教案设计电力电子技术.docx
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教案设计电力电子技术
青岛农业大学教案
2011～2012学年第一学期
课程名称
电力电子技术I
课程代码
课程性质
专业必修课
学时数
40
开课院（部）
机电工程学院
教研室
电气工程教研室
授课班级
电气工程及其自动化09级（1-4班），农业电气化与自动化09级（1-2班）
主讲教师
白皓然
职称
副教授
教研室主任
专业负责人
二○一一年八月
青岛农业大学教案
课程名称
电力电子技术I
授课专业
电气化
电自化
班级
1-2
1-4
课程代码
2300038
课程类型
必修课程（√）；限选课程（ ）；全校性选修课程（）
授课教师
刘晓红
职称
助教
单位
机电工程学院
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
考核方式
闭 卷（√）；开卷（）；课程论文（）
具体操作（）；多种形式结合（）
课程教学
总学时数
40学时
学分数
2.5
学时分配
课堂讲授40学时；实验课 学时；田间观察 学时
实际操作 学时；讨论 学时；上机 学时
教材名称
电力电子技术
作者
王兆安黄俊
出版社及
出版时间
机械工业出版社2005
指 定
参考资料
电力电子学–电力电子变换和控制技术
现代电力电子电路
现代电力电子器件及其应用
作者
陈坚
林渭勋
华伟、周文定
出版社及
出版时间
高等教育出版社2002
浙江大学出版社,2002
清华大学出版社，2002
授课时间
第1周至第11周；星期二第1、2节、星期四第1、2节（电自化）
第1周至第11周；星期二第3、4节、星期四第3、4节（电气化）
备注
注：
表中（）选项请打“√”
周 次
第1周，第1次课；总第 1次课
章节名称
绪论
第一章电力电子器件
1.1电力电子器件概述
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
通过本次课程的讲授了解电力电子技术的内容，用途，以及电力电子技术的历史，本课程的知识结构
教学基本内容纲要
电力电子技术绪论
一、什么是电力电子技术（即：
电力电子技术的内容）
1.电子技术可以分为：
信息电子技术、电力电子技术
2.电力变换的技术——变流技术
3．两大分支
4.与其他学科的关系
5.地位和未来（发展前景）
二、电力电子技术的发展史
三、电力电子技术的应用（结合大量的实际应用）
四、本课程的内容介绍
教学重点
与难点
重点：
电力电子器件组成系统，电力电子器件分类
教学过程
设计
复习分钟，授新课80分钟，安排讨论5分钟，
布置作业5分钟，其他分钟
作业、讨论及辅导
讨论：
电力电子技术在本专业的重要地位以及对今后学习、工作的深远影响。
课后小结
本章内容:
介绍各种器件的工作原理、基本特性、主要参数以及选择和使用中应注意的一些问题。
集中讲述电力电子器件的驱动、保护和串、并联使用这三个问题。
学习要点:
最重要的是掌握其基本特性。
掌握电力电子器件的型号命名法，以及其参数和特性曲线的使用方法。
参考资料
《电力电子技术》王兆安黄俊主编，机械工业出版社出版
周 次
第1周，第2次课；总第 2次课
章节名称
第1章电力电子器件
1.2不可控器件——二极管
1.3半控型器件——晶闸管
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
掌握电力二极管和晶闸管的原理、参数要求，理解电力二极管和晶闸管的静态、动态特性，了解电力二极管和晶闸管的一些派生器件
教学基本内容纲要
1.2不可控器件—电力二极管
1.2.1PN结与电力二极管的工作原理
1.2.3电力二极管的主要参数
1.2.4电力二极管的主要类型
1.3半控器件—晶闸管
1.3.1晶闸管的结构与工作原理
1.3.2晶闸管的基本特性
1.3.3晶闸管的主要参数
教学重点
与难点
重点：
掌握电力二极管的特性，参数的选择，晶闸管的导通原理，特性及参数的选择
难点：
