Wechselrichter ohne Transformator – alles, was Sie wissen müssen

Manchmal kann Technologie für die kollektive Gemeinschaft riesige Sprünge nach vorne machen. Die transformatorlose Technologie ist eine dieser Entwicklungen. Es bietet Versorgungsunternehmen, unabhängigen Stromerzeugern und Integratoren eine unbegrenzte Stromversorgung und reduzierte Komplexität. Dies bedeutet, dass die beiden häufigsten Arten von kommerziellen PV-Anlagen effizientere Methoden anwenden und Kosten senken können.

Transformatorlose Wechselrichter sind kleiner und leichter als ihre transformatorbasierten Gegenstücke, was ein wichtiger Grund sein kann, sie in Betracht zu ziehen.

Lesen Sie weiter, um zu erfahren, wie transformatorlose Wechselrichter funktionieren, die besten Schaltungen für sie, Überlegungen zur Installation und ihre Vorteile.

Was ist ein transformatorloser Wechselrichter?

Ein Wechselrichter wandelt Gleichstrom (DC) mit niedrigerer Spannung in Wechselstrom (AC) mit höherer Spannung um, der von Geräten verwendet wird.

Anstatt einen internen Transformator zur Energieumwandlung zu benötigen, kann ein transformatorloser Wechselrichter die Spannung mithilfe eines computergestützten mehrstufigen Prozesses erhöhen. Die elektronischen Komponenten im Wechselrichter wandeln Gleichstrom mit niedrigerer Frequenz in Wechselstrom mit höherer Frequenz um. Anschließend wandelt er den Strom wieder in Gleichstrom und schließlich in Wechselspannung mit normaler Frequenz um.

3 beste Schaltungen für transformatorlose Wechselrichter

Die drei besten Schaltungskonfigurationen für transformatorlose Wechselrichter sind der IC 4047, ein kompaktes 200-Watt-Design, und Solarwechselrichterschaltungen. Sie sind klein, relativ einfach und basieren auf Batterie- oder Solarenergie und nicht auf einem internen Transformator.

IC 4047

Abb. 4:IC 4047

Der IC 4047 ist eine der einfachsten Schaltungen, die Sie für einen transformatorlosen Wechselrichter verwenden können. Es erfordert kein Bootstrapping oder spezielle Treiber-ICs.

Es ist jedoch zwei- bis dreimal größer als vergleichbare N-Kanal-Geräte mit geringerer thermischer Toleranz und höheren Stromspezifikationen. Daher vermeiden Designer es für professionelle und kommerzielle Einheiten.

Wie es funktioniert

Der IC 4047 ist ein Low-Power-Multivibrator, den Sie sowohl im astabilen als auch im monostabilen MV-Modus verwenden können. Sie können externe Triggereingänge im astabilen Modus (wahres Gating oder komplementäres Gating) integrieren. Im monostabilen Modus können Sie den IC mit positiver oder negativer Flanke triggern.

Seine retriggerbare Funktion ermöglicht es Ihnen, das Ausgabetiming auf den benötigten Betrag zu erweitern.

Es hat auch einen eingebauten Oszillator, der variable Frequenzoptionen mit einem externen RC-Netzwerk ermöglicht.

Konfiguration

• Leistung: Akkus mit Nennspannung von 190 V bei voller Ladung und 160 V bei mäßiger Ladung
• IC 555 :PWM
• Opamp-IC :wie ein Komparator mit Dreieckwellen konfiguriert, um die erforderlichen SPWMs zu verarbeiten
• BJTs Pufferschalter :eingestellt gemäß SPWM-Pulsen mit Low-Side-MOSFETs, die nach demselben Muster geschaltet sind
• MOSFETs :sollte für den Umgang mit transformatorlosen 3-kVA-Wechselrichtern ausgelegt sein (z. B. IRFB4137PBF-ND)
• Ferritkern :statt schwerem Eisentransformator

Frequenztest

Verwenden Sie die folgende Formel, indem Sie f in Hz, Rt in Ohm und Ct in Farad messen:

f =1/1,453 x Rt x Ct

Sie sollten die Frequenzbereichsausgabe mit einem digitalen Frequenzmesser testen, bis Sie die gewünschten Ergebnisse erhalten.

Teileliste

• C1 =0,1 uF/PPC 
• R1 =56k
• IC Pin 10 /11 Widerstand =330 Ohm – 2nos 
• Obere P-Kanal-MOSFETs =FQP4P40 – 2nos
• Untere N-Kanal-MOSFETs =IRF740 =2nos
• MOSFET-Gate-Widerstände =100k – 2nos
• Optokoppler =4N25 – 2 Stück
• Zenerdioden =12 V, 1/2 Watt – 2 Stück

200-Watt-Kompaktdesign

Die 200-Watt-Konfiguration ist einfach und effizient und erfordert keinen schweren Transformator. Die Batterien, die es mit Strom versorgen, nehmen nicht viel Platz ein und geben 110 V Wechselstrom bei 200 Watt ab.

