电力电子技术教案.pdf

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1、电力电子技术电子教案 1、本课程教学目的：电力电子技术是电气工程和自动化专业的主要专业基础课。电力电子技术是电力电子学的一个分支，是采用半导体器件实现对电能的控制与变换的科学，是介于电气三大领域电力、电子和控制之间的交叉学科，在工业、交通、电力等领域有广泛的应用。是电类专业学生必须掌握的专业技术基础知识。本课程的任务是通过对本课程的学习，使学生熟悉电力电子技术的基本理论，基本知识和基本电路，熟悉典型电力半导体器件的工作原理、外特性和功能，掌握电力电子电路的分析方法，并了解其在工程技术领域中的应用。为学习电力拖动自动控制系统及其它相关专业课程打下一定的基础。本课程学习之前，应具备高等数学、电路、

2、电子技术、电机与拖动等方面的相关知识。2、本课程教学要求：（1）熟悉和掌握晶闸管、电力晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、电力场效应管（MOSFET）、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等电力电子器件的工作原理、开关特性和电气参数。（2）熟悉和掌握单相、三相整流电路和有源逆变电路的基本原理、波形分析和各种负载对电路工作的影响。（3）掌握直流斩波电路的工作原理、电路结构、换相方法及参数计算。（4）掌握交流调压电路、电路结构、换相方法、波形分析和参数计算；了解交交变频电路的基本原理。（5）掌握逆变电路，特别是 PWM 型逆变电路的工作原理、控制方法、波形分析。（6）了解软开关技术的基本概念。（7

3、）了解隔离型 DCDC 变换器（高频开关电源）的工作原理。（8）掌握基本变流装置的调试试验方法。（9）了解电力电子学课的发展方向。3、使用的教材:教材：王兆安，黄俊主编 电力电子技术（第四版）机械工业出版社 2000.参考书：（1）贾正春 马志源编 电力电子学 中国电力出版社，2002.（2）刘志刚主编 电力电子学 清华大学出版社，2004.（3）叶斌主编 电力电子应用技术 清华大学出版社，2006.（4）林渭勋编 现代电力电子电路 浙江大学出版社，2004.（5）陈坚编 电力电子学 高等教育出版社，2002.（6）曹丰文 刘振来编 电力电子技术基础中国电力出版社，2007.绪论 教学目标和要

4、求：要求学生了解电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容和发展历史及电力电子技术的应用范围和发展前景。总体教学内容和学时安排：（采用多媒体与板书相结合的方式）节次 节名 学时 1 什么是电力电子技术 0.5 2 电力电子技术的发展史 0.5 3 电力电子技术的应用 0.5 4 本教材的内容简介和使用说明 0.5 重点与难点：电力电子技术的基本概念、基本内容。教学方式：课堂讲授 课时安排：2 作业：无 第一章 电力电子器件 教学目标和要求：要求学生理解并掌握晶闸管的基本结构、导通机理、导通条件、关断条件，晶闸管的阳极与门极伏安特性以及晶闸管的主要参数。几种常见的可关断器件，如：GTR、MOSF

5、ET、GTO、IGBT 等器件的基本结构和特性参数，以及它们的驱动电路和保护电路和电力电子器件在串联和并联时需注意的问题。教学思路：对电力电子器件的概念、特点和分类等问题作简要概述后，分别介绍晶闸管、GTR、MOSFET、GTO、IGBT 等器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题，然后介绍电力电子器件的驱动和保护电路的基本原理，最后介绍晶闸管和 MOSFET、IGBT 的串联和并联使用。总体教学内容和学时安排：（采用多媒体与板书相结合的方式）节次 节名 学时 1.1 电力电子器件概述 2 1.2 电力二极管 1.3 晶闸管 2 1.4 典型全控型器件 4 1.5 其

