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Hallo Forum,

für ein Studienprojekt im Bereich Elektrotechnik sollen wir einen Wechselrichter (1-phasig) entwerfen.
Rahmendaten: Eingangsspannung soll über eine 24V Gleichspannungsquelle erfolgen. Ausgangsspannung soll 230V Wechselspannung sein und für eine Leistung von maximal 150 Watt ausgelegt sein. Der Wechselrichter soll auf Grund kürzerer Schaltzeiten mit IGBT's realisiert werden (laut vorgabe). Als Tip vom Dozenten soll die PWM mit einem Dreieck und einem Sinus Puls über einen Komparator für die Schaltzeitpunkte der IGBT's sorgen.

Nun habe ich schon ein paar Tage recherchiert und auch hier das Forum durchforstet, würde aber gerne wissen, wie man die Dreieck und Sinus Pulse am besten erstellt. Im moment bin ich bei einer RC-Kombination entsprechend eines Funktionsgenerators.

Könnt ihr mir sagen und helfen, wie ich das ganze am Besten angehen kann?

Hoffe auf zahlreiche Hilfestellungen

» für ein Studienprojekt im Bereich Elektrotechnik sollen wir einen
» Wechselrichter (1-phasig) entwerfen.

Und der soll auch real aufgebaut werden?

Das ganze soll als Entwurf einer Schaltung geschehen und als Ergebnis lediglich in Form einer Simulation erfolgen.

Das ganze real zu bauen wäre wohl zu teuer.

» Das ganze soll als Entwurf einer Schaltung geschehen und als Ergebnis
» lediglich in Form einer Simulation erfolgen.
»
» Das ganze real zu bauen wäre wohl zu teuer.

Sinusbewerte PWM.

Wie stellst du dir den Zwischenkreis vor?
Auf 330V hochboosten, und dann mittels Vollbrücke zerhacken mit nachgeschaltetem lc Tiefpass?

Oder direkt mittels Vollbrücke zerhacken, dann Lc Tiefpass und 50hz trafo Revers betrieb?

Schon irgendwelche Ansätze?

Wie sieht's mit der Regelung aus?

Gruß Esel

--
Esel sind die besten Tiere!
Wenn jemand etwas gegen Esel hat, so legt er sich mit dem Heiligen Geist persönlich an

Ja, gute Frage.
So als erste Einschätzung würde ich die Vollbrücke mit nachgeschaltetem Trafo vorziehen. Denke, dass ist so die klassische Variante und Bauteiltechnisch am einfachsten zu realisieren.

In Sachen Regelung habe ich bisher noch keine Ideen.
Bin ja im Moment erstmal bei dem Schritt, herauszufinden, wie ich aus nix, außer einer Gleichspannungsquelle, zum einen einen Dreieckspuls und zum anderen einen Sinuspuls erzeugen kann, um für die Brückenschaltung mit vorgeschaltetem IC die Zündzeitpunkte der IGBT's erzeugen kann.
Habe in einschlägigen Literaturen gelesen, dass die Frequenz des Dreieckpulses ca. um den Faktor 10 größer sein sollte als die des Sinuspulses.

So an dem Punkt bin ich derzeit.
Bin aber für Vorschläge in alle Richtungen offen, da hier ja auch eine Menge Erfahrung helfen kann.

» So als erste Einschätzung würde ich die Vollbrücke mit nachgeschaltetem
» Trafo vorziehen. Denke, dass ist so die klassische Variante und
» Bauteiltechnisch am einfachsten zu realisieren.

Aber dann nicht mit IGBTs, sondern mit MOSFETs.


» Zündzeitpunkte der IGBT's

Das 'T' steht nicht für Thyristor.

» » So als erste Einschätzung würde ich die Vollbrücke mit nachgeschaltetem
» » Trafo vorziehen. Denke, dass ist so die klassische Variante und
» » Bauteiltechnisch am einfachsten zu realisieren.
»
» Aber dann nicht mit IGBTs, sondern mit MOSFETs.
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» » Zündzeitpunkte der IGBT's
»
» Das 'T' steht nicht für Thyristor.

