《电力电子技术》课程教学大纲执笔人：郝瑞祥编写日期：2017年7月一、课程基本信息1.课程编号：90L127Q2.课程体系/类别：专业核心课3.课程性质：必修4．学时/学分：56/3.55.先修课程：电路、自动控制原理、模拟电子技术6.适用专业：电气工程及其自动化二、课程教学目标本课程主要学习电能变换和控制的必备知识，以满足现代社会不断涌现的各种信息化智能产品和设备系统对高品质用电的需求。学会使用工程科学的基本原理，识别判断、描述表达、并通过文献研究分析、探究问题根源，解决电力电子技术在电气工程应用和其他专业领域应用中遇到的问题。本课程的教学目标是，通过该课程的学习，学生能够掌握常用开关器件的工作特性、基本变换电路的原理及其控制方法，理解对各种已有形式的电能进行变换和控制的需要，能够根据输入电能的形式和输出电能质量的需求选择合适的变换电路。学生学习本课程后，应达到如下要求：1.了解电力电子技术的发展概况和应用领域：2：掌握MOSFET、IGBT、Thyristor和Diode等常用电力电子开关器件的电气符号和电气特性，了解以上器件的基本工作原理和新型电力电子开关器件的发展状况：能够读懂英文器件手册，通过网络查阅外文文献资料进一步拓展相关知识：3掌握直流到直流（DC-DC）、直流到交流（DC-AC）、交流到直流（AC-DC）和交流到交流（AC-AC）四类电能变换电路的常用拓扑结构、工作原理、性能特点和典型控制方法。了解变换电路中电感和电容等无源元件的选择方法以及寄生参数影响：4.掌握开关器件的损耗基本构成和驱动特性，理解其驱动和安全工作要求。了解降低开关损耗的基本方法：5.运用软件仿真或实验测试手段，对电力电子电路进行实验研究和功能验证；6.能够基于学到的电力电子电路知识制定实验方案；7.能够独立收集实验数据，对实验结果进行分析和解释，撰写实验报告并得出结论三、课程目标和毕业要求的对应关系毕业要求毕业要求指标点课程目标1．掌握扎实的数学、自然科学、工程基础和专业知1.4掌握电气工程专业基础知识，能将其用于解决1, 2识，建立解决电气工程领电气工程领域涉及的复杂工程问题中。6, 7域复杂工程问题的基础。2.2能够运用工程科学的基本原理，对电气工程领2.具备问题分析能力。3,4,5域的典型系统进行原理分析及系统建模
《电力电子技术》课程教学大纲 执笔人：郝瑞祥 编写日期：2017 年 7 月 一、课程基本信息 1．课程编号：90L127Q 2．课程体系/类别：专业核心课 3．课程性质：必修 4．学时/学分：56/3.5 5．先修课程：电路、自动控制原理、模拟电子技术 6．适用专业：电气工程及其自动化 二、课程教学目标 本课程主要学习电能变换和控制的必备知识，以满足现代社会不断涌现的各种信息化智能产品 和设备系统对高品质用电的需求。学会使用工程科学的基本原理，识别判断、描述表达、并通过文 献研究分析、探究问题根源，解决电力电子技术在电气工程应用和其他专业领域应用中遇到的问题。 本课程的教学目标是，通过该课程的学习，学生能够掌握常用开关器件的工作特性、基本变换 电路的原理及其控制方法，理解对各种已有形式的电能进行变换和控制的需要，能够根据输入电能 的形式和输出电能质量的需求选择合适的变换电路。 学生学习本课程后，应达到如下要求： 1． 了解电力电子技术的发展概况和应用领域； 2． 掌握 MOSFET、IGBT、Thyristor 和 Diode 等常用电力电子开关器件的电气符号和电气特 性，了解以上器件的基本工作原理和新型电力电子开关器件的发展状况；能够读懂英文器 件手册，通过网络查阅外文文献资料进一步拓展相关知识； 3． 掌握直流到直流（DC-DC）、直流到交流（DC-AC）、交流到直流（AC-DC）和交流到交流 （AC-AC）四类电能变换电路的常用拓扑结构、工作原理、性能特点和典型控制方法。了 解变换电路中电感和电容等无源元件的选择方法以及寄生参数影响； 4． 掌握开关器件的损耗基本构成和驱动特性，理解其驱动和安全工作要求。