《电力电子技术A》课程教学大纲（本科）.docx

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1、电力电子技术A（Power Electronics）课程代码：05410062学分：3学 时：48 （其中：课题教学学时：40实验学时：8上机学时：。课程实践学:0） 先修课程：电路原理、模拟电子技术、自动控制理论适用专业：自动化教 材：电力电子技术、王兆安，刘进军主编、机械工业出版社、第五版 一、课程性质与课程目标（一）课程性质电力电子技术是电气工程及自动化专业的一门理论性与实践性很强的专业课， 也是本专业的主干课程之一。该课程是弱电与强电之间的接口，通过本课程可将先修的 电路原理、自动控制理论、电路原理等知识与工程实际相结合，提高学生动手能力。本 课程学习的主要内容包括现代功率器件工作原理

2、、应用特点，基本电力电子电路的构成 及工作原理，电力电子电路的控制方法三大局部，它的学习可为学生毕业后从事功率变 换器设计、电源制造及电机控制相关领域工作打下理论及实践基础。本课程在培养学生 分析问题、解决问题的能力的基础上，进一步增强学生的实践能力，能够根据产品要求, 提出合理、可行的电力电子电路方案，并进行具体器件参数的设计。（二）课程目标（根据课程特点和对毕业要求的贡献，确定课程目标。应包括知识 目标和能力目标。）电力电子技术课程主要介绍电力电子器件及电路的基本原理、基本构成以及对 应的控制方法。主要涉及现代功率器件的工作原理及应用特性，四种电能变化形式对应 的基本电力电子电路构成及工作

3、原理，电力电子电路常用的PWM控制技术以及电力电 子装置的具体应用等。课程目标包括知识目标和能力目标，具体如下：课程目标1：掌握现代电力电子器件的基本原理及应用特性（重点掌握功率二极管、 SCR、MOSFET以及IGBT等），能够根据电力电子电路的具体要求选择对应的功率器 件。课程目标2：掌握整流电路、逆变电路、直流-直流斩波电路、交流-交流变换电路 的构成及工作原理，能够根据产品要求，合理选择对应的电力电子电路，并进行具体设 计。课程目标3：掌握相位控制技术及PWM控制技术的原理及具体应用，能够基于设课堂教学实 验上机课程 实践小 计课程 目标第一章2讲授法5第二章8讲授法、演示法、研究型教

4、学方法1、2给一 * 第二早92讲授法、演示法、研究型教学方法2、4、5第四章4讲授法、演不法、研究型教学方法2、4、5第五章42讲授法、讨论法2、3、4第六章41讲授法、演示法、研究型教学方法2、3、4第七章4讲授法、讨论法3第八章1讨论法5第九章41讲授法、演小法、研究型教学方法4、5第十章2讲授法、讨论法3、5合计42648注：1 .课程实践学时按相关专业培养计划列入表格；2.主要教学方法包括讲授法、讨论法、演示法、研究型教学方法（基于问题、工程、案例等 教学方法）等。五 课程考核1.课程考核方式包括期末考试、平时作业及阶段测试情况考核（其中包括笔记、大作业等）和 实验情况考核。考核形式

5、考核要求考核权重备注平时作业 及阶段测 试课后完成2030个习题，主要考核学生对各章节知识点 的复习、理解和掌握度，计算全部作业的平均成绩再按 10%计入总成绩；以随机的形式，在每章内容进行中或 结束后，随堂测试13题，主要考核学生听课效果、课 后及复习消化本章知识的能力，最后按10%计入课程总 成绩。可让学生查阅资料，了解本课程相关技术开展情 况，自主学习并完成。20%根据平时作业得 分取平均值并结 合平时测试情况实验完成4个实验，主要训练学生应用所学知识构建实验系 统，并进行实验的能力，最后按10%计入课程总成绩。10%评分细那么见附录1期末考试考试方式为闭卷，试卷题型包括填空题、简答题、

6、读图 分析题和综合应用题四大类，以卷面成绩的70%计入课 程总成绩。其中考核电力电子技术基础知识及应用能力70%期末考试采用闭是1 式O的题占70%；考核综合应用能力30%。注：1 .分学期设置和考核的课程应按学期分别填写上表。2.考核方式或途径主要包括课堂表现、平时作业、阶段测试、期中考试、期末考试、大作 业、小论文、工程设计和作品等。3.考核要求包括作业次数、考试方式（开卷、闭卷）、工程设计要求等。4 .考核权重指该考核方式或途径在总成绩中所占比重。六 参考书目及学习资料1 .电力电子技术学习指导习题集及仿真M.裴云庆卓放王兆安.机械工业出版 社,2012,l-lo2 .电力电子设备设计和

