电力电子技术备课本 一二周.docx

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电力电子技术备课本一二周

授课课题

说课

教学

目标和要求

1.了解电力电子这门课程的性质、地位、学习重点难点、学法与教法

2.激发学生学习本门课程的兴趣

教学

重点和难点

了解本门课程的性质、地位激发学生学习本门课程的兴趣

教学方法

讲练结合，讨论，案例

教学方法

多媒体教学

授课时间

第1周

课时累计

2

教学过程

教学步骤及教学内容

时间分配

一、课程总体分析

性质和作用

电力电子技术可以说是一门核心专业技术基础课程，它是联系模拟电路、数字电路、等专业技术课程的纽带。

课程目标—素质目标

通过项目驱动的方式，让学生在做的过程当中掌握电力电子技术的知识。

10分钟

教学步骤及教学内容

时间分配

在项目实施过程中遇到实际问题，能锻炼学生动手解决实际电路问题的能力。

通过完成各类项目任务，培养学生的团队协作精神与自我学习的能力，锻炼独立解决问题的能力。

二、教学内容设计

1、基础部分

2、电力电子器件

3、直流-直流变换器

4、直流-交流变换器

5、交流-交流变换器

6、交流-直流变换器

7、辅助元器件及其系统

8、组合变流器

教学重点：

1.电力电子器件。

2．变流技术

教学难点：

电力电子电路应采用开关控制方式实现电能变换。

25

教学步骤及教学内容

时间分配

三、教学方法设计

1、明确典型工作任务，用实际案例导入章节内容，激发学生学习热情。

2、“教、学、做”合一。

”

3、部分章节内容组织学生分组交流讨论,分析、研究设计作品,展开充分的对话和沟通,形成合作学习。

4、项目点评与展示，师生共同归纳总结，鼓励学生“自我评鉴”，自我完善。

举例：

四、教学考核方式——学生考核方法

过程性考核

终结性考核

五、课程保障实施——教学资料

课程保障实施——实训基地

六、课程特色

电力电子技术与我们现实生活息息相关，很多东西在生活中都能找到实例

工学结合，强化技能。

七、不足及改进措施

10

10

10

10

教学步骤及教学内容

时间分配

八．讨论与发言

15

作业布置

什么是电力电子技术？

课后反思

授课课题

电力电子器件概述

（一）

教学

目标和要求

掌握电力电子器件概述与电力二极管

教学

重点和难点

重点：

电力电子器件的分类，电力二极管工作原理和主要参数，晶闸管的工作原理，主要参数。

难点：

电力二极管的主要参数和类型，晶闸管通态平均电流的含义和额定电流的计算。

教学方法

讲练结合，讨论，案例

教学手段

多媒体

授课时间

第1周

课时累计

4

教学过程

教学步骤及教学内容

时间分配

一、课堂提问

1.电力电子技术（学）的含义？

2．电能变换的基本特点？

二、新授

1、电力电子器件概述

1）概念:

电力电子器件（PowerElectronicDevice）

——可直接用于主电路中，实现电能的变换或控制的电子器件。

主电路（MainPowerCircuit）

——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。

5

15

教学步骤及教学内容

时间分配

2）分类:

电真空器件（汞弧整流器、闸流管）

半导体器件（采用的主要材料硅）

电力电子器件主要指半导体功率开关器件

半导体功率开关与普通半导体器件有何区别?

3）同处理信息的电子器件相比的一般特征：

电力电子器件能处理电功率的能力，一般远大于处理信息的电子器件。

电力电子器件一般都工作在开关状态。

电力电子器件往往需要由信息电子电路来控制。

电力电子器件自身的功率损耗远大于信息电子器件，一般都要安装散热器。

电力电子器件构成的主电路在电力电子系统中的位置?

