《电力电子装置及系统》教学大纲

《电力电子装置及系统》教学大纲适用范围：202X版本科人才培养方案课程代码：05153091课程性质：专业选修课学分：2学分学时：32学时（理论32学时）先修课程：电路原理、电力电子技术、自动控制原理等后续课程：无适用专业：电气工程及其自动化开课单位：电气工程与自动化学院一、课程说明《电力电子装置及系统》是电气工程及其自动化专业的一门专业选修课。本课程主要传授各类常用电力电子装置及系统的工作原理与设计方法，使学生熟悉各类常用电力电子装置及系统的结构及工作原理，主要包括功率器件、高频开关电源、逆变电源等常用电力电子装置，熟悉各种功率器件及其应用，掌握电力电子装置的设计方法，并能够运用所学知识进行常用电力电子装置的初步设计。本课程注重基本理论知识的深入学习，使学生掌握常用电力电子装置的工作原理及控制思想，培养学生运用综合知识的能力和解决工程实际问题的能力。二、课程目标通过本课程的学习，使学生达到如下目标：课程目标1：熟悉各类常用电力电子装置的结构及工作原理，包括功率器件、高频开关电源、逆变电源等常用电力电子装置，掌握电力电子装置的理论知识，具备解决常用电力电子装置复杂工程问题的能力。课程目标2：正确运用电力电子装置的工作原理、功率器件及控制知识等，能够分析电力电子装置及系统中工程应用及设计中的问题，培养学生发现问题、思考问题、解决问题的能力，提高分析能力。课程目标3：运用综合的思维，利用合适的电力电子装置设计方法，能够进行常用电力电子装置的初步设计，并且性能满足需求，将创新、工匠精神及爱国精神等融入课程，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当，培养学生精益求精的大国工匠精神，勇于开拓创新的学习态度。三、课程目标与毕业要求《电力电子装置及系统》课程教学目标对电气工程及其自动化专业毕业要求的支撑见表1。表1课程教学目标与毕业要求关系毕业要求指标点课程目标支撑强度1.工程知识1.4能够将电气工程及其自动化专业知识用于复杂电气工程问题解决方案的比较与优化。课程目标1：熟悉各类常用电力电子装置的结构及工作原理，包括功率器件、高频开关电源、逆变电源等常用电力电子装置，掌握电力电子装置的理论知识，具备解决常用电力电子装置复杂工程问题的能力。H2.问题分析2.2能够运用数学、自然科学和工程科学的基本原理，分析并表达复杂电气工程问题的特性，获得多种解决方案。课程目标2：正确运用电力电子装置的工作原理、功率器件及控制知识等，能够分析电力电子装置及系统中工程应用及设计中的问题，培养学生发现问题、思考问题、解决问题的能力，提高分析能力。M3.设计/开发解决方案3.1能够掌握工程设计和产品开发全周期、全流程的基本方法和技术，了解影响设计目标和技术方案的各种因素。课程目标3：运用综合的思维，利用合适的电力电子装置设计方法，能够进行常用电力电子装置的初步设计，并且性能满足需求，将创新、工匠精神及爱国精神等融入课程，激发学生科技报国的家国情怀和使命担当，培养学生精益求精的大国工匠精神，勇于开拓创新的学习态度。M注：表中“H（高）、M（中）”表示课程与相关毕业要求的关联度。四、教学内容、基本要求与学时分配1.理论部分理论部分的教学内容、基本要求与学时分配见表2。表2教学内容、基本要求与学时分配教学内容教学要求，教学重点难点理论学时对应的课程目标1.绪论1.1电力电子装置及系统概述1.2半导体电力电子开关器件1.3电力电子器件的应用技术教学要求：了解电力电子装置及系统的应用、分类及前景；掌握半导体电力电子开关器件的特性；了解电力电子器件的应用。重点：半导体电力电子开关器件的特性。难点：半导体电力电子开关器件的特性。21、2、32.高频开关电源2.1高频开关电源概述2.2单端反激开关电源2.3高频开关变压器2.4功率因数为1的高频整流器教学要求：了解高频开关电源的发展及基本组成；掌握单端反激开关电源的工作原理和典型电路；了解高频开关变压器的设计；了解功率因数为1的高频整流器。重点：单端反激开关电源的原理。难点：单端反激开关电源的工作原理和典型电路。31、2、33.逆变器3.1恒频恒压正弦波逆变器3.2交流电动机变频调速系统3.3感应加热电源教学要求：掌握恒频恒压正弦波逆变器拓扑结构、类型及应用；掌握交流电动机变频调速系统控制原理；掌握感应加热电源工作原理及应用。重点：常见单相逆变器拓扑；控制系统；交流电动机变频调速系统控制原理；感应加热电源工作原理及应用。难点：直流偏磁问题；控制系统。31、2、34.不间断电源UPS4.1UPS的功能及原理4.2UPS的组成和设计4.3UPS输出电压控制4.4UPS的模块化及串并联冗余技术教学要求：了解UPS的功能及原理；掌握UPS的组成和设计；了解UPS输出电压控制原理。重点：UPS的功能及原理；UPS的组成和设计。难点：UPS的设计。41、2、35.直流-直流变流装置5.1应用直流斩波变换的调速系统5.2滑差电机调速系统5.3具有中间变换环节的DC/DC变换器教学要求：了解应用直流斩波变换的调速系统工作原理；了解滑差电机调速系统的调速原理；了解具有中间变换环节的DC/DC变换器主电路、控制电路及驱动电路的工作原理。难点：具有中间变换环节的DC/DC变换器主电路、控制电路及驱动电路的工作原理。41、2、36.