晶闸管的导通原理，动态特性（关断过程）
教学过程
设计
复习分钟，授新课80分钟，安排讨论5分钟，
布置作业5分钟，其他分钟
作业、讨论及辅导
课后题：
1.2.3
辅导：
电力二极管电压电流定额的选取
课后小结
用例题的形式进一步讲解关于电力二极管和晶闸管的电压、电流定额，电力二极管和晶闸管在实际应用中的选取问题，在例题中强调有效值相等原则的使用
参考资料
《电力电子技术》王兆安黄俊主编，机械工业出版社出版
周 次
第2周，第1次课；总第 3次课
章节名称
第1章电力电子器件
1.3半控型器件——晶闸管
1.4GTRGTO
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
掌握GTO可关断的原理、参数要求，理解电力晶体管原理、静态、动态特性以及参数要求
教学基本内容纲要
1.3.4晶闸管的派生器件
1.4典型全控型器件
1.4.1门极可关断晶闸管
1）GTO的结构和工作原理
2）GTO的动态特性
3）GTO的主要参数
1.4.2电力晶体管
1）GTR的结构和工作原理
2）GTR的基本特性
（1） 静态特性
（2） 动态特性
3） GTR的主要参数
最高工作电压、 集电极最大允许电流、集电极最大耗散功率、GTR的二次击穿现象与安全工作区
教学重点
与难点
重点：
GTO可关断的原理
难点：
GTO可关断的原理
教学过程
设计
复习分钟，授新课80分钟，安排讨论5分钟，
布置作业5分钟，其他分钟
作业、讨论及辅导
课后题：
5
讨论：
GTO与晶闸管的区别，为什么同为PNPN结构，GTO可自关断，而晶闸管不能，都在哪些方面进行了改造。
课后小结
总结两种常见流控型全控器件的特点工作原理，以及电力电子器件相对于电子器件进行了那些结构上的改造，从而使得电压、电流的处理能力增大。
参考资料
《电力电子技术》王兆安黄俊主编，机械工业出版社出版
周 次
第2周，第2次课；总第 4次课
章节名称
第1章电力电子器件
1.4.3电力场效应晶体管
1.4.4绝缘栅双极晶体管
1.5其他新型电力电子器件
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
了解电力场效应管的结构原理，特性参数，掌握IGBT的工作原理，理解IGBT的特性以及相关参数选择
教学基本内容纲要
1.4.3电力场效应晶体管
1）电力MOSFET的结构和工作原理
2）电力MOSFET的基本特性
3）电力MOSFET的主要参数
1.4.4绝缘栅双极晶体管
1）IGBT的结构和工作原理
2）IGBT的基本特性
3）IGBT的主要参数
1.5其他新型电力电子器件
1.5.1MOS控制晶闸管MCT
1.5.2静电感应晶体管SIT
1.5.3静电感应晶闸管SITH
1.5.4集成门极换流晶闸管IGCT
1.5.5功率模块与功率集成电路
教学重点
与难点
重点：
IGBT的原理、特性以及参数，新型电力电子器件的分类
难点：
IGBT的原理
教学过程
设计
复习分钟，授新课80分钟，安排讨论5分钟，
布置作业5分钟，其他分钟
作业、讨论及辅导
讨论：
电力电子器件的发展方向
课后小结
总结了所学过的所有电力电子器件，并对其进行了分类，总结为一棵电力电子器件树，这样有利于学生的学习和记忆。
参考资料
《电力电子技术》王兆安黄俊主编，机械工业出版社出版
周 次
第3周，第1次课；总第 5次课
章节名称
第1章电力电子器件
1.6电力电子器件的驱动
1.7电力电子器件的保护
1.8电力电子器件的串联和并联使用
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
理解电力电子器件的驱动电路，电力电子器件的缓冲保护电路，以及电力电子器件的串并联使用
教学基本内容纲要
1.6电力电子器件器件的驱动
1.6.1电力电子器件驱动电路概述
1.6.2晶闸管的触发电路
1.6.3典型全控型器件的驱动电路
1.7电力电子器件器件的保护
1.7.1过电压的产生及过电压保护
1.7.2过电流保护
1.7.3缓冲电路
1.8电力电子器件器件的串联和并联使用
1.8.1晶闸管的串联
1.8.2晶闸管的并联
1.8.3电力MOSFET和IGBT并联运行的特点
本章小结
教学重点
与难点
重点：
理解SCR，GTR，GTO驱动电路，电力电子器件的串并联，保护以及缓冲电路的概念
难点：
各个驱动电路的理解
教学过程
设计
复习分钟，授新课80分钟，安排讨论5分钟，
布置作业5分钟，其他分钟
作业、讨论及辅导
讨论：
目前关于电力电子器件串并联的最新科研情况，以及目前国内基本情况
课后小结
对本章所学内容进行了总结，便于学习和记忆，同时讲述了当前电力电子器件的适用格局，以便使学生更好的了解电力电子器件的应用情况。
参考资料
《电力电子技术》王兆安黄俊主编，机械工业出版社出版
周 次
第3周，第2次课；总第 6次课
章节名称
第2章整流电路
2.1单相可控整流电路
2.1.1单相半波可控整流电路
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
通过对单相半波可控整流电路的工作原理的讲述，使学生对整流电路的分析及波形，各参数的计算有一个整体个概念
教学基本内容纲要
第二章整流电路
2.1单相可控整流电路
2.1.1单相半波可控整流电路
1）带电阻负载的工作情况
2）带阻感负载的工作情况
2.1.2单相桥式全控整流电路
1）带电阻负载的工作情况
2）带阻感负载的工作情况
3）带反电动势负载时的工作情况
2.1.3单相全波可控整流电路
1）带电阻负载的工作情况
2）带阻感负载的工作情况
2.1.4单相桥式半控整流电路
1）带电阻负载的工作情况
2）带阻感负载的工作情况
教学重点
与难点
重点：
理解单相半波可控整流电路，单相桥式全控整流电路在不同负载的工作原理，单相全波可控整流电路原理，以及各中电路中的参量的波形绘制，参数计算，晶闸管选择等
难点：
带反电动势时单相桥式全控整流电路的理解，波形绘制，参数计算；单相桥式半控整流电路的失控现象的理解
教学过程
设计
复习分钟，授新课80分钟，安排讨论5分钟，
布置作业5分钟，其他分钟
作业、讨论及辅导
课后题：
3、5
课后小结
总结了单相可控整流中的各种电路分别在不同负载条件下的波形绘制、各个电量的计算，并对其进行了分类，便于记忆
参考资料
《电力电子技术》王兆安黄俊主编，机械工业出版社出版
周 次
第4周，第1次课；总第 7次课
章节名称
第3章整流电路
3.2三相可控整流电路
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
掌握三相半波可控整流电路在纯电阻负载以及阻感负载时的输出电压，电流，晶闸管电压电流波形的绘制，以及各个参量的数值计算
教学基本内容纲要
3.2三相可控整流电路
3.2.1三相半波可控整流电路
三相半波可控整流电路的特点分析，自然换向点的概念
1）电阻负载
三相半波可控整流电路，纯电阻负载a=0、a=30、a=60时各个参量点波形绘制，以及相关参数的计算，晶闸管的选择。
2）阻感负载
三相半波可控整流电路，阻感负载时的电路及a=60时的波形
三相半波的主要缺点在于其变压器二次电流中含有直流分量，为此其应用较少。
教学重点
与难点
教学重点：
三相半波可控整流电路在纯电阻负载以及阻感负载时的各个参量的波形分析、绘制以及各个参量的数值计算
教学难点：
分段分析方法的使用
教学过程
设计
复习分钟，授新课80分钟，安排讨论5分钟，
布置作业5分钟，其他分钟
作业、讨论及辅导
课后题：
11
讨论：
1.对课后题第8题进行了讨论，对于此电路形式，是否存在直流磁化现象？
对于每只SCR所承受的最大正反向电压是多少？
对于此类型题如何分析？
2.辅导三相电源绘制方法
3.电力电子技术电路分段分析方法的过程
4.对于三相半波共阳极组电路，如何分析？
若克服变压器直流磁环问题，应该如何设计电路？
课后小结
对于三相半波可控整流电路的输出平均电压、电流，触发角的移相范围，直流磁化现象等进行了小结，以便对比记忆
参考资料
《电力电子技术》王兆安黄俊主编，机械工业出版社出版