2、电力电子系统的组成

电力电子系统：

由控制电路、驱动电路、保护电路和以电力电子器件为核心的主电路组成。

3.电力电子器件的分类

按照器件能够被控制的程度，分为以下三类：

半控型器件（Thyristor）——通过控制信号可以控制其导通而不能控制其关断。

全控型器件（IGBT,MOSFET）——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。

不可控器件（PowerDiode）——不能用控制信号来控制其通断,因此也就不需要驱动电路。

按照驱动电路信号的性质，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。

从发展历程上看：

首先开发了二极管，之后是晶闸管和晶体管系列器件。

2电力二极管

􀂉电力二极管结构和原理简单，工作可靠，自20世纪50年代初期就获得应用。

􀂉快恢复二极管和肖特基二极管，分别在中、高频整流和逆变，以及低压高频整流的场合，具有不可替代的地位。

1）电力二极管的工作原理

2）电力二极管的基本特性

3）电力二极管的主要参数

3晶闸管

晶闸管（Thyristor）：

即晶体闸流管，

又称可控硅整流器（SiliconControlledRectifier——SCR）

1）晶闸管的结构与工作原理

25

教学步骤及教学内容

时间分配

2）晶闸管的基本特性

3）晶闸管的主要参数

4）晶闸管的派生器件

4小结

20

作业布置

课后反思

授课课题

电力电子器件-门极可关断晶闸管、晶体管

教学

目标和要求

1.掌握门极可关断晶闸管

2.晶体管

教学

重点和难点

重点：

GTO的工作原理，电力MOSFET和IGBT的工作原理，主要参数难点：

GTO与SCR的区别，复合型器件的优点

教学方法

讲练结合，

讨论，案例

教学方法

多媒体教学

授课时间

第2周

课时累计

6

教学过程

教学步骤及教学内容

时间分配

一、门极可关断晶闸管

1.GTO的结构和工作原理

结构：

与普通晶闸管的相同点：

PNPN四层半导体结构，外部引出阳极、阴极和门极。

和普通晶闸管的不同点：

GTO是一种多元的功率集成器件。

工作特性：

开通控制方式与晶闸管相似，但是可以通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。

思考：

为什么能门控关断？

10分钟

教学步骤及教学内容

时间分配

GTO的工作特性：

承受反向电压时，不论门极是否有触发电流，GTO都不会导通。

承受正向电压时，仅在门极有触发电流的情况下GTO才能开通。

GTO导通后，可通过在门极施加负的脉冲电流使其关断。

2.GTO的主要参数

许多参数和普通晶闸管相应的参数意义相同，以下只介绍意义不同的参数。

最大可关断阳极电流IATO——GTO额定电流电流关断增益βoff——最大可关断阳极电流与门极负脉冲电流最大值IGM之比称为电流关断增益。

βoff一般很小，只有5左右，这是GTO的一个主要缺点。

1000A的GTO关断时门极负脉冲电流峰值要200A。

二、晶体管

包括：

电力晶体管、电力场效应晶体管、绝缘栅双极晶体管都属于全控型器件。

术语用法：

电力晶体管电力晶体管（GiantTransistor——GTR，直译为巨型晶体管）。

耐高电压、大电流的双极结型晶体管（BipolarJunctionTransistor——BJT），英文有时候也称为PowerBJT。

应用

20世纪80年代以来，在中、小功率范围内取代晶闸管，但目前又大多被IGBT和电力MOSFET取代。

过渡产品是晶体管类电力电子器件的基础

1.GTR的结构和工作原理

与普通的双极结型晶体管基本原理是一样的。

主要特性是耐压高、电流大、开关特性好。

通常采用至少由两个晶体管按达林顿接法组成的单元结构。

采用集成电路工艺将许多这种单元并联而成。

2.GTR的基本特性

静态特性

共发射极接法时的典型输出特性：

截止区、放大区和饱和区。

在电力电子电路中GTR工作在开关状态。

在开关过程中，即在截止区和饱和区之间过渡时，要经过放大区。

3.GTR的主要参数

电压定额

电流定额

功率定额

三、晶体管

电力场效应晶体管

1.电力MOSFET的结构与工作原理电力MOSFET的工作特性：

截止：

漏源极间加正电源，栅源极间电压为零。

导通：

在栅源极间加正电压UGS，且大于开启电压。

2.电力MOSFET的基本特性

3.电力MOSFET的主要参数工作频率可达100kHz以上，是主要电力电子器件中最高的。

绝缘栅双极型晶体管

1.IGBT的结构与工作原理IGBT的工作特性：

导通：

uGE大于开启电压UGE（th）时，IGBT导通。

关断：

栅射极间施加反压或不加信号时，IGBT关断。

2.IGBT的基本特性

3.IGBT的主要参数两类器件取长补短结合而成的复合器件，与MOSFET和GTR相比，耐压和通流能力还可以进一步提高，同时保持开关频率高的特点。

25

作业布置

课后反思

授课课题

其它新型电力电子器件

教学

目标和要求

1.掌握新型电力电子器件

教学

重点和难点

重点：

1.MOS控制晶闸管MCT，2.静电感应晶体管SIT，静电感应晶闸管SITH

教学方法

讲练结合，

讨论，案例

教学方法

多媒体教学

授课时间

第2周

课时累计

8

教学过程

教学步骤及教学内容

时间分配

1.MOS控制晶闸管---MCT

MCT结合了二者的优点：

其关键技术问题没有大的突破，电压和电流容量都远未达到预期的数值，未能投入实际应用。

2.静电感应晶体管SIT

10分钟

教学步骤及教学内容

时间分配

多子导电的器件，工作频率与电力MOSFET相当，甚至更高，功率容量更大，因而适用于高频大功率场合。

在雷达通信设备、超声波功率放大、脉冲功率放大和高频感应加热等领域获得应用。

缺点：

栅极不加信号时导通，加负偏压时关断，称为正常导通型器件，使用不太方便。

通态电阻较大，通态损耗也大，因而还未在大多数电力电子设备中得到广泛应用。

3静电感应晶闸管SITH

SITH是两种载流子导电的双极型器件，具有电导调制效应，通态压降低、通流能力强。

其很多特性与GTO类似，但开关速度比GTO高得多，是大容量的快速器件。

SITH一般也是正常导通型，但也有正常关断型。

此外，电流关断增益较小，因而其应用范围还有待拓展。

4集成门极换流晶闸管IGCT

集成门极换流晶闸管IGCT可省去GTO复杂的缓冲电路，但驱动功率仍很大。

目前正在与IGBT等新型器件激烈竞争，试图最终取代GTO在大功率场合的位置。

5功率模块

20世纪80年代中后期开始，模块化趋势，将多个器件封装在一个模块中，称为功率模块。

可缩小装置体积，降低成本，提高可靠性。

对工作频率高的电路，可大大减小线路电感，从而简化对保护和缓冲电路的要求。

25

作业布置

课后反思