《电力电子技术》教学大纲

第页《电力电子技术》教学大纲课程编号：13180324英文名称：PowerElectronicsTechnology学分：2.5学时：48（其中理论32学时，实验16学时）课程类别：专业必修课程授课对象：自动化专业学生教学单位：机械与电气工程学院修读学期：第5学期一、课程性质、任务和目标电力电子技术是电气、自动化类专业的一门技术基础课。在熟练掌握电子技术基础内容的前提下，使学生掌握电力电子器件的原理、特性、参数；各种变流电路的原理与数值计算是电力电子技术的主要任务。本课程是自动化类专业必须学习和掌握的一门数字系统技术课程，对自动化领域的项目设计与开发至关重要。本课程是为自动化类专业的三年级学生开设的专业必修课。本课程主要学习功率变换主电路的构成和工作原理，不同负载对电路工作特性的影响。为学习后续课程和专业知识，以及毕业后从事电力电子技术应用、研究打下理论基础和试验基础。课程目的是深化教学内容，使学生掌握电力电子系统的设计思想和设计方法，能解决各种实际电力系统设计问题，以提高学生的动手能力、分析与解决问题的能力。本课程重点支持以下毕业要求指标点：1.3掌握电力电子技术、电机与拖动等基础知识，能将其用于分析工程问题中的功率电路问题。2.2能识别电路与电子系统、控制系统等的主要环节和参数。毕业要求与教学目标之间的对应关系见表1-1。表1-1毕业要求与教学目标的对应关系（H—高，M—中，L—低）序号毕业要求对应关系教学目标1掌握电力电子技术、电机与拖动等基础知识，能将其用于分析工程问题中的功率电路问题H了解和掌握电力电子器件的工作原理和应用特性。了解和掌握整流、逆变、直流斩波、交流电力控制和交交变频电路的共性和基础性问题，各种电路的分析方法。2能识别电路与电子系统、控制系统等的主要环节和参数M使学生掌握电力电子系统的设计和调试方法，能识别电路与电子系统、控制系统等的主要环节和参数，具备复杂电力电子系统的分析和设计能力。二、教学内容、基本要求及学时分配1.电力电子器件概论（4学时）（1）电力电子器件概述：电力二极管、半控型器件-晶闸管、典型全控型器件GTO、GTR、MOSFET、IGBT的结构、工作原理；静态、动态特性与参数。基本要求：掌握常用电力电子器件的结构、工作原理。重点支持毕业要求指标点：1.3，2.2。整流电路（10学时）（1）单相可控整流电路。（2）三相可控整流电路的组成、工作原理与分析，大功率可控整流电路。（3）整流电路的有源逆变工作状态。（4）变压器漏感对整流电路的影响。重点：各种整流电路的原理、特点与数值算法。难点：各种整流电路的原理。基本要求：掌握单相、三相可控整流的组成、工作原理及数量关系；整流电路的有源逆变工作状态；了解变压器漏感对整流电路的影响。重点支持毕业要求指标点：1.3，2.2。逆变电路（6学时）（1）换流方式。（2）电压型逆变电路。（3）电流型逆变电路。重点：逆变的概念，掌握电压型逆变电路与电流型逆变电路的组成与工作原理及数量关系。难点：电流型逆变电路的组成与工作原理。基本要求：掌握逆变的概念，掌握逆变电路的组成、特点与工作原理及数量关系。重点支持毕业要求指标点：1.3，2.2。直流-直流变流电路（4学时）（1）基本斩波电路。（2）复合斩波电路。重点：直流降压斩波电路和升压斩波电路的原理及算法。基本要求：理解直流斩波的概念，掌握直流降压斩波电路和升压斩波电路的原理。了解复合斩波电路。重点支持毕业要求指标点：1.3，2.2。交流-交流变流电路（2学时）（1）交流调压电路。（2）交交变频电路。重点：交流调压电路的原理及特点。难点：交交变频电路的构成与工作原理。基本要求：掌握交流调压电路的原理，理解交交变频电路的构成与工作原理。重点支持毕业要求指标点：1.3，2.2。PWM控制技术（4学时）（1）PWM控制的基本原理。（2）SPWM逆变电路及其控制方法。