周 次
第4周，第2次课；总第 8次课
章节名称
第2章整流电路
2.2三相可控整流电路
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
通过此次课程的讲述要求学生能够很好地掌握目前较为常用的整流电路——三相桥式全控整流电路的原理，能够较好的分析整流电路在各种负载条件下的波形及其电量的计算。
教学基本内容纲要
2.2.2三相桥式全控整流电路
1）带电阻负载时的工作情况
三相桥式全控整流电路的特点
2）阻感负载时的工作情况
3）定量分析
教学重点
与难点
教学重点：
三相桥式可控整流电路纯电阻负载以及阻感负载时的各个参量的波形分析以及参量的计算
教学难点：
波形绘制，由相电压到线电压，绘制十分麻烦
教学过程
设计
复习分钟，授新课80分钟，安排讨论5分钟，
布置作业5分钟，其他分钟
作业、讨论及辅导
课后题：
13
课后小结
对三相整流电路进行了总结，给出了三相半波、三相桥式全控整流电路的触发角移相范围、各个电量的计算公式归类总结，并针对每一种整流电路均给出了晶闸管电压、电流定额选择的依据。
参考资料
《电力电子技术》王兆安黄俊主编，机械工业出版社出版
周 次
第5周，第1次课；总第 9次课
章节名称
第2章整流电路
2.3变压器漏感对整流电路的影响
2.4电容滤波的不可控整流电路
2.5整流电路的谐波和功率因数
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
要求:
通过对本次课程的学习，掌握变压器漏感影响下的整流输出电压，电流波形，以及换向重叠角的计算；了解电容滤波不可控整流电路的原理及主要数量关系；理解整流电路交流侧谐波及功率因数分析方法以及整流电路输出侧电压电流的谐波特点
教学基本内容纲要
2.2变压器漏感对整流电路的影响
2.4电容滤波的不可控整流电路
2.4.1电容滤波的单相不可控整流电路
2.4.2电容滤波的三相不可控整流电路
2.5整流电路的谐波和功率因数
2.5.1谐波和无功功率分析基础
1）谐波
2）功率因数
2.5.2带阻感负载时可控整流电路交流侧谐波和功率因数分析
1）单相桥式全控整流电路
2）三相桥式全控整流电路
2.5.3整流输出电压和电流的谐波分析
教学重点
与难点
教学重点：
整流电路交流侧谐波及功率因数分析方法以及整流电路输出侧电压电流的谐波特点
教学过程
设计
复习分钟，授新课80分钟，安排讨论5分钟，
布置作业5分钟，其他分钟
作业、讨论及辅导
课后题：
18.19.20.21
课后小结
通过具体的整流电路——大功率可控整流电路（双反星形可控整流电路、多重化整流电路）的原理讲解，理解谐波和功率因数的变化情况。
参考资料
《电力电子技术》王兆安黄俊主编，机械工业出版社出版
周 次
第5周，第2次课；总第 10次课
章节名称
第2章整流电路
2.7整流电路的有源逆变工作状态
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
掌握有源逆变的条件，逆变波形绘制以及参量的数值计算；逆变失败的原因以及最小逆变角的限制
教学基本内容纲要
2.7整流电路的有源逆变工作状态
2.7.1逆变的概念
1）什么是逆变？
为什么要逆变？
2）直流发电机—电动机系统电能的流转
3）逆变产生的条件
2.7.2逆变失败与最小逆变角的限制
1）逆变失败的原因
2）确定最小逆变角βmin的依据
2.7.2三相桥整流电路的有源逆变工作状态
教学重点
与难点
教学重点：
逆变条件，逆变时电路波形绘制及参量的计算，逆变失败的概念的理解，最小逆变角的选择
教学难点：
逆变条件，逆变失败的理解
教学过程
设计
复习分钟，授新课80分钟，安排讨论5分钟，
布置作业5分钟，其他分钟
作业、讨论及辅导
课后题：
26，29，30
课后小结
通过整流电路的三个应用来进一步加强理解整流电路整流状态和逆变状态的理解。
一、直流可逆拖动控制系统；二、交流绕线式异步电动机的转子串电动势调速系统；三、高压直流输电系统
参考资料
