Grid Tie Inverter 300W Reverse Engineering

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Grid Tie Inverter 300W Reverse Engineering

Beitragvon bernhard8 » Sa 2. Okt 2010, 17:36

Weil ich mich sowieso gerade damit beschäftigen musste (Defekt) habe ich die Schaltung ein bissl analysiert und Bauteile identifiziert. Ich habe einen neuen Thread gestartet, vielleicht findet sich ja noch jemand der mal Probleme mit dem Gerät hat oder sogar etwas daran verändern möchte.

Ich habe Beschriftungen an markanten Punkten ergänzt.

Grobe bisherige Erkenntnisse:
Am Eingang arbeiten die 4 Mosfets STP75NF75 und zerhacken die Eingangsspannung. Der Trafo wandelt rauf, die 4 Dioden richten die hohe Zwischenspannung gleich. Am Ausgang wird (speziell angesteuert) Strom ins Netz durch die 4 Mosfets IRFB13N50 abgegeben. Die Schaltfrequenz beträgt etwa 25kHz. Der Wandlertyp ist ein Gegentaktwandler. Prinzipschaltbild:
http://de.wikipedia.org/w/index.php?tit ... eisung.svg

Die Eingangsspannung wird durch einen Spannungswandler LM317T auf ca. 10V runtergewandelt. Diese 10V wandelt wiederum ein 78LS05 auf die 5V Versorgung.

Der Mikrocontroller ist von Atmel. Es handelt sich um einen ATmega8 mit einem 16Mhz Quarz. Der unbelegte Stecker ist ganz sicher für einen ISP Programmer gedacht (falls man ein Programm hätte könnte man es damit einfach einspielen; werde demnächst versuchen die Software auszulesen). VREF für die ADC's ist 5V. Die ADC's können somit 0-5V messen.

Die Eingangsspannung wird über einen 10:1 Spannungsteiler an ADC0 (=Pin 23) gemessen. Durch Veränderung dieses Spannungsteilers könnte man sicherlich den Eingangsspannungsbereich etwas nach unten oder oben verändern.

Der aufgenommene Strom wird an ADC1 gemessen (=Pin 24). Dort liegen ca. 150mV/A an.

Die Netzerkennung dürfte so funktionieren: Über RC-Glieder u. Opto-Koppler (???) wird die Sinus-Netzspannung auf 0-4(5)V (peak-peak) gewandelt und an ADC2 (=Pin 25) gelegt.

Mit ADC3 (=Pin 26) wird die Temperatur gemessen. Dürfte ein Spannungsteiler mit einem temperaturabhängigen Widerstand und einem normalen sein.

Die Fehler-LED wird durch PD5 (= Pin 9) angesteuert. Die LEDs leuchten bei einem HIGH (5V) Signal am Pin.
Die 3 grünen LEDs hängen an PD2-PD4 (Pins 32, 1, 2). Die erste grüne LED dürfte die an Pin2 (PD4) sein. Diese leuchtet wenn zuwenig Spannung (< 14V) anliegt.

Anschluss PB0 (= Pin 12) dürfte einem /PWM_ENABLE Signal entsprechen (Freischalten der FET-Treiber). An PB1 (= Pin 13) liegt das PWM Signal selbst das direkt vom Mikrocontroller erzeugt wird. PB2 (Pin 14) steuert den Lüfter (High=Lüfter ein).

Falls jemand interessiert ist (ich bin es), man könnte das Teil sicher verbessern (besserer Wirkungsgrad, passenderer Eingangsspannungsbereich, ...). Ausserdem kann dieser Thread sicher auch für Reparaturen nützlich sein.

grid-tie-inverter-300W-reve.jpg
bisherige Erkenntnisse (konnte nur Bild mit 1024 Pixel hochladen)


atmel-pinbelegung.gif
atmel-pinbelegung.gif (29.7 KiB) 13735-mal betrachtet

Bild
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Re: Grid Tie Inverter 300W Reverse Engineering

Beitragvon bernhard8 » So 3. Okt 2010, 10:41

Ich hätte folgende Idee: mir ist der Eingangsspannungsbereich von 14-28V zu klein. Es könnte möglich sein die obere Grenze nach oben zu verschieben. (mein Wunsch wäre 50V). Wenn man das alleine mit dem Spannungsteiler versucht dann wandert gleichzeitig die untere Grenze von 14V auf ca. 25V was ziemlich kontraproduktiv ist.

