeu gerseite des jeweiligen Netzes gebildete Netzsternpunkt mit dem Erdpotential verbunden ist.

In diesem zweiten Betrieb ist es somit vorteilhaft, die Kon densatoreinheit mit dem geerdeten Schutzleiter verbinden zu können, um den als Gleichtaktstrom erzeugbaren Strom ableiten zu können. Das Mittel zur Sättigungsminderung kann im zweiten Betrieb bevorzugt deaktiviert werden, was die Stromableitung des Gleichtaktstroms effizient unterstützen kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Fil tervorrichtung umfasst das Mittel zur Sättigungsminderung die erste und zweite Kondensatoreinheit und eine erste Kontakt einheit und ist die erste Kontakteinheit zum Öffnen und Schließen einer ersten elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Kondensatorsternpunkt der ersten Kondensatoreinheit und dem zweiten Kondensatorsternpunkt der zweiten Kondensato reinheit zur Aktivierung und Deaktivierung der Sättigungsmin derung ausgebildet.

Mit dem Schließen der ersten elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Kondensatorsternpunkt der ersten Kondensatorein heit und dem zweiten Kondensatorsternpunkt der zweiten Kon densatoreinheit und der damit verbundenen Aktivierung der Sättigungsminderung wird eine elektrische Überbrückung der Drosseleinheit, also der Gleichtaktdrossel erreicht, und zu- mindest ein Teil des Stroms, also des Gleichtaktstroms wird über die Kondensatoreinheiten von der Drosseleinheit abgelei tet bzw. herausgefiltert.

Dies eignet sich vorteilhaft für den Einsatz der Filtervor richtung an dem als Wechselspannungsnetz ausgebildeten Netz mit geerdetem Außenleiter oder an dem als Wechselspannungs netz ausgebildeten erdungsfreien Netz.

Der Einsatz der zweiten Kondensatoreinheit verbessert grund sätzlich Filtereigenschaften der Filtervorrichtung. Die zwei te Kondensatoreinheit ist aber auch ein sehr vorteilhafter Bestandteil für das Mittel zur Sättigungsminderung.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Fil tervorrichtung ist eine zweite Kontakteinheit zum Öffnen und Schließen einer zweiten elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Kondensatorsternpunkt der zweiten Kondensatoreinheit und dem geerdeten Schutzleiter zur Aktivierung und Deaktivie rung der Stromableitung des Stroms ausgebildet.

Der im zweiten Betrieb als Strom erzeugbare Gleichtaktstrom kann so vorteilhaft von der Kondensatoreinheit über die zwei te Kontakteinheit zum geerdeten Schutzleiter abgeleitet wer den.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Fil tervorrichtung umfasst die erste Kondensatoreinheit einen ersten, zweiten und dritten Kondensator, ist der erste Kon densator einerseits mit einer ersten Wechselspannungsphase der ersten Wechselspannungsleitung, ist der zweite Kondensa tor einerseits mit der zweiten Wechselspannungsphase der ers ten Wechselspannungsleitung und ist der dritte Kondensator einerseits mit der dritten Wechselspannungsphase der ersten Wechselspannungsleitung verbunden und bildet der erste, zwei te und dritte Kondensator andererseits den ersten Kondensa torsternpunkt aus. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Fil tervorrichtung umfasst die zweite Kondensatoreinheit einen vierten, fünften und sechsten Kondensator, ist der vierte Kondensator einerseits mit der ersten Wechselspannungsphase der ersten Wechselspannungsleitung, ist der fünfte Kondensa tor einerseits mit der zweiten Wechselspannungsphase der ers ten Wechselspannungsleitung und ist der sechste Kondensator einerseits mit der dritten Wechselspannungsphase der ersten Wechselspannungsleitung verbunden und bilden die Kondensato ren andererseits den zweiten Kondensatorsternpunkt aus.

In einer bevorzugten Ausprägung der Filtervorrichtung umfasst die Drosseleinheit eine erste Spule in der ersten Wechsel spannungsphase, eine zweite Spule in der zweiten Wechselspan nungsphase und eine dritte Spule in einer dritten Wechsel spannungsphase der ersten Wechselspannungsleitung, wobei die Drosseleinheit einen gemeinsamen Drosselkern an der ersten, zweiten und dritten Spule ausgebildet.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Fil tervorrichtung weist mindestens eine der elektrischen Kon takteinheiten einen elektromechanischen Verbinder oder einen Halbleiterschalter auf.