Hallo,

10 finde ich sogar schon zu wenig. Es geht hierbei endeffektiv um die Restwelligkeit deines Ausgangssinus. Je höher du die Frequenz wählst, desto besser der Sinus am späteren Ausgang allerdings hat eine höhere Frequenz auch Nachteile.(EMV Verhalten, Schaltgeschwindigkeit IGBTs, Schaltverluste).

Dreieckgenerator -> http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/dreieckg.htm

Sinusgenerator -> z.B. Dreieckgenerator mit nachgeschaltetem Sine Shaper.

Sinusbewerte PWM -> Komparator mit bissle Logik dahinter um die Ansteuersignale aufzusplitten.

Wenn du die einfachere Variante vorziehst, würde ich wie xy anraten eine MOSFET Vollbrücke zu verwenden. Da IGBTs überlicherweise ein Uce von >2V haben. Und sich deshalb der Einsatz eher bei höheren Spannungen lohnt. Zudem ist das Schaltverhalten von FETs besser.

Gruß Esel

--
Esel sind die besten Tiere!
Wenn jemand etwas gegen Esel hat, so legt er sich mit dem Heiligen Geist persönlich an

» 10 finde ich sogar schon zu wenig. Es geht hierbei endeffektiv um die
» Restwelligkeit deines Ausgangssinus. Je höher du die Frequenz wählst,
» desto besser der Sinus am späteren Ausgang allerdings hat eine höhere
» Frequenz auch Nachteile.(EMV Verhalten, Schaltgeschwindigkeit IGBTs,
» Schaltverluste).
»
» Dreieckgenerator -> http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/dreieckg.htm
» Sinusgenerator -> z.B. Dreieckgenerator mit nachgeschaltetem Sine Shaper.

Jaja, aber wie präzise muss denn für diesen Zweck die Frequenz sein? Und dazu kommt, mit einem Dioden-Netzwerk ein Dreieck in einen Sinus zu formen, ist auch bei gute Abstimmung mit einem Klirrfaktor von mindestens 1% behaftet. Ich erinnere mich da noch an den XR2206 mit dem ich damals einiges unternommen habe...

» Sinusbewerte PWM -> Komparator mit bissle Logik dahinter um die Ansteuersignale aufzusplitten.

Meinst Du damit eine Treppenapproximation an die Sinusfunktion?

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

Hallo zusammen,

zunächstmal vielen Dank für eure zahlreichen Hilfen und Tips.

Die Wahl der IGBT's ist leider eine Vorgabe vom Dozenten. Bin aber auch gerne offen für alternative Lösungen um die Unterschiede zu sehen.

Der Link mit dem Dreieckgenerator hat mir schonmal sehr weitergeholfen. Sehr gut erklärt. So in etwa habe ich es auch aus der Schaltung eines Funktionsgenerators herausgelesen. Hinter dem ersten OP könnte man einen Rechteck- hinter dem zweiten OP einen Dreieckpuls abgreifen.
Durch die einstellbaren Widerstände kann ich dann ja ausprobieren bei welchem Faktor (10 oder mehr) der Sinus am saubersten erzeugt wird.

Wie genau funktioniert der Sine-Shaper? Heißt also ich müsste einen zweiten Dreiecksgenerator haben, um die Frequenz einzustellen und daraus dann einen Sinus erzeugen. Da das nicht gebaut wird, wäre das ja kein Problem.

Ich habe also keine weiteren Vorgaben, aber es wäre ja schon gut, wenn der Sinus am Ausgang eine stabile 50Hz Frequenz bieten würde.

Ich werde jetzt mal nach und nach die Schaltung aufbauen und hier Anhängen.

Danke für Eure zahlreichen Hilfen und Tips.

