Beschreibung

Elektrische Schaltungsanordnung

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schaltungsanordnung mit zumindest einer Drosselspule, wobei die Drosselspule je ^¬ weils in Reihe zu einem Teil der elektrischen Schaltungsanordnung geschaltet ist.

Elektrische Schaltungsanordnungen zur Spannungsversorgung von elektrischen Maschinen beinhalten meist Drosselspulen, um den von ihnen durchflossenen Strom zu vergleichmäßigen bzw. um Oberschwingungen im Strom zu reduzieren oder auch um Netzrückwirkungen zu verringern. Bei diesen elektrischen Schal- tungsanordnungen werden die Drosselspulen meist direkt nach der Spannungsquelle geschaltet. Ihnen folgen Gleichrichter, welche die Wechselspannung in eine Gleichspannung umsetzen, die in einem Spannungs-Zwischenkreis geführt wird. Vom Zwi ^¬ schenkreis wird dabei ein Wechselrichter gespeist, welcher eine elektrische Maschine mit Strom versorgt.

Elektrische Maschinen werden in sehr vielen technischen Bereichen verwendet. Bei wechselspannungsgespeisten elektrischen Maschinen ist zu unterscheiden zwischen Wechselstromma- schinen und Drehstrommaschinen. Drehstrommaschinen können unterteilt werden in Drehstrom-Synchronmaschinen und Drehstrom- Asynchronmaschinen .

Es ist bei elektrischen Schaltungsanordnungen zur Spannungs- Versorgung von elektrischen Maschinen bekannt, dass die e- lektrische Schaltungsanordnung eine große Menge an Wärme pro ^¬ duziert. Daher werden Lüftermotoren eingesetzt, um die elekt ^¬ rische Schaltungsanordnung zu kühlen.

Nachteilig ist aber, dass durch die erforderlichen Lüftermo ^¬ toren zusätzliche Kosten entstehen.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine elekt ^¬ rische Schaltungsanordnung mit zumindest einer Drosselspule und einem Lüftermotor anzugeben, bei der Kosten eingespart werden.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Drosselspule Teil einer elektrischen Maschine ist, wobei die elektrische Maschine einen Ständer und einen drehbar gelagerten Läufer aufweist und wobei die Drosselspule entweder im Ständer oder am Läufer angebracht ist und damit zur Drehmo- menterzegung in der elektrischen Maschine beiträgt.

Damit wird vorteilhaft erreicht, dass die Kosten für geson ^¬ derte Drosselspulen eingespart werden können, da Wicklungen in einer elektrischen Maschine als Drosselwicklungen genutzt werden. Weiterhin wird auch der Bauraum für die gesonderten Drosselspulen eingespart, so dass die elektrische Schaltungs ^¬ anordnung kompakter ausgeführt werden kann.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung ergibt sich, wenn die elektrische Maschine ein Synchronmotor, Asynchronmotor oder Reluktanzmotor ist und als Lüftermotor für die elektrische Schaltungsanordnung eingesetzt wird, um diese zu kühlen. D.h., unterschiedliche Motortypen können dazu genutzt werden, um Spulen in dem entsprechenden Motor auch als Drosselspulen zu verwenden. Da eine elektrische Schaltungsanordnung Abwärme produziert, ist es daher vorteilhaft, einen Lüftermotor vor ^¬ zusehen, dessen Motorspulen gleichzeitig auch als Drosselspulen genutzt werden. Weiterhin kann der Lüftermotor auch zu- mindest einer weiteren elektrischen Maschine zugeordnet werden, um diese zu kühlen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestal ^¬ tung ergibt sich, wenn die Schaltungsanordnung in eine weitere elektrische Maschine eingebaut ist und der Lüftermotor vorgesehen ist, um die Schaltungsanordnung und/oder die wei- teren elektrischen Maschinen zu kühlen.

Die Drosselspulen werden dabei vorteilhaft zur Glättung des von ihnen durchflossenen Stromes verwendet. Weiterhin wird durch die Drosselspulen auch vorteilhaft erreicht, dass Netz ^¬ rückwirkungen verringert werden, so dass z.B. in der elektri- sehen Schaltungsanordnung verursachte Strom/Spannungsspitzen sich nicht in das versorgende Spannungsnetz bzw. in die versorgende Spannungsquelle fortpflanzen, welche der elektri ^¬ schen Schaltungsanordnung zugeordnet sind.

Die Spannungsquelle ist dabei vorteilhaft als Wechselspan ^¬ nungsquelle oder Drehstromspannungsquelle ausgeführt und weist zumindest eine Phase auf. Besonders vorteilhaft ist es, wenn für jede Phase der Spannungsquelle eine eigene Drossel ^¬ spule vorgesehen ist, welche in einer elektrischen Maschine, z.B. einem Lüftermotor integriert sind. Damit werden Rückwirkungen in allen drei Phasen verringert.

Jede Drosselspule wird mit einem Ende an eine Phase der Span ^¬ nungsquelle angeschlossen. D.h., die Drosselspulen liegen di- rekt an der Spannungsquelle an und verhindern damit effektiv Rückwirkungen der elektrischen Schaltungsanordnung in die Spannungsquelle. Jede Drosselspule ist mit dem anderen Ende an einen Teil der elektrischen Schaltungsanordnung angeschlossen. Die Drosselspulen sind also in Reihe zu einem Teil der elektrischen Schaltungsanordnung geschaltet.

Bei einer ersten Ausführungsform enthält der Teil der elekt ^¬ rischen Schaltungsanordnung zumindest einen Gleichrichter, wobei jede Drosselspule mit einem Ende an je einen Anschluss des Gleichrichters angeschlossen ist, so dass der durch die Drosselspulen fließende Strom gleichgerichtet wird. Nach dem Gleichrichter ist ein Spannungszwischenkreis geschaltet, wel ^¬ cher näherungsweise eine Gleichspannung führt, bzw. diese mittels z.B. zumindest eines Kondensators puffert. Nach dem Spannungszwischenkreis ist ein Wechselrichter geschaltet, welcher die Gleichspannung in eine Wechselspannung wechselrichtet. Am Wechselrichter kann eine weitere elektrische Ma-

schine angeschlossen werden, welche vom Wechselrichter mit Strom versorgt wird.

Eine zweite vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn in die Spannungsquelle rückgespeist werden kann. Dann nämlich ist es möglich, eine erfindungsgemäße elektrische Schaltungs ^¬ anordnung mit Drosselspulen anzugeben, die eine weitere e- lektrische Maschine mit Strom versorgt, welche aber auch eine Rückspeisung in die Spannungsquelle erlaubt, wenn die weitere elektrische Maschine von außen angetrieben wird.

Bei dieser zweiten Aus führungsform der elektrischen Schaltungsanordnung enthält der Teil der elektrischen Schaltungsanordnung zumindest einen netzseitigen Stromrichter, welcher als Gleichrichter und als Wechselrichter arbeiten kann. Dabei ist vorteilhafter Weise die Pulsfrequenz des netzseitigen Stromrichters bei Wechselrichterbetrieb deutlich höher, z.B. um den Faktor 10, als die Frequenz der von der rückspeisefähigen Spannungsquelle bereitgestellten Spannung. Dann nämlich werden die Pulse durch die Drosselspulen besonders wirkungs ^¬ voll unterdrückt, so dass ein Strom mit einem näherungsweise sinusförmigen Verlauf in die Spannungsquelle zurückgespeist wird. Bei dieser Ausführungsform ist jede Drosselspule mit einem Ende an je einen Anschluss des netzseitigen Stromrich- ters angeschlossen. Nach dem netzseitigen Stromrichter ist ein Spannungszwischenkreis geschaltet, hinter den wiederum ein lastseitiger Stromrichter geschaltet ist, welcher als Wechselrichter oder als Gleichrichter arbeiten kann. Am last- seitigen Stromrichter ist eine weitere elektrische Maschine angeschlossen, welche vom lastseitigen Stromrichter mit Strom versorgt wird oder Strom in den lastseitigen Stromrichter einspeist .

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß den Merkmalen der Unteransprüche werden im folgenden anhand von schematisch dargestellten Ausführungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert, ohne dass da-

durch eine Beschränkung der Erfindung auf dieses Ausführungsbeispiel erfolgt; es zeigen:

FIG 1 eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen elektri- sehen Schaltungsanordnung;

FIG 2 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung;

FIG 3 eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung.

