Pulsweitenmodulierte Wechselrichter (PWM-Wechselrichter) ersetzten die älteren Versionen von Wechselrichtern und haben ein breites Anwendungsspektrum. Praktischerweise werden diese in Schaltkreisen der Leistungselektronik eingesetzt. Die auf der PWM-Technologie basierenden Wechselrichter verfügen über MOSFETs in der Schaltstufe des Ausgangs. Die meisten heute verfügbaren Wechselrichter verfügen über diese PWM-Technologie und sind in der Lage, Wechselspannung unterschiedlicher Größe und Frequenz zu erzeugen. In diesen Wechselrichtertypen gibt es mehrere Schutz- und Steuerkreise. Durch die Implementierung der PWM-Technologie in den Wechselrichtern sind sie für die unterschiedlichen angeschlossenen Lasten geeignet und ideal.

Was ist ein PWM-Wechselrichter?

Ein Wechselrichter, dessen Funktionalität von der Pulsweitenmodulation Technologie abhängt, wird als PWM-Wechselrichter bezeichnet. Diese sind in der Lage, die Ausgangsspannungen je nach Land unabhängig von der Art der angeschlossenen Last auf den Nennspannungen zu halten. Dies kann durch Ändern der Schaltfrequenzbreite am Oszillator erreicht werden.

 

PWM-Wechselrichter-Schaltplan

Das Schaltbild des PWM-Wechselrichters ist im folgenden Diagramm dargestellt

In den PWM-Wechselrichtern werden verschiedene Schaltungen verwendet. Einige davon sind unten aufgeführt

Batterieladestrom-Sensorschaltung
Der Zweck dieser Schaltung besteht darin, den zum Laden der Batterie verwendeten Strom zu erfassen und ihn auf dem Nennwert zu halten. Um die Haltbarkeit der Batterien zu schützen, ist es wichtig, Schwankungen zu vermeiden.

Stromkreis des Batterieladestromsensors

Der Zweck dieser Schaltung besteht darin, den zum Laden der Batterie verwendeten Strom zu erfassen und ihn auf dem Nennwert zu halten. Um die Haltbarkeit der Batterien zu schützen, ist es wichtig, Schwankungen zu vermeiden.

Batteriespannungs-Erfassungsschaltung

Dieser Schaltkreis wird verwendet, um die Spannung zu erfassen, die zum Laden der Batterie erforderlich ist, wenn diese erschöpft ist, und mit der Erhaltungsladung der Batterie zu beginnen, sobald sie vollständig aufgeladen ist.

Wechselstromnetz-Erfassungsschaltung

Diese Schaltung soll die Verfügbarkeit von Wechselstromnetzen erkennen.  Wenn es verfügbar ist, befindet sich der Wechselrichter im Ladezustand und bei fehlender Netzversorgung befindet sich der Wechselrichter im Batteriemodus.

Sanftanlaufschaltung

Es wird verwendet, um den Ladevorgang nach Wiederaufnahme der Stromversorgung um 8 bis 10 Sekunden zu verzögern. Es soll die MOSFETs vor den hohen Strömen schützen. Dies wird auch als Netzverzögerung bezeichnet.

Umschaltkreis

Je nach Netzverfügbarkeit schaltet dieser Schaltkreis den Betrieb des Wechselrichters zwischen Batterie- und Lademodus um.

Schaltkreis abschalten

Dieser Schaltkreis dient dazu, den Wechselrichter genau zu überwachen und ihn abzuschalten, wenn eine Anomalie auftritt.

PWM-Controller-Schaltkreis

Zur Regelung der Spannung am Ausgang wird dieser Regler verwendet. Die Schaltung, die zur Durchführung von PWM-Vorgängen benötigt wird, ist in den ICs integriert und diese sind in dieser Schaltung vorhanden.

Batterieladestromkreis

Der Ladevorgang einer Batterie im Wechselrichter wird durch diese Schaltung gesteuert. Der von der Sensorschaltung des Netzes und den Sensorschaltungen der Batterie erzeugte Ausgang ist die Eingabe für diese Schaltung.

Oszillatorschaltung

Diese Schaltung ist in den PWM-IC integriert. Es dient zur Erzeugung der Schaltfrequenzen.