» Hallo zusammen,

Hallo Vaughn,

» zunächstmal vielen Dank für eure zahlreichen Hilfen und Tips.
»
» Die Wahl der IGBT's ist leider eine Vorgabe vom Dozenten. Bin aber auch
» gerne offen für alternative Lösungen um die Unterschiede zu sehen.
»
» Der Link mit dem Dreieckgenerator hat mir schonmal sehr weitergeholfen.
» Sehr gut erklärt.

Herzlichen Dank, ist von mir.

» So in etwa habe ich es auch aus der Schaltung eines
» Funktionsgenerators herausgelesen. Hinter dem ersten OP könnte man einen
» Rechteck- hinter dem zweiten OP einen Dreieckpuls abgreifen.

So ist es.

» Durch die einstellbaren Widerstände kann ich dann ja ausprobieren bei
» welchem Faktor (10 oder mehr) der Sinus am saubersten erzeugt wird.

Nein, das gibt keinen Sinus. Bei zu hoher Dreieckamplitude oder/und Dreieckfrequenz gibt es Verzerrungen, die von der begrenzenden Slewrate herkommen.

» Wie genau funktioniert der Sine-Shaper?

Schau mal ins Datenblatt des XR2206. Ich weiss jetzt grad nicht auswendig, aber vielleicht wird dort das Innenleben gezeigt. Auf jedenfall wird der Sinus aus dem Dreieck mittels eines Dioden-Widerstands-Netzwerkes synthetisiert.

» Ich habe also keine weiteren Vorgaben, aber es wäre ja schon gut, wenn der
» Sinus am Ausgang eine stabile 50Hz Frequenz bieten würde.

Kommt drauf an wie stabil? So wie es die Netzfrequenz ist die ins Haus kommt? Wenn ja, dann wird es halt schon aufwendiger, wie z.B. das hier:

"Sinusgeneratoren und der SC-Sinusgenerator"
http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/scsing.htm

Siehe Kapitel "Aus Rechteck wird Sinus".

Es geht dabei um folgendes: Du kannst eine quarzstabile Rechteckspannung mit d/T=0.5 erzeugen. Nachfolgend schaltest Du ein aktives Tiefpassfilter höherer Ordnung, so dass alle Oberwellen des Rechtsignales ausreichend unterdrückt werden. Was bleibt ist der Sinus.

Ein Beispiel siehst Du in Bild 9 im Kapitel "Sinus aus Rechteck mit fixer Frequenz". Hier im Beispiel mit einer Sinusfrequenz von 1000 Hz.

Für eine andere Sinus- und Tiefpassgrenzfrequenz passt man die frequenzbestimmenden Bauteile entsprechend proportional an.

--
Gruss
Thomas

Buch von Patrick Schnabel und mir zum Timer-IC NE555 und LMC555:
https://tinyurl.com/zjshz4h9
Mein Buch zum Operations- u. Instrumentationsverstärker:
https://tinyurl.com/fumtu5z9

Wie Ihr im Anhang sehen könnt, habe ich jetzt mal angefangen die Schaltung zur Erzeugung des Dreieckspulses aufzubauen. Hierfür habe ich mir einfach mal die in dem obigen Link als Beispiel angegebene Schaltung herangezogen.
Simulieren konnte ich das ganze bisher leider noch nicht, da ich derzeit noch einige Probleme mit den Op's habe. Ich arbeite mit einer freien Version von Target 3001 und da ist die Bauteil-Bibliothek bei diesem Punkt sehr spartanisch.

Ich habe für den Dreieckspuls jetzt erstmal rund 500Hz eingestellt entsprechend der R und C's (entsprechend Literaturangaben). Das Verhältnis zwischen Dreieck und Sinus (also jetzt gewählt 500Hz : 50Hz) kann ich ja verändern und ganz zum Schluss am Ausgang des Wechselrichters prüfen, ob der Sinus annähernd nachgebildet wird, oder ob eine Art Phasenabschnitt erfolgt, weil der Dreieck zu gering-frequentiert ist.

