《电力电子技术》课程教学大纲

（POWERE1ECTRONIC）

总学时数：40 其中:实验学时数：0

课外学时数：0学分数：2.5适用专业：电气工程与自动化专业

一、课程的性质、目的和任务

本课程是自动化专业的基础课程，它的任务是使学生掌握各类电力电子器件的工作原理，特性和主要参数及其各类变流装置发生的电磁过程，基本原理，控制方法，设计计算，实验技能以及它们的技术经济指标。以便学生毕业后具有进一步掌握各种变流装置的能力，并为后续课“电力拖动与运动控制系统”打好基础。

二、课程教学的基本要求

（一）掌握电力电子器件（主要为晶闸管，电力晶体管，可关断晶闸管、电力场效应晶体管和绝缘栅双极晶体管）的工作原理，特性和主要参数（含驱动、缓冲和保护电路）。

（二）熟练掌握单相，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运行的影响，并能对上述电路进行初步的设计计算（包括触发电路与保护环节）。

（三）3.了解无源逆变、直流斩波、交流调压和交-交变频电路的工作原理，了解并掌握PWM控制技术及PW型逆变电路的基本原理和控制方法。

（四）初步了解软开关技术的基本概念和常用的组合变流电路的主要形式。 （五）初步了解电力电子学科的发展趋势。 （六）掌握基本变流装置的调试实验方法。

三、课程的教学内容、重点和难点

绪论

基本内容：

电力电子技术的基本概念和内涵，电力电子技术发展历程，电力电子技术应用领域，本课程在国民经济中的作用意义，本课程的特点和学习方法。 基本要求：

使学生了解电力电子技术的基本概念和内涵，了解本课程的重要性，认识到他所学的内容仅是电力电子学科中的最基本的内容,而本学科还有很多重要的课题有待去学习，去解决。

第一章

一、电力电子器件概述

基本内容：

电力电子器件

电力电子器件的概念和特征；电力电子系统的构成；电力电子器件的分类。 基本要求：

1、了解电力电子器件的基本概念、主要特征以及主要类型；

2、了解应用电力电子器件构成的系统的主要组成部分及各部分功能。

二、电力二极管

基本内容：

PN结的概念、电力二极管的工作原理；电力二极管的基本特性；电力二极管的主要参数；电力二极管的主要类型。 基本要求：

1、了解并掌握不可控器件电力二极管的基本工作原理； 2、了解并掌握电力二极管的基本特性、主要参数和主要类型。

三、晶闸管

基本内容：

晶闸管的结构与基本工作原理；晶闸管的基本特性；晶闸管的主要参数；晶闸管的派生器件。 基本要求：

1、了解晶闸管的结构与基本工作原理及派生器件的类型； 2、熟练掌握晶闸管的工作特性、主要参数和使用方法。 3、

四、典型全控型器件

基本内容：

电力晶体管（GTR）,可关断晶闸管（GT0）、电力场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极晶体管等常用器件的结构、工作原理、基本特性、主要参数。 基本要求：

1、了解自关断器件GTR、GT0、电力MOSFET和IGBT的结构、工作原理； 2、掌握自关断器件GTR、GT0、电力MoSFET和IGBT的开关特性和使用参数。

五、电力电子器件的驱动、保护与串、并联使用

基本内容：

驱动电路的基本概念；晶闸管驱动电路；电压驱动型器件的驱动电路、电流驱动型器件的驱动电路；电力电子器件的过电压、过电流保护；缓冲电路；电力电子器件的串联与并联。基本要求：

1、了解并掌握常用电力电子器件的驱动电路的要求及实现方法； 2、了解电力电子器件常用的过电压、过电流保护方法和常用电路； 3、掌握缓冲电路的作用，工作原理及常用电路形式；

4、了解电力电子器件串联与并联的基本要求、实现难点及常用方法。

重点：（1）晶闸管的基本结构、导通和关断条件，伏安特性和额定电流的定义；（2）典型全控型器件的基本特性、主要参数和各自的优缺点；（3）常用电力电子器件的驱动要求和驱动电路；（4）缓冲电路的概念和作用以及器件串联并联的关键问题。 难点：晶闸管通态平均电流与额定电流的定义，驱动电路的分析。 第二章