7、应用手册M.王兆安张明勋.机械工业出版社，2009,第三 版。3 .尤德同，康梅，编.电力电子技术实验指导书.镇江:,2010。七、大纲说明1 .采用多媒体教学手段，建议采用讲授、讨论、研究型教学方法相结合，多种教学 手段综合运用。2 .课后共需完成大约30道习题作业，以加深学生对所学内容的理解和掌握，建议 利用相关仿真软件加强理解和学习。2017年09月10日附录1：实验考核方式及评分细那么本实验以考查为主，考核的内容包括实验过程的表现（其中包含分析与解决问题的能力）、实验 报告的质量等。分析与解决问题的能力采用提问和现场操作的方式进行。实验成绩中出勤、预习占10%,实验过程表现占60%、实

8、验报告及思考题占30%。成绩组成考核/评价环节分值考核/评价细那么对应的毕业 要求指标点出勤、预 习10%出勤状况， 预习评价10能按时到勤，遵守实验规定，不损坏实验设备（占 5%）；能够预习，并理解实验原理及目的（占5%）。4-3实验过程 60%实验中的表现60按照预设方案操作实验设备、仪表，正确完成实 验（占25%）；实验结果的准确性（占20%）；利 用所学知识分析解决问题的能力（占15%）o各 个实验在总分中所占权重系数以课时数为标准。4-3实验报告 30%实验报告评价30主要考察学生对实验结果进行分析和实验数据 进行处理的能力。要求报告字迹工整、格式规范 （占10%）；数据准确（占10

9、%）；并按要求完成 相应思考题（10%）。4-3计的电路构建电力电子装置，并进行实验验证。课程目标4：掌握电力电子器件应用的共性问题，能够分析、解决实验过程中出现 的基本问题。逐步培养学生的逻辑思维能力、判断和归纳能力。课程目标5： 了解软开关技术的原理、电力电子技术的具体应用，能跟踪电力电子 开展的趋势，正确认识和评价电力电子及功率变换技术在现代工业、家用电器等领域所 起到的作用。注：1.工程类专业通识课程的课程目标应覆盖相应的工程教育认证毕业要求通用标准；（三）课程目标与专业毕业要求指标点的对应关系本课程支撑专业培养计划中的毕业要求指标点1-4、4-2. 6-3o1 .毕业要求指标点指标点

10、1-4.掌握自动化工程专业基础知识，具有分析和解决复 杂自动化工程问题的初步能力。2 .毕业要求指标点4-2.能够采用科学原理与科学方法，对复杂自动化工程问题中 的控制算法制定实验方案。3 .毕业要求指标点6-3.能正确认识和评价自动化工程解决方案及新产品、新技术、 新工艺、新材料的开发和应用对于客观世界和社会的影响，并理解应承当的责任。果程目标 毕业要求藉标点、课程目标1课程目标2课程目标3课程目标4课程目标 5毕业要求1-4毕业要求4-2毕业要求6-3注：课程目标与毕业要求指标点对接的单元格中可输入“，也可标注“H、M、L”。二、课程内容及教学要求第一章绪论（-）教学内容（列出主要知识点、

11、能力点）.什么是电力电子技术。1 .电力电子器件的开展历程。2 .电力电子的应用领域。3 .电力电子技术的开展及课程学习的要求。（二）教学要求了解本课程的性质、研究对象与基本任务。1. 掌握电力电子及功率变换技术的定义、基本任务、基本原理、基本要求。2. 了解电力电子技术的应用和开展史。（三）重点与难点.重点电力电子及功率变换技术的基本概念。1 .难点电力电子变换系统的组成与相互协调。第二章电力电子器件（一）教学内容L电力电子器件概述。2 .电力电子器件与信息电子器件的区别。3 .现代电力电子功率器件工作原理、电气特性及使用考前须知。4 .电力电子器件的不同分类方法及对应器件。5 .现代电力电

12、子器件的开展趋势。（二）教学要求.掌握电力电子器件的结构、工作原理。1 .掌握电力电子器件静态与动态特性。2 .掌握现代电力电子器件的参数含义及使用考前须知。3 . 了解新型电力电子器件及功率集成电路的特点及开展趋势。（三）重点与难点.重点掌握现代电力电子器件中功率二极管、晶闸管、GTO、MOSFET及IGBT的工作原 理和器件特性。1 .难点电力电子器件内部载流子的运动过程、电导调制效应以及器件的动态工作过程。第三章整流电路（一）教学内容1 .整流电路的基本概念。2 .单相、三相整流电路工作原理。3 .变压器漏感对整流电路的影响。4 .电容滤波的不可控整流电路。5 .整流电路的谐波和功率因数

