50kW 60Hz 246V Wechselrichter

Ich muss einen 50-kW-Wechselrichter für ein Haus einrichten, möchte aber nicht meine Nieren verkaufen, um dies zu erreichen. Bitte tolerieren Sie die Absurdität dieser Anfrage, bevor Sie sie ablehnen. Ich erinnere mich, dass ich damals einen (einstellbaren) 60-Hz-Transformatortreiber mit zwei 2N3055 zusammengebaut habe und es hat großartig funktioniert. Ich erinnere mich, dass ich auch andere Röhren benutzte und enorme Spitzenleistungspegel erreichte, bevor die Komponenten explodierten, also weiß ich, dass so etwas möglich ist.

Ich werde 48 Volt verwenden (72 oder 96 KÖNNTEN eine Option sein) und werde dies mit zyklenfesten Batterien fahren. Der konstante Stromverbrauch wird auf 25 kW geschätzt, aber wenn alles gleichzeitig läuft, Motoren starten usw., habe ich die Leistung verdoppelt. Wir wollen wirklich keinen Leistungsabfall, wenn etwas für 20 Sekunden startet. Ich möchte ein paar Ladetransformatoren für Gabelstapler verwenden oder einem 220-408-Transformator nur Wicklungen hinzufügen, um eine Erhöhung von 48 V auf 246 V zu erreichen. Mir ist klar, dass der aktuelle Bedarf in der Größenordnung von 3.000 Ampere liegen kann, aber wir sind darauf vorbereitet.

Meine Hauptfrage ist, wie machbar wäre es, einen solchen massiven Parallelwechselrichter herzustellen? Ein paar hundert MOSFETs wären in Ordnung. Wir hoffen auf ein relativ sauberes Sinuswellensignal, deshalb haben wir uns nicht mit Niederspannungs-IGBTs befasst. Ich würde mir vorstellen, dass der Lastausgleich zwischen MOSFET-Bänken schwierig sein könnte? Sollte ich in Betracht ziehen, sehr große MOSFETs anstelle vieler kleinerer zu verwenden? Wir hoffen auf einen sehr einfachen Treiber, der n Banken für die Skalierbarkeit versorgen könnte. Wäre eine Art Push-Pull-Setup (sehr einfach) möglich? Wir machen uns keine allzu großen Sorgen um die Präzisionsspannung, solange sie innerhalb von 5-10% liegt.

Ich danke Ihnen für Ihre Hilfe!

========UPDATE==========

Dies ist definitiv eine breite Palette von Fragen, aber ich muss ein paar Details ausbügeln, bevor ich überhaupt an einen Schaltplan denke.

Um einige Fragen zu beantworten... Der Netzstrom ist zeitweise und im Winter oft wochenlang nicht verfügbar. Auf meinem Grundstück gibt es drei Brunnen. Eine für das Haus und den Laden, eine für ein Gebäude auf dem Hügel und eine für das Vieh etwa eine halbe Meile entfernt. Ich habe eine Menge Erfahrung mit den Leistungsstufen, von denen ich spreche, und auch mit dem Bau kleiner Wechselrichter / anderer Schaltungen. Wir betreiben Schweißgeräte, Hydraulikpumpen, Server und Netzwerke, von allem etwas.

Das Aufteilen von Lasten ist technisch möglich, aber aufgrund der räumlichen Anordnung und Integration sehr unpraktisch. Aufgrund unserer ländlichen Lage (weit entfernt von jeglichen Vorschriften) sind wir nicht verpflichtet, Inspektionen zu erhalten oder offizielle Codes zu befolgen. Das bedeutet NICHT, dass wir es nicht tun. Ich will damit nur sagen, dass wir mehr Freiheit in unserem Engineering haben und auf etwas weniger Mainstream drängen können. Wir beabsichtigen, übermäßige Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, wie z. B. 4/0-Draht, 500 MCM, was auch immer erforderlich ist, um Sicherheit und Effizienz zu gewährleisten.

Aufgrund unseres Standorts befinden wir uns derzeit nicht in der Nähe von 3-Phasen-Stromleitungen und auch am Ende der Leitung, sodass die verfügbare Leistung ziemlich begrenzt ist. Wir lösen häufig den Leistungsschalter auf der Hochspannungsseite des Mastes aus und verlangen, dass der Energieversorger ihn zurücksetzt. Das liegt wahrscheinlich daran, dass wir alles mit einem 17-kVA-Transformator betreiben. Wir verstärken 250 V auf 7200 und schicken es einen Hügel hinauf zu einem anderen Gebäude, weil der Energieversorger ~ 60.000 US-Dollar für eine neue Leitung verlangen wollte. Unsere Leitung ist genauso sicher und hat uns etwa 2000 Dollar gekostet. Unser Energiebedarf erfordert dies definitiv.

