HARDWARE: Wechselrichter / Inverter

[Alexander (HH)]

Moin Moin!

Manche produzieren angeblich Sinus (ist ja fein), andere "modifizierten Sinus" und noch andere machen darüber gar keine Angaben.

Echter Sinus ist selten und teuer, und vor allem brauchen nur sehr wenige Geräte wirklich echten Sinus. Alles, was Netz gleichrichtet, frißt auch Rechteck, Sägezahn, Trapez und was Du Dir sonst noch so an Wellenformen ausdenken kannst. Alles, was nur heizt (inklusive Glühlampen), frißt auch noch Gleichstrom.

"Sinusähnlich" bzw. "Modifizierter Sinus" ist mehr oder weniger ein Trapez-Signal, "sinussig" genug für die meisten Anwendungsfälle, aber deutlich einfacher und damit billger zu erzeugen.

Und wenn der Hersteller zum Ausgangssignal lieber nichts sagen will, dann kommt meistens durch einfache Filter leicht verschliffenes Rechteck aus dem Wechselrichter. Das ist noch einfacher und noch billiger zu erzeugen. Nur mögen manche Lasten nicht mit Rechteck-Signalen gefüttert werden.

(Am Rande: Auf der Arbeit liegen gerade zwei USV-Module für eine große, teure Storage-Einheit rum. Rein gehen 230V AC, raus kommen laut Typenschild entweder die 230V AC aus dem Netz oder 200 V DC aus dem integrierten Akku-Pack. Dahinter hängt ein ziemlich normales Schaltnetzteil, das im Notbetrieb auch DC verdaut. So spart man sich den Wechselrichter komplett.)

"Eisenlos" sind sie wohl inzwischen alle.

Und ganz ohne Eisen geht es nicht. Gemeint ist, dass man nicht einfach einen fetten Trafo mit "selbstgemachtem" 24 V AC 50 Hz auf der Niedervolt-Seite befüllt, um auf der Hochvolt-Seite dann 230 V AC 50 Hz zu bekommen. Das verkneift man sich ganz einfach deswegen, weil die Trafos für ernsthafte Leistungen sehr schnell sehr groß und sehr schwer werden.

Die letzte USV, die mir weggebrannt ist, hatte noch einen echten Ausgangstrafo, ausgelegt für 2 kW. Und da wundert man sich beim Transport, dass die sch*** USV auch ohne die Bleiakkus noch steht wie angeschraubt. ;-)

Wie sie funktionieren ist mir daher schleierhaft.

Schaltnetzteil, nur mit anderen Spannungsverhältnissen als gewohnt. Man pumpt mit etlichen kHz Schalttakt elektrische Leistung von der 24 V-Seite in einen (mechanisch kleinen) Trafo, der liefert aufgrund der Induktion und des Verhältnisses der Windungszahlen auf der anderen Seite die gewünschten 230 V AC, allerdings mit einer Frequenz im kHz-Bereich statt der üblichen 50 Hz. Gleichgerichtet bekommt man ca. 330 V.

Schaltet man die gezielt auf die zwei Ausgangskontakte (H-Brücke), kommt eine mehr oder weniger rechteckige Spannung aus dem Wandler. Gegen die ganz harten Kanten setzt man in aller Regel noch einen Filter vor die Steckdose, damit der Wandler nicht flächendeckend alle Radio- und Fernsehsender überstrahlt.

Für ein sinusähnliches Signal ("modifizierter Sinus") schaltet man nicht stumpf, sondern man regelt. Vermutlich wird man stumpf die 330 V der Ausgangsseite linear von 0 bis auf 330 V hochfahren, eine Weile halten und dann wieder auf 0 runterfahren. Das geht über die im Schaltregler ohnehin vorhandene Regelschaltung, der man einfach einen variablen Sollwert unterschiebt. Für die erste Halbwelle schaltet man die H-Bücke auf "+ an A, - an B", für die zweite Halbwelle entsprechend auf "- an A, + an B". Auch hier wird noch ein Filter vor der Steckdose sitzen, der die Störungen des Schaltwandlers und die Umschaltspitzen schluckt.