In einer einfachen Form kann der elektromechanische Verbinder zum Beispiel in vorteilhafter Weise als eine Schraubverbin dungen aber auch als elektrischer Schalter ausgebildet sein.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Fil tervorrichtung ist mindestens eine der elektrischen Kontakt einheiten als ansteuerbarer Schalter ausgebildet und mittels eines Ansteuersignals einer Steuereinheit ansteuerbar.

Ein ansteuerbarer Schalter kann beispielsweise als IGBT oder MOSFET aber auch als Relais oder Schütz ausgebildet sein. Die Steuereinheit kann von der Filtervorrichtung aber bei spielsweise auch von einer Steuereinheit des Umrichters um fasst sein.

Sie kann ebenfalls als Steuereinheit ausgebildet sein, welche beispielsweise von einer überlagerten Antriebs-, Automatisie rung- oder Energiesteuerung umfasst wird. Sollte sich die Netztopologie ändern, kann auf effiziente und vorteilhaft Weise eine Umschaltung der Filtervorrichtung erfolgen, so dass die Filtervorrichtung für den ersten Betrieb oder den zweiten Betrieb des Umrichters einsetzbar ist.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Fil tervorrichtung sind die elektrischen Kontakteinheiten als ein elektrischer Wechsler ausgebildet.

Mittels des elektrischen Wechslers, auch bekannt als Wechsel schalter, erfolgt das gleichzeitige Umschalten der ersten und der zweiten Kontakteinheit und somit eine gleichzeitige Um schaltung der Kontakteinheiten. Beispielweise ist in einem ersten Schaltzustand des Wechslers die erste Kontakteinheit geschlossen und die zweite Kontakteinheit geöffnet. Nach Ak tivierung des Wechslers ist danach in einem zweiten Schaltzu stand des Wechslers die erste Kontakteinheit geöffnet und die zweite Kontakteinheit geschlossen. Dieser Schaltvorgang des gleichzeitigen Umschaltens der beiden Kontakteinheiten durch den elektrischen Wechsler ist reversibel durchführbar.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform der Fil tervorrichtung ist ein passives elektrisches Bauelement, ins besondere eine weitere Drossel, in der ersten elektrischen Verbindung zwischen dem ersten elektrischen Kondensatorstern punkt und dem zweiten elektrischen Kondensatorsternpunkt elektrisch verschaltet.

Die filternde Wirkung für die Herausfilterung des Gleichtakt strom von der Drosseleinheit, also der Gleichtaktdrossel, wird insbesondere durch die weitere Drossel in der ersten elektrischen Verbindung vorteilhaft verstärkt, so dass u.a. die thermische Entlastung des gemeinsamen Drosselkerns der Drosseleinheit erhöht wird.

Für die Lösung der Aufgabe wird weiterhin ein Umrichter mit der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung zum Betrieb einer elektrischen Maschine an dem Wechselspannungsnetz vorgeschla gen.

Bei einer ersten vorteilhaften Ausgestaltungsform des Umrich ters ist die Filtervorrichtung in ein Umrichtergehäuse des Umrichters integriert.

Die Integration der Filtervorrichtung in das Umrichtergehäuse des Umrichters hat beispielsweise den Vorteil, dass der Um richter in kompakter Bauweise stets die Filtervorrichtung für die Anschaltung an die verschiedenen Netztopologien für den ersten und den zweiten Betrieb des Umrichters aufweist und ein Kunde sich mittels Einstellung am Umrichter für den je weiligen Betrieb entscheiden kann.

Für die Lösung der Aufgabe wird ebenfalls ein Verfahren zum Betrieb der erfindungsgemäßen Filtervorrichtung vorgeschla gen, wobei die Filtervorrichtung für den ersten Betrieb des Umrichters an dem als Wechselspannungsnetz ausgebildeten Netz mit geerdetem Außenleiter oder an dem als Wechselspannungs netz ausgebildeten erdungsfreien Netz eingestellt wird oder die Filtervorrichtung für den zweiten Betrieb des Umrichters an dem als Wechselspannungsnetz ausgebildeten Netz mit geer detem Netzsternpunkt eingestellt wird.

