《电力电子技术基础》教学大纲

《电力电子技术基础》教学大纲一、课程基本信息开课单位电气与信息工程学院课程代码ECO5003课程名称电力电子技术基础英文名称BasicofPowerElectronics课程性质学分3．5总学时80先修课程高等数学、大学物理、电路、模拟电子技术、数字电子技术、电机学（电机拖动基础）、自动控制理论。开课学期2013-2014-春季学期适应专业自动化、电气工程及其自动化二、课程描述中文:电力电子技术是利用有关器件对电能进行控制和转化的技术,是应用于电力领域的电子技术。它包括电力电子器件、变流电路和控制电路三个部分,是电力技术、电子技术和现代控制技术三者交叉形成的学科。“电力电子技术基础”课程是电气工程及其自动化专业、自动化专业本科生必修的学科基础课程，本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标。同时，为相关的后续专业课程打好基础。英文：Powerelectronicisatechnologywhichusessomedevicestocontrolandtransferpower.Itisabranchofelectronictechnologywhichisappliedinthefieldofpower.Itincludesthepowerelectronicdevices,convertercircuitandcontrolcircuit.Powerelectronicsisaninterdisciplineofelectricpowertechnology,electronictechnology,andmoderncontroltechnology.Powerelectronicsisanindispensableandprofessionalcorecourseforstudentsofelectricalengineeringanditsautomation.Thiscourseaimstoenablestudentstomastertheoperationalcharacteristicsandappliedmethodsofvariouscommonlyusedpowerelectronicsdevice;Tomasterstructure,workingprinciple,controlmethod,designandcalculationmethodsandexperimentalskillsofbasicpowerelectroniccircuit;Tounderstandtheapplicationandtechnical-economicindexofpowerelectronicdevices,soastolayafoundationfortheirfurtherworkinpowerelectronictechnology.Thiscoursemainlycoverspowerelectronicdevice,AC-DCconverter,DC-ACconverter,DC-DCconverter,AC-ACconverter,PWMcontrol,softswitchtechnology,etc.三、课程内容（二）课程教学目标1.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；2.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。3.了解电力电子新技术的基本原理。4.了解电力电子技术的应用范围和发展动向。5.掌握基本电力电子装置的实验和调试方法。。（二）基本教学内容第一章、绪论教学目的与要求：了解电力电子技术的基本概念、内容、地位及其应用。教学内容：（1）电力电子技术的内容；（2）电力电子技术的发展历史；（3）电力电子技术的应用；（4）课程教学要求学时分配：大班上课：2学时第二章、电力电子器件教学目的与要求：（1）熟练掌握电力电子器件的模型、工作原理、特性与参数、驱动要求；（2）掌握电力电子器件的保护内容、缓冲电路结构形式及其参数计算；（3）掌握功率MOSFET和IGBT驱动电路设计方法（4）熟悉电力电子器件的串联与并联（5）了解晶闸管派生器件、电力晶体管等新型电力电子器件的基本原理。教学重点：（1）晶闸管模型及工作原理；（2）电力场效应管和绝缘栅双极晶体管驱动电路（3）电力电子器件的缓冲电路教学难点：（1）晶闸管双晶体管模型及电流定额计算；（2）电力MOSFET和IGBT驱动电路；（3）电力MOSFET和IGBT缓冲电路教学内容：（1）不可控器件-电力整流管（自学）电力二极管工作原理电力二极管基本特性电力二极管主要参数（2）半控性器件-晶闸管晶闸管的基本工作电路及工作状态晶闸管的双晶体管模型及工作原理晶闸管特性及参数晶闸管派生器件（3）全控型电力电子器件电力晶体管电力场效应管绝缘栅双极晶体管其他电力电子器件（4）电力电子器件驱动晶闸管触发电路要求电流型驱动电路电压型驱动电路（5）电力电子器件保护与缓冲过电压的产生与过电压保护过电流保护缓冲电路（6）电力电子器件并联与串联晶闸管串联晶闸管并联功率MOSFET和IGBT的并联运行学时分配：大班教学：8学时；小班讨论：2学时。