“电力电子技术”课程网络开放式教学设计研究[样例5]

第一篇：“电力电子技术”课程网络开放式教学设计研究

“电力电子技术”课程网络开放式教学设计研究

摘要：在当今信息时代，互联网和网络信息技术在课程教学中发挥的作用日剧显现，电力电子技术课程在网络环境下的教学对教学内容、教学手段、教学传播形式上提出了新的要求，网络开放式教学可以让学生既能接受到更多的新知识，增强学习的能动性，又能激发学习兴趣和提高学习效率。文章对基于网络环境的电力电子开放式教学进行了初步探讨。

关键词：电力电子技术；网络环境；教学

电力电子技术是一门新兴学科，是对电能进行控制和变换的技术。该学科起步虽晚，但其发展和应用之迅猛令人刮目，它已在工业生产和社会生活的各个领域得到了广泛的应用。正鉴于此，我院将该课程扩展为电气信息类公共专业基础课。由于参学的学生数量和专业方向增多，而课时压缩，教学内容和教学方法需做相应的调整，而且电力电子技术是一门发展迅速应用性极强的学科，新器件、新技术不断发展和应用，同时本课程教学中重在电路结构掌握，动态过程的理解，特性波形分析等，这些如果只凭传统的教学手段很难达到最佳教学效果，此时，利用网络信息技术就可以构建一个教与学的崭新平台，作为第二课堂，对于教学的实施、学生学习、动手能力的培养，将起到推动作用。

电力电子技术课程网络教学的优势

（1）学习能动性的提高。由于网络教学可以实现信息资源共享，教学在开放网络教学平台的支持下，逐渐地把学习时间、地点和进度的控制权交还给学生，彻底改变传统课堂教学形式及教师讲学生听的教学方法，在主动的、开放的、交互式的学习中，解决学生个体学习能力和学习效果的差异性，真正形成以学习者为中心的学习环境，（2）学习资源的扩展。电力电子技术这门新兴学科，正处于急速发展阶段，新的器件、新的电路日新月异，不断创新。为拓宽学生的知识面，开阔视野，我们可以通过网络广泛涉猎、积累资料，精选本学科的有关资源，收集有关发展动态、实际应用、最新成果等方面的资料，使学生在网上可以更大范围了解和掌握电力电子技术的应用领域和发展方向，由点及面，达到“枝繁叶茂”的学习效果，提高了学生自主学习和研究性学习能力。

（3）教学方式的多样化。电力电子技术这门课程涉及的器件、电路种类多，电路的工作原理，工作过程以及器件的静、动态特性等是学生学习的重点和难点，利用网络多媒体的优势，集图、文、声、像并茂的优势，采用动态演示，在线式仿真，交互式学习手段，形成一个多维立体式学习的平台，激发学生的学习兴趣，增强其对相关知识的感知能力。电力电子技术课程网络教学设计

结合电力电子技术课程教学培养目标，利用实用高效的网络技术制定课堂、网络、实践的立体教学模式，作为课堂教学的有力互补，完成电力电子技术课程网络化教学设计，充分体现网络教学的优势。

（1）常规教学资源。利用网络教学平台可以查阅常规教学，如：课程简介、教学与考试大纲、教学进度安排、课程课件等，使学生在学习课程内容之前，对该课程总体情况有一个初步了解，起到学习引导的作用。

（2）动态演示。可以利用FLASH等软件制作在线点播式动画课件，如对三相桥式全控整流电路在不同的触发角、不同的负载特性情况下的基本工作过程，工作波形进行动态演示，既能有效突破重点、难点，又可根据学生自身学习情况进行重复再现，作为复习巩固所用，极大地提高教学效率。

（3）关键知识点索引。电力电子技术是一门交叉学科，内容涉及到电路、电子、电力与控制等技术，在网络平台中对课程的关键知识点建立索引，如学习第二章电力电子器件，通过对该知识点与相关知识点建立动态链接，借助大量的互联网资源，对器件的新工艺、新特性、新材料和新应用等知识的扩展，使已学与未知知识点环环相扣，形成知识网。既能促进对新知识的理解和掌握，又能巩固已学的知识，同时又拓展了学生的知识面，尤其对基础薄弱的学生，更为重要，效果也更为明显。在传统的课堂教学中，受到课时的限制，往往只能点到为止。

（4）建立虚拟实验仿真平台。电力电子技术实验多为强电实验范畴，试验过程的错误操作，极有可能损坏实验设备，甚至危及人身安全。利用MATLAB/Simulink强大仿真功能，构建虚拟实验仿真平台，学生可以自由搭建电路模型，调节电路参数，观察电路波形，故障模拟等，进一步加深对电路工作原理的理解和定量分析方法的掌握，起到与传统实验优势互补，使用学生可以将理论与应用、学习与研究相结合。

（5）扩展网络学习资源。通过学习的平台，引入互联网上丰富的教学资源，如其他高校教师的教学视频，微课、专题讲解等内容，学生可以利用课余时间对某一个内容进行针对性自学，不受时间、地点的限制，起到与传统的课堂教学相辅相成的作用。

（6）构建交互式学习环境。网络开放式教学平台，集巩固练习、在线答疑、小组讨论、效果反馈等功能。学生可以自我检验学习效果，对难点问题可以通过平台远程答疑、在线式讨论等形式，及时解决学生在学习过程中碰到的困难，同时也能锻炼学生分析问题的能力。

