《電力電子技術(shù)》教學(xué)大綱

《電力電子技術(shù)》教學(xué)大綱適用范圍：202X版本科人才培養(yǎng)方案課程代碼：05156161課程性質(zhì)：專業(yè)必修課學(xué)分：3學(xué)分學(xué)時(shí)：48學(xué)時(shí)（理論40學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)8學(xué)時(shí)）先修課程：電路原理、模擬電子技術(shù)A、數(shù)字電子技術(shù)A等后續(xù)課程：新能源發(fā)電技術(shù)A適用專業(yè)：智能電網(wǎng)信息工程開課單位：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院一、課程說明《電力電子技術(shù)》是智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)的一門學(xué)科基礎(chǔ)必修課程。本課程主要傳授電力電子技術(shù)基本知識(shí)、基本電路與分析計(jì)算方法，為學(xué)習(xí)其他有關(guān)課程及以后從事技術(shù)工作打下必要的基礎(chǔ)。本課程注重基本電路的深入學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)運(yùn)用電力電子基礎(chǔ)理論知識(shí)解決生產(chǎn)實(shí)際中問題的能力，兼顧新技術(shù)、新工藝及其發(fā)展方向的介紹，培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、寬口徑、高素質(zhì)、強(qiáng)能力”的人才。二、課程目標(biāo)通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生達(dá)到如下目標(biāo)：課程目標(biāo)1：掌握電力電子技術(shù)的基本概念；掌握電力電子器件的結(jié)構(gòu)、原理、特性和使用方法，能夠合理地選擇電力電子器件；掌握基本電力電子電路的結(jié)構(gòu)、工作原理和波形分析；掌握PWM技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)的基本原理。課程目標(biāo)2：能夠依據(jù)電力電子技術(shù)的分段線性分析的基本思想，對(duì)電力電子電路進(jìn)行工作原理和輸出波形的分析以及參數(shù)的計(jì)算；能夠正確完成基本電力電子裝置的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試；能夠從實(shí)際應(yīng)用的角度去分析工程需求，提高動(dòng)手和分析設(shè)計(jì)能力。課程目標(biāo)3：能夠就電力電子技術(shù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)撰寫研究報(bào)告和設(shè)計(jì)文件；同時(shí)具有一定交流能力，能夠就實(shí)際電力電子電路的問題和同學(xué)、老師進(jìn)行有效溝通和交流，包括文獻(xiàn)查找、發(fā)言陳述和清晰表達(dá)。三、課程目標(biāo)與畢業(yè)要求《電力電子技術(shù)》課程教學(xué)目標(biāo)對(duì)智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)畢業(yè)要求的支撐見表1。表1課程教學(xué)目標(biāo)與畢業(yè)要求關(guān)系畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)課程目標(biāo)支撐強(qiáng)度1.工程知識(shí)1.4能夠綜合運(yùn)用智能電網(wǎng)信息工程專業(yè)知識(shí)，通過對(duì)擬定方案的交流、比較和優(yōu)化，解決復(fù)雜工程問題。課程目標(biāo)1：掌握電力電子技術(shù)的基本概念；掌握電力電子器件的結(jié)構(gòu)、原理、特性和使用方法，能夠合理地選擇電力電子器件；掌握基本電力電子電路的結(jié)構(gòu)、工作原理和波形分析；掌握PWM技術(shù)和軟開關(guān)技術(shù)的基本原理。H2.問題分析2.2能夠用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)等相關(guān)基本原理，對(duì)本專業(yè)領(lǐng)域復(fù)雜工程問題進(jìn)行分析，獲得多種解決方案。課程目標(biāo)2：能夠依據(jù)電力電子技術(shù)的分段線性分析的基本思想，對(duì)電力電子電路進(jìn)行工作原理和輸出波形的分析以及參數(shù)的計(jì)算；能夠正確完成基本電力電子裝置的實(shí)驗(yàn)和調(diào)試；能夠從實(shí)際應(yīng)用的角度去分析工程需求，提高動(dòng)手和分析設(shè)計(jì)能力。H4.研究4.2能夠結(jié)合智能電網(wǎng)信息工程問題的具體需求，應(yīng)用科學(xué)原理并采用科學(xué)方法選擇研究路線，設(shè)計(jì)可行的實(shí)驗(yàn)方案。課程目標(biāo)3：能夠就電力電子系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計(jì)撰寫研究報(bào)告和設(shè)計(jì)文件；同時(shí)具有一定交流能力，能夠就實(shí)際電力電子電路的問題和同學(xué)、老師進(jìn)行有效溝通和交流，包括文獻(xiàn)查找、發(fā)言陳述和清晰表達(dá)。