Bei einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des Verfahrens wird im ersten Betrieb des Umrichters das Mittel zur Sätti gungsminderung der Drosseleinheit aktiviert und wird die ers te Kondensatoreinheit von dem geerdeten Schutzleiter getrennt oder wird im zweiten Betrieb des Umrichters die erste Konden satoreinheit mit dem geerdeten Schutzleiter zur Stromablei- tung verbunden und das Mittel zu Sättigungsminderung deakti viert.

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusam menhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbei spiele, die im Zusammenhang mit den Figuren näher erläutert werden. Es zeigt:

FIG 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Fil tervorrichtung,

FIG 2 eine erste schematische Darstellung der erfindungs gemäßen Filtervorrichtung,

FIG 3 eine zweite schematische Darstellung der erfin dungsgemäßen Filtervorrichtung nach FIG 2,

FIG 4 eine dritte schematische Darstellung der erfin dungsgemäßen Filtervorrichtung in einem Ausschnitt nach FIG 2 und

FIG 5 ein schematisches Struktogramm eines Verfahrens für die erfindungsgemäße Filtervorrichtung.

Die FIG 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine be kannte Filtervorrichtung 101, welche an einer ersten Wechsel spanungsleitung 121 elektrisch angeordnet und über die erste Wechselspanungsleitung 121 mit einem Gleichrichter 140 eines Umrichters 130 elektrisch verbunden ist.

Der Umrichter 130 weist ferner einen Wechselrichter 141 auf, welcher mittels eines Gleichspannungszwischenkreises 144 elektrisch mit dem Gleichrichter 140 gekoppelt ist.

Der Umrichter 130 ist ausgangsseitig über den Wechselrichter 141 und eine zweite Wechselspannungsleitung 132 mit einer elektrischen Maschine 131 gekoppelt, wobei die elektrische Maschine 131 über einen geerdeten Schutzleiter 107 mit dem Erdpotential verbunden ist.

Die zweite Wechselspannungsleitung 132 weist einen Leitungs schirm 142 auf, welcher mit dem geerdeten Schutzleiter 107 und somit dem Erdpotential verbunden ist. Im Betrieb des Um richters 130 bilden sich Leitungskapazitäten 143 ausgehend von den einzelnen Phasen der zweiten Wechselspannungsleitung 132 gegenüber dem Leitungsschirm 142 aus.

Die Filtervorrichtung 101 weist eine Drosseleinheit 106 in Form einer Gleichtaktdrossel (stromkompensierter Drossel) und eine Kondensatoreinheit 102 an der ersten Wechselspannungs leitung 121 auf.

Die Drosseleinheit 106 umfasst eine erste Spule 145 in einer ersten Wechselspannungsphase 114, eine zweite Spule 146 in einer zweiten Wechselspannungsphase 115 und eine dritte Spule 147 in einer dritten Wechselspannungsphase 116 der ersten Wechselspannungsleitung 121. Ferner bildet die Drosseleinheit 106 einen gemeinsamen Drosselkern 148 an der ersten, zweiten und dritten Spule 145,146,147 aus.

Die Kondensatoreinheit 102 umfasst einen ersten, zweiten und dritten Kondensator 111,112,113. Der erste Kondensator 111 ist einerseits mit der ersten Wechselspannungsphase 114 der ersten Wechselspannungsleitung 121, der zweite Kondensator 112 ist einerseits mit der zweiten Wechselspannungsphase 115 der ersten Wechselspannungsleitung 121 und der dritte Konden sator 113 ist einerseits mit der dritten Wechselspannungspha se 116 der ersten Wechselspannungsleitung 121 verbunden und die Kondensatoren 111,112,113 bilden andererseits einen Kon densatorsternpunkt 103 aus.

Die Kondensatoren 111,112,113 der Kondensatoreinheit 102 sind über den Kondensatorsternpunkt 103 mit dem geerdeten Schutz leiter 107 verbunden. So kann ein Strom 124 in Form eines Gleichtaktstroms gegenüber dem Erdpotential abgeleitet wer den.

Es ist möglich, dass ein weiterer Kondensator in der Verbin dung zwischen dem Kondensatorsternpunkt 103 und dem geerdeten Schutzleiter 107 verschaltet werden kann (in FIG 1 nicht ge zeigt).