6、它新型电力电子器件 1.6 电力电子器件的驱动 2 1.7 电力电子器件的保护 1.8 电力电子器件的串联和并联使用 重点与难点：重点让学生掌握晶闸管（SCR）的工作原理、导通与关断条件、额定参数的选择等，电力晶体管（GTR）、可关断晶闸管（GTO）、电力场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管（IGBT）等电力电子器件的工作原理、特性、电气参数以及它们的驱动与保护电路。教学方式：课堂讲授 课时安排：10 作业：习题 1、2、3、4、5 第二章 整流电路 教学目标和要求：要求学生理解并掌握单相可控整流电路、三相可控整流电路、有源逆变电路、电容滤波的不可控整流电路的工作原理、工作波形分析

7、及电路参数计算，整流变压器的漏抗对整流电路的影响，整流电路的谐波和功率因数、大功率可控整流电路以及晶闸管电动机系统的分析，同步信号为锯齿波的触发电路的工作原理。教学思路：首先讨论最基本最常用的几种可控整流电路，分析和研究其工作原理、基本数量关系，以及负载性质对整流电路影响，然后集中分析变压器漏抗对整流电路的影响，和目前应用及其广泛的电容滤波的二极管整流电路。在上述分析的基础上，对整流电路的谐波和功率因数进行分析，应用于大功率场合的整流电路，最后分析相位控制电路的驱动控制。总体教学内容和学时安排：（采用多媒体与板书相结合的方式）节次 节名 学时 2.1 单相可控整流电路 2 2.2 三相可控整流

8、电路 2 2.3 变压器漏感对整流电路的影响 2 2.4 电容滤波的不可控整流电路 2 2.5 整流电路的谐波和功率因数 2.6 大功率可控整流电路 4 2.7 整流电路的有源逆变工作状态 2.8 晶闸管直流电动机系统 2 2.9 相控电路的驱动控制 2 重点与难点：重点让学生掌握可控整流电路的工作原理、波形分析、参数计算方法，整流变压器的漏抗对整流电路的影响，可控整流电路带直流电动机负载时的机械特性分析，有源逆变电路的工作原理、工作波形分析及电路参数计算，逆变失败的原因和最小逆变角的限制问题，逆变工作状态时直流电动机的机械特性分析。教学方式：课堂讲授 课时安排：16 作业：习题 3、6、11

9、、13、15、17、18、19、23、25、26、27 29、30 第一章 直流斩波电路 教学目标和要求：要求学生理解并掌握几种常见的直流斩波电路如基本的升压斩波电路、降压斩波电路、升降压斩波电路，Cuk、Sepic 和 Zeta 型斩波电路的基本结构、工作原理、波形分析和必要的参数计算。教学思路：首先介绍最基本的斩波电路升压斩波电路、降压斩波电路，理解了这两种电路可为理解其它的电路打下基础，在此基础上介绍升降压斩波电路和 Cuk、Sepic 和 Zeta 型斩波电路和复合斩波电路。总体教学内容和学时安排：（采用多媒体与板书相结合的方式）节次 节名 学时 3.1 基本斩波电路 3 3.2 复合

10、斩波电路和多相多重斩波电路 1 重点与难点：重点让学生掌握几种常见的直流斩波电路的工作原理、波形分析和必要的参数计算。教学方式：课堂讲授 课时安排：4 作业：习题 2、3、4、5 第四章 交流电力控制电路和交交变频电路 教学目标和要求：理解交交变流电路的分类及基本概念，交流调压电路的基本构成与工作原理，交流调功电路和交流电子开关的基本概念，晶闸管相控交交变频电路的构成、工作原理和输入输出特性，矩阵式变频电路的基本概念。教学思路：首先分析单相和三相交流调压电路的工作原理，然后介绍其它的交流电力控制电路，提出变频的概念，分析单相和三相交交变频电路的工作原理和输入输出特性，最后介绍矩阵式变频电路的基

11、本概念。总体教学内容和学时安排：（采用多媒体与板书相结合的方式）节次 节名 学时 4.1 交流调压电路 2 4.2 其它交流电力控制电路 1 4.3 交交变频电路 2 4.4 矩阵变频电路 1 重点与难点：重点让学生掌握单相交流调压电路的工作原理、波形分析和必要的参数计算，晶闸管相控交交变频电路的构成、工作原理和输入输出特性；了解三相交流调压电路的工作原理、波形分析，交流调功电路和交流电子开关的基本概念，矩阵式变频电路的基本概念。教学方式：课堂讲授 课时安排：6 作业：习题 3、4、6、7 第五章 逆变电路 教学目标和要求：理解并掌握逆变电路的基本工作原理和换流方式，电流型和电压型无源逆变电路