教学方式教学内容大班教学1电力电子器件概述；晶闸管大班教学2全控型电力电子器件大班教学3其它新型电力电子器件；电力电子器件驱动电路大班教学4电力电子器件保护与缓冲；电力电子器件串联与并联小班讨论1晶闸管电流定额计算；功率MOSFET和IGBT驱动电路第三章、相控整流电路教学目的与要求：（1）熟练掌握单相全控整流电路、单相半控整流电路、三相半波可控整流电路、三相桥式全控整流电路的主电路拓扑、工作原理、工作波形和参数计算；（2）熟练掌握交流侧电感对整流电路的影响及分析方法（3）熟练掌握相控整流电路的有源逆变的工作条件、工作原理、工作波形及参数计算，掌握有源逆变失败的原因；（4）掌握相控整流电路移相触发电路原理、同步原理及定相方法；（5）熟悉电容滤波下的整流电路的工作特点；（6）了解整流电路的谐波和功率因数分析方法；（7）了解大功率相控整流电路的基本结构教学重点：（1）单相、三相相控整流电路的主电路拓扑形式、工作原理与波形、参数计算；（2）相控整流电路的换相过程及分析方法；（3）相控整流电路的有源逆变；（4）相控整流电路的驱动电路原理教学难点：（1）单相、三相相控整流电路的工作波形；（2）相控整流电路的换相过程；（3）相控整流电路的有源逆变；教学内容：（1）晶闸管单相可控整流电路单相半波可控整流电路单相桥式全控整流电路单相可控整流电路的其他拓扑及特点（2）晶闸管三相可控整流电路三相半波可控整流电路三相桥式全控整流电路（3）晶闸管整流电路的换相过程（4）电容滤波的不可控整流电路电容滤波的单相不可控整流电路电容滤波的三相不可控整流电路（5）整流电路的谐波及功率因数谐波和无功功率分析基础可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析整流输出电压和电流的谐波分析（6）大功率晶闸管可控整流电路带平衡电抗器的双反星形可控整流电路多重化整流电路（7）晶闸管整流电路的有源逆变工作状态逆变的概念三相整流电路的有源逆变工作状态逆变失败及最小逆变角限制（8）晶闸管可控整流电路的控制可控整流电路控制系统组成及原理晶闸管触发电路（相位控制原理及同步）可控整流系统数学模型及调节器参数整定学时分配：大班教学：10学时；小班辅导：4学时；实验：4学时教学方式教学内容大班教学1单相可控整流电路大班教学2三相可控整流电路大班教学3晶闸管整流电路的换相过程；电容滤波的不可控整流电路大班教学4相控整流电路的逆变运行工作方式；相控整流电路的驱动控制大班教学5整流电路的谐波和功率因数；大功率可控整流电路小班讨论1可控整流装置的设计小班讨论2可控整流电路习题与讨论实验教学单相可控整流电路实验和三相可控整流电路实验（任选一个）第四章、直流-直流变换电路教学目的与要求：（1）熟练掌握基本斩波电路（升压斩波、降压斩波、升降压斩波）的主电路形式、工作模式、工作波形和参数计算；（2）掌握复合斩波电路、可逆斩波电路和多重斩波电路的主电路形式、工作模式及波形；（3）熟悉直流-直流变换器建模方法；（4）了解隔离式直流-直流变换器的电路拓扑及工作原理。教学重点：（1）基本斩波电路的主电路拓扑、工作原理及参数计算；（2）复合斩波电路和多重斩波电路电路拓扑及工作原理。（3）直流-直流变换电路建模教学难点：（1）直流斩波电路的基本工作模式及分析方法；（2）直流-直流变换电路的状态空间平均值建模。教学内容：（1）基本斩波电路降压斩波电路（BuckChopper）升压斩波电路(BoostChopper)升降压斩波电路(Buck-BoostChopper)Sepic斩波电路和Zeta斩波电路（自学）（2）复合斩波电路和多相多重斩波电路电流可逆斩波电路桥式可逆斩波电路多相多重斩波电路（3）带隔离的直流-直流变换电路带隔离的直流-直流变换电路结构与原理正激电路反激电路半桥电路全桥电路推挽电路（4）直流-直流变换器的建模与控制直流-直流变换器的建模直流-直流变换器的闭环控制结构与实现学时分配：大班教学：4学时；小班讨论：4学时；实验：4学时。教学方式教学内容大班教学1基本斩波电路大班教学2复合斩波电路及可逆斩波电路；带隔离的直流-直流变换电路小班讨论1开关电源设计小班讨论2直流-直流变换电路的建模与控制；直流-直流变换器的计算机仿真实验教学降压斩波、升压斩波、升降压斩波、电流可逆斩波、复合斩波、桥式斩波电路实验（任选1个）第五章、交流-交流变换电路教学目的与要求：（1）熟练掌握单相交流调压电路的工作原理、工作波形及参数计算（2）掌握三相交流调压电路的主电路形式、工作模式；（3）熟悉斩波式交流调压电路的结构形式及基本工作要求（4）了解交-交变频器的主电路结构和工作原理教学重点：交流-交流变换主电路拓扑及工作原理。教学难点：三相交流调压电路工作分析教学内容：（1）交流调压电路单相交流调压电路三相交流调压电路斩控式交流调压电路（2）交流电力控制电路交流调功电路交流电力电子开关（3）交-交变频电路单相交-交变频电路三相交-交变频电路学时分配：大班教学：6学时；实验：4学时教学方式教学内容大班教学1交流调压电路；交流电力控制电路大班教学2交-交变频电路实验教学单相交流调压电路、三相交流调压电路实验（任选1个）第六章、逆变电路教学目的与要求：（1）熟练掌握单相电压型逆变器和三相电压型逆变器的主电路拓扑、工作过程、工作波形及参数计算（2）掌握电流型逆变器的特点、电路拓扑及工作原理（3）掌握逆变器的正弦脉冲宽度调制的原理及实现方法（4）了解多重逆变器和多电平逆变器的主电路结构和工作原理。教学重点：（1）单相电压型逆变电路、三相电压型逆变电路的主电路拓扑、工作过程、工作波形及参数计算；（2）逆变器的脉冲宽度调制技术教学难点：（1）三相电压型逆变器的工作过程及波形（2）正弦脉冲宽度调制技术原理及实现方法教学内容：（1）逆变电路概述逆变基本原理电力电子器件换流方式（2）电压型逆变电路单相电压型逆变电路三相电压型逆变电路（3）电流型逆变电路单相电流型逆变电路三相电流型逆变电路（4）多重逆变电路及多电平逆变电路多重逆变电路多电平逆变电路（5）PWM控制技术逆变器PWM技术概述两电平逆变器正弦波脉宽调制（PWM）技术多电平逆变器脉宽调制（PWM）技术学时分配：大班教学：12学时；小班讨论：4学时；实验：4学时。教学方式教学内容大班教学1电压型逆变电路大班教学2电流型你变电路大班教学3多重逆变电路及多电平逆变电路大班教学4PWM控制的基本原理大班教学5脉冲宽度调