M注：表中“H（高）、M（中）”表示課程與相關(guān)畢業(yè)要求的關(guān)聯(lián)度。四、教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配1.理論部分理論部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表2。表2教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求，教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)理論學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.緒論1.1什么是電力電子技術(shù)1.2電力電子技術(shù)的發(fā)展史1.3電力電子技術(shù)的應(yīng)用教學(xué)要求：使學(xué)生掌握電力電子技術(shù)的基本概念和電力變換分類；了解電力電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。重點(diǎn)：電力電子技術(shù)的基本概念。難點(diǎn)：電力變換技術(shù)的分類。212電力電子器件2.1電力電子器件概述2.2不可控器件2.3半控型器件2.4典型全控型器件及其他器件教學(xué)要求：使學(xué)生了解電力電子器件的概念與特征；了解電力電子系統(tǒng)的組成；掌握不可控器件-電力二極管的工作原理與基本特性；掌握半控型器件-晶閘管的各種參數(shù)，能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用計(jì)算所需晶閘管的參數(shù)；掌握四種典型全控型器件的工作原理與基本特性。重點(diǎn)：半控型器件-晶閘管的各種參數(shù)，能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用計(jì)算所需晶閘管的參數(shù)。難點(diǎn)：能夠根據(jù)實(shí)際應(yīng)用計(jì)算所需晶閘管的參數(shù)。421、23.整流電路3.1單相整流電路3.2三相可控整流電路3.3變壓器漏感對(duì)整流電路的影響3.4整流電路的有源逆變3.5整流電路的相位控制教學(xué)要求：使學(xué)生了解整流電路的分類與電路結(jié)構(gòu)；掌握觸發(fā)角等物理概念；對(duì)變流電路的分段線性的特征有所認(rèn)知；掌握單相可控整流電路和三相可控整流電路的組成和工作原理，能夠根據(jù)控制信息和負(fù)載特性對(duì)輸出波形進(jìn)行分析和參數(shù)計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行器件選擇；了解變壓器漏感對(duì)整流電路造成影響的原因；了解整流電路的有源逆變工作狀態(tài)，掌握整流電路發(fā)生有源逆變的條件。重點(diǎn)：?jiǎn)蜗嗫煽卣麟娐泛腿嗫煽卣麟娐返慕M成和工作原理，能夠根據(jù)控制信息和負(fù)載特性對(duì)輸出波形進(jìn)行分析和參數(shù)計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行器件選擇。難點(diǎn)：能夠根據(jù)控制信息和負(fù)載特性對(duì)輸出波形進(jìn)行分析和參數(shù)計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行器件選擇。1821、2、34.逆變電路4.1換流方式4.2電壓型逆變電路4.3電流型逆變電路教學(xué)要求：使學(xué)生了解四種換流方式；能夠?qū)Φ湫碗娐返膿Q流方式進(jìn)行分析；掌握電壓型逆變電路的特點(diǎn)、組成、工作原理與輸出波形；了解電流型逆變電路的特點(diǎn)、組成。重點(diǎn)：電壓型逆變電路的特點(diǎn)、組成、工作原理與輸出波形。難點(diǎn)：電壓型逆變電路的工作原理與輸出波形；根據(jù)器件的控制規(guī)律分析推斷輸出電壓的波形。51、2、35.直流斬波電路5.1基本斬波電路5.2隔離直流變換電路教學(xué)要求：使學(xué)生理解和掌握降壓斬波電路和升壓斬波電路的組成、工作原理與輸出特性；隔離直流-直流變換電路的組成、工作原理。掌握能夠利用升降壓斬波電路的工作原理對(duì)輸出波形進(jìn)行分析計(jì)算。重點(diǎn)：降壓斬波電路和升壓斬波電路的組成、工作原理與輸出特性。521、2、36.交流-交流變流電路6.1單相交流調(diào)壓電路6.2單相交流調(diào)功電路教學(xué)要求：使學(xué)生了解單相交流調(diào)壓電路的組成、工作原理與輸出波形；交流調(diào)壓、交流調(diào)功電路和交流電力電子開關(guān)的概念和工作原理；能夠?qū)蜗嘟涣髡{(diào)壓電路在不同負(fù)載、不同控制情況下的輸出波形進(jìn)行分析，對(duì)輸出功率等進(jìn)行定量計(jì)算。重點(diǎn)：能夠?qū)蜗嘟涣髡{(diào)壓電路在不同負(fù)載、不同控制情況下的輸出波形進(jìn)行分析，對(duì)輸出功率等進(jìn)行定量計(jì)算。221、2、37.PWM控制技術(shù)7.1PWM控制7.2PWM逆變電路教學(xué)要求：使學(xué)生了解PWM控制的概念和基本原理；了解PWM在單相橋式逆變電路及控制方法；能夠區(qū)別單極型調(diào)制和雙極性調(diào)制,理解不同調(diào)制方式下載波與調(diào)制信號(hào)的比較與輸出波形的關(guān)系。