Anwendung aktiver Gleichtakt-Filterung zur effizienten Reduzierung von Ableitströmen in der Leistungselektronik als Ergänzung zu passiven EMV-Filtern

Abstract

In [1] wurden Ableitstrom-Messverfahren im Hinblick auf ihre Eignung insbesondere bei leistungselektronischen Anwendungen diskutiert. Dabei wurde festgestellt, dass höherfrequente Ableitstromanteile bedingt durch leistungselektronische Schaltfrequenzen nicht durch die Wahl kleiner EMV-Filterkapazitäten gegen Erde beschränkt werden können, sondern im Rahmen passiver Filtermaßnahmen große Induktivitätswerte erfordern. Insbesondere bei kleinen Schaltfrequenzen und großen Leistungen ist dies besonders aufwendig, und diese beiden Randbedingungen treffen bei vielen Frequenzumrichteranwendungen gleichzeitig zu. Während große Kapazitäten gegen Erde die Ableitstromanteile, die durch die Versorgungsspannung getrieben werden vergrößern (Netzfrequenz und Harmonische), tragen sie dazu bei, die Ableitstromanteile höherer Frequenzen, die aus der Anwendung heraus getrieben werden, im System zu halten, so dass sie nicht über die Netzleitung fließen. Bild 1 veranschaulicht die Situation, wobei die Darstellung auf die asymmetrischen Strompfade (Gleichtakt) beschränkt wurde. Will man nun das EMV-Filter sowohl im Hinblick auf die über den Netzanschluss fließenden Ableitstromanteile der Versorgungsspannung als auch die der Schaltfrequenz optimieren, so gerät man bei der Auslegung eines passiven Filters in einen Zielkonflikt. Der Kondensatorwert ist letztlich durch die Versorgungsspannung sowie die Netzunsymmetrien begrenzt. Sind dann die Schaltfrequenz-Anteile des Ableitstroms noch zu hoch, so ist deren Reduzierung nur noch über eine Erhöhung der Induktivität möglich (Bild 2). Dies führt zu Volumen, Gewicht, Kosten und ist zumindest bei großen Leistungen völlig unwirtschaftlich.