理论课程课程教学大纲建议格式 - BJTU.doc

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1、电力电子技术课程教学大纲执笔人：郑琼林 编写日期：2013年5月一、课程基本信息1课程编号：90L127Q2课程体系/类别：专业类/专业课，专业主干课3学时/学分：64 /44先修课程：电路分析，模拟电子技术，数字电子技术5适用专业：电气工程及其自动化二、课程教学目标及学生应达到的能力本课程主要学习电能变换和控制的必备知识，以满足现代社会不断涌现的各种信息化、智能化产品和设备系统对高品质用电的需求。在电气工程应用和其他专业领域的电源应用中起到桥梁作用，在人才培养中起到贯穿和综合运用电气工程领域相关知识的作用。本课程的教学目标是，学生能够理解对各种已有形式的电能进行变换和控制的需要，能够根据输入

2、电能的形式和输出电能质量的需求选择合适的变换电路，并掌握常用开关器件的工作特性、基本变换电路的原理及其控制方法。 学生学习本课程后，应该具备如下能力：1.了解电力电子技术的发展概况和应用领域；2.掌握MOSFET、IGBT、Thyristor和Diode等常用电力电子开关器件的电气符号和电气特性，了解以上器件的基本工作原理和新型电力电子开关器件的发展状况；3.掌握直流到直流（DC-DC）、直流到交流（DC-AC）、交流到直流（AC-DC）和交流到交流（AC-AC）四类电能变换电路的常用拓扑结构、工作原理、性能特点和典型控制方法。了解变换电路中电感和电容等无源元件的选择方法以及寄生参数影响；4.

3、掌握开关器件的损耗基本构成和驱动特性，理解其驱动和安全工作要求。了解降低开关损耗的基本方法。三、课程教学内容和要求序号知识单元（章节）知识点要求推荐学时1Power Electronic Systems电力电子系统电力电子技术的发展概况和应用领域了解12Overview of Power Semiconductor Switches and Components电力电子元器件综述MOSFET、IGBT、Thyristor和Diode等常用电力电子开关器件的电气符号和电气特性掌握6MOSFET、IGBT、Thyristor、Diode以及电感电容等元器件的基本工作原理和开关损耗了解新型电力电子开

4、关器件的发展3Snubber Circuits缓冲器电路二极管与晶体管的缓冲电路的特性以及实现形式掌握2开通缓冲电路、过压缓冲电路以及关断缓冲电路的特性以及实现形式4Gate and Base Drive Circuits门极和基极驱动电路各种开关器件驱动电路的实现形式理解2功率器件的保护电路驱动电路PCB布板的注意事项5DC-DC Switch-Mode ConvertersDC-DC开关模式变换器Buck变换器的工作原理和参数设计掌握6Boost变换器的工作原理和参数设计Buck-Boost变换器的工作原理和参数设计Cuk变换器的工作原理和性能理解6Switching DC Power S

5、upplies直流开关电源Flyback DC/DC变换器的工作原理和性能掌握5Forward DC/DC变换器的工作原理和性能Full-Bridge DC/DC变换器的工作原理和性能Half-Bridge DC/DC变换器的工作原理和性能Push-Pull DC/DC变换器的工作原理和性能7Switching-Mode dc-ac Inverters开关模式dc/ac逆变器无源逆变电路的概念、原理及分类掌握8单相电压型逆变电路工作原理、特点三相电压型逆变电路工作原理、特点逆变电路的脉宽调制技术交流电机调速的VVVF基本原理8Line-Frequency Diode Rectifiers工频二

6、极管整流器单相桥式二极管整流电路的电路结构、工作原理、特性和输入电流波形分析方法掌握4三相桥式二极管整流电路的电路结构、工作原理、特性和输入电流波形分析方法9Line-Frequency Phase-Controlled Rectifiers and Inverters工频相控整流器和逆变器单相桥式晶闸管相控整流电路的电路结构、工作原理、电气性能、波形分析方法和参数计算方法掌握4三相桥式晶闸管相控整流电路的电路结构、工作原理、电气性能、波形分析方法和参数计算方法有源逆变电路的应用整流电路的功率因数计算及其改善的方法10Optimizing the Utility Interface with

7、Power Electronic Systems电力电子系统网侧优化方案电压型脉冲整流电路(PWM整流器)的基本原理、等效电路、相量分析方法及能量传递关系理解4电压型脉冲整流电路在无功补偿、谐波抑制及风光发电方面的应用11AC Voltage ControllersAC电压控制器交流调压器的基本类型、用途和电路掌握3单相交流调压电路的工作原理单相交流调功电路的工作原理三相交交变频电路的原理及电路，分析其优缺点12Static Switches固态开关静态开关的工作原理、应用和特点了解1注：测试和习题课总共占10学时。实验内容占8学时。四、课程教学安排本课程选用英文教材，课堂采用英文教案和中文讲

8、授。教学的安排以教师课堂讲授基本概念、基本原理以及器件和电路的应用要点为主线，学生围绕知识点主线进行自主学习为辅线展开，同时以课内实验内容和课后作业来巩固学生所学知识和强化解决问题的能力。(一)课堂讲授课堂教学内容基本以本大纲的课程教学内容的知识点顺序开展。不同教师可以根据对知识点的连贯性的不同理解，对讲课内容先后顺序做局部的调整。课堂教学对基本概念和基本原理讲解要举一反三，力求讲透；对器件和电路的应用要点讲解须与科研实际相结合。教案的多媒体电子课件和黑板板书都是教学的辅助手段。教师要根据教学内容的需要，灵活取舍运用不同教学手段以使得学生更好理解掌握知识。课堂教学中，尽可能多地采用能调动学生主

