Umrichter 12V --> 400V, P > 1kW

OP #2195938
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Hiho,

ich will eine Asynchronmaschine mit 1-1,5kW an einer (mehreren) 12V 
Batterien betreiben. Da ich bislang kaum praktische Erfahrung mit 
Leistungselektronik habe, wollte ich hier mal nachfragen, wie man das am 
cleversten anstellt.

Ich hab da an einen Hochsetzsteller mit IGBT(s) gedacht, der die 12V 
erstmal auf 400V hochsetzt (inklusive Regelung). Ansteuerung des IGBTs 
natürlich dann über einen µC.

Die 400V würde ich dann mit nem Pulswechselrichter passend 
phasenverschoben wechselrichten. Ansteuerung ebenfalls per µC.

Sollte das so funktionieren, oder gibts da ne bessere Alternative?

gruß Wookiee
(Firma: electronica@tdnet) Persönliche Seite #2195952
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Wenn Du mit 400 Volt Drehstrom meinst, kauf Dir lieber einen
fertigen Converter, das schont Nerven und den Geldbeutel.

Ich habe mir einen für 3 kVA (=> 3 hocheffiziente Ringkern
Transformatioren) gebaut und verwende 24V als Eingangsspannung.

Bei 12V haste nicht genug Reserven und 1V Spannungsschwankung
kann den ganzen Wirkungsgrad semmeln.

Also Du kannst drei Transformatoren nehmen mit

    Primär      6V / 260A
                -> (12V / sqr(2)) - 2V
                   Spannungsabfall an den MosFETS der H-Brücke

    Sekundär    230V / 6,5A

wobei Du die Primär-Wicklung mit einer H-Brücke ansteuerst und
die Sekundär-Wicklungen zu einer Sternschaltung zusammenfaßt.

Die H-Brücken steuerst Du über drei DACs an welche logischerwise
120° Phasenverschoben arbeiten.

Grüße
Michelle
OP #2195957
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Ja, meine natürlich Drehstrom.
Hmm, wenn ich mir so nen Trafo kaufe, dann bin ich vermutlich wirklich 
arm.
Da scheint mir der Weg über nen PWR doch günstiger.

Ich sollte vielleicht noch erwähnen, dass das unter Umständen mal als 
Antrieb für nen Roller dienen soll und natürlich kostentechnisch noch im 
Rahmen bleiben sollte. Batterien (1x oder 2x 220Ah, je nachdem) und ASM 
sind vorhanden. Drehzahlregelung ist demnach auch ein Thema.
(Firma: electronica@tdnet) Persönliche Seite #2195959
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Also 3 Ringkerntrafos kosten nicht die Welt...  meine 1 kVA
hatten 170 € das Stück gekostet und wurden sogar für mich
gewickelt wegen der 24V Betriebsspannung.

Ich empfehle Dir, die Schaltung für eine Eingangsspsnnung
von 24V auszulegen, da bei 12V die Veruste einfach zu hoch
sind und Du vor allem Kupfer-Preis bezahlen mußt.

Habe übrigends einen Fehler und das hier ist richtiger:

    Primär      6V / 144A
    Sekundär    230V / 3,75A

Das gillt PRO Trafo und H-Brücke und Du mußt es mit der
Wurzel aus 3 multiplizieren, wenn Du davon drei zu einem
Drehstrom-andler zusammenfügen willst

Gute Nacht
Michelle
#2195960
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Wenn's selbstbau sein soll, könnte man das in mehreren Modulen mit 
Vollbrückenwandlern baun, ähnlich wie Michelle das schon angeschnitten 
hat.
Sowas wie 250W geht auch noch über "kleine" Kerne (ETD39 sollte 
eigentlich reichen und kostet <5€ + Kupfer). (Quasi-)Resonanzwandler 
scheiden imho aus, weil der Primärkondensator unschön groß wäre. 
HF-Litze für Leistungstrafos kostet halt ziemlich.

Gruß
Andreas
Moderator (Firma: Titel) Persönliche Seite #2196051
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Pierre ?. schrieb:
> Ich hab da an einen Hochsetzsteller mit IGBT(s) gedacht, der die 12V
> erstmal auf 400V hochsetzt (inklusive Regelung).
Du meinst Hochsetzsteller = Boost-Schaltregler?
Überleg dir mal, welche Ströme du da in die Spule reinknechten 
müsstest...
Und die Spitzenströme wären bei einem "normalen" Boost-Regler exorbitant 
hoch...  :-o
(Davon abgesehen funktioniert der einfache Bosst-Regler bei einem 
Spannungsverhältnis über 1:6 nicht mehr so richtig effizient, 1:10 ist 
die sinnvolle Obergrenze, und 1:33 = 12V:400V jenseits von utopisch).

