Resonanzwandler

In der elektrischen Energietechnik werden Schalternetzteile, die an einen Schwingkreis angeschlossen sind, als Resonanzwandler bezeichnet. Die kleinen Schalternetzteile sind auch unter der Bezeichnung Inverter bekannt und versorgen beispielsweise Leuchtstoffröhren. Der Inverter wandelt Gleichspannung in Wechselspannung um.

Resonanzwandler arbeiten mit zwei Rechteckspannungen, die sich nicht überlappen dürfen. Die Einschaltdauer beträgt jeweils 45 Prozent. Bei einer Überlappung der Spannung würde es zu einem Kurzschluss kommen. Resonanzwandler kommen in den unterschiedlichsten Bereichen zum Einsatz: Sie werden für Ventilatoren und im Wärmepumpenbau eingesetzt. Auch als Verdichter in handelsüblichen Klimaanlagen regeln die Inverter die Drehzahl. Neben der Drehzahlreglung werden Inverter auch für die Spannungsumwandlung von Gleich- in Wechselspannung für Schweißstromquellen eingesetzt. Als Wechselrichter werden Resonanzwandler bei der Einspeisung von Solarstrom verwendet. Ein weiteres Einsatzgebiet ergibt sich bei Akkus: Wechselspannung ist hier für den mobilen Betrieb notwendig.

Leuchtstofflampen mit einer Leistung von weniger als zehn Watt werden ebenfalls über einen Inverter betrieben. Als Vorschaltgerät liefert der Inverter hier die notwendige Spannung. In den meisten Energiesparlampen ist ein Resonanzwandler bereits verbaut. Der Inverter befindet sich bei Energiesparlampen im Lampensockel. Wer sich im Haushalt oder auf Arbeit umschaut, kann den Inverter auch noch an anderer Stelle direkt vor den Augen entdecken: Flachbildschirme werden mit Leuchtstoffröhren beleuchtet, die für die Hintergrundbeleuchtung zuständig sind. Resonanzwandler sind über den Fachhandel und natürlich auch über das Internet erhältlich. Die Schalternetzteile werden von verschiedenen Herstellern angeboten.

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Wechselrichter – Teil 2

Wechselrichter in der Photovoltaik

Ein noch relativ junges Einsatzgebiet von Wechselrichtern liegt im Bereich der Photovoltaik. Man unterscheidet bei netzgekoppelten Photovoltaikanlagen drei mögliche Arten von Wechselrichtern. Für Solarmodule werden Modulwechselrichter verwendet, die bei 100 bis 1400 Wp (Watt piek) liegen. Die sogenannten Strangwechselrichter sind die am häufigsten verwendeten Wechselrichter auf dem Gebiet der Photovoltaik. Für hohe Wirkungsgrade stehen die Zentralwechselrichter, die aufgrund ihrer Größe oft in einem eigenen Raum stehen.

Fremdgeführte Wechselrichter

Für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (Abk. USV) von Verbrauchern sorgen fremdgeführte Wechselrichter, die bei Stromausfall innerhalb weniger Millisekunden zugeschaltet werden. Der Wechselrichter besteht in diesem Fall aus einem Bleiakkumulator, der vom Netz auf einem bestimmten Niveau gehalten wird. Moderne Geräte verfügen über PWM-Wechselrichter (Pulsweitenmodulation), die wesentlich leichter sind.

Weitere Anwendungen von Wechselrichtern

In Schaltungen von Frequenzumrichtern sind ebenfalls Wechselrichter integriert. In diesem Fall wird eine Wechselspannung nach erfolgter Gleichrichtung in eine Wechselspannung mit gewünschter Frequenz umgewandelt. Anwendung findet diese Umwandlung bei Asynchronmotoren, die in ihrer Drehzahl gesteuert werden sollen.

Die Wechselrichter werden in Kraftfahrzeugen an den Zigarettenanzünder mit 12 Volt oder beispielsweise bei Bussen an den elektrischen Anschluss mit 24 Volt angeschlossen. Fahrzeugbesitzer sollten allerdings die Verwendung von Wechselrichtern höherer Leistung einschränken, um eine ausreichende Absicherung zu gewährleisten und damit eine Kontakterwärmung einzugrenzen. Daher sind Verbraucher mit einem Betrieb von bis zu höchstens 150 Watt für den Zigarettenanzünder ratsam.

