Projekt: Sinuswechselrichter [12V --> 230V]

[ManuelB]

Der Farbkennzeichnung nach sollten die Ringkerne schon für Frequenzen von ca. 50kHz ausreichen darüber sollte anderes Kernmaterial verwendung finden. Eisenpulver sättigt ja auch nicht schlagartig wie Ferritkerne aber die Induktivität sinkt halt immer weiter mit steigender Auslastung. Daher muss man immer auf seinen Laststrom achten und was für eine Induktivität hier noch vorhanden ist.

MfG
Manu

[ari2605]

Hallo Roland,

danke für die Glückwünsche. Ja der gesamte WR soll durch einen µC gesteuert werden; das dürfte kein Problem sein. Timer0 arbeitet wie beschrieben und braucht zur Laufzeit keine Prozessorresourcen (Interrupts). Es wird nur der Ausgang des Reglelalgorithmus (PWM) in ein Register geschrieben. Timer1 erzeugt die Sinus-PWM (alt: 10 kHz, jetzt: 20kHz). Im Interrupthandler wird jeweils der nächste Wert aus einer Sinustabelle nachgeladen. Das macht macht ca. 3% Prozessorlast aus (bei 10kHz). Weiterhin triggert der Timer1 auch den ADC mit 10kHz, so dass alle 100µs ein ADC-Wert zu verarbeiten ist (Addition für Mittelwertbildung, Multiplexer umschalten). Dafür gibt es auch einen Interrupthandler. Der verursacht ca. 5% Prozessorlast. Also bleiben noch ca. 90% für das Hauptprogramm übrig. Bei einem Prozessortakt von 20MHz entspricht das immerhin noch einem Prozessor mit 18MHz.
Ja, die ZK-Regelung mache ich mit einem PID-Regler; der Code stammt aus diesem super Tutorial hier aus dem Forum:
http://www.rn-wissen.de/index.php/Regelungstechnik
Die Regler-Parameter sind erst mal mit try and error grob geschätzt. Wenn ich mal viel Zeit habe wollte ich mal eine Sprungantwort meines Zwischenkreises aufzeichnen und die Parameter optimieren. Aber im Moment pendelt die Spannung um +/-2V; das sollte reichen.
Der Regleralgorithmus wird alle 2 ms im Hauptprogramm durchlaufen wenn ein neuer ADC Wert vorliegt (100µs ADC Takt * 4 Kanäle * 5 Werte für Mittelwert = 2ms). Die gemessenen Werte für 2 Spannungen und 2 Ströme werden im Moment auf dem LCD ausgegeben. Später will ich noch ein einstellbares Limit für den Eigangsstrom haben, um den Wandler z.B. auch im Auto an einer mit 20A abgesicherten Zigarettensteckdose zu betreiben. Man könnte dann auch Ein-und Ausgangsleistung bzw. Wirkungsgrad berechnen. Es ist alles in C programmiert, das macht sowas relativ einfach.

Das mit den Drosseln habe ich mir nochmal durch den Kopf gehen lassen; es müssen Kernverluste sein. Selbst die großen Kerne der 470µH/2,5A Drosseln werden heiß bei einem Strom von 0.5A. Die AC-Drossel bekommt einen sehr hohen Ripple-Anteil ab und die wird auch am heißesten. Habe jetzt erst mal die rot-grünen Kerne von Reichelt bestellt, die sollen besser für höhere Frequenzen geeignet sein. Wenn das nicht hilft, kann ich Deinen Tipp mit den Ferriten mit Luftspalt nochmal aufgreifen.

Die Ansteuerung des Trafos will ich noch mal genauer untersuchen, am WE leihe ich mir mal das Oszi von meinem Arbeitgeber aus. Auf diesem Gebiet ist mein Wissen leider "etwas begrenzt", bin "nur" Techniker, der sich die letzten Jahre fast ausschließlich mit Softwareentwicklung befasst hat. Spulen und Trafos waren mir früher immer etwas suspekt. Dieses Projekt habe ich mir auch deshalb ausgesucht, um mich mal wieder mit Hardware (incl. Spulen) zu beschäftigen.

