Wie wird ein PWM-Signal mit einem Transformator in Sinus umgewandelt?

Wie funktioniert eine Sinusdrossel genau? In den meisten Hochleistungswechselrichtersystemen wird die Primärseite des Ausgangstransformators immer von einem PWM-Signal angesteuert. Der sekundäre Ausgang, der an eine Last gesendet wird, sollte ebenfalls PWM sein. Wie wandelt ein Wechselrichter für reine Sinuswellen diese PWM genau in eine reine Sinuswelle um?

Hier ist ein PWM-Signal, das einem Transformator zugeführt und diesem Diagramm überlagert wird, die Sinuswelle, die die PWM darstellt: -

Die Sekundärseite des Transformators hat normalerweise eine Induktivität und einen Kondensator, die ein Tiefpassfilter 2. Ordnung bilden, wodurch das PWM-Signal in (mehr oder weniger) eine ziemlich anständige Sinuswelle umgewandelt wird.

Wenn Sie beispielsweise den Hochfrequenzgehalt der PWM-Wellenform nehmen, sieht diese wie eine Rechteckwelle mit variierendem Arbeitszyklus aus, und Sie können dies ganz einfach tiefpassfiltern, um Folgendes zu erhalten:

Links ist die ursprüngliche Rechteckwelle. In der Mitte ist ein bisschen gefiltert und rechts ist die Filterung viel größer.

Somit können die Hochfrequenzflanken des PWM-Signals stark reduziert werden, wobei der Niederfrequenzgehalt verbleibt, der die Sinuswelle darstellt. In der Tat erhalten Sie etwas, das normalerweise so aussieht: -

Sie können immer noch sehen, dass die Wellenform ein wenig vom PWM-Signal enthält, aber im Wesentlichen ist es eine Sinuswelle.

Wenn Ihre PWM-Frequenz 60 kHz und Ihr Wechselstrom 60 Hz beträgt, können Sie einen Filter so positionieren, dass er einen Grenzwert von 600 Hz hat, und zwischen ihm und 60 kHz liegen 2 Jahrzehnte. Ein Filter 2. Ordnung würde die 60 kHz um 80 dB (40 dB pro Jahrzehnt) dämpfen:

Sie könnten bemerken, dass ich einen Filter mit einem Grenzwert von 600 Hz erwähnt habe und mich frage, warum er zehnmal höher als der Wechselstrom von 60 Hz ist. Sie könnten fragen, warum Sie es nicht bei 60 Hz haben und dies wäre eine gute Frage. Der Grund, warum es nicht bei 60 Hz liegt, ist zweierlei: -

1. Es würde eine Dämpfung von 3 dB des Wechselstroms geben
2. Wenn das Filter extrem resonant wäre, würde es große Mengen an Strom verbrauchen, da es praktisch auch ein Serienresonanzkreis über die Leitung ist.

Es muss so weit wie möglich von 60 Hz entfernt positioniert werden, um große zirkulierende Ströme im L und C des Filters zu vermeiden, ABER Sie möchten es nicht bei 60 kHz aus der Nähe haben, da es den Hochfrequenzgehalt nicht herausfiltert sehr gut. Das Minimum ist 100 Hz, würde ich sagen, und es sollte mindestens 1 Jahrzehnt von der niedrigsten PWM-Frequenz entfernt sein (Generalismus-Alarm!).

Die grundlegende Antwort ist die Tiefpassfilterung . Der langsamere "Durchschnitt" der PWM-Wellenform ist das gewünschte Netzfrequenzsignal (wie 60 Hz). Diesem Signal ist das Hochfrequenz-PWM-Chopping überlagert.

Die Induktivität des Transformators bildet zusammen mit einer gewissen Kapazität am Ausgang ein LC-Tiefpassfilter. Dieser Filter lässt die 60-Hz-Komponente mit geringer Dämpfung durch, dämpft jedoch die PWM-Zerhackungsfrequenz von vielen kHz stark.

Schaltnetzteile arbeiten im Allgemeinen an diesem Konzept. Das Impulssignal enthält eine absichtliche Niederfrequenzkomponente, die im Idealfall alles ist, was es zum Ausgang schafft.

Sie haben zwei Möglichkeiten:
1. Niederspannungs-Gleichstrom wird mit Push-Pull-PWM und Step-Up-Ferrit-Transformator bei hoher Frequenz schrittweise konvertiert. Es kann sich auch um einen Flyback-Wandler oder einen phasenverschobenen PWM-Wandler anstelle eines Push-Pull handeln. An der Sekundärseite des HF-Transformators befindet sich ein Gleichrichter mit Kappen und Sie erhalten die HV-Gleichspannung. Die zweite Stufe ist eine H-Brücke mit Sinus-PWM, die über ein Ausgangs-Tiefpass-LC-Filter verfügen muss, um Hochfrequenzen herauszufiltern.
2. Die Gleichspannung wird mit Sinus-PWM invertiert, dann mit einem Tiefpass-LC-Filter und anschließend mit einem klassischen Aufwärtstransformator gefiltert.

Nur eine kleine Ergänzung zur Antwort von Andy. Wenn Sie die PWM-Wellenform sorgfältig erstellen, können Sie die Energie in den Harmonischen auf höhere Frequenzen verschieben, um das Herausfiltern zu erleichtern. Suchen Sie nach Harmonic Elimination Pulse Width Modulation. Ich habe ein kleines Stück darüber geschrieben. http://www.grant-trebbin.com/2013/10/harmonic-elimination-pwm-comparison-and.html