《電力電子技術(shù)》教學(xué)大綱

第頁《電力電子技術(shù)》教學(xué)大綱課程編號(hào)：13180324英文名稱：PowerElectronicsTechnology學(xué)分：2.5學(xué)時(shí)：48（其中理論32學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)）課程類別：專業(yè)必修課程授課對(duì)象：自動(dòng)化專業(yè)學(xué)生教學(xué)單位：機(jī)械與電氣工程學(xué)院修讀學(xué)期：第5學(xué)期一、課程性質(zhì)、任務(wù)和目標(biāo)電力電子技術(shù)是電氣、自動(dòng)化類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課。在熟練掌握電子技術(shù)基礎(chǔ)內(nèi)容的前提下，使學(xué)生掌握電力電子器件的原理、特性、參數(shù)；各種變流電路的原理與數(shù)值計(jì)算是電力電子技術(shù)的主要任務(wù)。本課程是自動(dòng)化類專業(yè)必須學(xué)習(xí)和掌握的一門數(shù)字系統(tǒng)技術(shù)課程，對(duì)自動(dòng)化領(lǐng)域的項(xiàng)目設(shè)計(jì)與開發(fā)至關(guān)重要。本課程是為自動(dòng)化類專業(yè)的三年級(jí)學(xué)生開設(shè)的專業(yè)必修課。本課程主要學(xué)習(xí)功率變換主電路的構(gòu)成和工作原理，不同負(fù)載對(duì)電路工作特性的影響。為學(xué)習(xí)后續(xù)課程和專業(yè)知識(shí)，以及畢業(yè)后從事電力電子技術(shù)應(yīng)用、研究打下理論基礎(chǔ)和試驗(yàn)基礎(chǔ)。課程目的是深化教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生掌握電力電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想和設(shè)計(jì)方法，能解決各種實(shí)際電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題，以提高學(xué)生的動(dòng)手能力、分析與解決問題的能力。本課程重點(diǎn)支持以下畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3掌握電力電子技術(shù)、電機(jī)與拖動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，能將其用于分析工程問題中的功率電路問題。2.2能識(shí)別電路與電子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等的主要環(huán)節(jié)和參數(shù)。畢業(yè)要求與教學(xué)目標(biāo)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系見表1-1。表1-1畢業(yè)要求與教學(xué)目標(biāo)的對(duì)應(yīng)關(guān)系（H—高，M—中，L—低）序號(hào)畢業(yè)要求對(duì)應(yīng)關(guān)系教學(xué)目標(biāo)1掌握電力電子技術(shù)、電機(jī)與拖動(dòng)等基礎(chǔ)知識(shí)，能將其用于分析工程問題中的功率電路問題H了解和掌握電力電子器件的工作原理和應(yīng)用特性。了解和掌握整流、逆變、直流斬波、交流電力控制和交交變頻電路的共性和基礎(chǔ)性問題，各種電路的分析方法。2能識(shí)別電路與電子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等的主要環(huán)節(jié)和參數(shù)M使學(xué)生掌握電力電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試方法，能識(shí)別電路與電子系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等的主要環(huán)節(jié)和參數(shù)，具備復(fù)雜電力電子系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)能力。二、教學(xué)內(nèi)容、基本要求及學(xué)時(shí)分配1.電力電子器件概論（4學(xué)時(shí)）（1）電力電子器件概述：電力二極管、半控型器件-晶閘管、典型全控型器件GTO、GTR、MOSFET、IGBT的結(jié)構(gòu)、工作原理；靜態(tài)、動(dòng)態(tài)特性與參數(shù)。基本要求：掌握常用電力電子器件的結(jié)構(gòu)、工作原理。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3，2.2。整流電路（10學(xué)時(shí)）（1）單相可控整流電路。（2）三相可控整流電路的組成、工作原理與分析，大功率可控整流電路。（3）整流電路的有源逆變工作狀態(tài)。（4）變壓器漏感對(duì)整流電路的影響。重點(diǎn)：各種整流電路的原理、特點(diǎn)與數(shù)值算法。難點(diǎn)：各種整流電路的原理?；疽螅赫莆諉蜗唷⑷嗫煽卣鞯慕M成、工作原理及數(shù)量關(guān)系；整流電路的有源逆變工作狀態(tài)；了解變壓器漏感對(duì)整流電路的影響。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3，2.2。