了解降低开关损 耗的基本方法； 5． 运用软件仿真或实验测试手段，对电力电子电路进行实验研究和功能验证； 6． 能够基于学到的电力电子电路知识制定实验方案； 7． 能够独立收集实验数据，对实验结果进行分析和解释，撰写实验报告并得出结论； 三、课程目标和毕业要求的对应关系 毕业要求 毕业要求指标点 课程目标 1. 掌握扎实的数学、自然 科学、工程基础和专业知 识，建立解决电气工程领 域复杂工程问题的基础。 1.4 掌握电气工程专业基础知识，能将其用于解决 电气工程领域涉及的复杂工程问题中。 1，2 6，7 2．具备问题分析能力。 2.2 能够运用工程科学的基本原理，对电气工程领 域的典型系统进行原理分析及系统建模。 3，4，5
四、课程教学内容和要求1、理论教学内容和要求推荐支撑毕业序号知识点课内要求要求指标点知识单元（章节）学时1.4 电力电子技术的发展概了解1电力电子系统介绍况和应用领域1.4Diode、MOSFET、IGBT、和Thyristor等2掌握常用电力电子开关器件的电气符号和电气特性2电力电子器件综述1.4MOSFET、IGBT、2理解Thyristor和Diode等器件的基本工作原理2.2二极管与晶体管的开通缓冲电路、过压缓冲电23掌握缓冲吸收电路路以及关断缓冲电路的特性以及实现形式2.2各种开关器件驱动及保2理解4门极和基极驱动及保护电路护电路的实现形式2.2 Buck变换器的工作原理2掌握和参数设计2.2Boost变换器的工作原2掌握理和参数设计非隔离DC-DC开关模式变52.2 Buck-Boost变换器的工换器2掌握作原理和参数设计2.2Cuk变换器的工作原理理解-和性能FlybackDC-DC变换器2.22掌握的工作原理和特点2.2 ForwardDC-DC变换器2掌握的工作原理和特点隔离DC-DC开关模式变换62.2Half-Bridge and Full-器2BridgeDC-DC变换器掌握的工作原理和特点2.2Push-Pull DC-DC 变换2了解器的工作原理和特点
四、课程教学内容和要求 1、理论教学内容和要求 序号 知识单元（章节） 知识点 要求 推荐 课内 学时 支撑毕业 要求指标点 1 电力电子系统介绍 电力电子技术的发展概 况和应用领域 了解 1 1.4 2 电力电子器件综述 Diode、MOSFET、 IGBT、和 Thyristor 等 常用电力电子开关器件 的电气符号和电气特性 掌握 2 1.4 MOSFET、IGBT、 Thyristor 和 Diode 等器 件的基本工作原理 理解 2 1.4 3 缓冲吸收电路 二极管与晶体管的开通 缓冲电路、过压缓冲电 路以及关断缓冲电路的 特性以及实现形式 掌握 2 2.2 4 门极和基极驱动及保护电路 各种开关器件驱动及保 护电路的实现形式 理解 2 2.2 5 非隔离 DC-DC 开关模式变 换器 Buck 变换器的工作原理 和参数设计 掌握 2 2.2 Boost 变换器的工作原 理和参数设计 掌握 2 2.2 Buck-Boost 变换器的工 作原理和参数设计 掌握 2 2.2 Cuk 变换器的工作原理 和性能 理解 1 2.2 6 隔离 DC-DC 开关模式变换 器 Flyback DC-DC 变换器 的工作原理和特点 掌握 2 2.2 Forward DC-DC 变换器 的工作原理和特点 掌握 2 2.2 Half-Bridge and FullBridge DC-DC 变换器 的工作原理和特点 掌握 2 2.2 Push-Pull DC-DC 变换 器的工作原理和特点 了解 2 2.2
