www.mikrocontroller.net

Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Filter für wechselrichter ich bin am verzweifeln !


Autor: Sebastian N. (exl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo erst mal.

Zu meinem Problem:
Ich habe mit zusammen mit meinem Vater einen Sinus-Wechselrichter 
gebaut.
- mit IGBT´s die einen Nennstrom von 100A habe
- für 230V AC Sinus am Ausgang
- für variable lasten von 10W-20000W

Wir haben schon ein perfektes 20kHz PWM Signal am Ausgang,
jetzt brauchen wir noch einen Filter, der nur noch die 50Hz durch lässt.

Wir haben schon alles versucht.
Bandsperre haben wir ausgeschlossen, da so genau nicht realisierbar.
Saugkreis in reihe zum Verbraucher haben wir auch ausgeschlossen...
RC Glieder, oder irgendwas mit R ist zu uneffektiv.

Wir sind jetzt bei einem LC Glied stehen geblieben.
Berechnet auf eine Resonanzfrequenz von 10kHz (genau zwischen unseren 
Signalen, das keine Schwingungen ermöglicht werden)
=> Wieder Rechtecksignal, da der C alles wegbügelt.

Dann alle möglichen werde die so da waren ausprobiert.
C von 0 - 30µF
L von 0 - 50mH
=> zu großes C gibt wieder Rechteck
=> zu großes L gibt unter last (1 kW Testlast) enormen Spannungseinbruch
=> werte dazwischen ergeben irgendwas total lastabhängiges, teilweise 
welliges, nichts Sinus förmiges.

Um Spulensättigung aus zu schließen haben wir eine 1,2mH Luftspule auch 
schon ausprobiert. =>je nach C: Wellig, Lastabhängig, Rechteckspannung.

Hat jemand eine Ahnung wie ich so einen Filter dimensionieren soll ?
Ist es überhaupt möglich so was zu machen ?

(Laplace,... Rechnungen beherrsche ich)

Hat jemand eine Idee ?
Vielen dank im vorraus

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Schau mal hier:
http://www.microchip.com/offlineups
Die verwenden 2 Spulen auf einem gemeinsamen Kern.
Ich hatte das mal simuliert, das funktioniert erstaunlich gut.
Für deine 20kW musst du die spule allerdings verkleinern und den 
Kondensator vergrößern.

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Sebastian,

>Wir haben schon ein perfektes 20kHz PWM Signal am Ausgang,
>jetzt brauchen wir noch einen Filter, der nur noch die 50Hz durch lässt.
>
>Wir sind jetzt bei einem LC Glied stehen geblieben.
>Berechnet auf eine Resonanzfrequenz von 10kHz (genau zwischen unseren
>Signalen, das keine Schwingungen ermöglicht werden.

Ich bin jetzt kein Starkstromexperte, ehe das andere Ende der Skala. 
Aber ein paar Dinge fallen mir dennoch auf:

1. Wenn du nur noch 50Hz haben willst und dein PWM bei 20kHz liegt, 
darfst du die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters nicht auf 10kHz legen. 
Dann ist doch klar, daß ihr da ungenügend Dämpfung bei 10kHz erhaltet. 
Bei fg=10kHz erhaltet ihr bei 20kHz schätzungsweise vielleicht 
10...12dB.

Die Grenzfrequenz müßt ihr viel tiefer legen! Damit ihr bei 20kHz 
genügend Dämpfung erhaltet.


2. Ein LC-Filter ist ziemlich ungeeignet. Was ihr wahrscheinlich braucht 
ist ein LRC-Filter, also ein Filter, das genügend R hat um die Resonanz 
zu dämpfen.

Es gibt da eine Faustformel, die besagt, daß

R >= SQRT(2L/C)

sein muß, um eine Resonanz zu verhindern. Bei 1,2mH und 220nF für eine 
Resonanzfrequenz von rund 10kHz ergäbe das ein R von rund 100R, was 
natürlich völlig unsinnig ist, bei den zu erwartenden Strömen.

Grundsätzlich siehst du aber, daß ein Vergrößern von C dir gewaltig 
helfen kann, die Resonanz in den Griff zu bekommen. Ein Grund mehr also, 
die Grenzfrequenz des LRC-Filters tiefer zu legen.

Ich hoffe, ich habe nicht zu sehr Murks erzählt?


Kai Klaas

Autor: Sebastian N. (exl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ja, ok, wir hatten mal 50mH und 30µF zusammen verwendet.
die resonanz hiervon lag glaub ich bei ca. 120Hz
Damit waren die 20kHz schwankungen fast weg.
Leider gab es hiermit im unbelasteten zustand Spannungsspitzen, und man 
hat gesehen das die 120Hz irgendwie die 50Hz überlagerten.

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Wie du diesem Link

http://www.schiele-vollmar.de/cms/files/outputfilt...

auf Seite 13 entnehmen kannst, wird für 100A eine Induktivität von 0,7mH 
und eine Kapazität von 5µF verwendet. Das ergibt eine Resonanzfrequenz 
von rund 2,7kHz. Zur teilweisen Dämpfung der Resonanz dienen 
wahrscheinlich die Kernverluste der Induktivität, die beim 
Ummagnetisieren entstehen.

Interessant ist noch dieser Link

http://www.ismet-ag.com/download/Katalogtechnik_7.pdf

der zeigt, wie man die Resonanz zusätzlich bedämpfen kann.