Wir laden Batterien mit Sonnenkollektoren (derzeit nur etwa 10 kW), aber wir werden vom Netz sein, wenn wir das Wechselrichterproblem gelöst haben. Der Betrieb eines Dieselgenerators ist unerschwinglich und erfordert einen höheren Wartungsaufwand für den täglichen Betrieb.

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_ ~2KW je) x3 (2 laufen) 0-6KW
Schleifmaschinen, Sägen usw. Elektrowerkzeuge 2-15KW
Schweißer 4-12KW
Induktionsheizung 7,5KW
Hydraulische Aufzüge 5KW - 10KW
Warmwasserbereiter 4500W x2 4,5-9KW
Holzofen im Haus, Elektroheizung drin gut Häuser und Laden (5KW)
AC-Systeme für Haus und Laden 12KW?
Weniger gebrauchte oder triviale Artikel nicht enthalten ...

Die Spannung fällt auf etwa 190 V ab, wenn wir die größeren Geräte verwenden. Unser Poltransformator schaltet den HV-Leistungsschalter um, wenn er etwa 450 Ampere auf der Sekundärseite zieht. Fast alle Geräte werden zeitweise verwendet, sodass die durchschnittliche Nutzung viel niedriger ist als die obigen Zahlen zeigen.

Viel zu breit! Einzugrenzen. Schaltplan posten.
50 kW Sinus-Wechselrichter ist eine ziemliche Aufgabe. Ich würde vorschlagen, dass Sie Ihre Versorgungskreise partitionieren, um die Lasten zu erhalten, die wirklich eine separate Sinuswellenversorgung haben müssen ... wahrscheinlich weniger als 2 kW insgesamt. Der Rest kann auf modifizierten Sinuswellen-Wechselrichtern (eigentlich Rechteckwellen) betrieben werden. ....insgesamt viel billiger, Einheiten zu kaufen. Nur um nachzufassen ... Wechselrichter mit dieser Art von Leistungsstufe enthalten viel magischen Rauch und blaues Licht, es sei denn, Sie haben tatsächlich Erfahrung mit diesen Designformen, es wäre eine schlechte Idee, es zu versuchen.
Beginnen wir mit dem einfachen Teil. Warum brauchen Sie 50 kW oder sogar 25 kW? Mein Haus hat einen Notstromgenerator mit 8,5 kW, der alles außer der Brunnenpumpe am Laufen hält. Ich habe keine Klimaanlage, aber selbst damit bräuchte es keine 25kW.
Alles in der Größenordnung von anhaltenden 1000 A wird nicht billig sein. Ich habe ein paar Produkte auf aliexpress für 5.000 $ gesehen und ich denke, das ist das niedrigste, was man erreichen kann. Ehrlich gesagt halte ich es nicht für legal, ein Gerät dieser Größe zu bauen und es in einem besiedelten Gebiet zu verwenden.
Je mehr ich darüber nachdenke, desto verrückter klingt es. Wie werden Sie die Batterien aufladen? Warum nicht einen Generator oder Netzstrom verwenden? Was verbraucht die 25 kW usw. Ich bin mir sicher, dass Sie einige Missverständnisse weiter hinten in Ihrer Argumentation oder Planung haben, die Sie dazu veranlasst haben, diese Idee in Betracht zu ziehen.
Es ist definitiv breit, aber ich muss ein paar Details ausbügeln, bevor ich überhaupt an einen Schaltplan denke.
Um einige Fragen zu beantworten... Der Netzstrom ist zeitweise und im Winter oft wochenlang nicht verfügbar. Auf meinem Grundstück gibt es drei Brunnen. Eine für das Haus und den Laden, eine für ein Gebäude auf dem Hügel und eine für das Vieh etwa eine halbe Meile entfernt. Ich habe eine Menge Erfahrung mit den Leistungsstufen, von denen ich spreche, und auch mit dem Bau kleiner Wechselrichter / anderer Schaltungen. Wir betreiben Schweißgeräte, Hydraulikpumpen, Server und Netzwerke, von allem etwas.
Das Aufteilen von Lasten ist technisch möglich, aber aufgrund der physischen Anordnung und Integration sehr unpraktisch. Aufgrund unserer ländlichen Lage (weit entfernt von jeglichen Vorschriften) sind wir nicht verpflichtet, Inspektionen zu erhalten oder offizielle Codes zu befolgen. Das bedeutet NICHT, dass wir es nicht tun. Ich will damit nur sagen, dass wir mehr Freiheit in unserem Engineering haben und auf etwas weniger Mainstream drängen können. Wir beabsichtigen, übermäßige Sicherheitsvorkehrungen zu treffen, wie z. B. 4/0-Draht, 500 MCM, was auch immer erforderlich ist, um Sicherheit und Effizienz zu gewährleisten.
