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PWM-Wechselrichter – ideal für unterschiedliche angeschlossene Lasten

PWM (Pulse Width Modulated Inverter) diente als Ersatz für ältere Wechselrichtertypen. Aus diesem Grund haben sie ein breites Spektrum an Echtzeitanwendungen. In den meisten Fällen verwenden Unternehmen sie bei der Erstellung von leistungselektronischen Schaltungen. Pulsweitenmodulierte Wechselrichter verwenden normalerweise MOSFET und werden daher allgemein als PWM-MOSFET-Wechselrichter bezeichnet. Tatsächlich wenden die meisten Wechselrichter die PWM-Technologie an, um AC-Ausgangsspannungen für verschiedene Frequenzen und Größenordnungen zu erzeugen. In diesem Artikel werden wir die Funktionsweise eines PWM-Wechselrichters besprechen. Außerdem gehen wir auf die Schaltungen ein, die Sie in einem PWM-Wechselrichter finden können, und erklären einige PWM-Wechselrichtertypen.

Was ist ein PWM-Wechselrichter?

Kurz gesagt, dies ist ein Wechselrichter, der zum Betrieb die Pulsweitenmodulationstechnologie verwendet. Daher können PWM-Wechselrichter die Ausgangsspannung unabhängig von der angeschlossenen Last auf der AC-Nennspannung halten. Es funktioniert durch Ändern der Frequenzbreite der Ausgangsspannung.

Das Arbeitsprinzip des PWM-Wechselrichters

ABBILDUNG 1:Ein industrieller Wechselrichter

Bei herkömmlichen Wechselrichtern ändert sich die Ausgangsspannung abhängig von den Laständerungen. Ein PWM-Spannungsinverter korrigiert die Ausgangsphasenspannung mit dem Wert einer am Ausgang angeschlossenen Last.

Es funktioniert, indem es einige der Ausgangssignale an den PWM-Controller-IC zurückleitet. Der PWM-Controller verwendet die Rückkopplungsspannung, um die im Oszillatorbereich erzeugte Impulsbreite gleichzurichten.

Durch die Einstellung der Impulsbreite werden mögliche Signaländerungen am Ausgang eliminiert. Somit bleibt die Wellenform der Ausgangsspannung unabhängig von Lastschwankungen gleich.

Welche Schaltkreise werden im PWM-Wechselrichter verwendet?

ABBILDUNG 2:Schaltplan eines PWM-Wechselrichters

Wenn Sie sich den Schaltplan eines PWM-Wechselrichters ansehen, werden Sie feststellen, dass er mehrere Schaltkreise verwendet. Dazu gehören:

Stromkreis des Batterieladestromsensors

Diese Schaltung hält den zum Laden der Batterie verwendeten Stromfluss aufrecht und hält ihn auf einem Nennwert. Es verhindert Schwankungen, die die Lebensdauer des Akkus verkürzen könnten.

Batteriespannungssensor

In einigen Fällen kann der Akku erschöpft sein. Diese Schaltung erfasst die Wechselrichterspannung, die zum Laden der Batterie benötigt wird, wenn dies geschieht. Es hilft auch beim Erhaltungsladen des Akkus, sobald er vollständig aufgeladen ist.

Wechselstrom-Netzerfassungsschaltkreis

Dies erkennt, ob das Wechselstromnetz vorhanden ist. Ist er vorhanden, wechselt der Wechselrichter in einen Ladezustand. Wenn es nicht vorhanden ist, geht es in einen Batteriemodus.

Sanftanlaufschaltung

Diese Schaltung verzögert den Ladevorgang um einen Zeitraum von acht bis zehn Sekunden, nachdem der Stromfluss wieder aufgenommen wurde. Es schützt MOSFETs vor hoher Wechselstromleistung.

Wechselschaltung

Es schaltet die Betriebsarten des Wechselrichters um. Dies kann entweder der Lade- oder der Batteriemodus sein und hängt von der Netzverfügbarkeit ab.

Stromkreis abschalten

Es überwacht den Betrieb des Wechselrichters und schaltet ihn ab, falls es eine Anomalie feststellt. Es erhält Eingaben von mehreren Sensorschaltkreisen.

PWM-Controller-Schaltung

Dabei regelt die Schaltung die Spannung am Ausgang des PWM-Spannungsinverters. In den meisten Fällen verwenden sie einen einzelnen IC wie LM494 oder KA3535. Alle für den PWM-Betrieb erforderlichen Schaltungen sind in der Regel in diesen ICs integriert.