Die Umrichter 140 mit der Filtervorrichtung 101 ist eingangs seitig mittels der ersten Wechselspannungsleitung 121 mit ei nem Wechselspannungsnetz 120 verbunden. Das Wechselspannungs netz 120 ist als Netz mit dem geerdeten Sternpunkt 123, hier als TN-Netz mit geerdetem Sternpunkt 123, ausgebildet. Das Erdpotential für den geerdeten Sternpunkt 123 ist mit dem ge erdeten Schutzleiter 107 verbunden.

Eine Ableitung des Strom 124 als Gleichtaktstrom ist, wie in FIG 1 gezeigt, im Allgemeinen nur dann möglich, wenn der Um richter 140 an dem Netz mit geerdetem Netzsternpunkt 123 bzw. mit einem zusätzlichen Trenntransformator (in FIG 1 nicht ge zeigt) betrieben wird.

Die FIG 2 zeigt in einer ersten schematischen Darstellung die erfindungsgemäße Filtervorrichtung 1, welche an einer ersten Wechselspanungsleitung 21 elektrisch angeordnet und über die erste Wechselspanungsleitung 21 mit einem Gleichrichter 40 eines Umrichters 30 verbunden ist.

Der Umrichter 30 weist ferner einen Wechselrichter 41 auf, welcher mittels eines Gleichspannungszwischenkreises 44 mit dem Gleichrichter 40 gekoppelt ist.

Der Umrichter 30 ist ausgangsseitig über den Wechselrichter 41 und eine zweite Wechselspannungsleitung 32 mit einer elektrischen Maschine 31 gekoppelt, wobei die elektrische Ma schine 31 über einen geerdeten Schutzleiter 7 mit dem Erdpo tential verbunden ist. Die zweite Wechselspannungsleitung 32 weist einen Leitungs- schirm 42 auf, welcher mit dem geerdeten Schutzleiter 7 und somit dem Erdpotential verbunden ist. Im Betrieb des Umrich ters 30 bilden sich Leitungskapazitäten 43 ausgehend von den einzelnen Phasen der zweiten Wechselspannungsleitung 32 ge genüber dem Leitungsschirm 42 aus.

Die Filtervorrichtung 1 weist eine Drosseleinheit 6 in Form einer Gleichtaktdrossel (stromkompensierter Drossel) eine erste Kondensatoreinheit 2 und eine zweite Kondensatoreinheit 4 an der ersten Wechselspannungsleitung 21 auf. Die Drosse leinheit 6 ist zwischen der ersten und der zweiten Kondensa toreinheit 2,4 in der ersten Wechselspanungsleitung 21 ver schaltet.

Die Drosseleinheit 6 umfasst eine erste Spule 45 in einer ersten Wechselspannungsphase 14, eine zweite Spule 46 in ei ner zweiten Wechselspannungsphase 15 und eine dritte Spule 47 in einer dritten Wechselspannungsphase 16 der ersten Wechsel spannungsleitung 21. An der ersten, zweiten und dritten Spule 45,46,47 bildet die Drosseleinheit 6 einen gemeinsamen Dros selkern 48 aus.

Die erste Kondensatoreinheit 2 umfasst einen ersten, zweiten und dritten Kondensator 11,12,13. Der erste Kondensator 11 ist einerseits mit der ersten Wechselspannungsphase 14 der ersten Wechselspannungsleitung 21, der zweite Kondensator 12 ist einerseits mit der zweiten Wechselspannungsphase 15 der ersten Wechselspannungsleitung 21 und der dritte Kondensator 13 ist einerseits mit der dritten Wechselspannungsphase 16 der ersten Wechselspannungsleitung 21 verbunden und die ers ten, zweiten und dritten Kondensatoren 11,12,13 bilden ande rerseits einen ersten Kondensatorsternpunkt 3 aus.

Die zweite Kondensatoreinheit 4 umfasst einen vierten, fünf ten und sechsten Kondensator 17,18,19. Der vierte Kondensator 17 ist einerseits mit der ersten Wechselspannungsphase 14 der ersten Wechselspannungsleitung 21, der fünfte Kondensator 18 ist einerseits mit der zweiten Wechselspannungsphase 15 der ersten Wechselspannungsleitung 21 und der sechste Kondensator 19 ist einerseits mit der dritten Wechselspannungsphase 16 der ersten Wechselspannungsleitung 21 verbunden und die vier ten, fünften und sechsten Kondensatoren 17,18,19 bilden ande rerseits einen zweiten Kondensatorsternpunkt 5 aus.

