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电子教案教案编写时间：2015年3月1日注：本页内容针对所讲授课程的总体情况填写。课程名称电力电子技术课程代码总学时：50学时讲课：40学时上机：学时实验：10学时其他：学时学时50课程类别公共课()基础课()专业课()技术基础课(√)专业选修课()公共选修课()授课对象教材：1．周景龙.电力电子技术.北京：煤炭工业出版社.主要参考资料：1．王兆安.电力电子技术(第五版).北京：机械工业出版社.2．黄家善.电力电子技术.北京：机械工业出版社.教学目的、要求：通过本课程的学习，使学生掌握电力电子器件的结构、原理、基本特性；掌握四类基本变流电路的工作原理。为后续课程的学习和从事专业技术工作奠定基础。教学重点、难点：该课程介绍电力电子器件的结构、原理、基本特性，着重介绍四类基本变流电路的基本分析方法，为学生将来从事专业技术工作奠定理论基础。其教学重点和难点为1．电力电子器件的结构、原理、基本特性；2．整流电路工作原理分析；3．直流斩波电路工作原理分析；4.交流电力控制电路工作原理分析；5.逆变电路工作原理分析。2教案课程名称电力电子技术总学时数50学时使用班级任课学期任课教师编制时间2015年3月3《电力电子技术》电子教案绪论第一章电力电子器件第二章可控整流电路第三章直流斩波电路第四章交流开关与交流调压第五章逆变电路与PWM控制技术第六章电力电子技术的应用4课题第一次课绪论课时2学时教学内容1、什么是电力电子技术2、电力电子技术的发展史3、电力电子技术的应用4、教材体系教学目标了解电力电子技术概况教学重点什么是电力电子技术（定义、两大分支）教学难点教学活动一、导入新课（比较法、提问法）已学过电子技术，什么是电力电子技术，与模电、数电有何联系，区别是什么？电力电子研究哪些内容，有何应用？通过本课程的学习，我们弄明白这些问题。欧姆定律：u=Ri基尔霍夫电流定律（KCL）任一集总参数电路中的任一节点，在任一瞬间流出该节点的所有电流的代数和恒为零，即。就参考方向而言，流出节点的电流在式中取正号，流入节点的电流取负号。基尔霍夫电流定律是电荷守恒定律在电路中的体现。基尔霍夫电压定律（KVL）任一集总参数电路中的任一回路，在任一瞬间沿此回路的各段电压的代数和恒为零，即电压的参考方向与回路的绕行方向相同时，该电压在式中取正号，否则取负号。基尔霍夫电压定律是能量守恒定律在电路中的体现。分析电路的基本方法：支路电流法、网孔电流法、回路电流法、结点电压法电路定理：叠加原理、替代原理、戴维宁定理和诺顿定理、最大功率传输定理二、新课教学（讲解法、提问法）1、什么是电力电子技术①电力电子技术的定义电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电力电子技术中所变换的“电力”有区别于“电力系统”所指的“电力”，后者特指电力网的“电力”，前者则更一般些。具体地说，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。②电力电子与信息电子电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。③电力电子技术的两大分支--电力电子器件、变流电路电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。变流技术则是电力电子技术的核心。四类基本变流电路：整流、逆变、直流斩波、交流电力控制。这就是本课程的重点内容。穿插讲述稀土元素在电力电子器件中的应用5变流电路工作原理的分析，计算。表1-1电力变换的种类输入输出交流（AC）直流（DC）直流（DC）整流直流斩波交流（AC）交流电力控制变频、变相逆变整流：直流斩波的应用：用于铁道机车（磁悬浮列车中电力电子技术为关键技术）光伏发电和风力发电：太阳能热发电介绍6电子学是一门以应用为主要目的的科学和技术。它主要研究电子的特性和行为，以及电子器件的物理学科。电子学涉及很多的科学门类，包括，物理、化学、数学、材料科学等。电子技术则是应用电子学的原理设计和制造电路、电子器件来解决实际问题的科学。电力学是以探讨大电流（强电）,高功率的电路为主的科学，其主要基础是建构在工程数学、电路学、电子学及电磁学，电力领域分成电力系统、电机机械及电力电子等三大领域，并大量地应用于发电、供电、输电、配电、电能转换、电力使用及电力转换器等相关技术。控制理论是讲述系统控制科学中具有新观念、新思想的理论研究成果及其在各个领域中，特别是高科技领域中的应用研究成果，但是在民用领域即实际生活中有很严重的脱节。2、电力电子技术的发展史—以电力电子器件的发展史为纲。3、电力电子技术的应用：电源技术、节能技术钢铁冶金、电化学工业、交通运输、电气工程、家用电器等。4、教材体系①电力电子器件②变流电路③电力电子技术的应用三、课堂小结（讲解法）教师结合学生听课情况，对本节课的教学过程进行小结，强调本次课的重点。介绍Multisim和MATLAB的功能7课题第二次课第一章电力电子器件1.1电力二极管课时2学时教学内容1、电力二极管的结构2、电力二极管的工作原理3、电力二极管的伏安特性4、电力二极管的主要参数5、电力二极管的类型教学目标掌握电力二极管的结构、原理、参数；教学重点二极管的结构、原理、参数教学难点二极管额定电流的计算教学活动一、新课教学（讲解法、提问法）电力电子器件概述模拟和数字电子电路的基础——晶体管和集成电路等电子器件电力电子电路的基础——电力电子器件■本章主要内容：◆对电力电子器件的概念、特点和分类等问题作简要概述。◆分别介绍各种常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。电力电子器件的概念电力电子器件（PowerElectronicDevice）是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。主电路：在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。电力电子器件的特征所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电子器件。为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态。由信息电子电路来控制,而且需要驱动电路。自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工作时一般都需要安装散热器。