Für richtigen Sinus wird der Sollwert ein Sinus-Signal sein, und es muß recht aufwendig gefiltert werden. Oder man baut die Ausgangsstufe wie einen Klasse-D-Verstärker auf.

Ich habe jetgzt bestimmt dreißig Hersteller/Lieferanten durch, aber bei keinem fand ich Angaben darüber, ob die Teile auch mit Induktiven oder Kapazitiven Lasten umgehen können.

Ohm'sche Lasten sind halt einfacher. ;-)

Wie müssen diverse Kühlgeräte und ein bnis zwei Leuchtstofflampen über die Nacht bringen.
Tagsüber laufen große Dieselgeneratoren (27, 50, 60 oder 100KVA). Nur für den Nachtstrombedarf (ca. 2kW) soll eine Batterie-/Wandleranlage die Energie liefern.

Wir haben heute einen Wandler geschreddert, nachdem wir ihn ins Konzept eingebunden haben. Leider können wir (noch) nicht nachvollziehen, woran er gestorben ist. Er hat es kurz getan, dann kurz gestunken und dann war er leider indisponiert. Echter Kurzschluss ist auszuschließen. Keine der Sicherungen ist gekommen. Angeblich ist das Teil auch "kurzschlussfest" gewesen. Nun leuchten aber nach Anschluss der Batterie (600AH, 24V) nur noch die LEDs schwach vor sich hin, egal ob der Wandler eingeschaltet ist oder nicht.

Wie wäre es, die Leuchtstofflampen mit einem HF-Vorschaltgerät direkt aus 24 V DC zu versorgen? Damit ist der Wandler aus der Nummer raus und muß nur noch die Kühltechnik versorgen. Am Tag würde ein 24V-Netzteil aus dem Dieselgenerator den Strom liefern, nachts übernehmen die Batterien. Ich gehe mal schwer davon aus, dass der Diesel tagsüber auch die Batterien auflädt, d.h. das Netzteil könnte sogar schon vorhanden sein.

Kühltechnik dürfte auf elektrisch betriebene Kompressoren hinauslaufen, richtig? Die Alternativen wären Peltier-Elemente, dann hättest Du aber irgendwo einen ernsthaften Gleichrichter stehen oder irgendwas Gasbetriebenes. Dann bräuchtest Du aber keinen Wechselrichter für die Kühltechnik.

Tja, bad news: Die Kühl-Kompressor-Motoren sind induktive Lasten, und wie man in vielen Haushalten jeden Tag sehen kann, benehmen sie sich am Netz wie die Axt im Walde. In manchen Haushalten stört der Kühlschrank bzw. die Kühltruhe alle drei Phasen. Um die Phasenverschiebung des Motors zu kompensieren, sitzt in dessen Nähe noch ein Kondensator. Je nach dem, ob der Kondensator mit geschaltet wird oder nicht, hast Du bei stehendem Motor vielleicht eine rein kapazitive Last. Im Schaltmoment hast Du in jedem Fall eine sehr fiese Last, die Weicheier-Halbleitern schon mal den Magic Smoke entlocken kann. ;-) Insbesondere, wenn der Motor nicht mit Sinus, sondern mit anderen Signalformen betrieben wird.

Mußt Du nachts wirklich aktiv kühlen oder kannst Du Dich mit einer guten Isolation und einer tagsüber etwas niedriger eingestellten Solltemperator herauswieseln?

Öffentliches Netz ist an dem Ort nicht zu bekommen, es sei denn, man legt ein Viertelmillion auf den Tisch.

250.000 € / 2.000 €/Wandler = Break-Even bei 125 Versuchen. Minus den einen, den Du schon entraucht hast. ;-)

Und öffentliches Netz spart Dir noch die Generatoren und das Antransportieren von Tonnenweise Diesel. Das könnte sich rechnen, selbst wenn Du weniger als 100 Wandler entrauchst.

