Saugkreis

Serienschwingkreis

Ein Saugkreis ist ein elektrischer Schwingkreis, eine Reihenschaltung aus einem Kondensator, einer Induktivität (Drossel bzw. Spule) und einem ohmschen Widerstand, die im Bereich der Resonanzfrequenz besonders geringen Gesamtwiderstand hat. In der Beispieldarstellung fehlt der ohmsche Widerstand, da es sich um einen idealen Saugkreis handelt. Bei realen Kreisen ohne separaten ohmschen Widerstand verbirgt sich der Widerstand im Draht der Induktivität und in den Zuleitungen zum Kondensator. Der Saugkreis wirkt als schmalbandiges Filter, das Signale in einem schmalen Frequenzbereich fast kurzschließt. Meist ist er parallel zu einem nachgelagerten Verbraucher geschaltet (Energietechnik, Sender).

Ziel ist es, einen bestimmten schmalbandigen Frequenzanteil des Stroms oder eines magnetischen Feldes im Saugkreis möglichst vollständig zu absorbieren und – im Falle eines Einsatzes als Filter – den Wechselspannungsanteil bei dieser Frequenz über den Saugkreis abzuleiten und im Idealfall gegen Null zu bringen.

Saugkreise werden in der Elektrotechnik, Elektronik, Funktechnik als Filter bzw. Sperrkreis, sowie zur drahtlosen Übertragung kleiner elektrischer Leistungen über kurze Entfernungen eingesetzt.

Energietechnik

Filterung

Eine Anwendung ist im Zwischenkreis von Traktionsstromrichtern. Bei einphasigen Bahnstromnetzen ist der Zwischenkreis nicht nur mit einer Zwischenkreiskondensatorbatterie, sondern auch noch mit einem Saugkreis bestückt. Hier ist die Resonanzfrequenz auf die doppelte Netzfrequenz abgestimmt (z. B. 33,33 Hz für 16,67-Hz-Netze, 100 Hz für 50-Hz-Netze). Dadurch wird eine Optimierung der Baugröße und der Kosten des gesamten Zwischenkreises erreicht. Allerdings müssen Bauvolumen, Kosten und Platz für die Saugkreisdrossel eingeplant werden. Die Filterung der Netzfrequenzanteile geschieht optimal, da der doppelte Netzfrequenzanteil in der Zwischenkreiswelligkeit fast vollständig eliminiert wird. Die hochfrequenten und breitbandigen Schaltfrequenzanteile werden über die Zwischenkreiskondensatoren gefiltert. Bei konventionellen Industrieumrichtern am Drehstromnetz ist so ein Saugkreis in der Regel nicht erforderlich, da hier der entscheidende Frequenzanteil bereits das 6-fache der Netzfrequenz ist und die Filterung somit hinreichend gut über die Zwischenkreiskondensatoren erfolgt. Die Abstimmung der Resonanzfrequenz des Saugkreises erfolgt in der Regel über mehrere parallelschaltbare Kondensatoren, die zu- oder weggeschaltet werden.

In der Energietechnik werden Saugkreise direkt am Netz betrieben. Ziel ist es, einzelne niederfrequente Oberschwingungen aus dem 50-Hz-Netz zu filtern. Das kann zum Beispiel erforderlich sein, falls Umrichter (z.B. Thyristorsteller) hohe Netzrückwirkungen verursachen (siehe auch Blindleistung, Verzerrungsblindleistung, Blindleistungskompensation). Aufgrund der hohen Kosten der passiven Komponenten geht man aber hier immer mehr dazu über, die Filterung mit aktiven leistungselektronischen Einrichtungen (Umrichter) zu realisieren (Aktive Blindleistungskompensation).

Drahtlose Energieübertragung

Die induktive Kopplung eines Saugkreises (in diesem Fall ein Parallelschwingkreis) gestattet die selektive Energieübertragung auf ihn aus einem magnetischen Wechselfeld einer Frequenz, die seiner Eigenfrequenz gleicht. Dieses Prinzip, zu dem bereits Nikola Tesla Versuche durchführte, ist durch amerikanische Forscher jüngst wieder ins Gespräch gebracht worden^[1], es gestattet die Stromversorgung kleiner Verbraucher im Milliwatt- bis Watt-Bereich über Entfernungen von wenigen Metern. Das speisende Magnetfeld wird mit einer möglichst großen Luftspule erzeugt. Das Prinzip ähnelt älteren Anlagen zur Audio-Signalübertragung zu Kopfhörern mit einer Magnetschleife im Raum, nutzt jedoch den Resonanzfall zur zusätzlichen Selektion.

Funk- und Messtechnik

Saugfilter für 50 Hz, um störende Anteile der Netzfrequenz zu unterdrücken

In der Funktechnik werden Saugfilter bzw. Kerbfilter (englisch: notch filter) zum Unterdrücken unerwünschter Signale entweder an Empfängereingängen oder Senderausgängen eingesetzt. Auch hier handelt es sich um einen resonanten Schwingkreis mit Reihenschaltung eines Kondensators und einer Induktivität (Spule) oder einen induktiv gekoppelten Parallelschwingkreis. Je nach Wahl des C/L-Verhältnisses und der Güte der Spule kann die Bandbreite des Saugfilters beeinflusst werden.

In modernen Messgeräten mit digitaler Signalverarbeitung setzt man keine Schwingkreise ein, sondern unterdrückt unerwünschte Frequenzen durch Kammfilter.

Siehe auch

• Bandsperre

Quellen

1. ↑ Sendung „Forschung aktuell“ im Deutschlandfunk am 8. Juni 2007