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Forum: Mikrocontroller und Digitale Elektronik Frequenzumrichter


Autor: Arno Nyhm (Gast)
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Hallo,

moderne Frequenzumrichter verfügen ja soweit alle über U/F-Steuerung 
(gemeint sind die nicht-4Q-typen) und können dementsprechende Kennlinien 
für z.B. den Sanftanlauf fahren, alles vollautomatisch - Nun gedenke ich 
mir den Konstruktionsaufwand für einen Umrichter zum Betrieb eines 5kVA 
500Hz-Transformators zu sparen und dafür einen Frequenzumrichter zu 
gebrauchen (oder eben missbrauchen)... Die Ausgangsspannung des 
Transformators soll einstellbar sein, dh. müsste die Eingangsspannung 
dies eben auch sein - hier beginnt der Missbrauch des FUs, ich wöllte 
ihn natürlich mit einer festen Frequenz fahren und eben die Spannung 
stellen - ist das möglich?
Das Konfigurieren der Ausgangsspannung habe ich bisher nur in den 
automatischen Betriebsmodi für Anfahr-/Bremsrampen gesehen, ich wöllte 
den Spannungswert natürlich vorgeben und nicht automatisch vom Umrichter 
einstellen lassen.
Lassen sich die Umrichter auf dieser Ebene ins Handwerk pfuschen, dass 
ich dem Gerät einfach einen Frequenz- und Spannungssollwert mitteile und 
er dies dann ausgibt?

Ich werde, wenn das ganze Volk nun wieder erreichbar ist, mal Kontakt zu 
den einschlägig bekannten Herstellern aufnehmen aber hoffe in der 
Zwischenzeit schonmal auf Eure Erfahrungsberichte!

Grüße
Sascha

Autor: Axel Düsendieb (axel_jeromin) Benutzerseite
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Hallo Sascha,
habe bisher noch keinen FU gesehen, bei welchem man die Ausgangsspannung 
alleine per Sollwert vorgeben kann.

Soll das ein Drehstromtrafo sein?
Wozu wird dieser Trafo gebraucht?
Wird das ein selbstgebauter Trafo?


Axel

Autor: Arno Nyhm (Gast)
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Hallo Axel,

der alte Umrichter des Trafos wurde vom 380V-3Phasen-Netz gespeist, der 
Trafo ist so dimensioniert, dass er bei einem Uss-Wert der 
gleichgerichteten Netzspannung die Nennausgangsspannung liefert, 225kV, 
er besitzt allerdings nur eine Primärwicklung - daher müsste ich noch 
eine Scottschaltung dem Wechselrichter Nachschalten, so ich denn einen 
solchen benutzen kann. Aber dank der höheren Frequenz sind auch die 
dafür benötigten Transformatoren noch recht handlich.
Der Hochspannungstrafo selbst ist genauer eigentlich ein Trafo mit 
nachgeschaltetem Verdoppler, war Teil einer industriellen Röntgenanlagen 
und soll nun für ein Forschungsprojekt reaktiviert werden, der 
Thyristorsteller, welcher ursprünglich die 500Hz-Wechselspannung für den 
Trafo generierte, existiert allerdings nicht mehr, deshalb muss sich nun 
etwas neues finden.
Trafo und Villard-Verdoppler befinden sich in einem Tank unter Öl, alle 
wichtigen Anschlüsse sind nach draußen geführt.

Grüße
Sascha

Autor: Patrick Weinberger (seennoob)
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Ein Frequenzumrichter is meiner Meinung eher ungeeignet für dein 
Vorhaben. Weil die mir bekannten arbeiten mit der Raumzeigermodulation, 
daher wirst nie einen Sinus an den Ausgängen des Umrichters bekommen. 
Eine Frequenz von 500Hz hab noch nie bei einem Umrichter gesehen .

MFG Patrick

Autor: Arno Nyhm (Gast)
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Hallo Patrick,

die 500Hz sind wirklich die absolute Obergrenze dessen, was ich auf dem 
Markt gefunden habe. ABB, Moeller und Danfoss haben solche Modelle - das 
mit der Raumzeigermodulation wäre in der Tat sehr unpraktisch, aber von 
besagten Herstellern gibt es auch Modelle welche 'nur' die Frequenz 
stellen und ggf. noch die Ausgangsspannung und Frequenz verknüpfen - das 
Ganze wird dann eben über ein über die Periodendauer moduliertes 
Tastverhältnis eines PWM-Signals realisiert, um einen sinusförmigen 
Spannungs-/Stromverlauf zu erzeugen.
...finde ich keinen Frequenzumrichter den ich dazu bringen kann diese 
Aufgabe zu übernehmen, werde ich das in gleicher Form, von den IGBTs an, 
selbst aufbauen müssen...
Das ist natürlich nicht trivial und angesichts der Preise der ~11kW 
FU-Klasse, wäre ein fertiger FU eine mir gefälligere Lösung - aber man 
kann natürlich nichts herzaubern - Das Problem der verfügbaren Geräte 
ist, dass sich Spannung und Frequenz nicht einfach einstellen lassen, 
obwohl es technisch kein Problem wäre.
Ich hoffe ja noch auf undokumentierte Betriebsmodi oder ähnlich böse 
Lösungen...

