电力电子技术教案

教师备课笔记

(A)

学科：电力电子技术

授课班级：___________________

教师：___________________

编号：___________________

2021年9月一2022年1月

课题项目一电力电子概论课型理论课教时4学时

教学1.能说出电刀电子技术的基本概念。

目标2.能说出电力电子技术的应用范围。

教学

电力电子技术的应用范围

重点课前资料查阅、

教学准备PPT课件

难点电力电子变流电路的应用

探究

电力电子基本概念

目标

教学

教学

法

方

模式互动教学启发式教学

教学环节

教学过程和内容师生活动

时间分配

复习提问：

1生活用电可压是多少？交流电还是直流电？教师：引导学生回顾以

2手机电池充电电压是多少？交流电还是直流电？前所学知识。

新授5V左右，直流充电学生：回顾重要的知识

1-1概述点。

一、电力电子器件的概念和特征

电力电子器件是指那些直接承担电能的变换或控

制任务的电子器件。目前是指电力半导体器件。

电力电子器件的特征：

1、电力电子器件是重要的参数是其承受电压和

电流的能力。

2、电力电子器件一般都工作在开关状态。

3、电力电子器件的工作一般要由驱旬提供强驱教师：讲授、演示任务

动信号来驱动。

一、电刀电子器件的分类结果。

1、按电力电子器件能够被控制电路信号所控制

的程度，可分为以下三种：

学生：认真观察实验现

(1)不可控制器件

不能用来控制信号来龙去脉控制其通断的电力象，仔细倾听任务要

电子器件。

(2)半控型器件求。

通过控制信号可控制其导通而不能控制其关断

的电力电子器件。

(3)全控型器件

通过控制信号即可控制其导通又可控制其关断

的电力电子器件。

2、按驱动信号的性质分以下两种：

（1）电流驱动型：是指从控制端注入或者抽出

电流来实现导通或者关断的控制。

（2）电压驱动型：是指在控制端施加一定的电

压信号就可实现导通或者关断控制。

电力电子技犬——使用电力电子器件对电能进行控

制和转换的技术。

电力电子技犬包括电力电子器件、电路和控制三部

分，其中电刀电子器件是基础和核心。

电力电子技大变换的“电力”可大到数百MW甚至

师生：共同分析、讨论,

GW,也可小到数W甚至mW级。

教师讲授原有知识点、

电力变换四大类

学生回顾C

交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流

学生：小组合作、讨论。

■1

讲解・人教师：巡回指导、总结

・（金决策方案。

天触电功率静本开关

3电力电子技术的应用

师生；共同讨论电力电

一般工业：交直流电机、电化学工业、冶金工业

子的应用。

交通运输：目气化铁道、电动汽车、航空、航海

小结教师：提问个别同学在

电力系统：高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿

该应用中电力电子的

电子装置电源：为信息电子装置提供动力

变换作用。

家用电器：“节能灯”、变频空调

学生：思考并回答。

其他：UPS、航天飞行器、新能源、发电装置

此部分可展开讲，激发学生学习电力电子的兴趣。

正向导通：PN结外加正向电压（正向偏置）时,

形成自P区流入从N区流出的电流，称为正向

电流

反向截止：当PN结外加反向电压时（反向偏置）

时，PN结表现为高阻态，几乎没有电流流过。

反向击穿：PN结具有一定的反向耐压能力，但

当施加的反向电压过大，反向电流将会急剧增

大，破坏PN结反向偏置为截止的工作状态。

按照机理不同有•雪崩击穿和齐纳击穿两种形

式。

反向击穿发牛时，采取了措施将反向电流限制师生：共同分析、讨论.

