Frage von Schlumpfbaby, 45

Gibt es einen "Frequenzumwandler"?

Was ich suche wäre das Pendant zu einem Trafo, der ja ein Spannungsumwandler ist. Wenn ich Frequenzen verändern möchte, wie würde das vonstatten gehen?

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Physik, 10

Die Frequenzumrichter funktionieren so:

Die Eingangsspannung wird zunächst zum Gleichstrom gemacht, der dann ziemlich dicke Kondensatoren auflädt.

Aus diesen Kondensatoren wird der "beruhigte" Gleichstrom wieder entnommen und in kleine Stücke entsprechend der gewünschten Frequenz zerhakt. Diese pulsierenden Wechselspannung wird dann wieder mit Kondensatoren glattgebügelt, sodass etwas ähnliches wie eine Sinusform dabei rauskommt. Die Ausgangsfrequenz kann geregelt werden, zuzsätzlich kann beim Zerhacken des Gleichstromes auch die Ausgangsspannung geregelt werden, allerdings nur nach unten. Eine Erhöhung der Spannung gegenüber der Einspeisung ist nur in ganz engen Grenzen möglich, da müsste dann doch ein Trafo ran. Nach unten lässt sich die Spannung aber beliebig regeln.

Kommentar von Schlumpfbaby ,

Vielen Dank, ich denke so langsam verstehe ich die Zusammenhänge. Nur eines ist mir noch unklar, was darf ich mir unter "zerhacken" des Stroms vorstellen? Wie geht das vonstatten und was passiert dabei?

Ich will das ganze Thema grundlegend verstehen, kannst du mir vielleicht einen Lehrfilm oder Texte empfehlen, die das Thema auch ohne Berechnungen und Symbole erklären, ich will ja nichts berechnen, nur das Prinzip verstehen.

Wikipedia Erklärungen sind aber so abstrakt gehalten, und nur dann von Nutzen, wenn man die ganzen Symbole und Begriffe kennt.

Kommentar von Hamburger02 ,

Guck mal hier, drittes Bild von oben:

http://ueba.elkonet.de/static/ueba/kundenauftraege/elkonet.de/home/ausbilder_bc/...

Da kannst du das "zerhaken" schön sehen.

Im den dicken Kondensatoren liegt eine Gleichspannung vor. Eine Schaltung aus Dioden und Transistoren oder anderen Schaltelementen sorgt nun dafür, dass der Strom ständig ein- und ausgeschaltet wird. Das ergibt die eingezeichneten Rechteckimpulse. Je nachdem, wie man nun ein und aus verteilt, also wie breit man die Impulse macht und welche Pausen es dazwischen gibt, ergibt sich eine resultierende Spannung, die der Sinuskurve entspricht.

Wie man aus dieser "gepulsten Rechteckspannung" eine Sinusspannung macht, hängt vom Anwendungsfall ab. Am einfachsten ist das bei Drehstrommotoren, weil deren Induktivität selber dafür sorgt, dass der gepulste Strom/Spannung sozusagen zum Sinus glattgeschmiert wird. Ansonsten könnte man auch in den Ausgang Kondensatoren schalten, die das Glattschmieren der Rechteckimpulse übernimmt.

Antwort
von atoemlein, 2

Kommt draufan, mit welchem Ziel.

Frequenzwandler gibt es.

Elektronische wie beschrieben.

Mechanisch sind es Elektromotoren, die direkt mit einem Generator zusammengekoppelt sind, der eine andere Polzahl bei den Magnetspulen hat, oder man regelt die Drehzahl des Elektromotors.

Antwort
von PeterKremsner, 24

Ja Frequenzumwandler gibt es, die Eingangsspannung wird gleichgerichtet und anschließend mittels Elektronik wieder Zerhackt in die Ausgangsfrequenz gebracht.

Die Dinger hast du eigentlich in neuere Waschmaschinen, in jedem Elektroauto und in jedem Zug der mit Strom fährt etc....

Alternativ gibt es dann noch die Maschinenumrichter da wird einfach ein Motor mit 2 Polpaaren an einen Generator mit 4 Polpaaren angschlossen und die Ausgangsfrequenz wurde dadurch gesenkt. So wurde früher das Bahnnetz mit 16 2/3 Hz an das öffentliche Stromnetz mit 50Hz gekoppelt.

In der Mikroelektronik besonders in der Funk und Computertechnik gibt es auch so eine Art Frequenzumwandler, im Prinzip sind das Multiplikatoren.

Dabei wird mit einer Schaltung Namens PLL und eine Frequenzteiler (in der Digitaltechnik einfach nur ein Zähler) eine Eingangsfrequenz um den Teilungsfaktor vervielfacht.

So wird zB in einem PC aus dem FSB Takt der Prozessortakt etc gewonnen.

Kommentar von Herb3472 ,

Viel zu kompliziert für jemanden, der wie der Fragesteller Frequenz für ein Maß für elektrische Energie hält.

Kommentar von PeterKremsner ,

Ich kenne das Vorwissen des Fragestellers nicht darum habe ich auch diese Antwort gegeben, wenn er genauere Ausführungen zu irgendetwas wünscht kann er gerne hier Kommentieren und ich versuche es ihm zu erklären.

Ob eine Antwort zu kompliziert für jemanden ist überlasse ich auch lieber dem jenigen der die Frage gestellt hat...

In diesem Fall ist es ihm zwar offensichtlich zu kompliziert, aber für so einen Fall kann man ja nachfragen.

Kommentar von Schlumpfbaby ,

Die Antwort war nicht zu kompliziert, sondern gut erklärt, ob ich die Fachbegriffe dazu kenne, ist ja ne ganz andere Geschichte und die Beispiele aus der PC-Technik waren für mich sehr hilfreich, da ich mich hier besser auskenne als in der Physik.
Aber eine Frage, die ich auch weiter unten gestellt habe, bleibt: Was muss ich mir unter "zerhacken" vorstellen? Was wird da genau gemacht und auf welche Art?

Kommentar von PeterKremsner ,

Im Prinzip hast du einen Schalter welcher immer ein und aus schaltet durch das Verhältnis von Einschaltzeit zu Ausschaltzeit kannst du so im Mittel eine Spannung einstellen.

Also wenn hinter dem Schalter 12V sind und du schaltest ihn für 5 Sekunden ein und für 5 Sekunden aus hast du im Mittel 6V.

Wenn du den Schalter für 7 Sekunden einschaltest und für 3 Sekunden aus hast du im Mittel 12* 7/10 = 8,4V.

Dieses Einschalt zu Ausschaltverhältnis wird jetzt so geregelt, dass sich im Mittel eine Sinusförmige Spannung mit der gewünschten Frequenz ergibt. (Der Begriff dafür ist PWM oder Pulsweiten Modulation)

Der Grund warum das gemacht wird ist einfach der dass der Schalter entweder voll ein oder voll aus ist, dadurch sinkt die Verlustwärme an den Bauteilen und das ganze wird von der Kühlung nicht so ein Problem.

Antwort
von Nieder97, 31

Mit z.b. Einem Impulsgeber mit dem z.b. Eine Gleichspannung in Impulse realisiert mit sehr hoher Frequenz kann grob als Wechselspannung dargestellt werden da kann man dann die Frequenz und Spannung einstellen.

Antwort
von konzato1, 20

Das ist "relativ einfach, wenn auch umständlich".

Und zwar werden mit dem Strom (Spannung) der einen Frequenz Motoren angetrieben, die einen Generator "hintendran" haben, welcher Strom mit der gewünschten Frequenz liefert.

Das wird übrigens in Südamerika irgendwo gemacht, wo zwei Länder zusammen ein Wasserkraftwerk gebaut haben und sich in die Stromproduktion teilen. Nur braucht das eine Land bedeutend weniger Strom, während das andere Land (Brasilien glaube ich) ihn dringendst benötigt.

Antwort
von WetWilly, 22

Im Bereich der Digitaltechnik gibt es Frequenzteiler und Frequenzmultiplizierer.

Im analogen Bereich gibt es z.B. sog. Frequenzumrichter, wobei das Wort "umrichten" etwas irreführend ist, weil die Frequenz erzeugt und nicht umgerichtet wird....

Antwort
von Herb3472, 15

So etwas gibt es durchaus, es kommt darauf an, wofür Du das Ding benötigst:

https://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzumformer

https://de.wikipedia.org/wiki/Funktionsgenerator


Kommentar von Schlumpfbaby ,

Danke, endlich mal eine hilfreiche Antwort!
Aber mal als Zusatzfrage, die ich hier bereits zweifach gestellt habe, leider bisher ohne Antwort.
Aus diesem Wiki-Artikel entnehme ich, dass es sehr wohl eine Verbindung zwischen Frequenz und Spannung gibt und irgendwie muss man das doch auch berechnen können.
Kannst du mir vielleicht erklären, oder einen für Laien verständlichen Link geben, der mir erklärt, wie die beiden Werte miteinander im Verhältnis stehen, bzw warum die Energie überhaupt mal in Frequenz und mal in Volt gemessen wird?

Kommentar von Herb3472 ,

Einen direkten Zusammenhang zwischen Frequenz und elektrischer Spannung gibt es nicht, und Energie wird weder in Frequenz noch in Volt gemessen.

https://www.youtube.com/watch?v=zUFGmGAuC3o

Kommentar von Herb3472 ,

Hier noch was zu diem Thema Frequenzumrichter:

https://www.youtube.com/results?search_query=frequenzumrichter

Antwort
von Thor1889, 20

Ein Um-/Wechselrichter eignet sich auch (Frequenzumrichter)

https://de.wikipedia.org/wiki/Frequenzumrichter

eignet sich auch dazu.

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