Inverter mit IR2153

[Frank64]

Hallo zusammen,
verfüge leider nur über geringes Wissen was Elektronik anbelangt und wie sie funktioniert, dafür experimentiere ich um so mehr. Habe erst kürzlich einen kleine Wechselrichter um ein IR 2153 gebaut und 2 IRF3205 Mosfets eingesetzt. Der daran angeschlossene Trafo war mal ein MOT, dessen Primärwicklung ich erhalten und dessen sekundärwicklung ich für 2x12V mit gemeinsamen Mittelabgang aus einem alten Lautsprecherkabel selbst gewickelt habe. Jetzt ist folgendes passiert. Den Trafo habe ich ohne Last an die Steuerung gehängt, nur ein Messgerät zur Anzeige der hoffentlich 230V. Das Minuskabel der Batterie hatte ich an den - Eingang geklemmt. Als ich das Pluskabel an den + Eingang hielt entstand ein kleiner Funke und das wars. Da ich nach mehrmaliger optischer Überprüfung der Schaltung auf Lötfehler, Verdrahtungsfehler etc. der Meinung bin nichts falsch gemacht zu haben, stellt sich mir die Frage, was lief schief. Ist der Trafo zu fett, bzw. stellt er schon selbst eine zu hohe Last für die Transitoren dar ohne das an diesem eine Last hängt.

Weiß jemand Rat? Danke vorab

Gruß

Frank

[der mit den kurzen Armen]

Nö da wird deinerseits ein Fehler vorliegen, außerdem sollte die 230V Seite auch mit einer Grundlast betrieben werden. Nebenbei ein Schaltbild erklärt viele Sachen. Wir können nicht wissen was du da zusammen geschustert hast.

[Erfinderlein]

Ja da gebe ich meinem Vorredner recht. Ohne Schaltplan und Foto von beiden Seiten des "gestrickten" kann man dir da nicht helfen. Interessant genug wäre das Thema schon.

LG Lothar

[Frank64]

Hallo zusammen,

habe selbst versucht der Lage Herr zu werden und die anhängende Schaltung nochmals auf einem Breadboard nachgebaut, mit nagelneuen Bauteilen. Als Trafo habe ich mir einen 2x12V 50VA Ringkerntrafo gekauft, angeschlossen an eine 12V 30Ah Batterie mit einer Ladespannung von 13,4V gehangen. Als Last eine 12W Energiesparlampe drangehängt und siehe da, es funktioniert.
Allerdigs kommen aus der Schaltung nur 154V Wechselspannung raus und eine 40W Glühbirne glimmt nur ganz schwach.
Liegt das jetzt an dem evtl. zu schwachen Trafo und warum kommen da keine 230V raus?

Wisst Ihr rat? Danke vorab

[anders]

verfüge leider nur über geringes Wissen was Elektronik anbelangt und wie sie funktioniert,

Schlechte Vorausetzungen für solch ein anspruchsvolles Projekt.

Allerdigs kommen aus der Schaltung nur 154V Wechselspannung raus und eine 40W Glühbirne glimmt nur ganz schwach.
Liegt das jetzt an dem evtl. zu schwachen Trafo und warum kommen da keine 230V raus?

Ein Oszilloskop gibt dir die Antwort. Mit einem gewöhnlichen DMM bekommst du nur Hausnummern.

Vermutlich ist das Tastverhältnis zu klein. Die Streuinduktivität, die einem bei Manteltrafos das Leben schwer macht, ist bei einem Ringkerntrafo gewöhnlich sehr klein.

Generell aber kann man von einem Netztrafo nicht ein Übersetzungsverhältnis von 230/12 = 19,17 erwarten.
Da durch die Streuinduktivitär und den ohmschen Widerstand der Kupferwicklungen unter Last ein Spannungsverlust auftritt, wickelt man sekundärseitig einige Windungen mehr, damit der Trafo bei Nennlast seine Nennspannung liefert.
Eine Faustregel besagt, dass die Sekundärwicklung etwa 10% mehr Windungen haben sollte, als es dem gewünschten Überstzungsverhältnis entspricht. Das ergäbe dann eine 13,2V Wicklung.
Wieviel mehr der Trafobauer tatsächlich gewickelt hat, kannst du leicht messen, indem du die Leerlaufspannung des Trafos misst. Bei solchen Messungen immer auch die Primärspannung kontrollieren, denn die weicht oft von 230V ab.

So, weiter im Text.
Du hast nun also einen Trafo mit einem tatsächlichen Übersetzungsverhältnis von 230/13,2= 17,42.
Der würde aus 12V im Leerlauf 209V machen, aber unter Nennlast geht diese Spannung um die 10% zurück und dann sind es nur noch 188V.
Mehr kanst du also von einem umgedrehten Netztrafo nicht erwarten.

[BernhardS]

Ein Breadboard mit seinen oft unkalkulierbaren Übergangswiderständen ist auch nicht die beste aller denkbaren Aufbauten.

