DC/AC-invertterien analyysi ja testaus

Abstract

Tämän työn tarkoituksena on perehtyä invertterien toimintaan. Työssä rakennetaan ja testataan invertteri, jolla 12 V:n tasajännite voidaan muuntaa 240 V:n ja 50 Hz:n vaihtojännitteeksi. Lisäksi tarkastellaan niin kutsuttua H-siltaa osana invertterikytkentää. Työ koostuu H-sillan toiminnan perusteista, rakennetun kytkennän lohkojen toimintojen analysoinnista sekä simulointi- ja mittaustuloksista ja niiden analysoinnista. Työn lopussa on myös pohdittu simulointi- ja mittaustuloksista tehtyjä havaintoja sekä miten työtä voisi jatkokehittää.

Työssä rakennetaan ja testataan invertteri, jonka lohkoja ovat 555-ajastinpiiri, push-pull-kytkentä sekä muuntaja. 555-ajastinpiiri toimii kytkennässä oskillaattorina, jonka avulla tasajännitteestä saadaan luotua vaihtojännitettä. Vastaavasti push-pull-kytkentä toimii kytkennässä virtavahvistimena. Muuntajan tehtävänä invertterissä on nostaa ulostulojännite halutulle tasolle.

Tässä työssä on esitetty eri lohkojen simulointi- ja mittaustuloksia. Ajastinpiirin astabiilin kytkennän toimintaa on simuloitu ja mitattu ensimmäisenä. Muuntajien toimintaa on tutkittu mittaamalla kahden muuntajan ulostulojännitteitä eri sisäänmenojännitteiden arvoilla. Näiden mittausten perusteella on tehty päätös invertterikytkennässä käytettävästä muuntajasta. Koko kytkennän simulointi- ja mittaustulokset on esitetty seuraavaksi, ja niiden perusteella on havaittavissa kytkennän ongelma eli kuormitusongelma. Kuorman pienentyessä kuormaan syötettävä virta kasvaa, jonka seurauksena kytkennän sisäresistanssin aiheuttama jännitehäviö kasvaa. Sisäresistanssin vaikutukset ovat havaittavissa mittaustuloksista ulostulojännitteen laskemisena.

Jatkokehitysnäkyminä tälle työlle voidaan pitää erilaisten komponenttien vaikutusten kokeilemista kytkennän toimintaan. Kytkennässä käytetyt BJT:t lämpenevät melko paljon, joten niiden jäähdyttämiseksi kytkentään voitaisiin lisätä jäähdytyslevyt tai rajoittaa virtaa emitterivastuksilla. BJT:t voitaisiin myös korvata FET:lla tai Darlington-transistoreilla. Näiden lisäksi ulostulojännitteen suodatus kanttiaallosta siniaalloksi olisi merkittävä jatkokehityskohde.