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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik "Verlustfreier" Drehstrom Brückengleichrichter?


Autor: Michael Buchholz (m_i_b)
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Hallo liebe Leser/innen,

ich stehe hier vor einem kleinen Designproblem, bei dem ich irgendwie 
den Startpunkt nicht finden kann und hoffe hier auf Hilfe resp. 
Hinweise, wie man so was am schlausten macht.

Grundlage bildet ein Generator in Sternschaltung, also mit 3 heraus 
geführten Phasen; der Sternmittelpunkt ist nicht zu erreichen. Die 
maximale Leistung des Generators liegt bei etwa 1KW, die (über 
Erregerwicklung geregelte) Ausgangsspannung bei 48 Volt, die Frequenz 
etwa im Bereich von 25Hz bis 700Hz
Daran befindet sich derzeit eine schnöde 3P-Brücke, die immense Mengen 
an Verlustleistung verballert.

Der erste Gedanke war, hier eine 3P- Brücke mit N und P FET's aufzubauen 
und diese Brücke über einen AVR anzusteuern. Diese Lösung scheint mir 
aber doch recht aufwändig und auch das Timing dabei ist nicht so ganz 
ohne; gerade die Übergänge an den Scheitelpunkten haben es in sich und 
kleine Fehler im Timing sorgen bei der Leistung blitzartig für Nachschub 
im Siliziumhimmel...

Daher meine Frage an euch, ob es noch andere, am besten selbststeuernde 
Möglichkeiten gibt, eine solche Brücke aufzubauen. Ich vermute mal, auch 
wenn ich nichts finden kann, das es dafür sicherlich bereits kleine 
Krabbelkäfer gibt, die mit etwas Silizium drum herum genau das machen, 
oder?!

Baba
Micha

Autor: mhh (Gast)
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Lohnt sich der Aufwand wirklich, den Verlust am Gleichrichter von 2% auf 
vllt. 1% bei einer aktiven Gleichrichtung zu verringern?

Autor: Peter R. (pnu)
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Zunächst mal würde ich mir die Dioden der Brücke ansehen. Die 700 Hz 
kommen mir für normale Leistungsdioden schon etwas hoch vor, vielleicht 
bringt der Austausch gegen einen schnelleren Diodentyp schon etwas.

Wie groß sind die "immensen" Mengen von Leistung? Wäre ja ganz gut, es 
zu wissen, vielleicht liegen sie ja in dem Bereich, der eben so in Kauf 
genommen werden muss.

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>bei etwa 1KW, ... 48 Volt

das sind 20Aeff.


>25Hz bis 700Hz

Das sind statische Größen, für den Elektroniker ;-)


>Lohnt sich der Aufwand wirklich, den Verlust am Gleichrichter von 2% auf
>vllt. 1% bei einer aktiven Gleichrichtung zu verringern?

Rechnen wir doch mal:
Bei den Frequenzen sollte Umschaltverluste keine Rolle spielen.
Bei der Annahme eines RDSon von 10mOhm ergibt das eine Verlustleistung 
von 4Watt.

Da es sechs Transistoren sind, sollte die Gesamtverlustleistung sich 
also bei ca 25Watt belaufen.

Die reine Brückeschaltung mit Dioden hat ca 0,7V und 20A pro Diode. Das 
ergibt eine Gesamtverlustleistung von ca 85W.

Also eher von 8% auf 3% Verlust.

Autor: Michael Buchholz (m_i_b)
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... oh ja, das lohnt!

Bei Volllast (ca 20A) Dioden:
0,95V Abfall pro Diode = 1,9 pro Phase = 40 Watt/Phase

Bei Volllast FET (angenommen mit 10mR; geht bestimmt besser)
0,2V Abfall pro Fet = 0,4 pro Phase = 8 Watt/Phase

Man kann wegen der Phasenverschiebung nun nicht einfach die Leistungen 
pro Phase aufaddieren, aber auch so ist der Unterschied schon eklatant, 
oder mache ich da einen Denkfehler?

Autor: mhh (Gast)
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Einen Denkfehler habt ihr aber auch.

Der Verlust ist insgesamt bei angenommenen 0,9V Flußspannung bei den 
Strömen 2*0,9V*20A = 36Watt. Die Phasen sollten nicht einzeln mit 
Volllast betrachtet werden.

Ich wollte weiter oben nur zum Ausdruck bringen, daß sich das in meinen 
Augen nicht lohnt vom Aufwand her.

Autor: Michael Buchholz (m_i_b)
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... bahhh, seid ihr schnell ;)

Wie ich sehe, haben wir ähnlich gerechnet, nur das ich mit jeweils zwei 
Strecken Dioden/FET gerechnet habe, da ja in einer Brücke immer zwei 
daran "Schuld" haben.