Die zweite Möglichkeit die ich sehe ist allerdings extrem aufwendig. Man müsste es entweder schaffen im Programmcode die obere Grenze auszumachen und zu verschieben. Das ist vermutlich sehr schwierig weil wir nur das HEX File aus dem Controller rausholen könnten. Ansonsten bliebe noch die Möglichkeit eine völlig eigene Software zu schreiben. Das ist auch sehr aufwendig aber vermutlich machbar. Der Riesen Vorteil wäre wohl dass auch Verbesserungen und persönliche Anpassungen an die eigene Anlage möglich wären.

Gleichzeitig sollte man Verbesserungen an der Hardware vornehmen:
* Eingangselko für mind. 50V auslegen
* Spannungswandler LM317T eventuell ersetzen durch Typ mit höherer Spannungsfestigkeit
* bessere Mosfets am Eingang verwenden (ggf. höhere Spannungsfestigkeit, niedrigerer RDSon falls möglich)
* ... ich kann dzt. nicht beurteilen ob noch mehr Bauteile Probleme bei dieser Spannung bekommen würden

Prinzipiell ist das ganze sicher sehr aufwendig, vermutlich aber machbar. Für den 300W Wandler lohnt sich vermutlich der Aufwand gar nicht, möglicherweise ist aber der 600W Wandler praktisch ident aufgebaut (was ich vermute). Dort liesse sich wahrscheinlich alles ident umsetzen.

Sieht die Sache jemand ähnlich interessant wie ich und würde sich beteiligen? Was speziell nötig ist: Software-Know-How für Atmel Prozessoren.

Alternativ dazu könnte man auch Bernds Idee verfolgen: 2 Inverter parallel betreiben und so modifizieren dass
* der Inverter mit niedrigerer Spannung die höhere Spannung verträgt oder weggeschaltet wird
* die beiden Inverter gut aufeinander abgestimmt sind (Spannungsbereiche) damit beim Übergang keine Probleme auftreten
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Re: Grid Tie Inverter 300W Reverse Engineering

Beitragvon Windfuchs2 » So 3. Okt 2010, 17:25

Du bist doch gut in Elektronik,hast Du Dir die Prinzipschaltung bei Dorfmüller nicht angesehen ,weil niemand drauf eingegangen ist. ? Einfach aber gut,ist wohl dem sein Patent.Der hat natürlich nicht die komplette Schaltung veröffentlicht .Kannst Du sowas nicht nachbauen ,hat ja geschrieben was drin ist Bremse etc;und vervollständigen für Dich privat natürlich ?
Denke da sind auch 4 Leistungsmosfets drin die übers Netz (Drossel)angesteuert werden.
Der Grid läuft Dir nicht weg.

Gruß Windfuchs2
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Re: Grid Tie Inverter 300W Reverse Engineering

Beitragvon bernhard8 » So 3. Okt 2010, 17:40

So einfach funktionierts nicht. Da gehört wesentlich(!) mehr dazu. Vor allem der Teil mit der Netzeinspeisung ist sehr haarig. Das würd ich nicht anfassen wollen.

Beim Grid tie Inverter ist der Vorteil dass sich hier alle interessanten Komponenten an der Primärseite vom Trafo befinden und man somit mit keinen lebensgefährlichen Spannungen zu tun hat.

Ich finde den Ansatz charmant den günstigen Inverter als Basis zu nehmen und mit möglichst wenig Optimierungen besser zurechtzukommen. Ich habe vor das ganze mit der 300W Version zu testen und ggf. auf die 600W Version im Endausbau zu übertragen (falls möglich).
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Re: Grid Tie Inverter 300W Reverse Engineering

Beitragvon Bernd » So 3. Okt 2010, 17:48

Die Idee finde ich sehr gut. Vor allen der erste Schritt der Optimierung in Hinsicht auf
bessere Hauptbauteile zwecks Verlustreduzierung wäre sicher interessant.
Aber auch eine erhöhte Spannungsfestigkeit wäre nicht zu verachten.
Eine Lösung zwei Inverter in abgestuften Spannungsbereichen arbeiten lassen
zu können wäre für mich die Krönung. So könnte man den Nutzbereich auf den doppelten
Drehzahlbereich ausdehnen.

Grüsse

Bernd
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Re: Grid Tie Inverter 300W Reverse Engineering

Beitragvon Libella » So 3. Okt 2010, 19:35

Hallo Bernhard,
da hast Du eine hervorragende Idee.Das ist doch für Alle interesant.
Das hat auch Bernd gerade zum Ausdruck gebracht.Deshalb, nichts wie dranbleiben!
Beteiligen was Konstruktin, Soft,-u.Hardware anbelangt,
das ist für mich wie blinde Kuh.Aber es gibt sicher andere möglichkeiten der Beteiligung.

