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Von der Rechteckwelle zur Sinuswelle: Wie wirken sich Wechselrichter auf unsere Stromqualität aus?
Wechselrichter spielen in heutigen Energiemanagementsystemen eine entscheidende Rolle, insbesondere bei Anwendungen für erneuerbare Energien und Stromumwandlung. Die Hauptfunktion des Wechselrichters besteht darin, Gleichstrom (DC) in Wechselstrom (AC) umzuwandeln. Art und Qualität der von ihm erzeugten AC-Wellenform wirken sich auf die Betriebseffizienz und Sicherheit des Geräts aus. Daher ist es nicht nur für Fachleute wichtig, die Funktionsweise des Wechselrichters und seine Auswirkungen auf die Stromqualität zu verstehen, sondern auch für normale Benutzer.
Grundlegendes Funktionsprinzip des Wechselrichters
Wechselrichter verwenden verschiedene elektrische und elektronische Geräte und Schaltkreise, um Gleichspannung in Wechselspannung umzuwandeln. Diese Geräte können je nach ihrer Funktionsweise grob in statische und rotierende Wechselrichter unterteilt werden. Statische Wechselrichter enthalten normalerweise keine beweglichen Teile und sind für die Umwandlung auf elektronische Komponenten angewiesen.
„Die Ausgangswellenform des Wechselrichters kann eine Rechteckwelle, eine Sinuswelle oder eine modifizierte Sinuswelle sein, was einen großen Einfluss auf den Betrieb nachfolgender Geräte hat.“
Verschiedene Arten von Ausgangswellenformen und ihre Auswirkungen
Die Art der vom Wechselrichter erzeugten Wellenform ist ein entscheidender Faktor, der die Stromqualität beeinflusst. Im Folgenden sind die wichtigsten Wechselrichter-Wellenformtypen aufgeführt:
Rechteckwelle
Eine Rechteckwelle ist die einfachste Wellenform, aber ihre gesamte harmonische Verzerrung (THD) beträgt etwa 48,3 %, was sich nachteilig auf angeschlossene Audiogeräte auswirken und ein unnötiges „Brummen“ verursachen kann.
Sinuswelle
Ein Sinus-Wechselrichter kann eine mehrstufige Sinuswellenform erzeugen. Dieser Wechselrichtertyp wird normalerweise als reiner Sinus-Wechselrichter bezeichnet. Obwohl die Bezeichnung „reiner Sinus-Wechselrichter“ auf dem Markt weit verbreitet ist, sind die repräsentativen Ausgangswellenformen dieser Wechselrichter in Wirklichkeit nicht immer so perfekt.
„Die meisten Wechselrichter für den Endverbraucherbereich erreichen zwar immer noch keine perfekte Sinuswelle, für die meisten elektronischen Geräte ist diese Leistung jedoch ausreichend.“
Modifizierte Sinuswelle
Die modifizierte Sinuswelle besteht aus zwei Rechteckwellen, deren Wellenform nach einer gewissen Verzögerung abwechselt. Obwohl der THD dieser Wellenform im Vergleich zu einer reinen Sinuswelle immer noch hoch ist, verwenden viele preisgünstige Wechselrichter dieses Design.
Ungefähre Sinuswellen-PWM
Pulsweitenmodulationsmethoden (PWM), die Sinuswellen annähern, verwenden schnelles Schalten, um eine Wellenform zu erzeugen, die von einem Tiefpassfilter verarbeitet werden kann und die Form einer Sinuswelle genauer annähert.
Anwendungsbereich des Wechselrichters
Mit dem Fortschritt der Technologie werden Wechselrichter zunehmend in verschiedenen Prozessen eingesetzt, von der Motorfrequenzregelung bis hin zu unterbrechungsfreien Stromversorgungssystemen:
- Solarwechselrichter: In einer Photovoltaikanlage ist der Wechselrichter für die Umwandlung des von der Sonne gewonnenen Gleichstroms (DC) in Wechselstrom (AC) für den privaten oder gewerblichen Gebrauch verantwortlich.
- Unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV): Wird verwendet, um bei einem Stromausfall sofort Wechselstrom bereitzustellen und so sicherzustellen, dass die Geräte nicht beeinträchtigt werden.
- Elektrofahrzeuge: Frequenzumrichter werden verwendet, um die Drehzahl von Elektromotoren zu regulieren und so Effizienz und Leistung zu verbessern.
- Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ): Wandelt Wechselstrom in Gleichstrom um, um die Übertragungseffizienz bei der Stromübertragung über große Entfernungen zu verbessern.
Mit dem Aufkommen erneuerbarer Energien und den steigenden Ansprüchen an die Stromqualität wird die technologische Entwicklung von Wechselrichtern immer wichtiger. Angesichts einer sich ständig ändernden technologischen Landschaft müssen sich Unternehmen und Privatanwender an eine Vielzahl von Ausgangswellenformeigenschaften anpassen, um den normalen Betrieb und die Effizienz ihrer Geräte sicherzustellen. In diesem Zusammenhang könnten wir auch darüber nachdenken: Wie wählen wir im Zuge der zukünftigen Energiewende den richtigen Wechselrichter aus, um unsere Lebensqualität und Energieeffizienz zu verbessern?
