《电力电子技术》课程教学大纲

《电力电子技术》教学大纲课程名称：电力电子技术PowerElectronicsTechnique课程编码：1501ZY011 课程类别：专业基础课程-必修学 分：3分总学时：48学时，其中，理论学时：42学时；实验学时：6学时适用专业：电气工程及其自动化先修课程：电路原理、模拟电子技术、数字电子技术一、课程性质《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业的专业课，必修。电力电子技术又称为电力电子学或半导体变流技术，它是利用电力电子器件对电能进行变换和控制的一门跨学科的技术，包括对电压、电流、频率和相位的变换。电力电子技术由三部分内容组成，即电力电子器件、电力电子电路、电力电子系统及其控制。本课程着重学习电能变换电路的基本工作原理。《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业一门重要的专业基础课。二、课程目标（一）育人目标培养学生的辩证思维方式，从爱国教育、社会责任、人生领悟、民族自信等方面入手，把育人要素和电力电子技术专业知识嵌入到课堂中教学，凝聚学生对社会主义核心价值观的共识。通过科学家故事学习科学精神，通过课程概念原理学习系统论、工程论、科学思维，利用电力电子实际应用研究学习科技自信及爱国主义情怀，师生互动进行“三观”教育和学习方法指导，培养学生的专业素质和职业道德，全面提高学生缘事析理、明辨是非的能力，培养学生成为德才兼备、全面发展的人才。（二）知识和能力目标1、熟悉电力电子器件的特性、主要参数、驱动及保护，熟悉单相可控整流、三相可控整流电路的组成并了解其工作原理，了解触发电路的类型；理解交流调压电路的组成并了解其工作原理，理解开关电源的组成；熟悉变频器的组成并了解其工作原理。（支撑毕业要求1.4）2、能正确识别、选用电力电子器件，能组建、调试单节晶体管触发电路和简单的直流调速系统；能检查维修开关电源，能使用和维护变频器，学会搜集资料，阅读资料和利用资料。（支撑毕业要求2.2）3、能够设计针对电气工程领域复杂工程问题的解决方案，设计满足用户特定需求的电气设备与电力系统，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑成本、安全、环保等诸方面的因素。（支撑毕业要求3.2）课程目标与毕业要求指标点对应关系课程目标毕业要求指标点课程目标11.4能将电气工程领域中的专业知识和建立数学模型的方法，用于解决电气设备与电力系统的设计、开发、制造和维护。课程目标22.2能够应用所学数学、自然科学和工程科学知识，并通过查阅文献资料，能认识到解决此问题有多种方案可选择，分析电气工程领域中复杂工程问题，判断在当前条件下解决该问题的可行性方案。课程目标33.2能够在解决方案的框架下，设计/开发满足方案要求的电气系统，对电气系统中关键器件的选型和参数进行优化和计算。三、基本要求本书的内容涉及各种电力电子器件，DC/DC、DC/AC、AC/DC和AC/AC四类电力转换电路，电力电子变换系统中的辅助器件和控制系统，谐振变换电路，以及电力电子技术在电力传输和电力控制、电力补偿的应用技术。教学过程中要注意与先修课程基础知识的联系，通过本课程的学习，培养学生1、了解电力电子技术的发展概况、技术动向和新的应用领域。2、了解与熟悉常用的电力电子器件的工作机理、电气特性和主要参数。3、理解和掌握基本的电力电子电路的工作原理、电路结构、电气性能、波形分析方法和参数计算，并能进行初步的系统设计。4、具有一定的电力电子电路实验和调试的能力。四、教学内容分章节说明教学内容，课时安排，融入思政元素，并说明教学重点、主要教学模式（包括授课、自学、实验、课堂讨论、作业等）。章节教学内容学时思政元素教学模式对应课程目标对电力电子技术发展历程1电力电子技术概述2中的重要事件和典型人物进行分析解读,激发学生的爱国情怀和专业认同感，定位自己的社会责任，从而明确本课程学习的目课堂授课，课后练习2题，课堂讨论课程目标1标。