Wenn ich aus einer Gleichspannung eine sinusförmige Wechselspannung
erzeugen und hochtransformieren möchte, verwende ich ja im ersten
Schritt eine Vollbrücke, die ich mit einer PWM ansteuere. Das
Rechtecksignal muss dann später über eine Speicherdrossel geglättet
werden. Mit einem Trafo spannt man das Ganze dann hoch.
Nun frage ich mich, ob man diese Reihenfolge einhalten muss oder ob man
auch das Rechtecksignal mit einem Trafo hochspannen kann, bevor man es
mit einer Drossel glättet. Das hätte ja zwei Vorteile: Die Spule wäre
wegen der zu erwartenden geringeren Ströme (sekundärseitig des Trafos)
viel kleiner. Der Trafo wäre ebenfalls kleiner (wegen der höheren
Frequenz vor der Glättung).
Ein Grund, warum das eventuell nicht geht, fiele mir ein: Das
Rechtecksignal enthält natürlich nicht nur die hohen PWM-Frequenzen,
sondern auch die niedrige Zielfrequenz. Ich nehme an, dass man daher
nicht auf ein richtiges Eisenschwein verzichten kann...
Ich hoffe, ich kann Dir folgen...
Du willst also die "sinuserzeugende" Frequenz durch einen Ferrittrafo
"hochspannen", nehme ich mal an.
Das PWM-Signal, das nach Filterung/Glättung den Sinus darstellt, ist in
der vorhandenen Form nicht geeignet, es zu transformieren.
Transformieren kann man nur Wechselspannung - ob nun Sinus oder
Rechteck. Auch Pausen sind "erlaubt". (Nennt man "Totzeit(en)")
Hast Du schon mal so ein Sinuserzeugendes PWM-Signal gesehen? Dieses
verweilt je 10ms abwechselnd im pos. u. neg. Spannungsbereich, wenn auch
mit mehreren der o.g. Pausen.
A.B. schrieb:> Ein Grund, warum das eventuell nicht geht, fiele mir ein: Das> Rechtecksignal enthält natürlich nicht nur die hohen PWM-Frequenzen,> sondern auch die niedrige Zielfrequenz. Ich nehme an, dass man daher> nicht auf ein richtiges Eisenschwein verzichten kann...
Diese Annahme ist falsch, denn dann müsste ein Netzteil, das (als
Grenzwertbetrachtung) eine Gleichspannung liefert einen unendlich
großen Trafo haben...
> Wenn ich aus einer Gleichspannung eine sinusförmige Wechselspannung> erzeugen und hochtransformieren möchte
Dann würde ich mir mal ansehen, wie ein "üblicher"
(Solar-)Wechselrichter aufgebaut ist. Der macht nämlich genau sowas. Und
auch jeder (Servo-)Umrichter, hinter dem ein Motor hängt (wobei dort
dann die Motorinduktivität für den sinusförmigen Strom sorgt).
Die meisten Wechselrichter machen das so, daß sie die Eingangsspannung
auf einen (etwa) 400V Zwischenkreis hochtransformieren und daraus eine
Vollbrückenschaltung mit nachgeschaltetem LC-Filter zur Erzeugung der
sinusförmigen Ausgangsspannung speisen.
Es gibt aber auch die Lösung, die Eingangsspannung (z.B. 24V) direkt auf
einen großen(!) Ringkerntrafo zu legen per Vollbrücke. Der Inverter ist
damit sehr schwer und groß, aber die Schaltung ist vergleichsweise
einfach, die Ausgangsspannung sollte ein schöner Sinus sein.
(Zumindest habe ich ein Gerät hier, das genau das tut)
Da beißt sich nix. Transformiert wird die niederfrequente Sinusspannung
in jojo_2´s Beispiel - und nicht die erzeugende PWM. Er meint das
"Eisenschwein".
Nochmal - hoffe, Dir überhaupt richtig zu folgen, aber - Du kannst nicht
die in Pulse aufgeteilten Halbwellen (zuerst steigender, dann fallender
Duty-Cycle, aber währenddesen nur in einer Spannungsrichtung befindlich)
transformieren.
Hmm, wir reden ja über so ein Signal wie im Anhang. Das kann ich also
nicht direkt in einen "kleinen" Trafo hineinschicken, weil der niedrige
Frequenzanteil (was du als "nur in einer Spannungsrichtung befindlich"
bezeichnest) nicht übertragen würde. Es ist also deswegen ein "großer"
Trafo erforderlich (Frequenz klein => Trafo groß). Das war ja auch meine
Theorie.
A.B. schrieb:> , wir reden ja über so ein Signal wie im Anhang.
So geht es natürlich nicht.
