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1、电力电子技术课程教学大纲课程名称：电力电子技术课程代码：ELEA2015英文名称：Electric & Electronic Technology课程性质：专业必修课程学分/学时：3学分/54学时(45+9)开课学期：第5学期适用专业：电气工程及其自动化先修课程：高等数学、普通物理、电路原理、电子技术基础后续课程：运动控制系统、交流调速系统开课单位：机电工程学院课程负责人：王富东大纲执笔人：季清大纲审核人：余雷一、课程性质和教学目标(在人才培养中的地位与性质及主要内容，指明学生需掌握知识与能力及其应达到的水平)课程性质：电力电子技术是电气工程及其自动化专业的一门重要专业基础课,是本专业的必修主
2、干课程和学位课程。本课程介绍电力电子变换技术及其控制技术的基础知识和分析方法，为学习运动控制系统和交流调速系统等后续课程准备必要的理论基础。教学目标：电力电子技术是电气工程学科的主要技术基础课程。本课程的主要内容包括：半导体电力开关器件、直流-直流变换器、直流-交流逆变器、交流直流整流器、交流交流变换器、辅助元器件和系统、电力电子变换电源的应用。通过本课程的学习，使学生掌握电力电子技术的基础知识和分析方法，具备一定的电力电子系统分析能力、电力电子工程设计能力，培养电力电子理论与实际工程问题相结合的基本素质和能力，为运动控制系统和交流调速系统等后续课程培养理论和技术基础。通过相关应用专题，使学生
3、理解电力电子技术在风力发电、光伏发电等新能源领域的应用，为学生从事相关专业技术、科学研究及管理工作提供重要的理论基础。本课程的具体教学目标如下：1. 熟悉电力电子开关器件的分类，掌握电力二极管、双极结型晶体管BJT、晶闸管、场效应晶体管和绝缘门极双极型晶体管等电力电子器件的基本原理和基本特性，熟悉各类器件在电力电子技术中的应用，使学生掌握利用功率半导体器件进行电能变换的基础理论和相应工程知识；2. 掌握直流.直流变换器、直流交流逆变器、交流直流整流器和交流交流变换器的基本拓扑结构、工作原理和控制方式，培养学生应用数学、电路等知识分析电力电子技术基本原理和解决相关工程问题的能力；3. 掌握触发和
4、驱动电路、过电流和过电压保护电路、开关器件的开关过程、缓冲电路、磁性元件等电力电子系统的辅助元器件和电路，使学生熟练运用电力电子变换技术和控制技术的基础知识，掌握电力电子系统核心部件的设计方法,具备一定的电力电子系统方案的工程设计能力；4. 在掌握晶闸管等电力半导体器件、基本变换器拓扑和工作模式等相关知识基础上，通过实践和实验训练的方式，培养学生通过实验观察、对比测试和数据分析等方式，验证电力电子学基本理论的能力；5. 了解电力电子技术在风力发电、光伏发电和电动汽车等新能源领域的应用，理解新能源发电系统、带功率因数校正的开关电源和充电电源的基础知识,了解电力电子技术与环境保护、可持续发展等工程
5、与社会关系的相关知识。教学目标与毕业要求的对应关系:毕业要求指标点课程目标对应关系说明毕业要求1:工程知识1-3掌握电路原理、电了技术的基础知识，具有强弱电系统电气分析和设计的能力教学目标1掌握电力电子器件的基本原理、工作特性，并熟练应用于电力电子变换与控制系统的分析和设计。教学目标2在掌握各类电力电子变换器的基本拓扑结构、工作原理和控制方法，结合各类变换器的应用场合，分析和设计相关系统。毕业要求2：问题分析2-3能运用基本原理，分析一个复杂工程问题的影响因素、关键环节，并证实解决方案的合理性教学目标3在理解功率变换电路、驱动电路、保护电路和缓冲电路等电力电子系统组成的基础上，掌握磁性元件等核
6、心部件的设计方法。教学目标4能够通过实验测试、数据分析等方式，验证电力电子变换技术和控制技术的基本原理。毕业要求7：环境和可持续发展7-1理解环境保护和社会可持续发展的具体内涵和意义，熟悉环境保护和可持续发展的方针、政策和法律法规教学目标5了解电力电子技术在新能源领域的应用，熟悉电力电子技术与环境保护、可持续发展等工程与社会关系的相关知识。二、课程教学内容及学时分配（含课程教学、自学、作业、讨论等内容和要求，指明重点内容和难点内容。重点内容：;难点内容：）1、绪论（1学时）（支撑教学目标1、5）1.1什么是电力电子技术？1.2电力电子技术的应用1.3电力电子技术的简史和发展方向1.4课程的性质
7、和任务1.5课程的要求和具体安排目标及要求：1）通过对电力电子学的介绍，使学生认识课程的低位，掌握电力电子技术的概念、学习内容、学习目的、基础和主要特点*;2）了解电力电子技术的发展历史，明确功率半导体器件是电力电子技术的基础，引导学生主动关注功率半导体器件的分类和特点;3）了解电力电子技术的工程应用背景，激发学生的学习兴趣；4）认识课程的脉络体系，了解课程的学习方法、学习资源的获取途径，为后续教学作铺垫。讨论内容：通过对比线性电源和开关电源的电能转换效率，讨论实现方式的差异,突出电力电子技术的优点。自学拓展：通过网络查询，了解功率半导体器件的厂商，了解宽禁带半导体器件的发展前景。2、电力电子
8、器件（5学时）（支撑教学目标1）2.1电力电子器件概述2.2电力二极管2.3双极结型晶体管BJT2.4晶闸管2.5门极可关断晶闸管GTO2.6场效应晶体管MOSFET2.7绝缘门极双极型晶体管IGBT2.8半导体电力开关模块目标及要求：1）掌握高频功率二极管的分类、主要特性和参数*,掌握负温度系数的概念，掌握反向恢复时间的概念，了解二极管的开关特性；2）掌握晶闸管的符号、半导体结构、开关条件和伏安特性,熟悉晶闸管的双晶体管等效电路，并用其分析晶闸管的半控特性；3）掌握晶闸管的主要参数和应用特点，掌握晶闸管正确工作的条件、电流参数的定量计算*,理解维持电流和擎住电流的比较、应用中的要点4）掌握常
9、用全控器件GTR、MOSFET IGBT的符号、特性、等效电路、主要参数和选用依据;讨论内容：1）负温度系数或者正温度系数器件是否合适并联；2）MOSFET的密勒效应。作业内容：强化晶闸管正确工作的条件和电流参数的定量计算。自学拓展：自行查阅相关物理学知识，了解SiC和GaN等新型半导体器件工作时的物理过程。3、直流直流变换器（8学时）（支撑教学目标2、3）3.1降压变换器（Buck）3.2升压变换器（Boost）3.3 升压/降压变换器（Buck-Boost、Cuk、Zeta、SEPIC）3.4隔离型直流-直流变换器（正激、反激）3.5有中间交流环节的直流-直流变换器（半桥、全桥、推挽）目标
10、及要求：1）通过Buck电路的推导过程，使学生深入理解开关电路的概念；2）介绍基本 DC-DC 变换器，即 Buck、Boost Buck-Boost Cuk Zeta 和SEPIC拓扑的电路形式、工作原理、特性和参数设计方法；3）掌握应用电路稳态条件推导变换器输入输出关系的通用方法；4）理解隔离型直流-直流变换器和中间交流环节的直流-直流变换器的推衍过程;5）掌握正激、反激、半桥、全桥和推挽变换器的基本工作原理，理解它们的特点，熟悉它们的应用场合寡讨论内容：1）负载变化对变换器外特性的影响；2）Buck和Boost变换器的电流连续和断续工作状态。作业内容：1）强化输入输出电压关系、电感电容设
11、计和功率器件选择，训练典型波形的绘制能力；2）强化利用电感电流脉动或伏秒积平衡等方法推导变换器输入输出关系。4、交流-直流整流器（7学时）（支撑教学目标2、3）4.1整流器基本原理4.2单相可控整流电路4.3三相可控整流电路4.4漏抗对整流器的影响4.5电容滤波的不可控整流电路4.6整流电路的谐波和功率因数目标及要求：1）掌握单相半波可控、单相桥式全控、单相全波可控和单相桥式半控整流电路的工作原理、特性和波形分析方法;2）掌握三相半波可控、三相桥式全控整流电路的工作原理、特性和波形分析、参数计算左；3）掌握电源变压器漏抗对可控整流电路的影响；4）掌握单相和三相不可控整流电路的结构、工作原理和主
12、要波形；5）理解整流电路的谐波形成原因和功率因数的概念。讨论内容：讨论电容滤波的不可控整流电路输入电流准确波形。作业内容：1）强化分析不同负载、续流二极管对晶闸管开关条件的分析，训练波形绘制的能力；2）强化半控电路中晶闸管和二极管开关条件的不同；3）强化器件定额的选取应考虑全部工作范围的最大应力，并进行相关训练;4）强化负载电流断续状态下晶闸管电压应力的计算方法。5、直流-交流逆变器（6学时）（支撑教学目标2、3）5.1逆变器的类型和性能指标5.2电压型单相方波逆变电路工作原理5.3单相逆变器的单脉波脉冲宽度调制5.4正弦脉冲宽度调制（SPWM）5.5三相逆变电路工作原理目标及要求：1）理解整
13、流-逆变转换的实际应用需求，掌握有源逆变条件，明确可逆整流电路的要求;2）掌握三相半波和三相桥式全控电路工作在有源逆变状态的原理、特性和波形分析；3）掌握电源变压器漏抗对逆变电路的影响，逆变失败的原因和对策小讨论内容：了解相控电路的系统结构和控制驱动。6、交流-交流变换器（4学时）（支撑教学目标2、3）6.1交流电压控制器的类型6.2单相交流电压控制器6.3三相交流电压控制器目标及要求：1）掌握交流-交流电压控制器的结构和分类，熟悉单相和三相交流电压控制器的应用场合；2）熟悉和掌握单相交流电压控制器的相控角a和负载性质不同时，控制器的工作特性和主要波形大;3）熟悉三相星形和三相开口三角形联结的
14、交流电压控制器的电路结构和基本工作原理A。自学拓展：了解相控交流-交流直接变频器和矩阵变换器。7、电力电子系统和辅助电路（7学时）（支撑教学目标3）7.1触发器和驱动器7.2过电流保护和过电压保护7.3软开关技术和缓冲器7.4电感和变压器7.5滤波器7.6控制系统和辅助电源目标及要求：1）熟悉和掌握晶闸管、GTO、BJT、MOSFET和IGBT等主要开关器件的驱动电路结构、驱动原理及其电气隔离的实现方法;2）熟悉功率变换器的过压和过流保护要求、保护措施，了解开关器件串联、并联应用时的均压和均流保护；3）熟悉和掌握开关器件的开通、关断过程与安全工作区域，熟悉几种典型的软开关电路;4）在掌握开关器件开关过程的基础上，熟悉和掌握RC缓冲电路和限幅钳位缓冲器等几种典型缓冲电路的分析和设计依据;5）了解和熟悉功率变换器的电感和变压器等主要磁性元件的结构、作用和设计方法*;6）熟悉滤波器的基本功能、类型和电路结构，掌握不同滤波器衰减特性的评估方法；7）了解数字电源的控制系统和辅助电源结构。自学拓展：了解适配器和计算机电源的构成和主要拓扑结构。8、电力电子变换电源的应用（4学时）（支撑教学目标5）8.1风力发电系统8.2太阳能光伏发电系统8.3功率因数校正技