教学效果

利用学院现有的中心机房网络提供硬件与软件的研究条件，模拟运用教学平台相关。针对网络教学的主动性与互动性，课题组对教学的教案和教学程序做了精心设计，搜集了大量的网络学习资源，并加以整合提供给学生在线阅览与下载。在教学设计中加入了视频等媒体资料，让学生掌握基础知识，了解相关应用与最新发展。教案的重点突破了传统教材内容的编排，采用由工程应用到电路，由电路到原理，由原理到波形，由波形到计算的程序完成教学内容设计。通过网络平台，教师可以随时跟踪每一位学生学习进展情况，做出及时的反馈和评价，予以指导，达到目标要求。

结论

从以上结果分析，运用网络教学平台进行《电力电子技术》教学，采用制定目标，创设情景，课件展示，资源查询、重点难点解析，课堂讨论、在线测试、总结指导等环节，激发了学生学习的兴趣，提高了学生学习的热情，培养了学生查阅学习资源的能力，让学生在轻松活跃的氛围中学习，增强了学习效率，提高了教学效果。

参考文献：

[1]王兆安.电力电子技术（第五版）[M].北京：机械工业出版社，2013.[2]乔伊斯（美）.教学模式[M].北京：中国轻工业出版社，2009.项目名称：南华大学高等教育研究与改革课题[2010ZZ006]

作者简介：汪普林（1976-），男，安徽安庆人。

第二篇：电力电子技术课程总结

学 号：1111111111

Hefei University

功率变换技术课程综述

报告题目：IGBT研究现状及发展趋势

专业班级： XXXXXXXXXXXX 学生姓名： XXX 教师姓名： ZZZZZ老师 完成时间： 2017年5月14日

IGBT研究现状及发展趋势

中 文 摘 要

IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor），绝缘栅双极型晶体管，是由BJT（双极型三极管）和MOS（绝缘栅型场效应管）组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件,兼有MOSFET的高输入阻抗和GTR的低导通压降两方面的优点。GTR饱和压降低，载流密度大，但驱动电流较大；MOSFET驱动功率很小，开关速度快，但导通压降大，载流密度小。IGBT综合了以上两种器件的优点，驱动功率小而饱和压降低。

关键词：IGBT；半导体；研究现状；发展前景

Present situation and development trend of IGBT research

ABSTRACT IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), insulated gate bipolar transistor, is composed of BJT(bipolar transistor)and MOS(insulated gate FET)composite full controlled voltage composed of driven power semiconductor devices, has the advantages of high input impedance and low conductance GTR with MOSFET through the two aspects pressure drop.The GTR saturation voltage is reduced, the carrier current density is large, but the driving current is large.The driving power of MOSFET is very small and the switching speed is fast, but the turn-on voltage drop is large and the carrier current density is small.IGBT combines the advantages of the above two devices, small driving power and lower saturation voltage KEYWORD:IGBT;Semiconductor;Status;Development prospect.一、引言..............................................................................................................1

二、IGBT介绍.....................................................................................................1 2.1 什么是IGBT..........................................................................................1 2.2 IGBT的各种有关参数...........................................................................1 2.3驱动方式及驱动功率..............................................................................2

三、存在的问题....................................................................................................4

四、研究现状........................................................................................................5

五、发展趋势........................................................................................................6 参考文献................................................................................................................7

一、引言

自20 世纪50 年代末第一只晶闸管问世以来, 电力电子技术开始登上现代电气传动技术舞台, 以此为基础开发的可控硅整流装置, 是电气传动领域的一次革命, 使电能的变换和控制从旋转变流机组和静止离子变流器进入由电力电子器件构成的变流器时代, 这标志着电力电子的诞生。

进入70 年代晶闸管开始形成由低电压小电流到高电压大电流的系列产品, 普通晶闸管不能自关断的半控型器件, 被称为第一代电力电子器件。随着电力电子技术理论研究和制造工艺水平的不断提高, 电力电子器件在容易和类型等方面得到了很大发展, 是电力电子技术的又一次飞跃, 先后研制出GTR.GTO, 功率MOSFET 等自关断全控型第二代电力电子器件。而以绝缘栅双极晶体管(IGBT)为代表的第三代电力电子器件, 开始向大容易高频率、响应快、低损耗方向发展。

二、IGBT介绍

2.1 什么是IGBT 绝缘栅双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)是在金属氧化物场效应晶体管(MOSFET)和双极晶体管(Bipolar)基础上发展起来的一种新型复合功率器件，具有MOS输入、双极输出功能。IGBT集Bipolar器件通态压降小、载流密度大、耐压高和功率MOSFET驱动功率小、开关速度快、输入阻抗高、热稳定性好的优点于一身。作为电力电子变换器的核心器件，为应用装置的高频化、小型化、高性能和高可靠性奠定了基础。

自IGBT商业化应用以来，作为新型功率半导体器件的主型器件，IGBT在1—100kHz的频率应用范围内占据重要地位，其电压范围为600V—6500V，电流范围为1A—3600A(140mm x 190mm模块)。IGBT广泛应用于工业、4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统产业领域以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。采用IGBT进行功率变换，能够提高用电效率和质量，具有高效节能和绿色环保的特点，是解决能源短缺问题和降低碳排放的关键支撑技术，因此被称为功率变流产品的“CPU”、“绿色经济之核”。在未来很长一段时间内，为适应全球降低CO2排放的战略需要，IGBT必将扮演更为重要的角色，是节能技术和低碳经济的重要支点。

2.2 IGBT的各种有关参数

2.2.1容量

低功率IGBT应用范围一般都在600V、1KA、1KHZ以上区域，为满足家电行业的需求，ST半导体，三菱公司推出低功率IGBT产品，适用于微波炉，洗衣机等。而非传统性IGBT采用薄片技术，在性能上高速，低损耗，在设计600V-1200V的IGBT时，其可靠性最高。2.2.2 开关频率

