Energoelektronika. Elementy, podzespoły, układy
Roman Barlik, Mieczysław Nowak
rok wydania: 2014
stron: 574
oprawa: miękka
format: B5
wydawnictwo: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
Podręcznik, w odróżnieniu od innych dostępnych pozycji książkowych związanych tematycznie z energoelektroniką, jest poświęcony przede wszystkim elementom i podzespołom stosowanym do budowy urządzeń energoelektronicznych, które służą do przekształcania i sterowania energią elektryczną. Przedstawiono w nim podstawowe właściwości materiałów i przyrządów półprzewodnikowych mocy, takich jak różne odmiany diod, tranzystorów i tyrystorów. Dużo miejsca poświęcono elementom magnetycznym, zwracając uwagę na specyficzne warunki pracy rdzeni i uzwojeń dławników i transformatorów, stosowanych w urządzeniach energoelektronicznych, w których wartości chwilowe napięć i prądów są zwykle odkształcone, a ich częstotliwości są zawarte w bardzo szerokim zakresie. Trudnym warunkom pracy są także poddawane inne elementy zaprezentowane w podręczniku, takie jak kondensatory, rezystory i różnego rodzaju przyrządy przeciwprzepięciowe, w tym warystory i iskierniki. Omówiono reprezentatywne topologie przekształtników energoelektronicznych, kładąc nacisk na wymagania, jakie muszą spełniać elementy i podzespoły zarówno w odniesieniu do parametrów elektrycznych, jak i termicznych.
Zamieszczone w podręczniku wskazówki dotyczące wymaganych parametrów i zasad stosowania elementów i podzespołów energoelektronicznych mogą być przydatne zarówno studentom, jak i projektantom urządzeń energoelektronicznych.
SPIS TREŚCI:
Przedmowa 8
1. WSTĘP 9
2. PRZYRZĄDY PÓŁPRZEWODNIKOWE 21
2.1. Podstawowe właściwości fizyczne półprzewodnikowych struktur złączowych 23
2.1.1 Właściwości fizyczne materiałów półprzewodnikowych 23
2.1.2. Złącze p-n 31
2.1.3. Złącze metal-półprzewodnik 34
2.1.4. Złącze energetyczne PiN 36
2.1.5. Wzajemne oddziaływanie złączy - bipolarny tranzystor złączowy (BJT) 41
2.1.6. Struktura trójzłączowa - tyrystor 44
2.1.7. Zjawisko polowe złączowe - złączowy tranzystor polowy JFET 47
2.1.8. Zjawisko polowe powierzchniowe - tranzystor z izolowaną bramką MOSFET 49
2.1.9. Nowe materiały półprzewodnikowe 52
2.1.10. Kierunki rozwoju półprzewodnikowych struktur łączników mocy 55
2.2. Diody 58
2.2.1. Charakterystyki i parametry statyczne diody PiN 58
2.2.2. Właściwości i parametry dynamiczne diody PiN 64
2.2.3. Diody specjalne krzemowe i z węglika krzemu 69
2.3. Bipolarne tranzystory złączowe (BJT) 73
2.3.1. Budowa, charakterystyki i parametry statyczne tranzystora bipolarnego 74
2.3.2. Właściwości dynamiczne tranzystora bipolarnego 83
2.3.3. Tranzystor bipolarny z węglika krzemu 88
2.4. Tyrystory 90
2.4.1. Tyrystor półsterowany 91
2.4.2. Tyrystor wyłączalny (GTO) 99
2.4.3. Tyrystor komutowany bramką (GCT) 104
2.4.4. Przyrządy pokrewne tyrystorowi 107
2.5. Polowe tranzystory mocy 112
2.5.1. Budowa i charakterystyki statyczne tranzystora MOSFET 113
2.5.2. Właściwości dynamiczne tranzystora MOSFET 121
2.5.3. Tranzystor polowy złączowy (JFET) 126
2.6. Tranzystory bipolarne z izolowaną bramką (IGBT) 129
2.6.1. Budowa i charakterystyki statyczne 129
2.6.2. Właściwości dynamiczne 135
6
2.7. Metody zabezpieczania przyrządów półprzewodnikowych 142