Treiberschaltung

Der Ausgang des Wechselrichters wird von dieser Schaltung basierend auf dem erzeugten Schaltsignal der Frequenz angesteuert. Es ähnelt dem einer Vorverstärkerschaltung.

Ausgabeabschnitt

Dieser Ausgangsabschnitt besteht aus einem Aufwärtstransformator und wird zum Antrieb der Last verwendet.

Funktionsprinzip

Der Entwurf eines Wechselrichters umfasst verschiedene Topologien von Stromkreisen und Methoden zur Spannungssteuerung. Der konzentrierteste Teil des Wechselrichters ist seine am Ausgang erzeugte Wellenform. Zur Filterung der Wellenform werden Induktivitäten und Kondensatoren verwendet. Um die Harmonischen aus dem Ausgang zu reduzieren, werden Tiefpassfilter verwendet.

Wenn der Wechselrichter über einen festen Wert an Ausgangsfrequenzen verfügt, werden Resonanzfilter verwendet. Für die einstellbaren Frequenzen am Ausgang werden Filter oberhalb des Maximalwerts der Grundfrequenz abgestimmt. Die PWM-Technologie verändert die Rechteckwellencharakteristik. Die zum Schalten verwendeten Impulse werden moduliert und geregelt, bevor sie der angeschlossenen Last zugeführt werden. Wenn keine Spannungsregelung erforderlich ist, wird eine feste Impulsbreite verwendet.

PWM-Wechselrichtertypen und Wellenformen

Die PWM-Technik in einem Wechselrichter besteht aus zwei Signalen. Ein Signal dient als Referenz und das andere als Träger. Der zum Umschalten des Wechselrichtermodus erforderliche Impuls kann durch den Vergleich dieser beiden Signale erzeugt werden. Es gibt verschiedene PWM-Techniken.

Einzelpulsweitenmodulation (SPWM)

Für jeden Halbzyklus steht nur ein Impuls zur Steuerung der Technik zur Verfügung. Das Rechteckwellensignal dient als Referenz und eine Dreieckswelle dient als Träger. Der erzeugte Gate-Impuls ist das Ergebnis des Vergleichs der Träger- und Referenzsignale. Höhere Harmonische sind der größte Nachteil dieser Technik.

Mehrfache Pulsweitenmodulation (MPWM)

MPWM-Technik wird verwendet, um den Nachteil von SPWM zu überwinden. Anstelle eines einzelnen Impulses werden für jede Halbwelle der Spannung am Ausgang mehrere Impulse verwendet. Die Frequenz am Ausgang wird durch Steuerung der Trägerfrequenz gesteuert.

Sinusförmige Pulsweitenmodulation

Bei dieser Art von PWM-Technik wird anstelle einer Rechteckwelle eine Sinuswelle als Referenz verwendet und der Träger ist eine Dreieckswelle. Die Sinuswelle ist der Ausgang und ihr Effektivwert der Spannung wird durch den Modulationsindex gesteuert.

Modifizierte sinusförmige Pulsweitenmodulation

Die Trägerwelle wird für das erste und das letzte 60-Grad-Intervall pro Halbwelle angelegt. Diese Modifikation wurde eingeführt, um die harmonischen Eigenschaften zu verbessern. Es verringert den Schaltverlust und erhöht die Grundschwingung.

Anwendungen

Am häufigsten werden PWM-Wechselrichter in Drehzahl-Wechselstromantrieben eingesetzt, bei denen die Drehzahl des Antriebs von der Variation der Frequenz der angelegten Spannung abhängt. Die meisten Schaltkreise in der Leistungselektronik können mithilfe von PWM-Signalen gesteuert werden. Um die Signale in analoger Form von digitalen Geräten wie Mikrocontrollern zu erzeugen, ist die PWM-Technik von Vorteil. Darüber hinaus gibt es verschiedene Anwendungen, bei denen die PWM-Technologie in unterschiedlichen Schaltkreisen eingesetzt wird.

Hier geht es also um einen Überblick über PWM-Wechselrichter, Typen, Funktionsweise und ihre Anwendungen. Können Sie beschreiben, wie die PWM-Technologie in der Telekommunikation eingesetzt wird?