12、的工作原理和它们之间的特点，了解多重逆变电路和多电平逆变电路。教学思路：首先介绍换流方式和逆变电路的基本工作原理，然后分析半桥式逆变电路，在此基础上分析全桥式逆变电路和三相电压型逆变电路，其次分析单相和三相电流型逆变电路，最后介绍多重逆变电路和多电平逆变电路。总体教学内容和学时安排：（采用多媒体与板书相结合的方式）节次 节名 学时 5.1 换流方式 1 5.2 电压型逆变电路 2 5.3 电流型逆变电路 2 5.4 多重逆变电路和多电平逆变电路 1 重点与难点：重点让学生掌握无源逆变电路的基本原理，换流（相）方式的种类与原理，电流型和电压型逆变电路的基本概念和分析方法。教学方式：课堂讲授 课时

13、安排：6 作业：习题 3、4、7 第六章 PWM 控制技术 教学目标和要求：理解 PWM 控制的基本原理，电压型 PWM 逆变电路的控制方法，同步调制和异步调制的概念，SPWM 逆变电路的控制方式及 SPWM 波形的生成方法，了解 PWM 跟踪控制技术和 PWM 整流电路的工作原理。教学思路：首先介绍面积等效原理，引出 PWM 的基本原理，然后介绍电压型PWM 逆变电路的控制方法，如何产生 SPWM 波，同步调制和异步调制的概念，其次介绍 PWM 跟踪的方法，最后介绍 PWM 整流的原理。总体教学内容和学时安排：（采用多媒体与板书相结合的方式）节次 节名 学时 6.1 PWM 控制的基本原理

14、1 6.2 PWM 逆变电路及其控制方法 3 6.3 PWM 跟踪控制技术 1 6.4 PWM 整流电路及其控制方法 1 重点与难点：重点掌握 PWM 控制的基本原理，SPWM 逆变电路的控制方式及 SPWM波形的生成方法；了解电流跟踪型 PWM 逆变电路。教学方式：课堂讲授 课时安排：6 作业：习题 3、4、6、8 第七章 软开关技术 教学目标和要求：介绍软开关的基本概念和各种软开关的分类，详细分析零电压开关准谐振电路、谐振直流环、移相全桥零电压开关 PWM 电路和零电压转换电路的工作原理。教学思路：首先通过硬开关引出软开关的概念，介绍软开关电路的几种类型，然后分析零电压开关准谐振电路、谐振

15、直流环、移相全桥和零电压转换电路的基本原理。总体教学内容和学时安排：（采用多媒体与板书相结合的方式）节次 节名 学时 7.1 软开关的基本概念 0.5 7.2 软开关电路的分类 0.5 7.3 典型的软开关电路 3 重点与难点：重点掌握软开关的基本概念和软开关的分类，零电压开关准谐振电路的工作原理，移相全桥零电压开关 PWM 电路的工作原理。教学方式：课堂讲授 课时安排：4 作业：习题 2 第八章 组合变流电路 教学目标和要求：介绍间接交流变流电路的原理，交直交变频器的原理以及变压器隔离型的 DC/DC 变换器的工作原理。教学思路：先介绍两类组合变流电路的构成、基本原理、特点等，在此基础上介绍其几方面的应用，VVVF 电源和 CVCF 电源，最后分析变压器隔离型的 DC/DC 变换器的工作原理。总体教学内容和学时安排：（采用多媒体与板书相结合的方式）节次 节名 学时 8.1 间接交流变流电路 2 8.2 间接直流变流电路 2 重点与难点：掌握几种常见的隔离型的 DC/DC 变换器的工作原理。教学方式：课堂讲授 课时安排：4 作业：习题 1、8、9