Grüße
Sascha

Autor: Patrick Weinberger (seennoob)
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Sascha

Das Problem eines FUs liegt nicht in der Technik, denn einen einfachen 
Sinus aufzumodulieren ist nicht so schwer. Aber das Problem liegt das 
man für einen 500Hz Sinus ein Modulationssignal von 5kHz aufwärts 
braucht. Da bekommt bei so hohen Strömen enorme Probleme mit den EMV 
Grenzwerten. Als SMD ist daher Pflicht. Multilayer Platinen wohl auch.

MFG Patrick

Autor: Arno Nyhm (Gast)
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Hallo Patrick,

das liegt wohl in der Natur der Sache - allerdings kann ich die 
Abstrahlung gut minimieren, da sich alle Baugruppen selbst in 
geschlossenen Metallbehältern befinden, dh. wird man der EMV schon Herr 
werden.
Ich werde das Ganze auch nicht Platinenbasierend aufbauen sondern auf 
IGBT-Bricks zurückgreifen, zwar überdimensioniert - aber bereits 
vorhanden.
Für Gatetreiber und Controller ist dann eine doppelseitige Platine 
völlig ausreichend, Puffer- und Snubberkondensatoren sitzen direkt an 
den auf einem Kühltunnel montierten zwei IGBT-Halbbrücken, per 
Kupferbleche verbunden und mit einem LEM-Stromwandler, im Zwischenkreis 
als auch im Lastkreis, zur Überwachung.
...den Leistungsteil habe ich bereits aufgebaut, doch wollte ich 
zumindest den Ansatz, einen fertigen Frequenzumrichter zu verwenden, 
einmal weiterverfolgen - der Aufwand ist allerdings auch recht hoch, da 
eben noch eine Scottschaltung hinzukommt - der Umrichter wahrscheinlich 
keine (extrem) unsymetrische Belastung seines Ausgangs leiden kann (von 
der Software her, technsich ist die ja auch kein Problem) und die 
Steuerung/Regelung dennoch aussteht.

Ich habe noch ein paar Datenblätter gewälzt und bin immer noch nicht 
fündig geworden - nach dem durchrechnen der Parameter der Scottschaltung 
und noch einem tiefen Inmichgehen werde ich nun wohl doch den Umrichter 
selbst aufbauen... Es hat eh schon zu lang' nicht mehr nach verbrannten 
Halbleitern im Labor gestunken :-)

Grüße
Sascha

Autor: eProfi (Gast)
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Wenn Selbstbau, dann würde ich halb-halb vorschlagen:
Die Endstufe eines vorhandenen FU nutzen, die Ansteuerung selbst machen.

Damit sparst Du Dir die ganze Optimierung (Layout...) der 
Leistungsseite.

Evtl. kannst Du Dir damit auch den Zwischentrafo sparen.

Dreiphasig --> Einphasig:
Beitrag "Re: 2,3KV auf 5 bis 10KV transformieren + Tesla"

Autor: Peter Diener (Gast)
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Hallo,

das Problem bei der Verwendung von einem FU als Spannungsquelle für 
Transformatoren ist die hohe PWM-Frequenz, die den Trafo unzulässig 
erhitzt und außerdem auch sekundär noch vorhanden ist, was deine 
Hochspannungsdioden zerstört. Du benötigst daher primärseitig zwischen 
FU und Trafo eine große Entkoppelinduktivität, die den Strom glättet und 
dafür sorgt, dass die Spannungspulse nicht am Trafo anliegen.

Ob der Umrichter eine Raumzeigermodulation verwendet, oder 
konventionelle PWM ist für deine Anwendung egal, wichtig ist nur, dass 
Sinuskommutierung anstatt der in der niedrigen Leistungsklasse üblichen 
Blockkommutierung verwendet wird. Bei den meisten Kompaktumrichtern kann 
man die Frequenz und Spannung getrennt stellen, bzw. eine frei 
definierbare Kennlinie programmieren, die auch eine konstante Frequenz 
über den ganze Spannungsbereich vorgeben kann.

Eher kontraproduktiv ist es, wenn der Umrichter einen integrierten 
Strom- oder Momentenregler hat. Abgesehen davon, macht es bei deiner 
Anwendung nichts, wenn die Frequenz proportional zur Spannung ist, du 
kannst also einfach einen U-F Umrichter verwenden. Wichtig ist dabei 
nur, dass bei Nennspannung auch Nennfrequenz anliegt.