2.7.1. Zabezpieczenia przed zwarciami 143
2.7.2. Zabezpieczenia przed przepięciami 158
2.7.3. Obwody odciążające tranzystory bipolarne i IGBT 174
2.7.4. Obwody odciążające tyrystory 182
2.8. Zjawiska cieplne w przyrządach półprzewodnikowych 184
2.8.1. Wiadomości wstępne 184
2.8.2. Wyznaczanie mocy strat w przyrządach półprzewodnikowych 187
2.8.3. Procesy chłodzenia wpływające na wartość rezystancji termicznej 190
2.8.4. Chłodzenie przyrządów półprzewodnikowych 193
2.8.5. Zjawiska cieplne w stanach nieustalonych 199
3. ELEMENTY MAGNETYCZNE 212
3.1. Wprowadzenie 212
3.2. Obwody magnetyczne 213
3.2.1. Dławiki 216
3.2.2. Transformatory 222
3.3. Materiały magnetyczne 231
3.3.1. Charakterystyki magnesowania 232
3.3.2. Straty mocy w obwodach magnetycznych 238
3.3.3. Właściwości materiałów magnetycznych 253
3.4. Uzwojenia elementów magnetycznych 267
3.4.1. Zjawisko naskórkowości 268
3.4.2. Zjawisko przylegania i prądy wirowe 273
3.4.3. Rezystancja uzwojeń 278
3.4.4. Indukcyjność rozproszenia uzwojeń 290
3.4.5. Pojemność uzwojeń 295
3.5. Zjawiska cieplne w elementach magnetycznych 299
3.5.1. Przewodnictwo cieplne 302
3.5.2. Unoszenie (konwekcja) swobodne i wymuszone ciepła 303
3.5.3. Promieniowanie (radiacja) ciepła 307
3.5.4. Modele cieplne elementów magnetycznych 309
3.5.5. Uproszczone obliczenia cieplne elementów magnetycznych 316
3.5.6. Cieplne stany nieustalone elementów magnetycznych 319
3.6. Elementy magnetyczne małej częstotliwości 324
3.6.1. Transformatory jednofazowe małej mocy 324
3.6.2. Transformatory sieciowe przekształtników 333
3.6.3. Dławiki małej częstotliwości 341
3.7. Transformatory i dławiki średniej częstotliwości 349
3.7.1. Transformatory o podwyższonej częstotliwości 350
3.7.2. Transformatory przetwornic dwutaktowych 368
3.7.3. Transformatory impulsowe 373
3.7.4. Dławiki w obwodach o podwyższonej częstotliwości 381
3.7.5. Dławiki specjalne 392
3.7.6. Dławiki bezrdzeniowe (powietrzne) 394
4. KONDENSATORY 398
4.1. Wprowadzenie 398
4.2. Budowa i właściwości kondensatorów 401
7
4.2.1. Kondensatory niespolaryzowane 402
4.2.2. Kondensatory spolaryzowane 413
4.3. Superkondensatory 419
5. INNE ELEMENTY UKŁADÓW ENERGOELEKTRONICZNYCH 426
5.1. Rezystory 426
5.2. Warystory 428
5.3. Odgromniki gazowe 434
6. PODSTAWOWE PRZEKSZTAŁTNIKI ENERGOELEKTRONICZNE 438
6.1. Przekształtniki sieciowe niesterowane i sterowane fazowo 439
6.1.1. Prostowniki i falowniki zależne 439
6.1.2. Przekształtniki podwójne (nawrotne, rewersyjne) 460
6.1.3. Bezpośrednie przemienniki częstotliwości 462
6.1.4. Tyrystorowe sterowniki i łączniki prądu przemiennego 463
6.2. Impulsowe przekształtniki prądu stałego 468
6.2.1. Przekształtniki bezpośrednie 469
6.2.2. Przekształtniki prądu stałego z pośredniczącymi obwodami transformatorowymi 483
6.2.3. Układy quasi-rezonansowe 492
6.3. Niezależne falowniki napięcia i prądu 499
6.3.1. Wprowadzenie 499
6.3.2. Falowniki napięcia 504
6.3.3. Falowniki prądu 537
6.3.4. Falowniki z wyjściowym obwodem rezonansowym 544
6.4. Przekształtniki sieciowe o sterowaniu impulsowym 556
6.4.1. Prostowniki z obwodem wyjściowym napięcia lub prądu stałego 556
6.4.2. Sterowniki impulsowe napięcia przemiennego 564
6.4.3. Przekształtniki matrycowe 566
Bibliografia 569
