《电力电子技术》课程教学大纲

《电力电子技术》课程教学大纲一、课程教学目标:通过教学应使学生掌握半导体器件的工作原理、特性参数、驱动电路及保护方法；特别是掌握晶闸管的特性参数；掌握晶闸管的可控整流、直流变换、逆变、交流变换等变换的原理及波形。二、课程设置说明:电力电子技术是由电力学、电子学和控制理论三门学科交叉形成的，在电力系统、电气工程和各类电子装置中应用广泛，是一门综合性很强的课程。本课程学习之前，应具备高等数学、电路、电子技术、电机与电力拖动等方面的相关知识。本门课程使用了多媒体课件教学，开设有多个教学实验三、课程性质:本课程是应用电子技术专业的主干必修课之一。电力电子技术是弱电和强电之间的接口，是弱电控制强电的技术。课程研究电力电子技术的分析与设计的基础知识，包括可控整流技术（单、三相，半控与全控，半波与全波）、电力电子器件及参数、有源逆变技术、触发电路、交流调压、无源逆变技术等。通过对本课程的学习，使学生了解并掌握分析电力电子装置与设备设计的基本理论与基本方法，为相关后续课程的学习打下坚实的基础。四、教学内容、基本要求和学时分配:本课程的教学内容包括：熟悉和掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的结构、原理、特性和使用方法；熟悉和掌握各种基本的整流电路、直流斩波电路、交流-交流电力变换电路和逆变电路的结构、工作原理、波形分析和控制方法。掌握PWM技术的工作原理和控制特性，了解软开关技术的基本原理。了解电力电子技术的应用范围和发展动向。掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。第一章电力二极管与晶闸管（8学时）教学重点：电力二极管和晶闸管的工作原理、特性与参数教学内容：电力二极管、晶闸管、晶闸管的派生器件：快速晶闸管、双向晶闸管、逆导晶闸管、光控晶闸管。第二章全控型电力电子器件（8学时）教学重点：门极可关断晶体管和电力晶体管教学内容：门极可关断晶闸管（GTO）、（GTO）电力晶体管、电力场控晶体管、绝缘栅双极型晶体管、静电感应晶体管、静电感应晶闸管。第三章晶闸管可控整流电路（14学时）教学重点：各种电路的电路图、输出波形、输出电压、输出电流的平均值、有效值、波形系数、管子的选定。教学内容：１．单相可控整流电路（单相半波可控整流电路、单相全波桥式整流电路、单相半控桥式整流电路）２．三相可控整流电路（三相半波可控整流电路、三相全控桥式整流电路）３．可控整流电路的换相压降４．晶闸管的触发电路（对触发电路的要求、晶闸管触发电路、触发脉冲与主电路电压的同步）第四章直流变换电路（8学时）教学重点：五种变换电路的形式、电路原理、输出波形及输出电压的大小的计算方法。教学内容：降压变换电路、升压变换电路、升降压变换电路、库克变换电路、全桥直流变换电路、双极性电压开关PWM控制方式、单极性电压开关PWM控制方式第五章逆变电路（12学时）教学重点：有源逆变电路、无源逆变电路、电压型逆变电路、电流型逆变电路、教学内容：1、电力器件的换流方式2、有源逆变电路（1）有源逆变的工作原理（2）三相半波有源逆变电路（3）三相桥式有源逆变电路（4）有源逆变最小逆变角βmin的限制3、无源逆变电路（1）无源逆变电路的工作原理（2）无源逆变电路的用途（3）无源逆变电路的分类4、电压型逆变电路（1）电压型单相半桥逆变电路（2）电压型单相全桥逆变电路（3）电压型三相桥式逆变电路（4）电压型逆变电路的特点5、电流型逆变电路（1）电流型单相桥式逆变电路（2）电流型三相桥式逆变电路６、负载换流式