《电力电子技术》教学大纲

课程编号：ME5343

课程名称：电力电子技术                  英文名称：Power Electronics

学分/学时：3/32+32                       课程性质：核心选修（二选一)

适用专业：自动化                        建议开设学期：6

先修课程：电路、电子技术基础、电机与拖动等   开课单位：机电工程学院自动控制系

一、课程的教学目标与任务

《电力电子技术》是自动化专业的专业基础课。本课程的教学目标与任务是通过学习，学生应（1）（支撑指标点4.1）掌握电力电子器件的特性和使用方法；（2）（支撑指标点1.4，3.1）掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法及实验技能，能合理的选择和使用电力电子器件构成基本的变流电路。培养既懂电路理论又具有一定动手能力的工程技术人员。

二、课程具体内容及基本要求

(一)绪论及电力电子器件(6学时)

绪论；功率二极管；晶闸管； GTO、GTR、IGBT、MOSFET。

1.基本要求

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；了解本课程的内容、任务与要求；掌握晶闸管、GTO、GTR、IGBT、MOSFET等电力电子器件的结构、特性；掌握这些电力电子器件的使用方法。

2.重点、难点

重点：各种电力电子器件的使用方法；

3.作业与课外学习要求：课后练习，要求独立完成。

4. 对毕业要求支撑的指标点(4.1)：掌握电力电子器件的性能和使用方法。

(二)单相可控整流电路(4学时)

单相半波可控整流电路；单相桥式可控整流电路；单相半桥可控整流电路。

1.基本要求

掌握单相半波、桥式可控整流电路的电路结构、控制角的移相范围；了解单相半桥可控整流电路。

2.重点、难点

重点：单相桥式可控整流电路；

难点：单相半桥可控整流电路。

3.作业及课外学习要求：通过课外学习掌握单相可控整流电路的工作过程、波形分析、各物理量的计算。

4. 对毕业要求支撑的指标点(1.4,3.1,4.1)：能够分析设计单相可控整流电路。

(三)三相可控整流电路(6学时)

三相半波可控整流电路；三相桥式可控整流电路；大功率整流电路；变压器漏感对整流电路的影响。

1.基本要求

掌握三相半波、桥式可控整流电路；熟悉变压器漏感对整流电路的影响。

2.重点、难点

重点：三相桥式可控整流电路；

难点：变压器漏感对整流电路的影响。

3.作业及课外学习要求：通过课外学习掌握三相可控整流电路的工作过程、波形分析、各物理量的计算。

4. 对毕业要求支撑的指标点(1.4,3.1,4.1)：能够分析设计三相整流电路。

(四)有源逆变电路(3学时)

有源逆变电路的概念、工作原理；逆变失败和最小逆变角；三相有源逆变电路；逆变状态下直流电机的特性。

1.基本要求

掌握逆变失败及其原因，理解最小逆变角；熟悉逆变状态下直流电机的特性。

2.重点、难点

重点：逆变失败和最小逆变角；

难点：逆变状态下直流电机的特性。

3.作业及课外学习要求：通过课外学习掌握逆变失败的原因，有源逆变的条件。

4. 对毕业要求支撑的指标点(1.4,3.1,4.1)：能够分析设计有源逆变电路。

(五)交流调压电路、斩波电路及交交变频(5学时)

单相、三相交流调压电路；直流斩波电路；交交变频电路。

1.基本要求

熟悉交流调压电路的应用、单相交交变频电路的输入输出特性。掌握降压斩波电路和升压斩波电路的电路结构、工作过程、工作波形、电流连续时输出电压平均值、输出电流平均值的计算。

2.重点、难点

重点：单相交交变频电路；直流斩波电路；

难点：三相交交变频电路。

3.作业与课外学习要求：课后练习，掌握降压斩波电路和升压斩波电路及相关计算。

4. 对毕业要求支撑的指标点(1.4,3.1,4.1)：能够分析交流调压电路、斩波电路及交交变频电路。

(六)无源逆变电路(4学时)

无源逆变的概念；电压型逆变器；电流型逆变器；多重逆变电路。

1.基本要求

掌握电压、电流型逆变电路；了解多重逆变电路。

2.重点、难点

重点：电压、电流型逆变电路；

难点：多重逆变电路。

3.作业与课外学习要求：课后练习，掌握电压、电流型逆变电路。

4. 对毕业要求支撑的指标点(1.4,3.1,4.1)：能够分析无源逆变电路。

(七)PWM电路分析(4学时)