Kai Klaas

Autor: Sebastian N. (exl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ok, danke, wenn ich mir diese seite so anschaue fällt mir auf,
das je größer die last ist (bzw der strom) die Spule immer kleiner wird, 
und der Kondensator immer größer...

Klingt logisch, da je größer die Impedanz der Spule, je Größer ist der 
Spannungsabfall an ihr bei so großen lasten.
=> ich wähle mal eine Spule mit maximal 2mH, da sonst der abfall an ihr 
zu groß wird.
Aus der Tabelle würde dann wohl ein 2µF Kondensator dazu Passen...
so viel ich weis hatten wir bei dieser Kombination wieder eher 
Rechteckspannung.

Mir fällt gerade ein, das je Größer der Kondensator ist, je mehr steigt 
ja der Blindstrom um ihn zu laden, und je größer ist der abfall an der 
spule ?
Mal die 2mH mit allen Kondensatoren die wir da haben ausprobieren ?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Sebastian N. schrieb:

> Klingt logisch, da je größer die Impedanz der Spule, je Größer ist der
> Spannungsabfall an ihr bei so großen lasten.
> => ich wähle mal eine Spule mit maximal 2mH, da sonst der abfall an ihr
> zu groß wird.
> Aus der Tabelle würde dann wohl ein 2µF Kondensator dazu Passen...

Die Spule kommt mir immer noch deutlich zu groß und der Kondensator zu 
klein vor.
In dem Design von Microchip wurden 2x 250µH  + 4,7µF verwendet, 
allerdings auch 50kHz PWM Frequenz. In einer USV mit 3kVA habe ich 2x 
700µH + 20µF gesehen.

Ich würde daher bei deinen Leistungswerten auch in Richtung <1mH, also 
z.B. 2x 500µH (auf gemeinsamem Kern) + 20µF gehen.

> so viel ich weis hatten wir bei dieser Kombination wieder eher
> Rechteckspannung.

Das kann eigentlich nicht sein, außer die Spule kommt in die Sättigung 
oder ähnliches.

> Mir fällt gerade ein, das je Größer der Kondensator ist, je mehr steigt
> ja der Blindstrom um ihn zu laden, und je größer ist der abfall an der
> spule ?

Der Blindstrom bei 20µF, 230V und 50Hz beträgt rund 1A. Im Vergleich zu 
den 20kW die du anstrebst ist das vernachlässigbar.

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Benedikt
>Die Spule kommt mir immer noch deutlich zu groß und der Kondensator zu
>klein vor.

Sehe ich genau so.

>Das kann eigentlich nicht sein, außer die Spule kommt in die Sättigung
>oder ähnliches.

Sebastian unterschätzt wohl die Ströme und die Erfordernisse an die 
Sättigungseigenschaften der Induktivität. Der 110A Sinusfilter aus dem 
Link, den ich oben gegeben habe, ist 35cm x 30cm x 24cm groß und wiegt 
58kg! Gut, der ist für Drehstrom, aber das sollte einem ein Gefühl für 
die erforderlichen Dimensionen geben.

Kai Klaas

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Kai

Die Filter in deinem Link haben alle einen Eisenkern. Die Filter in dem 
Microchip Design und in meiner USV haben beide hochwertige Ferritkerne.
Bei 20kHz würde ich vom Gefühl her keinen Eisenkern verwenden, aber 
anscheinend ist das bei Filtern für Frequenzumrichter weit verbreitet. 
Kannst du da zufällig etwas zu dem Thema sagen? Es würde mich einfach 
mal interessieren.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Benedikt K. schrieb:

> Bei 20kHz würde ich vom Gefühl her keinen Eisenkern verwenden, aber
> anscheinend ist das bei Filtern für Frequenzumrichter weit verbreitet.

Du willst doch die 20 kHz sowieso dämpfen, ist doch egal, ob das nun
durch Kernverluste oder durch den regulären LC-Effekt passiert.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Naja, bei Kernverlusten ist das Wirkleistung, beim LC Filter 
Blindleistung...

Autor: Kai Klaas (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Benedikt
>Kannst du da zufällig etwas zu dem Thema sagen? Es würde mich einfach
>mal interessieren.

Nur was ich schon schrieb. Die Nachteile mit den Eisenkernen sind die 
erheblichen Verluste, die bei der Ummagnetisierung entstehen. Auch die 
Wirbelstromverluste in den Blechen dürften eine erhebliche Rolle 
spielen. Damit erscheint eine Spule mit Eisenkern gegenüber einer mit 
Ferritkern erheblich verlusbehaftet, was aber eventuell hier erwünscht 
ist, da es die Resonanz erheblich dämpfen kann. Das Teil aus meinem Link 
verbrät ja 400W als Verlustleistung!

Als maximale Schaltfrequenz wird im Link übrigens 16kHz angegeben. 
Darüber werden die Verluste wohl zu hoch und das Teil erwärmt sich zu 
stark.

Kai Klaas

Autor: Sebastian N. (exl)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
ok...
haben jetzt mal ausprobiert 2mH Spule, und ca. 60µF Kondensator...
jetzt sind die ansteueric´s für die igbts durchgeschossen, (obs die 
igbt´s überlebt haben wird sich zeigen...)

hmm, woran das wohl lag...

Autor: Galenus ein Reisender (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Sebastian,
mach mal ein Photo von der Konstruktion und ein Blatt Papier mit einer 
kleinen Schaltplanskizze, vielleicht mal ein Bild von den Störungen.

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.