在一定范闱内，PN结仍可恢复原来的状态。教师讲授原有知识点、

学生回顾。

否则PN结因过热而烧毁，这就是热击穿。

二、电力二极管的基本特性学生：小组合作、讨论。

1、静态特性教师：巡回指导、总结

主要指其伏安特性决策方案。

讲解

师生：共同讨论电力电

子的应用。

2、动态特性教师：提问个别同学二

动态特性-因结电容的存在，三种状态之

极管伏安特性特点。

间的转换必然有一个过渡过程，此过程中的电

学生：思考并回答。

压-电流特性是随时间变化的

3、电力二极管的主要参数

1）额定电流（正向平均电流L）

2）正向平均目压UP

3）额定电压（反向重亚峰值电压UM）

4）最高工作结温TJM

2.参数选择

1)型号

国产普通功.率二极管f的型号规定如下：

7PEJ一E1□

L正向平均电压组别（小丁

100A不标）

—额定电压（反向重复峰值电压等级）

—额定电流（额定正向平均电流等级）

—普通型

—整流特性

小结

教

后

札电力二极管的参数要展开讲。

记

课题任务4认识品闸管课型理论课教时2学时

教学1能说出品闸管导通条件

目标2能说出晶闸管导通条件

教学

晶闸管导通条件

重点课前资料查阅、

教

学准备PPT课件

难

点晶闸管导通条件

探究

晶闸管导通条件

目标

教学教学

互动教学方法启发式教学

模式

教学环节

教学过程和内容师生活动

时间分配

复习提问：

复习

1、什么是电力电子器件，分哪几类？

教师：引导学生回顾以

2、说H电力二极管的结构及静态特性、动

态特性。

"2.1认识晶闸管的结构和导通关断条件前所学知识。

新授一、晶闸管的结构与工作原理学生：回顾重要的知识

外形有螺栓型和平板型两种封装

点。

引出阳极A、阴极K和门极（控制端）G三个联

接端，对于螺栓型封装，通常螺栓是其阳极，

能与散热器紧密联接旦安装方便。

教师：讲授、演示任务

结果。

图14晶I蚓管的夕味、内都结构、电气图形符号学生：认真观察实验现

a）晶研管外形b）内部结构c）电气图形符号

象，仔细倾听任务要

二、晶闸管的电压电流关系

求。

图1-7晶闸管的伏安特性

结论：

1、承受反向电压时，不论门极是否有触发

电流，晶闸管都不会导通；

2、承受正向电压时，仅在门极有触发电流

的情况下晶闸管才能开通；

3、晶闸管一旦导通，门极就失去控制作

用；

4、要使晶闸管关断，只能使晶闸管的电师生：共同分析、讨论,

流降到接近于零的某一数值以下晶闸管的伏安教师讲授原有知识点、

特性。

三、品闸管的主要参数学生回顾。

1、电压参数学生：小组合作、讨论。

1）断态重复峰值电压UDRM

在门极断路而结温为额定值时，允许重复教师：巡回指导、总结

加在器件上的正向峰值电压。决策方案。

2）反向重复峰值电压URRM

在门极断路而结温为额定值时，允许重复

加在那件上的反向峰值电压。

3）通态（峰值）电压UTM

晶闸管通以某一规定倍数的额定通态平均

电流时的瞬态峰值电压。师生：共同分析、讨论。

通常取晶闸管的IDRM和URRM中较小的标教师：提问个别同学。

值作为该器件的额定电压。选用时，额定电压

要留有一定裕量，一般取额定电压为正常工作学生：思考并回答。

时晶闸管所承受峰值电压的2-3倍，

2、电流参数

1）通态平均电流IT（AV）（额定电流）

讲解晶闸管在环境温度为40（C和规定的冷却状态

下，稳定结温不超过额定结温时所允许流过的

最大工频正弦半波电流的平均值。教师：引导学生回顾以

2）维持电流IH前所学知识。

使晶闸管维持导通所必需的最小电流。

3）擎住电流IL学生：回顾重要的知识

4）浪涌电流1TSM点。

小结

教

后

札晶闸管的导通条件是重点，需要展开讲

记

课题2.2了解晶闸管工作原理课型理论课教时2学时

教学

目标能说出晶闸管工作原理

教学

晶闸管工作原理

重点课前资料查阅、

教学准备PPT课件

晶闸管工作原理

难点

探究

晶闸管工作原理

目标

教学教学

互动教学启发式教学

模式方法

教学环节

教学过程和内容师生活动

时间分配

复习复习提问：

1、晶闸管导通条件是什么？维持晶闸管导

通的条件是什么？教师：引导学生回顾以

2、晶闸管的关断条件是什么？如何实现？前所学知识。

新授学生：回顾重要的知识

A点。

I

教师：讲授、演示任务

a)b)结果。

晶闸管的工作原理

♦按照晶体管工作原理，可列出如下方程：

学生：认真观察实验现

(2-1)

象，仔细倾听任务要

(2-2)求。

(2-3)

(2-4)

式中al和a2分别是晶体管VI和V2的共基极

电流增益；ICB01和ICB02分别是VI和V2的

共基极漏电流。

由以上式(2-1)~(2-4)可得

师生：共同分析、讨论,

1-(四+a2)

