PWM, dumpload, voltage peaks.. wich capacitors as a filter?

[ludwig_erni]

------deutsche version weiter unten-----

Hello,

I am currently planning to install a grid tie small Windturbine (800W)
There is a three phase generator in the windturbine that is rectified to a DC intermediate circuit. The grid tied inverter (http://www.ffsolar.com/products/pdf/grid-invert_SMA_WB-1100-LV_de.pdf) is connect to the DC circuit and the voltage should not rise above 60Vdc to not harm the inverter.

To regulate the voltage that follows the speed of the wind turbine, I use a modified diversion load controller (--> OSWACC, TiEoLibre / Analog_Battery_Regulator · GitLab) that connects a load to the DC circuit through pwm controlled mosfets. The flowing current stops the Turbine from running away...

I think, that there are big capacitors at the DC input of the inverter, because it flattens the ripple current completly...

When the inverter is not connected to the DC circuit:

When the inverter is connected to the DC circuit:

(the diverent voltage niveaus depend on different turning speed of the generator)

With the oscilloskop I have seen, that there are voltage peaks 40% over average DC, when the PWM disconnects the dump load from the DC circuit. That is probably because these kind of dumpload is also induktive: https://uk.rs-online.com/web/p/chassis-mount-resistors/7015850

My Questions are:

1.Why is the voltage rising after the dump load is disconnected? Shouldn't it be falling, because the the inducted voltage is negativ?

2. I have put a few capcitors (440uF electrolyt) to the DC and the peaks where less violent and not oscillating..

So why can these 440uF lower the peaks so much better than the big capacitors that I assume in the inverter? Shouldn't the big ones have a lower cutoff frequency and filter all higher frequencys as well?

Thanks a lot and hope you know what I mean.

----------deutsche version---------

Hallo,

ich bin gerade dabei einen Netzanschluss für ein Kleinwindrad zu planen und habe folgendes Problem.

Dabei wird der Drehstrom des Windradgenerators über ein Brückengleichrichter in einen DC Zwischenkreis gebracht, an welchen ein spezieller Netzwechselrichter (http://www.ffsolar.com/products/pdf/grid-invert_SMA_WB-1100-LV_de.pdf) angeschlossen ist. Die Eingangsspannung des Wechselrichters darf 60V nicht überschreiten.

Um die drehzahlabhängige Spannung des Windrades nach oben zu begrenzen, benutze ich einen analogen "PI-Laderegler" (--> OSWACC, TiEoLibre / Analog_Battery_Regulator · GitLab), welcher PWM erzeugt und über Mosfets Lastwiderstände mit dem DC Zwischenkreis verbindet. Somit wird, abhängig vom vom duty cycle des PWM ein entsprechender Stromfluss erzeugt, welcher das Generatormoment erhöht und eine weitere Drehzahl- und damit Spannungserhöhung verhindert.

Ich gehe davon aus, das am DC Eingang des Wechselrichters (große) Kondensatoren verbaut sind, da dieser die Brummspannung nach dem Gleichrichter quasi komplett glättet.

Wenn der Wechselrichter nicht mit dem DC Zischenkreis verbunden ist:

Wenn der Wechselrichter mit dem DC Zischenkreis verbunden ist:

(unterschiedliche Spannugsniveaus kommen von unterschiedlicher Drehzahl des Generators)

Leider habe ich mit dem Oszilloskop auch gesehen, dass beim Abschalten der Lastwiderstände im PWM im DC Zischenkreis Spannungsspitzen von bis zu 40% über der normalen Spannung entstehen. Das kommt sicherlich von der Induktivität, welche bei dieser Form von Lastwiderständen mit dabei ist. (https://uk.rs-online.com/web/p/chassis-mount-resistors/7015850).

Meine Fragen sind:

1. Warum erhöht sich die Spannung dach dem ausschalten im Zwischenkreis und schwingt dann? Ich dachte eigentlich, dass an der Induktivität beim Abschalten eine Spannung induziert wird, die negativ ist.. müsste die Spannung dann nicht nach unten gehen beim Ausschalten?

2. Ich habe ein paar Kondensatoren (die ich gerade da hatte --> 440uF) an den DC Kreis gehangen und erhalte dann weniger starke Spannungsspitzen und kein Schwingen:

Also, warum können die 440uF die Spannungsspitzen besser abfangen, als die großen Kondensatoren, die ich im Wechselrichter am Zwischenkreis vermute? Im Sinne eines Tiefpassfilter würden doch große Kondensatoren eine geringere Grenzfrequenz haben und so "besser" glätten?

Vielen Dank schonmal und ich hoffe es ist so verständelich?

[build_1971]

You need to combine big and small capacitors.
Electrolytic capacitors are spiral wound. So they are an inductor as well as a capacitor. At higher frequencies (block signals contain high frequencies) they act more and more like an inductor.
So add 1000 uF, 10 uF and 100 nF ceramic. All in parallel. (exact values do not matter)
This is the english subforum. So you are supposed to ask in english.
A moderator can move you to german department of the forum. You can flag this post to have it moved. The english part tends to give faster and more responses (especially in the middle if the night).

[ludwig_erni]

Thanks a lot for your replie! I didn't realised that I am at the english part of the forum, but I have translated the question now..

Why should I combine different sizes? Are the small ones faster?
And how do you know that these three sizes are ok?

I am interested to understand the theorie behind it

[build_1971]

The bigger ones have more induction. Therefore the small ones are faster.
In GigaHz region (modern computers) they have tens of small ones in parallel.
Other sizes will also be fine. Just combine smaller and larger ones and add a ceramic cap..

[agmue]

Läßt man solche Dinge wie Supraleitung mal weg, haben alle elektronischen Bauteile einen kapazitiven, induktiven und ohmschen Widerstand. Mit Deiner Frage bewegst Du Dich weg vom idealen Bauteil, denn ein Kondensator ist auch eine Spule und ein ohmscher Widerstand. Je nach Bauart unterscheiden sich die physikalischen Eigenschaften. Ein Plattenkondensator unterscheidet sich von einem gewickelten.

Ein anderes Beispiel: In manchen Schaltplänen finden sich viele kleine Kondensatoren parallel geschaltet, was den unerfahrenen Entwickler irritieren kann. Diese sind nahe an anderen Bauteilen positioniert, um Spannungen zu glätten, weil Leiterbahnen dies verhindern wollen. Ein Kondensator direkt am IC kann manches Problem lösen.

Willkommen in der realen Welt der Elektronik!