Wechselrichter

Wechselrichter wandeln eine Gleichspannung in eine rechteckförmige Wechselspannung um.

Wichtige Kennwerte

Die Kurvenformen der Ausgangsspannungen und -ströme Wechselrichtern sind nicht ideal. Die Ausgangsspannungen von Wechselrichtern sollten idealerweise sinusförmig sein. Das ist aber aufgrund der Funktionsweise dieser Schaltungen nicht möglich. Um die Abweichung von der Idealform beurteilen zu können, wurden die Kennwerte Grundschwingungsgehalt und Klirrfaktor eingeführt.

Kenngröße Formel Erläuterung
Grundschwingungsgehalt gU = URMS1/URMS Unter Grundschwingungsgehalt versteht man das Verhältnis des Grundschwingung URMS1 zum Effektivwert URMS. Je näher dieser Wert bei EINS liegt, desto besser wird die Kurvenform einer Sinusform angeglichen.
Klirrfaktor kU = URMSO/URMS Der Klirrfaktor ist das Verhältnis des Effektivwertes URMSO aller Oberschwingungen zum Effektivwert URMS. Je näher dieser Wert bei NULL liegt, desto besser wird die Kurvenform der Sinusform angeglichen.

Zwischen Grundschwingungsgehalt und Klirrfaktor besteht folgender Zusammenhang:
g = (1 - k2)0,5

Einphasenwechselrichter

Der Einphasenwechselrichter besteht aus einer Brückenschaltung mit vier Leistungstransistoren.

Schaltung


Ausgangsspannung


Kenngröße Formel
Effektivwert der Spannung URMS = us (tein/T)0,5

Mit Wechselrichtern lässt sich die Drehfrequenz von Asynchronmotoren steuern. Die Drehfrequenz ist proportional zur Frequenz.

Aufgaben

  1. Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktionsweisedes Einphasenwechselrichters.
  2. Wie wird beim Wechselrichter der Effektivwert geändert?
  3. Berechnen Sie den Effektivwert der Ausgangsspannung (f = 50 Hz) für Einschaltzeiten von 10 ms, 5 ms und 2,5 ms.
  4. Wie wird beim Wechselrichter die Frequenz geändert?
  5. Simulieren Sie die Schaltung.

Dreiphasenwechselrichter

Der Dreiphasenwechselrichter besteht aus einer Brückenschaltung mit sechs Leistungstransistoren.

Schaltung


Ausgangsspannungen


Aufgaben

  1. Beschreiben Sie den Aufbau und die Funktionsweise des Dreiphasenwechselrichters.
  2. Ermitteln Sie die zeitliche Abfolge der Ansteuerung für die Transistoren?
  3. Simulieren Sie die Schaltung.
  4. Simulieren Sie die Schaltung für eine Frequenz von 50 Hz.
  5. Berechnen Sie den Effektivwert der Außenleiterspannung und der Strangspannung für f = 50 Hz.

Pulsweitenmodulation

Durch die Pulsweitenmodulation (PWM) soll der Oberschwingungsgehalt verringert werden.

Schaltung

Eingangssignale und Ausgangssignal

Wenn die Sägezahnspannung den gleichen Wert hat wie die Sinusspannung, dann schaltet der Komperator durch.

Aufgaben

  1. Beschreiben Sie den Aufbau der Steuerschaltung.
  2. Beschreiben Sie die Funktionsweise der Steuerschaltung.
  3. Wie kann die Sinusform optimal angeglichen werden?
  4. Simulieren Sie die Schaltung.
  5. Kann die dargestellte PWM-Spannung durch eine andere Methode noch weiter optimiert werden?

Inhaltsverzeichnis Bauteile Steuerelektronik Gleichrichter Gleichstromsteller Wechseltromsteller Wechselrichter