一、单相可控整流电路

基本内容：

整流电路

单相半波可控整流电路；单相桥式全控整流电路；单相全波可控整流电路；单相桥式半控整流电路。 基本要求：

1、熟练掌握常用的单相可控整流电路的主要类型、电路结构形式及特点；

2、熟练掌握常用的单相可控整流电路在带不同性质负载下的工作原理、波形分析及参数计算。

二、三相可控整流电路

基本内容：

三相半波可控整流电路；三相桥式全控整流电路。 基本要求：

1、熟练掌握常用的三相可控整流电路的主要类型、电路结构形式及特点；

2、熟练掌握三相可控整流电路在带大电感负载下的工作过程及波形分析以及三相桥式全控整流电路的触发脉冲要求。

三、整流电路的一些相关问题

基本内容：

变压器漏感对整流电路的影响；电容滤波的不可控整流电路；整流电路的谐波与功率因数分析。 基本要求：

1、建立换相压降、重叠角的概念，并掌握其相关计算，熟悉漏抗对整流电路工作情况的影响； 2、熟悉常用电容滤波的单相、三相不可控整流电路的输入电流波形特点及电容与输出电压的关系；

3、了解非正弦电路的谐波和功率因数的基本概念，初步掌握典型整流电路的谐波和功率因数的分析方法。

四、整流电路的有源逆变工作状态

基本内容：

逆变的基本概念;三相桥整流电路的有源逆变工作状态;逆变失败与最小逆变角的。基本要求： 1、掌握有源逆变的概念，实现有源逆变的条件；

2、熟悉三相可控整流电路有源逆变工作状态的分析与计算；

3、了解并掌握产生逆变失败的原因及最小逆变角的方法与原因。

五、相控电路的触发电路

基本内容：

同步信号为锯齿波的触发电路；集成触发器；触发电路的定相。 基本要求：

1、掌握锯齿波移相触发电路的组成及工作原理，常用的集成触发器； 2、了解触发电路定相的概念，掌握定相的实现方法。

重点：（1）单相和三相全控整流电路原理分析说计算、各种负载对整流电路工作情况的影响；（2）电容滤波的不可控整流电路的工作特点；（3）谐波和非正弦电路功率因数的概念，典型整流电路谐波和功率因数分析；（4）实现有源逆变的条件、三相可控整流电路有源逆变工作状态的分析计算，防止逆变的措施；（5）同步的概念、同步信号选取的方法和锯齿波移相触发电路的原理。 难点：三相全控桥式整流带感性负载的波形分析以及对有源逆变工作状态的理解与分析。 第三章直流斩波电路

一、基本斩波电路

基本内容：

降压斩波电路；升压斩波电路。 基本要求：

1、掌握直流斩波和DC/DC变换器的基本概念以及直流斩波电路的主要类型; 2、熟练掌握降压斩波电路和升压斩波电路的结构、工作原理和分析方法。

二、复合斩波电路

基本内容：

电流可逆斩波电路；桥式可逆斩波电路。 基本要求：

了解电流斩波电路、桥式可逆斩波电路的电路结构、工作原理及工作波形

重点：理解降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理，掌握这两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点。 难点：升压斩波电路的升压机理。 第四章交流电力控制和交交变频电路

一、交流调压电路

基本内容：

交流-交流变流电路的分类及基本概念；单相、三相交流调压电路的基本构成和基本工作原理。 基本要求：

1、掌握交流-交流变流电路的分类及基本概念；

2、掌握单相交流调压电路的构成，阻性和感性负载下的工作原理和电路特性； 3、了解三相交流调压电路的基本构成和基本工作原理。

二、其他交流电力控制电路

基本内容：

交流调功电路和交流电力电子开关的基本概念；晶闸管相位控制的交交变频电路的基本概念、电路构成和基本工作原理。 基本要求：

1、了解交流调功电路和交流电力电子开关的基本概念；

2、了解晶闸管相位控制的交交变频电路的基本概念、电路构成和基本工作原理; 3、了解各种交流交流变流电路的主要应用。

重点：单相、三相交流调压电路的基本构成和基本工作原理，交流调功电路和交流电力电子开关的基本概念。 难点：三相交流调压电路的工作波形分析，交交变频电路概念的理解。 第五章