Mehr Infos zum Thema: Wechselrichter Wikipedia

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Wechselrichter – Teil 1

Der Wechselrichter, auch Inverter genannt, hat in der Elektrotechnik die Aufgabe, Gleichstrom in Wechselstrom sowie Gleichspannung in Wechselspannung umzuwandeln. Angeboten werden unter anderem Geräte, die über einen 230 Volt Anschluss und ein Adapterkabel verfügen. Mit dem Adapter kann beispielsweise über den Zigarettenanzünder 12 Volt Gleichstrom in 230 Volt Wechselstrom umgewandelt werden. Das hat den Vorteil, dass mit einem Wechselrichter fast überall Strom zur Verfügung steht.

Anwendungsbereiche von Wechselrichtern

Einige Wechselrichter der neuen Generation können einen Wirkungsgrad von 98 Prozent erlangen. Sie arbeiten mit Halbleitern aus Siliciumcarbid, einer Verbindung aus Silicium und Kohlenstoff, welche für hohe Temperaturen und eine gute Wärmeleitfähigkeit ausgelegt ist. Die Wechselrichter werden in unterschiedlichen Bereichen eingesetzt. Man findet sie z.B. in Photovoltaikanlagen, Windkraftanlagen oder der Brennstoffzelle wieder. Weitere Anwendungsgebiete der Wechselrichter sind in Krankenhäusern und Rechenzentren. Hier haben sie die wichtige Aufgabe, für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zu sorgen.

Die Wechselrichter – Arten

Grundsätzlich werden bei Wechselrichtern zwei Steuerungsarten unterschieden. Sie werden die selbstgeführten und fremdgeführten Wechselrichter genannt. Die selbstgeführten Wechselrichter verfügen beispielsweise über Transistoren, die unabhängig vom Netz Wechselspannung erzeugen können. Die Ventile werden von den Wechselrichtern bei Bedarf zu- und abgeschaltet. Fremdgeführte Wechselrichter, welche auch als netzgeführte Wechselrichter bezeichnet werden, sind im Gegensatz zu den selbstgeführten Wechselrichtern vom Netz abhängig und haben die Aufgabe, Energie zu liefern.

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Inverter / Resonanzwandler

Der Inverter ist auch als Resonanzwandler bekannt und wandelt Gleichspannung in ein- oder mehrphasige Wechselspannung um.

Er ist eine schaltungstechnische Form eines Schaltteils, das bei der Energieübertragung mit einem Schwingkreis arbeitet. Im Gegensatz zu Umformern gibt es beim Inverter keine mechanisch bewegten Teile. Für den optimalen Betrieb sollte er mit einer konstanten Last betrieben werden.

Es gibt die verschiedensten Arten von Invertern mit unterschiedlichen Topologien.

Doch wird bei allen die energieübertragende Strecke im Bereich ihres Resonazpunktes betrieben. Manche Wandlertypen sind auch Teil des frequenzbestimmenden Oszillators.

Beispielsweise kann zur galvanischen Trennung je nach Anwendung der eingesetzte Resonanztransformator einen Transformator beinhalten bzw. damit ergänzt werden.

Bei Leistungen über 1 kW

Die leistungsübertragende Strecke inklusive Transformator bildet einen Schwingkreis mit zusätzlichen Kapazitäten und Induktivitäten, welcher den Bereich der Schaltfrequenz mitbestimmt. Für eine Leistungsanwendung über 1 kW wird so die Verlustleitung bei Schaltvorgängen in den Schalttransistoren minimiert.

Hier gibt es zwei Varianten von diesen Resonanzwandlern:

  1. ZVS (Zero Voltage Switching) Es wird immer im Nulldurchgang der Spannung geschaltet.
  2. ZCS (Zero Current Switching) Es wird immer nur im Nulldurchgang des Stromes geschaltet.

Bei Leistungen im Bereich um die 10 W

Für die kompakte Stromversorgung kleiner Leistungen im Bereich einiger 10 W, wird aus Kostengründen mit einer minimalen Anzahl diskreter Bauelemente ausgekommen.

In dieser Bauart wird kein Schwingkreis und keine Reglung mit zusätzlichen elektronischen Bauelementen benötigt.

Typische Anwendungsbereiche von Invertern:

  • Beleuchtung (Leuchtstofflampen,  Energiesparlampen)
  • Drehzahlreglung (Verdichter in Klimaanlagen , Verdichter im Wärmepumpenbau,                                            Ventilatoren, Drehstrom-Asynchronmaschinen, Drehstrom-Synchronmaschinen).
  • Wechselrichter (Einspeisung von Solarstrom ins öffentliche Netz, Umwandlung  von Akku- Gleichspannung in Wechselspannung, mobile Behausungen)
  • Strom- und Spannungswandlung  (in Schweißstromquellen)

Die passenden Inverter finden Sie hier: Inverter kaufen

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