Ich habe so eine Schaltung mal mit einem 2kW Stoeber-Umrichter gebaut, 
das war eine Versorgung für ein Schienensegment eines Transrapidnachbaus 
in Modellgröße. Die Schiene wurde mit 24V gespeist, deswegen war ein 
Trafo zwischen Umrichter und Schiene.

Viele Grüße,

Peter

Autor: Arno Nyhm (Gast)
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Hallo eProfi, hallo Peter!

Ich recycle Teile von etwas, was vorher wohl mal meine USV war - dort 
sind derzeit zwei CM150DY-12H mit allem drumherum verbaut, diese werde 
ich noch gegen 1200V-Typen tauschen müssen und zusätzlich die 
Zwischenkreiskondensatorbank umbauen.
Jedenfalls werde ich den Aufbau des Leistungsteils nicht 
platinenbasierend vornehmen, einzig einige PCBs für die Strommessung und 
mit Snubbern kommen noch an diese Stelle - die IGBT-Ansteuerung als auch 
die Regelung kommen per Euro-Einsteckkarten (in diese Wunderbaren 
Phoenix-Contact Einsteckblöcke für
DIN 41612 Steckverbinder, welche auf Schraubklemmen zur einfachen 
Verdrahtung im Gehäuse/Schaltschrank bestens geeignet sind) in einen 
380x600x350 Rittal-Schaltkasten, wie eben auch der zwangsbelüftete 
Kühltunnel.

Deine Ergebnisse klingen ja interessant, Peter!
Die Umrichter von Stöber bieten tatsächlich die Möglichkeit Frequenz und 
Spannung unabhängig und separat zu stellen, kommen aber nicht auf die 
von mir benötigten 500Hz, bei 400Hz ist dort Schluss (jedenfalls beim 
von den restlichen Daten her in Frage kommenden FDS 5075).
Auch durch den zusätzlichen Aufwand des noch benötigten Phasenwandlers 
bin ich inzwischen von dieser Idee abgekommen, da muss ich doch etwas 
mehr Zeit investieren und eine passende Ansteuerung selbst entwickeln.

Ich habe jetzt nochmal im Dokumentenarchiv gewühlt und die Dokumentation 
des gesamten Systems, inkl. Wechselrichter, gefunden.
Wie schon zu erwarten - da mir ein älterer E-Technik Prof. erzählte, 
dass es sich um eine Thyristorkiste handelte - wurde der Trafo 
ursprünglich mit Rechteckpulsen gefahren, dies zu verbessern ist wohl 
möglich, birgt aber auch eine Menge Ärgerpotential, wie Du schon sagst - 
wenn die schnellen Strompulse wirklich noch durch den Trafo gehen und 
nicht, wie ich allerdings vermute, durch seine eigene Induktivität 
geglättet werden, bekomme ich unschöne Dreckeffekte.
Um eine übermäßige Erwärmung des Kerns muss ich mich auch nicht sorgen, 
der Trafo sitzt in einem großen, ölgefüllten Gehäuse - in welchem noch 
ein wassergespeister Wärmetauscher inkl. Rührer sitzt, die Wärme von den 
auch sehr großen Kernen (insgesamt vier Stk. U-Kerne zu zwei Schenkeln 
geformt)
wird problemlos abzuführen sein, da die Kühlung sehr überdimensioniert 
ist um Hitzenester im Sekundärwicklungspaket zu vermeiden.

/----\/----\
| XXO||OXX |
| XXO||OXX |
\----/\----/
...'X' ist das Sekundärwicklungspaket, '0' die darunterliegende 
Primärwicklung, die Größe über alles beträgt ~500mm^3m.

Wenn ich wieder am Objekt bin werde ich mal die nicht dokumentierten 
elektrischen Parameter bestimmen und ihn dazu auch mit Niederspannung 
befeuern, bei dem Übersetzungsverhältnis kommt aber selbst dabei schon 
sehr schnell hohe Spannung heraus...

Dazu sitzen im Hochspannunstank auch noch zwei kleinere Trafos zur 
Erzeugung der Heizspannung, 2x 6V ~5A auf hohem Potential.
...die wollen auch noch angesteuert werden um am anderen Ende - wiederum 
in einem ölgefüllten Tank, der das ganze dann direkt in die 
Hochvakuumkammer einspeist - zu einer einstellbaren Spannung von bis zu 
20kV hochtransformiert zu werden, welche eben auch noch auf dem 
Ausgangspotential vom großen Transformator benötigt wird.
Aufgrund der geringeren benötigten Leistung ist dies aber nicht 
kritisch.

Beste Grüße
Sascha

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