电力电子技术教学实施方案

PAGEPAGE1《电力电子技术》教学实施方案一、课程基本信息课程名称：电力电子技术PowerElectronics课程代码：04120104学分：3.5总学时：56个二、教材（一）推荐教材1.王兆安:《电力电子技术》第五版（二）参考教材1.陈坚:《电力电子学》2.Mohan:《电力电子学》（三）进一步阅读教材1.张占松：《开关电源的原理与设计》2.RobertW.Erickson：《FundamentalsofPowerElectronics》四、课程描述（一）课程总体目标本课程是电气工程与自动化专业、自动化专业必修课，本课程的目的和任务是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法；掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验技能；熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标。同时，为《电力拖动与控制》等后续课程打好基础（二）教学内容逻辑框架图（三）课程纲目与学习目标绪论掌握电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容和发展历史了解电力电子技术的应用范围

了解电力电子技术的发展前景

了解本课程的任务与要求教学重点电力电子系统结构框图教学难点电力电子技术与其他学科的相互关系电力电子器件掌握各种二极管掌握半控型器件：晶闸管掌握典型全控型器件：GTO、电力MOSFET、IGBT、BJT

了解功率集成电路和智能功率模块电力电子器件的串并联掌握电力电子器件的保护掌握电力电子器件的驱动电路教学重点电力二极管，晶闸管，电力MOSFET，电力晶体管，电力电子器件的保护和驱动电路教学难点器件的内部工作原理，开关特性整流电路掌握单相可控整流电路重点掌握三相可控整流电路掌握变压器漏抗对整流电路的影响掌握电容滤波的二极管整流电路掌握整流电路的谐波和功率因数掌握整流电路的有源逆变工作状态掌握常用相位控制芯片教学重点三相桥式全控整流，谐波定义教学难点三相桥式全控整流电路波形分析直流变换器掌握降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路，直流全桥变换器4种电路的分析计算教学重点降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路的输入输出与占空比的关系的计算。教学难点降压斩波电路，升压斩波电路，升降压斩波电路的输入输出与占空比的关系的计算逆变电路掌握换流方式重点掌握电压型逆变电路了解电流型逆变电路教学重点电压型逆变电路教学难点三相电压型逆变电路脉宽调制技术重点掌握PWM控制的基本原理掌握PWM逆变电路的控制方式掌握PWM波形的生成方法教学重点PWM控制原理，三相正弦波逆变电路工作原理教学难点谐波分析、规则采样法交流-交流电力变换电路重点掌握单相相控式交流调压电路掌握交流调功电路了解交流电子开关了解单相输出交—交变频电路教学重点单相相控式调压电路教学难点单相调压电路输出电压波形分析高频开关电源概括开关电源的各种拓扑电路，分析单端反激变换器及其高频变压器的设计制作，讲述高频整流器的工作原理教学重点单端反激式开关电源教学难点高频变压器的设计制作（四）进一步的学习内容1.陈坚：《电力电子学》第二版高等教育出版社2.Mohan:《电力电子学》第三版高等教育出版社3.张占松:开关电源的原理与设计（修订版）电子工业出版社（五）课程英文简介（CourseDescriptions）：Powerelectronicsistheapplicationofsolid-stateelectronicsforthecontrolandconversionofelectricpower.Italsoreferstoasubjectofresearchinelectronicandelectricalengineeringwhichdealswithdesign,control,computationandintegrationofnonlinear,timevaryingenergyprocessingelectronicsystemswithfastdynamics.Theapplicationofelectronicstoenergyconversionandcontrol;phase-controlledrectifier/invertercircuits,dc/dcconverters,high-frequencyinverters,andmotioncontrolsystems.Characteristicsofpowersemiconductordevices:diodes,bipolarandfieldeffecttransistors,IGBTS,andthyristors.Modeling,analysis,andcontroltechniques.Magneticcircuits.Numerousapplicationexamples.六、教学进度与主要教学方法周数具体日期讲授内容主要教学方法18月29日绪论主要教学方法：讲授，提问，讨论首先通过线性电源和开关电源的区别，得到信息电子和电力电子的区别，找到电力电子的特点。然后给出电力电子学的定义，得到本课程讲授的主要内容。最后分类举例说明，电力电子技术应用领域，并鼓励同学提问和讨论。18月31日电力二极管主要教学方法：比较法通过比较普通二极管和电力二极管的区别，找到学习电力二极管的要点，最终用某厂家的数据手册讲解应用29月5日晶闸管主要教学方法：讲授法主要通过讲授方法介绍晶闸管的工作原理，伏安特性，参数应用。特别注意电力二极管和晶闸管的相同之处。29月7日全控器件（电力晶体管，电力MOS管）主要教学方法：比较法教学课前要求同学们复习晶体管，MOS管的工作原理和外部特性，以及参数。课堂上要求通过比较电力晶体管，电力MOS管和普通晶体管，MOS管的区别，从而得出该课程中学习此类器件的方法。