《电力电子技术》王兆安黄俊主编，机械工业出版社出版
周 次
第6周，第1次课；总第 11次课
章节名称
第2章整流电路
2.9相控电路的驱动控制
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
要求通过被次课程的学习，对晶闸管触发电路有一个较全面完整的理解，为下一步的实验课程打下良好的基础，并且能够对晶闸管触发电路进行简单的设计。
教学基本内容纲要
2.9相控电路的驱动控制
2.9.1同步信号为锯齿波的触发电路
1）脉冲形成环节
2）锯齿波的形成和脉冲移相环节
3）同步环节
4）双窄脉冲形成环节
2.9.2集成触发器
2.9.3触发电路的定相
触发电路的定相——触发电路应保证每个晶闸管触发脉冲与施加于晶闸管的交流电压保持固定、正确的相位关系。
本章小结
教学重点
与难点
重点与难点：
同步信号为锯齿波的触发电路，以及定相的理解，同步变压器加滤波环节后，变压器的方式的变换
教学过程
设计
复习分钟，授新课80分钟，安排讨论5分钟，
布置作业5分钟，其他分钟
作业、讨论及辅导
课后题：
31题
讨论：
同步变压器滤波后，滞后角度的变化对同步变压器联结方式的影响。
课后小结
通过对本章内容进行小结，使学生更好的了解本章的重点内容，以便重点记忆，同时使零散的知识点有了一个纲要，便于学习。
参考资料
《电力电子技术》王兆安黄俊主编，机械工业出版社出版
周 次
第6周，第2次课；总第 12次课
章节名称
第3章直流斩波电路
3.1基本斩波电路
3.1.1降压斩波电路
3.1.2升压斩波电路
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
要求掌握降压斩波电路和升压斩波电路这两种最为常见的两种斩波电路的工作原理及波形分析，为其他类型的斩波电路的分析打下良好的基础，同时还要对这两种斩波电路的应用有所了解。
教学基本内容纲要
第3章直流斩波电路
3.1基本斩波电路
3.1.1降压斩波电路
电路结构
典型用途之一是拖动直流电动机，也可带蓄电池负载。
工作原理
3.1.2升压斩波电路
电路结构
工作原理
电压升高得原因：
电感L储能使电压泵升的作用，电容C可将输出电压保持住
升压斩波电路典型应用
一是用于直流电动机传动
二是用作单相功率因数校正（PFC）电路
三是用于其他交直流电源中
教学重点
与难点
教学重点：
升压斩波电路和降压斩波电路的基本工作原理及其波形分析
教学难点：
升压斩波电路的应用——直流电动机的回馈制动
教学过程
设计
复习分钟，授新课80分钟，安排讨论5分钟，
布置作业5分钟，其他分钟
作业、讨论及辅导
课后题：
1，4
课后小结
升压斩波电路的理解十分抽象，因此要着重讲述升压斩波电路的应用（直流电动机回馈制动），以便学生更好的理解其工作原理。
参考资料
《电力电子技术》王兆安黄俊主编，机械工业出版社出版
周 次
第8周，第1次课；总第 13次课
章节名称
第3章直流斩波电路
3.1基本斩波电路
3.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
3.1.4Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
授课方式
课堂讲授（√）；实验（ ）；田间观察（ ）
实际操作（ ）；讨论（ ）；上 机（ ）
教学时数
2
授课方法
和手段
课堂讲授
教学目的
与要求
要求掌握升降压斩波电路和Cuk斩波电路的工作原理，了解Sepic斩波电路和Zeta斩波电路的工作原理以及其波形分析。
教学基本内容纲要
3.1.3升降压斩波电路和Cuk斩波电路
1）升降压斩波电路
●电路结构
●基本工作原理
●结论
2）Cuk斩波电路
●基本工作原理
●优点（与升降压斩波电路相比）：
3.1.4Sepic斩波电路和Zeta斩波电路
●电路结构
●Speic电路原理
●Zeta斩波电路原理
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