(2)-電力電子技術課程教學大綱

《電力電子技術》課程教學大綱課程編號：B031092課程總學時/學分：56/3.5（其中理論46學時，實驗10學時）課程類別：專業(yè)必修課一、教學目的和任務《電力電子技術》是一門橫跨電力、電子和控制的新興學科。本課程的目的和任務是使學生掌握典型電力電子器件的結構、原理、特性、參數(shù)和使用方法；掌握整流電路、逆變電路、直流—直流變流電路、交流—交流變流電路的工作原理、分析方法、計算方法和典型應用，以及相控技術、PWM控制技術和軟開關技術在變流電路中的應用與實驗技能；熟悉各種電力電子裝置的應用范圍及技術經(jīng)濟指標；為后續(xù)專業(yè)課程的學習打下堅實的基礎。二、教學基本要求1.理解和掌握晶閘管、電力MOSFET、IGBT等電力電子器件的結構、原理、特性、參數(shù)和使用方法；2.理解和掌握整流電路、逆變電路、直流—直流變流電路、交流—交流變流電路的結構、工作原理、分析方法、計算方法和典型應用；3.掌握PWM技術的工作原理和控制特性，了解軟開關技術的基本原理；4.了解電力電子技術的應用范圍和發(fā)展動向；5.掌握基本電力電子裝置的實驗和調(diào)試方法。三、教學內(nèi)容及學時分配第1章緒論（1學時）教學內(nèi)容：1.1電力電子技術的定義1.2電力電子技術的發(fā)展1.3電力電子技術的應用教學要求：1.掌握電力電子技術的基本概念、學科地位、基本內(nèi)容和發(fā)展歷史；2.了解電力電子技術的應用范圍；3.了解電力電子技術的發(fā)展前景；4.了解本課程的任務與要求。第2章電力電子器件（7學時）教學內(nèi)容：2.1電力電子器件概述2.2不可控器件——電力二極管2.3半控型器件——晶閘管2.4典型全控型器件2.5新型電力電子器件及發(fā)展教學要求：1.掌握各種二極管：理解和掌握電力二極管的基本結構、工作原理、基本特性、主要參數(shù)、主要類型性能特點；2.掌握半控型器件—晶閘管：理解晶閘管的結構與工作原理；掌握其基本特性—伏安特性、導通與關斷條件；掌握其主要參數(shù)與計算方法、選擇原則；了解晶閘管的派生器件；3.掌握典型全控型器件：理解可關斷晶閘管（GTO）、電力晶體管（GTR）、功率場效應管（MOSFET）及絕緣門極晶體管（IGBT）的特點、結構和工作原理、電氣特性、主要參數(shù)、以及選擇和使用中應注意的一些問題；4.了解IGCT、MCT、SIT、STIH等其他電力電子器件；5.了解功率集成電路和智能功率模塊；教學重點：電力電子器件的概念和特征、應用電力電子器件的系統(tǒng)組成、電力電子器件的分類；電力二極管的基本特性、主要參數(shù)、主要類型；晶閘管基本特性、晶閘管額定電流的計算、選擇；典型全控型器件的特點。教學難點：電力電子器件的工作原理、基本特性。第3章整流電路（14學時）教學內(nèi)容：3.1單相可控整流電路3.2三相可控整流電路3.3變壓器漏感對整流電路的影響3.4電容濾波的不可控整流電路3.5整流電路的諧波和功率因數(shù)3.6大功率可控整流電路3.7整流電路的有源逆變工作狀態(tài)3.8相控電路的驅(qū)動控制教學要求：1.掌握單相可控整流電路帶不同負載時的電路結構，工作原理，波形分析，參數(shù)計算；2.掌握三相可控整流電路帶不同負載時的電路結構，工作原理，熟悉和理解波形分析，參數(shù)計算；3.掌握變壓器漏抗對整流電路的影響；4.了解電容濾波的單相不可控整流電路、三相不可控整流電路的工作原理和波形；5.掌握整流電路的諧波和功率因數(shù)；6.了解大功率整流電路與多重整流電路；7.掌握整流電路的有源逆變工作狀態(tài)；8.掌握相位控制電路—鋸齒波同步觸發(fā)電路的結構、原理。教學重點：掌握單相、三相可控整流電路各種電路類型帶不同負載時的電路結構，工作原理，波形分型，參數(shù)計算；掌握逆變、有源逆變的定義，有源逆變的條件。教學難點：單相、三相可控整流電路帶阻感負載時的工作原理、波形分析；整流電路的有源逆變工作原理。第4章逆變電路（4學時）教學內(nèi)容：4.1換流方式4.2電壓型逆變電路4.3電流型逆變電路4.4多重逆變電路和多電平逆變電路教學要求：1.掌握換流方式；2.掌握單相電壓型逆變電路、三相電壓型逆變電路的電路結構、工作原理，理解波形分析與基本參數(shù)計算方法；3.了解電流型逆變電路；4.了解多重逆變電路和多電平逆變電路。教學重點：無源逆變概念和分類；幾種換流方式的特點、應用場合、原理；電壓型逆變電路的電路結構、工作原理、波形分析。教學難點：電壓型逆變電路原理與波形分析方法。第5章直流-直流變流電路（4學時）教學內(nèi)容：5.1基本斬波電路5.2復合斬波電路和多相多重斬波電路5.3帶隔離的直流─直流變流電路教學要求：1.掌握降壓斬波電路結構與工作原理；2.掌握升壓斬波電路結構與工作原理；3.了解其他斬波電路結構與原理；4.掌握復合斬波電路結構與工作原理；5.了解多相多重斬波電路的特點與實現(xiàn)；6.了解帶隔離的直流─直流變流電路。教學重點：Buck和Boost電路的工作原理、輸入輸出關系、電路解析方法、工作特點以及復合斬波電路結構與工作原理。教學難點：Buck和Boost變換器的電路解析方法與復合斬波電路結構與工作原理。第6章交流-交流變流電路（4學時）6.1交流調(diào)壓電路6.2其他交流電力控制電路6.3交交變頻電路6.4矩陣式變頻教學要求：1.掌握單相相控式與斬控式交流調(diào)壓電路結構、工作原理；2.了解三相相控式交流調(diào)壓電路結構類型；3.掌握交流調(diào)功電路的性能特點；4.了解交流電子開關；5.理解交—交變頻電路的結構、工作原理和輸出電壓、電流波形特點；6.了解矩陣式交—交變頻電路的基本概念。教學重點：單相交流調(diào)壓電路的電路結構，工作原理，波形分析。教學難點：單相交交變頻電路的輸入輸出特性。第7章PWM控制技術（5學時）教學內(nèi)容：7.1PWM控制的基本原理7.2PWM逆變電路及其控制方法7.3PWM跟蹤控制技術7.4PWM整流電路及其控制方法教學要求：1.掌握PWM控制的定義、面積等效原理、PWM控制的基本原理；SPWM波形的生成方法；2.掌握PWM逆變電路的控制方式；理解計算法和掌握調(diào)制法——單極性和雙極性調(diào)制的工作原理、波形分析方法；理解異步調(diào)制和同步調(diào)制概念、原理和特點；理解規(guī)則采樣法的原理、與自然采樣法的區(qū)別；了解PWM逆變電路的諧波分析的結果；了解提高直流電壓利用率和減少開關次數(shù)的方法，了解空間矢量SVPWM控制方法。3.了解跟蹤型PWM控制技術；4.了解PWM整流電路及其控制方法。教學重點：PWM脈寬調(diào)制控制的基本原理，SPWM波形的生成方法；PWM脈寬調(diào)制——單極性和雙極性調(diào)制下主電路工作原理、波形分析方法；異步調(diào)制和同步調(diào)制概念、原理和特點。教學難點：SPWM波形的生成方法、三相橋式PWM逆變電路的工作原理。第8章軟開關技術（2學時）教學內(nèi)容：8.1軟開關的基本概念8.2軟開關電路的分類8.3典型的軟開關電路教學要求：軟開關的基本概念。掌握硬開關和軟開關的概念；掌握軟開關的作用，了解其分類：零電壓開關和零電流開關。教學重點：硬開關和軟開關的概念，軟開關的作用。第9章電力電子器件應用的共性問題（3學時）教學內(nèi)容：9.1電力電子器件的驅(qū)動9.2電力電子器件的保護9.3電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用教學要求：1.掌握電力電子器件的驅(qū)動電路的定義、任務；了解不同電力電子器件對驅(qū)動電路的要求、選擇；2.電力電子器件的保護：理解電力電子器件的過電壓的產(chǎn)生及過電壓保護、過電流保護的工作原理，掌握緩沖電路的定義、作用、工作原理；3.掌握電力電子器件的串并聯(lián)使用。教學重點：驅(qū)動電路的定義、作用；緩沖電路的定義、作用。教學難點：電力電子器件驅(qū)動電路的選擇；保護電路的工作原理。第10章電力電子技術的應用（2學時）教學內(nèi)容：10.1晶閘管直流電動機系統(tǒng)10.2變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng)10.3不間斷電源10.4開關電源10.5功率因數(shù)校正技術10.6電力電子技術在電力系統(tǒng)中的應用10.7電力電子技術的其他應用教學要求：了解電力電子技術在不同工程領域的應用及基本實現(xiàn)控制方式。四、實驗內(nèi)容及要求序號實驗項目教學要求實驗學時實驗類型實驗要求1鋸齒波同步移相觸發(fā)電路1.加深理解鋸齒波同步移相觸發(fā)電路的結構組成與工作原理；2.掌握鋸齒波同步觸發(fā)電路各主要點波形測試與觀察方法。2驗證性必做2單相橋式全控整流電路實驗1.加深理解單相橋式全控整流電路的工作原理。3.掌握單相橋式整流電路調(diào)試方法和電阻與阻感負載時波形及參數(shù)測試方法。2驗證性必做3三相橋式全控整流及有源逆變電路實驗1.加深理解三相橋式全控整流及有源逆變電路的工作原理。2.了解KC系列集成觸發(fā)器的調(diào)試方法和各點的波形及參數(shù)測試方法。綜合性必做4Buck、Boost直流斬波電路的性能研究1.理解Buck、Boost變換電路的工作原理；2.熟悉PWM集成電路芯片SG3525的基本功能和使用；3.掌握降壓、升壓兩種直流電壓斬波電路的調(diào)試和波形參數(shù)測試方法。2驗證性必做5單相正弦波脈寬調(diào)制（SPWM）逆變電路實驗1.熟悉單相交直交變頻電路原理及電路組成。2.熟悉ICL8038的功能。3.掌握SPWM波產(chǎn)生的基理。4.分析交直交變頻電路在不同負載時的工作情況和波形，并研究工作頻率對電路工作波形的影響。2綜合性必做五、考核方式本課程成績根據(jù)平時作業(yè)、課程論文、實驗和期末考試進行綜合評定，課程成績以百分制計算，分配比例如下：（1）平時成績40%。其中，課程論文或期中考試10%，實驗成績15%，作業(yè)和出勤15%。（2）期末考試成績60%。六、推薦教材及參考書目推薦教材：王兆安，劉進軍.《電力電子技術》（第5版）.機械工業(yè)出版社，2014參考書目：[1]王兆安，黃俊.《電力電子技術》（第4版）.機械工業(yè)出版社，2004[2]賀益康，潘再平.《電力電子技術》