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  F&A Wechselrichter

INFO - Wechselrichter


Was ist ein echter Sinusinverter?

Ein Inverter (=Wechselrichter) ist in der Lage Batteriespannung (DC) in eine Wechselspannung z.B. 230V AC/50Hz umzuwandeln. Dies kann auf verschiedene Weise erreicht werden. Wir möchten einige Besonderheiten erklären.

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Rechteckinverter

Diese Inverter haben eine Ausgangsspannung von 230V AC/50 Hz in Form einer rechteckförmigen Spannung am Ausgang. Die Regelung bezüglich Spannungsgenauigkeit ist oft sehr ungenau und die Ausgangsspannung ist direkt von der Batteriespannung und der angeschlossenen Verbrauchern abhängig. Rechteckinverter können im Betrieb mit rein ohmischen Lasten (Cos Phi = 1, z.B. ungeregelte Heizungen etc.) sehr gute Wirkungsgrade erzielen. Auch für den Betrieb von Geräten mit Schaltnetzteilen sind sie meist gut geeignet sofern die gängigen EMV Normen eingehalten werden.

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Problematisch ist der Betrieb von folgenden Verbrauchern:

  • Verbraucher mit anderem COS Phi als 1 (Kapazitive oder induktive Lasten).
  • Stromsparlampen und anderen Verbrauchern mit kapazitiven Spannungsteilern. Die Lebensdauer der Verbraucher wird durch den steilen Anstieg der Spannung massiv reduziert.
  • Störungen von Bild (weisse Streifen) und Ton (Geräusche) bei Audio- , Video- und TV-Geräten.
  • Verbraucher mit Phasenanschnittsteuerung, empfindlicher Elektronik.
  • Motorische Verbraucher, hier stellen sich zwei Probleme. Zum einen ist der Gesamtwirkungsgrad sehr schlecht. Der Motor wird stark aufgeheizt durch den raschen Stromanstieg. Die Lager nehmen schnell Schaden, da der Motor dadurch sehr unrund läuft.

Inverter mit geregelter Rechteckspannung, Trapezinverter, Quasisinusinverter


Um es vorwegzunehmen, die beiden letzten Bezeichnungen (und es gibt noch andere) sind reine Erfindungen von Marketingleuten. Alle obigen Inverter haben eine Regelung der Ausgangsspannung mit

PWM gemeinsam. Dies ist bereits eine deutliche Verbesserung gegnüber ungeregelten Invertern. Diese Geräte sind in der Lage die Ausgangsspanung unabhängig von der Batteriespannung und der verwendeten Last konstant zu halten. Alle anderen Nachteile bleiben bestehen!

 

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Inverter mit reiner Sinusspannung


Seit einigen Jahren gehören diese Inverter zum Stand der Technik. Ausser dem Preisargument gibt es keinen vernünftigen Grund auf andere Technologien zu schwenken.

Die Sinusspannung ist eine natürliche Spannungsform wie sie auch von jedem Kraftwerk erzeugt wird und bei Ihnen aus der Steckdose kommt.

 

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Alle Verbraucher sind für den Einsatz mit einer sinus Spannung entwickelt worden!

 

Diese Art Inverter ist etwas komplizierter im Aufbau und deshalb auch teurer in der Herstellung. Ein zusätzliches PWM Filter erzeugt die gewünschte Sinusspannung am Ausgang des Inverters. Der Eigenverbrauch dieser Geräte ist leicht höher als von Rechtekinvertern. Der bestechende Vorteil liegt aber beim hohen Wirkungsgrad im Einsatz und dem absolut problemlosen Gebrauch praktisch aller handelsüblichen Lasten.

 

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Weitere technische Besonderheiten auf einen Blick:

  • 50Hz Technologie: Ein Transformator sorgt für eine galvanische Trennung zwischen der DC- und AC-Seite. Dadurch ist ein hoher Sicherheitsstandard garantiert. Zudem ist eine hohe Betriebssicherheit des Gerätes gewährleistet da die verwendeten Bauteile reduziert werden können. Die Geräte können auch Blindströme zurück in die Batterie führen. Der einzige Nachteil dieser Technologie ist das höhere Gewicht und grössere Volumen der Geräte.
  • Hochfrequenzgeräte der ersten Generation: Es handelt sich meist um billige Produkte. Bei diesen Geräten ist keine galvanische Trennung von der AC- zur DC-Seite gewährleistet. Diese Geräte sind eigentlich technisch veraltet und sollten nicht mehr eingestzt werden.
  • Hochfrequenzgeräte der zweiten Generation: Bei diesen Geräten erfolgt die galvanische Trennung via HF-Transformator. Dies erlaubt eine Reduzierung des Gewichts. Die Anzahl elektronischer Bauteile ist höher als bei der 50Hz Technologie. Der Wirkungsgrad ist bei ohmischen Lasten vergleichbar. Jedoch sind die Geräte meistens nicht in der Lage Blindströme in die Batterie zurückzuführen. Die Geräte sind deshalb nur begrenzt für Lasten mit schlechtem Powerfaktor (COS Phi) einsetzbar.

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Was muss ich bei der Auswahl von Batterien beachten?

 

Wechselrichter müssen mit einer Batterie ausreichender Grösse betrieben werden. Die Batterie muss für Zyklenbetrieb geeignet sein. Für Bleiakkus gilt die Faustregel: Je kürzer die Entladezeit, umso kleiner ist die entnehmbare Energie. Das heisst, dass z.B. eine Batterie mit 100Ah 10 Stunden einen Strom von 10 Ampère abgeben kann (Nicht-Realistische Theorie)

Entlädt man die Batterie hingegen mit 100 Ampère, wird sie diesen Strom auf keinen Fall für eine Stunde liefern, sondern nur für ca. 10 bis 20 Minuten. Dementsprechend sollte die Batteriekapazität so gewählt werden, dass bei der zu erwartenden Last eine Betriebsdauer von einigen Stunden zu erwarten ist. Zusätzlich sollten der Batterie im Zyklenbetrieb max. 30% Energie/Zyklus entnommen werden um eine gute Lebensdauer zu erreichen.


Beispiel: Wechselrichter mit einer Leistung von 1000W 12V oder 24V

Berechnung: 1000W x 5= 5000/12V = 416Ah, 5000/24V = 208Ah 


Beispiel: Die Lebensdauer einer Batterie beträgt ca. 1500 Zyklen bei einer max. Energieentnahme von 30% pro Zyklus. Wird der Batterie 60% Energie pro Zyklus entzogen, sinkt die Lebensdauer bereits drastisch auf ca. 500 Zyklen.

 

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Wie sollte die Batteriebank abgesichert werden?

 

Die Absicherung sollte so nahe wie möglich bei der Batterie erfolgen, da damit gerechnet werden muss, dass ein Leitungskurzschluss auftreten kann. In diesem Fall kann es bei ungeschützter DC Leitung zu einem Brand kommen


Auf was muss bei der Auswahl der Anschlusskabel geachtet werden?

 

In den Anschlusskabeln für den Gleichstrom (Batterieverbindung) entsteht ein Spannungsverlust gemäss dem Ohmschen Gesetz U=R*I. Als Faustformel hilft: 1m Kabel mit 25 mm2 Querschnitt hat einen Widerstand von ca. 0.001 Ohm (genau 0.0007 Ohm). Dieser Wert mit dem Batteriestrom multipliziert ergibt den Spannungsverlust.

 

Rechenbeispiel:


Wechselrichter mit Nennlast, zu erwartender Strom von 140 Amp, je 1.5m Plus und Minusleitung, U(Volt)=3m*140A*0.001Ohm=0.42 Volt. In diesen Kabeln werden 0.42V*140A= 58.8 Watt verheizt! Verdopplung des Querschnitts bringt Halbierung des Verlustes, hier wären 35mm2 oder noch besser 50mm2 angebracht.

 

Fazit: Inverter nahe bei den Batterien plazieren max. 1.5m!

 

Anmerkung Stecker für Zigarettenanzünder:
Einige Inverter werden mit Stecker für Zigarettenanzünder geliefert. Obwohl die besten erhältlichen Stecker verwendet werden, sind diese Stecker mit sehr grossen Übergangsverlusten behaftet, vor allem wenn der Wechserichter bei Nennlast oder darüber betrieben wird. Für Anwendungen mit hoher Last ist es deshalb empfehlenswert, die Anschlusskabel direkt an die Batterie anzuschliessen.

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Was bedeutet Cosinus phi?