教师讲授原有知识点、

晶体管的特性是：在低发射极电流下a是很小

的，而当发射极电流建立起来之后，a迅速增学生回顾。

大。学生：小组合作、讨论。

晶闸管的阳极A相当于PNP型晶体管的V,的发射

教师：巡回指导、总结

极、阴极K相当于5IPN型晶体管L的发射极，当晶闸

管阳极承受正向电压，门极也加正向电压时，晶体管决策方案。

处于正向偏置，民产生的门极电流L就是％的基极

电流Ib2,V2的集电极电流Ic2=P2Iso而G又是晶体管

%的基极电流1b1,%的集电极电流L产B1B2L

（B］和跖分别是明和也的电流放大系数）。电流L

师生：共同分析、讨论。

又流入V2的基极，再一次被放大。这样循环下去，形

成了强烈的正反馈，使两个晶体管很快达到饱和导教师：提问个别同学。

通，这就是晶闸管的导通过程。导通后，品闸管上的

压降很小，电源电压几乎全部加在负载上，晶闸管中学生：思考并回答。

流过的电流即负载电流。正反馈过程如下：

Lt_*Ib2t-*Ic2（Ibl）tf

lutt教师：引导学生回顾以

品闸管导通后，它的导通状态完全依靠管子本身前所学知识。

的正反馈作月来维持，即使门极电流h=0,限仍足够

讲解大，晶闸管仍将处于导通状态。要想关断晶闸管，必学生：回顾重要的知识

须将阳极电流减小到使之不能维持正反馈的程度，即点。

将阳极电流减小到小于维持电流，晶闸管方可恢复阻

小结断状态。

教

后

札晶闸管工作原理较难，需要详细展开讲

记

任务3认识单相可控整流

课题课型理论课教时2学时

电路

教学

1能画出单相半波可控整流电路的电路结构

目标

2能画出单相半波可控整流电路的波形图

教学

单相半波可控整流电路的波形图

重点课前资料查阅、

教学准备PPT课件

单相半波可控整流电路的波形图

难点

探究

单相半波可控整流电路的波形图

目标

教学教学

互动教学启发式教学

模式方法

教学环节

教学过程和内容师生活动

时间分配

复习复习提问：

1、为什么普通晶闸管不能自行关断？

新授教师：引导学生回顾以

3.1分析单相半波可控整流电路(电阻性负载)

前所学知识。

学生：回顾重要的知识

点。

教师：讲授、演示任务

结果C

学生：认真观察实验现

(1)在电源电压正半波(0~R区间)，晶闸管承受

象，仔细倾听任务要

正向电压，脉冲5在5=a处触发晶闸管，晶闸管开求。

始导通，电路接通，负载上有输出电压山和电流id。

(2)在3t=a时刻，卬=0，也源电压自然过零，

晶闸管电流小于维持电流而关断，负载电流为零。

(3)在电源电压负半波(n~2w区间)，晶闸管承

受反向电压而处于关断状态，负载上没有输出电压，

负载电流为零。

3.名词解释

在电路分析中涉及到几个名词术语和概念。

1)控制角a

控制角。也叫触发角或移相角，指从晶闸管开始

承受正向电压，到其加上触发脉冲的这一段时间所对

应的电角度(0~3j)。

师生：共同分析、讨论,

2)导通角H

教师讲授原有知识点、

学生回顾。

导通角e是指晶闸管在一周期内处于导通的电先

学生：小组合作、讨论。

度（3t|~ir），即6=JT-a»

讲解教师：巡回指导、总结

3）移相

移相指改变触发脉冲出现的时刻，即改变控制角决策方案。

。的大小。

4）移相范围师生：共同分析、讨论。

小结移相范BI是指一个周期内触发脉冲的移动范围，教师：提问个别同学。

它决定了输H电压的变化范围。单相半波整流电路理

学生：思考并回答。

论上移相范围0・~180・0

提醒学生注意该电路和二极管整流电路的区别

任务3认识单相可控整流

课题课型理论课教时4学时

电路

教学

能根据单相半波可控整流电路的电路结构进行相关计算

目标

教学

单相半波可控整流电路的相关计算

重点课前资料查阅、

教学准备PPT课件

单相半波可控整流电路的相关计算

难点

探究

单相半波可控整流电路的相关计算

目标

教学

教学

法

方

式

模互动教学启发式教学

教学环节

教学过程和内容师生活动

时间分配

复习复习提问：

1、单相半波可控整流电路和二极管整流电路由

新授什么区别？教师：引导学生回顾以

前所学知识。

4.计算相关参数

(1)直流输出电压的平均值为学生：回顾重要的知识

点O

"d=打：4%则3d30=华宁^=0.4...IX。"

也2

(2-5)

可见通过改变a角的大小就可以达到调节口的

目的。当a=0•时，山波形为一完整的正弦半波波形，

此时输出电压Ud为最大,为0.45U2。随着a的增大,

教师：讲授、演示任务

山将减小，至a=1HO,时，U4=0。结果。

(2)直流输出电流的平均值L为

/d吟=0.45彳空学生：认直观看题目，

仔细倾听题目要求。

(2-6)

(3)负载上得到的直流输出电压有效值U和电流

有效值I分别为

u2

■心，：(au*Mq))d(3)■u2杉♦-

(2-7)

2=匕H*

«aq29”

(2-8)*

*在该公式中所有角度统一用弧度计算

在单相半波整流电路中，晶闸管与负载电阻以及

变压器二次侧绕组是串联的，故流过负载的电流平均

值即是流过晶闸管的电流平均值Lr；流过负载的电流

有效值1也是流过晶闸管电流的有效值h同时也是

流过变压器二次侧绕组电流的有效值I2o

4)功率因数cos甲师生：共同分析、讨论，

对于整流电路而言，通常还要考虑功率因数教师讲授原有知识点、

cos平和电源容量的要求。忽略元件损耗，变压器二次学生回顾。

学生：小组合作、讨论。

侧所供给的有功功率是P=l2R=in,变压器二次侧

教师：巡回指导、总结

讲解

的视在功率为S=UJz。因此，电路的功率因数为决策方案。

,UIUI/<-«,tin2a

E■广丽,万=师生：共同分析、讨论。

(2-9)*教师：提问个别同学。

*在该公式中所有角度统一用弧度计算学生：思考并回答。

当a=0・时，853最大为0.707,可见单相半

波可控整流旦路中，尽管带的是电阻性负载，但由于

谐波的存在，功率因数很低，变压器的利用率最大也

仅有70%左右。。越大，cos邛越小，设备利用率就越

差。

【例2-3］如图2-16（a）所示在单相半波可控

整流电路（可阻性负载）中，电源电压U2为220V,要

求的直流输出平均电压为50V,直流输出平均电流为

20A,试计算：

1）晶闸管的控制角；

2）输出电流有效值；

3）电路功率因数；学生：自行计算

4）选择晶闸管型号规格（安全裕量取2倍）。

解：1）由式（2-5）计算输出电压为50V时的晶闸管

控制角a：

2Ud.2X50.

一0.4电0.45X220

则a・90・

2）负载电阻

R=¥=幼=2.5。

20

当a=<>0・时，愉出电流有效值：教师：讲解并分析

子吟再+等…

3）电路功率因数：

PUIUIk-asin2a

2X.H=°5

4）晶闸管的电流有效值I1与输出电流有效值I

相等,即：

则优”）・（15~2）去，取两倍安全裕量，晶闸

管的额定电流为

%的=56.05A

晶闸管承受的最高电压：

%*=42U2=V2X220=311V

考虑2倍安全裕量，晶闸管的额定电压为学生：自行计算

（/Tll=2（/TM=2X311=622V

根据计算结果可以选取满足要求的晶闸管

KP100-7o

【例24】某•单相半波可控整流电路（电阻性

负载）中，要求输出的直流平均电压为50〜92V之间

连续可调，最大输出直流平均电流值为30A,由交流

220V供电，试计算：

1）晶闸管控制角应有的可调范围；

2）最大功率因数cos3；

3）选择晶闸管的型号规格（安全裕量取2倍）。

解：1）由式（2-5）可得：

当U”=50V时，

2X50

cosa=————--1*0

0.45X220

a=90*

当Ud=92V时，

2X92

cosa.人“-〜-1*0J159教师：讲解并分析

0.45X220

aa30*

2）a=30"时;功率因数cos3为该变化范围内

最大，可以求得

hr-asin2a

cosy=1---+---*0.697

1碗4M

3)当a=30•时，在该变化范围内流过负载的

电流值最大，则根据最大输出直流平均电流值为30A,教师：讲解并分析

可以得到

(%1+cosa

2

U2k一asin2a

F■RJ2★+4ir

l«5CA

得到此时流过晶闸管的电流有效值最大为50A,

则晶闸管额定电流为

/的=2X卷=2x言=64A

小结晶闸管的额定电压为

%*-2X=2XX220•»622V

故取额定电流为100A,额定电压为7C0V的晶闸

管,型号为KP100-7。

教

后

札提醒学生注意功率因数角的计算准则

记

课题6.2单相桥式全控整流电路课型理论课教时4学时

教学

1能画出单相桥式波全控整流电路的电路结构以及应用特点

目标

2能根据单相桥式波全控整流电路的电路结构进行相关计算

教学

单相桥式波全控整流电路整流特点

重点课前资料查阅、

教学准备PPT课件

点

难单相桥式波全控整流电路整流特点

探究

单相桥式波全控整流电路整流特点

目标

教学

教学

法

互动教学方启发式教学

模式

教学环节

教学过程和内容师生活动

时间分配

复习复习提问：

1、简述单相半波可控整流电路带电阻负载

的工作情况。教师：引导学生回顾以

2、简述单相半波可控整流电路带电阻负载前所学知识。

的相关参数计算。

新授4.1分析单相桥式全控整流电路（电阻性负载）学生：回顾重要的知识

，述72上点。

2田二上

4教师：讲授、演示任务

0!

结果。

0

讲解学生：认真观察实验现

2.工作原理

在该电路图中，两只晶闸管是共阴极连接的，即象，仔细倾听任务要

使同时触发两只管子，也只能是阳极电位高的晶闸管

导通；而另两只二极管是共阳极连接的，则总是阴极求。

点位低的二极管导通。

1）电源电压正半周

在电源口压正半周，a端电位高于b端电位，晶

闸管与VL同时承受正向电压，如果此时门极无触

发信号，则两晶闸管均处于正向阻断状态。忽略晶闸

管的正向漏目流，电源电压山将全部加在V1与VT,

上。当（ot=a时触发晶闸管\1、VT„电流流过VT】、

R、VTKT二次侧形成回路，此期间VTz、\工承受反压

而截止，若忽略两管的正向导通压降，则负载上得到

的直流输出可压就是电源电压U2,即14d=%。当U2

过零时，id下降至零，VT.sVT.I关断。

2)电源电压负半周

在电源口压负半波，b端电位高于a端电位，晶

闸管VT2与VT3承受正向电压，当(ot=a+口时刻同时

触发晶闸管n2、VT3导通，电流通过VT2、R、VT3、T

二次侧形成回路，负载R两端获得与电源电压队正半

周相同波形的整流电压和电流，在此期间丫「、VT,|i|教师:引导学生回顾以

承受反压而截止。当负半周电压过零而关断。一个周前所学知识。

期过后，又是V"、VT,被触发导通，如此循环下去。

输出整流电压5、电流id、晶闸管两端电压皿以及变学生：回顾重要的知识

压器二次侧目流"的波形如图2-23(b)所示。点。

3.计算包相桥式全控整流电路(电阻住负载)相

关参数

单相桥式全控整流电路(电阻性负载)基本数量

关系如下：

(1)直流输出电压的平均值为

%=："2sinajtd(wt)=^^(1+cosa)=0.96号2

(2-14)

由上式可知，直流平均电压山是控制角u的函数，

是单相半波时的两倍，当a=0'时，［%=以9%为最

教师：讲授、演示任务

大值，当a,180•时，3=0,。移相范围为0~m

结果。

(2)直流输出电流的平均值L为

。吟=。•吟胃学生：认真观察实验现

(2-15)象，仔细倾听任务要

(3)负载上得到的直流输出电压有效值U是单相求。

半波时的6倍，即：

U=企%。Hn2a+养=%再+誓

(2-16)

(4)晶闻管电流平均值/"和有效值/7：

晶闸管电流由于两对晶闸管轮流导通，在一个正

弦周期每个导通180。，故流过每个晶闸管上的电流

平均值为：教师：讲授、演示任务

结果。

.1.-•.</I1+cma

5■力・n。・45房2

(2-17)学生：认真观察实验现

流过晶闸管的电流有效值为：

象，仔细倾听任务要

TQW属J2*v求。

(2-18)

(5)功率因数cos.

fUIsan2a

『■广万■厅*aM

(2-19)

电路要求移相范围为0~m与单相半波相同，而

触发脉冲间隔为m不同于单相半波。

小结

波形图注意细节

任务5认识单结晶体管触发电

课题课型理论课教时2学时

路

教学

1能说出对触发电路的基本要求

目标

2能说出单结晶体管的工作过程及特性

教学

单结晶体管的工作过程及特性

重点课前资料查阅、

教学准备PPT课件

点

难单结晶体管的工作过程及特性

探究

单结晶体管的工作过程及特性

目标