逆變電路（6學(xué)時(shí)）（1）換流方式。（2）電壓型逆變電路。（3）電流型逆變電路。重點(diǎn)：逆變的概念，掌握電壓型逆變電路與電流型逆變電路的組成與工作原理及數(shù)量關(guān)系。難點(diǎn)：電流型逆變電路的組成與工作原理?；疽螅赫莆漳孀兊母拍?，掌握逆變電路的組成、特點(diǎn)與工作原理及數(shù)量關(guān)系。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3，2.2。直流-直流變流電路（4學(xué)時(shí)）（1）基本斬波電路。（2）復(fù)合斬波電路。重點(diǎn)：直流降壓斬波電路和升壓斬波電路的原理及算法。基本要求：理解直流斬波的概念，掌握直流降壓斬波電路和升壓斬波電路的原理。了解復(fù)合斬波電路。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3，2.2。交流-交流變流電路（2學(xué)時(shí)）（1）交流調(diào)壓電路。（2）交交變頻電路。重點(diǎn)：交流調(diào)壓電路的原理及特點(diǎn)。難點(diǎn)：交交變頻電路的構(gòu)成與工作原理?；疽螅赫莆战涣髡{(diào)壓電路的原理，理解交交變頻電路的構(gòu)成與工作原理。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3，2.2。PWM控制技術(shù)（4學(xué)時(shí)）（1）PWM控制的基本原理。（2）SPWM逆變電路及其控制方法。（3）SPWM的規(guī)則采樣法。重點(diǎn)：SPWM逆變電路及其控制方法；SPWM的規(guī)則采樣法。難點(diǎn)：SPWM逆變電路的調(diào)制法及SPWM的規(guī)則采樣法?；疽螅赫莆誗PWM控制的基本原理及其控制方法。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3。軟開關(guān)技術(shù)（2學(xué)時(shí)）（1）軟開關(guān)的基本概念。（2）軟開關(guān)電路的分類。（3）典型的軟開關(guān)電路。基本要求：了解軟開關(guān)的基本概念，典型的軟開關(guān)電路。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3。8．綜合項(xiàng)目分析與設(shè)計(jì)與課程總結(jié)（2學(xué)時(shí)）利用已學(xué)電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)知識(shí)完成一個(gè)綜合性項(xiàng)目并仿真調(diào)試、上臺(tái)演示并課堂討論。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3，2.2。三、教學(xué)方法1.總體設(shè)計(jì)采用電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真虛實(shí)結(jié)合的教學(xué)模式，將電力電子項(xiàng)目設(shè)計(jì)貫穿于整個(gè)教學(xué)過程中，通過師生互動(dòng)完成教學(xué)任務(wù)。采用探究式的教學(xué)模式，分析學(xué)生設(shè)計(jì)過程產(chǎn)生的錯(cuò)誤，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解和掌握。課堂教學(xué)方法：講授、討論。實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法：自主練習(xí)、個(gè)別答疑、集中指導(dǎo)。課外學(xué)習(xí)方法：預(yù)習(xí)教材相關(guān)章節(jié)和參考網(wǎng)站上的教學(xué)視頻，課外完成項(xiàng)目設(shè)計(jì)。2.課堂教學(xué)課堂講授：在課前預(yù)習(xí)的基礎(chǔ)上，按知識(shí)模塊，通過案例以演示和歸納主要知識(shí)點(diǎn)的應(yīng)用，通過問題引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和討論，不斷強(qiáng)化學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，引導(dǎo)學(xué)生掌握電力電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的基本方法，使學(xué)生體驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)的過程。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3，2.2。課內(nèi)討論：圍繞預(yù)習(xí)內(nèi)容、講授案例、作業(yè)問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行優(yōu)化、完善和補(bǔ)充。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3，2.2。3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)在課外學(xué)習(xí)和作業(yè)實(shí)施的基礎(chǔ)上，通過集中實(shí)驗(yàn)，理解有關(guān)知識(shí)點(diǎn)。