Aber du kannst die PWM-Wechselspannung so modulieren, dass ihre Höhe
einem gleichgerichten Sinus entspricht, das ausgangsseitig filtern und
dann mit einer mit 50Hz gesteuerten Vollbrücke o.ä. zur Last
durchschalten.
... Die Probleme werden nicht auf sich warten lassen, wenn du da eine
Last mit Blindkomponente anschliesst. Dann kannst du nämlich nicht mehr
bei U=0 und I=0 schalten.
An diese Problematik sollte man aber auch bei anderen Ansätzen denken.
Ist es korrekt, dass das "Eisenschwein" hochfrequente Signale nicht nur
nicht überträgt, sondern verheizt? Also wäre eine Glättung per Drossel
unumgänglich für einen hohen Wirkungsgrad?
A.B. schrieb:> Verstehe. Die ursprüngliche Idee war ja die im Anhang. Mit> Speicherdrosseln und 50-Hz-Trafo.
Niemand baut das so.
Erst Spannungswandlertrafo, dann Glättungsspule wäre üblich, schon bei
Vollbrückendurchflusswandler.
Also "niemand" würde ich nicht sagen. Ich habe schon diverse USVen
zerlegt und da waren Eisenschweine drin. Wenn auch keine dicken
Drosseln, so weit ich mich erinnere..ich kann ja nochmal schauen.
A.B. schrieb:
...
Freilich sind moderne WR ohne Eisentrafo / "mit Drossel" effizienter als
die früheren Schwergewichte. Aber "ohne Drossel" ist - in Verbindung mit
von Dir beschriebenem "Eisenschwein" - nicht einmal so ganz wahr, sogar
dann, wenn man tatsächlich nirgends eine sichtbare Drossel findet...
Heiko Kackmatsch schrieb:> Also "niemand" würde ich nicht sagen. Ich habe schon diverse USVen> zerlegt und da waren Eisenschweine drin. Wenn auch keine dicken> Drosseln, so weit ich mich erinnere..ich kann ja nochmal schauen.
(Antwort auch an A.B. gerichtet - Heiko dürfte das wissen...) Kann schon
sein, wenn man nachdenkt. Ohne Drosseln. Jeder reale T. hat ja
zusätzlich zum "Idealen Trafo" (Suchworte: Ersatzschaltbild
Transformator, Kopplungsfaktor, ...) mit primärer und sekundärer
Hauptinduktivität (oder Magnetisierungsind.) auch noch sog.
"Streuinduktivität(en)" auf beiden Seiten.
Diese liegen elektrisch betrachtet mit den Haupt-Induktivitäten (oder,
evtl. zum besseren Verständnis, theoretisch "an den Klemmen
angeschlossen zw. Idealem Tr. und Leitung") in Serie. (Genau wie
separate Drosseln.)
Das alles aber ist werte- / größenmäßig stark abhängig von der
Geometrie, also dem Aufbau. Jedenfalls kann je nach Trafo der Wert
dieser "unsichtbaren" Induktivität(en) schon zum Ausfiltern ausreichen.
Das alles trifft / träfe auch auf Ferrit-HF-Trafos zu. (Welche in diesem
Fall für einen DC-DC-Conv. für den >325V Zwischenkreis benutzt werden
könnten.)
Wird aber bestmöglich verringert/weitestgehend vermieden, weil dieser
Effekt die häufig verwendeten steilflankigen und stark
Oberwellen-haltigen Signalformen mehr oder weniger stark verzerrt.
Ferrittrafos sind ja schon besser für höhere Frequenzen geeignet als
welche mit Eisenkern. Und ja, im Eisenschwein entstehen auch wg. d. HF
ziemliche Verluste. Aber:
"...dass das "Eisenschwein" hochfrequente Signale nicht nur nicht
überträgt, sondern verheizt..." --- Folglich "verheizt statt überträgt",
ist so nicht ganz richtig. (s.o.) Sag nochmal mehr dazu, was steht da
genau, wo Du das extrahiert hast? ...bitte. Will nur sichergehen,
wahrscheinlich meinst Du eh alles richtig.
Das war nirgendwo abgeschrieben, sondern freies Gefasel. Mein
Gedankengang war: Im Eisenschwein führen hohe Frequenzen zu mehr
Wirbelstromverlusten (= mehr Heizleistung). Was verheizt wird, wird
nicht übertragen. Kann schon sein, dass ein größerer Teil der hohen
Frequenzen noch durchkommt, aber man sollte, um das Verheizen zu
vermeiden, vorher mit Speicherdrosseln glätten. Man ist ja hier in
diesem Fall ohnehin nur an den niedrigen Frequenzen interessiert. Die
hohen Frequenzen sind nur Mittel zum Zweck, um per PWM einen Sinus zu
"simulieren".
