Poradnik inżyniera energoelektronika. Tom II

Poradnik inżyniera energoelektronika. Tom II

rok wydania: 2015, wydanie drugie zmienione
ilość stron: 524
ISBN: 978-83-7926-236-6
format: 15x21 cm
oprawa: twarda

Opis
W Poradniku zostały przedstawione główne zasady, na podstawie których analizuje się, projektuje, buduje i eksploatuje urządzenia energoelektroniczne. Omówiono najważniejsze zagadnienia dotyczące obwodów energetycznych i sterujących, zastępując skomplikowane analizy matematyczne opisowymi wyjaśnieniami o charakterze syntetyzującym.

Trudno obecnie wyobrazić sobie procesy związane z wytwarzaniem i użytkowaniem energii elektrycznej bez udziału energoelektroniki. Obszar jej zastosowań rozciąga się niemal na wszystkie gałęzie przemysłu, informatykę, transport, komunikację, rolnictwo, a także produkcję sprzętu medycznego oraz urządzeń powszechnie wykorzystywanych w gospodarstwach domowych.

W niniejszym Poradniku zostały przedstawione główne zasady, na podstawie których analizuje się, projektuje, buduje i eksploatuje urządzenia elektroenergetyczne. W przystępny sposób omówiono najważniejsze zagadnienia dotyczące obwodów energetycznych i sterujących, zastępując skomplikowane analizy
matematyczne opisowymi wyjaśnieniami o charakterze syntetyzującym.

W takiej formie przedstawiono m.in. wiedzę o:
• zjawiskach fizycznych zachodzących w elementach obwodów energetycznych,
• oddziaływaniach przekształtników na źródła zasilania,
• metodach i układach sterowania,
• konstrukcji urządzeń energoelektronicznych,
• metodach projektowania wspomaganego komputerowo,
• obsłudze i naprawie urządzeń energoelektronicznych,
• wymaganiach środowiskowych i kompatybilności urządzeń,
• przepisach prawnych i normach technicznych.

Poradnik przeznaczony jest dla szerokiego grona specjalistów energetyków, elektroników i energoelektroników, a także studentów uczelni technicznych kształcących w zakresie projektowania i konstruowania urządzeń energoelektronicznych. Będzie też przydaną pomocą w pracy działów energetycznych większości firm produkcyjnych.


Spis treści
Przedmowa / 9
Wykaz ważniejszych oznaczeń / 13

1.Elementy układów przekształtnikowych / 23
1.1. Wiadomości ogólne / 23
1.2. Dioda / 26
1.2.1. Budowa i właściwości struktury złączowej warstwowej diody krzemowej / 26
1.2.2. Dioda energetyczna (dioda mocy PiN) / 31
1.2.3. Właściwości dynamiczne diody energetycznej / 34
1.2.4. Diody specjalne krzemowe i z węglika krzemu / 36
1.2.5. Katalogowe informacje o diodach / 38
1.2.6. Zasady doboru diod / 42
1.3. Tranzystor bipolarny / 44
1.3.1. Budowa i właściwości struktury złączowej tranzystora bipolarnego / 44
1.3.2. Właściwości dynamiczne tranzystora bipolarnego / 50
1.3.3. Katalogowe informacje o tranzystorach bipolarnych / 53
1.3.4. Zasady doboru tranzystora bipolarnego / 57
1.4. Tyrystor / 60
1.4.1. Budowa i podstawowe właściwości struktury złączowej tyrystora / 61
1.4.2. Właściwości dynamiczne tyrystora / 63
1.4.3. Specjalne odmiany tyrystorów / 64
1.4.4. Katalogowe informacje o tyrystorach / 69
1.4.5. Zasady doboru tyrystorów / 72
1.5. Tyrystor wyłączalny (GTO) i tyrystor komutowany bramką (GCT) / 74
1.5.1. Budowa i podstawowe właściwości GTO / 74
1.5.2. Właściwości dynamiczne GTO / 75
1.5.3. Katalogowe informacje o GTO / 76
1.5.4. Budowa i właściwości tyrystora komutowanego bramką (GCT) / 79
1.5.5. Zasady doboru tyrystorów wyłączalnych / 82
1.6. Energetyczny tranzystor polowy / 83
1.6.1. Budowa i zasada działania energetycznego tranzystora polowego / 84
1.6.2. Charakterystyki statyczne tranzystora MOSFET / 90
1.6.3. Właściwości dynamiczne tranzystora MOS / 91
1.6.4. Katalogowe informacje o tranzystorach MOS / 94
1.6.5. Zasady doboru energetycznych tranzystorów MOS / 97
1.7. Tranzystor bipolarny z izolowaną bramką (IGBT) / 99
1.7.1. Budowa i zasada działania IGBT / 100
1.7.2. Właściwości dynamiczne IGBT / 102
1.7.3. Katalogowe informacje o tranzystorach IGBT / 103
1.7.4. Zasady doboru tranzystorów IGBT / 107
1.8. Nowe materiały i przyrządy półprzewodnikowe / 108
1.8.1. Właściwości półprzewodników o szerokim zabronionym pasmie energetycznym / 108
1.8.2. Diody węglikowo-krzemowe / 110
1.8.3. Tranzystory mocy typu JFET z węglika krzemu / 111
1.8.4. Tranzystory mocy typu BJT z węglika krzemu / 115
1.8.5. Tranzystory mocy typu MOSFET z węglika krzemu / 116
1.8.6. Tranzystory mocy z azotku galu (GaN) / 119
1.9. Właściwości cieplne i chłodzenie przyrządów półprzewodnikowych / 123
1.9.1. Wiadomości ogólne / 123
1.9.2. Opis zjawisk cieplnych w przyrządach półprzewodnikowych / 124
1.9.3. Chłodzenie przyrządów półprzewodnikowych / 133
1.10. Konstrukcja półprzewodnikowych przyrządów mocy / 140
1.10.1. Technologia wytwarzania struktur półprzewodnikowych przyrządów mocy / 140
1.10.2. Obudowy i montaż przyrządów półprzewodnikowych / 146
1.11. Zabezpieczanie przyrządów półprzewodnikowych / 154
1.11.1. Zabezpieczenia przed przepięciami / 154
1.11.1.1. Przepięcia zewnętrzne / 154
1.11.1.2. Przepięcia wewnętrzne / 162
1.11.2. Zabezpieczenia przed przeciążeniami prądowymi i zwarciami / 167
1.11.2.1. Zabezpieczenia diod i tyrystorów przed przeciążeniami i zwarciami / 168
1.11.2.2. Zabezpieczanie przed przeciążeniami i zwarciami tranzystorów i innych przyrządów półprzewodnikowych w pełni sterowanych / 175
1.11.3. Łączeniowe obwody odciążające i zabezpieczenia stromościowe / 182
1.11.3.1. Obwody odciążające dla tranzystorów bipolarnych i IGBT / 183
1.11.3.2. Obwody odciążające dla tyrystorów wyłączalnych GTO i GCT / 191
1.11.3.3. Zabezpieczenia stromościowe dla tyrystorów zwykłych / 192
1.12. Elementy magnetyczne / 192
1.12.1. Wiadomości ogólne / 192
1.12.2. Podstawowe wiadomości o obwodach magnetycznych / 194
1.12.3. Właściwości materiałów magnetycznych / 205
1.12.4. Uzwojenia elementów magnetycznych / 214
1.12.5. Transformatory i dławiki małej częstotliwości / 221
1.12.6. Transformatory i dławiki średniej częstotliwości / 237
1.13. Inne elementy układów energoelektronicznych / 248
1.13.1. Wiadomości ogólne / 248
1.13.2. Kondensatory / 249
1.13.3. Rezystory / 265
1.13.4. Warystory / 267
1.13.5. Odgromniki gazowe / 271