Der Wandler hatte vorher im Testbetrieb (mit kleiner ohmscher Last, ca. 60W) schwebendes Potential.

60 W ohmsche Last sind kaum ein brauchbares Modell für 60 W Leuchtstofflampen und ein hart geschaltetes Kühlgerät.

Das Gehäuse liegt auf den Erdkontakten der Steckdosen.

Alles andere wäre auch lebensgefährlich.

Wir haben per Umschaltschütz einen Pol auf Null-Potential der Generatoranlage geschaltet und den anderen auf L1.

Das könnte man auch so lesen, dass Du Generator und Wandler unsynchronisiert parallelgeschaltet hast. Dann würde mich eher wundern, dass der Wandler noch in einem Stück da steht. ;-)

Es ist also entweder einer der Generatoren der Anlage, oder der Wandler angeschlossen.

Gut, dass Du das klargestellt hast. ;-)

Schaltest Du unter Last hart um? Ohne Generator und Wandler zu synchronisieren? Da bekommst Du nette Lastspitzen, wenn der Generator L1 gerade zufällig +300 V relativ zu N liefert und der Wandler im selben Moment -300 V relativ zu N.

Ich würde im Zweifel erst die aktive Quelle von der Last trennen, eine oder zwei Sekunden Stromausfall hinnehmen, und dann erst die andere Quelle an die Last schalten.

Das Gehäuse des W. ist auf der Ortserde gelandet, genauso wie der Schaltschrank der Anlage.

Brav.

Kennt sich jemand genauer mit dem Innenleben derartiger Geräte aus? Leider ist kein Schaltplan vorhanden. Morgen bei Tageslicht werde ich erstmal reinschauen ins Gerät, ob ich erkennen kann, welches Bauteil da den Deckel aufgeklappt hat.

Ich würde da an Deiner Stelle die Finger von lassen. Zum einen weil Du vermutlich noch Garantieansprüche hast, zum anderen, weil Du Dir vermutlich noch keinen Bestatter aussuchen lassen willst. Und aus Erfahrungen mit einer brennenden USV: Such Dir wenigstens ein gut gelüftetes, trockenes Plätzchen mit ein paar geeigneten Feuerlöschern in der Nähe. Und setz Dich auf Deine linke Hand, damit der Strom nicht direkt übers Herz fließt.

Leider weiß ich nicht, was die Jungs am anderen Leitungsende im Umschaltmoment wirklich angeschlossen hatten. Angeblich war wieder nur die 60W-Lampe und zusätzlich eine Kühltruhe angeschlossen. Ca. 10-30 Sekunden muss es wohl funktioniert haben, dann fing das Teil an zu stinken.

Ob nach den paar Sekunden die Kühltruhe beschlossen hat, dass ihr Inneres zu warm ist? Dann hätte der Wandler den Kompressor nicht überlebt. Der Verdacht liegt nahe, siehe oben.

Kühltruhen halten in unseren Breiten auch mal einen Tag ohne Strom durch, zumindest wenn "nur" Lebensmittel darin gelagert werden und man nicht alle fünf Minuten den Deckel öffnet. Bei Medizinprodukten mag das anders aussehen, siehe Beipackzettel bzw. Lagerungsvorschriften des Herstellers.

Meine Empfehlungen:

* Prüfe, ob Du auf Batteriestrom aktiv kühlen mußt, oder ob eine gute Isolierung und ggf. über Tag ein etwas niedrigerer Sollwert für die Temperatur reicht.
* Prüfe, ob Du das Licht direkt aus den Batterien betrieben kannst, mit einem Netzteil für den Betrieb aus dem Diesel.
* Wenn Du aktiv kühlen mußt, suche nach einem Wechselrichter, der explizit große Motoren betreiben kann.

Alexander