Die ersten, zweiten und dritten Kondensatoren 11,12,13 der ersten Kondensatoreinheit 2 sind über den ersten Kondensa torsternpunkt 3 und eine erste Kontakteinheit 9 in einer ers ten elektrischen Verbindung mit dem zweiten Kondensatorstern punkt 5 der vierten, fünften und sechsten Kondensatoren 17,18,19 der zweiten Kondensatoreinheit 4 verbunden.

Mittels einer zweiten Kontakteinheit 10 sind die ersten, zweiten und dritten Kondensatoren 11,12,13 der ersten Konden satoreinheit 2 in einer zweiten elektrischen Verbindung mit dem geerdeten Schutzleiter 7 verbunden.

Es ist möglich, dass ein weiterer Kondensator in der zweiten elektrischen Verbindung zwischen dem ersten Kondensatorstern punkt 3 und dem geerdeten Schutzleiter 7 in Reihe zu der zweiten Kontakteinheit 10 verschaltet werden kann (in FIG 2 nicht gezeigt).

Der als ansteuerbarer Schalter 39 ausgelegte elektromechani sche Verbinder 25 der ersten Kontakteinheit 9 ist geschlos sen, während der als ansteuerbarer Schalter 39 ausgelegte elektromechanische Verbinder 25 der zweiten Kontakteinheit 10 geöffnet ist.

Ein Strom 24 in Form eines Gleichtaktstroms für einen zweiten Betrieb des Umrichters 30 wird in FIG 2 gegenüber dem Erdpo tential nicht abgeleitet.

Der Gleichtaktstrom wird über die mittels der ersten Kontakt einheit 9 geschaffenen ersten elektrischen Verbindung zwi schen den Kondensatorsternpunkten 3,5 der Kondensatoreinhei- ten 2,4 von der im Betrieb des Umrichters 30 als Gleichtakt drossel arbeitenden Drosseleinheit 6 abgeleitet bzw. heraus gefiltert. Der gemeinsame Drosselkern 48 der Drosseleinheit 6 wird von seiner magnetischen Aktivität begrenzt, so dass hauptsächlich die Spulen 45,46,47 der Drosseleinheit 6 weiter für die Filtervorrichtung 1 wirken.

Somit kann der gemeinsame Drosselkern 48 nicht in eine in der Regel periodische Sättigung getrieben und unzulässig erwärmt werden, obwohl der Strom 24 in Form des Gleichtaktstroms, er zeugt beispielsweise durch Umladevorgänge an den Leitungska pazitäten 43 des Leitungsschirms 42 der zweiten Wechselspan nungsleitung 32, durch die Auftrennung der zweiten elektri schen Verbindung zwischen dem ersten Kondensatorsternpunkt 3 und dem geerdeten Schutzleiter 7 nicht mehr zum Schutzleiter 7 abgeleitet werden kann.

Die beiden Kontakteinheiten 9,10 mit jeweils einem ansteuer baren Schalter 39 pro Kontakteinheit 9,10 können jeweils al lein oder gemeinsam durch ein Ansteuersignal 26 von einer Steuereinheit 27 angesteuert werden. In FIG 2 sind beiden Kontakteinheiten 9,10 als ein elektrischer Wechsler 8 ausge bildet.

Der Umrichter 30 mit der Filtervorrichtung 1 ist eingangssei tig mittels der ersten Wechselspannungsleitung 21 mit einem Wechselspannungsnetz 20 verbunden. Das Wechselspannungsnetz 20 ist als Netz mit geerdetem Außenleiter 22, hier als TT- Netz mit geerdetem Außenleiter 22, ausgebildet. Das Erdpoten tial für den geerdetem Außenleiter 22 ist nicht mit dem geer deten Schutzleiter 7 verbunden.

Demnach ist die in FIG 2 gezeigte schematische Darstellung der Filtervorrichtung 1 für einen ersten Betrieb des Umrich ters 30 an dem als Wechselspannungsnetz 20 ausgebildeten Netz mit geerdetem Außenleiter 21 vorgesehen. Ferner kann der Umrichter 30 mit der Filtervorrichtung 1 in dieser Verschaltung auch an einem als Wechselspannungsnetz 20 ausgebildeten erdungsfreien Netz, beispielsweise einem IT- Netz, betrieben werden. In diesem Fall ist das Wechselspan nungsnetz 20 vom Erdpotential isoliert (in FIG 2 nicht darge stellt).