In FIG 1 ist eine Prinzipskizze der erfindungsgemäßen elekt ^¬ rischen Schaltungsanordnung 10. Gezeigt ist die Spannungs ^¬ quelle 1, welche drei Phasen mit den Anschlüssen 2 aufweist. Die Anschlüsse 2 sind je mit einem Ende 3 der Drosselspulen 5 verbunden. Das jeweils andere Ende 4 der Drosselspulen 5 ist mit den Kontakten 8 des Teils 9 der elektrischen Schaltungsanordnung 10 verbunden. Die Drosselspulen 5 befinden sich im Ständer 6 einer elektrischen Maschine 17, welche auch einen hier nicht gezeigten drehbaren Läufer aufweist. Die Drossel- spulen 5 sind dabei auf die Zähne 7 des Ständers 6 gesteckt oder um die Zähne gewickelt oder in irgendeiner anderen Weise in den Ständer eingebracht. Jede Drosselspule 5 kann auch aus einer Reihenschaltung von Teilwicklungen bzw. Teilspulen bestehen. Diese Teilwicklungen bzw. Teilspulen können z.B. an unterschiedlichen Zähnen 7 des Ständers 6 angebracht sein.

Wird die elektrische Schaltungsanordnung 10 von der Spannungsquelle 1 mit Strom versorgt, so durchfließt der Strom der Spannungsquelle zuerst die Drosselspulen 5, welche am Ständer 6 der elektrischen Maschine 17 befestigt sind, und wird dann zum Teil 9 der elektrischen Schaltungsanordnung 10 weitergeführt. Die Drosselspulen 5 glätten dabei den von ihnen durchflossenen Strom und vermindern Netzrückwirkungen mit Oberschwingungen. Dadurch, dass die Drosselspulen im Ständer 6 der elektrischen Maschine 17 angebracht sind, wird in der elektrischen Maschine 17 ein Drehmoment erzeugt, wenn die Drosselspulen 5 von Strom durchflössen werden. Vorteilhafter

Weise wird die elektrische Maschine 17 als Lüftermotor einge ^¬ setzt, um die elektrische Schaltungsanordnung 10 zu kühlen.

FIG 2 zeigt eine erste Aus führungsform der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung. Gezeigt ist die Spannungsquelle 1, welche drei Phasen mit den Anschlüssen 2 aufweist. Die Anschlüsse 2 sind je mit den Drosselspulen 5 verbunden. Die Drosselspulen 5 sind wiederum verbunden mit einem Gleichrichter 11, welcher u.a. aus Dioden aufgebaut ist. Der Gleichrichter 11 hat die Aufgabe, die Eingangsspannungen gleichzurichten, so dass sich näherungsweise eine Gleichspannung am Ausgang des Gleichrichters 11 ergibt. An den Gleich ^¬ richter 11 ist Spannungszwischenkreis 12 geschaltet, welcher näherungsweise eine Gleichspannung führt. Im Spannungszwi- schenkreis 12 kann auch ein Kondensator wie gezeigt geschal ^¬ tet sein, um die Spannung weiter zu glätten und zu puffern. Auf den Spannungszwischenkreis 12 folgt ein Wechselrichter 13, welcher die im Spannungszwischenkreis 12 geführte Gleich ^¬ spannung in eine Wechselspannung wechselrichtet, um eine an- geschlossene elektrische Maschine 14 mit Strom zu versorgen. Der Wechselrichter 13 ist dabei u.a. aus IGBTs und Dioden aufgebaut, wie in FIG 2 gezeigt. Als Material für die Leis ^¬ tungshalbleiter kann dabei Silizium oder auch Silizium-Carbid (SiC) eingesetzt werden.