逆变电路（１）并联谐振式逆变电路（２）串联谐振式逆变电路７、脉冲宽度调制（PWM）型逆变电路（1）PWM控制的基本原理（2）单相PWM逆变电路（3）三相桥式PWM逆变电路第六章交流变换电路（6学时）教学重点：单相交流的调压、变频电路教学内容：1、交流调压电路（1）单相交流调压电路（2）三相交流调压电路2、交--交变频电路（1）单相输出交--交变频电路（2）三相输出交--交变频电路３、交--交变频电路输出频率上限的限制４、交--交变频器的优缺点第七章电力电子装置举例（8学时）教学重点：开关电源、有源功率因数校正的工作原理及应用。不间断电源、静止无功补尝装置、变频调速装置的种类及使用。教学内容：1、开关电源（1）开关电源的工作原理（2）隔离式高频变换电路（3）开关电源的应用2、有源功率因数校正的装置（1）有源功率因数校正的工作原理（2）PFC集成控制电路UC3854及其应用3、不间断电源（1）UPS的分类（2）UPS中的整流器（3）UPS中的逆变器（4）UPS的静态开关4、静止无功补尝装置（1）晶闸管控制电抗器（2）晶闸管投切电容器（3）静止无功发生器5、变频调速装置（1）变频调速的基本控制方式（2）变频调速装置的分类（3）SPWM变频调速装置五、实践环节内容安排：实验1单相整流电路分析实验目的：1、掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作情况及测试方法。2、了解续流二极管的作用。实验内容：触发电路调试；研究电阻性负载电压、电流等波形、数值。实验要求：掌握单相整流电路的组成及波形分析。实验2三相整流电路分析实验目的：1、掌握三相集成触发电路的调试步骤和方法。2、掌握三相半波可控整流电路在电阻负载及电阻电感性负载时的工作情况及测试方法。实验内容：触发电路调试；研究电阻性负载负载电压、电流等波形。实验要求：掌握三相整流电路的组成及波形分析。实验3锯齿波同步触发电路实验目的：1、了解锯齿波同步移相触发电路的工作原理。2、掌握锯齿波同步移相触发电路的调试，会正确观察和分析各点波形。实验内容：锯齿波同步移相触发电路的电路调试及输出信号波形。实验要求：掌握锯齿波同步触发电路的电路结构及如何实现同步触发。实验4三相桥式逆变电路分析实验目的：了解三相桥式逆变电路的结构、工作原理。实验内容：三相桥式逆变电路的调试及观察工作过程。实验要求：掌握三相桥式逆变电路的电路结构及电路逆变的条件。六、主要教学手段:1．课堂讲授:鼓励学生自学，课堂上主要任务是讲解重点应该掌握的内容和学生学习中遇到的疑难问题，以及了解学生对所要求内容的掌握程度;启发式教学、提倡课堂讨论，讲授与讨论相结合，组织互教互学。2、辅助教学资料：电子课件以电路试验和仿真结果和测试波形照片为主，既便于同学理解所学内容，又赋予了实验教学的效果。；3、作业及质疑：每讲课后，留思考题，让同学课后对所学的内容进行总结。根据具体情况，有时需收取同学的对思考题的回答。认真批改作业，掌握学生出勤及完成作业情况，有针对性地质疑，促进学生紧跟课堂内容，加深对讲授内容的理解。4、考试：考试是测试学生对所学知识掌握程度。本门课的成绩由思考题的回答和笔试成绩两部分组成。七、教材及教学参考书:教材：电力电子技术（第四版）王兆安主编机械工业出版社参考书：1、电力电子学陈坚主编高等教育出版社2、半导体变流技术（第二版）莫正康主编机械工业出版社八、课程实施说明:1.一般课堂教学为主，结合部分多媒体课堂教学；2.结合课堂教学内容，安排适当作业，加强对各种变流电路基本原理的掌握和理解；3.实验按照课程进度，分段或集中安排。