39月12日全控器件（可关断晶闸管，IGBT)主要教学方法：归纳总结法主要通过归纳方法介绍可关断晶闸管和IGBT的工作原理，伏安特性，参数应用。最后给出20分钟时间进行习题讲解和讨论提问。39月14日单相半波整流电路，单相桥式整流电路主要教学方法：数理演绎法从单相半波电路出发，逐步拓展到单相桥式整流电路，得出所有整流电路均有单相半波电路组成的结论。总结整流电路需要计算的参数和波形分析。49月19日单相全波电路，单相桥式半控整流电路，三相半波电路主要教学方法：数理演绎法通过分解法，讲单相全波电路，单相桥式半控整流电路，三相半波电路逐步分步讲解49月21日变压器漏感对整流电路的影响主要教学方法：举一反三法以单相桥式整流电路和三相半波为例讲解换相重叠角和换相时间的计算为例。其余电路引导同学们完成推导计算。59月26日谐波和功率因数主要教学方法：定义解释法由谐波和功率因数的定义，给出相应公式的来源和计算方法。由同学们根据定义完成部分电路的推导和计算。59月28日有源逆变主要教学方法：讲授法讲解有源逆变的定义，并推导不同电路逆变的条件。710月10日习题主要教学方法：讨论法整流电路习题讲解和讨论710月12日降压变换器主要教学方法：讲授法讲解降压变换器的关心的主要内容和指标参数，相关公式的计算方法810月17日升压变换器主要教学方法：讲授法和引导法通过降压变换器，引导同学完成升压变换器相关公式的推导810月19日升降压变换器主要教学方法：讨论法通过上面两次课的内容，完全由同学们完成升压变换器的公式计算和推导，并请同学们上黑板完成。910月24日直流直流变换器主要教学方法：讲授法通过直流变换器的工作方式说明其工作原理和计算方法910月26日直流变换器习题与讨论主要教学方法：讨论法讲解习题并对本章重点难点进行讨论1010月31日单相，三相方波逆变器主要教学方法：讲授法由直流变换器电路，改变控制方式得到方波逆变器。重点分析三相电路的输出波形图以及谐波计算1011月2日PWM工作原理，正弦波逆变器主要教学方法：讲授法重点讲解面积等效性原理，然后改变方波逆变器的调制波从而得到正弦波逆变器1111月7日交流交流变换器，高频开关电源简介主要教学方法：讲授法与举例法主要讲解交流交流变换器的工作原理和简单的计算。介绍反激励式开关电源的工作原理和设计方法1111月9日开关电源设计方法主要教学方法：归纳与讨论1211月14日复习讨论课主要教学方法：讨论法七、教学评价（一）教学评价课程将依据以下作业考核学生的成绩：（一）过程评价将贯穿于始终，其中期末成绩40%，实验过程及报告占15%。（二）平时成绩包括课堂发言与提问、出勤率、作业情况等。各部分所占的分数比例为：小组讨论成绩（20%），作业（15%），出勤率（10%）。八、教学材料（一）学术刊物1.国外：IEEETransactionsonIndustryApplications、IEEE-IndustryApplicationsSocietyAnnualMeeting、、TheBradleyDepartmentofElectricalEngineering,VirginiaPolytechnicInstitute&StateUniversity,Blacksburg,VA2.国内：《电机工程学报》、《电力电子技术》（二）经典外文教材《FundamentalsofPowerElectronics》，RobertW.Erickson（三）推荐网站1.电力电子学会：九、自测卷《电力电子技术》考试自测卷一、填空题（共8小题，每空2分，共30分）电力二极管和普通二极管相比，在P区和N区之间多了一层区，这个区使得它具备的能力；另外由于电导调制效应，使得电力二极管在正向大电流的情况下，其压降呈现（高阻或低阻）状态，DC-DC全桥变换器电路中，单极型和双极型的输出电压的表达式为：（用占空比表示）其中（单极型或者双极型）的输出纹波较小。IGBT综合了和这两种器件的优点，因此具备了通流能力较强，开关速度较快的特点，成为中、大功率电力电子设备的主导器件。载波比指的是与的比值，理论上载波比（越大或越小），SPWM的正弦波精度越高，与此同时开关管的损耗会（增大、减小或保持不变）晶闸管在关断过程中，其两端会出现较大的反向电压，其原因是由于有性质的负载的存在，我们可以采用的方法来保护晶闸管。电流谐波总畸变率的定义为。有源逆变电路中，逆变角应大于换相重叠角与之和。晶闸管的擎住电流通常（大于或小于）维持电流。二、作图计算题（共3小题，共55分）1.三相桥式全控整流电路，U2=100V，带电阻电感负载，R=5Ω，L值极大，当=60时.（20分）画出主电路图，并标出每个晶闸管的标号（2分）画出ud、uVT3和iVT3；（6分）计算负载电压和电流Ud、Id（6分）经过晶闸管的电流平均值IdT和有效值IV（6分）2.Buck-boost电路画出电路图分别画出电感电流连续和断续情况下电感上的电压和电流的波形图分别推导出电感电流连续和断续两种情况下输出电压和输入电压的关系表达式（20分）3.ThechopperbelowcontrolsadcmachinewithanarmatureinductanceLa=0.2mH.Thearmatureresistancecanbeneglected.Thearmaturecurrentis5A.fs=30kHz.D=0.8。(15points)Theoutputvoltage,Vo,equals200V.CalculatetheinputvoltageVd.Findtherippleinthearmaturecurrent.andsketchit.CalculatethemaximumandtheminimumvalueofthearmaturecurrentSketchthearmaturecurrent,ia(t),andthedccurrent,id(t).Theloadonthemachineisreduced.CalculateIawhentheconverterisontheboundarybetweencontinuousanddiscontinuousmode三、推算题（共1小题，共15分）InthecircuitofFig.1,andhaveanrmsvalueof