推荐支撑毕业序号知识点要求课内知识单元（章节）要求指标点学时2.2无源逆变电路的概念、掌握1原理及分类2.2单相电压型逆变电路的2掌握工作原理、特点开关模式DC-AC逆变器72.2三相电压型逆变电路的2掌握工作原理、特点逆变电路的脉宽调制技2.22掌握术2.2 单相桥式二极管整流电2路的电路结构、工作原掌握理、特性8工频二极管整流器2.2三相桥式二极管整流电掌握2路的电路结构、工作原理、特性单相桥式晶闸管相控整2.2流电路的电路结构、工掌握2作原理、电气性能和参数计算方法2.2三相桥式晶闸管相控整工频相控整流器和逆变器流电路的电路结构、工9掌握2作原理、电气性能和参数计算方法掌握2.2有源逆变电路的应用12.2整流电路的功率因数计了解1算及其改善的方法2.2电压型脉冲整流电路(PWM整流器)的基本原2掌握理、等效电路、相量分析10电力电子系统网侧优化方案方法及能量传递关系2.2电压型脉冲整流电路在无功补偿、谐波抑制及了解1风光发电方面的应用2.2单相、三相交流调压、调1111了解AC电压控制器功电路的工作原理注：“了解”是指学生能辨认的科学事实、概念、原则、术语，知道事物的分类、过程及变化倾向，包括必要的记忆：“理解”是指学生能用自己的语言把学过的知识加以叙述、解释、归纳，并能把某一事实或概念分解为若干部分，指出它们之间的内在联系或与其它事物的相互关系：“掌握”是指学生能根据不同情况对某些概念、定理、原理、方法等在正确理解的基础上结合实例加以运用，包括分析与综合
序号 知识单元（章节） 知识点 要求 推荐 课内 学时 支撑毕业 要求指标点 7 开关模式 DC-AC 逆变器 无源逆变电路的概念、 原理及分类 掌握 1 2.2 单相电压型逆变电路的 工作原理、特点 掌握 2 2.2 三相电压型逆变电路的 工作原理、特点 掌握 2 2.2 逆变电路的脉宽调制技 术 掌握 2 2.2 8 工频二极管整流器 单相桥式二极管整流电 路的电路结构、工作原 理、特性 掌握 2 2.2 三相桥式二极管整流电 路的电路结构、工作原 理、特性 掌握 2 2.2 9 工频相控整流器和逆变器 单相桥式晶闸管相控整 流电路的电路结构、工 作原理、电气性能和参 数计算方法 掌握 2 2.2 三相桥式晶闸管相控整 流电路的电路结构、工 作原理、电气性能和参 数计算方法 掌握 2 2.2 有源逆变电路的应用 掌握 1 2.2 整流电路的功率因数计 算及其改善的方法 了解 1 2.2 10 电力电子系统网侧优化方案 电压型脉冲整流电路 (PWM 整流器)的基本原 理、等效电路、相量分析 方法及能量传递关系 掌握 2 2.2 电压型脉冲整流电路在 无功补偿、谐波抑制及 风光发电方面的应用 了解 1 2.2 11 AC 电压控制器 单相、三相交流调压、调 功电路的工作原理 了解 11 2.2 注：“了解”是指学生能辨认的科学事实、概念、原则、术语，知道事物的分类、过程及变化倾向，包括必要的 记忆；“理解”是指学生能用自己的语言把学过的知识加以叙述、解释、归纳，并能把某一事实或概念分解为若干部 分，指出它们之间的内在联系或与其它事物的相互关系；“掌握”是指学生能根据不同情况对某些概念、定理、原 理、方法等在正确理解的基础上结合实例加以运用，包括分析与综合
2、实验教学内容和要求推荐支撑毕业要序号知识单元知识点要求课内求指标点学时降压变换器的工作原理，电力1掌握21.4,2.2Buck变换器实验电子开关器件的驱动和控制方法。1.4,2.2DC-AC逆变电路DC-AC逆变电路的工作原理和2掌握2实验PWM调制方法。三相桥式全控整流1.4,2.2三相桥式全控整流电路的工作3掌握2电路实验原理和晶闸管触发控制方法。1.4，,2.2有源逆变电路的工作原理及控掌握24有源逆变实验制。注：推荐的课内实验学时主要用于实验考核及答疑，不包含实验准备时间和实验报告撰写时间。建议选课学生按1：3的课内学时与课外学时比例完成实验准备和实验报告撰写。五、课程教学方法（一）课堂讲授本课程有全英文教学、英汉双语教学和汉语教学三类授课方式，执行统一的教学大纲，各课堂教学内容的讲授顺序可按中英文教材体例适当调整。本课程采用启发式教学和案例教学，注重科教融合，以及与先修和后修课程之间衔接。课堂讲授采用多媒体电子教案和黑板板书相结合的教学方法，其中电路结构、工作波形分析等建议采用电子教案方式，重要设计与计算建议采用板书形式。