Wenn, dann mußt du mit einem Gegentakt-Wandler arbeiten. Aber auch da 
gilt: 1kW sind bei 12V und ca. 80% Wirkungsgrad immerhin kontinuierlich 
100A. Das ist ein recht ansehnlicher Strom...

Ansteuerung des IGBTs
> natürlich dann über einen µC.

Pierre ?. schrieb:
> an einer (mehreren) 12V Batterien betreiben.
Schalt möglicht viele von den 12V Akkus in Reihe, dass du eine möglichst 
hohe Spannung bekommst. 24V würde ich als Untergrenze ansehen, 36V oder 
48V als sehr komfortabel...
Gast #2196089
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Hallo und guten Morgen,
deine Idee finde ich gut! Das ist ein tolles Projekt, welches sich auch 
umsetzen lässt. Viel Spaß und Erfolg dabei!
Zum technischen:
- Was die Eingangsspannung angeht, schließe ich mich meinen Vorrednern 
an. Je höher desto besser. Wenn Du also sowieso mehrere Batterien 
verwenden möchtest, gehe gleich auf 24V, 36V…
- Wenn Du eine 400V Drehstrommaschine betreiben willst, dann rate ich 
Dir zu einer deutlich höheren Zwischenkreisspannung. Die oben 
angesprochenen 230V reichen vorn und hinten nicht. Ich würde Dir 650VDC 
empfehlen, dann sparst Du dir komplizierte Pulskorrekturen im PWR weil 
die Spannung zu knapp ist. Sonst kommst Du schnell in den Bereich, bei 
dem der „normale AVR“ zum Ansteuern nicht mehr reicht.
Es sei denn, Du willst sowieso Feldorientiert Roller fahren und kast 
sowieso nen ordentlichen Rechner vorgesehen. Dann ist auch noch 
Rechenleistung vorhanden um nen bissle 3. Harmonische in die Pulsmuster 
zu mischen.
- Hab ich Dich richtig verstanden, dass Du nen 50Hz Trafo nehmen willst? 
Lass es sein. Die Idee mit dem Gegentaktwandler ist goldrichtig. Sonst 
wird die Schaltung einfach viel zu groß!

Gruß
Dirk
#2226250
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Hallo beisammen,

bin beim suchen nach ähnlichem auf diesen Trade gestoßen. Gibt es schon 
Neuigkeiten? würd gern ähnliches zusammenbauen. (elektrischer 
Rasenmäher)

Hab eine passende Asynchronmaschine die mit Flansch und Montagepunkte 
gut zu montieren geht (230V/400V mit 1,1kW)
Jetzt meine Frage: a) mit einem FU kann ich ja im Stern oder im Dreieck 
den Motor betreiben?
Gibt es eine Möglichkeit die Spannung der Batterien von 24V auf 600V 
anzuheben? Der Gleichspannungskreis eines FU's arbeitet ja mit den 400V~ 
über einen Brückengleichrichter gleichgerichtet?

Gruß
Peter
#2226263
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Moin,

2 Teilprojekte:
- Umrichter (eher einfach bei einem Rasenmäher)
- Wandler 24V==>330V

Wenn du den Motor im Dreieck schaltest, kommst du mit weniger 
Zwischenkreisspannung aus, was einem beim Trafowickeln idR arbeit 
erspart - ohne Trafo bekommt man nämlich die 24V nicht sinnvoll auf 330V 
hoch.
Empfehlenswert sind hier Gegentakt- und (Quasi-)Resonanzwandler.
Berechnung von SNT-Trafos siehe 
http://schmidt-walter.eit.h-da.de/smps/smps.html.
Resonanzwandler macht weniger Abwärme in den Transis (stromloses 
Schalten).

Gruß
Andreas
Gast #2226323
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>IGBT sind besonders gut ab 100V geeignet.

Bei den kleinen Leistungen hier sind selbst bei 600V Sperrspannung 
Mosfets besser geeignet. Sowohl in bezug auf Leitververluste als auch 
auf Schaltverluste bezogen.

Die Batteriespannung würde ich so wählen, das der Fet (egal welche 
Topologie, FB, PP was resonates) der Fet nicht mehr als 150V zu sperren 
hat. Den bis 150V gibts Mosfets mit wenigen mOhm Widerstand.
Zb Vin=48V in Kombination mit einem (oder 2 parallel) PushPull wandlern, 
Fet nimmt man dann 120V oder 150V.
Da der Fet dann auf ca 100V hart draufschaltet sind die Schaltverluste 
nicht zu vernachlässigen (sind sie nie, aber is ein Unterschied ob 12V 
oder 100V). Auch werden die Gleichrichterdioden hart komutiert. Ja nun 
gibts auch 1200V und mehr Sic-Dioden, aber teuer.