从电力电子器件的发展历2电力电子器件4史，了解技术进步对国民经济、国防科技的重要意义，激发学生的爱国情怀，定位自己的社会责任，从而明确本课程学习的目课堂授课，课后练习3题，课堂讨论课程目标1标。讲述DC/DC变换电路及电力电子技术的特点、国课堂授课，3DC/DC变换电路12内外相关技术的发展现状和中国面临的挑战，培养课后练习5题，课堂讨课程目标2、3学生家国情怀、职业认同论感和责任担当。讲述DC/AC变换电路及电力电子技术的特点、国课堂授课，4DC/AC逆变电路8内外相关技术的发展现状和中国面临的挑战，培养课后练习4题，课堂讨课程目标2、3学生家国情怀、职业认同论感和责任担当。讲述AC/DC变换电路及电力电子技术的特点、国课堂授课，5AC/DC变换电路12内外相关技术的发展现状和中国面临的挑战，培养课后练习5题，课堂讨课程目标2、3学生家国情怀、职业认同论感和责任担当。讲述AC/AC变换电路及电力电子技术的特点、国课堂授课，6AC/AC变换电路4内外相关技术的发展现状和中国面临的挑战，培养课后练习3题，课堂讨课程目标2、3学生家国情怀、职业认同论感和责任担当。第一章电力电子技术1、电力电子技术的概念2、电力电子技术研究的主要内容3、电力电子技术的发展概况4、电力电子技术的应用本章重点：了解电力电子的概念，研究的主要内容及电力电子技术研究的发展概况及应用。能力：能够将电力电子技术的基本概念、模型用于分析电力电子技术的复杂工程问题。第二章电力电子器件1、电力电子器件概述2、不可控器件——电力二极管3、半控型器件——晶闸管4、全控性器件5、功率集成电路6、电力电子器件的保护本章重点：掌握晶闸管结构、理解其工作原理；熟悉电力电子的基本特性；掌握电力电子器件的主要参数。能力：能够将电力电子器件的基本概念、模型、主要性能指标用于分析电力电子的复杂工程问题。第三章DC/DC变换电路1、直流PWM控制技术基础2、基本的直流斩波电路3、复合斩波电路本章重点：掌握PWM控制技术；重点掌握四种基本的直流-直流变换电路的结构、工作原理及主要数量关系。掌握直流PWM控制技术的工作原理；掌握基本的直流斩波电路的工作原理、波形分析、参数计算、基本电路设计方法；掌握复合斩波电路的工作原理、基本电路设计方法。能力：能够将PWM控制技术、DC/DC变换电路的基本概念、模型、主要性能指标用于分析电力电子技术的复杂工程问题。第四章DC/AC变换电路1、逆变概念2、电压型逆变电路3、电流型逆变电路4、多重逆变电路本章重点：掌握电压型逆变电路的工作原理、波形分析、基本电路设计方法；掌握电流型逆变电路的工作原理。能力：能够将DC/AC变换电路的基本概念、模型、主要性能指标用于分析电力电子技术的复杂工程问题。第五章AC/DC变换电路1、整流器的性能指标2、单相相控整流电路3、三相相控整流电路4、变压器漏感对相控整流电路的影响5、相控整流电路的晶闸管触发电路本章重点：熟悉整流器的性能指标；掌握单相相控整流电路的工作原理、波形分析、基本电路设计方法；掌握三相相控整流电路的工作原理、波形分析、基本电路设计方法；理解变压器漏感对相控整流电路的影响，掌握其基本计算方法；掌握相控整流电路的晶闸管触发电路的工作原理。能力：能够将AC/DC变换电路的基本概念、模型、主要性能指标用于分析电力电子技术的复杂工程问题。第六章AC/AC变换电路1、交流调压电路2、相控AC/DC变频电路3、矩阵式AC/AC变频电路本章重点：掌握交流调压电路的工作原理、波形分析、基本电路设计方法；理解相控AC/AC变频电路的工作原理；了解矩阵式AC/AC变频电路的工作原理。能力：能够将AC/AC变换电路的基本概念、模型、主要性能指标用于分析电力电子技术的复杂工程问题。五、实验与学时分配实验项目与类型序号实验项目学时实验性质支撑课程目标支撑毕业要求指标点演示验证综合设计1三相半波可控整流电路实验（选做）2√1、22.2、1.42三相桥式全控整流电路实验（必做）2√2、32.2、3.23锯齿波同步移相触发电路与单相桥式半控整流实验（选做）2√1、22.2、1.44直流斩波电路实验（选做）2√33.25电力晶体管（GTR）特性与驱动电路研究（选做）2√33.26绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性与驱动电路研究（选做）2√33.2实验一三相半波可控整流电路实验（选做）目的要求了解三相半波可控整流电路的工作原理，研究可控整流电路在电阻负载和电阻—电感性负载时的工作。