《电力电子技术》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070002002 课程中文名称 电力电子技术 课程英文名称 Power Electronic Technology 课程类别 大类学科基础与专业基础课 适用专业 自动化 开课学期 第五学期 总学时 48学时，其中课内讲授40学时、实验8学时 总学分 开误模式 必修 先修课程 学物 电路原理、模拟电子技术 高等装气自动专业的业必误，主要研文电力电子客件及利用电力电 器件而进行的电能转换电路，即AC(交流)与DC(直流)之间的转换、交流电 课程简介 频率及幅值的变换、直流电幅值的变换等内容。因此，本课程将重点介绍典型的 电力电子器件性能与工作原理，重点讲解由电力电子器件组成的四种基本形式的 电能变换电路及其在应用中涉及到的PWM调制、软开关等相关技术。 建议教材 王兆安，刘进军《电力电子技术》（第五版）机械工业出版社2009.5 川王兆安，黄俊等（电力电子技术》（第四版）机械工业出版社 2000. [2张立《现代电力电子技术基础》 高等教有出版社 1 参考资料 []装云庆，卓放等《电力电子技术学习指导习题集及仿真》机械工业出版社 2012.10 二、课程教学目标 1能够叙述电力电子技术的概念，分类和发展概况。 2能够叙述电力电子器件的定义和特点，并且能够根据不同的方式对常见的电力电子器件进行分类。 3.能够根据各种典型器件的工作原理及工作特性，综合运用电路数学知识，根据实际的系统指标需求 选择适当的器件。 4.能够根据各种变流电路的工作原理，负载和控制情况，对电路输出电压电流波形进行分析解释，并 能够对电路的输出进行定量计算。知道电路中关键器件的作用。 5.能够根据负载性质和电路输出要求，选择电路类型，设计电路结构和器件控制规律。 6能够说出软开关的概念及电力电子技术的典型应用。 7能够描述可控器件的触发原理，通过实验验证电能变换电路的工作原理，可以解释实验过程中出现 的各种波形，对实验得到数据进行计算验证。 13
13 《电力电子技术》教学大纲 一、课程基本信息 课程编号 1070002002 课程中文名称 电力电子技术 课程英文名称 Power Electronic Technology 课程类别 大类学科基础与专业基础课 适用专业 自动化 开课学期 第五学期 总 学 时 48学时，其中课内讲授40学时、实验8学时 总 学 分 3 开课模式 必修 先修课程 高等数学、大学物理、电路原理、模拟电子技术 课程简介 本课程是自动化专业的专业必修课，主要研究电力电子器件及利用电力电子 器件而进行的电能转换电路，即 AC（交流）与 DC（直流）之间的转换、交流电 频率及幅值的变换、直流电幅值的变换等内容。因此，本课程将重点介绍典型的 电力电子器件性能与工作原理，重点讲解由电力电子器件组成的四种基本形式的 电能变换电路及其在应用中涉及到的 PWM 调制、软开关等相关技术。 建议教材 王兆安，刘进军 《电力电子技术》(第五版) 机械工业出版社 2009.5 参考资料 [1] 王兆安，黄俊等 《电力电子技术》(第四版) 机械工业出版社 2000.1 [2]. 张立 《现代电力电子技术基础》 高等教育出版社 2001.2 [3] 裴云庆，卓放 等《电力电子技术学习指导习题集及仿真》 机械工业出版社 2012.10 二、课程教学目标 1.能够叙述电力电子技术的概念，分类和发展概况。 2.能够叙述电力电子器件的定义和特点，并且能够根据不同的方式对常见的电力电子器件进行分类。 3.能够根据各种典型器件的工作原理及工作特性,综合运用电路,数学知识，根据实际的系统指标需求 选择适当的器件。 4.能够根据各种变流电路的工作原理，负载和控制情况，对电路输出电压电流波形进行分析解释，并 能够对电路的输出进行定量计算。知道电路中关键器件的作用。 5.能够根据负载性质和电路输出要求，选择电路类型，设计电路结构和器件控制规律。 6.能够说出软开关的概念及电力电子技术的典型应用。 7.能够描述可控器件的触发原理，通过实验验证电能变换电路的工作原理，可以解释实验过程中出现 的各种波形，对实验得到数据进行计算验证
三、课程教学目标与毕业要求的对应关系 指标点 毕业要求 课程教学目标 内容 1.工程知识：能够将数学、自 然科学、工程基础和专业知识1.3掌握自动化专业知识，能够将其应用于 教学目标 用于解决自动控制领域复杂解决自动控制领域的复杂工程问题。 1,234.6 工程问题。 2.问题分析：能够应用数学、 自然科学和工程科学的基本2.2能够根据自动化专业所学基本原理分 原理.识别、麦认并通讨文 析自动控制领域的复杂工程问题，研究求解 教学目标 研究分析自动控制领域的复 过程 3.4.5.7 杂工程问题并获得有效结论 4.研究：能够基于专业理论4.1能够运用自动化专业理论，采用科学方 知识，采用科学方法对自动控 法对自动控制领域复杂工程问题进行实验 L 教学目标35 制领域的复杂工程问题进行 能够根据问题设计 方案设计。 验，并对实验结果进行综合分 4.2能够运用自动化专业理论，对实验过程和 析，通过信息综合得到有效结 H 教学目标4,7 实脸数据进行分析和解择。 四、理论教学内容与要求 支撑教 知识棋块 知识点 教学要求 计划 学时 学目标 (1)电力电子技术概述 叙述电力电子技术的基本概念和分类方式： 1 能够说出电力电子技术的发展与应用。 (2)电力电子器件概述 能够分析电力电子器件的分类方式。 1电力电 (3)不可控器件 理解不可控器件电力二极管的工作原理与基 本特性 0.5 学目 子器件 理解以品闸管为代表的半控型器件的工作原 标 (6学时) 理与基本特性： (4)半控型器件 能根据品闸管的工作特性分析解释在电路中 的工作状态： 记住晶闸管的各种参数，能够实际应用计算所 需品闸管的参数 (5)全控型器件及其 理解四种典型全控型器件的工作原理与基本 2 他 特性： 理解触发角的概念，对变流电路的分段线性的 特征有所认知： (1)单相整流电路 分析电阻负载与阻感负载的特点及其对电路 14
14 三、课程教学目标与毕业要求的对应关系 毕业要求 指标点 课程教学目标 内容 H/L 1. 工程知识：能够将数学、自 然科学、工程基础和专业知识 用于解决自动控制领域复杂 工程问题。 1.3 掌握自动化专业知识，能够将其应用于 解决自动控制领域的复杂工程问题。 H 教学目标 1,2,3,4,6 2. 问题分析：能够应用数学、 自然科学和工程科学的基本 原理，识别、表达并通过文献 研究分析自动控制领域的复 杂工程问题并获得有效结论。 2.2 能够根据自动化专业所学基本原理分 析自动控制领域的复杂工程问题，研究求解 过程。 H 教学目标 3,4,5,7 4. 研究：能够基于专业理论 知识，采用科学方法对自动控 制领域的复杂工程问题进行 研究，能够根据问题设计实 验，并对实验结果进行综合分 析，通过信息综合得到有效结 论。 4.1 能够运用自动化专业理论，采用科学方 法对自动控制领域复杂工程问题进行实验 方案设计。 L 教学目标 3,5 4.2 能够运用自动化专业理论，对实验过程和 实验数据进行分析和解释。 H 教学目标 4,7 四、理论教学内容与要求 知识模块 知识点 教学要求 计划 学时 支撑教 学目标 1电力电 子 器 件 （6学时） (1)电力电子技术概述 叙述电力电子技术的基本概念和分类方式； 能够说出电力电子技术的发展与应用。 1 教学目 标1， 2，3 (2)电力电子器件概述 理解电力电子器件的概念与特征； 描述应用电力电子器件的系统组成； 能够分析电力电子器件的分类方式。 0.5 （3）不可控器件 理解不可控器件电力二极管的工作原理与基 本特性 0.5 (4) 半控型器件 理解以晶闸管为代表的半控型器件的工作原 理与基本特性； 能根据晶闸管的工作特性分析解释在电路中 的工作状态； 记住晶闸管的各种参数，能够实际应用计算所 需晶闸管的参数。 2 （5）全控型器件及其 他 理解四种典型全控型器件的工作原理与基本 特性； 2 (1)单相整流电路 理解触发角的概念，对变流电路的分段线性的 特征有所认知； 分析电阻负载与阻感负载的特点及其对电路 输出的影响； 理解单相半波可控整流电路，单相全波可控整 3
流电路的工作原 理解 整流由路的组成知作后 能够利用控制信息和负载特性对输出波形 2整流电 进行分析 教学目 路(10学 能对相关变量进行计算，并根据计算结果进行 标3， 时) 器件选择： 理解单相不可控整流电路的工作原理和输出 4,5 波形。 理解三相半波可控整流电路的组成、 工作原 ,能够根据负载特性和可控器件的控制信息 对输出波形进行分析： (2三相可控整流电路 能对 长变量进行计算，并根据计算结果进行 相桥式全控整流电路的电路组成 时的输出波形，正 常工作时的品闸管的触发规 (3)变压器漏感对整流电 知道变压器漏感对整流电路造成影响的原因！ 路的影响 能够对考虑变压器漏感对整流电路的波形带 1 来变化进行分析和定量计算 理解整流电路的有源逆变工作状态，知道整流 (4)整流电路的逆变 电路发生逆变的条件 指明逆变角的概念，能够进行相关计算， 对逆变失败原因有所辨别。 (⑤)整流电路的相位控制 理解相控电路的驱动控制 1 (1)换流方式 理解四种换流方式的形式，区别和应用场合 能够对典型电路的换流方式进行分析。 1 迎解压型逆变申路的特点、组成、工作原理 3逆变电 与输出波形： 路(4学 (2)电源型逆变电路 能够根据器件的控制规律分析推断输出电压 教学目 时) 的波形： 标4,5 能够根据输出波形分析全控器件的控制规律 (3)电流型逆变电路 理解电流型逆变电路的特点、组成： 分析工作原理与输出波形 4直流折 理解降压斩波电路和升压斩波电路的组成 工作原理与输出特性： 波电路 基本斩波电路 能够利用升降压斩波电路的工作原理对输出 2 教学目 (2学 被形进行分析计算 标4,5 时) 理解常见复合斩波电路工作原理。 理解交流调压电路的组成、工作原理与输出 被形： (山)交流调压电路 能够对单相交流调压电路在不同负载，不同 2 5交流 控制情况下的输出波形进行分析，对输出功 交流变流 率等进行定量计算。 教学目 电路(6 描述对交流调功电路和交流电力电子开关的 标4,5 (2)交流调功电路 概念和工作原理。 学时) 理解交交变频电路的工作原理： (3)交交变频电路 15
15 2 整 流 电 路（10学 时） 流电路的工作原理； 理解单相桥式全控整流电路的组成和工作原 理，能够利用控制信息和负载特性对输出波形 进行分析； 能对相关变量进行计算，并根据计算结果进行 器件选择； 理解单相不可控整流电路的工作原理和输出 波形。 教学目 标3， 4，5 (2)三相可控整流电路 理解三相半波可控整流电路的组成、工作原 理，能够根据负载特性和可控器件的控制信息 对输出波形进行分析； 能对相关变量进行计算，并根据计算结果进行 器件选择； 理解三相桥式全控整流电路的电路组成； 能够分析解释其在自然换向时的输出波形，正 常工作时的晶闸管的触发规律。 3 (3)变压器漏感对整流电 路的影响 知道变压器漏感对整流电路造成影响的原因； 能够对考虑变压器漏感对整流电路的波形带 来变化进行分析和定量计算 1 (4)整流电路的逆变 理解整流电路的有源逆变工作状态，知道整流 电路发生逆变的条件。 指明逆变角的概念，能够进行相关计算。 对逆变失败原因有所辨别。 2 (5)整流电路的相位控制 理解相控电路的驱动控制 1 3 逆变电 路（4 学 时） (1)换流方式 理解四种换流方式的形式,区别和应用场合； 能够对典型电路的换流方式进行分析。 1 教学目 标4,5 (2)电源型逆变电路 理解电压型逆变电路的特点、组成、工作原理 与输出波形； 能够根据器件的控制规律分析推断输出电压 的波形； 能够根据输出波形分析全控器件的控制规律。 2 (3)电流型逆变电路 理解电流型逆变电路的特点、组成； 分析工作原理与输出波形 1 4 直流斩 波电路 （2 学 时） 基本斩波电路 理解降压斩波电路和升压斩波电路的组成、 工作原理与输出特性； 能够利用升降压斩波电路的工作原理对输出 波形进行分析计算； 理解常见复合斩波电路工作原理。 2 教学目 标4,5 5 交流- 交流变流 电路（6 学时） (1) 交流调压电路 理解交流调压电路的组成、工作原理与输出 波形； 能够对单相交流调压电路在不同负载，不同 控制情况下的输出波形进行分析，对输出功 率等进行定量计算。 2 教学目 标4,5 (2) 交流调功电路 描述对交流调功电路和交流电力电子开关的 概念和工作原理。 1 (3) 交交变频电路 理解交交变频电路的工作原理； 能够根据电流电压的输出分析判断晶闸管组 的工作状态。 2
描述矩阵式变频电路的组成、工作原理和工 (4)矩阵式变频电路 作等点。 理解pWM控制的烟今和其木原理： ()PWM控制 能够利用PWM调制的基本原理进行脉冲宽度 1 的计算。 理解PWM在单相桥式逆变电路及控制方法： 能够区别单极型调制和双极性调制理解不同 调制方式下载波与调制信号的比较与输出洪 6PWM 形的关系 控制技 (2PWM逆变电路 能够在给出调制方式的情况下分析绘制输出 教学目 术(8学 波形并判断电路中全控器件的控制信号。 标4,5 时) 理解特定谐波消去法，同步调制，异步调制及 规则采样法的概念，能够利用规则采样法进行 计算。 (3)PWM跟踪技术 理解PWM的跟踪控制技术概念 2 (4)PWM控制技术应用 知道PWM技术在直流电机控制中的应用 7软开关 理解软硬开关的概念，能够区分软硬开关的工 基本概 软开关技术 教学目 念、(2 辨认软开关的基本类型 2 认知典型软开关电路的工作隙理 标6 学时) 8电力 电子技 认知电力电子技术在电动机拖动中的应用： 术应用 电力电子技术应用实例 理解不间断电源的概念和工作原理。 教学目 (2学 标6 时) 必选实验 相半波可控整流电路 4 9实验 选做实验：锯齿波同步移相触发电路、单相桥 式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、直 (8学 教学目 选修实验 流斩波电路、单相交流调压电路实验 标7 任选4学时的实 16
16 (4) 矩阵式变频电路 描述矩阵式变频电路的组成、工作原理和工 作特点。 1 6 PWM 控制技 术（8 学 时） (1) PWM 控制 理解 PWM 控制的概念和基本原理； 能够利用 PWM 调制的基本原理进行脉冲宽度 的计算。 1 教学目 标4,5 (2)PWM 逆变电路 理解 PWM 在单相桥式逆变电路及控制方法； 能够区别单极型调制和双极性调制,理解不同 调制方式下载波与调制信号的比较与输出波 形的关系； 能够在给出调制方式的情况下分析绘制输出 波形并判断电路中全控器件的控制信号。 理解特定谐波消去法，同步调制，异步调制及 规则采样法的概念，能够利用规则采样法进行 计算。 4 (3)PWM 跟踪技术 理解PWM的跟踪控制技术概念 2 (4) PWM 控制技术应用 知道PWM技术在直流电机控制中的应用 1 7 软开关 基本概 念、（2 学时） 软开关技术 理解软硬开关的概念，能够区分软硬开关的工 作过程。 辨认软开关的基本类型； 认知典型软开关电路的工作原理； 2 教学目 标6 8 电力 电子技 术应用 （2 学 时） 电力电子技术应用实例 认知电力电子技术在电动机拖动中的应用； 理解不间断电源的概念和工作原理。 2 教学目 标6 9 实验 （8 学 时） 必选实验 三相半波可控整流电路 4 教学目 选修实验 标7 选做实验：锯齿波同步移相触发电路、单相桥 式全控整流电路、三相桥式半控整流电路、直 流斩波电路、单相交流调压电路实验 任选4学时的实验 4
五、实验教学内容与要求 支撑 必做 实验项目 实验原理 教学要求 实验设备及材 实验 计划 料 类型 学时 教学 选做 目标 三相半波可控整 电 路中包括 理解三相半波可控 MCL系列教学 闸管，通过对晶间 整流电流的工作原 实脸台主控制 管触发角的控制： 理。研究可控整消 屏，MCL组 验证 教学 4 标 必做 流电路 改变电路的输出。 电路在电阻负载和 件， 型 同时电路的输出在 电阻-感性负载时 双踪示波器，万 4,7 不同的负载下也 的工作。 用表 发生变化： 电路由脉冲形成和 理解锯齿波同步移 MCL系列教学 放大，据齿波形 相触发电路的工作 实验台主控制 波移 成，同北移相签环 原理及名个元件的 节组成。 通过 作用。 能够对锯齿 屏，MCL组 验证 型 2 选做 发电路 制电压的调整，可 波同步触发电路边 双踪示波器， 4,7 以改变触发角的角 行调试，得到不同 度。 的触发角。 万用表 理解单相桥式全鹅 由四个品闸管分成 整流电路的工作原 MCL系列教学 理。 研究单相桥式 单式整 相 两组，组成桥式电 实验台主控制 全控整流电路在电 路。改变品闻管的 屏，MCL组 学 阻负载，电阻-电成 2 触发角与电路的货 件， 型 目标 选做 性负载及反申动热 载可以改变电路的 双院示波器 4,7 输出 负载时的工作 万用表 悉锯齿波触发电路 由全控器件，二极 理解斩波电路的控 MCL系列教学 管等器件组成的升 制方式，知道输出 实验台主控制 瓷 降压电路， 改查 电压与PWM波形 ,MCL组 教学 综合 对IGBT控制的 占空比的关系，认 选做 空比可以改变输出 知电感负载对电路 双踪示波器， 4,7 电压的赋值。 的曼向。 万用表 电路句括两只反并 联的晶闸管和负载 组成，调节晶闸 理解单相交流调压 MCL系列教学 单相方 实验台主控制 流电验 电路的工作原理 调压 的触发角度或改④ 屏，MCL组 验证 数学 路实 理解交流调压感性 负载都会引起输出 选做 件， 目标 负载对移相范围要 的变化，品闹管采 双踪示波器。 用锯齿波移相触 万用表 17
17 五、实验教学内容与要求 实验项目 实验原理 教学要求 实验设备及材 料 实验 类型 计划 学时 支撑 教学 目标 必做/ 选做 1. 三 相 半 波可控整 流电路 三相半波可控整流 电路中包括三只晶 闸管，通过对晶闸 管触发角的控制， 改变电路的输出。 同时电路的输出在 不同的负载下也会 发生变化。 理解三相半波可控 整流电流的工作原 理，研究可控整流 电路在电阻负载和 电阻-感性负载时 的工作。 MCL系列教学 实验台主控制 屏，MCL组 件， 双踪示波器，万 用表 验证 型 4 教学 目标 4,7 必做 2. 锯 齿 波 同 步 移 相 触 发电路 电路由脉冲形成和 放大，锯齿波形 成，同步移相等环 节组成。通过对控 制电压的调整，可 以改变触发角的角 度。 理解锯齿波同步移 相触发电路的工作 原理及各个元件的 作用。能够对锯齿 波同步触发电路进 行调试，得到不同 的触发角。 MCL系列教学 实验台主控制 屏，MCL组 件， 双踪示波器， 万用表 验证 型 2 教学 目标 4,7 选做 3. 单 相 桥 式 全 控 整 流 电路 由四个晶闸管分成 两组，组成桥式电 路。改变晶闸管的 触发角与电路的负 载可以改变电路的 输出 理解单相桥式全控 整流电路的工作原 理。研究单相桥式 全控整流电路在电 阻负载，电阻-电感 性负载及反电动势 负载时的工作。熟 悉锯齿波触发电路 。 MCL系列教学 实验台主控制 屏，MCL组 件， 双踪示波器， 万用表 验证 型 2 教学 目标 4,7 选做 4. 直 流 斩 波 电 路 由全控器件，二极 管等器件组成的升 降压电路， 改变 对IGBT控制的占 空比可以改变输出 电压的赋值。 理解斩波电路的控 制方式，知道输出 电压与 PWM 波形 占空比的关系，认 知电感负载对电路 的影响。 MCL系列教学 实验台主控制 屏，MCL组 件， 双踪示波器， 万用表 综合 型 2 教学 目标 4,7 选做 5．单相交 流 调 压 电 路 实 验 电路包括两只反并 联的晶闸管和负载 组成，调节晶闸管 的触发角度或改变 负载都会引起输出 的变化，晶闸管采 用锯齿波移相触 发。 理解单相交流调压 电路的工作原理， 理解交流调压感性 负载对移相范围要 求。 MCL系列教学 实验台主控制 屏，MCL组 件， 双踪示波器， 万用表 验证 型 2 教学 目标 4,7 选做
六、考核要求及考核方式 1.考核要求 (1)课程考核内容应能够切实考核是否达成各项课程目标： (2)考核内容至少覆盖本课程知识点的60%： (3)同一学期试卷中(A、B)试题重复率不超过20%，近三个学年内的试卷试题重复率不超过 20%: (4)考核难度：基本难度题约60%，中等难度题约30%，高等难度题约10%。 2.考核方式 权重 考核环节 (%) 备注 期末老试 80 闭卷考试，教考分离 平时考核 作业、出勒、课堂小测验 实验操作 10 实验态度、操作技能和报告成绩
18 六、考核要求及考核方式 1. 考核要求 （1）课程考核内容应能够切实考核是否达成各项课程目标； （2）考核内容至少覆盖本课程知识点的60%； （3）同一学期试卷中（A、B）试题重复率不超过20%，近三个学年内的试卷试题重复率不超过 20%； （4）考核难度：基本难度题约60%，中等难度题约30%，高等难度题约10%。 2. 考核方式 考核环节 权重 （%） 备注 期末考试 80 闭卷考试，教考分离 平时考核 10 作业、出勤、课堂小测验 实验操作 10 实验态度、操作技能和报告成绩