Deshalb würde ich eine Resonante Topologie nehmen keinen normalen 
Serienresonazwandler sondern einen LLC Wandler . Mosfets werden weich 
(ZVS) geschaltet und wenn man unter der Serienresoanz bleibt werden auch 
die Dioden weich (ZCS) kommutiert. Bei ener Leistung von nur 1kW @600V 
(oder 400) bleibt auch der Rippel im Ausgangskondensator leicht 
hanhabar. Das kritischte Bauteil ist dann der Serienkondensator.

Wenn man sich aktuelle Wandler aus dem E-Mobility Bereich ansieht kenne 
ich nicht was mit konvetionellen hart geschalteten PWM Konvertern 
arbeitet.

Z-Source Inverter,
Gast #6921092
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Hallo,
als 220V sinuswechselrichter würde ich ein Fertiggerät emfehlen.
Ich habe (Alibaba) ein 4kW Sinuswechselrichter berzogen (12V DC auf 220V 
AC).
Das Gertät hat ca 100€ gekostet und funktioniert gut (die Lieferung kam 
von einem deutschen Lager sehr kurzfristig).
Ich habe es bisher nur mit 300W Belastung testen können (mein 12V 
Netzteil liefert nur 40A). Das Gerät ist für den Solaranlagenbetrieb 
konzipiert, mit einem "EGS002 Sinusoid Inverter Driver Board" 
ausgestattet. Ausgangsspannung ist stabil 220V mit stabilem 50Hz Sinus. 
Der Sinus ist mit Oberwellen im MHz- Bereich überlagert, die ich mit 
einem einfachen Tiefpass aber gut filtern konnte. Die Leerlauf- 
Stromaufnahme bei 12V DC liegt unter 1A
Die Geräte sind auch für höhere Eingangsspannungen (24V/ 48V und 60V) 
lieferbar.

Für den Betrtieb eines Drehstrommotors empfehle ich aber einen FU 
(Frequenzumformer) mit nachgeschaltetem Sinusfilter um 
Netzrückwirkungen, Kabelbelastung durch Oberwellen sowie Störstrahlungen 
zu mindern.
Siehe hierzu Unterlagen der Fa Danfoss "Projektierungshandbuch für 
Ausgangsfilter" Die weiteren Handbücher sind auch hilfreich.
den FU kann man natürlich auch mit fester Frequenz (Bsp. 50Hz) betreiben 
oder als Softstarter betreiben.

Wenn du den Selbsbau eines einphasigen Inverters beabsichtigst, würde 
ich dir das og. EGS002 Treiberboard empfehlen (EGS002_IR2110S.pdf).
Die 400V Zwischenkreisspannung kannst du mit geeigneter Wandlerschaltung 
erzeugen.
Gast #7289467
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.

Ja, der thraed ist über 10 Jahre alt aber immer noch sehr AKTUELL !!
Gerade in der jetzigen Zeit ist es überlegbar, aus 12 / 24 VDC Akkus
eine Netzspannung 380/400 VAC für sein Haus als "Notstrom" zu erzeugen.
Wenn es morgen ein "Blackout" geben sollte, ist es schon zu spät, sich
darüben Gedanken zu machen.

Love and peace !
#7289555
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Vor dem Start solcher Projekte erstmal überlegen:

1000 W + 10 % Verluste = 1100 W : 12 V = 90 A primär
Kupferquerschnitt bei 2A/mm² = 45 mm² = > 7mm D.
Viel teures Kupfer und wie will man das wickeln?
Bei 48 V sieht das besser aus.

Warum wohl werden die Paneels in Solarfeldern seriell geschaltet und 
warum haben E-Autos Akkus oberhalb 600 V?
#7289621
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Werner H. schrieb:
> 1000 W + 10 % Verluste = 1100 W : 12 V = 90 A primär
> Kupferquerschnitt bei 2A/mm² = 45 mm² = > 7mm D.
> Viel teures Kupfer und wie will man das wickeln?

Kein Mensch wickelt 7mm dicken Draht für einen Trafo, der mit vielen kHz 
betrieben wird. Wegen des Skineffekts bzw. Proximityeffekts. HF-Litze 
sind das Mittel der Wahl.

> Warum wohl werden die Paneels in Solarfeldern seriell geschaltet und
> warum haben E-Autos Akkus oberhalb 600 V?

Die meisten haben heute noch 400VDC ;-)

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