电力电子技术课程学习指导

电力电子技术学习指导书西南科技大学网络教育学院（）西南科技大学网络教育系列指导书电力电子技术课程学习指导书(配套教材：机械工业出版社《电力电子技术》)李丽编西南科技大学网络教育学院二○○五年六月西南科技大学网络教育学院版权所有©（）电电力力电电子子技技术术课课程程学学习习指指导导前言部分一、课程教学目的和课程性质电力电子技术是自动化专业的一门应用性较强的专业基础课，是必修课。本课程的任务是使学生获得电力电子器件的必要知识，掌握由这些器件组成的各种可控整流和逆变电路，以及将其用于电力拖动、变频和逆变等电力控制的技能。通过对若干交变电路的工作原理、电磁现象、运行特点的分析与介绍，使学生掌握常用电力电子变流电路的设计、计算、控制及实验方法，熟悉变流装置的技术指标以及为这些指标所采取的新途径、新方法。二、课程的基本内容与要求1、电力电子器件掌握不可控、半控、全控电力电子元器件的工作原理及额定电压和额定电流两个重要参数。熟悉电力电子器件的驱动、保护以及其串并联使用。2、整流电路掌握可控整流的基本概念和结合各种负载全面分析整流电路的各种特性、波形的方法，这是各种可控整流电路的基础。熟练掌握单相半波、单相桥式以及三相半波、三相桥式全控整流电路的工作原理、波形分析、基本数量关系等。熟练掌握逆变电路的工作特点，产生逆变工作状态的应有条件等物理概念。理解锯齿波同步触发电路的工作原理，移相要求，同步信号选择原则等。3、交流调压电路和直流斩波电路掌握交流调压电路和直流斩波电路的基本工作原理，波形分析。4、无源逆变电路掌握各种无源逆变电路的换相方式，工作原理。5、PWM控制技术掌握PWM型逆变电路工作原理（特别是SPWM的含义），控制方法。三、本课程与其他课程的关系前修课程：《电路》、《电子技术》后继课程：《电力拖动自动控制系统》并行课程：（配套的实验课与本课程同时进行）四、教学方法建议1、每章需要加讲典型例题,并布置一定数量的习题，让学生在课外完成，加深对该课程的理解与掌握；2、同时开设的《电力电子实验课》，实验内容应与教学进度一致。五、考核方式考试电力电子技术学习指导书西南科技大学网络教育学院（）六、选用教材及主要参考书1、教材王兆安、黄俊（西安交通大学）主编，《电力电子技术》（第四版），机械工业出版社，2001.6。面向21世纪课程教材，普通高等教育“九五”国家重点教材。2、参考书，《现代电力电子技术基础》赵良炳等清华大学出版社1995年《电力电子技术》郭世明等西南交通大学出版社2002年《电力电子器件及其应用》李序葆等机械工业出版社1996年学习方法课程特点及学习注意《电力电子技术》是一专用基础课，课程的实践性很强，只有在学习中密切联系实际，加强实验,注意物理概念,才能真正掌握有关概念.掌握课程的内容要有波形分析、习题、实验能力的培训等各环节的相互配合才能解决。每个环节都很重要和不可缺少。学习《电力电子技术》，需具备先修课程《物理学》、《电路分析》、《电子学》》等知识，并进行系统的学习。由于作者思路不同，叙述详略不同，举例不同，学生可同时阅读参考几本书进行学习是比较好的方法，这样可以开拓思路、加深理解，对难点的理解特别有效。阅读学习指导书学习指导书根据课本内容将学习内容划分与课本同步分为6个学习单元。在每个单元中，既有重点内容讲述，也有补充典型例题讲解。阅读教材各章教材最好能先阅读两遍，即粗读和细读。每一章开始学习时，先阅读学习指导书的内容提要，对该章将要讨论的问题有初步印象，而后结合学习方法指导，第一遍通读教科书，努力对所研究的每一个问题均能分别建立起整体概念，即对于问题的性质和提法，分析问题的理论根据和关键所在，力求能有清晰的概念，对分析问题的细节以及对结论的理解如不能深透，可不勉强，留待第二遍细读时解决。第二遍细读时努力做到深透理解各章节内容的基本原理、重要规则和分析问题的方法，各章节之间的联系等。在第一遍通读时未搞懂的问题这次要搞懂，必要时复习一下与先修课程有关部分的内容。