（3）SPWM的规则采样法。重点：SPWM逆变电路及其控制方法；SPWM的规则采样法。难点：SPWM逆变电路的调制法及SPWM的规则采样法。基本要求：掌握SPWM控制的基本原理及其控制方法。重点支持毕业要求指标点：1.3。软开关技术（2学时）（1）软开关的基本概念。（2）软开关电路的分类。（3）典型的软开关电路。基本要求：了解软开关的基本概念，典型的软开关电路。重点支持毕业要求指标点：1.3。8．综合项目分析与设计与课程总结（2学时）利用已学电力电子系统设计知识完成一个综合性项目并仿真调试、上台演示并课堂讨论。重点支持毕业要求指标点：1.3，2.2。三、教学方法1.总体设计采用电力电子系统设计与仿真虚实结合的教学模式，将电力电子项目设计贯穿于整个教学过程中，通过师生互动完成教学任务。采用探究式的教学模式，分析学生设计过程产生的错误，激发学生的学习兴趣，增强对所学知识的理解和掌握。课堂教学方法：讲授、讨论。实验教学方法：自主练习、个别答疑、集中指导。课外学习方法：预习教材相关章节和参考网站上的教学视频，课外完成项目设计。2.课堂教学课堂讲授：在课前预习的基础上，按知识模块，通过案例以演示和归纳主要知识点的应用，通过问题引导学生学习和讨论，不断强化学生对知识的理解，引导学生掌握电力电子系统设计和调试的基本方法，使学生体验项目设计的过程。重点支持毕业要求指标点：1.3，2.2。课内讨论：围绕预习内容、讲授案例、作业问题，引导学生进行优化、完善和补充。重点支持毕业要求指标点：1.3，2.2。3.实验教学在课外学习和作业实施的基础上，通过集中实验，理解有关知识点。重点支持毕业要求指标点：1.3，2.2。4.课外学习课前预习：要求学生在课前按预习计划完成自主学习内容，即自学教材相关章节，观看参考网站上教学视频。重点支持毕业要求指标点：1.3，2.2。课后作业：要求学生按时完成课后作业。重点支持毕业要求指标点：1.3，2.2。项目设计：要求学生按阶段完成1个综合项目设计，需要集中进行现场验收，要求每个人进行系统演示和口头汇报。重点支持毕业要求指标点：1.3，2.2。四、课内外教学环节及基本要求1.课内外教学环节（1）本课程课内总学时为48学时。（2）采用课堂教学（课堂讲授和讨论）、课内实验、课外学习和项目设计三个环节。（3）课堂讲授和讨论共32学时，课内实验16学时，课外学习和实践为30课时。课内外教学环节的总体安排见表4-1。表4-1课内外教学环节安排表序号教学内容课内教学环节及其学时课外教学环节及其学时教学目标讲授讨论实验小计视频教实材践小计1电力电子器件4412整流电路828182241、23逆变电路424102461、24斩波电路4482681、25交流-交流变流电路221、26PWM控制技术4417软开关技术2218综合项目分析与设计与课程总结210121、2合计2841648818302.课内实验实践环节本课程课内实验实践环节实验，共16课时，采用集中辅导形式。课内实验或实践环节的总体安排见表4-2。表4-2课内实验或实践环节教学安排序号教学内容教学要求教学目标实验类别课内学时备注1单相半波可控整流电路实验要求：①单相半波可控整流电路带电阻负载时的特性测定。②单相半波可控整流电路带电阻电感负载时续流二极管的观察。目的：掌握单相半波可控整流电路在电阻负载及电感负载时的工作过程。了解续流二极管的作用。1、2验证4必修2锯齿波触发电路和单相桥式全控整流及有源逆变实验要求：①锯齿波同步移相触发电路的调试、各点电压波形的观察与分析。②单相桥式全控整流电路带电阻电感负载；有源逆变电路逆变颠覆现象的观察。目的：熟悉锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用；掌握锯齿波同步移相触发电路的调试步骤和方法；理解单相桥式全控整流及有源逆变的工作原理；掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。