一、概述

基本内容：

逆变电路

逆变和无源逆变的概念，逆变电路的主要类型及应用领域。 基本要求：

理解并掌握逆变和无源逆变的基本概念。

二、换流方式

基本内容：

逆变电路的基本工作原理；变流电路中的换流方式及类型。 基本要求：

1、理解并掌握逆变电路的基本工作原理； 2、理解变流电路中常用的四种换流方式。

三、电压和电流型逆变电路

基本内容：

单相半桥电压型逆变电路、单相全桥逆变电路、带中心抽头的变压器逆变电路：三相电压型逆变电路；电流型逆变电路的基本概念和结构。 基本要求：

1、掌握单相和三相电压型逆变电路的结构及工作原理； 2、了解电流型逆变电路的结构和基本工作原理。

重点：无源逆变的基本概念，电压型逆变电路的结构及工作原理，变流电路的主要换流方式。 难点：三相逆变电路工作波形胡分析。 第六章PWM控制技术

一、PWM控制的基本原理基本内容：

PwM控制的基本原理、SPwM波形的概念、PWM波形的分类与特点。基本要求： 掌握PwM控制技术的基本概念与基本原理。

二、PWM逆变电路及控制方法

基本类容：

SPWM波形的生成方法，PWM逆变电路的工作原理及控制方法。基本要求： 1、掌握生成SPwM波形的一般方法；

2、掌握PWM逆变电路的工作原理及主要控制方法。

重点：PwM控制的基本原理，PTVM逆变电路的工作原理及控制方法。难点：PWM逆变电路控制方法的理解。 第七章软开关技术

一、软开关的基本概念

基本内容：

软开关与硬开关的基本概念，零电压和零电流开关。 基本要求：

掌握软开关与硬开关的基本概念以及软开关的主要优点。

二、软开关电路的分类

基本类容：

软开关电路的主要类型。

基本要求：

了解准谐振电路、零开关PWM电路和零转换PWM电路等三种软开关电路的基本原理和优缺点。

重点：软开关与硬开关的基本概念和软开关的特点。难点：软开关电路工作过程分析。 第八章组合变流电路

基本内容：

间接交流变流电路和间接直流变流电路的主要类型，工作原理和应用领域。 基本要求：

了解间接交流变流电路和间接直流变流电路的.主要类型，电路结构和应用领域重点：间接交流变流电路和间接直流变流电路的主要结构形式。

四、课程各教学环节要求

(-)实验教学

实验课是培养工科学生实验技能的主要手段。通过本课程的实验训练，使学生实验技能达到如下的要求：

1、正确使用三相调压器、电抗器、电阻器、示波器等仪器设备； 2、根据实验技术要求，拟定实验步骤，选用仪器及仪表；

3、掌握电力电子变流电路波形分析方法，具有分析问题和解决问题的能力，培养良好的实验习

惯和实事求是的科学作风。

4、观察实验现象，会正确地分析波形、读取数据并加以检查判断。正确书写实验报告和分析实

验结果。

本课程实验内容设置4个实验项目，每个实验为2学时，共计8学时，包括晶闸管触发信号的产生；单相全控桥式整流电路；三相桥式全控整流电路；变频器中逆变电路研究。实验具体内容及具体要求，样见实验指导书或实验教学大纲。 (二)课外作业

本课程课外作业的主要目的有两个方面:一是是训练学生强化对课堂教学内容的掌握和理解，二是拓展学生应用所学的知识去分析和解决问题的能力。课外作业的题目类型主要分为三种类型：一种类型是思考和陈述性题目，主要强化学生对有关基本概念、基本理论知识掌握和理解；另一种类型是计算和分析题，主要是训练学生利用所学基本知识点解决具体工程问题的能力；再一种就是综合性题目，主要是锻炼学生对所学知识综合运用和灵活运用的能力。 (≡)考试

本课程考试采用闭卷考试形式。考试内容主要从考察学生对基本概念的掌握和理解、课程各章节主要知识点的掌握程度以及综合运用所学知识解决问题的能力等三个方面着手。其中基本概念题占30%,主要知识点考题占50%,综合应用题或灵活运用题占20%t>

五、学时分配

作业教学内容 各教学环节学时分配 题量 备注 章节 主要内容 讲授 10 10 4 4 4 4 2 2 40 实验 讨论 习题 课外 其它 小计 10 10 4 4 3-4 6-8 2-3 2-3 2-3 2-3 1 绪论、电力电子器件 2 整流电路 3 直流斩波电路 4 交流控制和交交变频电路 5 逆变电路 6 PWM控制技术 7 软开关技术 8 组合变流电路 4 4 2 2 40 合计 17-24 六、课程与其它课程的联系

与本课程有关的先修课是电路理论、电力技术基础、电机与拖动基础。本课程为后续课“电力拖动自动控制系统”打好基础。

七、教材与教学参考书

（一）教材：

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年。 （二）教学参考书：

【1】叶斌.电力电子应用技术.北京，清华大学出版社，2006年。

【2】徐德鸿，马皓，汪樵生.电力电子技术.北京，科学出版社，2006年。

[3]D.GrhameHo1mes,ThomasΛ.1ipo著，周克亮译.电力电子变换器PWM技术原理与实践.北

京，人民邮电出版社，2010年。