Veile Grüße, Andreas

[locked]

Hallo Andreas,

Wie ich sehe, hast Du Dir einige Gedanken über die Ressourcenaufteilung der Rechenleistung des Mikrocontrollers gemacht, und diese sogar berechnet. Ja, da bei der Wechselrichtersteuerung sowohl bei der PWM-Ausgabe, als auch im Regelalgorithmus ausschließlich triviale Berechnungen benötigt werden, reicht die Rechenleistung eines AVR-Controllers der MEGA-Serie im grunde leicht aus.
Das Codebeispiel eines PID-Reglers, beschrieben hier im Forum, finde ich auch sehr gut, und hat mir bei der Verwirklichung meines balancierenden Roboters sehr geholfen. Da die Regelung der Zwischenkreisspannung jedoch nicht übertrieben schnell sein muss, habe ich mich bei meinem Wandler für eine einfache Implementierung eines PI-Reglers entschieden, dessen Parametrisierung sich deutlich einfacher gestaltet. Die einfachste Methode, Deinen PID-Regler zu konfigurieren ist, wie Du schon sagtest, der empirischer Weg. Wobei es auch hierfür Wege und Methoden gibt, um die passenden Parameter mit vertretbarem Aufwand zu finden. Ein bekanntes Verfahren hierfür ist jenes von Ziegler und Nichols.

Ich habe die Software für meinen Wechselrichter ebenfalls in C geschrieben, ist ja auch der Industriestandart. Eine Bemerkung über Bascom verhalte ich mir an dieser Stelle, welches Du ja zum Glück nicht benutzt .

Bei der Ausführung der Speicherdrossel ist es wirklich am einfachsten, einen passend großen ETD-Kern mit geeignetem Luftspalt zu verwenden. Dadurch ist sichergestellt, dass das magnetisch leitende Material für die verwendete Frequenz geeignet ist. Außerdem gestaltet sich das Wickeln des Spulenkörpers deutlich einfacher als bei Ringkernen.

Klar, mit dem Mikrocontroller kann man sich diverse Parameter berechnen. Nur, um qualitative Aussagen über den aktuellen Wirkungsgrad machen zu können, reicht es nicht aus, nur die Zwischenkreisspannung zu messen, da hier weder die Verluste der Ausgangsvollbrücke, noch die des Ausgangsfilters berücksichtigt werden. Hierfür müsste man die Ausgangsspannung – zumindest eine Phase – gegen Masse messen, und den Spitzenwert berechnen. Nach Berücksichtigung des Formfaktors – nicht deformiertes Sinussignal vorausgesetzt – kann man so in Kombination mit dem Brückenstrom auf die einigermaßen richtige Ausgangswirkleistung schließen. Nicht berücksichtig, da so nicht messbar, werden jedoch Blindströme komplexer Verbraucher.

Wofür willst Du den Wechselrichter schlussendlich eigentlich verwenden? Bei meinem Projekt ging es damals eigentlich nur darum, ein derartiges Projekt zu realisieren, also nur um den Weg dahin.


Beste Grüße,
Roland.

[pizzakurier]

Hallo Andreas bzw Themenersteller.
Es ist mittlerweile Sommer 2013 als ich diesen Thread gefunden habe.
Leider spukt Lycos mir keinerlei Bilder bzw. Dokus mehr aus.
Könntest Du mir diese zukommen lassen?
Idealerweise als Mail an df7sx@gmx.de .
Vielen Dank im Voraus.

vy73 de df7sx
Bernhard

[ari2605]

Hallo Bernhard,

inzwischen habe ich mir extra Platinen für den Wandler fertigen lassen. Wie auch Roland seinerzeit hatte ich erhebliche EMV-Probleme, sobald die Sinus-Endstufe eingeschaltet wurde. Durch den festen Aufbau, Abblocken der Zwischenkreis-Spannung mit Kerkos und Ferritperlen auf den Drains der Hochvolt-MOSFET's konnte ich es soweit zum Laufen bringen, das der Controllerr nicht mehr abstürzt. Aber mit dem Scope sehe ich auf der 12V und 5V-Versorgung immer noch Einbrüche im 40ns-Bereich. Unter folgendem Link findest Du einige Bilder; durch den kompakten Aufbau kann man die Details leider nicht so gut erkennen. https://drive.google.com/folderview?...EU&usp=sharing