IGBT的开通过程按时间可以分为四个过程，如下：第一：门射电压Vge小于阀值电压Vth时。其门极电阻RG和门射电容CGEI的时间常数决定这一过程。当器件的集电极电流IC 和集射电压VCE均保持不变时，CGEI就是影响其导通延迟时间tdon的唯一因素。第二：当门射电压Vge达到其阀值电压时，开通过程进入第二阶段，IGBT开始导通，其电流上升速率dI/dt的大小与门射电压Vge和器件的跨导gfs有如下关系：dIc/dt=gfs（Ic）＊dVge/dt。其中，dVge/dt由器件的门极电阻Rg和门射电容CGEI所决定（对于高压型IGBT来说，门集电容Cgc可忽略不计）。第三：第三阶段从集电极电流达到最大值ICmax。第四：通之后，器件进入稳定的导通状态。

2.2.3 关断过程

当在栅极施加一个负偏压或栅压低于门限值时，沟道被禁止，没有空穴注入N-区内。在任何情况下，如果MOSFET电流在开关阶段迅速下降，集电极电流则逐渐降低，这是因为换向开始后，在N层内还存在少数的载流子(少子)。这种残余电流值(尾流)的降低，完全取决于关断时电荷的密度，而密度又与几种因素有关，如掺杂质的数量和拓扑，层次厚度和温度。少子的衰减使集电极电流具有特征尾流波形，集电极电流引起以下问题：功耗升高；交叉导通问题，特别是在使用续流二极管的设备上，问题更加明显。

鉴于尾流与少子的重组有关，尾流的电流值应与芯片的温度、IC 和VCE密切相关的空穴移动性有密切的关系。因此，根据所达到的温度，降低这种作用在终端设备设计上的电流的不理想效应是可行的。

2.3驱动方式及驱动功率

2.3.1 栅极驱动电压

因IGBT栅极—发射极阻抗大，故可使用 MOSFET 驱动技术进行驱动，但 IGBT 的输入电容较MOSFET大，所以IGBT的驱动偏压应比MOSFET 驱动所需偏压强。在+20℃情况下，实测60 A，1200 V 以下的 IGBT 开通电压阀值为5～6 V，在实际使用时，为获得最小导通压降，应选取Ugc≥(1.5～3)Uge(th)，当Uge 增

加时，导通时集射电压Uce将减小，开通损耗随之减小，但在负载短路过程Uge 增加，集电极电流Ic也将随之增加，使得 IGBT 能承受短路损坏的脉宽变窄，因此Ugc的选择不应太大，这足以使 IGBT 完全饱和，同时也限制了短路电流及其所带来的应力(在具有短路工作过程的设备中，如在电机中使用IGBT时，+Uge在满足要求的情况下尽量选取最小值，以提高其耐短路能力）。2.3.2对电源的要求

对于全桥或半桥电路来说，上下管的驱动电源要相互隔离，由于 IGBT 是电压控制器件，所需要的驱动功率很小，主要是对其内部几百至几千皮法的输入电容的充放电，要求能提供较大的瞬时电流，要使 IGBT 迅速关断，应尽量减小电源的内阻，并且为防止 IGBT 关断时产生的du/dt误使IGBT导通，应加上一个-5V的关栅电压，以确保其完全可靠的关断(过大的反向电压会造成 IGBT 栅射反向击穿，一般为-2～10V之间)。2.3.3对驱动波形的要求

从减小损耗角度讲，门极驱动电压脉冲的上升沿和下降沿要尽量陡峭，前沿很陡的门极电压使 IGBT 快速开通，达到饱和的时间很短，因此可以降低开通损耗，同理，在 IGBT 关断时，陡峭的下降沿可以缩短关断时间，从而减小了关断损耗，发热量降低。但在实际使用中，过快的开通和关断在大电感负载情况下反而是不利的。因为在这种情况下，IGBT过快的开通与关断将在电路中产生频率很高、幅值很大、脉宽很窄的尖峰电压 Ldi/dt，并且这种尖峰很难被吸收掉。此电压有可能会造成 IGBT 或其他元器件被过压击穿而损坏。所以在选择驱动波形的上升和下降速度时，应根据电路中元件的耐压能力及 du/dt 吸收电路性能综合考虑。

2.3.4对驱动功率的要求

由于 IGBT 的开关过程需要消耗一定的电源功率，最小峰值电流可由下式求出：IGP=△Uge/RG+Rg；式中△ Uge=+Uge+|Uge|；RG是IGBT内部电阻；Rg 是栅极电阻。

驱动电源的平均功率为：PAV=Cge△Uge2f，（*式中f为开关频率；Cge 为栅极电容)。2.3.5 栅极电阻

为改变控制脉冲的前后沿陡度和防止震荡，减小IGBT集电极的电压尖峰，应在IGBT栅极串上合适的电阻Rg。当Rg增大时IGBT导通时间延长，损耗发热

加剧;Rg减小时，di/dt 增高，可能产生误导通，使 IGBT 损坏。应根据 IGBT 的电流容量和电压额定值以及开关频率来选取 Rg 的数值。通常在几欧至几十欧之间(在具体应用中，还应根据实际情况予以适当调整)。另外为防止门极开路或门极损坏时主电路加电损坏IGBT，建议在栅射间加入一电阻Rge，阻值为10 kΩ左右。

