Samenvatting

In dit project is er een prototype ontworpen en ontwikkeld voor een drie fase inverter. Het doel van de inverter is om een bipolair gelijksspanningsnet te kunnen verbinden met een drie fase wisselspanningsnet. Hiernaast is het ontwerp zo gemaakt, dat de inverter ook in staat is een wisselspanningsnet te creëren vanuit een bestaand gelijksspanningsnet en andersom. Om dit te kunnen doen, maar ook om ongebalanceerde drie fase wisselspannings belastingen te kunnen voorzien, is er een extra halve brug toegevoegd die de nullijn kan balanceren.
De inverter is gemaakt zonder gebruik van transformatoren, er is dus geen galvanische scheiding tussenhet gelijksspanningsnet en het wisselspanningsnet. Om deze reden is het belangrijk om alle stromen goed tekunnen meten. Er mag namelijk bijna geen gelijkstroom het wisselspanningsnet in lopen. Naast het meten van alle stromen worden ook de spanningen gemeten om de netten in de gaten te kunnen houden.
Het niet gebruiken van transformatoren maakt de inverter kleiner. Verder worden er ook silicium carbide MOSFET’s gebruikt, deze MOSFET’s hebben minder verliezen en een snellere aanschakel tijd. Dit maakt de inverter efficiënter waardoor deze alleen passief gekoeld kan worden. Ook zorgt dit voor een hogere toelaatbare schakelfrequentie waardoor de signalen makkelijker te filteren zijn. Wel is de printplaat veelgevoeliger voor elektromagnetische interferentie vanwege de snellere aan en uit tijden van de MOSFET’s. Om deze reden is een goed printplaat ontwerp met kleine stroomlussen erg belangrijk.
Bij het ontwerp werden de initieel gekozen spoelen te warm. Commercieel beschikbare spoelen zijn niet geschikt voor de hoge vermogens waar deze inverter mee om moet gaan. Namelijk 11kW en 700 tot 800Vop de gelijkspannings ingang. Het gebruik van spoelen met een veel grotere inductantie en nanocrystallinekern en voorkomt het te warm worden van de spoelen. Deze spoelen zijn echter niet beschikbaar voor de benodigde stromen van een effectieve 16A. Zulk soort spoelen zullen dus specifiek ontworpen moeten wordenvoor dit soort applicaties.
Op de spoelen na werkt voor zo ver getest het ontwikkelde prototype geheel naar behoren op de volledige maximale gelijksspanning van 800V. Dit laat zien dat de gebruikte methodes om een inverter te ontwikkelengeschikt zijn.

De aansturing van de inverter werkt momenteel met space vector modulation, een bekende techniek waarde mogelijke schakelcombinaties worden gecombineerd met een nul-component om de gewenste wisselspanningen te creëren. Verder worden de stroom en spanningsmetingen gebruikt om de piek-piek stromen en wisselspanningen te bepalen. Deze waarden worden samen met de DC stromen en spanningen over een Bluetooth module gestuurd naar de gebruiker, verder worden deze waarden gebruikt om uit te schakelen in het geval van overstroom of spanning. In de toekomst kunnen deze metingen ook gebruikt worden om een gesloten lus ”PI” aansturing te maken op de stroomwaarden en de gelijkstroom injectie in het wisselspanningsnet. Ook worden de spanningsmetingen gebruikt om de fase en frequentie van het wisselspanningsnet te bepalen om vervolgens hiermee in fase te kunnen schakelen.
De aansturing is alleen getest zonder gesloten lus stroomsturing en dit is succesvol. Ook het balanceren van de neutral is niet getest aangezien de volledige heatsink die ook deze halve brug kan koelen niet beschik-baar was. In de toekomst is het aan te raden om ook deze brug te testen. Dit zou dan het beste kunnen met een 4-draad variant van space vector modulatie, waarbij het nul component wordt weggelaten. Dit nulcomponent creëert namelijk een spanningsverschil tussen de AC en DC nullijnen wat voor elektromagnetische interferentie kan zorgen.

Kort samengevat is er een goed werkend prototype opgeleverd tijdens dit project wat een gelijkspannings en wisselspanningsnet kan verbinden. Dit prototype heeft veel potentie om succesvol en klimaatverantwoordde twee verschillende netten parallel te kunnen gebruiken nadat de aansturing wordt uitgebreid en geschikte filterspoelen zijn ontworpen.