Hallo Forum,
ich wollte mich jetzt mal einem Thema widmen, was ich schon länger mal
angehen wollte um auch hier mal Erfahrungen zu sammeln.
Ich habe die Beispielschaltung eines Wechselrichters mit Trafo
nachgebaut. Ein µC erzeugt die Gatespannung für die beiden
Leistungstransistoren.
Jetzt frage ich mich wie die Signalform aussehen sollte.
Ich habe gelesen, dass man den Sinus per PWM erzeugen sollte. Das habe
ich dann versucht, mit dem Ergebnis, dass dieses Signal auch an der
Sekundärseite des Trafos anliegt.
Wie sollte das Ansteuersignal hier aussehen?
Ben schrieb:> Wie sollte das Ansteuersignal hier aussehen?
Im Prinzip so.
Der analoge Spannungsverlauf des Sinus wird als Puls / Pause Verhältniss
nachgebildet.
Die Glättung zu einem akzeptabel verrippelten Sinus finden in einer
späteren LC Befilterung statt.
Das Ansteuersignal sieht schon im Prinzip richtig aus, aber natürlich
ist die PWM Frequenz viel zu niedrig. PWM muss immer hoch sein im
Vergleich zur gewünschten Sinusfrequenz. Irgendwann siebt der Trafo die
PWM Frequenz besser weg, so daß der Ausgang sich dem Sinus annähert.
1. Mach die 1k an den MosFets deutlich kleiner, damit du sie zügig
durchsteuern kannst.
2. Was macht denn die lustige Schaltung zwischen den Drains?
Matthias S. schrieb:> 2. Was macht denn die lustige Schaltung zwischen den Drains?
Da musste ich auch erst grübeln.
Der induktive Abschaltpeak der Trafo Induktivität erst in den 1µF
geladen. Erst wenn beide Fets gesperrt sind wird der langsam in den
EIngangskreis umgeladen.
Ich vermute das soll so eine Art lossless snubber sein und
Störspannungen in die PV blocken.
Was sollte ich hier für Frequenz annehmen?
Kommt der BC325 dann noch mit?
Matthias S. schrieb:> 2. Was macht denn die lustige Schaltung zwischen den Drains?
Ja ich musste auch erstmal nachmessen, aber das geht. Der Abschaltstrom
lädt die Kondensatoren (bzw den Akku). Die Z-Dioden sind nur Sicherheit,
wenn die Spannung über die Sperrspannung des Transistor ansteigen
sollte.
Der 220n transferiert das Summensignal nach oben, über die +15V
Ben schrieb:> Kommt der BC325 dann noch mit?
Sicher. Es handelt sich ja nur um ein paar kHz mehr. Ich würde es mal
mit 4, dann 8 und schliesslich 16kHz probieren. Je niedriger die PWM,
desto geringer die Verluste in den Endstufen auf Kosten der Wellenform.
Deine Diodenschaltung muss da aber mitkommen, sprich, schnelle Dioden.
Und den Hochpass nach dem BC325 musste anpassen.
Matthias S. schrieb:> Deine Diodenschaltung muss da aber mitkommen, sprich, schnelle Dioden.
Ich stelle gerade fest, das ich das Bauteil in der Schaltung nicht
richtig benannt habe. Es sind MBR1645.
Ich werde es mal ausprobieren die Frequenz hochzudrehen.
Ben schrieb:> Ich werde es mal ausprobieren die Frequenz hochzudrehen.
Mach die Fet Ansteuerung aber auch schneller, sonst ist die
Verlustleistung sehr hoch.
Am besten vernünftige Gate Treiber mit eher 10-33R Gate Vorwiderstand.
Den BC325 für den lossles snubber an der Sättigung hindern.
Die macht den langsam.
Z.B. eine BAT43 zwischen Basis und Collektor, Anode an Basis.
Helge schrieb:> Ich halte es für eine gute Idee, die PWM-Frequenz aus dem Trafo> rauszuhalten. Der Kern wird nur heiß von den Verlusten.
Ich gehe mal stark davon aus das wir hier über einen Übertrager mit
Ferritkern reden und nicht von einem Blechpaket Trafo für Netzfrequenz.