2. Układy sterowania urządzeń energoelektronicznych / 275
2.1. Wiadomości ogólne / 275
2.1.1. Podstawy sterowania przekształtników / 275
2.1.2. Metody sterowania i struktury układów / 281
2.1.3. Modele przekształtników z odbiornikami /  288
2.1.4. Kryteria oceny jakości układów sterowania / 292
2.1.5. Przekształcenia współrzędnych w układach sterowania przekształtników / 295
2.1.5.1. Wprowadzenie / 295
2.1.5.2. Odwzorowanie wielkości trójfazowych w nieruchomym układzie współrzędnych prostokątnych α, jβ / 297
2.1.5.3. Transformacja do układu współrzędnych wirujących synchronicznie (d, jq) / 311
2.1.5.4. Składowe symetryczne trójfazowych wielkości niesymetrycznych / 316
2.1.6. Techniki realizacji układów sterowania przekształtnika / 323
2.2. Sterowniki przyrządów półprzewodnikowych / 325
2.2.1. Wiadomości ogólne / 325
2.2.2. Sterowniki prądu bramki tyrystora / 326
2.2.3. Sterowniki prądu bazy tranzystorów bipolarnych / 331
2.2.4. Sterowniki prądu bramki tyrystorów GTO / 335
2.2.5. Sterowniki tranzystorów MOS i IGBT / 338
2.2.6. Inteligentne moduły mocy (IPM) / 341
2.3. Nastawniki kąta załączenia i modulatory szerokości impulsów / 343
2.3.1. Wiadomości ogólne / 343
2.3.2. Nastawniki kąta załączenia tyrystorów / 348
2.3.3. Modulatory do impulsowych sterowników napięcia stałego /  351
2.3.4. Modulatory PWM dla falowników / 355
2.4. Regulatory / 359
2.4.1. Wiadomości ogólne / 359
2.4.2. Regulatory ciągłe / 361
2.4.2.1. Dobór typu oraz nastaw regulatorów / 362
2.4.2.2. Realizacja regulatorów ciągłych w technice analogowej / 368
2.4.3. Regulatory dyskretne / 374
2.4.4. Regulatory dwustanowe / 379
2.5. Układy pomiarowe / 383
2.5.1. Układy pomiaru prądu / 383
2.5.2. Układy pomiaru napięcia / 390
2.5.3. Układy pomiaru prędkości kątowej / 391
2.5.4. Układy pomiaru położenia i przesunięcia / 397
2.6. Zasilanie układów sterujących / 402
2.6.1. Wiadomości ogólne / 402
2.6.2. Stabilizatory ciągłe / 407
2.6.3. Zasilacze impulsowe / 409
2.6.4. Układy zasilania napięciem przemiennym średniej częstotliwości / 412

3. Konstrukcja i obsługa urządzeń energoelektronicznych / 417
3.1. Ogólne zasady budowy urządzeń energoelektronicznych / 417
3.1.1. Konstrukcje zestawów półprzewodnikowych / 419
3.1.2. Konstrukcje elektronicznych układów sterujących / 427
3.1.3. Zaburzenia wewnętrzne i ich eliminacja / 433
3.1.4. Konstrukcja kompletnych urządzeń energoelektronicznych / 441
3.2. Ochrona od porażeń i bezpieczna obsługa urządzeń energoelektronicznych / 447
3.3. Warunki eksploatacji i kompatybilności urządzeń energoelektronicznych / 452
3.3.1. Warunki środowiskowe / 452
3.3.2. Elektryczne warunki pracy i kompatybilność elektromagnetyczna / 455
3.3.2.1. Zasilanie napięciem przemiennym / 455
3.3.2.2. Redukcja negatywnego oddziaływania na linię zasilającą / 460
3.3.2.3. Zasilanie napięciem stałym / 468
3.3.2.4. Zaburzenia radioelektryczne / 470
3.3.2.5. Klasy obciążalności przekształtników / 476
3.4. Badania urządzeń energoelektronicznych / 478
3.5. Pomiary w układach energoelektronicznych / 483
3.5.1. Pomiary parametrów przyrządów półprzewodnikowych / 484
3.5.2. Pomiary wielkości elektrycznych w przekształtnikach / 486
3.5.2.1. Pomiary i rejestracja przebiegów czasowych prądów i napięć / 487
3.5.2.2. Pomiary wartości skutecznych i średnich prądów i napięć / 491
3.5.2.3. Pomiary mocy / 496
3.5.2.4. Pomiary zaburzeń radioelektrycznych / 501
3.6. Ogólne zasady obsługi i diagnostyki urządzeń energoelektronicznych / 503

Literatura / 507
Czasopisma i książki / 507
Normy krajowe / 510
Normy międzynarodowe / 512
Skorowidz / 514