Was ist ein Wechselrichter? Ein Anfängerleitfaden für Elektro- und Elektronikstudenten

Einführung:

In diesem Artikel erklären wir, was ein Wechselrichter ist, was seine Funktion ist und welches Funktionsprinzip er hat. Sie finden Wechselrichter in Photovoltaikanlagen, um Wechselstrom für den Einsatz in Haushalten und Büros bereitzustellen. Sie finden sie auch in „Treibern mit variabler Frequenz“, um die Drehzahl, das Drehmoment und die Drehrichtung von AC-Induktionsmotoren in Lüftern, Pumpen und Kompressoren zu steuern.

Was ist ein Wechselrichter?

Lassen Sie uns zuerst zu den Grundlagen gehen. Sie kennen wahrscheinlich die zwei verschiedenen Arten von elektrischer Energie, nämlich Gleichstrom (DC) und Wechselstrom (AC). Gleichstrom ist derjenige, den Sie wahrscheinlich für eine einfache Taschenlampe, Sonnenkollektoren oder Batterien und kleine elektrische Produkte mit Leiterplatten verwenden würden. Aber wenn wir über größere Haushaltsgeräte sprechen, funktioniert Strom ganz anders. Die Stromversorgung aus Ihrer Steckdose basiert auf Wechselstrom (AC) und wird verwendet, um Ihr Haus mit Strom zu versorgen. Beide Typen haben ihre eigenen Einschränkungen und daher müssen wir oft eine Form in die andere umwandeln, um ihre Verwendung zu maximieren.

Ein Wechselrichter ist ein Gerät, das das für Sie tun kann:Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln. Sie können ein Oszilloskop verwenden, um das Signal beider Leistungsarten zu betrachten. DC liefert Ihnen einen Strom, der im Wesentlichen in eine Richtung mit maximaler Spannung fließt; Sie sehen eine einzelne, durchgehende, gerade Linie. Auf der anderen Seite sehen Sie bei Wechselstrom ein sinusförmiges wellenartiges Muster, bei dem die Spannung in einem Zyklus zwischen den positiven und negativen Spitzenpunkten wechselt. Der Strom fließt im Wesentlichen „hin und her“.

Arbeitsweise eines Wechselrichters

Um die Funktionsweise eines Wechselrichters zu verstehen, stellen Sie sich einen Stromkreis vor, in dem eine Gleichstromquelle verwendet wird, um ein Wechselstromgerät mit Strom zu versorgen. Um DC in AC umzuwandeln, gibt es vier Schalter. Die Schalter sind so gepaart, dass beim Schließen von Schalter 1 und 4 Schalter 2 und 3 öffnen und umgekehrt. Daher wird die Last einem Wechselstrom ausgesetzt, obwohl sie an eine Gleichstromquelle angeschlossen ist.

Wenn ein Schalterpaar offen ist, fließt der Strom durch die rechte Seite des AC-Geräts. Wenn das entsprechende zweite Schalterpaar offen ist, fließt der Strom in ähnlicher Weise durch die linke Seite des Wechselstromgeräts. Das Gerät wird also einem Wechselstrom ausgesetzt.

Das Gerät wird keine Sinuswelle erfahren; stattdessen führt das plötzliche Umschalten zu einer Rechteckwelle. Diese Welle kann das elektrische Gerät tatsächlich beschädigen und muss daher geglättet werden. Dafür verwenden Ingenieure bestimmte elektrische Komponenten wie Dioden, IGBTs und MOSFETs usw. 

Verwendung von IGBTs in Wechselrichtern: 

Ein IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) ist ein Halbleiterbauelement mit drei Anschlüssen. Betrachten Sie nun die unten gezeigte Schaltung für einen Motor.

Es gibt eine DC-Quelle und eine AC-Last und eine Reihe von IGBTs, die mit einem Controller verbunden sind. Jeder IGBT erhält ein Signal von der Steuerung, das ihm mitteilt, wann er öffnen und schließen soll. Die IGBTs sind miteinander gepaart.

Wenn Sie den Stromkreis einschalten, schaltet die Steuerung ein Paar IGBTs ein, damit für einen begrenzten Zeitraum Strom durch sie fließen kann, sodass der Motor einen Wechselstrom erfährt.

Verwendung von Wechselrichtern zur Steuerung der Motordrehzahl:

IGBTs öffnen und schließen pulsierend mehrmals pro Zyklus, was auch als Pulsweitenmodulation bezeichnet wird. Der Zyklus selbst wird in kleinere Segmente unterteilt und die Steuerung teilt den IGBTs mit, wie lange sie für jedes kleinere Segment geschlossen bleiben sollen. Auf diese Weise lassen die IGBTs unterschiedliche Strommengen durch den Motor fließen.

Als Ergebnis ergibt die durchschnittliche Leistung pro Segment ein Sinuswellenmuster. Je mehr wir den Zyklus in kleinere Segmente unterteilen, desto glatter wird die Sinuswelle. Der Motor erfährt also einen sinusförmigen Wechselstrom.

Der Controller kann dann verwendet werden, um die Zeitdauer zu steuern, während der ein bestimmter IGBT geöffnet ist, um die entsprechende Frequenz und Wellenlänge des Signals zu steuern, das die Motordrehzahl, das Drehmoment und die Richtung steuert.

Verwendung von Wechselrichtern: 

Wechselrichter haben viele Anwendungen und werden verwendet:

• Sie werden in winzigen Autoadaptern für das Büro, Haushaltsanwendungen und Systeme mit großem Netz verwendet.
• Eine übliche Anwendung findet sich in Photovoltaikanlagen.
• Sie sind in Treiber mit variabler Frequenz integriert, um die Geschwindigkeit, das Drehmoment und die Richtung von AC-Motoren zu steuern.
• Sie werden in HLK-Systemen für Industrie- und Gewerbeimmobilien verwendet.
• Sie können als USV (unterbrechungsfreie Stromversorgung) verwendet werden.
• Sie werden in Solaranlagen verwendet.
• Sie können in Radialventilatoren, Mischern, Pumpen, Förderern, Extrudern usw. verwendet werden