Ich dachte auch schon mal an die Verwendung von Schottky's, aber wenn 
ich so einigen Datenblättern entnehme, das man PowerFET's der 
Leistungsklasse mit einem RDSon von 3-5mR bekommt, welchen man durch 
Parallelschalten weiter drücken kann, erscheint mir die FET- Lösung am 
effizientesten.

Der okkinole Gleichrichter hat einen mords Kühlkörper und wird derzeit 
auch dazu benutzt, den Kaffee warm zu halten und eine Dose Würstchen zu 
erwärmen ;) Darauf würde ich in Zukunft gerne verzichten und lieber die 
dafür vorgesehenen Gerätschaften verwenden.

Ich denke, unter Anwendung der Parallelschaltung von FET könnte man ganz 
ohne Kühlung auskommen und die Verlustleistung auf ein paar Watt 
drücken...

@mhh: klar; habe ich schon verstanden, worauf du hinaus wolltest. aBär 
auch wenn sich das nicht lohnt, ist es doch mal eine interessante 
Aufgabe, deren Lösungswege z.T. recht lehrreich sein können. Und davon 
haben (fast) alles hier was (und ich am meisten DuckUndWech)

Autor: Peter R. (pnu)
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Die Abschätzung ist sicher zutreffend, nur ist ein gesteuerter 
Gleichrichter für 1kW mit den dazu notwendigen  Sicherheitsreserven 
bestimmt kein Gerät, das man so einfach zusammenbauen könnte, nur weil 
man die dazu notwendigen  IC's oder Kontroller schon hat.

>Das sind statische Größen für den Elektroniker

Aber eben nicht für die Leistungs-Elektroniker.

Die 700 Hz werden in einer 3-Phasen-Brücke zu 2100Hz oder gar 4200Hz, 
das ist für Leistungsdioden schon anders als einfache 50 Hz.

Bei 20 A effektiv sind die Einzelströme in den Dioden durchaus 60A, 
nicht jede Leistungsdioden schaltet da schnell genug von leiten auf 
sperren um.

Autor: Ulrich (Gast)
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Wegen einer kleineren Flußspannung könnte man überlegen Shottkydioden zu 
nehmen. Bringt bei 48 V nicht mehr so viel. Außerdem wäre man so auch 
von der Geschwindigkeit auf der sicheren Seite. Die dioden sollte auch 
für deutlich mehr als 20 A sein, eher was für 50 A, denn der Strom 
fließt nicht kontinierlich.

Der andere Punkt ist, dass man eventuell auch auf den Leistungsfaktor 
achten sollte. Man hat dann zwar etwas Verlust an der PFC Schaltung, 
aber weniger am Generator.

Ist auch eine Farge ob die Spannung denn Frequenzanhängig ist.

Autor: Jens G. (jensig)
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>Die 700 Hz werden in einer 3-Phasen-Brücke zu 2100Hz oder gar 4200Hz,
>das ist für Leistungsdioden schon anders als einfache 50 Hz.

Betrachte ich selbst bei 4kHz noch nicht so sehr als das Problem. 
Übliche Dioden für normale Gleichrichterzwecke haben auch nur eine Trr 
(Recoveryzeit) von um die 1µs (manche mehr, manche weniger). Bei 250µs 
Periode also weniger als 1% der Gesamtzeit. Dazu kommt noch, daß die 
nicht im Schaltbetrieb arbeiten, sondern rel. weiche Übergänge sehen 
durch den Sinus.
Fets finde ich hier sinnvoll - dürfte bei geringem Rdson wirklich zu 
einer drastischen Verlustleistungsverringerung führen, solange der Strom 
nicht zu groß ist (20A sind da noch weit entfernt).
Künstliche Intelligent via µC würde ich nicht nehmen, denn bei solchen 
Dingern sehe ich immer die Gefahr des Verhaspelns (ist halt 
programmgesteuert). Eine rein konventionell, selbststeuernd aufgebaute 
Schaltung finde ich da viel besser rein vom Gefühl her. Allerdings hätte 
man mit µC die Möglichkeit, da gleich irgendwelche Features mit 
einzubauen, z.B. Überstromabschaltung oder sowas.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Am einfachsten geht das mit sowas:
http://www.diodes.com/products/catalog/detail.php?...

Autor: mhh (Gast)
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Nettes Teil. Aber 15V max. ist bischen knapp.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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cooles ding, gibts das auch für gegentakt-durchflußwandler?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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mhh schrieb:
> Nettes Teil. Aber 15V max. ist bischen knapp.

Nicht ganz: 15V ist die maximale Spannung des ICs. Über dem externen 
Mosfet dürfen bis zu 180V abfallen.
Man benötigt dann halt eine zusätzliche Betriebsspannung.

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