Wie es funktioniert

Die einfache 200-Watt-Wechselrichterschaltung verwendet eine Hochspannungs-DC-Eingangsspannung von achtzehn 12-Volt-Batterien. Der IC benötigt eine strenge Betriebsspannung von 5-15 Volt, die also aus einer der 12-Volt-Batterien kommt.

Konfiguration

• Leistung: achtzehn 12-Volt-Batterien in Reihe
• Oszillator :Tor N1 (vom IC 4093)
• IC :Eingang von einer der 12-Volt-Batterien, angelegt an den entsprechenden IC-Ausgang
• Für echte Sinuswelleninversion :Verwenden Sie einen Sinusgenerator anstelle eines Eingangsoszillators

Teileliste

• Batterie =12V/4AH, 18 Stück
• D1 =1N4148
• NAND-IC =4093,
• Q1, Q2 =MPSA92
• Q3 =MJE350
• Q4, Q5 =MJE340
• Q6, Q7 =K1058,
• Q8, Q9 =J162

Transformatorlose Solarwechselrichterschaltung

Abb. 3:Trafoloses Solar-Wechselrichter-Schaltungssystem

Ein transformatorloses Solar-Wechselrichter-Schaltungsdesign eliminiert einen Transformator, indem Hochspannungs-MOSFETs verwendet werden, um Solarenergie zu nutzen. Ein Spannungsregler kann dabei helfen, Leistungsschwankungen basierend auf Leistungsverlust und Gewinn aus Sonnenlichtschwankungen zu regulieren.

Wie es funktioniert

Transformatorlose Solarwechselrichterschaltungen wandeln Sonnenenergie in Wechselstrom um. Sie haben drei Hauptstufen:die Oszillator-, Ausgangs- und Leistungsabgabestufe.

Konfiguration

• Macht :Solarmodule mit einem Leerlaufspannungsbereich von 17 V (Dämmerung) bis 24 V (helles Sonnenlicht), eingespeist in B1 und B2
• Vorwiderstand und Zenerdiode :Begrenzung auf 15V Zenerspannung
• Spannungsstabilisator: um die Solarausgangsspannung zwischen sonnigen und bewölkten Tagen zu regulieren, die zwischen 170 V und 260 V liegen kann
• Mosfets :N- und P-Typen für 450 V und 5 A
• Oszillator :IC 555
• Ausgabe :Hochspannungs-Leistungs-MOSFETs

Formeln für R₁ , R₂ und C₁

T₁ =0,7(R₁ +R₂ )C und T₂ =0,7R₁ C

also

T=0,7(R₁ +2R₂ )C oder f=1,4/(R₁ +2R₂ )C

wo

T₁ =hohe Periode, T₂ =Low-Periode, T =Gesamtperiode und f =Frequenz

Teileliste

• B1 und B2 =vom Solarpanel
• C1 =0,1 uF
• Dioden =sind 1N4148
• R1 =6K8
• R2 =140.000
• R3 =10K, 10 Watt,
• R4, R5 =100 Ohm, 1/4 Watt
• Z1 =5,1 V 1 Watt

Alternativ können Sie eine komplette H-Brücken-Wechselrichterschaltung installieren. Der Vorteil davon ist, dass Sie nur eine einzige Solarpanel-Anordnung installieren müssen, um einen 220-V-Ausgang zu haben.

Abb. 5:Trafoloses Solar-Wechselrichter-Schaltungssystem

Ein transformatorloses Solar-Wechselrichter-Schaltungsdesign eliminiert einen Transformator, indem Hochspannungs-MOSFETs verwendet werden, um Solarenergie zu nutzen. Ein Spannungsregler kann dabei helfen, Leistungsschwankungen basierend auf Leistungsverlust und Gewinn aus Sonnenlichtschwankungen zu regulieren.