 

Bei Lasten, welche stark induktiv sind, ist das Produkt aus Strom und Spannung (VA, AC Seite) viel grösser als die Wirkleistung (Watt), die dem Inverter entnommen wird. Typische Lasten: Asynchronmotoren, Leuchtstoffröhren, etc. Dies bedeutet, dass der Batterie Strom entnommen wird. Diese Energie wird in der Induktivität (Spule) zwischengespeichert und kurz darauf wieder in die Batterie zurückgespeist. Das Problem liegt darin, dass diese hohen Ströme Verluste in Spulen und Halbleitern, aber auch in den Zuleitungen verursachen. Man kann sich vorstellen, dass durch diese "Blindströme" kein Platz mehr ist für "Wirkströme". 


Was bedeutet  AC?

International wird Wechselstrom häufig auf Englisch mit alternating current bzw. mit dem Kürzel AC bezeichnet. AC steht hierbei für "alternating current" was wieder korrekt übersetzt Wechselstrom und nicht Wechselspannung bedeutet.


Was bedeutet DC?

Das Kurzzeichen für Gleichspannung ist das Gleichheitszeichen. 12V= ist beispielsweise die Kurzbezeichnung für eine Gleichspannung von 12 Volt. Besonders im englischsprachigen Raum ist 12V DC oder 12V D.C. gebräuchlich. DC steht hierbei für „direct current“, was korrekt übersetzt jedoch Gleichstrom und nicht Gleichspannung bedeutet.


Was bedeutet VA?

Das VoltAmpere ist ein spezieller Name für die Einheit Watt = 1 Volt mal 1 Ampere und kann somit grundsätzlich bei allen Leistungsangaben – nicht nur für Produkte aus elektrischer Spannung und elektrischer Stromstärke – benutzt werden

 

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Meist gestellte Frage:

Warum läuft mein Verbraucher, der mit 600W deklariert ist nicht mit einem 600VA Inverter?

 

Mehrere Gründe können in Frage kommen:

Die Scheinleistung (VA) ist um den CosPhi grösser als die deklarierte Wirkleistung.

 

Beispiel: CosPhi=0.6 heisst 600 / 0.6= 1000VA!

 

Oft ist die Wellenleistung deklariert. Die Aufnahmeleistung ist dann wesentlich höher!

Der benötigte Anlaufstrom (Anlaufleistung) kann je nach Motor 5-10 mal grösser sein als der Nennstrom (Nennleistung).


Warum erkennt die automatische Lasterkennungsschaltung meinen Verbraucher nicht?

 

Die Lasterkennungsschaltung hat einige Begrenzungen, die von der verwendeten Technik her gegeben sind. Eine Messeinrichtung wird für mehrere Messungen eingesetzt. Da jedoch die Anforderungen der zu messenden Strömen von sehr grossen Werten z.B. Überlastbegrenzung bis zu sehr kleinen Werten bei der Erkennung von kleinen Lasten extrem unterschiedlich sind kann es sein, dass nicht alle Lasten einwandfrei erkennt werden. Zudem kann die Einschaltschwelle auch mit unterschiedlicher Batteriespannung oder Temperatur leicht varrieren. Erschwerend ist oft, dass viele Verbraucher (kleine Stromsparlampen) einen schlechten CosPhi haben.

Ein möglicher Fall ist auch, dass der Inverter die Last erkennt und einschaltet, aber nach 10 Sekunden wieder ausschaltet, weil die gemessene Leistung wieder unter den Schwellenwert absinkt.

 

 

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Wie geht der Inverter mit Überlast um?

 

Das Überlastverhalten eines Inverters ist ein wesentliches Qualitätsmerkmal. Es ist absolut notwendig um schweranlaufende Motoren, Kompressoren und Maschinen zu starten. Um die Überlastfähigkeit voll auszunützen sind folgende Faktoren zu beachten:

 

Genügend grosse Batteriebank:

(Die Nennspannung sollte auch im Überlastfall vorhanden sein). Grosse Anschlussquerschnitte um den Spannungsabfall bei den sehr hohen Strömen zu minimieren.

 

Temperatur:

Je höher die Umgebungstemperatur oder die Temperatur des Gerätes desto geringer ist die Überlastfähigkeit. Der Inverter misst die benötigte Leistung und stellt das Gerät wenn nötig ab um Beschädigungen vorzubeugen. Generell sollte der Inverter so dimensioniert werden, dass diese Situation selten vorkommt um eine lange Lebensdauer aller Komponenten sicher zu stellen.

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