Борис семенов. силовая электроника. от простого к сложному. 2-е издание + cd

История

Силовая электроника началось с разработки ртутного выпрямителя, который был изобретен Питером Купером Хевиттом в 1902 году. Он использовался для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). С 1920-х годов продолжались исследования применения ртутных дуговых клапанов передачи электроэнергии. Уно Ламм разработали ртутный клапан пригодный для высокого напряжения постоянного тока силовой передачи.

В 1947 году биполярный транзистор был изобретен Вальтером Х. Брэттеном и Джоном Бардином под руководством Уильяма Шокли в компании Bell Labs. В 1948 году изобретение Шокли — биполярного транзистор с переходным слоем улучшил стабильность и производительность транзисторов, также уменьшил расходы. К 1950 году стали доступны более мощные силовые полупроводниковые диоды,которые начали заменять вакуумные трубки. В 1956 году Силиконовый управляемый выпрямитель (SCR), был введен General Electric, значительно увеличивая спектр применения в силовой электронике.

К 1960 улучшенная скорость переключения биполярных транзисторов позволила создать высокочастотные импульсные преобразователи. В 1976 году MOSFETы стали коммерчески доступны. В 1982 году был введен биполярный транзистор с изолированым затвором(IGBT).

Инверторы

Инверторы преобразуют сигнал постоянного тока в переменный. Могут быть разделены на две категории: Автономные инверторы напряжения и автономные инверторы тока. Превые названы так из-за того, что сигналом выхода у них является напряжение. С другой стороны, у АИТ выходом являтся сигнал тока.

Будучи статическим преобразователем, инвертор работает благодоря комутации ключей, которые обычно являются полностью управляемыми полупроводниковыми элементами. Выходной сигнал состоит из множества дискретных значений, которые изменяются очень быстро. Способность производить около-синусоидальный сигнал вблизи основной частоты осуществяется благодаря заданию длительности импульсов включенного и отключенного состояния ключа в период модуляции. Распространенные способы модуляции включают: ШИМ (Широтно-импульсная), векторная и по гармоникам.

Текущие инверторы используются для получения выходного переменного тока от питания потоянным током. Этот тип инвертора используют для трехфазных установок, в которых требуется сигналы напряжения высокого качества.

Устройства

Возможности и экономия мощности силовой электроники определяется доступными активными устройствами. Их характеристики и ограничения являются ключевыми элементами в проектировании систем силовой электроники.

Силовые электронные устройства могут быть использованы как переключатели, или в качестве усилителей. Идеальный переключатель либо открыт, либо закрыт, и поэтому неи потерь мощости. В отличие от этого, в случае усилителя, текущий через устройство непрерывно изменяется в соответствии с входным током. Напряжение и ток на клеммах устройства соответствуют нагрузке линии, и рассеиваемая мощность внутри устройства является большей по сравнению с мощностью на нагрузке.

Устройства, такие как диоды проводят, когда подано прямое напряжение. Силовые устройства, такие как кремневые выпрямители и тиристоры позволяют управлять проводимостью, но нуждаются в периодическом обращении напряжения, для запирания. Устройства, такие как управляемные тиристоры, полевые транзисторы и MОПы обеспечивает полный контроль переключения и могут быть включены или выключены независимо от тока протекающего через них. Транзисторные устройства также позволяют пропорциональное усиление, но это редко используется для систем более чем несколько сотен ватт.

