Vergleich ohm.Last Vollwellen <=> PWM Leistungsregelung

[js1 (Gast)]

Hallo an alle !

Ich habe vor mir einen "elektrischen Durchlauferhitzer" zu bauen und
will dazu 12 kW Drehstrom dimmen/schalten.
Regelt man die Leistung per Vollwellensteuerung (es werde nur ganze
Perioden vom Sinus ausgeblendet) ist das dann "besser" als wenn ich
die Dinger beinhart per PWM mit z.B. 500 Hz "dimme" ?

Wenn ich bei der Vollwellensteuerung immer im U & I Nullpunkt schalte
und das bei nur 50 Hz wird dies vermutlich bezüglich Verlustleistung
und EMV besser sein als z.B. bei PWM irgendwo im Maximum zu schalten.
Zum Einsatz kommen sollen IGBTs oder Mosfets.

Im Endeffekt geht´s mit darum ob ich mir die Optokoppler zur
Nullpunkterkennung sparen kann oder nicht.

Der Heizwiderstand kann in mehr als guter Näherung als ohmsche Last
gesehen werden, aber wenn ich zig Ampere (-di/dt) bei z.B. 500 Hz
schalte, krieg ich doch sicher auch irgendwann peaks durch die
Anschlusskabeln die auch eine kleine Spule darstellen - oder ist das
belanglos ?

[Unbekannter (Gast)]

Naja, wenn Du eine Sinus-Wechselspannung mit per PWM (Rechteck) dimmst,
fängst Du Dir wirklich ordentlichst Störungen und Oberwellen ein, und
bei diesen Leistungen richtig viel...

Der Grund ist ganz einfach: Oberwellen und Mischprodukte. Hier mal ein
Beispiel bei 50% Tastverhältnis.

Du hast ungerade Oberwellen von Deiner PWM-Frequenz. Also:

      Grundton:  500 Hz
  1. Oberwelle: 1500 Hz
  2. Oberwelle: 2500 Hz
  3. Oberwelle: 3500 Hz
       ....

So, und nun wird es noch eine Nummer fieser: Dadurch dass Du die eine
Frequenz mit der andern aus- und einschaltest, mischt Du die beiden
Frequenzen effektiv, bekommst also jeweils zwei Spiegelfrequenzen. Das
sieht dann so aus:

      Grundton, untere Spiegelfrequenz:  450 Hz
      Grundton, obere Spegielfrequenz:   550 Hz

  1. Oberwelle, untere Spiegelfrequenz: 1450 Hz
  1. Oberwelle, obere Spiegelfrequenz:  1450 Hz

  2. Oberwelle, untere Spiegelfrequenz: 2450 Hz
  2. Oberwelle, obere Spiegelfrequenz:  2550 Hz

  3. Oberwelle, untere Spiegelfrequenz: 3450 Hz
  3. Oberwelle, obere Spiegelfrequenz:  3550 Hz

      ....

D.h. das ergibt jede Menge Störungen. Bei 50% Tastverhältnis nehmen die
Amplituden der Störungen in den höheren Frequenzen schnell ab, sind also
nicht so stark. Wenn Du jedoch andere Tastverhältnisse hast ergeben sich
andere Oberwellen und mit teilweise deutlich höheren Amplituden in den
höheren Freqeunzen.

Kurzum: Ein Sinussignal per PWM zu "dimmen" ergibt jede Menge
Störungen, und zwar teilweise richtig heftige.

Es hat schon einen Grund, warum praktisch Jeder solche Sachen nicht per
PWM macht, sondern mit Phasenabschnitt oder Phasenanschnitt. Die
Oberwellen werden dadurch in einen möglicht niedrigen Freqeunzbereich
gelegt.

Allerdings könntest Du mit der Heizung noch extremer werden. Und zwar
keine Phasenabschnitt oder -anschnitt-Steuerung bauen, sondern die
Heizung z.B. mit 10 Hz oder 5 Hz PWM betreiben. Dadurch wären die
Störungen nochmals um den Faktor 5 bis 10 bei niedrigeren Frequenzen.
Die Heizung selbst dürfte Träge genug sein.

Das könntest Du in dem Extremfall bis zur Zweipunktregelung treiben die
nur im Nullpunkt ein- oder ausgeschaltet wird.

[js1 (Gast)]

vielen Dank für die ausführliche Antwort !

Werde dann ganz einfach die Vollwellenpaketsteuerung wählen,
An-/Abschnitt macht für mich keinen Sinn da es mir eigentlich nur darum
ging die Optokoppler fürn Nulldurchgang zu sparen und die
"Regel-Frequenz" kein Thema ist.