主要实验仪器及材料教学实验台主控制屏、触发电路及晶闸主回路组件、电阻负载组件、二踪示波器、万用表。掌握要点掌握三相半波可控整流电路带电阻性负载、电阻—电感性负载时的工作原理。实验内容研究三相半波可控整流电路供电给电阻性负载时的工作；研究三相半波可控整流电路供电给电阻—电感性负载时的工作。实验二三相桥式全控整流电路实验（必做）目的要求熟悉触发电路及晶闸管主回路组件、熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理。主要实验仪器及材料教学实验台主控制屏、触发电路及晶闸主回路组件、电阻负载组件、二踪示波器、万用表。波形。掌握要点熟悉三相桥式全控整流电路的接线及工作原理、了解集成触发器的调整方法及个点实验内容三相桥式全控整流电路、观察整流状态下模拟电路故障现象时的波形。实验三锯齿波同步移相触发电路与单相桥式半控整流实验（选做）目的要求加深理解锯齿波同步移相触发电路的工作原理及各元件的作用；掌握锯齿波同步触发电路的调试方法；研究单相桥式半控整流电路在电阻负载，电阻—电感性负载及反电势负载时的工作；进一步理解可控硅的开关条件，了解续流二极管在电路中的作用。主要实验仪器及材料教学实验台主控制屏、触发电路及晶闸主回路组件、电阻负载组件、二踪示波器、万用表。掌握要点理解锯齿波同步移相触发电路的工作电路的原理及各元件的作用；掌握锯齿波同步触发电路的调试方法。实验内容锯齿波同步触发电路的调试；锯齿波同步触发电路各点波形观察，分析；单相桥式半控整流电路供电给电阻性负载；单相桥式半控整流电路供电给电阻—电感性负载（带续流二极管）。实验四直流斩波电路实验（必做）目的要求熟悉直流斩波电路的工作原理；熟悉直流斩波电路的组成及其工作特点；了解PWM控制与驱动电路的原理。主要实验仪器及材料电力电子教学试验台主控制屏；挂箱NMCL-22或下组件NMCL-22A；2#导线若干；示波器；万用表。掌握要点熟悉直流斩波电路的工作原理，掌握掌握斩波电路的工作状态及波形情况。实验内容PWM波形测试；斩波电路的连接；斩波电路的电流连续与断续波形观察及电压测试。实验五电力晶体管（GTR）特性与驱动电路研究（选做）目的要求掌握GTR对基极驱动电路的要求；掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法；熟悉(GTR)的开关特性与二极管的反向恢复特性及其测试方法；掌握GTR缓冲电路的工作原理与参数设计要求。主要实验仪器及材料MCL-07电力电子实验箱；双踪示波器；万用表；教学实验台主控制屏。掌握要点掌握GTR对基极驱动电路的要求；掌握一个实用驱动电路的工作原理与调试方法实验内容连接实验线路组成一个实用驱动电路；PWM波形发生器频率与占空比测试；光耦合器输入、输出延时时间与电流传输比测试；贝克箝位电路性能测试；过流保护电路性能测试；不同负载时的GTR开关特性测试；不同基极电流时的开关特性测试；有与没有基极反压时的开关过程比较。实验六绝缘栅双极型晶体管（IGBT）特性与驱动电路研究（选做）目的要求熟悉IGBT主要参数与开关特性的测试方法；掌握混合集成驱动电路EXB840的工作原理与调试方法。主要实验仪器及材料MCL-07电力电子实验箱中的IGBT与PWM波形发生器部分；双踪示波器；毫安表；电压表；电流表；MCL系列教学实验台主控制屏。掌握要点熟悉IGBT主要参数与开关特性的测试方法；掌握混合集成驱动电路EX840的工作原理及调试方法。实验内容IGBT主要参数测试；EXB840性能测试；IGBT开关特性测试；过流保护性能测试。学时分配：6学时，其中2学时为必做，另外4学时从选做实验项目中根据需要选择六、教学方法本课程是一门理论性、实践性很强的学科基础性课程。