Mit FIG 3 wird eine zweite schematische Darstellung der er findungsgemäßen Filtervorrichtung 1 aufgezeigt, welche im We sentlichen der FIG 2 entspricht.

Im Unterschied zur FIG 2 ist bei der FIG 3 in der mittels der ersten Kontakteinheit 9 geschaffenen ersten elektrischen Ver bindung zwischen den Kondensatorsternpunkten 3,5 der Konden satoreinheiten 2,4 ein passives elektrisches Bauelement 28, hier eine weitere Drossel 29, verschaltet.

Die filternde Wirkung für die Herausfilterung des Gleichtakt strom von der Drosseleinheit 6, also der Gleichtaktdrossel, wird insbesondere durch die weitere Drossel 29 in der ersten elektrischen Verbindung verstärkt, so dass u.a. die thermi sche Entlastung des gemeinsamen Drosselkerns 48 der Drosse leinheit erhöht wird.

Denkbar ist hier auch der Einsatz eines ohmschen Widerstan des, einer weiteren Kapazität oder einer Kombination aus wei terer Drossel, ohmschen Widerstand und weiterer Kapazität.

In FIG 4 wird eine dritte schematische Darstellung der erfin dungsgemäßen Filtervorrichtung in einem Ausschnitt nach FIG 2 visualisiert .

Die FIG 4 unterscheidet sich als Ausschnitt von FIG 2 dadurch, dass die beiden Kontakteinheiten 9,10 jeweils als elektromechanischer Verbinder 25 in Form von Schraubverbin dungen 49 ausgebildet sind. Die Schraubverbindung 49 der zweiten Kontakteinheit 10 ist gestrichelt dargestellt, was den elektromechanischen Verbinder 25 als geöffnet zeigen soll.

Alle weiteren Aussagen zur FIG 2, insbesondere welche den in FIG 4 gezeigten Ausschnitt der Filtervorrichtung 1 aus FIG 2 betreffen, gelten analog auch für die FIG 4.

Demnach ist die Filtervorrichtung 1 für einen ersten Betrieb des Umrichters an dem als Wechselspannungsnetz ausgebildeten Netz mit geerdetem Außenleiter geeignet (in FIG 4 nicht ge zeigt).

Ferner kann der Umrichter mit der Filtervorrichtung 1 in die ser Verschaltung auch an einem als Wechselspannungsnetz aus gebildeten erdungsfreien Netz, beispielsweise einem IT-Netz, betrieben werden. In diesem Fall ist das Wechselspannungsnetz vom Erdpotential isoliert (in FIG 4 nicht dargestellt).

Die FIG 5 zeigt ein schematisches Struktogramm eines Verfah rens 34 für die erfindungsgemäße Filtervorrichtung visuali- siert.

Das Verfahren 34 zeigt den Betrieb der Filtervorrichtung, wo nach die Filtervorrichtung für den ersten Betrieb 35 des Um richters für das als Wechselspannungsnetz ausgebildete Netz mit geerdetem Außenleiter oder für das als Wechselspannungs netz ausgebildete erdungsfreie Netz einstellt ist oder die Filtervorrichtung für den zweiten Betrieb 36 des Umrichters für das als Wechselspannungsnetz ausgebildete Netz mit geer detem Netzsternpunkt einstellt ist.

Der Anwender der Filtervorrichtung am Umrichter soll sich für eine der beiden Betriebsarten des Umrichters, erster Betrieb 35 oder zweiter Betrieb 36, entscheiden.

Im ersten Betrieb 35 des Umrichters wird das Mittel zur Sät tigungsminderung 37 der Drosseleinheit aktiviert und die Kon- densatoreinheit von dem geerdeten Schutzleiter getrennt, wo bei die Stromableitung 38 deaktiviert ist.

Im zweiten Betrieb 36 des Umrichters ist die Kondensatorein- heit mit dem geerdeten Schutzleiter verbunden, wobei die

Stromableitung 38 aktiviert und das Mittel zur Sättigungsmin derung 37 deaktiviert ist.