教案电力电子技术

电自化

1-4

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

具体操作（  ）；多种形式结合（  ）

总学时数

实际操作　 学时； 讨  论　　学时； 上    机　　学时

出版时间

参考资料

现代电力电子电路 

现代电力电子器件及其应用

林渭勋

华伟、周文定

出版时间

浙江大学出版社, 2002

清华大学出版社，2002

第1周至第11周；星期二第3、4节、星期四第3、4节（电气化）

第一章电力电子器件

1.1电力电子器件概述

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

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

与难点

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

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。

1.2  不可控器件——二极管

1.3  半控型器件——晶闸管

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

1.2.1  PN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

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

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

辅导：电力二极管电压电流定额的选取

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

1.3半控型器件——晶闸管

1.4GTR GTO

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

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

与难点

难点： GTO可关断的原理

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

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。

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

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

教学基本内容纲要

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

1.5.1   MOS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

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

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

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

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

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

与难点

难点： 各个驱动电路的理解

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

2.1   单相可控整流电路

2.1.1   单相半波可控整流电路

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

2

和手段

课堂讲授

与要求

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

与难点

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

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

3.2   三相可控整流电路

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

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。

与难点

教学难点：分段分析方法的使用 

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

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？

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

2.2 三相可控整流电路

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

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

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

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

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

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

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

与难点

教学过程

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

2.7   整流电路的有源逆变工作状态

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

教学基本内容纲要

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

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

与难点

教学难点：逆变条件，逆变失败的理解

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

2.9 相控电路的驱动控制

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

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

与难点

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

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。

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

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

2

和手段

课堂讲授

与要求

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

与难点

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

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

3.1   基本斩波电路

3.1.3   升降压斩波电路和Cuk斩波电路

3.1.4   Sepic斩波电路和Zeta斩波电路

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

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）：

3.1.4   Sepic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

与难点

教学重点与难点：升降压斩波电路Cuk斩波电路工作原理

教学过程

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

3.2 复合斩波电路和多相多重斩波电路

3.2.1  电流可逆斩波电路 

3.2.2  桥式可逆斩波电路

3.2.3多相多重斩波电路

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

3.2.1  电流可逆斩波电路 

降压斩波电路与升压斩波电路组合。此电路电动机的电枢电流可正可负，但电压只能是一种极性，故其可工作于第1象限和第2象限。

电路结构

工作过程（三种工作方式)

3.2.2  桥式可逆斩波电路

两个电流可逆斩波电路组合起来，分别向电动机提供正向和反向电压。

3.2.3多相多重斩波电路

基本概念

3相3重降压斩波电路特点

与难点

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

本章介绍了6种基本斩波电路、2种复合斩波电路及多相多重斩波电路。

本章的重点是，理解降压斩波电路和升压斩波电路的工作原理，掌握这两种电路的输入输出关系、电路解析方法、工作特点

直流传动是斩波电路应用的传统领域，而开关电源则是斩波电路应用的新领域，前者的应用在逐渐萎缩，而后者的应用是电力电子领域的一大热点。

4.1交流调压电路

4.2  其他交流电力控制电路

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

2

和手段

课堂讲授

与要求

  4.1  交流调压电路

  4.1.1  单相交流调压电路

4.1.2  三相交流调压电路

典型用例——晶闸管控制电抗器

4.2  其他交流电力控制电路

4.2.1  交流调功电路

交流调功电路与交流调压电路的异同比较

谐波情况

优点  响应速度快，无触点，寿命长，可频繁控制通断。

晶闸管投切电容

与难点

教学难点：单相交流调压电路在阻感负载情况下的工作情况分析

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

4.3.1单相交交变频器

4.3.2  三相交交变频器

  4.4矩阵式变频电路

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

2

和手段

课堂讲授

与要求

1) 电路构成和基本工作原理

2)  整流与逆变工作状态

3）输出正弦波电压的调制方法

4)  输入输出特性

（1）输出上限频率  

      (2) 输入功率因数

 (3) 输出电压谐波

(4) 输入电流谐波

4.3.2  三相交交变频器

4.4矩阵式变频电路

与难点

教学难点：交交变频电路的输出正弦波电压的调制方法，矩阵式变频电路的分析

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

 5.1   换流方式

5.2   电压型逆变电路

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

课堂讲授

与要求

  5.1   换流方式

5.1.1  逆变电路的基本工作原理

以单相桥式逆变电路为例说明最基本的工作原理

5.1.2  换流方式分类

换流——电流从一个支路向另一个支路转移的过程，也称为换相。

5.2   电压型逆变电路

5.2.1   单相电压型逆变电路

1）半桥逆变电路

2) 全桥逆变电路

5.2.2   三相电压型逆变电路

三个单相逆变电路可组合成一个三相逆变电路

应用最广的是三相桥式逆变电路

与难点

教学难点：换流方式的原理及其应用的理解，单相桥式电压型逆变电路的移相调压控制

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

5.3   电流型逆变电路

5.4  多重逆变电路和多电平逆变电路

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

5.3.1     单相电流型逆变电路

5.3.2     单相电流型逆变电路

实例：

无换向器电动机

电流型三相桥式逆变器驱动同步电动机，负载换流。

工作特性和调速方式和直流电动机相似，但无换向器，因此称为无换向器电动机。

5.4  多重逆变电路和多电平逆变电路

与难点

教学难点：并联谐振式逆变电路的理解

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

6.1  PWM控制的基本原理

6.2　PWM逆变电路及其控制方法

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

和手段

与要求

6.1  PWM控制的基本原理

1）重要理论基础——面积等效原理

2）PWM电流波

      电流型逆变电路进行PWM控制，得到的就是PWM电流波。

6.2　PWM逆变电路及其控制方法

目前中小功率的逆变电路几乎都采用PWM技术。

逆变电路是PWM控制技术最为重要的应用场合。

本节内容构成了本章的主体。

PWM逆变电路也可分为电压型和电流型两种，目前实用的PWM逆变电路几乎都是电压型电路。

6.2.1  计算法和调制法

与难点

教学难点：调制法，单双极性控制方法

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟

6.2　PWM逆变电路及其控制方法

6.2.2  异步调制和同步调制

实际操作（　）；讨  论（　）；上　　机（　）

2

和手段

课堂讲授

与要求

载波比——载波频率fc与调制信号频率fr之比，N= fc / fr

根据载波和信号波是否同步及载波比的变化情况，PWM调制方式分为异步调制和同步调制。

1） 异步调制——载波信号和调制信号不同步的调制方式

　　2） 同步调制——载波信号和调制信号保持同步的调制方式，当变频时，使载波与信号波

3）分段同步调制——异步调制和同步调制的综合应用。

6.2.3  规则采样法

1）自然采样法：

2）规则采样法

     工程实用方法，效果接近自然采  样法，计算量小得多。

3）三相桥逆变电路的情况

6.2.4PWM逆变电路的谐波分析

6.2.5提高直流电压利用率和减少开关次数

6.2.6PWM逆变电路的多重化

与难点

教学难点： 提高直流电压利用率和减少开关次数；PWM逆变电路的多重

设计

              布置作业 5  分钟，其他       分钟