ich habe mir den Link mit dem Thema "Vom Rechteck zum Sinus" angesehen, verstehe aber nicht, wie eine quarzstabile Rechteckspannung erzeugt wird. Weiterhin verstehe ich die im Bild 9. bezeichneten Widerstandsgrößen für R1 (39k2) oder R4 (53k6) nicht.
Ich habe mir gedacht, so wie ich jetzt die Schaltung für mein Dreieck aufgebaut habe, kann ich die Schaltung erneut erstellen und dann ab dem eingezeichneten Rechteckabgriff mit der Umwandlung in einen Sinus weitermachen. Problem hierbei nur, ich weiß nicht, wie ich formell über die Widerstände die Frequenz einzustellen habe.

Wie macht es am meißten Sinn, jetzt den Sinus zu erzeugen?

Na da war das Bild wohl zu groß, daher hier "nur" als GIF-Datei angehängt.

für die größte Schaltung des Tages (wir hatten auch schon größere.)

irgendwo fehlt links bei den +-12V die Masse.
Und 2 Kondensatoren in Reihe sich auch wenig sinnvoll (C4,5 und C6,7)

Die Schaltung scheint mir auch reichlich aufwändig, nur um ein Dreieck zu erzeugen.

Da es doch mal ein Wechselrichter werden soll, muss die Frequenz nicht einstellbar sein.
Und den Sinus würde ich ganz einfach mir einem Phasenschieberoszillator erzeugen. 3 RC Glieder und einen Transistor.

Wie wär's, mit dem Gesamtkonzept anzufangen anstatt mit Detailbröckchen?

Als Simulator könntest du dir mal (Vollversion kostenlos und unbeschränkt) LTspice ansehen. Zugegeben, nicht so DAU-sicher wie Multisim o.a. aber dafür professionell.

hws

» Wie Ihr im Anhang sehen könnt, habe ich jetzt mal angefangen die Schaltung
» zur Erzeugung des Dreieckspulses aufzubauen. Hierfür habe ich mir einfach
» mal die in dem obigen Link als Beispiel angegebene Schaltung
» herangezogen.
» Simulieren konnte ich das ganze bisher leider noch nicht, da ich derzeit
» noch einige Probleme mit den Op's habe. Ich arbeite mit einer freien
» Version von Target 3001 und da ist die Bauteil-Bibliothek bei diesem Punkt
» sehr spartanisch.
»
» Ich habe für den Dreieckspuls jetzt erstmal rund 500Hz eingestellt
» entsprechend der R und C's (entsprechend Literaturangaben).

okay.

» Das Verhältnis zwischen Dreieck und Sinus (also jetzt gewählt 500Hz : 50Hz) kann ich ja
» verändern und ganz zum Schluss am Ausgang des Wechselrichters prüfen, ob
» der Sinus annähernd nachgebildet wird, oder ob eine Art Phasenabschnitt
» erfolgt, weil der Dreieck zu gering-frequentiert ist.

Und womit hast Du den Sinus erzeugt? Das geht aus Deinem Schema nicht hervor...

» ich habe mir den Link mit dem Thema "Vom Rechteck zum Sinus" angesehen,
» verstehe aber nicht, wie eine quarzstabile Rechteckspannung erzeugt wird.

Das ist dort auch gar nicht das Thema. Man erzeugt mit einem Quarzgenerator eine passende Frequenz mit der man durch Frequenzteilung die 50 Hz mit d/T=0.5 (zeitsymmetrisch) erzeugt. Das wäre am einfachsten. Sonst die PLL-Methode.

» Weiterhin verstehe ich die im Bild 9. bezeichneten Widerstandsgrößen für
» R1 (39k2) oder R4 (53k6) nicht.



Das ist mit den andern Bauteilen, dessen Sinn Du so auch nicht verstehen kannst, genau so, weil man sie im Gesamtkontext eines Butterworth-Tiefpassfilters verstehen muss. Ein Aktiv-Filter-Kurs in einem speziellen Minikurs ist leider nicht möglich. Aber wenn Du es wissen willst, hilft Dir z.B. Halbleiterschaltungstechnik von Tietze/Schenk weiter.