第二遍细读后，根据学习指导书中所列该章内容提要和学习方法指导，检查一遍是否对该章主要内容已能清楚掌握，如个别地方尚有疑问，需针对这部分再学习。不能搞懂的内容，应及时在电话讨论或书信中请教师答疑。应该指出，学习时间较少时，某些部分可不学习，因此必须根据学习进度表规定的内容进行自学，以免贪多而消化不良，这点请学生注意。被删除的内容不要求阅读，以便集中精力掌握最基本的内容。自学进度表所指定的内容，是共同的，大家都必须努力完成，力求掌握得更好。对于自学有余力或因工作需要，部分学员往往希望阅读较多的内容，学员可量力而行或根据工作的需要，选读其中一部分或全部。这些内容，不列为对学员的共同要求，因此每次面授或辅导时均不涉及，但自学中如有疑难，可提请个别答疑。电力电子技术学习指导书西南科技大学网络教育学院（）作笔记为了使自己容易记住和掌握所学内容，以及培养独立工作能力和便于复习，在阅读教材的同时，最好能作简要的笔记。笔记的详简程度根据自己的忙闲而定，一般不必太详细，以免花去过多时间而影响深入学习。笔记的内容和写法也因人而异，一般地说，对每节讨论的问题的重要概念，分析问题的主要方法步骤，简明的论证，以及必要的图，重要的公式结论和阅读后的心得体会等要能清晰、有条理且较整洁的记下来。作笔记时可随手记下阅读中所发生的问题，以便用书面或口头向教师提出，请求答疑。观看教学录相：授课光盘西南科技大学制作了18学时的《电力电子技术》教学实录课程，可供教学中观看。观看教学录相，对学生建立基本概念、解决学习中的难点是非常有帮助的。学习内容与学时安排课程内容讲课（学时）作业（题）绪论1第1章电力电子器件72第2章整流电路（单相及三相可控整流电路：工作原理、波形分析、基本数量关系；有源逆变工作状态；相控电路的驱动控制）186第3章直流斩波电路（基本斩波电路的工作原理及计算）84第4章交流电力控制电路和交交变频电路（交流调压电路与交流调功电路基本工作原理）42第5章逆变电路（电压型与电流型逆变电路特点和基本工作原理）62第6章PWM控制技术（面积等效原理与SPWM的工作原理）41合计4817绪论：考核知识点：无。阅读课本P1-7页，了解以下几个内容。一、电力电子的定义：国际电器和电子工程师学会（IEEE）的电力电子学会将电力电子技术表述为：有效的使用电力半导体器件，应用电路和设计理论及分析开发工具，实现对电能的高效能变换和控制的一门技术。它包括电压、电流、频率和波形等方面的变换。几个概念理解：1．电力电子技术与信息电子技术的不同应用：信息电子技术主要用于信息处理；电力电子技术主要用于电力变换。变流技术：使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。包括电力电子技术学习指导书西南科技大学网络教育学院（）电力电子器件、电路、装置以及其控制。3．变流装置（变换器）：按功能可分为以下几种类型。整流器——固定的AC变为可调的DC；逆变器——固定的DC变为可调的AC；斩波器——固定的DC变为可调的DC；交流调压器——固定的AC变为可调的AC（幅值可调）；周波变流器——固定的AC变为可调的（频率和幅值可调）4．电力学、电子学、电力电子技术以及控制理论之间的关系：电力电子学(PowerElectronics)这一名称是在60年代出现的。1974年，美国的W。Newell用图0-1的倒三角形对电力电子学进行了描述，认为电力电子学是由电力学、电子学和控制理论三个学科交叉而形成的。这一观点被全世界普遍接受。二、电力电子技术的性质特点1、是电力学、电子学和控制理论三大电气工程技术领域交叉学科。2、器件、变流拓扑、控制技术为其三大支柱。三三、、电电力力电电子子技技术术的的发发展展1、传统的电力电子技术以晶闸管（SCR）为核心，其派生器件快速SCR、导通SCR（RTC）、双向SCR（TRIAC）、不对称SCR（ASCR）形成一个大家族。2、现代电力电子技术是以高频化、全控型的功率器件为基础发展而形成的大家族。