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In den heutigen Anwendungen der Leistungselektronik sind dreiphasige Drosselspulen nicht mehr wegzudenken. Sei es als Netzdrossel am Eingang eines
Frequenzumformers, im Ausgangskreis vor der Leitung zum Antrieb, als Symmetrierdrossel oder als Teil von komplexen Filtersystemen zusammen mit Kondensatoren. Gegenüber den einphasigen Drosseln
bringen sie eine bedeutende Platz-, Gewicht- und Preisersparnis.
Ein Nachteil verbleibt jedoch: Die magnetische Kopplung der drei Phasen. Die Einsparung bei der Dreiphasendrossel basiert darauf, dass sich die magnetischen
Rückflüsse in den nebenliegenden Schenkeln der anderen Phasen mit den eigenen Flüssen decken können, wodurch keine Restdurchflutung entsteht. In symmetrischen Kreisen mit harmonischen Oberwellen,
beispielsweise bei der Netzdrossel, ist das kein Problem. Sind hingegen die Ströme unsymmetrisch, wirken die Induktivitäten der Dreiphasendrosseln nicht gleich wie die Einphasigen. Fliessen alle
Ströme der drei Phasen gleichzeitig in die gleiche Richtung (Common-Mode), wirkt die Dreiphasendrossel nicht.
Es gibt Anwendungen, bei denen drei einphasige Drosseln deutliche Vorteile bringen. Die Induktivität wirkt, egal über welche Kreise die Ströme fliessen. Als
Beispiel kann ein Wechselrichter für die Netzeinspeisung angeführt werden, der keinen Transformator mit Sternpunktanbindung aufweist. Ohne Massnahmen ist dabei der Sternpunkt nicht eindeutig
festgelegt, was zu Problemen führt. Oft versucht man über Kondensatoren Sternpunkte zu bilden und zurück auf den Zwischenkreis zu führen. Genau dabei entstehen phasengleiche Ströme, was zu den
erwähnten Nachteilen bei Dreiphasendrosseln führt.
Als sinnvolle Zwischenlösung kann hierfür ein Fünfschenkelkern herangezogen werden. Die Restdurchflutungen können über die Seitenschenkel abfliessen, die Common –
Mode Induktivität lässt sich bis zu einem bestimmten Mass separat einstellen.
Weitere Herausforderungen stellen sich bei der Optimierung der Drossel, was gerade bei Solarwechselrichtern ein grosses Thema ist – die Optimierung auf Verluste.
Je nach Phasenlage und Frequenz ergeben die Ströme magnetische Flüsse durch die Haupt- oder Nebenschenkel der Drossel. Analytisch ist das genaue Verhalten sehr schwer ermittelbar, sehr kleine
Ursachen in den verzweigten Stromkreisen führen oft zu grossen Auswirkungen. Deshalb ist es fast unumgänglich, die Lösung zusammen mit dem Wechselrichter zu entwickeln.
Eine solche Entwicklung wird bei Wagner + Grimm AG momentan mit einem Kunden durchgeführt. Die Resultate sind beachtlich, man arbeitet bei Wirkungsgraden um die
98% der gesamten Anlage! Dabei führt auch kein Weg an verschiedenen Kernmaterialien vorbei. Neben handelsüblichen Kernblechen werden Versuche mit hochgezüchteten Spezialkernen ausprobiert. Der
Preisfokus darf dabei allerdings nicht verloren gehen.
In solchen Projekten gesammelte Erfahrungen bringen sowohl die Kunden als auch die Wagner + Grimm AG weiter. Die Erkenntnisse stehen für die nächsten Projekte zur
Verfügung, und der Puls der aktuellen Entwicklungen ist spürbar