重點(diǎn)：PWM控制技術(shù)的基本原理。21、28.軟開關(guān)技術(shù)8.1軟開關(guān)技術(shù)教學(xué)要求：使學(xué)生了解軟硬開關(guān)的概念，能夠區(qū)分軟硬開關(guān)的工作過程。重點(diǎn)：軟硬開關(guān)的工作過程。21、2合計(jì)4082.實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分的教學(xué)內(nèi)容、基本要求與學(xué)時(shí)分配見表3。表3實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)對(duì)應(yīng)的課程目標(biāo)1.SCR/GTR/GTO/MOSFET/IGBT特性實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.晶閘管（SCR）特性實(shí)驗(yàn)；2.可關(guān)斷晶閘管（GTO）特性實(shí)驗(yàn)；3.功率場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）特性實(shí)驗(yàn)；4.大功率晶體管（GTR）特性實(shí)驗(yàn)；5.絕緣雙極型晶體管（IGBT）特性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)要求：了解各類電力電子器件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、應(yīng)用場(chǎng)合，掌握電力電子器件的定義、功能，掌握電力電子器件的使用方法。212.鋸齒波同步觸發(fā)電路的單相橋式半控整流電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.鋸齒波同步觸發(fā)電路調(diào)試；2.單相橋式半控整流電路帶電阻性負(fù)載；3.單相橋式半控整流電路帶電感性負(fù)載。實(shí)驗(yàn)要求：了解觸發(fā)電路基本組成，分析觸發(fā)電路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理性，掌握單相橋式半控整流電路工作原理。223.基于IGBT的斬波器電路實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.斬波器觸發(fā)信號(hào)的調(diào)試；2.降壓斬波器電路連接、調(diào)試和輸出測(cè)試。實(shí)驗(yàn)要求：了解降壓斬波器電路工作原理，掌握降壓斬波器電路調(diào)試和輸出波形。224.單相交流調(diào)壓與調(diào)功電路的性能實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1.單相交流調(diào)壓觸發(fā)電路的測(cè)試；2.單相交流調(diào)壓電路帶電阻性的測(cè)試；3.單相交流調(diào)壓電路帶感性負(fù)載的測(cè)試。實(shí)驗(yàn)要求：了解單相交流電路連接，掌握電路調(diào)試和輸出波形。22合計(jì)8五、教學(xué)方法及手段本課程以課堂講授為主，結(jié)合討論、案例、視頻資源共享、實(shí)驗(yàn)等教學(xué)手段完成課程教學(xué)任務(wù)和相關(guān)能力的培養(yǎng)。學(xué)生比較全面地理解電力電子技術(shù)電路分析的基本方法與工作原理，在掌握對(duì)變流電路的分段線性的特征分析方法基礎(chǔ)上，具有進(jìn)行電力電子技術(shù)典型電路的初步分析能力。以“少而精”為原則，精選教學(xué)內(nèi)容，精講多練；安排習(xí)題課，鞏固課堂所學(xué)知識(shí)；在實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)中，通過啟發(fā)式教學(xué)、討論式教學(xué)，加深學(xué)生對(duì)電力電子技術(shù)的基本理論、基本知識(shí)的理解和基本技能的掌握。培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、實(shí)際動(dòng)手能力，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。六、課程資源1.推薦教材：（1）王兆安.電力電子技術(shù)（第5版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2018.2.參考書：（1）王兆安.電力電子技術(shù)（第四版）[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2017.（2）崔晶.電力電子技術(shù)項(xiàng)目教程[M].成都:西南交通大學(xué)出版社,2017.（3）徐德鴻.電力電子技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2018.（4）阮新波.電力電子技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社出版時(shí)間,2021.3.期刊文章：（1）陳亦文,江加輝等.單相電流型PWM逆變技術(shù)綜述[J].電源學(xué)報(bào),2017,15(01):111-118.（2）袁義生.