Warum ich auf der Geschichte so "herumreite": Ich finde es elegant, dass
man auf der Hochspannungsseite keinerlei Halbleitermimik braucht.
Trotzdem ist es besser, zuerst einen sauberen Sinus mit sagen wir
24..48V zu erzeugen und diesen dann auf Netzspannung
hochzutransformieren.
> Ich habe schon diverse USVen zerlegt und> da waren Eisenschweine drin.
Viele USVs machen auch keinen Sinus, sondern einfach ein 50/50 Rechteck
oder "modifizierten Sinus" mit etwa 25% Einschaltzeit pro Halbwelle. Da
gibts keine PWM-Trägerfrequenz, die man ausfiltern müßte.
A.B. schrieb:> Kann schon sein, dass ein größerer Teil der hohen> Frequenzen noch durchkommt, aber man sollte, um das Verheizen zu> vermeiden, vorher mit Speicherdrosseln glätten.
Mal blöd gefragt: Hast Du meinen sehr ausführlichen Beitrag überhaupt
gelesen? Und wenn, auch verstanden? Daran zweifle ich.
Die von mir genannte(n) Streuinduktivität(en) sind primär wie sekundär
da. Und wirken, als wäre vor jeder Klemme (zwischen Anschlußkabel und
dieser) des "Idealtrafos" eine Drossel.
Die Mehrverluste im Eisenkern durch "die HF-PWM" sind in gewissem Maße
schon existent, doch überhaupt Verluste hätte auch eine Drossel mit
Ferritkern vor einem - beliebig bekernten - Trafo. Nix ist ideal.
Und "durchkommen" - tut ja durch die Filterung (die ja in jedem Fall
erwünscht ist, unabhängig davon, wie sie genau vonstatten geht) in
beiden Fällen weitestgehend nur die Grundwelle.
(Extrembeispiele: Ob nun ...
1.) "Super-Schweinchen" so ideal wie möglich aufgebaut, z.B. als
Ringkern mit diesen völlig umschließenden Wicklungen, mit separaten
Ferritkern-Drosseln primär, oder ...
2.) "Stinknormal-Sau" mit maximalen Nichtidealitäten, z.B. als EI-Kern,
und krass gesagt evtl. noch mit kleinem Luftspalt, und/oder gar mit
"Schutztrenntrafo"-artig getrennten Wicklungen, und ohne solche,
am Ausgang ist jeweils ein mehr oder weniger schöner Sinus.)
Ok, dann war mein Verständnis falsch. Danke. Ich ging davon aus, dass je
höher die Frequenz ist, desto höher die Eisenverluste ins Gewicht fallen
und man deswegen vor dem Trafo auf jeden Fall schon gut filtern sollte
und dadurch dann den Wirkungsgrad erhöht (= durch Eisenverluste
generierte Abwärme reduziert).
Nächste Verständnisfrage: Ich hatte ja weiter oben schon eine erste
Signalform skizziert, die man über die Vollbrücke in den Trafo schicken
könnte.
Könnte man auch dieses Signal hier verwenden?
Mit Niederspannung in einen 50Hz-Trafo, oder zum Zerhacken der >325V
hohen Zwichenkreisspannung: Möglich, aber schlecht. Mit der Vollbrücke
kann man doch eine echte bipolare PWM einspeisen. Warum also immer
wieder auf die falsche Polarität wechseln? DAS erzeugt unerwünschte, vor
allem unnötige, Verluste.
Edit: Soll das Bild nicht nur zur Darstellung des Prinzips dienen,
sondern das echte Signal sein? Recht niedrig, mit 1,4kHz.
Da ist aber der nötige Wert der Filterinduktivität(en) recht hoch. Ich
bin da nicht sicher, ob das ohne separate Filter sinnvoll machbar
wäre... ich glaube nicht.
A.B. schrieb:> je> höher die Frequenz ist, desto höher die Eisenverluste ins Gewicht fallen
Das stimmt schon...
A.B. schrieb:> und man deswegen vor dem Trafo auf jeden Fall schon gut filtern sollte> und dadurch dann den Wirkungsgrad erhöht (= durch Eisenverluste> generierte Abwärme reduziert)
...macht aber leider weniger aus, als Du wohl dachtest.
Wenn Du mehr erfahren willst, nimm Dir am besten Dokumente über WR vor.
Dieses thematische Hin- und Hergehüpfe ist anstrengend, und hilft Dir
auch nix. Aber es geschah, um auf die jeweiligen einzelnen Fragen
einzugehen.