2.3.6栅极布线要求

合理的栅极布线对防止潜在震荡，减小噪声干扰，保护IGBT正常工作有很大帮助：

（1）布线时须将驱动器的输出级和lGBT之间的寄生电感减至最低(把驱动回路包围的面积减到最小)；

（2）正确放置栅极驱动板或屏蔽驱动电路，防止功率电路和控制电路之间的耦合；

（3）应使用辅助发射极端子连接驱动电路；

（4）驱动电路输出不能和 IGBT 栅极直接相连时，应使用双绞线连接；（5）栅极保护，箝位元件要尽量靠近栅射极。2.3.7 隔离问题

由于功率IGBT在电力电子设备中多用于高压场合，所以驱动电路必须与整个控制电路在电位上完全隔离。

三、存在的问题

因为IGBT工作时，其漏极区（p+区）将要向漂移区（n-区）注入少数载流子——空穴，则在漂移区中存储有少数载流子电荷；当IGBT关断（栅极电压降为0）时，这些存储的电荷不能立即去掉，从而IGBT的漏极电流也就相应地不能马上关断，即漏极电流波形有一个较长时间的拖尾——关断时间较长（10～50ms）。所以IGBT的工作频率较低。为了缩短关断时间，可以采用电子辐照等方法来降低少数载流子寿命，但是这将会引起正向压降的增大等弊病。

IGBT中存在有寄生晶闸管—MOS栅控的n+-p-n-p+晶闸管结构，这就使得器件的最大工作电流要受到此寄生晶闸管闭锁效应的限制（采用阴极短路技术可以适当地减弱这种不良影响）。

四、研究现状

最近20年中，IGBT的发展很快，技术改进方案很多，并且实用化。每种改进措施的采取，都会把IGBT的性能向前推进。其中，最重要的还是不断把“通态压降—开关时间”的矛盾处理到更为优化的折衷点。不同公司宣布自己研制生产的IGBT进入了第X代。但是，总体看，随着重大技术改进措施的成功，可以把IGBT的演变归纳成以下五代。

（1）第一代：即平面栅(PT)型。它提出了在功率MOS场效应管结构中引入一个漏极侧pn结以提供正向注入少数载流子实现电导调制来降低通态压降的基本方案。

（2）第二代：采用缓冲层，精密控制图形和少子寿命的平面栅穿通（PT）型外延衬底IGBT。器件纵向采用n′缓冲层，既可以减薄有效基区厚度和硅片总厚度来减小通态压降，又能降低该发射结的注入系数，以抑制“晶闸管效应”。器件横向（平面）采用精密图形，减少每个元胞的尺寸，提高器件的开关速度。再采用专门的扩铂与快速退火措施，以控制基区内少数载流子寿命的较合理分布。这样的IGBT耐压达到1200V，通态压降达到2.1-2.3V，锁定效应得到有效抑制。这时，IGBT已经充分实用化了。

（3）第三代：沟槽栅（Trench gate）型IGBT。这一代IGBT采取沟槽栅结构代替平面栅。在平面栅结构中，电流流向与表面平行的沟道时，栅极下面由P阱区围起来的一个结型场效应管（J-FET）是电流的必经之路，它成为电流通道上的一个串联电阻。在沟槽栅结构中，这个栅下面的J-FET是被干法刻蚀的工艺很好地挖去了，连同包围这个区域、延伸到原来栅极下构成沟道的部分P区层也都挖掉。于是n+发射源区和留下的P区层就暴露在该沟槽的侧壁，通过侧壁氧化等一系列特殊加工，侧壁氧化层外侧的P区内形成了垂直于硅片表面的沟道。

（4）第四代：非穿通（NPT）型IGBT。随着阻断电压突破2000V的需求，IGBT中随承受电压的基区宽度超过150微米。这时靠高阻厚外延来生成硅衬底的做法，不仅十分昂贵（外延成本同外延层厚度成正比），而且外延层的掺杂浓度和外延层厚度的均匀性都难以保证。这时，采用区熔单晶硅片制造IGBT的呼声日渐成熟，成本可以大为降低，晶体完整性和均匀性得到充分满足。

（5）第五代：电场截止（FS）型。当单管阻断电压进一步提高，硅片的基区厚度就会急剧增加。于是，IGBT的通态压降势必随其耐压的提高而增大。FS型IGBT吸收了PT型和NPT型两类器件的优点，形成硅片厚度比NPT型器件薄约

1/

3、又保持正电阻温度系数单极特征的各项优点。

五、发展趋势

IGBT作为电力电子领域非常理想的开关器件，各种新结构、新工艺及新材料技术还在不断涌现，推动着IGBT芯片技术的发展，其功耗不断降低，工作结温不断升高，从125℃提升到了175℃并向200℃迈进，并可以在芯片上集成体二极管，形成逆导IGBT(RC-IGBT/BIGT)，无需再反并联续流二极管，在相同的封装尺寸下，可将模块电流提高30%，还可以将电流及温度传感器集成到芯片内部，实现芯片智能化。

IGBT芯片内部集成传感器通过对IGBT芯片的边缘结构进行隔离处理，可以形成具有双向阻断能力的IGBT(RB-IGBT),在双向开关应用中无需再串联二极管，并具有更小的漏电流及更低的损耗。

与此同时，IGBT的工艺水平也在不断提升，许多先进工艺技术，如离子注入、精细光刻等被应用到IGBT制造上。IGBT芯片制造过程中的最小特征尺寸已由5um，到3um，到1um，甚至达到亚微米的水平。采用精细制造工艺可以大幅提高功率密度，同时可以降低结深，减小高温扩散工艺，从而使采用12英寸甚至更大尺寸的硅片来制造IGBT成为可能。随着薄片与超薄片加工工艺的发展，英飞凌在8英寸硅片上制造了厚度只有40um的芯片样品，不久的未来有望实现产品化应用。