13、。6 .双反星型带平衡电抗器整流电路的工作原理，多重化整流电路。7 .有源逆变电路工作。8 .相控电路的驱动控制。（二）教学要求.掌握整流电路的工作原理，相控方法的优缺点。1 .掌握变压器漏感对整流电路工作的影响，理解换流的物理过程。2 .掌握电容滤波不可控整流电路的工作原理。3 .掌握谐波和功率因数的概念和特点，了解基本计算方法。4 .掌握双反星型带平衡电抗器整流电路的工作原理。5 .掌握有源逆变电路的工作原理，理解有源逆变失败的原因。（三）重点与难点1 .重点三相整流电路的构成、工作原理及控制时序；变压器漏感对整流电路的影响；有源 逆变电路的工作原理及逆变失败的原因。2 .难点双反星型带平

14、衡电抗器整流电路中平衡电抗器的作用；相控驱动电路与主电路的相 位匹配及驱动信号的隔离。第四章逆变电路（一）教学内容.变流器的换流方式。1 .逆变器的分类及电压型逆变器工作原理。2 .电流型逆变器工作原理及特点。3 .多电平逆变电路。（二）教学要求.掌握逆变器的基本工作原理。1 .掌握逆变器换流方式及应用特性。2 .掌握电压型逆变器工作原理及控制方法，理解导电对、互补对及死区时间概念。3 .掌握电流型逆变器工作原理，了解其与电压型逆变器的差异。4 . 了解多电平电路种类及各自的特点。（三）重点与难点1 .重点逆变器的换流方式及特点；电压型逆变器的构成、工作原理。2 .难点电压型逆变器移相控制的工

15、作原理，电流型逆变器换流机理。第五章直流直流变流电路（一）教学内容1 .基本斩波电路工作原理。2 .斩波控制工作原理。3 .复合斩波电路和多相多重斩波电路工作原理。4 .带隔离的直流-直流变流电路。（二）教学要求1 .掌握基本斩波电路的构成、工作原理及应用特性。2 .掌握PWM控制的基本原理，及其与相控方法的差异。3 .掌握复合斩波电路，理解复合斩波电路的换流过程。4 . 了解多相多重斩波电路的工作原理，理解重和相的概念。5 . 了解带隔离的直流-直流变流电路工作原理，理解这种间接直流-直流变换目的。（三）重点与难点1 .重点基本斩波电路的工作原理及控制方法。2 .难点复合斩波电路的构成、工作

16、原理；带隔离的直流-直流变流电路的变流过程。第六章交流-交流变流电路（一）教学内容1 .交流调压电路。2 .交流调功电路。3 .交流电力电子开关及交流电力控制电路。4 .直接交交变频电路。（二）教学要求1 .掌握交流调压电路的构成、工作原理及应用特性。2 .掌握交流电力电子开关、交流调功电路的工作原理及特点。3 .掌握单相直接交交变频电路的构成、工作原理，理解其换流过程。4 . 了解三相输出交交变频电路的工作原理及特点。（三）重点与难点1 .重点交流调压电路的工作原理；交流电力电子开关的工作原理。2 .难点单相输出交交变频电路的工作原理及下限频率的限制原因。第七章PWM控制技术（一）教学内容.

17、PWM控制的基本原理。1 . PWM逆变电路及控制方法。2 .PWM跟踪控制技术。3 . PWM整流电路及控制方法。（二）教学要求.掌握PWM控制的理论依据，SPWM控制方法的理论依据。1 .掌握调制法生成PWM的工作原理及相关概念，理解单极性、双极性SPWM控 制的工作原理及差异。2 .掌握三相逆变器工作原理，了解PWM逆变电路的谐波分析方法。3 . 了解PWM跟踪控制技术及多电平逆变器PWM控制的工作原理及特点。（三）重点与难点1 .重点逆变器的单极性、双极性SPWM控制。2 .难点多电平逆变器的PWM控制。第八章软开关技术（一）教学内容1 .软开关的基本概念。2 .软开关电路的分类。3

18、.典型的软开关电路。（二）教学要求1. 了解软开关的基本概念及其作用。2. 了解软开关电路的分类。3. 了解典型的软开关电路的构成及工作原理。（三）重点与难点软开关电路的基本工作原理。第九章电力电子器件应用的共性问题（一）教学内容1 .电力电子器件的驱动。2 .电力电子器件及电力电子电路的保护。3 .电力电子器件的串联使用和并联使用。（二）教学要求1 .掌握不同电力电子器件驱动电路的构成及工作原理,理解驱动电路与主电路隔离 的必要性。2 .掌握电力电子器件及电力电子电路的过电流与过电压保护方法,理解各种保护电 路的保护范围及作用。3 .掌握电力电子器件串联、并联使用的原因及使用过程中的考前须知