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3，2.2。4.課外學(xué)習(xí)課前預(yù)習(xí)：要求學(xué)生在課前按預(yù)習(xí)計(jì)劃完成自主學(xué)習(xí)內(nèi)容，即自學(xué)教材相關(guān)章節(jié)，觀看參考網(wǎng)站上教學(xué)視頻。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3，2.2。課后作業(yè)：要求學(xué)生按時(shí)完成課后作業(yè)。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3，2.2。項(xiàng)目設(shè)計(jì)：要求學(xué)生按階段完成1個(gè)綜合項(xiàng)目設(shè)計(jì)，需要集中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收，要求每個(gè)人進(jìn)行系統(tǒng)演示和口頭匯報(bào)。重點(diǎn)支持畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)：1.3，2.2。四、課內(nèi)外教學(xué)環(huán)節(jié)及基本要求1.課內(nèi)外教學(xué)環(huán)節(jié)（1）本課程課內(nèi)總學(xué)時(shí)為48學(xué)時(shí)。（2）采用課堂教學(xué)（課堂講授和討論）、課內(nèi)實(shí)驗(yàn)、課外學(xué)習(xí)和項(xiàng)目設(shè)計(jì)三個(gè)環(huán)節(jié)。（3）課堂講授和討論共32學(xué)時(shí)，課內(nèi)實(shí)驗(yàn)16學(xué)時(shí)，課外學(xué)習(xí)和實(shí)踐為30課時(shí)。課內(nèi)外教學(xué)環(huán)節(jié)的總體安排見表4-1。表4-1課內(nèi)外教學(xué)環(huán)節(jié)安排表序號(hào)教學(xué)內(nèi)容課內(nèi)教學(xué)環(huán)節(jié)及其學(xué)時(shí)課外教學(xué)環(huán)節(jié)及其學(xué)時(shí)教學(xué)目標(biāo)講授討論實(shí)驗(yàn)小計(jì)視頻教實(shí)材踐小計(jì)1電力電子器件4412整流電路828182241、23逆變電路424102461、24斬波電路4482681、25交流-交流變流電路221、26PWM控制技術(shù)4417軟開關(guān)技術(shù)2218綜合項(xiàng)目分析與設(shè)計(jì)與課程總結(jié)210121、2合計(jì)2841648818302.課內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)本課程課內(nèi)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)實(shí)驗(yàn)，共16課時(shí)，采用集中輔導(dǎo)形式。課內(nèi)實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`環(huán)節(jié)的總體安排見表4-2。表4-2課內(nèi)實(shí)驗(yàn)或?qū)嵺`環(huán)節(jié)教學(xué)安排序號(hào)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求教學(xué)目標(biāo)實(shí)驗(yàn)類別課內(nèi)學(xué)時(shí)備注1單相半波可控整流電路實(shí)驗(yàn)要求：①單相半波可控整流電路帶電阻負(fù)載時(shí)的特性測(cè)定。②單相半波可控整流電路帶電阻電感負(fù)載時(shí)續(xù)流二極管的觀察。目的：掌握單相半波可控整流電路在電阻負(fù)載及電感負(fù)載時(shí)的工作過程。了解續(xù)流二極管的作用。1、2驗(yàn)證4必修2鋸齒波觸發(fā)電路和單相橋式全控整流及有源逆變實(shí)驗(yàn)要求：①鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的調(diào)試、各點(diǎn)電壓波形的觀察與分析。②單相橋式全控整流電路帶電阻電感負(fù)載；有源逆變電路逆變顛覆現(xiàn)象的觀察。目的：熟悉鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的工作原理及各元件的作用；掌握鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法；理解單相橋式全控整流及有源逆變的工作原理；掌握產(chǎn)生逆變顛覆的原因及預(yù)防方法。1、2驗(yàn)證4必修3三相橋式全控整流及有源逆變電路實(shí)驗(yàn)（綜合性）要求：正弦波、鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的調(diào)試；在整流或有源逆變狀態(tài)下，當(dāng)觸發(fā)電路出現(xiàn)故障（人為模擬）時(shí)觀察主電路的各點(diǎn)電壓波形。目的：加深理解三相橋式全控整流及有源逆變電路的工作原理；了解KC系列集成觸發(fā)器的調(diào)整方法和各點(diǎn)的波形。1、2驗(yàn)證4必修4直流斬波電路實(shí)驗(yàn)要求：斬波器觸發(fā)電路的調(diào)試；斬波器接電阻性負(fù)載。目的：加深理解斬波器電路的工作原理；掌握斬波器主電路、觸發(fā)電路的調(diào)試步驟和方法；熟悉斬波器各點(diǎn)的電壓波形。