Wechselrichter und „echter“ Sinus

Lesedauer 3 Minuten

Aktualisiert – Mai 3, 2024

Wechselrichter (engl. Inverter), insbesondere die „preisgünstigen“ werden oft mit „echter“ Sinus beworben. Ein echter Sinus ist insbesondere für Schaltnetzteile wichtig. Eine mehr oder weniger abgerundete Rechteckwelle macht den Bauteilen von Schaltnetzteilen zu schaffen und kann sie auf Dauer gar zerstören.

Ein Wechselrichter sollte in seiner Leistung bei 12 V DC etwa maximal 20 %, bei 24 V DC 10 % der Batteriekapazität ausmachen. Beispiel: 1.000 W Wechselrichter-Leistung * 0,2 = 200 Ah Batteriekapazität.

Sinus – Netzspannung

Die Netzspannung beträgt i.d.R. 230 V bei einer Frequenz von 50 Hz. Die Netzfrequenz besagt, dass die Spannung 50 mal in der Sekunde zwischen ihrem Minimum und Maximum um die Null-Linie wechselt.

Das nachfolgende Schaubild gibt die Sinuskurve der Netzspannung wieder.

Auffällig ist, dass die Maßeinheit auf 200 V (unten links im Bild) eingestellt ist. Demnach stellen zwei Kästchen 400 V dar. Der Scheitelpunkt der Kurve repräsentiert den Effektivwert der Nenn-Spannung von 230 V und liegt hier optisch bei etwas über eineinhalb Kästchen, entsprechend rund 300 V, bzw. genau 325 V.

Sinus – APC USV Back Pro 1500

APC ist ein renommierter Hersteller von unterbrechungsfreien Spannungsversorgungen (USV, engl. UPS). Man vermutet also, dass diese einen ordentlichen Sinus erzeugen, zumal sie i.d.R. zum Schutz vor Stromausfällen gerade bei Computern eingesetzt werden.
Sie weisen Umschaltzeiten von etwa 18 ms auf, was ausreicht, um die Computer vor einem unkontrollierten Shutdown zu schützen. Sowohl Laptops, als auch stationäre Computer arbeiten mit Schaltnetzteilen.
Da sie hauptsächlich mit Netzstrom betrieben werden, fallen die Betriebszeiten mit USV-Überbrückung kaum ins Gewicht, weshalb ein angenäherter Sinus tolerabel, wenn auch – eigentlich – nicht erwünscht ist. Es wird also – leider – kein echter Sinus geliefert.

Sinus – Victron Multiplus II

Der Wechselrichter Victron Multiplus II und seine Verwandten sind für die permanente Spannungsversorgung von Verbrauchern, auch Computern konzipiert. Sie besitzen, wie die zuvor erwähnte APC USV, eine ebenso geringe Umschaltzeit, weshalb sie auch als USV fungieren können.

Da es sich hier, je nach Batteriekapazität, u.U. um eine tatsächlich dauerhafte Versorgung von u.a. auch Schaltnetzteilen handelt, liegt hier das Augenmerk primär auf einem tatsächlich – echten – Sinus.

Messung

Wer selbst den Sinus seines Wechselrichters nachmessen möchte und über ein Oszilloskop verfügt, kann die Werbeaussagen live überprüfen.

! – Achtung – !
Arbeiten mit Spannungen größer 50 Volt können lebensgefährlich sein, wenn nicht allgemeine Sicherheitsbestimmungen beachtet werden.

Vorgehensweise

Kalibrierung

Jeder Messeingang muss auf den verwendeten Tastkopf angepasst, kalibriert werden.

Das Oszilloskop stellt hierzu einen Festfrequenz-Ausgang zur Verfügung. Nach Anschluss des BNC-Steckers vom Tastkopf am gewünschten Messeingang werden die Tastspitze an der Öse des Festfrequenz-Ausgangs, die Krokodil-Klemme an den Masse-Anschluss angeschlossen.

Am Stecker des Tastkopfes ist seitlich eine kleine Bohrung vorhanden, über die ein, der Tastspitze beiliegender, Kunststoff-Justage-Schraubendreher gesteckt und durch leichtes Drehen in die eine oder andere Richtung ein sauberes Rechtecksignal eingestellt werden kann.

Teilerverhältnis am Tastkopf einstellen

Der Oszilloskop-Tastkopf wird von seinem steckbaren Masse-Anschluss (meist am Ende mit einer Krokodil-Klemme versehen) befreit. Es wird nur die Tastkopf-Spitze selbst benötigt.

Der Tastkopf muss die Umschaltung von 1 x auf 10 x ermöglichen. Dies stellt ein Teilungsverhältnis dar. Da 230 V einer Effektivspannung von gesamt (bezogen auf den Minimal- und Maximalwert) 650 V aufweist, Oszilloskop-Signaleingänge i.d.R. aber nur für maximal 400 Vp (Volt peak – Spitze) ausgelegt sind, wird über die Umschaltung auf 10x das Teilerverhältnis 10:1 eingestellt. Entsprechend liegen am Messeingang keine 650 V, sondern 65 V an, mithin innerhalb der zulässigen Spannungswerte.

Oszilloskop-Einstellungen

Am Oszilloskop wird als Eingangsspannungs-Bereich 200 V , Signal-Einkopplung (coupling) auf AC und das Teilerverhältnis auf 10 x eingestellt.

Unterschied AC / DC coupling

Bei der Einstellung AC coupling wird der Gleichspannungs-Anteil herausgerechnet und ausschließlich der Wechselspannungs-Anteil angezeigt.

Bei der Einstellung DC coupling wird der Gleichspannungs-Anteil als Offset für den Wechselspannungs-Anteil verwendet und selbiger um diesen Betrag auf der y-Achse höher versetzt angezeigt.

Messung

Zunächst wird die Phase mit Hilfe eines Spannungsprüfers (Schraubendreher mit Glimmlampe, auch „Lügenstift“ genannt) ermittelt. An diese wird der angeschlossene Tastkopf angeklemmt. Das Sinus-Signal wird angezeigt.

Manche Oszilloskope ermöglichen zusätzlich eine Overlay-Darstellung aller Messwerte, die sich aus dem anliegenden Signal ergeben, wie in folgender Abbildung gezeigt: