电力电子技术电子教案学时周景龙版煤炭工业出版社

电子教案教案编写时间：2015 年 3 月 1 日注：本页内容针对所讲授课程的总体情况填写。课程代码课程名称 电力电子技术学时 50课程类别 公共课 ( ) 基础课 ( ) 专业课( )技术基础课() 专业选修课( ) 公共选修课( )总学时：50 学时讲课：40 学时上机：学时实验：10 学时其他：学时授课对象教材：1周景龙. 电力电子技术. 北京：煤炭工业出版社. 主要参考资料：1王兆安. 电力电子技术(第五版 ). 北京：机械工业出版社 . 2黄家善. 电力电子技术. 北京：机械工业出版社. 教学目的、要求：通过本课程的学习，使学生掌握电力电子器件的结构、原理、基本特性；掌握四类基本变流电路的工作原理。为后续课程的学习和从事专业技术工作奠定基础。教学重点、难点：该课程介绍电力电子器件的结构、原理、基本特性，着重介绍四类基本变流电路的基本分析方法，为学生将来从事专业技术工作奠定理论基础。其教学重点和难点为1电力电子器件的结构、原理、基本特性；2整流电路工作原理分析；3直流斩波电路工作原理分析；4. 交流电力控制电路工作原理分析；5. 逆变电路工作原理分析。2教 案课程名称电力电子技术总学时数 50 学时使用班级任课学期任课教师编制时间 2015 年 3 月3电力电子技术电子教案绪论第一章电力电子器件第二章可控整流电路第三章直流斩波电路第四章交流开关与交流调压第五章逆变电路与 PWM 控制技术第六章电力电子技术的应用4课题 第一次课绪论 课时 2 学时教学内容1、什么是电力电子技术2、电力电子技术的发展史3、电力电子技术的应用4、教材体系教学目标 了解电力电子技术概况教学重点 什么是电力电子技术（定义、两大分支）教学难点教学活动一、导入新课（比较法、提问法）已学过电子技术，什么是电力电子技术，与模电、数电有何联系，区别是什么？电力电子研究哪些内容，有何应用？通过本课程的学习，我们弄明白这些问题。欧姆定律：u=Ri基尔霍夫电流定律（KCL）任一集总参数电路中的任一节点，在任一瞬间流出该节点的所有电流的代数和恒为零，即。就参考方向而言，流出节点的电流在式中取正号，流入节点的电流取负号。基尔霍夫电流定律是电荷守恒定律在电路中的体现。基尔霍夫电压定律（KVL）任一集总参数电路中的任一回路，在任一瞬间沿此回路的各段电压的代数和恒为零，即电压的参考方向与回路的绕行方向相同时，该电压在式中取正号，否则取负号。基尔霍夫电压定律是能量守恒定律在电路中的体现。分析电路的基本方法：支路电流法、网孔电流法、回路电流法、结点电压法电路定理：叠加原理、替代原理、戴维宁定理和诺顿定理、最大功率传输定理二、新课教学（讲解法、提问法）1、什么是电力电子技术电力电子技术的定义电力电子技术就是应用于电力领域的电子技术。电力电子技术中所变换的“电力” 有区别于“电力系统”所指的“ 电力”，后者特指电力网的“ 电力” ，前者则更一般些。具体地说，电力电子技术就是使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术。电力电子与信息电子电子技术包括信息电子技术和电力电子技术两大分支。通常所说的模拟电子技术和数字电子技术都属于信息电子技术。电力电子技术的两大分支-电力电子器件、变流电路电力电子器件的制造技术是电力电子技术的基础。变流技术则是电力电子技术的核心。穿插讲述稀土元素在电力电子器件中的应用5四类基本变流电路：整流、逆变、直流斩波、交流电力控制。这就是本课程的重点内容。变流电路工作原理的分析，计算。表 1-1 电力变换的种类输入输出 交流（AC）直流（DC）直流（DC） 整流 直流斩波交流（AC） 交流电力控制 变频、变相 逆变整流：直流斩波的应用：用于铁道机车（磁悬浮列车中电力电子技术为关键技术）光伏发电和风力发电：太阳能热发电介绍电子学是一门以应用为主要目的的科学和技术。它主要研究电子的特性和行为，以及电子器件的物理学科。电子学涉及很多的科学门类，包括，物理、6化学、数学、材料科学等。电子技术则是应用电子学的原理设计和制造电路、电子器件来解决实际问题的科学。电力学是以探讨大电流（强电）, 高功率的电路为主的科学，其主要基础是建构在工程数学、电路学、电子学及电磁学，电力领域分成电力系统、电机机械及电力电子等三大领域，并大量地应用于发电、供电、输电、配电、电能转换、电力使用及电力转换器等相关技术。控制理论是讲述系统控制科学中具有新观念、新思想的理论研究成果及其在各个领域中，特别是高科技领域中的应用研究成果，但是在民用领域即实际生活中有很严重的脱节。2、电力电子技术的发展史以电力电子器件的发展史为纲。3、电力电子技术的应用：电源技术、节能技术钢铁冶金、电化学工业、交通运输、电气工程、家用电器等。4、教材体系电力电子器件变流电路电力电子技术的应用三、课堂小结（讲解法）教师结合学生听课情况，对本节课的教学过程进行小结，强调本次课的重点。介绍 Multisim 和 MATLAB 的功能7课题 第二次课第一章电力电子器件 1.1 电力二极管 课时 2 学时教学内容1、电力二极管的结构2、电力二极管的工作原理3、电力二极管的伏安特性4、电力二极管的主要参数5、电力二极管的类型教学目标 掌握电力二极管的结构、原理、参数；教学重点 二极管的结构、原理、参数教学难点 二极管额定电流的计算教学活动一、新课教学（讲解法、提问法）电力电子器件概述模拟和数字电子电路的基础晶体管和集成电路等电子器件电力电子电路的基础电力电子器件本章主要内容：对电力电子器件的概念、特点和分类等问题作简要概述。分别介绍各种常用电力电子器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。电力电子器件的概念电力电子器件（Power Electronic Device）是指可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。主电路：在电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类，目前往往专指电力半导体器件。电力电子器件的特征所能处理电功率的大小，也就是其承受电压和电流的能力，是其最重要的参数，一般都远大于处理信息的电子器件。为了减小本身的损耗，提高效率，一般都工作在开关状态。由信息电子电路来控制,而且需要驱动电路。自身的功率损耗通常仍远大于信息电子器件，在其工作时一般都需要安装散热器。电力电子器件的分类学生配合教师进行思考学生应该注意听教师的讲解。11半控型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。全控型器件目前最常用的是 IGBT 和 Power MOSFET。通过控制信号既可以控制其导通，又可以控制其关断。不可控器件电力二极管（Power Diode）不能用控制信号来控制其通断。1、电力二极管的结构电力二极管是以半导体 PN 结为基础的,实际上是由一个面积较大的 PN 结和两端引线以及封装组成的。从外形上看，可以有螺栓型、平板型等多种封装。AKA Ka)IKA P NJb)c)A K图 1-1 电力二极管的外形、结构和电气图形符号a) 外形 b) 基本结构 c) 电气图形符号2、电力二极管的工作原理：PN 结的单向导电性当 PN 结外加正向电压（正向偏置）时，在外电路上则形成自 P 区流入而12从 N 区流出的电流，称为正向电流 IF，这就是 PN 结的正向导通状态。当 PN 结外加反向电压时（反向偏置）时，反向偏置的 PN 结表现为高阻态，几乎没有电流流过，被称为反向截止状态。PN 结具有一定的反向耐压能力，但当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增大，破坏 PN 结反向偏置为截止的工作状态，这就叫反向击穿。按照机理不同有雪崩击穿和齐纳击穿两种形式。反向击穿发生时，采取了措施将反向电流限制在一定范围内，PN 结仍可恢复原来的状态。否则 PN 结因过热而烧毁，这就是热击穿。3、电力二极管的基本特性：静态特性、动态特性静态特性主要是指其伏安特性。正向电压大到一定值（门槛电压 UTO ） ，正向电流才开始明显增加，处于稳定导通状态。与 IF 对应的电力二极管两端的电压即为其正向电压降 UF。承受反向电压时，只有少子引起的微小而数值恒定的反向漏电流。IOI FUTOUF U图 1-2 电力二极管的伏安特性动态特性反映通态和断态之间转换过程的开关特性。4、电力二极管的主要参数正向平均电流 IF(AV)13指电力二极管长期运行时，在指定的管壳温度（简称壳温，用 TC 表示）和散热条件下，其允许流过的最大工频正弦半波电流的平均值。IF(AV)是按照电流的发热效应来定义的，使用时应按有效值相等的原则来选取电流定额，并应留有一定的裕量。例 1-1 需要某二极管实际承担