Kannst Du auch die Frequenz kontrollieren? Mit den Werten aus der Zeichnung komme ich auf mehr als 100 Hz.
Notfalls einen kleinen Trafo dranhängen und über einen Widerstand -bitte- einen Lautsprecher oder Ohrhörer und mit der Netzfrequenz vergleichen.


Korrektur: Hab mich verrechnet - es sind 56 Hz. T´Schuldigung

[Frank64]

Erst mal Danke für die Beiträge.

Heißt das im Umkehrschluss, wenn ich einen Trafo mit 2x 11V Leerlaufspannung wickle, dass dann da ca. 225V rauskommen sollten?

230:11= 20,909
12x20,909=250,909
250,909-10%=225,818

In meinem Fall wären es dann ja 2x 11V mit Mittelabzweig, gewickelt auf einen ehemaligen MOT bei Beibehaltung der 230V Spule.

[anders]

So ungefähr wird das sein, aaaaaber:
Dein Wechselrichter erzeugt ja wohl eine rechteckförmige Spannung, und wenn diese keine Pausen hat, so sind Spitzenwert und Effektivwert identisch.

Voraussichtlich wird es also Probleme geben, wenn du damit Geräte betreiben willst, die auf das Vorhandensein der 325V Spitzenspannung der sinusförmigen Netzspannung vertrauen.

Umgekehrt könnten Geräte mit einem Kondensatornetzteli beschädigt werden, weil die Rechteckspannung ja sehr viele Oberschwingungen enthält. Für höhere Frequenzen ist die Impedanz eines Kondensator bekanntlich geringer, was allein schon zu Überstrom führen kann, und wenn dann noch "die richtige" Induktivität in Reihe mit dem Kondensator liegt, dann ist sogar mit einer Resonanzkatastrophe zu rechnen.

[Frank64]

Dank für den Beitrag

Taste mich langsam an die Sache heran und wäre schon froh wenn es mir gelingen würde einen Trafo zu wickeln von dem ich weiß das am Ende ca. 230V rauskommen wenn ich vorne über den Wechselrichter mit ca. 12V reingehe.
An meinem Wechselrichter (s.o.) hängen eh nur anspruchslose Kleingeräte. Er soll erstmal nur funktionieren dann wage ich mich auch an ein etwas anspruchsvolleres Projekt heran.

Grüsse

[anders]

wäre schon froh wenn es mir gelingen würde einen Trafo zu wickeln von dem ich weiß das am Ende ca. 230V rauskommen

Ein Problem dabei wird sein, dass dein DMM wahrscheinlich nur sinusförmige Spannungen richtig anzeigt, indem es eigentlich den arithmetischen Mittelwert der Absolutwerte misst und diesen mit einem bestimmten Faktor multipliziert.
Für nicht sinusförmige Spannungen funktioniert das nicht, und es lässt auch kaum Schlüsse auf den Effektivwert und die Spitzenspannug zu.

Billige kommerzielle Wandler gehen das Problem an, indem sie eine Rechteckspannung mit +/- 325V erzeugen, aber noch vor dem Ende der Halbschwingung abschalten.
Auf diese Weise erzeugen sie eine Spannung, die einerseits den Spitzenwert von 325V hat, und andererseits den Effektivwert von 230V, damit z.B. die Glühlampen gleich hell leuchten wie am 230V Netz.
Wie lang die Transistoren dafür eingeschaltet sein müssen, kann man sich relativ leicht ausrechnen oder nachschauen, aber ich bin gerade zu faul dafür.

[Frank64]

Ein Problem dabei wird sein, dass dein DMM wahrscheinlich nur sinusförmige Spannungen richtig anzeigt, indem es eigentlich den arithmetischen Mittelwert der Absolutwerte misst und diesen mit einem bestimmten Faktor multipliziert.

Habe den gleichen Aufbau bei der ich 154V Ausgangsspannung mit einem DMM gemessen habe nochmals mit einem älteren analogen Multimeter gemessen, das Ergebnis ist ziemlich genau das Gleiche, 154V.

Mir drängt sich langsam der Verdacht auf, dass eine original 230V Primär-Wicklung nicht geeignet zu sein scheint.
Denn egal wie ich die Sekundärwicklung meines MOT wickle 9,8V , 11,2V, 13,8V, 24V , ich komme nie über 154V, im Gegenteil, die Spannung unter Last ( 15W Energiesparlampe) geht sogar dramatisch runter bis auf 35V !

Grüsse

[anders]

Habe den gleichen Aufbau bei der ich 154V Ausgangsspannung mit einem DMM gemessen habe nochmals mit einem älteren analogen Multimeter gemessen, das Ergebnis ist ziemlich genau das Gleiche, 154V.

Das war nicht anders zu erwarten, denn beide Meßverfahren machen den gleichen systematischen Fehler: Sie messen den (gleichgerichteten) arithmetischen Mittelwert und multiplizieren ihn mit 1,11 (oderr 1,571 bei Einweggleichrichtung).
Dieser Faktor entspricht bei einer sinusförmigen Spannung dem Unterschied zwischen dem Effektivwert und dem Mittelwert der Absolutbeträge.

