电力电子学C01039_电力电子学a091001

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《电力电子学》课程教学大纲

课程代码：C01039

课程名称：电力电子学（中文）/Power Electronics（英文）

课程总学时/学分：48/3学分（其中理论40学时，实验8学时）

适用专业：电子信息工程专业

一、教学目的和任务

《电力电子学》是电子信息工程专业的专业选修课，主要介绍晶闸管、现代场控器件的工作原理、特性及其应用技术，论述各种典型的电能变换电路的工作原理、波形分析及定量计算。

使学生掌握各类晶闸管、自关断器件构成的电力电子装置与系统，了解各种典型的电力电子变换电路的工作原理、分析及方法，为后续课程的学习打好基础。

二、教学基本要求

《电力电子学》是电气信息类专业基础课程，与电力系统及其自动化、现代控制理论、材料科学、电机工程、微电子技术等领域密切相关，本课程具有明显的工程技术背景和注重工程实际应用的特点，在培养本专业人才中占有重要地位。

通过本课程的学习，学生将全面、系统地了解和掌握电力电子电路设计的方法和基础理论，这是学习后续专业课必备的基础，同时也是加强学生专业素质的重要环节。因此本课程的教学直接关系到学生专业基础知识是否扎实，能否具备全面，良好的专业素质。在学习过程中，要求学生具备严谨，科学的态度，求实的作风，为今后进一步从事电力电子器件、产品开发，工厂生产管理及相关领域的工作打下理论基础。

三、教学内容与学时分配

第一章电力电子概述（6学时）

1、知识点：电力电子技术的定义，电力电子技术和其它学科的关系，电力电子技术的发展地位和未来，电力电子变换的类型，电力电子技术的发展史，电力电子技术的应用，21世纪电力电子技术的前景。

2、重点与难点：电力电子技术的定义，电力电子变换的类型，电力电子技术的应用。

3、习题与作业：

（1）试说明晶闸管有哪些派生器件？

（2）试说明智能化电力半导体功率模块IPM和PEBB之间主要有什么区别？

（3）试说明电力电子技术的定义，古典电力电子技术和现代电力电子技术之间主要有什么区别？

（4）试分析电力电子技术的三大类应用领域的具体应用情况。

（5）试说明电力电子半导体器件发展中的第一代和第二代发展平台器件是哪两种？它们的中英文全称分别是什么？它们的英文缩写又是什么？

第二章电力半导体器件的基本原理、特性及参数（6学时）

1、知识点：电力半导体器件的发展史，电力半导体器件的种类及其应用，半导体整流管、晶闸管、可关断晶闸管、电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极型晶体管及其它新型电力电子器件系统的基本原理、特性及参数，电力半导体器件的的功率损耗和冷却。

2、重点与难点：各种全控型场控电力半导体器件的工作原理、特性及主要参数。

3、习题与作业：

（1）试说明晶闸管有哪些派生器件？

（2）试说明智能化电力半导体功率模块IPM和PEBB之间主要有什么区别？

（3）试说明古典电力电子技术和现代电力电子技术之间主要有什么区别？

（4）试分析电力电子技术的三大类应用领域的具体应用情况。

（5）试说明电力电子半导体器件发展中的第一代和第二代发展平台器件是哪两种？它们的中英文全称分别是什么？它们的英文缩写又是什么？

第三章现代电力电子数字控制技术基础（6学时）

1、知识点：PWM控制技术，空间矢量和坐标变换，通用瞬时功率理论简介，电力电子数字控制结构，微控制器（MCU），数字信号处理器（DSP），复杂可编程逻辑器件（CPLD），运算放大器的选择、电力电子控制常用运放电路。

2、重点与难点：PWM控制技术，空间矢量和坐标变换，通用瞬时功率理论简介，电力电子控制常用运放电路。

3、习题与作业：

（1）试说明PWM控制方式分为哪几大类？

（2）试说明SPWM的中英文全称是什么，分析它的基本控制思想。

（3）试说明SVPWM的中英文全称是什么，分析它的基本控制思想。

（4）试分析自然采样和规则采样PWM的不同之处。

（5）试分析对称和不对称规则采样PWM的不同之处。

（6）试证明坐标变换矩阵C 是正交矩阵，即有C-1 =CT。

（7）为什么说新的通用瞬时功率理论包含了传统的基于周期平均值的功率定义呢？试分析其理由。

（8）在电力电子数字控制系统中，选择高集成度的微控制器产品有什么优点？

（9）在电力电子数字控制系统中，CPLD 的作用是什么？

（10）试比较分析TMS320F2812 与ADSP21992 两种电机控制专用DSP芯片的特点。

（11）试分析选择运算放大器的原则。

第四章AC/DC变换技术（6学时）

1、知识点：整流器的定义和分类，整流器的性能指标，单相相控整流电路，三相相控整流电路，大容量相控整流电路，相控整流电路的换相压降，整流电路的谐波分析，有源逆变电路，晶闸管相控电路的驱动控制，PWM整流电路基本组成、控制技术基本原理及其控制方法。

2、重点与难点：AC/DC变流器的分类，单相整流器电路，三相AC/DC整流器，整流电路的主要性能指标，电力公害及其改善措施，boost PFC 控制技术，高频PWM整流器控制技术。