1、2验证4必修3三相桥式全控整流及有源逆变电路实验（综合性）要求：正弦波、锯齿波同步移相触发电路的调试；在整流或有源逆变状态下，当触发电路出现故障（人为模拟）时观察主电路的各点电压波形。目的：加深理解三相桥式全控整流及有源逆变电路的工作原理；了解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形。1、2验证4必修4直流斩波电路实验要求：斩波器触发电路的调试；斩波器接电阻性负载。目的：加深理解斩波器电路的工作原理；掌握斩波器主电路、触发电路的调试步骤和方法；熟悉斩波器各点的电压波形。1、2验证4必修小计163.课外学习与实践预习与自学：课前预习和自学的重点是教学微视频、教材，初步理解学习内容。复习与练习：课后复习主要是教材习题的练习和作业的实施，在练习和作业过程中，进一步学习教材和微视频的相关内容，真正理解和掌握相关知识点。作业与项目设计：课后作业必须按要求完成，5个项目设计必须按阶段完成。该环节对应的教学目标是：1、2。五、考核内容及方式1．考核方式考试（√）考查（）2．成绩记载百分制（√）五级分制（）3.考核原则强化实践——强化课内外实验突出平时——注重平时作业提前关联——提前与专业学习关联，提高学习的兴趣注重能力——重点考察数字系统分析与设计的能力4.成绩总评考核评价构成：期末闭卷考试50%，实验成绩20%，项目设计15%，平时作业10%，平时纪律5%。5.考核方案（1）平时纪律考核方案平时纪律占5%，主要考察到课率和课堂表现，学习态度，自主学习能力。旷课一次扣1分；不遵守课堂纪律，一次扣1分；扣完为止。（2）平时作业考核方案平时作业占10%，每次按A、B、C、D四等予以记载,缺交一次扣1分，总评时最终折算成A（10分）、B（9分）、C（7分）、D（5分）。（3）项目设计考核方案项目设计占15%，总共1个项目。按项目要求完成硬件电路的设计与调试，完成软件编程和调试，并能正确演示。根据完成情况和回答问题情况按A、B、C、D四等予以记载，然后根据占比，按该项总得分×占比的方式计算得到各指标点的得分。（4）实验成绩考核方案实验成绩占20%，共4个实验。总评时，根据总体表现给定优秀、良好、中等、及格、不及格，期末总评时最终折算成优秀（95分）、良好（85分）、中等（75分）、及格（65分），不及格（50分），并根据按该项总得分×占比20%的方式计算得到实验成绩。（5）期末闭卷考试考核方案期末闭卷考试占50%，其考核方案参见表5-2。期末考试采用闭卷形式，题型为分析题、设计题，主要考察电力电子系统的分析、设计能力。期末考试卷面成绩不能低于50分，低于50分者，其课程总评成绩为不及格。表5-2期末闭卷考试的考核方案序号教学目标考察点分析题设计题总分得分1234567891011555851210111215121001掌握电力电子器件工作原理。能分析典型电力电子器件（晶闸管、IGBT）的通断特点，关键参数。√52掌握软开关技术的分析方法。能正确分析软开关的动作特点和工作波形。√53掌握单相和三相逆变电路的分析与设计。能分析电压型和电流型逆变电路的结构特点。√25能根据工作波形设计单相逆变电路。√能够分析移相调压原理。√4掌握整流电路的分析和设计。能分析不同整流电路的触发特点。√44能分析和计算单相整流电路的关键参数，画出工作波形。√根据要求设计单相整流电路，讨论在电感有限和无穷情况下的异同。√根据关键参数和工作波形，设计三相整流电路。√5掌握交流交流调压电路。能分析交流调压器的工作模式，计算其功率和功率因数。√106掌握直流直流斩波电路。能分析典型直流斩波电路的工作原理，计算其关键参数。√11六、教学反馈教学过程中