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Wechselrichter

Wechselrichter

Ein Wechselrichter ist ein elektronisches Gerät. Die Funktion des Wechselrichters besteht darin, eine DC-Eingangsspannung in eine symmetrische AC-Ausgangsspannung mit der vom Benutzer gewünschten Größe und Frequenz zu ändern. Die Wechselrichter werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, von kleinen Netzteilen für Computer bis hin zu industriellen Anwendungen zur Steuerung hoher Leistung. Die Wechselrichter werden auch dazu verwendet, den von photovoltaischen Solarzellen, Akkumulatoren oder Batterien usw. erzeugten Gleichstrom in Wechselstrom umzuwandeln und somit in das elektrische Netz einzuspeisen oder in isolierten elektrischen Anlagen zu verwenden.

Ein einfacher Inverter besteht aus einem Oszillator, der einen Transistor steuert, der den eingehenden Strom unterbricht und eine Rechteckwelle erzeugt.

Diese Rechteckwelle speist einen Transformator, der seine Form weicher macht, so dass er ein bisschen wie eine Sinuswelle aussieht und die notwendige Ausgangsspannung erzeugt. Die Spannungsausgangswellenform eines idealen Wechselrichters sollte sinusförmig sein. Eine gute Technik, um dies zu erreichen, ist die PWM-Technik, bei der die Hauptsinuskomponente viel höher ist als die höheren Harmonischen.

Modernere Wechselrichter haben begonnen, fortschrittlichere Formen von Transistoren oder ähnlichen Geräten wie Thyristoren, Triacs oder IGBTs zu verwenden.

Die effizientesten Wechselrichter verwenden verschiedene elektronische Geräte, um zu versuchen, zu einer Welle zu gelangen, die eine Sinuswelle am Eingang des Transformators simuliert, anstatt die Welle zu glätten.

Sie können im Allgemeinen in zwei Arten klassifiziert werden:

Kondensatoren und Induktivitäten können verwendet werden, um den Stromfluss zum und vom Transformator zu glätten.

Zusätzlich ist es möglich, eine sogenannte "modifizierte Sinuswelle" zu erzeugen, die aus drei Punkten erzeugt wird: einer positiven, einer negativen und einer Erdung. Eine Logikschaltung ist verantwortlich für das Aktivieren der Transistoren, so dass sie sich richtig abwechseln. Modifizierte Sinus-Wechselrichter können bestimmte Lasten wie zum Beispiel Motoren verursachen; operieren weniger effizient.

Die fortgeschritteneren Inverter verwenden Pulsweitenmodulation mit einer viel höheren Trägerfrequenz, um näher an die Sinuswelle oder Modulationen durch Raumvektoren heranzukommen, wodurch die harmonische Ausgangsverzerrung verbessert wird. Sie können die Welle auch vorverzerren, um den Leistungsfaktor (Körper & Phi;) zu verbessern.

Photovoltaik-Wechselrichter für den Zugang zum Netz

Die Photovoltaik-Wechselrichter für den Zugang zum Stromnetz sind eine besondere Art von Wechselrichter, die speziell dafür ausgelegt sind, elektrische Energie in Form von Gleichstrom, der von einem Photovoltaikmodul erzeugt wird, in Wechselstrom umzuwandeln, der direkt in das elektrische Netz eingespeist wird. Die Stromabgabe des Solarpanels erfolgt zunächst in Form eines Gleichstroms.

Diese Maschinen erweitern die Grundfunktion eines generischen Wechselrichters mit äußerst anspruchsvollen und fortschrittlichen Funktionen durch die Verwendung spezieller Software- und Hardware-Steuerungssysteme, die es ermöglichen, die maximale verfügbare Leistung unter allen klimatischen Bedingungen der Solarmodule zu erhalten.