Es ist aber so, dass man dieses aktive TP-Filter 5. Ordnung für den vorliegenden Zweck auch gar nicht im Detail verstehen muss, weil man für andere Grenzfrequenzen die frequenzbestimmenden Komponenten einfach proportional anpassen muss Das ist im Text beschrieben. Falls Du dort etwas nicht verstehst und es gerne verstehen möchtest, helfe ich Dir gerne weiter. Nenne mir einfach den Textteil.

» Ich habe mir gedacht, so wie ich jetzt die Schaltung für mein Dreieck
» aufgebaut habe, kann ich die Schaltung erneut erstellen und dann ab dem
» eingezeichneten Rechteckabgriff mit der Umwandlung in einen Sinus
» weitermachen. Problem hierbei nur, ich weiß nicht, wie ich formell über
» die Widerstände die Frequenz einzustellen habe.

Da verstehe ich Dich einfach nicht. Du hast mit dem jetzigen Schema ein Dreieckgenerator gebaut. Nach dem zweiten Opamp, weil dieser die Integratorfunktion ausübt, das Dreiecksignal und nach dem ersten Opamp das zeitsymmetrische Rechtecksignal, weil dieser die Schmitt-Triggerfunktion ausübt.

Soviel mal dazu. Wozu genau willst Du die Schaltung noch einmal bauen um dann aus den Rechteck ein Sinus zu machen?

Das kannst Du auch mit der jetzigen Schaltung, wie eben beschrieben mit einem genügend steilen TP-Filter im Grenzfrequenzbereich. Willst Du die Dreieckspannung benutzen, brauchst ein passendes Dioden-Widerstands-Netzwerk und wie man das dimensioniert weiss ich nicht, aber ich denke, man findet das in der Literatur.

Ich habe in diesem Zusammenhang doch auch den XR2206 angedeutet. Dieser hat alles in einem IC, Dreieckgenerator mit Rechteckausgang zu Synchronisationszwecken und ein von aussen abgleichbares Dioden-Widerstands-Netzwerk zur Erzeugung einer Sinusspannung mit einem THD von etwa 1%.

» Wie macht es am meißten Sinn, jetzt den Sinus zu erzeugen?

Das habe ich gerade jetzt noch einmal ausführlich beschrieben. Den XR2206 gibt es bei verschiedenen Distris.

--
Gruss
Thomas

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Da dieses ein Forum zum Austausch oder Hilfe zu Projekten ist, stelle ich hier bewusst meine Schaltungen rein, um vielleicht auch anderen dadurch eine Hilfe zu bieten.

Die RC- oder CR-Oszillatoren sind mir auch schon über den Weg gelaufen. Dachte jedoch, dass ein Colpitts-Oszillator einen noch saubereren Sinus erzeugt als der Phasenschieber.
Wie könnte ich den Dreieckspuls denn einfacher erzeugen? Meine Variante bzw. die aus dem genannten Link hier aus dem Forum ist ja im Grunde das Prinzip, wie ein herkönnlicher Funktionsgenerator arbeitet.

Für den Hinweis mit LTSpice danke ich dir. Werde es mir mal genauer angucken.

Mit dem RC-Oszillator habe ich nun mal hin und her gespielt. Ich bin jetzt mal umgestiegen auf PSpice, aber die Wahl des Programms macht ja keinen theoretischen Unterschied.

Die Schaltung habe ich nun mal als Anhang hier beigefügt. War heute mein erster Versuch mit PSpice, daher konnte ich noch nicht simulieren, da folgende Fehlermeldung kam

"There are no data values in section number 1 Ignoring this section"

Da ich noch nicht weiß, was "section number 1" ist, und mir die Session log auch keinen wirklichen Hinweis gibt hoffe ich, dass Ihr vielleicht eine Idee habt?



http://www.elektronik-kompendium.de/forum/upload/20120515150352.tif

http://www.elektronik-kompendium.de/forum/upload/20120515150411.tif