半导体变流技术课程剖析

一.前言

本课程是电气工程及自动化专业的一门主干课，属必修课。其特点是基础性强，体现了弱电对强电的控制；又具有很强的实践性，能够理论联系实际。通过对本课程的学习,掌握以晶闸管为主的电力半导体器件的工作原理,外部特性及实际应用等方面的知识,同时掌握以晶闸管为可控整流器件的各种可控整流电路,逆变电路的工作原理,分析方法等方面的知识。半导体变流技术技术是电气工程及其自动化专业,自动化专业的重要的专业基础课,属必修课.

二．课程剖析

（一）、课程剖析 1、本课程性质和目标

课程性质:半导体变流技术技术又称为电力电子变流技术,是一门跨学科的利用半导体电力电子器件对电能进行变换和控制的技术,包括对电压,电流,频率和相位的变换.由三部分内容组成,即电力电子器件,电力电子电路,电力电子系统及其控制.本课程着重学习器件的特性和对电能进行变换的基本电路的工作原理.

2、本课程的教学目标

通过对常用电力电子器件(如SCR、GTO、GTR、MOSFET、IGBT等)的结构、特性、参数、驱动电路及保护方法的了解，从理论上掌握各种电力电子装置的工作原理；从实践上熟悉电力电子装置的组成、应用及扩展，目的使学生具有一定分析、设计、调试和故障维修的能力。

一

学习本课程后，应达到下列要求：

1. 熟悉各种电力电子器件的工作原理、特性及参数。

2. 掌握晶闸管整流电路、逆变电路及保护电路和驱动电路的工作原理。 3. 掌握晶体管触发电路的工作原理及波形分析。 4. 了解变频调速的原理及方法。

5. 能对简单的电力电子装置进行设计、调试。

3、本课程的沿革和发展趋势

现代电源技术是应用电力电子半导体器件,综合自动控制、计算机(微处理器)技术和

电磁技术的多学科边缘交又技术。在各种高质量、高效、高可靠性的电源中起关键作用,是现代电力电子技术的具 体应用。 当前,电力电子作为节能、节才、自动化、智能化、机电一体化的基础,正朝着应用技术高频化、硬件结构模块化、产品性能绿色化的方向发展。在不远的将来,电力电子技术将使电源技术更加成熟、经 济、实用,实现高效率和高品质用电相结合。

（二）.课程内容与指导

㈠、理论教学： 1. 绪论

• 了解电力电子技术的发展史。

• 理解新型电力电子器件的结构、图形符号及工作原理。 2. 晶闸管

• 掌握普通晶闸管的结构和工作原理。 • 掌握普通晶闸管的特性及参数。 3. 单相可控整流电路

• 掌握单相可控整流电路的工作原理及波形分析。 • 熟悉各种电路的数量关系及应用。

二

• 了解大功率可控整流电路。 4. 三相可控整流电路

• 掌握三相可控整流电路的工作原理及波形分析。 • 熟悉各种电路的数量关系及应用。 5. 晶闸管整流主电路计算及保护 • 了解整流变压器参数计算。

• 熟悉晶闸管的过电压、过电流保护。 • 了解晶闸管串联和并联的均压和均流措施。 6. 晶闸管触发电路

• 掌握对触发电路的要求。

• 熟悉几种触发电路的工作原理及相关点的波形。 • 掌握同步变压器联接组别的确定。 7. 晶闸管有源逆变电路 • 了解有源逆变工作原理。

• 掌握逆变失败的原因和最小逆变角的。 • 熟悉逆变电路的应用。 8. 晶闸管交流开关与交流调压 • 掌握双向晶闸管的触发方式。

• 了解单相、三相交流调压电路的工作原理。 9. 变频电路与直流斩波电路 • 了解变频电路的基本概念。

• 熟悉电压型逆变电路和电流型逆变电路的工作原理。 • 掌握PWM的控制技术。 • 能对故障进行分析及排除。 ㈡、实验教学：

三

⒈ 晶闸管的测试及其导通与关断条件。 ⒉ 单相半控桥整流电路的性能研究。 ⒊ 单结管触发电路的波形测试。 ⒋ 正弦波同步触发电路的波形测试。 ⒌ 锯齿波同步触发电路的波形测试。

⒍ 三相桥式全控整流电路的性能研究（集成触发电路的应用）。（三）.学时安排

总学时 90 序 号 内 容 学 时 讲 授 1 绪论 2 2 2 晶闸管 6 6 3 单相可控整流电路 12 12 4 三相可控整流电路 12 12 晶闸管整流主电路计算及5 保护 16 16 6 晶闸管触发电路 16 16 7 晶闸管有源逆变电路 4 4 8 晶闸管交流开关与交流调12 12 压 9 变频电路与直流斩波电路 2 2 10 复习+机动 8 11 合计 90 82

四

（四）.与其他课程的联系

本课程的先修课程为：电路分析、模拟电子技术、数字电子技术、电机与拖动基础。想更深入了解电力电子器件的半导体物理原理的学生可选修电力电子器件。本课程为学习电气控制、调速系统等课程奠定了基础。 一,课程的地位,性质和任务。

（五）.课程改革

（1）课题提出的背景

电力电子技术是当今发展较为迅速的一门学科, 《电力电子技术》课程是电气类、自动化类本科专业的一门专业基础课。随着电力电子技术的发展,各种新型电力电子器件的不断涌现, 原有教学内容和教学模式已不能适应电子科技的发展，课程内容也需不断的充实和更新。目前的电力电子技术教材改变了以半控型器件晶闸管及其电路为主体的模式，基本以全控型器件及其电路为主体，使得该课程教学内容越来越丰富。但随着教学改革的不断深入以及人才培养计划的调整,专业课程的课时大多被压缩。为达到预期的教学效果，我们必须对该课程的教学内容、教学方法和教学手段等进行改革。 （2）所要解决的主要问题

1、对这门课程所涉及的内容、教学素材进行深入的分析和研究，合理调整和优化教学内容。

2、改进教学方法，丰富教学手段，充分发挥学生在学习中的主动性和创造性。

3、加强实践环节，注重学生综合能力培养，提高学生的综合设计能力和工作能力。

《半导体变流技术》是电类及自动化类专业学生了解和掌握变流技术、学好后续专业课的基础，是培养学生科学素质和创新能力的重要教学环节。

五

如何充分有效地利用课堂时间，如何在课堂教学中引入创新教育，培养学生科技创新能力，已成为当前教学改革迫切需要解决的问题。因此为了适应新世纪科学素质教育的要求以及该学科特点，应对这门课程所涉及的内容、教学素材进行深入的分析和研究，合理调整和优化教学内容，使其教学适应时代发展的需要，把学生培养成为基础厚、知识博、能力强、口径宽和适应性强的高素质人才,以适应21世纪对人才培养的需要。

（六）.教材及参考书目

教材：《半导体变流技术》 莫正康 机械工业出版社 第二版 参考书：

1.《电力电子技术》 王兆安 机械工业出版社 第四版 2.《电力电子技术典型题解析及自测试题》 吴小华 西北工业大学出版社 第一版 3.《电力电子技术》 浣喜明 高等教育出版社

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