Stromrichter

Was versteht man unter einem Wechselrichter?

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Ein Wechselrichter ist ein elektrisches Gerät. Wechselrichter sind auch als Inverter bekannt. Sie wandeln einen Gleichstrom in Wechselstrom um. Handelsübliche Wechselrichter sind für die gängige einphasige Spannung und dreiphasigen Strom erhältlich. Moderne Wechselrichter erreichen einen Wirkungsgrad von fast hundert Prozent.

Wechselrichter kommen immer dann zum Einsatz, wenn eine Gleich- in Wechselspannung umgewandelt werden muss. Zu den bekanntesten Anwendungsgebieten von Wechselrichtern gehören Solarwechselrichter für Solaranlagen, USVs und Zigarettenanzünder in Fahrzeugen.

Man unterscheidet Wechselrichter in selbstgeführte und fremdgeführte elektrische Geräte für die Spannungsumwandlung. Selbstgeführte Wechselrichter arbeiten mit selbst abschaltbaren Ventilen und sind in der Lage, unabhängig vom Stromnetz zu agieren. Fremdgeführte Wechselrichter hingegen sind nicht mit solchen Ventilen ausgestattet und können nur Gleichstrom in Wechselstrom umwandeln – die umgekehrte Variante ist nicht möglich.

Anwendungsbeispiel:

Wechselrichter für Solaranlagen gehören zu den fremdgeführten Wechselrichtern. Sie werden auch als Solarwechselrichter bezeichnet und sind eine Komponente der Solaranlage. Die Eingangsseite bietet Platz für einen Gleichstromsteller. Der Mikroprozessor wird von einem Tracker gesteuert. Auf der Ausgangsseite des Solarwechselrichters befindet sich der ein- oder auch dreiphasige Wechselrichter. Zu den bekannten Anwendungsgebieten gehören weiterhin unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme (USV), die als selbstgeführte und nicht vom Netz abhängige Geräte in Krankenhäusern oder Rechenzentren den Betrieb gegen Stromausfälle absichern.

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Stromrichter

Fremdgeführte Wechselrichter

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Wechselrichter sind auch als Inverter bekannt und werden zur Umwandlung von Strom eingesetzt. Konkret wandeln Wechselrichter eine Gleichspannung in Wechselspannung um. Inverter werden damit zur Erzeugung von Wechselstrom eingesetzt, der als einphasiger und dreiphasiger Strom von einem Wechselrichter erzeugt werden kann. Moderne Wechselrichter, die Teile aus Siliziumkarbid enthalten, erreichen hervorragende Wirkungsgrade von fast einhundert Prozent.

Wechselrichter werden auf Basis ihrer Steuerungsart in zwei verschiedene Typen eingeteilt: Selbst geführte und fremd geführte Inverter. Erstere Produktgruppe arbeitet mit Ventilen wie Transistoren, die sich selbst abschalten. Die Ventile selbst geführter Wechselrichter schalten sich eigenständig an und aus. Die selbst geführten Wechselrichter können damit unabhängig vom Stromnetz zur Umwandlung von Gleich- in Wechselspannung und umgekehrt eingesetzt werden. Man spricht aufgrund der Unabhängigkeit des selbst geführten Inverters vom Stromnetz auch von einem Inselnetz.

Als fremd geführte Wechselrichter werden Inverter am Netz betrieben. Zu den fremd geführten Wechselrichtern zählen beispielsweise Dioden. Diese Wechselrichter arbeiten immer mit einer konstanten Wechselspannung aus dem Stromnetz und erzeugen eine Gleichspannung. Diese Schaltungstypen werden auch als Gleichrichterschaltungen geführt. Fremd geführte Wechselrichter wandeln aber nicht nur Wechselstrom aus dem Netz in Gleichstrom um, sondern können diesen Prozess auch umkehren und eine Gleichspannung in das Wechselstromnetz einspeisen.

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Stromrichter

Gleichrichter – Teil 1

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In der Elektrotechnik haben Gleichrichter die Aufgabe, Wechselspannung in eine Gleichspannung umzuwandeln. Spezielle Kondensatoren sollen dabei die gleichgerichtete Spannung glätten. Die Gleichrichter gehören zu der Gruppe der Stromrichter. Die Gleichrichtung erfolgt in fast allen Fällen ungesteuert durch Halbleiterdioden, die über einen Wirkungsgrad von fast 95 % verfügen. Eine gesteuerte Gleichrichtung dagegen erfolgt mit Hilfe von sogenannten Halbleiterbauelementen, den Thyristoren. Für Synchrongleichrichter werden Feldeffekttransistoren (MOSFETs) eingesetzt, die kleine Spannungen und größere Ströme gleichrichten.

Gleichrichter und ihre Anwendung

Die Gleichrichtung von Wechselstrom aus dem Netz soll elektrische Verbraucher mit Gleichstrom versorgen. Weitere Anwendung finden Gleichrichter zum Betrieb von weit entfernten Stromnetzen oder auch bei nicht synchronen Stromnetzen. Außerdem dienen Gleichrichter zu bestimmten Messzwecken und für die Hüllkurvendemodulation auf dem Gebiet der Nachrichtentechnik.

Gesteuerte und ungesteuerte Gleichrichter

Die Gleichrichter gibt es in zwei Arten. Die gesteuerten Gleichrichter werden in gesteuerten Gleichrichterschaltungen verwendet, während die ungesteuerten Gleichrichter in ungesteuerten Gleichrichterschaltungen eingebaut sind.

So funktionieren gesteuerte Gleichrichter:

Die gesteuerten Gleichrichter sind Schaltelemente aus der Elektronik, die Thyristoren und MOSFETs sein können. Sie arbeiten mit einer Steuerspannung, welche die Schalterzeiten zum Öffnen und Schließen regelt. Bei einigen Schaltern fließt der Strom in beide Richtungen. Sie werden auch Synchrongleichrichter genannt, weil die Schalterstellung synchron zur Änderung der Wechselspannung angesteuert wird. Auf diese Weise kann der Strom gleichgerichtet werden.

So funktionieren ungesteuerte Gleichrichter:

Die ungesteuerten Gleichrichter arbeiten ohne Steuerelektronik. Der Umschaltvorgang wird allein durch die anliegende Spannung an den Dioden geregelt. Dioden haben nämlich den Vorteil, dass sie den Strom immer nur in eine Richtung fließen lassen. Anwendungsbeispiele von ungesteuerten Gleichrichtern sind unter anderem Halbleiterdioden, die Namen wie Schottky-Dioden tragen. In den Hintergrund geraten sind dagegen Röhrendioden, Selengleichrichter und Quecksilberdampfgleichrichter.

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Inverter

Wechselrichter – Teil 2

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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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