Noch einen angenehmen Abend--Alwin.
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Re: Grid Tie Inverter 300W Reverse Engineering

Beitragvon hammer2000 » So 3. Okt 2010, 19:38

Könnte man nicht auf der Eingansseite des Wandlers eine geregelte PWM bauen, die dafür sorgt das die Spannung am Eingang des Wandlers die
28 Volt nicht übersteigt? Wäre dann ja auch ein Überspannungsschutz und evtl. bei über 28V (PWM setzt ein) einen 2ten Wandler parallel schalten.



Gruß Manuel
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Re: Grid Tie Inverter 300W Reverse Engineering

Beitragvon Bernd » So 3. Okt 2010, 20:01

Eine andere Idee wäre einen stepup Wandler vorzuschalten der die meist ohnehin zu geringe
Generatorspannung bei niedrigen Drehzahlen auf die untere Grenzspannung des Inverters hochsetzt.
Ab der Drehzahl bei der die Generatorspannung selber schon die untere Inverterspannung erreicht
müsste man den Wandler abkoppeln.
Auch so hätte man einen grossen Drehzahlbereich in dem man Leistung ernten kann.

Ein solcher Stepupwandler dürfte aufgrund seines Einsatzes im unteren Leistungsbereich evtl. günstiger
sein als ein Stepdownwandler für den oberen Leistungsbereich.
Auf jeden Fall dürfte er aber dem Problem entgegnen das wir sowieso oft haben, eine zu geringe
Generatorspannung bei den unteren Drehzahlen.

Grüsse

Bernd
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Re: Grid Tie Inverter 300W Reverse Engineering

Beitragvon andreas » So 3. Okt 2010, 20:55

Hallo Bernhard,

Die zweite Möglichkeit die ich sehe ist allerdings extrem aufwendig. Man müsste es entweder schaffen im Programmcode die obere Grenze auszumachen und zu verschieben. Das ist vermutlich sehr schwierig weil wir nur das HEX File aus dem Controller rausholen könnten.

das sehe ich gar nicht so verbissen, habe ich schon mehrfach gemacht, incl. Eigenbau eines zum jeweiligen Controller passenden Disassemblers. Das Hauptproblem ist das Auslesen: Sofern da irgend eine Art Ausleseschutz existiert, ist der mit Sicherheit aktiviert und man bekommt nur wenig vom Code oder gar nichts sinnvolles heraus. Sobald ein lesbarer Maschinencode existiert, ist dessen Interpretation eine reine Zeitfrage. Und Änderungen daran sind dann recht einfach. Schon vor über 20 Jahren hatte mein ZX81 einen Eigenbau-Anschluß für einen seriellen Nadeldrucker; die Software dazu (serieller RS232-Verkehr incl. ASCII-Wandlung) paßte nach etwas Feilen in die ca. 40 Byte Assemblercode, welche man dem originalen Drucker spendiert hatte. Neben anderen realisierten Dingen lädt mein Akkumaster C2a (auch schon x Jahre alt) eben auch NiCd-Akkus mit bis zu 1,75 V pro Zelle, was der im Original nicht kann. Denn es gab durchaus Zellen, welche diese Spannung ganz normal beim Laden erreichten und danach erst mit der Spannung einknickten.

Sieht die Sache jemand ähnlich interessant wie ich und würde sich beteiligen? Was speziell nötig ist: Software-Know-How für Atmel Prozessoren.

So speziell muß das gar nicht sein. Diese kleinen Controller sind überschaubar - wer einen kennt, kommt auch mit anderen klar. Mcs51 habe ich jahrelang bebastelt, sowohl Reverse als auch komplette Eigenbauten.

Mein Interesse daran wäre allerdings rein akademischer Art, da ich keine Einspeisung vorhabe. Hier stehen um 20 kWh an Akkukapazität zur Verfügung, da würde ich nur für den Eigenbedarf wandeln. Genug Usv gibt es hier; die mit vierstelligen Wattagen reichen auch für mittlere Verbraucher. Dennoch würde ich mich dem Projekt softwareseitig widmen können.

MfG. Andreas
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Re: Grid Tie Inverter 300W Reverse Engineering

Beitragvon hammer2000 » So 3. Okt 2010, 21:16

@Bernd

oder eine Kombination von beiden. Programmierbarer Stepup/down Wandler.
Bis 27V Stepup und ab 28V Stepdown



Gruß Manuel
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