器件特点以全控为主，现代电力电子技术在器件、电路及其控制技术方面与传统电力电子技术相比有以下特点:集成化、模块化、复合化高频化：几十千赫～几百千赫～几兆赫全控化电路弱电化、控制技术数字化多功能化四、电电力力电电子子技技术术的的应应用用与与展展望望电力电子技术应用于从发电厂设备至家用电器的所有电气工程领域。2、新应用:能量储存设备有源滤波器超导磁浮铁道系统电子化汽车小型化开关电源家用电器电力电子技术学习指导书西南科技大学网络教育学院（）第第一一章章电电力力电电子子器器件件（PowerElectronicDevice）1.1概述电力电子器件是电力电子电路的基础。因而掌握各种常用电力电子器件的特性和正确使用方法是我们学好电力电子技术的基础。1.1.1单元内容该单元包括教材第一章的1-1~1-8节：电力电子器件概述、半控型器件——晶闸管、典型全控型器件、电力电于器件的驱动、电力电子器件的保护、电力电子器件的串联和并联使用。1.1.2单元目标1、了解电力电子器件的概念、特点和分类。2、掌握不可控、半控、全控电力电子元器件的工作原理及额定电压和额定电流两个重要参数。理解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。4、熟悉电力电子器件的驱动、保护以及其串并联使用。1.1.3考核知识点电力电子器件的额定参数及其选择1.1.4重点本单元学习的重点章节是1-3和1-8节；重点内容是各种主要电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性和主要参数等问题以及使用注意事项。1.1.5难点本单元学习的难点在1-3和1-6节；难点内容晶闸管额定参数及选取和驱动电路。1.2学习指导1.2.1电力电子器件概述(课本第1节)一、器件特征：电力半导体器件的基本特点是能以小信号输入控制很大的输出，放大倍数极大。电力半导体器件的另一基本特点是工作于开关状态,正向压降低而反向漏电流小,从而在理论上保证了各类电力电子设备都具有节能性能。1、在实际应用当中，电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。2、尽管工作在开关状态，但是电力电子器件自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，因而为了保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不仅在器件封装上比较讲究散热设计．而且在其工作时一般都还需要安装散热器。二、应用电力电子器件的系统组成如图1—1所示，电力电子器件在实际应用中，一般是由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成一个系统。因此，从宏观的角度讲，电力电子电路也被称为电力电子系统。在主电路和控制电路连接的路径上，以及主电路与检测电路的连接处，一般需要进行电气隔离，而通过其他手段如光、磁等来传递信号；而且，主电路和控制电路中需附加一些保护电路，以保证电力电子器件和整个电力电子系统正常靠运行。电力电子技术学习指导书西南科技大学网络教育学院（）三、电力电子器件的分类按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度，可以将电力电子器件分为以下三类：1、半控型器件：这类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。2、全控型器件：可以由控制信号控制其关断，因此又称为自关断器件。这类器件品种很多，目前员常用的是绝缘栅双极晶体管(IGBT)和电力场效应晶体管(简称为电力MOSFET)，在处理兆瓦级大功率电能的场合，门极可关断晶闸管(GTO)应用也较多。3、不可控器件：不能用控制信号来控制其通断的电力电子器件，因此也就不需要驱动电路，这就是电力二极管(PowerDiode)。这