Aufgrund unseres Standorts befinden wir uns derzeit nicht in der Nähe von 3-Phasen-Stromleitungen und auch am Ende der Leitung, sodass die verfügbare Leistung ziemlich begrenzt ist. Wir lösen häufig den Leistungsschalter auf der Hochspannungsseite des Mastes aus und verlangen, dass der Energieversorger ihn zurücksetzt. Das liegt wahrscheinlich daran, dass wir alles mit einem 17-kVA-Transformator betreiben. Wir verstärken 250 V auf 7200 und schicken es einen Hügel hinauf zu einem anderen Gebäude, weil der Energieversorger ~ 60.000 US-Dollar für eine neue Leitung verlangen wollte. Unsere Leitung ist genauso sicher und hat uns etwa 2000 Dollar gekostet. Unser Energiebedarf erfordert dies definitiv.
Wir laden Batterien mit Solarmodulen (derzeit nur etwa 10 kW), aber wir werden vom Netz getrennt, wenn wir das Wechselrichterproblem gelöst haben. Der Betrieb eines Dieselgenerators ist unerschwinglich und erfordert einen höheren Wartungsaufwand für den täglichen Betrieb.
Viele Informationen in Ihren Kommentaren sind nette Ergänzungen zu Ihrer Frage. Es wäre schön, wenn Sie sie in Ihre Frage bearbeiten würden. Kommentare sind "brüchig", und all diese Informationen machen Ihre Frage qualitativ hochwertiger.
Ich denke, Sie könnten erwägen, die Brunnen von allem anderen zu trennen. Zumindest dem Vieh gut. Betreiben Sie die Brunnenpumpen mit VFDs. Versorgen Sie den DC-Bus am VFD mit einem Hochspannungsbatteriesatz. Ich bin mir ziemlich sicher, dass dies getan werden kann, obwohl ich es nie wirklich getan habe. Sie benötigen lediglich einen Hochspannungs-Laderegler für den Hochspannungs-Akkupack. Dies wäre sicherlich billiger, als einen eigenen Wechselrichter zum Betreiben der Brunnen zu bauen. Auch wenn man den Hochvolt-Laderegler selber machen musste.
Dein Spread hört sich sehr interessant an! Der Sicherungsstrom für 4/0-Kabel beträgt 3200 Ampere. Sie werden also definitiv keine 3 kA durch ein 4/0-Kabel führen. FYI.
Viele Ihrer Lasten sollten mit Gleichstrom arbeiten. Wie Computer oder alles, was ein Schaltnetzteil hat, wahrscheinlich sogar ein Lichtbogenschweißgerät, wenn es ein SMPS hat, natürlich Heizungen und Motoren, wenn Sie einen VFD verwenden. Sie könnten eine Liste der Lasten erstellen und entscheiden, was wirklich AC benötigt. Verwenden Sie dann einen HV-DC-Bus. Sie könnten sogar mehrere kleinere Wechselrichter haben.
Ich dachte an ungefähr 600 A pro 4/0-Kabel mit mehreren parallel. Glauben Sie, dass dies bei ausreichender Belüftung akzeptabel wäre? Ich vermute, ich muss sie mit Gummitüllen montieren, damit die magnetische Abstoßung die Dinge nicht beschädigt / kurzschließt.
Haben Sie eigentlich ausgerechnet, wie viel Solar- und Batterieleistung Sie benötigen? Ich bin nicht überzeugt, dass Ihre Nieren es bedecken werden!
Sie bauen also im Wesentlichen Ihr lokales Solarkraftwerk. Ich würde empfehlen, eine integrierte PV-Lösung zu kaufen (PV-Controller + Batterieladegerät + Wechselrichter + On-Grid-Bypass), anstatt sie mit separaten Komponenten zu bauen. Engineering ist teuer, daher ist der Kauf für einmalige Projekte immer billiger.

Antworten (1)

Meine Hauptfrage ist, wie machbar wäre es, einen solchen massiven Parallelwechselrichter herzustellen?

Einige der ersten Frequenzumrichter wurden mit einer großen Anzahl von Transistormodulen hergestellt. Das war vor etwa 50 Jahren. Könnte so etwas heute von einem Laien gemacht werden? Es gibt sicherlich einige, die das könnten. Alles hängt von Wissen und Erfahrung ab. Ist das der beste Ansatz? Wahrscheinlich nicht genau. Ich vermute, dass der beste Ansatz angesichts des Wunsches nach einer guten Wellenform ein mehrstufiger Wechselrichter wäre. Das würde ein paar Schaltgeräte erfordern, aber nicht Hunderte. Es wäre immer noch ein ziemlich fortgeschrittenes DIY-Projekt. In diesem Forum können Sie kein vollständiges Design oder auch nur eine Menge detaillierter Anleitungen zum Entwerfen von so etwas bekommen. Es kann ziemlich schwierig sein, im Internet gute Informationen dafür zu bekommen.