Diese Funktion heißt MPPT. Die Photovoltaik-Module haben tatsächlich eine Spannungs / Intensitäts-Kennlinie, so dass es einen optimalen Arbeitspunkt gibt, der als maximaler Leistungspunkt bezeichnet wird, wo es möglich ist, die maximal verfügbare Leistung zu extrahieren.

Dieser charakteristische Punkt variiert kontinuierlich je nach dem Ausmaß der Sonnenstrahlung, die auf die Oberfläche der photovoltaischen Zellen trifft. Es ist offensichtlich, dass ein Wechselrichter, der an diesem Punkt "hängen bleiben" kann, immer die maximale verfügbare Leistung in jedem Zustand erhält. Es gibt mehrere Techniken, um die MPPT-Funktion zu implementieren, die sich hinsichtlich der dynamischen Leistung (Einschwingzeit) und der Genauigkeit unterscheiden. Obwohl die Genauigkeit des MPPT extrem wichtig ist, ist die Aufbauzeit in manchen Fällen sogar noch höher. Während alle Wechselrichterhersteller eine hohe Genauigkeit im MPPT erreichen können (typischerweise zwischen 99-99,6% des maximal verfügbaren Werts), können nur wenige die Präzision mit hoher Geschwindigkeit kombinieren.

Tatsächlich gibt es an Tagen mit variabler Bewölkung große und plötzliche Änderungen der Sonnenenergie. Es ist sehr üblich, Abweichungen von 100 Watt / m² bei 1000-1200 Watt / m² in weniger als 2 Sekunden zu erkennen. Unter diesen Bedingungen, die sehr häufig auftreten, kann ein Investor mit Einschwingzeiten von weniger als 5 Sekunden bis zu 5% -10% mehr Energie erzeugen als ein langsamer.

Einige Photovoltaik-Wechselrichter sind mit modularen Endstufen ausgestattet, einige sind sogar mit einem MPPT für jede Endstufe ausgestattet. Auf diese Weise erlauben die Hersteller dem Engineering-System die Freiheit, einen unabhängigen Master / Slave-Betrieb oder MPPT zu konfigurieren. Die Verwendung von unabhängigen MPPTs bietet einen objektiven Vorteil bei ungleichmäßigen Feldbestrahlungsbedingungen. In der Tat ist es nicht ungewöhnlich, dass die Oberfläche der Sonnenkollektoren der Sonne in einer Weise ausgesetzt ist, die sich über das gesamte Feld unterscheidet. Dies liegt daran, dass es in zwei verschiedenen Ebenen des Daches organisiert ist, da die Module nicht in Ketten gleicher Länge oder aufgrund einer teilweisen Verschattung der gleichen Module verteilt sind. In diesem Fall würde der Einsatz eines einzelnen MPPT dazu führen, dass der Wechselrichter außerhalb des Maximumpunktes arbeitet und folglich die Energieproduktion beeinträchtigt wird.

Ein weiteres wichtiges Merkmal eines Photovoltaik-Wechselrichters ist die Netzwerkschnittstelle. Diese allgemein in der Maschine integrierte Funktion muss den Anforderungen der Vorschriften der verschiedenen Elektrizitätsversorgungsunternehmen entsprechen.

Wechselrichteranwendungen

Neben den Anwendungen im Bereich der photovoltaischen Solarenergie sind die Anwendungen des Investors vielfältig:

  • Bei der Verwendung von Solarmodulen in photovoltaischer Solarenergie, wie wir gesehen haben, erlaubt es, die Gleichspannung in Wechselspannung umzuwandeln, um sie im Haus zu verwenden oder in das Verteilungsnetz einzutreten.
  • Bei unterbrechungsfreien Stromversorgungen wandelt der Wechselrichter die von der Batterie gelieferte Spannung in Wechselstrom um.
  • Bei der Übertragung von elektrischer Energie wandelt der Wechselrichter die Energie in Gleichstrom um, der in einigen elektrischen Leitungen übertragen wird, um das Wechselstromnetz zu speisen.
  • Realisierung eines Schaltnetzteils zur Umwandlung in Gleichstrom mit erheblichen Vorteilen in Bezug auf Wirkungsgrad, Größe und Gewicht
  • Im Bereich der Luft- und Raumfahrt werden sie verwendet, um der Flugzeug-Avionik einen hochstabilen Wechselstrom zu liefern, selbst wenn dieser durch Batterien versorgt wird (im Falle eines elektrischen Fehlers)
  • Variation der Geschwindigkeit in Elektromotoren.