Hört sich kompliziert an, aber dahinter steckt lediglich die Gesetzmäßigkeit, dass der Effektivwert die Wärmeentwicklung an einem ohmschen Widerstand beschreibt, und diese ist nicht proportional zur Spannung ist, sondern proportional zu deren Quadrat:
Bekanntlich ist (a) P= U * I und es gilt das ohmsche Gesetz (b) I=U/R.
(b) in (a) eingesetzt ergibt P= U*U /R ... und da ist das Quadrat

https://de.wikipedia.org/wiki/Scheitelfaktor
https://de.wikipedia.org/wiki/Effektivwert


Wenn du nichts besseres hast, zeigt die Helligkeit einer Glühbirne tatsächlich recht genau den Effektiivert von Spannungen mit beliebiger Wellenform an. Mit Gleichspannung (und evtl einem lichtempfindlichen Bauteil) kann man das kalibrieren.
Die Amplitude bzw. den Spizenwert (entspricht dem Übersetzungsverhältnis) kannst du auch messen, indem du an den Trafo einen Brückenleichrichter anschliesst und die von diesem gelieferte Gleichspannung mit einem Kondensator glättest. Eine Kapazität von 100nF bis 1µF ist hier ausreichend.
Es empfiehlt sich den Trafo bei dieser Messung etwas zu belasten, sonst könnten Nadelimpulse, die beim Schalten durch parasitäre Induktivitäten entstehen können, zu unrealistisch hohen Meßwerten führen.


P.S.:

ich komme nie über 154V, im Gegenteil, die Spannung unter Last ( 15W Energiesparlampe) geht sogar dramatisch runter bis auf 35V !

Das legt allerdings den Verdacht nahe, dass die Speisespannung deines Wandlers in die Knie geht. Du solltest das überprüfen.
Der Elko gehört nicht an den Akku, sondern nahe an dee Wandlerschaltung!

[anders]

Habe erst kürzlich einen kleine Wechselrichter um ein IR 2153 gebaut und 2 IRF3205 Mosfets eingesetzt.

Ich habe mir erst jetzt mal das Datenblatt des IRF2153 angesehen, und langsam frage ich mich, weshalb besonders Anfänger sich und uns regelmäßig mit ungeeigneten Schaltungen quälen.

Der IRF2153 ist als Halbbrückentreiber ausgewiesen, und eine Eignung als Gegentakttreiber wäre rein zufällig.
Schau dir Anwendungsschaltung an: Die Last wird dort kapazitiv angekoppelt.
Dadurch werden keine hohen Anforderungen an die Symmetrie der Ausgangswellenform gestellt, denn der Kondensator sperrt die etwaige Gleichstromkomponente.

Bei einem Gegentaktwandler, wie du ihn aufgebaut hast, ist die symmetrische Ansteuerung der Schalttransistoren aber essentiell.
Andernfalls wird der Trafokern durch die Gleichstromkomponente in die Sättigung getrieben, was unschöne Konsequenzen bis hin zur Zerstörung der Schalttransistoren oder des Trafos haben kann.

Darüber hinaus bietet dieses IC keinerlei Regelmöglichkeiten, wie sie für Wandlerschaltungen zwecks Stabilisierung der Ausgangsspannug i.d.R. erwünscht sind.

Warum verwendest du zur Ansteuerung der Schalttransistoren kein IC, das speziell für Spannungswandler entwickelt wurde?
Der uralte TL494 z.B. ist so ein Teil, das ausgesprochen gutartig ist und kaum noch etwas kostet, weil es den schon gab, bevor Leistunsmosfets verfügbar wurden.

Die nächste Fehlerquelle, die BernhardS schon erwähnte, ist die Verwendung eines Steckbretts. Das ist lediglich eine fehlerträchtige Ansammlung von Wackelkontakten und parasitären Schaltelementen. Völlig ungeeignet für Schaltungen, die u.U. ein Eigenleben entwickeln.

Die wichtigste Leitung, glaub es mir, ist Masse aka GND, hier ist das die negative Speiseleitung!
Grundsätzlich sind alle Verbindungen dorthin möglichts kurz zu halten und möglichst sternförmig anzuordnen.
Je nach Schaltung kann dort jeder Zentimeter Draht an der falschen Stelle schädlich sein.
Welche Konsequenzen das im Drahtgewirr eines Steckbretts hat, kannst du dir vielleicht selbst ausmalen.

Wenn du nicht völlig sicher bist, wie die optimale Leitungsführung aussieht, dann hol dir ein Stück ungeätztes durchgängig mit Kupfer beschichtetes Stück Basismaterial und benutze die gesamte Kupferfläche als GND.
Löte die damit zu verbindenden Bauteile (hier vor allem die Source-Anschlüssse der MOSFETs) einfach dort, wo du die Verbindung benötigst, auf dieser Kupferfläche fest.
Das sieht vielleicht nicht schön aus, aber ist elektrisch 1000-Mal besser als der Steckbrett-Mist.