Einfache Wechselrichter sind im Prinzip ungeregelte Gegentakt-Flusswandler, die mit einer Schaltfrequenz von 50 Hz arbeiten. Als Wandlertrafo dient ein normaler Netztrafo mit Eisenkern. Die einfachsten Wechselrichter sind selbstschwingende Gegentaktwandler mit bipolaren Schalttransistoren. Die Leistungsgrenze dieses Wandlertyps dürfte bei ca. 200 VA liegen. Wegen des schlechten Wirkungsgrades werden solche Wandler aber kaum noch eingesetzt. In Bild 13.4a ist ein selbstschwingender Gegentakt-Rechteck-Wechselrichter zu sehen, der z. B. von einem Kfz-Bordnetz versorgt werden könnte. Der Stromkreis müsste noch mit ca. 15 Ampere abgesichert werden, was einer maximalen Leistung von etwa 150 VA bei dieser Schaltung entspricht.
Der jeweils eingeschaltete Transistor bekommt im Normalbetrieb seinen Basisstrom über die Rückkopplungswicklung. Der Basisstrom wird von R2 auf 1–2 Ampere begrenzt. Erst wenn der Netztrafo in die Sättigung gerät, bricht die Induktionsspannung in der Rückkopplungswicklung zusammen und die Transistoren schalten um. Durch die Streuinduktivität des Trafos kann es dabei zu Spannungsspitzen an den Kollektoren kommen. Der Kondensator C2 fängt diese Spitzen weitgehend ab. Die maximale Wandlerleistung hängt neben der Trafogröße auch von den Transistoren und R2 ab. R2 bestimmt den Basisstrom der Transistoren und damit auch den maximalen Kollektorstrom. Bei Überlastung kommen die Transistoren aufgrund des zu hohen Kollektorstromes noch vor Eintritt der Kernsättigung in die eigene Sättigung. Die Leistungsgrenze lässt sich durch stärkere Transistoren und/oder einen größeren Basisstrom erhöhen. Ein Nachteil des selbstschwingenden Wechselrichters ist, dass er bereits bei kurzzeitigen Überlastungen aussetzt. Da kann es schon schwierig sein, eine normale Glühbirne anzuschließen, die aufgrund ihres niedrigen Kaltwiderstandes den Wandler sofort abwürgt.
Ein weiterer Nachteil von Rechteck-Wechselrichtern besteht darin, dass Effektiv- und Spitzenspannung übereinstimmen. Bei vielen Verbrauchern ist das unkritisch. Werden jedoch Geräte mit Gleichrichterschaltungen an einem Rechteck-Wechselrichter betrieben, laden sich die Siebelkos immer nur bis auf den Effektivwert auf, was u. U. zu Funktionsstörungen führen kann. Die Gleichrichterschaltungen netzbetriebener Geräte sind oft so ausgelegt, dass sich der Siebelko auf den Spitzenwert einer sinusförmigen Spannung aufladen muss, der ja bekanntlich um den Faktor 1,41 über dem Effektivwert liegt. Ein Netzsiebelko würde sich z. B. nur auf 230 statt 325 Volt aufladen. Aus diesem Grund arbeiten neuere einfache Wechselrichter mit einer angenäherten Sinuskurve. Diese hat mit einer echten Sinuskurve zwar nicht so viel zu tun, jedoch gibt es eine wesentliche Gemeinsamkeit: Auch bei der angenäherten Sinuskurve liegt der Spitzenwert der Spannung um den Faktor 1,41 über dem Effektivwert. Die angenäherte Sinusform ist nichts anderes als eine Rechteckschwingung mit Totzeit. In Bild 13.4b sind echte und angenäherte Sinusform mit gleichem Effektiv- und Spitzenwert so übereinandergelegt, dass man ihre Beziehung zueinander gut erkennen kann.
Für den Trafo kann ein normaler 50-Hz-Netztrafo verwendet werden. Die Spannung auf der Niedervoltseite muss bei 12 Volt Eingangsspannung etwa 2x 7,5 Volt betragen. Die Ausgangsspannung ist nur über die Eingangsspannung und das Übersetzungsverhältnis des Trafos bestimmt. Darüber hinaus verursachen die Verluste in Trafo, Transistoren und Zuleitungen einen lastabhängigen Einbruch der Ausgangsspannung. Für die meisten Verbraucher sollte das aber kein Problem sein.
Soll der Wechselrichter mit 24 Volt betrieben werden, muss ein 12-V-Spannungsregler die Versorgungsspannung für die CMOS-Bausteine erzeugen. Wegen der hohen Stromaufnahme des Wechselrichters bei Volllast kann es schwierig sein, einen Schalter zwischen Akku und Wechselrichter einzubauen. Deshalb kann der Akku dauerhaft an den Wechselrichter angeschlossen bleiben und mit einer Steuerleitung ein- und ausgeschaltet werden. Liegt die ON/OFF-Leitung auf 12 Volt, wird der Quarzoszillator stillgelegt und der Johnson-Zähler zurückgesetzt, sodass beide Leistungstransistoren sperren. Die Stromaufnahme des Wechselrichters liegt dann im µA-Bereich und ist vernachlässigbar gering gegenüber der Selbstentladung der Akkus.
Der Wechselrichter ist grundsätzlich nicht für große kapazitive Blindlasten geeignet, da sonst beim Umladen der Kapazitäten hohe Verluste in den Schalttransistoren T2, T3 und T4 entstehen würden. Induktive Blindlasten sind dagegen weniger problematisch. Die in der induktiven Last gespeicherte Energie wird nach dem Umschalten der Polarität wieder in den Akku zurückgespeist.
Die Akkus können theoretisch direkt über den Netztrafo aufgeladen werden. Dazu ist aber ein etwas niedrigeres Übersetzungsverhältnis des Trafos nötig. Wenn die Steuerelektronik abgeschaltet ist, würden die Inversdioden der MOSFETs als Ladegleichrichter dienen.
Wechselrichter größerer Leistung arbeiten normalerweise mit sinusförmiger Ausgangsspannung. Diese möchte ich hier jedoch nicht mehr behandeln. Um sinusförmige Ausgangsspannungen zu erhalten gibt es prinzipiell mehrere Möglichkeiten, die ich zumindest aufzählen will:
Eine andere Möglichkeit wäre es, die Betriebsspannung der Vollbrücke mit einem Abwärtswandler sinusförmig zu modulieren, während die Vollbrücke nur im 50-Hz-Takt umschaltet. Vorteil wäre eine einfachere Entstörung, da am Trafo keine Hochfrequenz mehr anliegt. Nachteil ist allerdings der höhere Aufwand und evtl. schlechtere Wirkungsgrad, da im Prinzip zwei Wandler hintereinandergeschaltet sind.