学生配合教师进行思考学生应该注意听教师的讲解。8电力电子器件的分类半控型器件主要是指晶闸管（Thyristor）及其大部分派生器件。器件的关断完全是由其在主电路中承受的电压和电流决定的。全控型器件目前最常用的是IGBT和PowerMOSFET。通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。不可控器件电力二极管（PowerDiode）不能用控制信号来控制其通断。1、电力二极管的结构电力二极管是以半导体PN结为基础的,实际上是由一个面积较大的PN结和两端引线以及封装组成的。从外形上看，可以有螺栓型、平板型等多种封装。图1-1电力二极管的外形、结构和电气图形符号a)外形b)基本结构c)电气图形符号2、电力二极管的工作原理：PN结的单向导电性当PN结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自P区流入而从AKAKa)IKAPNJb)c)AK9N区流出的电流，称为正向电流IF，这就是PN结的正向导通状态。当PN结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的PN结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。PN结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大，破坏PN结反向偏置为截止的工作状态，这就叫反向击穿。按照机理不同有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式。反向击穿发生时，采取了措施将反向电流限制在一定范围内，PN结仍可恢复原来的状态。否则PN结因过热而烧毁，这就是热击穿。3、电力二极管的基本特性：静态特性、动态特性静态特性主要是指其伏安特性。正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与IF对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降UF。承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。图1-2电力二极管的伏安特性动态特性反映通态和断态之间转换过程的开关特性。4、电力二极管的主要参数正向平均电流IF(AV)IOIFUTOUFU10指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用TC表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。例1-1需要某二极管实际承担的某波形电流有效值为400A，求二极管的IF(AV)。正向压降UF指电力二极管在指定温度下，流过某一指定的稳态正向电流时对应的正向压降。反向重复峰值电压URRM指对电力二极管所能重复施加的反向最高峰值电压。使用时，应当留有两倍的裕量。最高工作结温TJM反向恢复时间trr浪涌电流IFSM5、电力二极管的类型普通二极管、快恢复二极管、肖特基二极管二、课堂小结（讲解法）教师结合学生的情况，对本节课的教学过程进行小结，强调应掌握的重点内容。11三、课后作业１.，求有效值？２.工频正弦半波电流，波形系数？３.需要某二极管实际承担的某波形电流有效值为400A，求二极管的IF(AV)。12课题第三次课1.2晶闸管课时2学时教学内容1、晶闸管的结构、工作原理2、晶闸管的静态伏安特性3、晶闸管的主要参数4、晶闸管的派生器件5、单结晶体管触发电路教学目标掌握晶闸管的结构、工作原理、特性、参数；了解主要派生器件；理解单结晶体管触发电路教学重点1、晶闸管的工作原理、特性、参数；2、晶闸管的派生器件3、单结晶体管触发电路教学难点单结晶体管触发电路教学活动学生活动（一）、复习上节课内容，导入新课（设疑法、提问法）复习上节课二极管的原理，引出新课。（二）、新课教学（讲解法、提问法、示范法）一、晶闸管的结构外形、工作原理1、晶闸管的结构外形从外形上来看，晶闸管也主要有螺栓型和平板型两种封装结构。晶闸管工作时发热量大，必须安装散热器。2、晶闸管的工作原理引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联接端。内部是P1N1P2N2四层半导体结构，形成3个PN结（J1，J2，J3），等效成3个二极管串联，或等效成两个晶体管连接。图1-3晶闸管的外形、结构和电气图形符号分析阳极和阴极分别加上正向和反向电压时，管子均不导通。当阳极加上正向电压后，管子导通的关键是使J2结失去阻挡作用。晶闸管的工作原理，用双晶体管模型来分析。学生回顾上节课所学内容注意听讲，做好笔记13图1-4晶闸管的双晶体管模型及其工作原理a)双晶体管模型b)工作原理正反馈过程：导通时IA值由电源EA和负载电阻Rd来决定，晶闸管的正向导通压降为1.5V。由于正反馈的作用，导通的管子即使门极电流降为零或负值，也不能使管子关断。维持电流IH：当门极关断时，能维持管子导通所需的最小阳极电流。正常工作时的特性:（1）当晶闸管承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，晶闸管都不会导通。（单向导电性）（2）当晶闸管承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下晶闸管才能开通。（正向阻断特性）（3）晶闸管一旦导通，门极就失去控制作用，不论门极触发电流是否还存在，晶闸管都保持导通。（4）若要使已导通的晶闸管关断，只能利用外加电压和外电路的作用使流过晶闸管的电流降到接近于零的某一数值以下。除门极触发外其他几种可能导通的情况◆阳极电压升高至相当高的数值造成雪崩效应◆阳极电压上升率du/dt过高◆结温较高◆光触发这些情况除了光触发由于可以保证控制电路与主电路之间的良好绝缘而应用于高压电力设备中之外，其它都因不易控制而难以应用于实践。只有门极触发是最精确、迅速而可靠的控制手段。二、晶闸管的静态伏安特性1、晶闸管的伏安特性14图1-5晶闸管的伏安特性IG2IG1IG（1）正向特性当IG=0时，如果在器件两端施加正向电压，则晶闸管处于正向阻断状态，只有很小的正向漏电流流过。如果正向电压超过临界极限即正向转折电压Ubo，则漏电流急剧增大，器件开通。随着门极电流幅值的增大，正向转折电压降低，晶闸管本身的压降很小，在1V左右。如果门极电