Ссылки по теме

  • Семенов Б Ю Силовая электроника от простого к сложному
    / Нормативный документ от 30 августа 2019 г. в 14:08
  • Николаев А.П. Малкина М.В. 500 Схем для радиолюбителей. Часть 4. Источники питания
    / Нормативный документ от 26 августа 2019 г. в 16:33
  • Бринли К. Электронные контрольно-измерительные приборы
    / Нормативный документ от 11 февраля 2020 г. в 12:47
  • Николаев А.П. 500 схем для радиолюбителей Часть первая. Радиопередатчики
    / Нормативный документ от 26 августа 2019 г. в 15:07
  • Николаев А.П. Малкина М.В. 500 схем для радиолюбителей. Часть вторая. Радиоприемники
    / Нормативный документ от 26 августа 2019 г. в 15:23
  • Николаев А.П. Малкина М.В. 500 схем для радиолюбителей. Часть 3. Усилители
    / Нормативный документ от 26 августа 2019 г. в 16:21
  • Новиков Ю.В. Основы цифровой схемотехники
    / Нормативный документ от 25 февраля 2020 г. в 15:58
READ  Тест. строение атома. элементарные частицы. изотопы

Белоус А.И. Ефименко С.А. Турцевич А.С. Полупроводниковая силовая электроника

Предисловие

Предлагаемая вниманию читателя книга ориентирована на широкий круг читателей – ученых, инженерно-технических работников, студентов профессионально-технических училищ, колледжей и высших учебно-технических заведений, инженеров-разработчиков радиоэлектронной аппаратуры, разработчиков дискретных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, а также инженеров и технических специалистов по ремонту и эксплуатации в таких разных по профилю профессиональной деятельности сферах, как промышленная и бытовая радиоэлектронная аппаратура, автомобильная электроника, электротехника, осветительная техника, электрические машины и различные устройства преобразования электрической энергии.

Столь широкий круг потенциальных читателей книги обусловлен уникальностью предмета исследований книги – силовой электроникой. Это достаточно новое и стремительно развивающееся направление научно-технического прогресса сегодня даже не имеет четко установившейся общепринятой терминологии. Если любознательный читатель обратится к Интернету и с помощью всезнающей Википедии попробует узнать, а что же это за такое направление, он будет разочарован. Обычно вся суть нового явления (направление, вид деятельности) в этой общепризнанной универсальной энциклопедии описывается в так называемых «основных статьях» по каждому из направлений, которые в терминологии Википедии называются «категориями» и «подкатегориями». Так вот – по категории «силовая электроника» такая «основная статья» еще не написана, хотя всего в двух там присутствующих «подкатегориях» («системы управления электродвигателями» и «источники питания») уже имеются более тридцати страниц, посвященных терминологии предметов исследований этой области науки и техники – (электронный привод, тиристоры, выпрямители, преобразователи энергии, IGBT, MOSFET, тиристорные регуляторы мощности, силовые модули, бортовые электронные системы управления двигателями и т.п.).

С другой стороны, в многочисленной зарубежной и даже в не столь многочисленной отечественной литературе существует множество различных публикаций (статьи, монографии, справочники, описания патентов, руководства по применению и т.д.), рассматривающих некоторые частные аспекты проблемы силовой полупроводниковой электроники – теоретические исследования, методы расчета и проектирования конкретных силовых машин и устройств, методы расчета проектирования дискретных полупроводниковых приборов и интегральных микросхем, предназначенных для использования в различных устройствах, связанных с преобразованием энергии, и др.

Наиболее полно проблематика научно-технического направления «силовая электроника» рассмотрена в фундаментальной работе «Semiconductor Technical information, technologies and characteristics date», опубликованной «Pablisic Corporate Publishing» в Германии в 2000 г. Это издание было подготовлено штаб-квартирой одного из мировых лидеров в области полупроводниковой технологии и ее применений – фирмы Infinion Technologies AG и представляет собой фактически универсальное справочное пособие для ученых и инженеров, специализирующихся в области проектирования и применения современных полупроводниковых изделий, состоящее из отдельных глав по конкретным направлениям, подготовленных большим авторским коллективом ученых и специалистов с мировым именем под редакцией председателя правления этой крупнейшей международной корпорации профессора Ульриха Шумахера. Несомненным достоинством этой книги является то, что авторы в пределах одной монографии сумели талантливо изложить в ней все современные тенденции, веяния и достижения в области полупроводниковых технологий.