Es hört sich so an, als ob der erwähnte 17-kVA-Transformator der Versorgungstransformator ist und dass der Bedarf an 50 kVA hauptsächlich besteht, um die Einschaltspitzenströme des Motors aufzunehmen. Wenn das der Fall ist, würde es sich sicherlich lohnen, VFDs auf die großen Motoren zu setzen. Wenn der Standort jedoch nicht in der Nähe von Drehstrom ist, müssen alle Motoren einphasig sein. Möglicherweise gibt es weltweit nur einen Hersteller, der Frequenzumrichter für Einphasenmotoren herstellt. Es ist sehr wahrscheinlich, dass der beste Weg, VFDs für die größten Motoren zu haben, darin besteht, 3-Phasen-Motoren und VFDs mit einphasigem Eingang und dreiphasigem Ausgang zu kaufen. Das ist vielleicht immer noch besser, als den großen Wechselrichter auf 50 kVA zu dimensionieren. Die Verwendung von VFDs für Pumpen kann es ermöglichen, die Pumpen den ganzen Tag mit reduzierter Leistung zu betreiben, anstatt sie ein- und auszuschalten.

Vielleicht möchten Sie nach einer unterbrechungsfreien Stromversorgung (USV) oder einem Ladesystem für Solarwechselrichter suchen. Es könnte sinnvoller sein, das zu kaufen, als es selbst zu entwerfen und zu bauen.

Sie sollten eine Liste aller Lasten, ihrer Standorte und Arbeitszyklen erstellen. Messen Sie auch die beteiligten Entfernungen. Vielleicht möchten Sie ein Diagramm erstellen, das die Entfernungen und Standorte der Geräte zeigt.

Details zum Strombedarf

Angenommen, die meisten der aufgeführten kW-Zahlen sind tatsächlich kVA. Es scheint, dass die gesamte Anlagenlast etwa 133 kVA beträgt. Die Betriebskapazität beträgt etwa 100 kVA, basierend auf der Auslösung des HV-Leistungsschalters bei 450 A. Das Anbringen von VFDs an allen 3-Phasen-Motoren kann die kVA durch Erhöhen des Leistungsfaktors reduzieren. Die gegenwärtige Steinmetz-Verbindung kann jedoch einen ziemlich hohen pf haben. VFDs haben harmonische Eingangsströme, die Probleme verursachen können. Da das ultimative Ziel darin besteht, netzunabhängig zu sein, ist eine DC-Verteilung mit DC-betriebenen Frequenzumrichtern, elektrischen Heizungen und einigen anderen Lasten eine Überlegung wert.

Ich suche an dieser Stelle nicht wirklich nach einem Schaltplan, aber ich weiß, dass drei Phasen nicht wirklich benötigt werden. Wir verwenden Kondensatoren an unseren Drehstrommotoren, um sie einphasig zu betreiben. Die Effizienz leidet, aber es ist nicht so schlimm. Dazu versorgen wir es mit (120 V + und Kappe, anderer Kappenschenkel, 120-). Dadurch werden die Spulen phasenverschoben, damit es läuft. Ich schau mal in ein VFD. Bei ebay gibt es einige preiswerte ein- bis dreiphasige. Wir haben eine vorgefertigte Lösung in Betracht gezogen, aber alles über 10 kW ist sehr schwer zu finden oder VIEL zu teuer. Eine Mosfet / Transformator-Aufwärtslösung sollte leicht unter 1000 US-Dollar kosten ...
Ich arbeite an einer Liste mit Nennlasten und Überspannungen. Der bei weitem teuerste Teil mit etwa 80c/Watt sind die Solarmodule. Wir beabsichtigen, 20 kW mehr zu bekommen. Fast der gesamte Strom wird von 12 bis 16 Uhr verbraucht, aber die Leute arbeiten ab 7 Uhr morgens. Eine realistische 20KW Dauerleistung (10+20) sollte uns zumindest irgendwo hinbringen.
Leistungsbedarf im Hauptpfosten hinzugefügt
Die Geräte mit höherem Strom werden den ganzen Tag über nicht sehr oft verwendet, aber DC-VFDs sind eine großartige Idee! Die werde ich mir ansehen. Die Arbeit an der Leistungsfaktorkorrektur muss auch eine Priorität von uns sein ... Danke für die Hilfe!
50kW 60Hz 246V Wechselrichter
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