3、习题与作业：

（1）试说明PWM高频整流器能够解决什么技术问题？

（2）试分析三相PWM整流器的实际应用主电路。它有哪几个部分组成？各自起到什么作用？

（3）试分析三相PWM整流器有哪几种控制方式？各有什么特点？

（4）试分析Boost PFC单相整流器的主电路具有什么样的特点？它有哪几种电流控制方案？在采用集成控制芯片UC3854A/B的实际应用中采用的又是哪种控制方式？

第五章AC/AC变换技术（0学时/自学）

1、知识点：AC/AC变换电路的工作原理，AC/AC变换电路的典型电路。

2、重点与难点：AC/AC变换电路的工作原理和波形分析。

3、习题与作业：

（1）何谓自然关断和强迫关断？

（2）是否场控器件的关断都属于强迫关断？

（3）简述如何减少AC/AC变换器输出侧的谐波？

（4）AC/AC变换器中，能否使用自关断器件？

（5）AC/AC变换器能否用于低频感应加热？

第六章DC/AC变换技术（6学时）

1、知识点：概述及逆变器分类，基本的逆变器电路，三相逆变器，逆变器输出参数及谐波的控制，高频PWM逆变器控制技术。

2、重点与难点：无源逆变电路及其控制技术。

3、习题与作业：

（1）请说明有源逆变与无源逆变的异同点？

（2）请说明整流器、逆变器和变流器三个概念之间的差别？

（3）试分析三相PWM逆变器的实际主电路。它有哪几个部分组成？各自起到什么作用？

（4）试说明PWM逆变器有哪两种主要的控制方式？各自具有什么样的技术特点？

（5）试说明PWM逆变器的主要性能指标有哪些?

第七章DC/DC变换技术（6学时）

1、知识点：直流斩波器的基本工作原理，直流斩波器（Buck、Boost、Buck-Boost电路），高频开关电源变换器（反激式、正激式、推挽式和全桥式），谐振式DC/DC变换器简介。

2、重点与难点：各种斩波电路的工作原理，谐振开关技术中零电压、零电流和多谐振三种谐振开关电路的原理分析。

3、习题与作业：

（1）试说明直流斩波器主要有哪几种电路结构？试分析它们各有什么特点？

（2）试分析反激式和正激式变换器的工作原理。

（3）试分析全桥式变换器的工作原理。

（4）试说明软开关技术包括哪两个核心内容？

第八章电力电子系统可靠性概述（4学时）

1、知识点：可靠性的基本概念，常用的可靠性指标，电磁兼容概述。

2、重点与难点：可靠性的基本概念及常用的可靠性指标。

3、习题与作业：

（1）试说明可靠性的概念。

（2）试说明常用的可靠性指标有哪几个？各代表什么含义？

（3）试说明电磁兼容的含义。

（4）试说明在电力电子系统中的电磁兼容具有什么固有的特点？

四、教学方法及手段

1、教学方法

《电力电子学》是电气信息类专业基础课程，它对实践性教学环节要求高，如果教师不注意讲课的教学方法，有可能得不到好的教学效果。因此，在多年的教学实践过程中，本课程已逐步形成一套较成熟的教学法。

（1）每位教师在通过试讲前，必须编写好讲课笔记（青年教师可以参考老教师的经验）、特别需要在讲课笔记中表明重点、难点之处、（实验室）现场教学之处、扩充知识之处等。

（2）为了使课程教学内容主动适应社会对人才的要求，本课程不断融入新的学科、新的知识和新的技术，适时删除陈旧的内容。对于重组的教学内容，在教学的方式方法上要有别于传统的教学模式。

（3）提高学生的学习兴趣和主动性，加强实践动手能力。

（4）由于该课程知识点较多，教学内容缺乏连贯性，推理性，因而在教学上除重视演绎和推理外，我们同时增强了对学生归纳、分析、综合各种知识的能力培养。特别重视启发式教学的应用及学生自身动手能力、实践能力、分析问题、解决问题的能力的培养和锻炼。

（5）多媒体教学与展示教学相结合2005年8月我们制作并完成了CAI课件，通过动画演示，现场摄像等方式完善教学手段，收到了明显的效果。

（6）运用启发，讨论，互动式的教学方法，激发学生的学习积极性。

2.教学手段

本课程利用电子讲稿和课件进行多媒体讲授，在实践性教学中采用计算机辅助教学和现场教学，取得了良好的效果。

五、实验或上机内容

实验一：现代电力电子器件

实验二：相控整流和逆变电路

实验三：直流变换电路

合计8学时

六、先修课程、后续课程

先修课程：电路理论、模拟与数字电子技术、电机与拖动 后续课程：交流调速系统、电力电子装置及系统

七、考核方式

1、实验成绩占30%；

2、闭卷笔试或者面试占70%。

八、教材及主要参考资料

[1] 陈坚.电力电子学.高等教育出版社，2002年8月

[2] 赵良柄.现代电力电子技术基础.清华大学出版社，2000年7月

[3] 黄俊.半导体变流技术.机械工业出版社，1980年7月

[4] 林渭勋等.电力电子技术基础.机械工业出版社，1990年10月

[5] 顾廉楚.电力半导体器件原理.机械工业出版社，1989年7月

[6] 肖强晖.现代电力电子技术.光明日报出版社，2002年10月

执笔人：肖强晖2007年08月04日

审核人：2007年08月04日

批准人：2007年08月04日