Силовая электроника. Краткий энциклопедический словарь терминов и определений

Предисловие

В истории силовой электроники четко различаются два периода. Первый, начало которому положено изобретением в 1901 г. ртутного вентиля, и второй, когда в 1958 г. появился тиристор, полупроводниковый прибор, открывший эру твердотельной силовой электроники — научно-технического направления, охватывающего методы и средства управления потоками электрической энергии с использованием полупроводниковых приборов.

READ  Измерительный мост

Твердотельная электроника заняла столь важное место в жизни «человек» что под термином «электроника», как правило, понимается та ее часть, которая имеет дело с полупроводниками. Поэтому содержательная часть словаря в значительной мере ограничивается твердотельными приборами и не касается терминов, относящихся к вакуумным и газоразрядным

Такой подход составителей словаря оправдан еще и тем, что в области вакуумной и газоразрядной техники имеется установившаяся терминология, достаточно единообразная и не нуждающаяся в дополнительных разъяснениях и толкованиях.

Бурное развитие силовой электроники за последние 25-30 лет — привело к многообразию терминов и определении даже в пределах одного, например русского, языка. Трудность возникает и при чтении научно-технической литературы на английском языке из-за значительных расхождений не только в определениях, но и в терминах и обозначениях. Все это подтолкнуло составителей к подготовке терминологической части словаря «Силовая электроника» — двуязычной, содержащей термины, аббревиатуры и обозначения на русском и английском языках.

Практически во всех публикациях – книгах, трудах конференций, журналах и т.д., посвященных силовой электронике, рассматриваются проблемы, связанные с полупроводниковыми приборами, преобразовательными устройствами, регулируемыми электроприводами и т.д., что и определило тематику словаря. Это соответствует современному пониманию силовой электроники как интердисциплинарного научно-технического направления.

Составители сочли целесообразным включить в словарь также термины, относящиеся к электрическим машинам, являющимся основным элементом электроприводов.

Выпускаемый специальный словарь по силовой электронике является вторым отечественным словарем, посвященным этому научно-техническому направлению. Широкое толкование понятия «силовая электроника», послужившее причиной включения терминов по электрическим приводам и машинам, комплектным преобразовательным устройствам и т.д., в настоящее время является общепринятым.

Б.Ю.Семенов Силовая электроника для любителей и профессионалов

От автора

Начну с того, что вопросами импульсных источников электропитания я профессионально занимаюсь несколько лет, но и в свободное от работы время что-нибудь мастерю для дома. Идея написать эту книгу возникла у меня после долгого виртуального общения в Интернете с неутомимым коллегой-радиолюбителем, задумавшим без подготовки сделать недорогой импульсный сварочный аппарат. Поначалу, познакомившись на одном из сетевых форумов, мы перебрасывались письмами, в которых обсуждали нехитрые идеи, предлагаемые нашими собратьями по паяльнику. Но однажды мой собеседник с досадой сообщил, что при очередном испытании сварочного аппарата у него сгорел, немало надымив, последний комплект дорогих транзисторов. Отчаяние было столь велико, что коллега решался вообще не связываться больше с импульсной техникой. Вспомнив едкий запах горелых радиодеталей, которым мне не раз приходилось дышать, я попросил прислать схему на нелицеприятный профессиональный разбор … Так завязалась наша долгая плодотворная переписка, в которой я частенько отвечал на, казалось бы, элементарные вопросы. Но без прояснения их дело не могло сдвинуться. Позже к переписке подключились еще несколько радиолюбителей, которым я просто отправлял готовые письма по интересующим темам. Удивительно, но насколько вопросы разных людей совпадали!