（二）自学通过图书馆或网络查阅《电力电子技术》、《电工技术学报》、《电机工程学报》、《IEEETransactionon Power Electronics》、《IEEETransactions on Industry Electronics》、《IEEE Transaction IndustrialApplications》等国内外电力电子相关文献。（三）课内实验本课程共安排8个课内实验，用以训练学生如何电力电子知识解决电气工程领域复杂工程问题，并利用课内实验提高学生学习兴趣，巩固知识点掌握，鼓励学生互相研讨，训练学生的动手能力和表达能力。实验基本内容及要求如下：序号实验要求实验名称实验基本内容1）Buck降压变换器的工作原理；2）输出电压与占空比的关系，绘出不同熟练掌握Buck变换器的工作原理，能够对电路中占空比情况下的输出电压、电流的波形；Buck电路实验各元件电压和电流波形3）观察并分析电压纹波与开关频率的关进行分析。系；4）观察并分析电流纹波与电感和开关频
2、实验教学内容和要求 序号 知识单元 知识点 要求 推荐 课内 学时 支撑毕业要 求指标点 1 Buck 变换器实验 降压变换器的工作原理，电力 电子开关器件的驱动和控制方 法。 掌握 2 1.4，2.2 2 DC-AC 逆变电路 实验 DC-AC 逆变电路的工作原理和 PWM 调制方法。 掌握 2 1.4，2.2 3 三相桥式全控整流 电路实验 三相桥式全控整流电路的工作 原理和晶闸管触发控制方法。 掌握 2 1.4，2.2 4 有源逆变实验 有源逆变电路的工作原理及控 制。 掌握 2 1.4，2.2 注: 推荐的课内实验学时主要用于实验考核及答疑，不包含实验准备时间和实验报告撰写时间。建议选课学生 按 1：3 的课内学时与课外学时比例完成实验准备和实验报告撰写。 五、课程教学方法 （一）课堂讲授 本课程有全英文教学、英汉双语教学和汉语教学三类授课方式，执行统一的教学大纲，各课堂 教学内容的讲授顺序可按中英文教材体例适当调整。 本课程采用启发式教学和案例教学，注重科教融合，以及与先修和后修课程之间衔接。课堂讲 授采用多媒体电子教案和黑板板书相结合的教学方法，其中电路结构、工作波形分析等建议采用电 子教案方式，重要设计与计算建议采用板书形式。 （二）自学 通过图书馆或网络查阅《电力电子技术》、《电工技术学报》、《电机工程学报》、《IEEE Transaction on Power Electronics》、《 IEEE Transactions on Industry Electronics》、《IEEE Transaction Industrial Applications》等国内外电力电子相关文献。 （三）课内实验 本课程共安排 8 个课内实验，用以训练学生如何电力电子知识解决电气工程领域复杂工程问 题，并利用课内实验提高学生学习兴趣，巩固知识点掌握，鼓励学生互相研讨，训练学生的动手能 力和表达能力。 实验基本内容及要求如下： 序号 实验名称 实验基本内容 实验要求 1 Buck 电路实验 1）Buck 降压变换器的工作原理； 2）输出电压与占空比的关系，绘出不同 占空比情况下的输出电压、电流的波形； 3）观察并分析电压纹波与开关频率的关 系； 4）观察并分析电流纹波与电感和开关频 熟练掌握 Buck 变换器的 工作原理，能够对电路中 各元件电压和电流波形 进行分析
率的关系1）观察PWM脉冲和驱动信号的波形：2）观察并分析主电路输出交流侧电压、掌握无源逆变电路的工2无源逆变电路实验作原理；掌握基本的电流波形：PWM调制原理。3）观察电机的运行情况，分析理论波形与实际波形的区别。1）分析三相全控整流制电路的工作原理，观察触发脉冲波形；2）测试不同情况下主电路的典型波形掌握三相桥式全控整流三相桥式全控整流电路的工作原理：掌握晶a=0°、30°、60°、90°时ud、id、uT13电路实验闸管触发脉冲的特性和的波形：控制规律。3）讨论与分析实验结果，对实验过程中出现的异常情况进行分析：4）分析理论波形与实际波形的区别。1）分析有源逆变控制电路的工作原理和掌握有源逆变电路的工工作过程：作原理：掌握有源逆变晶有源逆变实验42）测试不同负载情况下主电路直流侧和闸管触发脉冲的控制规交流侧电压和电流波形：律。3）分析理论波形与实际波形的区别。（四）作业练习根据每章所要求的知识点，选择有代表性的习题作为作业。Chapter2:2-1、2-2：Chapter5:5-3、5-4、5-5、5-6、5-8、5-9、5-10、5-11、5-14、5-18、5-23：Chapter6:6-1、6-2、6-3、6-4：6-5、6-6、6-7、6-8、6-12、6-13、6-15、6-16、6-17、6-18、619:Chapter7:7-1、7-2、7-3、7-7、7-8、7-9、7-12；Chapter8:8-1、8-2、8-10、8-11;Chapter10:10-2、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8。六、课程考核考核建议对应的课考核/评价细则环节分值程目标（1）主要考核学生对每章知识点和实验内容的复习、理解和掌握程度；（2）课程内容分成三次测试，每次测试按10分制评分，小测总成1,2,小测30绩30分；3,4（3）课出勤情况可考虑计入作业成绩内，具体成绩计算办法由任课教师在课堂公布。（1）主要考核学生是否能够运用仿真及实验手段解决电气工程领域复杂工程问题，并理解其局限性；是否能够独立撰写实验报告，并对实验现象和结果做出合理分析：实验105,6（2）根据每个实验的实验情况、实验报告质量和答辩情况单独评分，满分10分：取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成绩
率的关系 2 无源逆变电路实验 1）观察 PWM 脉冲和驱动信号的波形； 2）观察并分析主电路输出交流侧电压、 电流波形； 3）观察电机的运行情况，分析理论波形 与实际波形的区别。 掌握无源逆变电路的工 作原理；掌握 基本的 PWM 调制原理。 3 三相桥式全控整流 电路实验 1）分析三相全控整流制电路的工作原 理，观察触发脉冲波形； 2）测试不同情况下主电路的典型波形: α=0º、30º、60º、90º 时 ud 、id 、uT1 的波形； 3）讨论与分析实验结果，对实验过程中 出现的异常情况进行分析； 4）分析理论波形与实际波形的区别。 掌握三相桥式全控整流 电路的工作原理；掌握晶 闸管触发脉冲的特性和 控制规律。 4 有源逆变实验 1）分析有源逆变控制电路的工作原理和 工作过程； 2）测试不同负载情况下主电路直流侧和 交流侧电压和电流波形； 3）分析理论波形与实际波形的区别。 掌握有源逆变电路的工 作原理；掌握有源逆变晶 闸管触发脉冲的控制规 律。 （四）作业练习 根据每章所要求的知识点，选择有代表性的习题作为作业。 Chapter 2：2-1、2-2；Chapter 5：5-3、5-4、5-5、5-6、5-8、5-9、5-10、5-11、5-14、5-18、5- 23；Chapter 6：6-1、6-2、6-3、6-4；6-5、6-6、6-7、6-8、6-12、6-13、6-15、6-16、6-17、6-18、6- 19；Chapter 7：7-1、7-2、7-3、7-7、7-8、7-9、7-12；Chapter 8：8-1、8-2、8-10、8-11；Chapter 10： 10-2、10-4、10-5、10-6、10-7、10-8。 六、课程考核 考核 环节 建议 分值 考核/评价细则 对应的课 程目标 小测 30 （1）主要考核学生对每章知识点和实验内容的复习、理解和掌握 程度； （2）课程内容分成三次测试，每次测试按 10 分制评分，小测总成 绩 30 分； （3）课出勤情况可考虑计入作业成绩内，具体成绩计算办法由任 课教师在课堂公布。 1，2， 3，4 实验 10 （1）主要考核学生是否能够运用仿真及实验手段解决电气工程领 域复杂工程问题，并理解其局限性；是否能够独立撰写实验报告， 并对实验现象和结果做出合理分析； （2）根据每个实验的实验情况、实验报告质量和答辩情况单独评 分，满分 10 分；取各次实验成绩的平均值作为此环节的最终成 绩。 5，6