電力電子電路PCB電場(chǎng)串?dāng)_及屏蔽研究[J].電子器件,2020,43(06):1215-1221.（3）張逸成.電力電子設(shè)備傳導(dǎo)噪聲抑制措施研究綜述[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2017,32(14):77-86.（4）任明煒.弱電網(wǎng)下并網(wǎng)逆變器電流控制策略的研究[J].電力電子技術(shù),2019,53(07):107-110.（5）GuannanLou.Animprovedcontrolstrategyofvirtualsynchronousgeneratorundersymmetricalgridvoltagesag[J].InternationalJournalofElectricalPowerandEnergySystems,2020,121:115-135.4.網(wǎng)絡(luò)資源：（1）蔣啟龍.電力電子技術(shù).2021年9月，/course/SWJTU-1002526018（2）王明彥.電力電子技術(shù).2018年7月，/course/HIT-1002540001七、課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐課程成績(jī)由過程性考核成績(jī)和期末考核成績(jī)兩部分構(gòu)成，具體考核/評(píng)價(jià)細(xì)則及對(duì)課程目標(biāo)的支撐關(guān)系見表4。表4課程考核對(duì)課程目標(biāo)的支撐考核環(huán)節(jié)占比考核/評(píng)價(jià)細(xì)則課程目標(biāo)123過程性考核測(cè)驗(yàn)16（1）根據(jù)課堂出勤情況和測(cè)驗(yàn)情況進(jìn)行考核，滿分100分。（2）以平時(shí)考核成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。√√√664實(shí)驗(yàn)12（1）根據(jù)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)操作完成情況和實(shí)驗(yàn)報(bào)告質(zhì)量單獨(dú)評(píng)分，滿分100分；（2）每次實(shí)驗(yàn)單獨(dú)評(píng)分，取各次實(shí)驗(yàn)成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以實(shí)驗(yàn)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！?2作業(yè)12（1）主要考核學(xué)生對(duì)各章節(jié)知識(shí)點(diǎn)的復(fù)習(xí)、理解和掌握程度，滿分100分；（2）每次作業(yè)單獨(dú)評(píng)分，取各次成績(jī)的平均值作為此環(huán)節(jié)的最終成績(jī)。（3）以作業(yè)成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)?！獭獭?52期末考核60（1）卷面成績(jī)100分，以卷面成績(jī)乘以其在總評(píng)成績(jī)中所占的比例計(jì)入課程總評(píng)成績(jī)。（2）主要考核電力變換的基本電路結(jié)構(gòu)形式、不同負(fù)載工作情況、電力電子器件的選擇以及典型電路工作原理等內(nèi)容。（3）考試題型為：選擇題、填空題、簡(jiǎn)答題、繪圖題和分析計(jì)算題等?！獭獭?52510合計(jì)：100分364816八、考核與成績(jī)?cè)u(píng)定1.考核方式及成績(jī)?cè)u(píng)定考核方式：本課程主要以測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)、期末考試等方式對(duì)學(xué)生進(jìn)行考核評(píng)價(jià)。考核基本要求：考核總成績(jī)由期末試卷成績(jī)和過程性考核成績(jī)組成。其中：期末試卷成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重60%），試題類型為填空題、選擇題、判斷題、簡(jiǎn)答題、計(jì)算題和分析題等類型，試卷中基本知識(shí)、基本理論、基本技能的試題分值不超過50%，綜合應(yīng)用題、分析題不低于50%；測(cè)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、作業(yè)等過程性考核成績(jī)?yōu)?00分（權(quán)重40%）；過程性考核和考試試題分值分配應(yīng)與教學(xué)大綱各章節(jié)的學(xué)時(shí)基本成比例。2.過程性考核成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)過程性考核方式重點(diǎn)考核內(nèi)容、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)、所占比重見表5。表5過程性考核方式評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)考核方式所占比重(%)100>x≥9090>x≥8080>x≥7070>x≥60x<60測(cè)驗(yàn)40階段性考試平均成績(jī)。階段性考試平均成績(jī)。階段性考試平均成績(jī)。階段性考試平均成績(jī)。階段性考試平均成績(jī)。作業(yè)30布置作業(yè)平