9、动性的教学方式，使得学生在课堂上能积极思考，多做笔记，主动学习。课堂教学中要穿插讲解一些例题和习题，以解答学生在做习题过程中出现的普遍与重要的问题。(二)主动学习课堂教学主要讲解基础性的和关键性的知识点。本课程所要求的知识内容，要通过学生的主动学习才能掌握。本课程所要求的知识内容体现在本教学大纲中，也体现在教学日历中。学生要主动而积极地据此大纲和教学日历开展自主学习。为配合学生更好的自主学习，任课教师应该在讲课前把教案材料先发给学生。学生在学习过程中，可以通过课内实验内容的操作和对课后作业的解答等手段更好地理解和掌握知识。学有余力还可以申请参加教师的有关科研项目，以进一步提高自己。(三)课内实

10、验内容本课程安排了4个课内实验内容，每个实验内容计划2个学时。目的是通过课内实验，使得学生增加对电力电子器件和电路的感性认识，提高学习兴趣，加深对典型电力电子变换电路基本特性的理解，加强动手操作能力以及对实验结果的观察和分析能力。为了检查落实学生对课内实验的掌握程度，在每次课堂的Quiz题目中，须有一道与实验结果观测结果相关的题目。序号实验名称实验内容实验要求1非隔离DC/DC变换器电路（斩波器电路）1）分析控制电路的工作原理、测试控制信号波形；2）测试不同情况下主电路的典型波形；3）分析输出电压与占空比的关系，绘出不同占空比情况下的输出电压、电流的波形；4）分析输出滤波电感上电流脉动与开关频

11、率的关系，并绘出不同开关频率情况下的该电感电流以及输出电压和电流的波形；5）分析理论波形与实际波形的区别。以MOSFET为开关器件的Buck变换电路为必做实验。在完成Buck电路实验的基础上，可以在课内或课后进行选作Boost、Buck-Boost和Cuk变换器电路的实验2DC/AC变换器电路(逆变器电路)1）观察并绘出驱动信号的波形；2）观察并绘出二极管整流侧电压、电流的波形；3）观察并绘出主电路交流输出的电压、电流波形；4）实验测试，观察电机的运行情况，分析理论波形与实际波形的区别。以MOSFET或IGBT为开关器件的三相逆变器电路为必做实验。学有余力可以自主选做其他电路结构的逆变器实验。

12、3基于Thyristor器件的桥式全控AC/DC电路1）分析控制电路的工作原理，绘出触发脉冲波形； 2）测试不同情况下主电路的典型波形；3）分别绘出不同负载情况下=0、30、60、90和120时ud 、id 、uT1的波形；4）电路需要满足什么条件=120才能工作于逆变模式；5）讨论与分析实验结果，对实验过程中出现的异常情况进行分析；6）分析理论波形与实际波形的区别。三相桥式全控AC/DC电路的90逆变模式都是必做实验内容。掌握6个晶闸管的触发时序。学有余力可以自主选做单相桥式全控AC/DC电路的实验。4基于PWM的高功率因数整流电路1）观察并绘出驱动信号的波形；2）观察并绘出主电路交流输入电

13、压和电流波形；3）观察并绘出直流侧电压、电流的波形；4）实验测试输入电流，分析理论波形与实际波形的区别。以MOSFET为开关器件的单相逆变器电路作为PWM的高功率因数整流器为必做实验。学有余力可以自主选做三相电路结构的PWM整流器实验。(四)课后作业本课程的作业分为两类。一类是教学参考书1（简称M）和参考书2（简称R）章节后的作业，另一类是老师课堂布置的其他作业。布置的作业要通过适当方式给出习题解答或答案。为了检查落实学生对课外作业的掌握程度，在每次课堂Quiz的题目中，须有几道题是课外的作业题。课外作业分布如下：1参考书1（即M）章节后Problems中M1到M3、M5到M8、M10后面的所

14、有习题，以及M14-1、M14-2、M14-8、M14-9、M20-5、M22-2、M22-3、M22-4、M22-11、M22-13、M23-1、M23-2、M23-6、M25-8。2参考书2（即R）章节后Problems中的R11.1、R11.10、R11.11、R11.12、R11.13、R11.14、R11.15、R12.2、R12.4、R12.5、R12.9、R12.12，以及R11和R12章节后的所有Review Questions。3课堂布置的其他作业。五、课程的考核测试： 40%满分40分，分四次进行，每次10分，测试时间为50分钟实验： 10%共4个实验，每个实验2.5分 期

15、末考试：50%六、本课程与其它课程的联系与分工本课程是专业课，先修课必须包括电路、模拟电子技术和数字电子技术等几门专业基础课。后续课程有：电力拖动自动控制系统、开关电源技术、电力电子应用技术、交流调速技术、大功率电能变换技术、电力牵引传动及控制、光伏发电技术、风力发电机组原理与控制等课程。先修课中，电路是电力电子技术不同工作模式的分析基础，模拟电子技术是理解电力电子技术开关器件和有关控制信号的基础，数字电子技术是电力电子技术控制与驱动的理论基础。后续课程，将进一步加深学生对电力电子技术这门课程的理解。七、建议教材及教学参考书1 Ned Mohan，Tore MUndeland，William PRobbinsPower Electronics：Converters， Applications and Design高等教育出版社 20042 Muhammad HRashidPower Electronics：Circuits，Devices and Applications北邮出版社20073 Bimal KBoseModern Power Electronics and AC Drives机械工业出版社20044 Ned MohanPower Electronics：A First CourseJohn Wiley & Sons，Inc2012