（1）考试形式为闭卷。卷面成绩100分，以卷面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）主要考核电力电子四大类基本变换电路主要原理、工作波期末形、参数计算、控制方式，电力电子器件的工作特性、缓冲电路等1, 260考试内容。考试题型为：计算题、简答题、综合题等。3,4其中，建议对应课程目标1、2的试题占20%，题型以简答题为主：对应课程目标3的试题占60%，题型以计算题和综合题为主；对应课程目标4的试题占20%，题型以简答题为主。七、本课程与其它课程的联系与分工本课程的先修课程主要是电路、模拟电子技术和数字电子技术，本课程中应用到先修课程中讲授的滤波器和闭环控制等知识。后续课程包括本科课程开关电源技术、可再生能源发电与并网技术以及研究生课程电力电子电路与系统等。本课程提供的基础知识和程序设计理念已广泛应用于工业控制、电源等领域。八、建议教材及教学参考书1.教材[1] Mohan, Undeland, Robbins. Power Electronics-Converters, Applications and Ddesign(3ndEdition)．北京：高等教育出版社.2004.2.参考书[1]Muhammad H.Rashid.Power Electronics-Circuits,Devices,andApplications.北邮出版社，2007[2] Ned Mohan. POWER ELECTRONICS(1st Edition). 2012.[3]Bose,BimalK..《ModernPowerElectronicsandACDrives》：北京.机械工业出版社.2004(B)
期末 考试 60 （1）考试形式为闭卷。卷面成绩 100 分，以卷面成绩乘以其在总 评成绩中所占的比例计入课程总评成绩。 （2）主要考核电力电子四大类基本变换电路主要原理、工作波 形、参数计算、控制方式，电力电子器件的工作特性、缓冲电路等 内容。考试题型为：计算题、简答题、综合题等。 其中,建议对应课程目标 1、2 的试题占 20%，题型以简答题为 主；对应课程目标 3 的试题占 60%，题型以计算题和综合题为主； 对应课程目标 4 的试题占 20%，题型以简答题为主。 1，2 3，4 七、本课程与其它课程的联系与分工 本课程的先修课程主要是电路、模拟电子技术和数字电子技术，本课程中应用到先修课程中讲 授的滤波器和闭环控制等知识。后续课程包括本科课程开关电源技术、可再生能源发电与并网技术 以及研究生课程电力电子电路与系统等。本课程提供的基础知识和程序设计理念已广泛应用于工业 控制、电源等领域。 八、建议教材及教学参考书 1. 教材 [1] Mohan, Undeland, Robbins. Power Electronics-Converters, Applications and Ddesign(3 nd Edition)．北京．高等教育出版社．2004． 2. 参考书 [1] Muhammad H. Rashid. Power Electronics – Circuits, Devices, and Applications．北邮出版 社．2007． [2] Ned Mohan. POWER ELECTRONICS(1 st Edition)．2012． [3] Bose, Bimal K.《Modern Power Electronics andAC Drives》. 北京. 机械工业出版社. 2004 (B)