Frage an den TO: Was ist das für ein Trafo?
Ben schrieb:> Ringkerntrafo, für Netzfrequenz
Ups, dann hat Helge völlig recht.
Die Netztrafos machen ein paar hundert Hertz noch mit, mit steigenden
Verlusten, aber bei mehreren kHz nehmen die Wirbelströme
(=Wärmeentwicklung) im Blechpaket stark zu
Vor dem Trafo die PWM zu Sinus filter = großer Trafo, weil mit der
Frequenz die übertragbare Leistung steigt.
Oder einen Trafo mit Ferritkern, der für die Frequenzen gebaut ist und
auf der Sekundärseite filtern bevor es ins Netz geht.
Niedrige PWM Frequenz = riesige Induktivitäten für die Befilterung + ein
ordentlich fetter Folienkondensator bzw. viele davon.
Viel Induktivität = viel Kupferwicklung = viel Widerstand = hoher
Verlust.
Und natürlich der monströse Kern der die Wicklung aufnehmen kann und das
Speichervermögen hat.
Oder die Frequenz kräftig rauf und da ist dein µC ganz schnell am Ende.
Wenn Dir Effizienz = Abwärme egal ist, dann schau wie weit Du mit dem
Ringkern kommst.
Ich habe jetzt nur den einen Trafo.
Was müsste ich an der Schaltung ändern?
Max M. schrieb:> Oder die Frequenz kräftig rauf
also ich könnte als PWM 12,8 kHz oder noch 25,6 kHz testen
Ben schrieb:> also ich könnte als PWM 12,8 kHz oder noch 25,6 kHz testen
Egal wie Du es drehst und wendest, der Trafo ´mag ja nix was deutlich
über 50Hz hinaus geht.
Da Du beim Trafo bleiben willst, musst Du also vor dem Trafo einen LC
Filter konstruieren, der die PWM zu Sinus macht.
Du brauchst also eine Induktivität die beim Peakstrom noch nicht sättigt
und einen bipolaren Kondensator der den Ripplestrom erträgt. Beides in
einer Größe das der PWM Rippel in einer für den Trafo akzeptablen Höhe
ist.
Ich sag mal substanzlos aus dem Bauch heraus ich lege die Grenzfrequenz
auf 1Khz fest und den Kondensator auf 10µF.
Dann lande ich bei einer Induktivität von 2,5mH.
Spiel mit den Werten, such was aus.
Ist alles ein Kompromiss zwischen Erwärmung im Trafo und Baugröße des
Filters, der ja auch Verluste hat.
Max M. schrieb:> Egal wie Du es drehst und wendest, der Trafo ´mag ja nix was deutlich> über 50Hz hinaus geht.> Da Du beim Trafo bleiben willst, musst Du also vor dem Trafo einen LC> Filter konstruieren, der die PWM zu Sinus macht.
Müssen ist vielleicht übertrieben gesagt, es gibt genug Wechselrichter,
die darauf verzichten.
Was in der Schaltung fehlt, ist ein Kondensator auf der Sekundärseite
(230 V). Dieser bildet zusammen mit der Induktivität des Trafos einen
LC-Tiefpass, der die PWM-Frequenz filtert.
Die Induktivität des Trafos verhindert dabei auch, dass die
hochfrequenten Ströme und damit die Eisenverluste im Trafo zu groß
werden. Man kann die Eisenverluste reduzieren, indem man durch eine
eigenwillige Wicklung des Trafos dessen Induktivität erhöht, oder indem
man primärseitig eine zusätzliche Drossel vorschaltet - für Bastelzwecke
z. B. https://de.aliexpress.com/i/32721289861.html
Einen kompletten LC-Filter primärseitig zu bauen wäre zwar optimal, aber
auch aufwendig und ich habe noch keinen Wechselrichter gesehen, wo das
so realisiert ist.
Thomas B. schrieb:> es gibt genug Wechselrichter,> die darauf verzichten.
Mit 0815 Netztrafo mit Blechpaket?
Thomas B. schrieb:> Einen kompletten LC-Filter primärseitig zu bauen wäre zwar optimal, aber> auch aufwendig und ich habe noch keinen Wechselrichter gesehen, wo das> so realisiert ist.