1、2驗(yàn)證4必修小計(jì)163.課外學(xué)習(xí)與實(shí)踐預(yù)習(xí)與自學(xué)：課前預(yù)習(xí)和自學(xué)的重點(diǎn)是教學(xué)微視頻、教材，初步理解學(xué)習(xí)內(nèi)容。復(fù)習(xí)與練習(xí)：課后復(fù)習(xí)主要是教材習(xí)題的練習(xí)和作業(yè)的實(shí)施，在練習(xí)和作業(yè)過程中，進(jìn)一步學(xué)習(xí)教材和微視頻的相關(guān)內(nèi)容，真正理解和掌握相關(guān)知識(shí)點(diǎn)。作業(yè)與項(xiàng)目設(shè)計(jì)：課后作業(yè)必須按要求完成，5個(gè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)必須按階段完成。該環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)是：1、2。五、考核內(nèi)容及方式1．考核方式考試（√）考查（）2．成績(jī)記載百分制（√）五級(jí)分制（）3.考核原則強(qiáng)化實(shí)踐——強(qiáng)化課內(nèi)外實(shí)驗(yàn)突出平時(shí)——注重平時(shí)作業(yè)提前關(guān)聯(lián)——提前與專業(yè)學(xué)習(xí)關(guān)聯(lián)，提高學(xué)習(xí)的興趣注重能力——重點(diǎn)考察數(shù)字系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的能力4.成績(jī)總評(píng)考核評(píng)價(jià)構(gòu)成：期末閉卷考試50%，實(shí)驗(yàn)成績(jī)20%，項(xiàng)目設(shè)計(jì)15%，平時(shí)作業(yè)10%，平時(shí)紀(jì)律5%。5.考核方案（1）平時(shí)紀(jì)律考核方案平時(shí)紀(jì)律占5%，主要考察到課率和課堂表現(xiàn)，學(xué)習(xí)態(tài)度，自主學(xué)習(xí)能力。曠課一次扣1分；不遵守課堂紀(jì)律，一次扣1分；扣完為止。（2）平時(shí)作業(yè)考核方案平時(shí)作業(yè)占10%，每次按A、B、C、D四等予以記載,缺交一次扣1分，總評(píng)時(shí)最終折算成A（10分）、B（9分）、C（7分）、D（5分）。（3）項(xiàng)目設(shè)計(jì)考核方案項(xiàng)目設(shè)計(jì)占15%，總共1個(gè)項(xiàng)目。按項(xiàng)目要求完成硬件電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試，完成軟件編程和調(diào)試，并能正確演示。根據(jù)完成情況和回答問題情況按A、B、C、D四等予以記載，然后根據(jù)占比，按該項(xiàng)總得分×占比的方式計(jì)算得到各指標(biāo)點(diǎn)的得分。（4）實(shí)驗(yàn)成績(jī)考核方案實(shí)驗(yàn)成績(jī)占20%，共4個(gè)實(shí)驗(yàn)?？傇u(píng)時(shí)，根據(jù)總體表現(xiàn)給定優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格，期末總評(píng)時(shí)最終折算成優(yōu)秀（95分）、良好（85分）、中等（75分）、及格（65分），不及格（50分），并根據(jù)按該項(xiàng)總得分×占比20%的方式計(jì)算得到實(shí)驗(yàn)成績(jī)。（5）期末閉卷考試考核方案期末閉卷考試占50%，其考核方案參見表5-2。期末考試采用閉卷形式，題型為分析題、設(shè)計(jì)題，主要考察電力電子系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)能力。期末考試卷面成績(jī)不能低于50分，低于50分者，其課程總評(píng)成績(jī)?yōu)椴患案?。?-2期末閉卷考試的考核方案序號(hào)教學(xué)目標(biāo)考察點(diǎn)分析題設(shè)計(jì)題總分得分1234567891011555851210111215121001掌握電力電子器件工作原理。能分析典型電力電子器件（晶閘管、IGBT）的通斷特點(diǎn)，關(guān)鍵參數(shù)?！?2掌握軟開關(guān)技術(shù)的分析方法。能正確分析軟開關(guān)的動(dòng)作特點(diǎn)和工作波形?！?3掌握單相和三相逆變電路的分析與設(shè)計(jì)。能分析電壓型和電流型逆變電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。√25能根據(jù)工作波形設(shè)計(jì)單相逆變電路。√能夠分析移相調(diào)壓原理?！?掌握整流電路的分析和設(shè)計(jì)。能分析不同整流電路的觸發(fā)特點(diǎn)。√44能分析和計(jì)算單相整流電路的關(guān)鍵參數(shù)，畫出工作波形?！谈鶕?jù)要求設(shè)計(jì)單相整流電路，討論在電感有限和無窮情況下的異同?！谈鶕?jù)關(guān)鍵參數(shù)和工作波形，設(shè)計(jì)三相整流電路。√5掌握交流交流調(diào)壓電路。能分析交流調(diào)壓器的工作模式，計(jì)算其功率和功率因數(shù)。√106掌握直流直流斬波電路。能分析典型直流斬波電路的工作原理，計(jì)算其關(guān)鍵參數(shù)?！?1六、教學(xué)反饋教學(xué)過程中