Konfiguration

• Macht :Solarmodule mit einem Leerlaufspannungsbereich von 17 V (Dämmerung) bis 24 V (helles Sonnenlicht), eingespeist in B1 und B2
• Vorwiderstand und Zenerdiode :Begrenzung auf 15V Zenerspannung
• Spannungsstabilisator: um die Solarausgangsspannung zwischen sonnigen und bewölkten Tagen zu regulieren, die zwischen 170 V und 260 V liegen kann
• Mosfets :N- und P-Typen für 450 V und 5 A
• Oszillator :IC 555
• Ausgabe :Hochspannungs-Leistungs-MOSFETs

Formeln für R₁ , R₂ und C₁

T₁ =0,7(R₁ +R₂ )C und T₂ =0,7R₁ C

also

T=0,7(R₁ +2R₂ )C oder f=1,4/(R₁ +2R₂ )C

wo

T₁ =hohe Periode, T₂ =Low-Periode, T =Gesamtperiode und f =Frequenz

Teileliste

• B1 und B2 =vom Solarpanel
• C1 =0,1 uF
• Dioden =sind 1N4148
• R1 =6K8
• R2 =140.000
• R3 =10K, 10 Watt,
• R4, R5 =100 Ohm, 1/4 Watt
• Z1 =5,1 V 1 Watt

Alternativ können Sie eine komplette H-Brücken-Wechselrichterschaltung installieren. Der Vorteil ist, dass Sie nur eine einzige Solarpanel-Anordnung installieren müssen, um einen 220-V-Ausgang zu haben.

Überlegungen zur Installation transformatorloser Wechselrichter

Abb. 4:Arbeiter, die transformatorlose Wechselrichter installieren und testen

Die Verwendung herkömmlicher Wechselrichter bedeutet, dass jeder mit einem einzelnen oder kundenspezifischen Trenntransformator gekoppelt werden muss. Die Leistung reduziert sich sofort, da isolierte Transformatoren höchstens 99 % Wirkungsgrad haben. Außerdem stehen Ihnen die sperrige Größe und die Reichweitenbegrenzung sofort im Weg. Trafolose Wechselrichter, die direkt an das Gebäude oder die Untertafel angeschlossen sind, wenn diese ausreichend groß ist.

Ohne den schweren Transformator ist das Design leicht und wendig, was die Installationsmöglichkeiten erweitert. Ich würde auch die enormen Mengen an DC-Verkabelung und die Länge und Kosten der AC-Verkabelung eliminieren. Sie können mehrere parallele Wechselrichter ohne Transformatoren anschließen, die den direkten Strom für eine stabilste Leistung nutzen.

Unterschiede zwischen transformatorbasierten und transformatorlosen Wechselrichtern

Der Hauptunterschied zwischen transformatorlosen Wechselrichtern und herkömmlichen Wechselrichtern ist der Transformator selbst. Das Fehlen eines Transformators schafft Platz für ein saubereres, leichteres und direkteres Design. Es macht es auch effizienter. Der computerisierte Prozess und verbesserte elektrische Komponenten ersetzen einen Transformator.

Diese unterbrechungsfreien Stromversorgungen sind heute in Rechenzentrumsumgebungen mit kleineren Installationen üblich. Sie sind in verschiedenen Nennleistungen von unter 10 kVA bis etwa 300 kVA erhältlich.

Vorteile der Verwendung eines transformatorlosen Wechselrichters

Abb. 5:Leichter und kompakter transformatorloser Wechselrichter

Transformatorlose Wechselrichter sind effizienter als herkömmliche und in der Lage, interne Energieverluste zu vermeiden. Es eliminiert auch zusätzliche Komponentenkosten aufgrund des Fehlens eines Transformators, der sperrig und groß ist. Die transformatorlosen Versionen sind leicht und kompakt und verwenden eine elektronische Schaltung anstelle einer mechanischen.

Transformatorlose Wechselrichter haben auch weniger mechanische Geräusche und weniger Wärme von mechanischen Komponenten. Insgesamt machen diese Eigenschaften den Bau billiger, da keine Lüfter, Transformatoren und andere sperrige Komponenten benötigt werden.

Die herkömmlichen Wechselrichter arbeiten über ein einziges PowerPoint. Das bedeutet, dass eine geringe Leistung für eine Komponente den gesamten DC-Ausgang senkt. Mit transformatorlosen Wechselrichtern können Sie sie in zwei verschiedenen Richtungen installieren und gleichzeitig DC-Ausgang erzeugen.

Schlussfolgerung

Insgesamt sind transformatorlose Wechselrichter aufgrund der weniger und effizienteren elektrischen Komponenten kostengünstig. Bei Schaltungen haben Sie verschiedene Optionen zur Auswahl, aber der Gesamtvorteil von transformatorlosen Modellen ist die Vielseitigkeit. Die Verwendung kleinerer, kompakterer Geräte und Elektronik führt zu günstigeren Produktions- und Kostenkosten für den Verbraucher.

Die Schaltungsoptionen hängen davon ab, welche Art von DC-Ausgang erforderlich ist. Alternativ bieten die transformatorlosen Komponenten den Vorteil von Geschwindigkeit und Effizienz. Diese Technologie wird seit Jahrzehnten weiterentwickelt und verbessert und wird den elektronischen Konsum in Zukunft revolutionieren.