Von der Spannungsquelle 1 fließt der Wechselstrom also durch die Drosselspulen 5, welche sich vorteilhafter Weise in einem Lüftermotor befinden und, wenn sie von Strom durchflössen werden, zum Drehmoment des Lüftermotors beitragen. Die Dros- seispulen 5 glätten den von ihnen durchflossenen Strom und vermindern Netzrückwirkungen. Der an den Drosselspulen 5 angeschlossene Gleichrichter 11 richtet die am Ausgang der Drosselspulen 5 anliegende Spannung gleich. Diese Spannung wird vom Spannungszwischenkreis 12 geführt und gegebenenfalls weiter geglättet. Der Wechselrichter 13 wandelt die im Spannungszwischenkreis 12 geführte Spannung in eine Wechselspan ^¬ nung um, um z.B. eine elektrische Maschine 14 optimal zu betreiben. Der Gleichrichter 11 kann dabei als ein Abschnitt

der elektrischen Schaltung aufgefaßt werden, wie auch der Wechselrichter 13.

FIG 3 zeigt eine zweite Ausführungs form der erfindungsgemäßen elektrischen Schaltungsanordnung. Gezeigt ist die Spannungsquelle 1, welche drei Phasen mit den Anschlüssen 2 aufweist. Die Anschlüsse 2 sind je mit den Drosselspulen 5 verbunden. Die Drosselspulen 5 sind wiederum verbunden mit einem netz- seitigen Stromrichter 15, welcher als Gleichrichter und als Wechselrichter arbeiten kann und welcher u.a. aus Dioden und IGBTs aufgebaut ist. Als Material für die Leistungshalbleiter kann dabei Silizium oder auch Silizium-Carbid (SiC) einge ^¬ setzt werden. Am netzseitigen Stromrichter 15 ist Spannungszwischenkreis 18 angeschlossen, welcher näherungsweise eine Gleichspannung führt. Im Spannungszwischenkreis 18 kann auch ein Kondensator wie gezeigt geschaltet sein, um die Spannung weiter zu glätten. Auf den Spannungszwischenkreis 18 folgt ein lastseitiger Stromrichter 16, welcher als Wechselrichter oder als Gleichrichter arbeiten kann. Am lastseitigen Strom- richter 16 ist eine elektrische Maschine 19 angeschlossen, welche auch als Generator arbeiten kann. Der lastseitige Stromrichter ist u.a. aus IGBTs und Dioden aufgebaut, wie in FIG 3 gezeigt ist. Als Material für die Leistungshalbleiter kann dabei Silizium oder auch Silizium-Carbid (SiC) einge- setzt werden.

Die elektrische Schaltungsanordnung nach FIG 3 kann in zwei Formen betrieben werden. In der ersten Betriebsform wird die elektrische Maschine 19 durch die elektrische Schaltungsan- Ordnung mit Strom versorgt. Von der Spannungsquelle 1 fließt der Wechselstrom also durch die Drosselspulen 5, welche sich vorteilhafter Weise in einem Lüftermotor befinden und, wenn sie von Strom durchflössen werden, zur Drehmoment des Lüftermotors beitragen. Die Drosselspulen 5 glätten den von ihnen durchflossenen Strom und vermindern Netzrückwirkungen. Der an den Drosselspulen 5 angeschlossene netzseitige Stromrichter 15 richtet die am Ausgang der Drosselspulen 5 anliegende Spannung gleich. Diese Spannung wird vom Spannungszwischen-

kreis 18 geführt und gegebenenfalls weiter geglättet. Der lastseitige Stromrichter 16 wandelt die im Spannungszwischenkreis 18 geführte Spannung in eine Wechselspannung um, um z.B. eine elektrische Maschine 19 optimal zu betreiben.

In der zweiten Betriebsform wird die elektrische Maschine 19 als Generator betrieben. Die an der elektrischen Maschine 19 anliegende Spannung wird vom lastseitigen Stromrichter 16 gleichgerichtet und vom Spannungszwischenkreis 18 geführt und gegebenenfalls geglättet und gepuffert. Die vom Spannungszwi ^¬ schenkreis geführte Spannung wird dann vom netzseitigen Stromrichter 15 in eine Wechselspannung wechselgerichtet. Die dabei durch die Pulsfrequenz des Wechselrichters verursachten Oberschwingungen und Spannungsspitzen im in die Spannungs- quelle 1 fließenden Strom werden dabei von den Drosselspulen 5 vermindert und der Strom wird geglättet.