《电力电子技术》教案

泰州学院

教 案

2017～2018学年第二学期

学院(系、部)

教研室(实验室) 电气工程教研室 课 程 名 称 电力电子技术

授 课 班 级 主 讲 教 师 职

称

使 用 教 材

《电力电子技术》 王兆安主编

xxxxxxx

二○一七年一月

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电力电子技术 课程教案

第1讲 课程类别 授课题目 1 绪论 理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其他□ 课时 安排 2 教学目的、要求 1．掌握电力电子技术的基本概念、学科地位、基本内容； 2．了解电力电子技术的发展史； 3．了解电力电子技术的应用、电力电子技术的发展前景； 4．了解本教材的内容。 教学重点及难点 重点：电力电子器件的分类，电能的4种变换形式。 难点：无 教 学 过 程 导入：电力电子技术的应用案例。 方法及手段 多媒体 举例讲解 新授： 1 基本概念 1.1 什么是电力电子技术 电力电子技术：使用电力电子器件对电能进行变换和控制的技术目前电力电子器件均用半导体制成，故也称电力半导体器件。电力电子技术变换的“电力”可大到数百MW甚至GW，也可小到数W甚至mW级。 电子技术一般即指信息电子技术，广义而言，也包括电力电子技术。 1.2 两大分支 （1）电力电子器件制造技术 电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理。 （2）变流技术（电力电子器件应用技术） 用电力电子器件构成电力变换电路和对其进行控制的技术，以及构成电力电子装置和电力电子系统的技术。电力电子技术的核心，理论基础是电路理论。 电力变换四大类：交流变直流、直流变交流、直流变直流、交流变交流 1.3 与相关学科的关系 ? 电力电子学 (Power Electronics)名称60年代出现； ? 1974年，美国的W.Newell用倒三角形对电力电子学进行了描述，被全世界普遍接受。 （1）与电子学（信息电子学）的关系 ? 都分为器件和应用两大分支； 2

? 器件的材料、工艺基本相同，采用微电子技术； ? 应用的理论基础、分析方法、分析软件也基本相同； ? 信息电子电路的器件可工作在开关状态，也可工作在放大状态；电力电子电路的器件一般只工作在开关状态； （2）与电力学（电气工程）的关系 ? 电力电子技术广泛用于电气工程中：高压直流输电、静止无功补偿、电力机车牵引、交直流电力传、电解、电镀、电加热、高性能交直流电源； ? 国内外均把电力电子技术归为电气工程的一个分支，电力电子技术是电气工程学科中最为活跃的一个分支。 （3）与控制理论（自动化技术）的关系 ? 电力电子技术是弱电控制强电的技术，是弱电和强电的接口；控制理论是这种接口的有力纽带； ? 电力电子装置是自动化技术的基础元件和重要支撑技术。 （4）地位和未来 电力电子技术和运动控制一起，和计算机技术共同成为未来科学技术的两大支柱。电力电子技术是一门崭新的技术，21世纪仍将以迅猛的速度发展。 2 电力电子技术的发展史 ? 一般工业：交直流电机、电化学工业、冶金工业； ? 交通运输：电气化铁道、电动汽车、航空、航海； ? 电力系统：高压直流输电、柔性交流输电、无功补偿； ? 电子装置电源：为信息电子装置提供动力； ? 家用电器： “节能灯”、变频空调； ? 其他：UPS、 航天飞行器、新能源、发电装置。 3 电力电子技术的应用 ? 电源技术：电力电子装置提供给负载的是各种不同的电源； ? 节能技术：电力电子技术对节省电能有重要意义，特别在大型风机、水泵采用变频调速，在使用量十分庞大的照明电源等方面。 作业和思考题： 教学反思： 3

电力电子技术 课程教案

第2讲 课程类别 授课题目 2.1 电力电子器件概述 2.2 不控型器件—电力二极管 理论课√ 实训课□ 实验课□ 习题课□ 其他□ 课时 安排 2 教学目的、要求 1.掌握电力电子器件的概念和特征； 2.熟悉应用电力电子器件的系统组成； 3.了解电力电子器件的分类； 4.掌握电力二极管的工作特性。 教学重点及难点 重点：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。 难点：基本特性及电力电子器件的两个基本要求。 教 学 过 程 导入： 复习回顾。 方法及手段 · 新授： 1.1 电力电子器件概述 1.1.1 电力电子器件的概念和特征 ? 主电路（Main Power Circuit）——电气设备或电力系统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。 ? 电力电子器件（Power Electronic Device）——可直接用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。 ? 广义上电力电子器件可分为电真空器件和半导体器件两类。 ? 两类中，自20世纪50年代以来，真空管仅在频率很高（如微波）的大功率高频电源中还在使用，而电力半导体器件已取代了汞弧整流器（Mercury Arc Rectifier）、闸流管（Thyratron）等电真空器件，成为绝对主力。因此，电力电子器件目前也往往专指电力半导体器件。 ? 电力半导体器件所采用的主要材料仍然是硅。 ? 同处理信息的电子器件相比，电力电子器件的一般特征： 1）处理电功率的能力小至毫瓦级，大至兆瓦级； 2）电力电子器件一般都工作在开关状态； 3）电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制； 4）不仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热器。 1.1.2 应用电力电子器件的系统组成 电力电子系统：由控制电路、驱动电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。 4

控制电路检测电路 V1LR驱动电路V2主电路 1.1.3 电力电子器件的分类 ?按照器件能够被控制电路信号所控制的程度，分为以下三类： ?半控型器件：通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断，如晶闸管； ?全控型器件：通过控制信号既可控制其导通又可控制其关断，又称自关断器件，包括绝缘栅双极晶体管IGBT、电力场效应晶体管MOSFET以及门极可关断晶闸管GTO； ?不可控器件：不能用控制信号来控制其通断，因此也就不需要驱动电路，如电力二极管。 （2）按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的性质，分为两类： ?电流驱动型：通过从控制端注入或者抽出电流来实现导通或者关断的控制； ?电压驱动型：仅通过在控制端和公共端之间施加一定的电压信号就可实现导通或者关断的控制。 （3）按照器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分为三类： ?单极型器件：由一种载流子参与导电的器件； ?双极型器件：由电子和空穴两种载流子参与导电的器件； ?复合型器件：由单极型器件和双极型器件集成混合而成的器件 。 1.2不可控器件—电力二极管 1.2.1 PN结与电力二极管的工作原理 AKAIPJb)NKKAa)c) PN结的单向导电性：二极管的基本原理就在于PN结的单向导电性这一主要特征。 造成电力二极管和信息电子电路中的普通二极管区别的一些因素： ?正向导通时要流过很大的电流； ?引线和焊接电阻的压降等都有明显的影响； ?承受的电流变化率di/dt较大； ?为了提高反向耐压，其掺杂浓度低也造成正向压降较大。 1.2.2 电力二极管的基本特性 IIFOUTOUFU （1）静态特性：伏安特性 当电力二极管承受的正向电压大到一定值（门槛电压UTO），正向电流才开始明显

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