19、。（三）重点与难点1 .重点不同器件对应驱动电路的工作原理，电力电子系统保护电路的工作原理。2 .难点不同种类的过电压保护电路适用场合及设计方法。第十章电力电子技术的应用（一）教学内容1 .电力电子技术在电力系统中的应用。2 .不间断电源的工作原理。3 .开关电源。4 .电力电子电路的其他应用。（二）教学要求1. 掌握TCR、TCS、SVC的工作原理，理解它们在电力系统中的应用。2. 了解不间断电源的构成及工作原理。3. 了解开关电源的构成及工作原理。4. 了解电力电子电路的其他应用。（三）重点与难点1 .重点TCR、TCS、SVC的工作原理，多种电力电子变换组成的电力电子电路的工作原理。2

20、.难点TCS的投切时刻控制。三、本课程开设的实验工程注：1. “类型”填验证性、综合性、设计性等;编号实验工程名称学时类型要求支撑的课程目标1三相桥式全控整流及触发电路的 研究2验证性必做1、22buck、buck-boost开关电路实验2设计性必做2、3、43单相交流调压电路实验2综合性必做3、4、54自关断器件驱动与保护电路实验2综合性必做1、52. “要求”填必做、选做。实验1：三相桥式全控整流及触发电路的研究1、实验目的1）熟悉实验装置（第一次用此装置）；2）加深理解三相桥式全控整流的工作原理；3 ） 了解KC系列集成触发器的安排方法和各点的波形。2、实验要求1）主控制屏DK01的调试

21、；2）用示波器测出锯齿波和双脉冲之间的移相关系；3）当三相整流桥带电阻、阻感性负载时，测定不同触发角整流电压Ud和晶闸管两 端电压ut的波形以及对应的电压值；4）观察整流状态下，模拟电路故障现象时的各电压波形。3、重难点1）晶闸管触发角确实定；2）用示波器测定输出电压波形。实验2： buckv buck-boost开关电路实验1、实验目的1） 了解直流（DC-DC）变换器的基本拓扑形式。2）加深对buck降压电路、buck-boost升降压电路工作原理的了解。3） 了解buck电路、buck-boost电路的优缺点。在实际工业生产中的应用。2、实验要求1）自行设计buck降压电路、buck-b

22、oost升降压电路的电路图。2）根据以上设计，连接实验电路；3）用万用表测量输入、输出电压。用示波器测量流过MOSFET开关管的电流波形, 流过二极管、电感的电流波形；4）用示波器测量PWM波形信号，并计算占空比、频率。3、重难点1）测得各个电流的波形和理论的波形有无差异，并分析存在差异的原因；2）分析这两种斩波电路的优缺点。实验3：单相交流调压电路实验1、实验目的1）加深理解单相交流调压电路的工作原理；2）加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求；3） 了解KC05晶闸管移相触发器的原理和应用。2、实验要求1）KC05集成晶闸管移相触发器调试；2）单相交流调压器带电阻性负载

23、，用示波器记录各触发角a的电压波形；3）单相交流调压器带阻感性负载时，用直流伏安法测出电阻，用交流伏安法测出 电感，计算出阻抗角用示波器记录a 。、a=。、a 三种情况下负载两端电压 和流过负载的电流波形。3、重难点阻感性负载时，a角与。角相应关系的变化对调压器工作的影响。实验：4：自关断器件驱动与保护电路实验1、实验目的1）加深理解各种自关断器件对驱动与保护电路的要求；2）熟悉各种自关断器件的驱动与保护电路的结构与特点；3）掌握由自关断器件构成的直流斩波电路。2、实验要求1）用示波器记录GTO、GTR、IGBT、MOSFET基极驱动电压、驱动电流、元件 管压降的波形；2）测定在空载及额定负载条件下，不同占空比a时的直流电动机电枢电压平均值 Ud、电机转速n o3、重难点1）不同自关断器件的驱动电路采用不同的控制电压，应注意正确选用；2）本实验中需要互相隔离的回路较多，连接时必须注意各种接地的不同。注：本课程为专业基础课，授课对象为大三学生，实验类型主要包括验证性实验、 综合性实验和设计性实验，均需要提交实验报告，实验报告主要包括实验目的，要求和 内容，波形或者数据的分析，以及运行结果，思考题的回答。实验评价内容和评分细那么 参见附录lo四、学时分配及教学方法章（按序填写）教学形式及学时分配主要教学方法支撑的