晶闸管变流装置6.1晶闸管交流变换器6.2晶闸管相控调速系统6.3交流净化型稳压电源6.4晶闸管谐振型逆变器教学要求：掌握晶闸管交流变换器的工作原理；掌握晶闸管相控调速系统控制原理；掌握交流净化型稳压电源工作原理；掌握晶闸管谐振型逆变器的结构及应用。重点：晶闸管交流变换器的工作原理；晶闸管谐振型逆变器的原理及应用。难点：晶闸管相控调速系统控制原理；晶闸管谐振型逆变器的原理。51、2、37.电力系统用电力电子装置7.1电力系统无功补偿7.2电力系统有源滤波装置7.3电力系统谐波与无功功率综合补偿7.4远距离直流输电系统教学要求：掌握电力系统无功补偿原理及常用无功补偿装置；掌握电力系统有源滤波装置原理及应用；掌握电力系统谐波与无功功率综合补偿原理；了解远距离直流输电系统的特点。重点：电力系统无功补偿原理及常用无功补偿装置；电力系统有源滤波装置原理及应用；电力系统谐波与无功功率综合补偿原理。难点：常用无功补偿装置；电力系统谐波与无功功率综合补偿原理。51、2、38.电力电子装置的研制与试验8.1电力电子装置的研制流程8.2研究对象的方案论证8.3主电路设计8.4控制系统及辅助电源设计8.5电磁兼容技术和措施8.6电路仿真8.7整机调试与电性能试验8.8结构设计和例行试验教学要求：了解电力电子装置的研制流程；了解研究对象的方案论证；掌握主电路设计；掌握控制系统及辅助电源设计；掌握电磁兼容技术和措施；能应用电路仿真；了解整机调试与电性能试验；了解结构设计和例行试验。重点：主电路设计；控制系统及辅助电源设计；电磁兼容技术和措施。难点：控制系统及辅助电源设计；电磁兼容技术和措施。61、2、3合计32五、教学方法及手段本课程以课堂讲授为主，结合讨论、案例、视频资源共享、仿真等教学手段完成课程教学任务和相关能力的培养。学生比较全面地理解电力电子装置的结构和工作原理，通过实例分析掌握各种常用电力电子装置拓扑结构、设计思想及相应的控制原理，能够进行常用电力电子装置的初步设计，加深对理论知识的融化和吸收，培养学生思考问题、分析问题和解决问题的能力。以“少而精”为原则，精选教学内容，精讲多练；及时掌握学生学习效果，采用布置作业和阶段考核等形式，并安排习题课，巩固课堂所学知识；借助线上沟通软件，开展网上答疑和辅导，提高教学效率。六、课程资源1.推荐教材：（1）杨荫福.电力电子装置及系统[M].北京:清华大学出版社,2006.2.参考书：（1）王兆安.电力电子技术(第五版)[M].北京:机械工业出版社,2020.（2）陈坚等.电力电子学—电力电子变换和控制技术(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2002.（3）MorrisDriels编,金爱娟等译.线性控制系统工程[M].北京:清华大学出版社,2005.3.期刊：（1）电力电子技术,西安电力电子技术研究所主办（2）电工技术学报,中国电工技术学会(CES)主办（3）中国电机工程学报,中国科学技术协会主管,中国电机工程学会主办（4）国际电力电子及运动控制会议IPEMC,中国电工技术学会(CES)主办（5）IEEETransactionsonIndustrialElectronics,IEEEIndustrialElectronicsSociety4.网络资源：（1）爱课程网./home/（2）中国大学慕课网./（3）蒋启龙.电力电子技术.2021年9月./course/SWJTU-1002526018（4）赵争鸣.现代电网中的电力电子装置与系统.2020年11月./content/20/1118/19/72477594_946565724.shtml七、课程考核对课程目标的支撑课程成绩由过程性考核成绩和期末考核成绩两部分构成，具体考核/评价细则及对课程目标的支撑关系见表3。表3课程考核对课程目标的支撑考核环节占比考核/评价细则课程目标123过程性考核课堂表现20（1）根据课堂出勤情况和课堂回答问题情况进行考核，满分100分；（2）以平时考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√1055作业20（1）主要考核学生对各章节知识点的复习、理解和掌握程度，满分100分；（2）每次作业单独评分，取各次成绩的平均值作为此环节的最终成绩；（3）以作业成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。√√√1055期末考核60（1）期末考核成绩100分，以期末考核成绩乘以其在总评成绩中所占的比例计入课程总评成绩；（2）主要考核功率器件、高频开关电源、逆变电源等各类常用电力电子装置的结构及工作原理、控制方法、电力电子装置的设计及应用等内容。√√√252510合计：100分453520八、考核与成绩评定1.考核方式及成绩评定考核方式：本课程主要以课堂表现、作业、期末考核（大作业）等方式对学生进行考核评价。考核基本要求：考核总成绩由期末考核（大作业）成绩和过程性考核成绩组成。其中：期末考核（大作业）成绩为100分（权重60%）；课堂表现、作业等过程性考核成绩为100分（权重40%）；过程性考核和期末考核（大作业）分值分配应与教学大纲各章节的学时基本成比例。2.过程性考核成绩的标准过程性考核方式重点考核内容、评价标准、所占比重见表4。表4过程性考核方式评价标准考核方式所占比重(%)100>x≥