为了提高教学质量，增强学生分析问题和解决问题的能力，本课程的教学采用课堂教学、课后作业、实验等相结合的教学方式方法，达到使学生掌握电力电子基础知识的教学目标。主要教学环节包括课堂教学、习题练习以及课后自学。课堂教学与互动讨论课堂教学以“互动式”方法为主导，在这一教学环节，学生以听课为主，并参与讨论，采用多媒体和板书相结合的教学手段，并辅以程序实例演示和教学，以此提高课堂效率。课后作业和自学课堂上，教师会有针对性的提出作业要求。通过作业达到了加深理解、增强学生看电路和分析波形的目的，同时开展作业分析，精选精讲作业的重点难点。给学生推荐网络教学资源:国家级精品课程、国内/国际名校视频公开课，让学生开阔眼界，共享优质教学资源，培养学生自主学习的意识和能力。实验教学电力电子技术是一门实践性很强的课程。为了加深学生对理论教学内容的理解、训练学生的动手能力和观察能力。本课程配合理论学习，安排有6学时的实验。实验课要求学生在教师的指导下，能独立完成相关实验，达到预期波形。七、考核与评价方式及标准1．考核标准与成绩评定课程考核包括平时成绩、期末考试两个部分。平时成绩（百分制），包括作业及实验等。平时成绩评价标准基本要求评价标准优秀（0.9-1）良好（0.7-0.89）合格（0.6-0.69）不合格（0-0.59）熟悉电力电子器件的特性、电力电子器件相电力电子器件相电力电子器件相对电力电子器件主要参数、驱动及保护，熟关知识、各种电关知识、各种电关知识、各种电相关知识、各种悉单相可控整流、三相可控路的工作原理掌路的工作原理掌路的工作原理基电路的工作原整流电路的组成并了解其工握的十分清晰，握的比较清晰，本掌握，对开关电理，以及对开关电作原理，了解触发电路的类对开关电源的组对开关电源的组源的组成，变频器源的组成，变频器型；理解交流调压电路的组成，变频器的组成成，变频器的组成的组成以及工作的组成和工作原成并了解其工作原理，理解以及工作原理理以及工作原理比原理基本理解。理几乎没有掌握。开关电源的组成；熟悉变频解的十分透彻。较理解。动手能力一般，动手能力较差，器的组成并了解其工作原具有非常好的动具有较好的动手电力电子器件选不能正确选择和理。手能力，能够正能力，对电力电择和使用有少许识别电力电子器能正确识别、选用电力电子确的识别和选用子器件的识别和的错误。件。器件，能组建、调试单节晶电力电子器件。选用基本正确。能够设计针对电不能设计针对电体管触发电路和简单的直流能够设计针对电基本能够设计针气工程领域复杂气工程领域复杂调速系统；能检查维修开关气工程领域复杂对电气工程领域工程问题的解决工程问题的解决电源，能使用和维护变频器，工程问题的解决复杂工程问题的方案但不能在设方案。学会搜集资料，阅读资料和方案，能够在设解决方案，基本计环节中体现创利用资料计环节中体现创能够在设计环节新意识，考虑成能够设计针对电气工程领新意识，考虑成中体现创新意本、安全、环保域复杂工程问题的解决方本、安全、环保识，考虑成本、等诸方面的因素。案，设计满足用户特定需求的电气设备与电力系统，并能够在设计环节中体现创新意识，考虑成本、安全、环保等诸方面的因素。等诸方面的因素。安全、环保等诸方面的因素。基本要基本要评价标比（091（07089合格（060.69（0059目熟悉电力电子电力电子器电力电子器电力电子器对电力电子器标特性、主要参相关知识、相关知识各相关知识、件相关知1动及保护，熟种电路的工电路的工作种电路的工种电路的工作可控整流、三原理掌握的理掌握的比原理，以及对整流电路的组分清晰清晰，对开关握，对开关关电源的组成解其工作原理源的组成源的组成变频器的组成触发电路的类成，变器的组成以频器的组成工作原理几乎解交流调压电组成以工作原理比及工作原理有掌握成并了解其工作原理理理解本理解理，理解开关分透彻组成；熟悉变组成并了解其理目能正确识别、具有非常好具有较好的动动手能力动手能力一般标力电子器件能组建动手能力，般，电力电力电子2调试单节晶体够正确的识电子器件的器件选择选择和使电路和简单的和选用电力别和选用基用有少许少许的错速系统；能检子器件误开关电源，能维护变频器集资料，阅读利用