PWM控制基本原理；PWM逆变电路及其控制方法；PWM跟踪技术；PWM整流电路及其控制方法。

1.基本要求

了解：PWM控制技术的应用、PWM逆变电路及其控制方法、PWM整流电路及其控制方法。掌握PWM型逆变电路的工作原理，PWM波的形成及控制方法。

2.重点、难点

重点：PWM型逆变电路的工作原理，PWM波的形成及控制方法；

难点：PWM型逆变电路的工作原理。

3.作业与课外学习要求：课后练习，掌握PWM型逆变电路的工作原理，PWM波的形成及控制方法。

4. 对毕业要求支撑的指标点(1.4,3.1,4.1)：能够分析PWM电路。

(八)电力电子技术实验(32小时)

触发电路实验；单相半波可控整流电路实验；单相桥式半控/全控整流电路实验；三相全桥可控整流实验(电阻负载、电感负载)；单相交流调压电路实验；无源逆变电路实验；直流斩波电路的性能研究；相关电力电子变流电路的计算机仿真实验。

1.基本要求

根据实际实验设备合理安排实验，以使学生对电力电子装置有一定的感性认识，并锻炼学生的动手能力。选择相关电路进行仿真实验。

完成实验任务，掌握测量方法，观察记录各主要点波形，对理论进行验证。

2.重点、难点

重点：三相可控整流电路；

难点：无源逆变电路。

3.对毕业要求支撑的指标点(1.4,3.1,4.1)：通过实验，掌握电力电子技术相关仪器、设备的使用方法，能够对实验结果进行理论分析，培养既懂电路理论又具有一定动手能力的工程技术人员。

三、教学安排及方式

总学时48学时(折合)，讲授32学时，实验(或上机或多种形式教学)32学时。

序号 课程内容 学时 教学方式

1 绪论 1 讲授

2 电力电子器件 5 讲授

3 单相可控整流电路 4 讲授

4 三相可控整流电路 6 讲授

5 有源逆变电路 3 讲授

6 交流调压电路、斩波电路及交交变频电路 5 讲授

7 无源逆变电路 4 讲授

8 PWM电路分析 4 讲授

9 实验/上机 32 实验/上机

四、本课程对培养学生能力和素质的贡献点

本课程是研究电能变换和控制技术的专业基础课。本课程以课堂教学为主，结合作业、实验等教学手段和形式完成课程教学任务，支撑指标点1.4，3.1，4.1。

本课程对毕业要求分解指标点的关联度设置如下：

毕业要求指标点 1.4 3.1 4.1

电力电子技术 0.35 0.35 0.3

《电力电子技术》课程主要讲授内容包括电力电子器件的基本特性和原理；整流电路、逆变电路、直流-直流变流电路、交流-交流变流电路及PWM控制电路的工作原理和定量、定性分析。学生通过课堂学习、实验和自学，能够掌握基本的电能变换和控制技术，为更好的利用和控制电能奠定基础。

五、考核及成绩评定方式

最终成绩由实验、平时成绩和期末考试（闭卷）综合而成。各部分所占比例如下：

实验成绩30%：实验考核内容包括:①实验预习；②实验操作；③实验记录及结果分析；④实验态度和表现；⑤实验报告等。原则上根据上述五个方面进行综合评定。学生未取得①-④项成绩时，第⑤项成绩无效。

平时成绩10%：要求积极参与课堂教学，独立完成课外作业。主要考核课堂表现与作业完成情况。

期末成绩60%：主要考核对电力电子器件以及各种变流电路的掌握。

指标点1.4，3.1，4.1根据期末考试、实验及平时成绩综合考核。

六、推荐教材与参考资料

1.王兆安，刘进军. 电力电子技术. 第五版. 北京：机械工业出版社，2009

2.周渊深，宋永英，吴迪. 电力电子技术. 第三版. 北京：机械工业出版社，2016

3.M. D. Singh, K. B. Khanchandani. Power Electronics. Second Edition.北京：清华大学出版社，2011

七、说明

（一）与相关课程的分工衔接

电力电子技术是建立在电子学、电力学和控制学三个学科基础上的交叉学科，先修课程是电路、电子技术基础、电机与拖动等。

（二）其他说明

本课程专业性强，与工程技术联系较紧，学习时既要着重基本概念和原理，又要注意实践教学环节，加强实验、调试能力培养。结合多媒体教学，缩短课堂绘图的时间。

推荐教材与参考资料

1.王兆安，刘进军. 电力电子技术. 第五版. 北京：机械工业出版社，2009

2.周渊深，宋永英，吴迪. 电力电子技术. 第三版. 北京：机械工业出版社，2016

3.M. D. Singh, K. B. Khanchandani. Power Electronics. Second Edition.北京：清华大学出版社，2011