Die einfachste Art von Wechselrichter besteht aus einem Oszillator, der einen Transistor antreibt, der eine Rechteckwelle erzeugt, die einen Stromkreis öffnet und schließt. Die Welle wird dann an einen Transformator angelegt, der am Ausgang die erforderliche Spannung liefert und die Rechteckwelle bis zu einem bestimmten Punkt abrundet. Oft werden effizientere Bauelemente wie der MOSFET, der Thyristor oder der IGBT anstelle des herkömmlichen Transistors verwendet.

Die Rechteckwellenform, die durch diese Vorrichtungen erzeugt wird, hat das Problem, reich an höheren Oberschwingungen zu sein, während die Sinuswelle des elektrischen Netzwerks davon frei ist. Dies bedeutet eine geringere Effizienz der motorisierten Ausrüstung, größere akustische und elektrische Geräusche sowie ernsthafte Probleme der elektromagnetischen Verträglichkeit.

Die komplexeren Wechselrichter verwenden unterschiedliche Ansätze, um eine sinusförmige Wellenform mit der höchstmöglichen Ausgangsleistung zu erzeugen. Eine elektronische Schaltung erzeugt eine Schrittspannung mittels Pulsweitenmodulation (PAM) möglichst nahe an einer Sinuswelle. Das Signal, das als modifizierte Sinuswelle bezeichnet wird, wird durch Kondensatoren und Induktivitäten ausgeglichen, die am Eingang und am Ausgang des Transformators angeordnet sind, um die Oberwellen zu unterdrücken.

Die besten und teuersten Wechselrichter basieren auf Pulsweitenmodulation (PWM). Das System kann zurückgeführt werden, um eine stabile Ausgangsspannung zu liefern, wenn sich die Eingangsspannung ändert. Für beide Arten der Modulation wird die Qualität des Signals durch die Anzahl der verwendeten Bits bestimmt. Er reicht von minimal 3 bis maximal 12 Bit und kann die Sinuskurve sehr gut beschreiben.

Bei asynchronen Elektromotoren und noch mehr bei Synchronelektromotoren steht die Drehzahl in direktem Zusammenhang mit der Frequenz der Versorgungsspannung. Wo immer es in der Industrie notwendig ist, die Drehzahl eines Motors zu variieren, werden Wechselrichter von Wechselstrom und Wechselstrom (AC-AC) verwendet. Bei diesen Systemen wird die Eingangsspannung zuerst durch einen Gleichrichter in Gleichstrom umgewandelt und durch Kondensatoren nivelliert, und dann an den Umkehrabschnitt angelegt. Tatsächlich handelt es sich also um ein "Wechselrichter-Gleichrichter" -System, auch wenn sie nur als "Investoren" (also nur "Investoren") bekannt sind. Der Zweck dieser Doppeloperation besteht lediglich darin, die gewünschte Frequenz innerhalb eines vorbestimmten Intervalls zu ändern, und das Vorhandensein eines Transformators ist nicht notwendig, da es nicht notwendig ist, den Wert der Ausgangsspannung zu variieren, der gleich der Eingangsspannung bleibt. Die Ausgangsfrequenz wird im einfachsten Fall durch ein dem Wechselrichter zugeführtes Analogsignal, beispielsweise durch ein Potentiometer, oder durch ein von einer SPS gesendetes digitales Signal bestimmt.

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Geändert am: 22. Mai 2018

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