M.E. ist der Sek auch besser aufgehoben, mit einem Trafo dessen
Kernmaterial und Wicklung besser mit xx Khz PWM zurecht kommt.
Thomas B. schrieb:> Was in der Schaltung fehlt, ist ein Kondensator auf der Sekundärseite> (230 V). Dieser bildet zusammen mit der Induktivität des Trafos einen> LC-Tiefpass, der die PWM-Frequenz filtert.
Einfach parallel zur Spule? Wie groß in etwa?
Thomas B. schrieb:> man primärseitig eine zusätzliche Drossel vorschaltet
Eine Drossel in die Mittelanzapfung oder 2 getrennte in die Leitung zum
Transistor oder eine Kombinierte?
Ben schrieb:> Einfach parallel zur Spule? Wie groß in etwa?
Du solltest aufhören nach fertigen Lösungen zu fragen sondern anfangen
herauszufinden wie und warum man etwas tut.
Denn DU baust gerade einen WR.
Mit der Erzeugung der Sinus PWM hast Du die ersten Schritte ganz
passabel hinbekommen. Jetzt kommt aber die Leistungselektronik und ohne
Wissen und Messgeräte wird das nix.
Was ist überhaupt Dein Ziel bei dem ganzen?
Theoretisch müßten zwei un-sättig-bare Spulen zwischen Transistoren und
Trafo. Weil das aber ziemlich groß und häßlich wird, muß man einen
kompromiß machen.
Ich würde zuerst versuchen, den Trafo über einen Widerstand bzw.
Glühlampe an +12V anzuschließen, dann den Trafo in Resonanz bei 50Hz
bringen. Das geht sowohl auf der 12V-Seite als auch auf der 230V-Seite.
Bei den in anderen Threads hier genannten Trafoinduktivitäten vermutlich
mit 120-180nF auf 230V, oder mit 40-60uF auf der 12V-Seite. Das wird
wahrscheinlich bissel tricky, weil der Trafo in Sättigung kommt. Außer
dir reichen 220V Ausgangsspannung.
Max M. schrieb:> Denn DU baust gerade einen WR.
M.M.n. ist das auch ein Holzweg. Man kann zwar so evtl. noch Mod. Sinus
erzeugen (ich habe hier einen alten WR von Trace Engi., der das genauso
macht) aber es hat schon einen Grund, warum heutzutage erstmal eine
passende Zwischenkreisspannung erezugt wird mit einfachem (TL494)
Wandler und daraus mit HV MOSFet Brücken dann der Ausgang. Der Aufwand
ist, über alles betrachtet, geringer, als so einen Netztrafo auf
Sinusübertragung zu zwingen.
Helge schrieb:> mit 40-60uF auf der 12V-Seite
Die dann hart mit xx kHz PWM beaufschlagt werden? 😲🔥🚒
Oder bleiben Glühlampe bzw. Widerstand da dauerhaft drin damit es nicht
zu effizient wird?
Hast Du Erfahrungswerte was so ein 0815 Blechpaketringkern noch
mitmacht?
Wir haben normale Trafos teilweise in Avionik Testständen verbaut.
400Hz Sinus haben die mitgemacht bei reduzierter Leistung, aber xx kHz
Rechteck bei dem Wicklungskapazitäten und den Blechpaketen halte ich für
nicht machbar.
Max M. schrieb:> 400Hz Sinus haben die mitgemacht bei reduzierter Leistung
Dir haut die Induktivität rein und die Wirbelströme. Normale Blechkerne
sind meist für 50-180Hz geeignet, darüber eher Feinblechkerne. Für die
gleiche Leistung läßt sich ein Trafo für doppelte Frequenz etwa halb so
groß bauen. Vor einiger Zeit hatte ich mit ein Paar Trafos zu tun für
200Hz-Industrienetz, 1kVA war sehr leicht und handlich.
Der tip mit glühlampe war zur ermittlung der Resonanz bei 50Hz. Vor
diesen Kreis muß natürlich eine drossel, wer alles liest sieht auch das.
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