Batterieladeschaltung

Diese Schaltung steuert den Batterieladevorgang im Wechselrichter. Es empfängt Eingaben von der Netzerfassungsschaltung und den Batteriesensorschaltungen.

Oszillatorschaltung

In diesem Fall erzeugt die Schaltung die Schaltfrequenz. Es ist normalerweise in den IC des PWM integriert.

Fahrerschaltung

Hier treibt die Schaltung den Ausgang basierend auf dem Inverter-Schaltsignal. Es ähnelt der Vorverstärkerschaltung.

PWM-Wechselrichtertypen

Kurz gesagt arbeitet ein PWM-Wechselrichter mit zwei Signalen, d. h. dem Referenzsignal und dem Trägersignal. Durch den Vergleich dieser Signale erzeugen sie den Impuls, der zum Umschalten des Wechselrichtermodus benötigt wird. Es gibt mehrere PWM-Techniken. Dazu gehören:

Einzelpulsweitenmodulation (SPWM)

Abb. 3:Ein Diagramm von SPWM

In diesem Fall verwenden sie einen einzigen Impuls, um die Technik in jeder Halbwertszeit zu regulieren. Hier verwendet es eine Dreieckswelle als Träger und eine Rechteckwelle als Referenzsignal.

Daher ist der erzeugte Gate-Impuls ein Ergebnis des Vergleichs dieser Signale. Aber es verursacht höhere Harmonische.

Mehrfache Pulsweitenmodulation (MPWM)

Abb. 4: DC-Motor-PWM-Geschwindigkeitsregler

Hier verwenden sie diese Technik, um das Problem zu vermeiden, das durch die Verwendung von SPWM entstehen kann. Auf die gleiche Weise ersetzen mehrere Impulse den einzelnen Impuls in jeder Halbwelle der Ausgangsspannung. Außerdem regulieren Entwickler die Ausgangsfrequenz, indem sie die Frequenz des Trägers während der Montage steuern.

Die MPWM-Technologie wird hauptsächlich von Wechselrichtern verwendet, die Motorsteuerungssysteme mit variabler Frequenz antreiben. Folglich erzeugt dies viele Ausgangsfrequenz- und Spannungsanpassungen. Im Allgemeinen verbessert diese Technologie die Qualität der Wellenform.

Sinusförmige Pulsweitenmodulation

Abb. 5: Einfache Sinuswelle

In diesem Fall ersetzt eine Sinuswelle die Rechteckwelle als Referenzsignal. Währenddessen bleibt der Träger eine Dreieckswelle. Somit wird die Ausgabe sinusförmige Wellenformen sein. Andererseits steuert der Modulationsindex seinen Effektivwert der Spannung.

Die sinusförmige Pulsweitenmodulation hat jedoch zwei Hauptnachteile. Erstens kann es keine Ausgangsspannung erzeugen, die so hoch ist wie die Netzspannung. Zweitens, wenn der Ausgang eine vollständig sinusförmige PWM sein muss; Es ist wichtig, kleine Pulse einzubeziehen. Unternehmen tun dies, wenn die Spitzenmodulationswelle fast den gleichen Pegel wie die Spitzenträgerspannung hat.

Das Hinzufügen kleiner Impulse kann aufgrund der Zeit, die zum Ein- und Ausschalten der Geräte benötigt wird, fast unmöglich sein. Daher eliminieren die meisten Branchen die kleinen Impulse aus Effizienzgründen.

Modifizierte sinusförmige Pulsweitenmodulation

Hier wird das Trägersignal in jeder Halbwelle zu Anfang und Ende um 60° eingelassen Intervalle. Somit verbessert diese Modifikation die harmonischen Eigenschaften des Ausgangs. Das Schalten reduziert den Verlust und erhöht die Grundkomponente.

Schlussfolgerung

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Pulsweitenwechselrichter die PWM-Technologie verwenden, um die Leistung unabhängig von der Last auf einen Nennwert zu regeln. Aufgrund ihrer Effizienz haben sie viele industrielle Anwendungen, z. B. in DC-Motor-PWM-Drehzahlreglern. Hier steuert die Frequenzvariation der angelegten Spannung die Drehzahl des Antriebs.

Dies ist jedoch unser Überblick über die Funktionsweise des PWM-Wechselrichters.

Sollten Sie dennoch Fragen haben, können Sie sich gerne an uns wenden.


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