此外，新材料如宽禁带半导体材料技术的发展，可以实现更低功耗、更大功率容量、更高工作温度的器件，其中SiC成为目前的大功率半导体的主要研究方向，并在单极器件上实现商品化，在IGBT等双极器件的研究上也不断取得进展。目前IGBT主要受制造工艺及衬底材料的缺陷限制，例如沟道迁移率及可靠性、电流增益较小及高掺杂P型衬底生长等问题，未来随着材料外延技术的发展，SiC IGBT将会实现突破。

参考文献

[1] 王兆安，黄俊电力电子技术[M].4版.北京：机械工业出版社，2000.[2] 陈志明.电力电子器件基础[M].北京：机械工业出版社，1992 [3] 周志敏，周纪海，纪爱华.IGBT和IPM及其应用电路，北京：人民邮电出版社，2006.3

[4] 刘国友, 罗海辉, 刘可安等.牵引用3300V IGBT芯片均匀性及其对可靠性的影响[J]，机车电传动，2013, No.231(02)6-9

第三篇：“电力电子技术”课程建设初探（定稿）

摘要：《电力电子技术》是电气工程及其自动化专业和自动化专业的专业基础课，也是主干课程，其课程建设应适应专业特点和学科建设的需要。本文提出从理论教学内容优化、实验教学项目开发、教材建设及师资队伍建设等几个方面开展课程建设，使教学内容与工程应用相结合，使综合实验项目符合学生的实践能力、创新能力和综合素质的培养标准，使教材内容与电力电子技术领域的科技发展水平相同步，使团队教师的教学理念、教学水平和教学能力等综合素质获得显著提高。

关键词：电力电子技术；课程建设；初探

中图分类号：g642.0 文献标志码：a 文章编号：1674-9324（2014）24-0271-02

一、本课程存在的问题

1.理论内容太深，过多的数学公式推导超出了学生的承受能力，教学内容枯燥繁杂，缺乏联系实际情况，对培养学生的实践能力难以达到预期的效果，不符合应用型大学新型技术技能人才的培养目标，比如陈坚的《电力电子学》教材。

2.教学内容滞后，比如晶闸管作为典型的半控型器件，在20世纪90年代前期都以基于晶闸管的拓扑结构为主进行介绍。但自上世纪80年代以来，以绝缘栅双极晶体管和电力场效应晶体管为代表的全控型器件发展迅速，这已经是电子电力领域的主要器件，在一定程度上影响了电路控制方法与拓扑结构等，而与此相关的内容在课堂上和教材中却未得到充分体现。

3.在教学方法上，以问题为导向的教学模式有可能会导致学生对授课对象认识不够全面，从而背离最初的教学目标。《电力电子技术》的前接课程主要以电路直观的方式进行教学，而进入本课程学习时，要让学生逐渐建立起电路―模型―系统的概念。

4.实验课程安排不合理。实验作为课程教学中的重要部分，却得不到应有的重视，课时安排较少，实验项目不充足，实验设备落后，难以体现《电力电子技术》的最新内容，难以激发学生学习热情。由此可见，《电力电子技术》课程建设刻不容缓。《电力电子技术》课程建设应适应专业特点、社会需求和学科建设的需要，从教学内容、教学手段、实践环节等几个方面巩固和加强基础理论的教学。通过现代化教学手段改善教学环节，提高教学质量；也通过本课程的学习帮助学生增强专业意识，并通过实践教学环节使学生受到实际操作和实验手段方面的训练，提高学生的专业素质，从而提高创新人才的培养质量。

二、课程建设的主要内容

2.实践教学项目。电力电子技术有很强的实践性，而实践教学是培养理论联系实际、动手能力、严谨的科学态度和科学研究方法的重要手段，因此应精选最基本的也有较高实用价值的实践教学项目。①在《电力电子技术》实验教学的原有验证性基础上，开发针对电气工程系统的综合实验项目，比如故障检测项目、变频器项目、开关电源项目等。②开发1～2个基于计算机网络的虚拟实验装置并用于教学实践。通过计算机系统对正在设计或者已经存在的对象的模型进行计算机仿真，有利于提高其精确度，重复性也较好。利用虚拟的实验平台一方面节省昂贵仪器的购置费用、实验室场地等，另一方面让学生参与整个实验的过程，深化学生对所学知识的理解，能轻松而且更扎实地掌握所学的专业知识，也为学生今后从事工程设计和科学研究打下良好的基础。③开放电力电子技术实验室，为学生提供开放性实验教学环境。通过开放式的实验场所，在专业教师的指导下，一方面提高设备、仪器的综合利用率；另一方面充实学生的业余时间，激发学生做实验的兴趣，并为后续的电力电子技术课程设计提供基础和保障。④通过教学改革项目研究，完善以提高学生的实践能力、创新能力和综合素质为目标的教学体系。结合社会需求和学科发展情况，及时调整实验室设备与实验项目。

3.教材建设。①应当以必需和够用为原则精简和精选内容，以应用型工程实践能力的培养目标为主线组织教材内容。结合教学内容的选取，积极编写与相关专业领域的科技发展水平同步、适用于应用型人才培养的教材，适当地增加工程实践性的教学内容，减少数学理论公式的推导等。②编写《电力电子技术》实验指导书，争取将该指导书建设成为校级优秀教材。学生通过阅读实验指导书可以清楚了解实验目的、实验方法及实验内容，为顺利完成实验打下基础。这样将教材和实验指导书相结合，对提高学生的学习兴趣有一定的促进作用，还能及时将工程实践与课堂理论学习有机结合。③编写“电力电子技术题集”。利用各种各样的题目，加深学生对已有知识的理解，或未知知识的补充。通过实战，更好地学会解题方法，提高分析问题和解决问题的能力。④2～3年内实现教学声像媒体资料上网。利用网络平台这种全新的教学方式，可以弥补传统课堂教学的不足，提供灵活的学习模式和大量丰富的学习资源，有利于培养学生自主学习能力，提高教学质量。

4.师资队伍建设。加强教师队伍建设是课程建设的根本。目前，课程组教师共计6人，其中1名教授，3名副教授，2名高级实验师；其学历结构是2名博士、3名硕士和1名学士；课程组教师的平均年龄是40岁，最大年龄是52岁，最小年龄是34岁。虽然课程组高学历高职称的教师所占比例偏高，可是缺少35岁以下青年教师作为后备力量。因此，须从以下三点加强师资队伍建设：①尽可能地创造条件，让教师们与企业合作，或者与企业进行交流，培养具有“双素质型”教师，既要具备理论教学的素质，也应具备实践教学的素质。②积极开展教学研究活动，在教学理念、教学水平和教学能力方面，提高教学团队教师的整体素质，形成一支结构合理、人员稳定、师德优良、教学水平高、教学效果好的主讲教师队伍。③积极开展科研工作，提高教师科研水平。结合教师科研活动，开发综合性、创新型实验项目，并带动学生科技活动的蓬勃发展。

5.本课程建设的最终目标。①针对目前学生基础能力的具体情况，落实理论以“必需”、“够用”为度，突出定性，强调工程实践能力的培养。要根据形势的发展和专业建设需要，不断充实和改革教学内容。②优化多媒体教学，改进教学水平，进一步研制、开发和改进多媒体教学课件，力争1年内完成全课程多媒体课件。③在市级或校级立项1～2个课题，推进教学改革，通过教学改革项目研究，完善以提高学生的实践能力、创新能力和综合素质为目标的教学体系。④探索有效培养学生“三创”能力（即创新、创造、创业能力）的方法和途径，充分运用现代教育技术方法与手段，逐渐向以立体化和网络化呈现教材，完善现有多媒体课件，开发基于网络的虚拟实验环境，实现开放式教学。

通过在理论教学内容优化、实验教学项目开发、教材建设及师资队伍建设等几个方面开展《电力电子技术》课程建设，探索培养学生运用电力电子知识和理论的“三创”能力（即创新、创造、创业能力）提高的方法和途径；同时，提高教学质量，扩大知名度，并将该课程建设成校级优质课程。

参考文献：

[1]王兆安，黄俊.电力电子技术[m].北京：机械工业出版社，2008.[2]蒋伟，莫岳平.“电力电子技术”课程教学模式研究[j].电气电子教学学报，2013，35（1）：44-46.[3]孔祥新，闫绍敏.“电力电子技术”课程教学改革探讨[j].中国电力教育，2011，7（20）.[4]丁卫红.合理运用教学评价，促进电力电子技术课程教学改革[c]//《第五届全国高校电气工程及其自动化专业教学改革研讨会论文集（1），2008-04-01.[5]丁卫红.合理运用教学评价，促进《电力电子技术》课程教学改革[j].高教论坛，2009，（6）.基金项目：本文获“北京信息科技大学2011课程建设项目”和北京市属高等学校高层次人才引进与培养三年行动计划（2013-2015年）青年拔尖人才培育计划（cit&tcd201304113）资助。

作者简介：李慧（1976-），女，博士，副教授，主要从事电力电子技术、电力系统分析的教学与科研工作。

第四篇：《电力电子技术》课程实验教学计划范文

《电力电子技术》课程实验教学计划

1、单相桥式全控整流及有源逆变电路实验

目的：

（1）加深理解单相桥式全控整流电路及有源逆变电路的工作原理。

（2）研究单相桥式全控整流的全过程。

（3）研究单相桥式变流电路逆变的全过程。掌握实现有源逆变条件。

（4）掌握产生逆变颠覆的原因及预防方法。

内容：

（1）单相桥式全控整流带电阻负载。

（2）单相桥式有源逆变电路带电阻电感负载。

（3）有源逆变颠覆现象观察。

2、三相桥式全控整流电路实验

目的：

（1）加深理解三相桥式全控整流电路的工作原理

（2）理解KC系列集成触发器的调整方法和各点的波形

内容：

（1）三相桥式全控整流电路带电阻负载

（2）三相桥式全控整流电路带阻感负载

（3）当触发电路出现故障（人为模拟）时，观测主电路的各电压波形。

3、直流斩波电路实验

目的：

（1）加深理解直流斩波电路的工作原理

（2）掌握斩波器主电路、触发电路的调试步骤和方法

（3）熟悉直流斩波电路各点的电压波形。

内容：

（1）直流斩波器触发电路调试

（2）直流斩波器电路接电阻负载

（3）直流斩波器电路接电感性负载

4、单相交流调压电路实验

目的：

（1）加深理解单相交流调压电路的工作原理

（2）加深理解单相交流调压电路带电感性负载对脉冲及移相范围的要求。内容：

（1）KC05集成移相触发电路的调试

（2）单相交流调压电路带电阻负载。

（3）单相交流调压电路带电感性负载。

第五篇：电力电子技术课程综述

目录

摘要：...............................................................................................................1

一、电力电子技术主要内容................................................................................1 1、1电力电子器件及应用.............................................................................1 1、1、1电力电子器件分类.....................................................................1 1.1.2电力电子器件的应用......................................................................2 1．2 整流（AC-DC变换器）........................................................................2

1．2.1整流电路分类..............................................................................2 1.2.2 整流的概念...................................................................................3 1．3斩波....................................................................................................3

1.3.1基本概念......................................................................................3 1.3.2主要内容......................................................................................3 1、4逆变....................................................................................................4

1.4.1基本概念......................................................................................4 1.4.2主要内容......................................................................................4 1、5 AC-AC变换器......................................................................................4

1.5.1基本概念......................................................................................4 1.5.2主要内容......................................................................................5

二、电力电子技术的应用.....................................................................................5

三、学习小结.....................................................................................................5

四、电力电子的发展及其发展趋势........................................................................6

五、电力电子技术的具体应用..............................................................................7 参考文献............................................................................................................8

摘要：

电力电子技术（Power Electronics Technology）是一门新兴的应用于电力领域的电子技术，就是使用电力电子器件（如晶闸管，GTO，IGBT等）对电能进行变换和控制的技术。电力电子技术所变换的“电力”功率可大到数百MW甚至GW，也可以小到数W甚至1W以下，和以信息处理为主的信息电子技术不同电力电子技术主要用于电力变换。电力电子技术分为电力电子器件制造技术和变流技术（整流，逆变，斩波，变频，变相等）两个分支。电力电子技术（Power Electronics Technology）是研究电能变换原理及功率变换装置的综合性学科，是在电子、电力与控制技术基础上发展起来的一门新兴交叉学科。包括电压、电流、频率和波形变换等知识，涉及电子学、自动控制原理和计算机技术等学科。

关键字: 整流、逆变、斩波、变频

正文

一、电力电子技术主要内容 1、1电力电子器件及应用 1、1、1电力电子器件分类

按照电力电子器件能够被控制电路信号所控制的程度分类： 1.半控型器件，例如晶闸管； 2.全控型器件，例如GTO（门极可关断晶闸管）、GTR（电力晶体管），MOSFET（电力场效应晶体管）、IGBT（绝缘栅双极晶体管）；

3.不可控器件，例如电力二极管；

按照驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间信号的性质分类： 1.电压驱动型器件，例如IGBT、MOSFET、SITH（静电感应晶闸管）； 2.电流驱动型器件，例如晶闸管、GTO、GTR；

根据驱动电路加在电力电子器件控制端和公共端之间的有效信号波形分类：

1.脉冲触发型，例如晶闸管、GTO；

2.电子控制型，例如GTR、MOSFET、IGBT；

按照电力电子器件内部电子和空穴两种载流子参与导电的情况分类： 1.双极型器件，例如电力二极管、晶闸管、GTO、GTR； 2.单极型器件，例如MOSFET、SIT；

3.复合型器件，例如MCT（MOS控制晶闸管）和IGBT 1.1.2电力电子器件的应用

电力电子技术是利用电力电子器件构成各种开关电路，按一定的规律，实时，适式地控制开关器件的通，断状态，可以实现电子开关型电力变换和控制的技术。

1．2 整流（AC-DC变换器）1．2.1整流电路分类

1、不可控整流电路

2、相控整流电路

3、相控有源逆变电路

4、电压型桥式PWM整流电路

1.2.2 整流的概念

AC-DC变换器是指将交流电能的电力电子装置，而AC-DC变换器的交流侧一般连入电网或其他交流电源。通常根据AC-DC变换器运行过程中电能传递方向的不同，AC-DC变换器又可分为整流运行和有源逆变运行两种工作状态：当AC-DC变换器运行过程中，若电能由交流侧向直流侧传递，此种工作状态称为整流，运行于整流工作状态的AC-DC变换器通常称为整流器。

1．3斩波 1.3.1基本概念

DC-DC变换器是指能将一定幅值的直流电变换成另一幅值直流电的电力电子装置，主要应用于直流电压变换（升压、降压、升降压等）、开关稳压电源、直流电机驱动等场合。

1.3.2主要内容

1、DC-DC变换器基本电路构成的基本思路与换流分析。

2、开关变换器中电感、电容元件的基本特性——伏秒平衡特性（电感元件）、安秒平衡特性（电容元件），这是定量分析开关变换器的基础。

3、电流连续条件下的DC-DC变换器基本特性分析，这是DC-DC变换器性能分析和参数设计的基础，主要包括：稳态增益、电感电流及电容电压脉动量、功率器件中电压及电流关系等。

4、多象限和多相多重DC-DC变换器的结构特点和换流分析。1、4逆变 1.4.1基本概念

DC-AC变换器是指能将一定幅值的直流电变换成一定幅值和一定频率交流电的电力电子装置，又称逆变器。如果DC-AC变换器的交流输出连接无源负载，则称这种DC-AC变换器为无源逆变器；如果DC-AC变换器的交流输出连接电网，则称这种DC-AC变换器为有源逆变。

1.4.2主要内容

1、逆变器的电路结构、分类及主要性能指标。

2、逆变器的三种基本变换方式——方波变换、阶梯波变换、正弦波变换。

3、方波逆变器的基本电路及其特点。

4、正弦波逆变器及其SPWM控制 1、5 AC-AC变换器 1.5.1基本概念

AC-AC变换器是指将一种形式的交流电变换成另一种形式的交流电的电力电子变换装置。根据变换参数的不同，AC-AC变换电路可以分为交流调压电路、交流电子控制电路和交-交变频电路。交流调压电路一般采用相位控制，其特点是维持频率不变，仅改变输出电压的幅值，它广泛应用于电炉控制温度、灯光调节、异步电机的软启动和调速等场合；交流电力控制电路主要用于投切交流电力电容器以控制电网的无功功率，也可以用于电炉的温度控制；交-交变频电路也称直接变频电路，是一种没有中间直流环节就能把某一频率、电压的交流电直接变换成另一种频率、电压交流电的变换电路。1.5.2主要内容

1、交流调压电路的构成思想、单相相控式交流调压电路的工作原理、星形连接的三相相控式交流调压电路的工作原理和电路的工作特点。

2、交流调功电路的工作原理、晶闸管投切电容器电路的工作特点

3、相控式单相交-交变频器的电路构成特点、工作原理、调压方法；相控式三相交-交变频器的电路接线特点。

二、电力电子技术的应用

1、大功率直流电源。它的发展主要以提高单机容量和增加效率为主要目标。电机控制。无论是交流电机还是直流电机均采用电力电子技术来完成电机的速度、转矩、跟随性等控制，但目前更多的是研究直流调速不能涉及的应用领域。

2、电源变换。它的发展主要以增加效率和提高控制性能为主要目标，如电焊机、电磁

3、感应加热、电动机车、电动汽车，电镀电源、电冰箱、洗衣机等控制。

4、高压直流输电。无功功率补偿等等。

5、开关型电力电子变换电源。

三、学习小结

时间总是过得这么快的，本学期的课程结束了，但是学习还没有结束！电力电子对我而言并不是很难，只要上课认真听老师讲解了，自己课下也花时间 去学习了，就会很好理解！对于各种电路及波形的分析也不是很难。我觉得这本书的重点和难点是AC-DC变换器这章，需要我们去理解，学透。这章的内容老师也是重点讲解的，当然一开始有点半懂不懂的，理解和做题方面都存在不少问题，所以会和同学在一起讨论。课上老师的详细解释加上课后同学的帮助，是我很快找到了学习这门课的方法。死记硬背肯定是不行的，一定要去理解。课堂上听老师讲过之后，一定要自己去过一遍，要彻底明白，知道自己会分析，理解！本学期课程结束之后，我们开始了电力电子实验，通过实验能够使用到上课学习的理论知识，也锻炼了自己的动手能力，我觉得这几节实验课对我来说受益匪浅，理论联系实际是最好的学习方法。总之，这门课程我学会了很多知识，感谢老师的悉心教导以及同学们的帮助！

四、电力电子的发展及其发展趋势

电力电子技术已经成为国民经济建设中的关键基础性技术之一。当前, 面对全球性的能源危机和环境问题, 电力电子技术更是利用其独有的特点, 发挥出不可替代的作用。在电气工程领域呈现三大应用热点: 电气节能、新能源发电和电力牵引。

1、电气节能

电气节能包括变频调速、电能质量有源滤波等，尤其以变频调速为主要内容。今后进一步的发展主要集中在：

（1）专用型。主要为专门的应用进行专门的设计和制作, 以提高性能简化功能, 减低成本为主要目的。

（2）集成型。越来越多的电力传动系统将电机。变频器及其控制集成于一体, 形成一个系统产品。

（3）高性能。包括高效率, 主要在精细化入手;高精度, 增加闭环控制;高容错性能, 充分利用电力电子装置可调可控的的特点, 来达到系统容错的目的。

2、新能源发电 新能源发电中的电力电子技术应用特点为：一次能源供给随机性大, 风能、太阳能都随天气情况而有很大变化;并网发电要求高，电网侧要求输入电能波动小, 电能质量高等。其中主要的问题是装备可靠性差，有关功能和性能还满足不了要求, 标准不统一。

3、电力牵引

电力牵引正成为世界各国交通发展重点。电力牵引主要包括高铁、地铁、城市轻轨、电动汽车等。电力牵引的核心部分是电力电子与电力传动。电力牵引的主要特点为：蓄电池供电，四象限运行，恒力矩控制，高温、强振动环境等。这些特点对电力电子设备要求较高。当前在电力牵引中的电力电子技术主要发展方向包括：

（1）提高电力电子变换器装置的效率和功率密度, 主要发展集成技术和冷却技术;（2）实施精确控制, 应用高性能的闭环控制, 特别是针对低速和高速下的矢量控制和直接转矩控制一直是热点研究课题;（3）保证可靠运行, 采用冗余控制以及能量综合管理技术等。电力电子技术是目前发展较为迅速的一门学科，是高新技术产业发展的主要基础技术之一，是传统产业改造的重要手段。电力电子技术的发展是以电力电子器件为核心，伴随变换技术和控制技术的发展而发展的。可以预言，随着各学科新理论、新技术的发展，电力电子技术的应用具有十分广泛的前景。

五、电力电子技术的具体应用

开关稳压电源

1、开关电源和线性电源在内部结构上是完全不一样的，开关电源顾名思义有开关动作，它利用变占空比或变频的方法实现不同的电压，实现较为复杂，最大的优点是高效率，一般在90％以上，缺点是文波和开关噪声较大，适用于对文波和噪声要求不高的场合；而线性电源没有开关动作，属于连续模拟控 制，内部结构相对简单，芯片面积也较小，成本较低，优点是成本低，文波噪声小，最大的缺点是效率低。

2、系统结构，电源框图如图所示系统主要由隔离变压、整流滤波、DC—DC变换器、控制系统、显示等电路模块组成。隔离变压模块实现220VAC变压为18VAC，再经整流滤波电路转换为直流电压；控制器模块实现数码管显示、A/D和D/A转换、过流保护、DC—DC电压输出控制和稳压、显示、人机交换等功能;过流保护电路实现输出电流过流保护功能；同时，电压负反馈电路进一步对负载电压进行精确控制。

图1

参考文献

1、张兴.电力电子技术.科学出版社

2、陈坚.电力电子学－电力电子变换和控制技术.北京：高等教育出版社,2002.3、王兆安 黄俊.电力电子技术[M].北京:机械工业出版社,2003.4、陈国呈,周勤利.变频技术研究[J].上海大学自动化学院学报,1995(6):23-26.5、王正元.面向新世纪的电力电子技术电源技术应用，2001

6、刘志刚，叶斌，梁晖.电力电子学.北京清华大学出版社，北京交通大学出版社