Почему проектирование и даже ремонт импульсных источников электропитания вызывают столько кажущихся неразрешимыми вопросов? Все дело в том, что силовая импульсная техника не прощает ошибок, не дает времени на «разбор полетоВ)) — один неверный шаг, и она просто сгорает, как новогодняя хлопушка, мгновенно. Авторы прекрасной схемотехнической книги П. Хоровиц и У. Хилл пишут об импульсной силовой технике так: «Импульсные источники сложны и хитроумны с точки зрения надежности. Необходимы специальные индуктивности и трансформаторы. Наш совет — откажитесь от их проектирования, покупайте то, что вам нужно!» Действительно, лет десять назад этот совет бьш весьма актуален. Теперь же, с появлением таких интересных представителей силовой электроники, как транзисторы MOSFET, IGBT, мощные диоды Шоттки, диоды HEXFRED, защитные диоды TRANSIL, драйверы управления силовыми транзисторами и интегральные микросхемы «все в одном корпусе», — эти компоненты значительно упростили проектирование импульсных источников, позволяя достичь неплохих результатов даже в домашней радиолюбительской лаборатории. Однако и при современном уровне развития силовой элементной базы проектирование импульсного источника остается «задачкой со многими неизвестными».

READ  Сто 59012820.27.100.003-2012 регулирование частоты и перетоков активной мощности в еэс россии. нормы и требования (с изменением)

Особенно трудно начинать знакомство с импульсной техникой молодому профессиональному разработчику. Сложность здесь вот какая. Многочисленные отечественные книги по силовой электронике, изданные в 70-80-е годы, рассчитаны на опытного читателя. Сведения, содержащиеся в них, как правило, слишком трудны для понимания начинающими разработчиками и радиолюбителями. Обычно авторами предполагается, что читатель уже имеет колоссальный опыт и ему остается прояснить только некоторые детали. Иностранные же книги, в целом доступно излагающие материал, далеко не все могут найти, а найдя, прочитать. В последние годы по вполне понятным причинам бьшо издано лишь несколько книг по импульсной технике, которые можно было бы использовать практически. Институтские учебники не в счет — их авторы обычно обходят стороной очень важные специальные вопросы.

Пока автор писал эту книгу, в книжных магазинах появился справочник 33. К сожалению, и эта новая книга оказалась написанной в традициях 10-20-летней давности

Основное внимание в ней уделяется проектированию на основе мощных биполярных транзисторов

О полевых транзисторах написано чуть меньше пяти страниц, а транзисторы IGBT вообще не упомянуты. Плохо донесены до читателя вопросы опасного влияния паразитных параметров на работу схем, практически нет сведений о том, как защищаться от этих опасностей.

Виды полупроводниковых приборов

  • Диод – однополярный, неупарвляемый ключ.
  • Тиристор – однополярный, не полностью управляемый ключ. Входной импульс открывет тиристор. Для закрытия требуется снизить анодное напряжение до значения, которе определяется характеристикой ключа. Существует разновидность этого ключа, которая позволяет закрывать его с помощью импульса.
  • Симистор – встречно-параллельне тиристоры.
  • Биполярный транзистор ;ndash; трёхэлектродный полупроводниковый прибор, один из типов транзистора. Электроды подключены к трём последовательно расположенным слоям полупроводника с чередующимся типом примесной проводимости. По этому способу чередования различают n-p-n и p-n-p транзисторы.
  • МОП-структура – полупроводниковая структура, применяемая при производстве микросхем и дискретных полевых транзисторов. Полупроводниковые приборы на основе этой структуры называют МОП-транзисторами (от слов «металл-оксид-полупроводник», англ. metal-oxide-semiconductor field effect transistor, сокращенно «MOSFET»), МДП-транзисторами (от слов «металл-диэлектрик-полупроводник») или транзисторами с изолированным затвором (так как у таких транзисторов затвор отделён от канала тонким слоем диэлектрика).

    В отличие от биполярных транзисторов, которые управляются током, транзисторы с изолированным затвором управляются напряжением, так как, по причине изолированного управляющего электрода (затвора) такие транзисторы обладают очень высоким входным сопротивлением.

  • Биполярный транзистор с изолированным затвором – трёхэлектродный силовой электронный прибор, используемый, в основном, как мощный электронный ключ в импульсных источниках питания, инверторах, в системах управления электрическими приводами.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: