湖北省高等教育自學考試課程考試大綱

  課程名稱：電力電子變流技術(shù)

  第一部分  課程性質(zhì)與目標

  一、課程性質(zhì)與特點

  本課程是高等教育自學考試“電氣工程及其自動化”專業(yè)(專升本)的一門專業(yè)課程。本課程的特點是與專業(yè)和工程實際聯(lián)系緊密，概念性較強，內(nèi)容涵蓋較為全面。

  二、課程目標與基本要求

  目標是使學生熟悉各種電力電子器件的特性和使用方法;熟悉各種電力電子裝置的應用范圍及技術(shù)經(jīng)濟指標;掌握各種電力電子電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、控制方法、設(shè)計計算方法及實驗原理。

  三、與本專業(yè)其他課程的關(guān)系

  此課程是專業(yè)必修課，是學好本專業(yè)的重要一環(huán)。其前期課程應有《電路》、《電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《電機學》，只有具備了這些基本理論，才能對器件的工作狀態(tài)予以理解，才能對變流電路的狀況予以分析和計算，才能對變流電路產(chǎn)生的高次諧波予以分解和處理。同時，為后續(xù)課程打好基礎(chǔ)。

  第二部分  考核內(nèi)容與考核目標

  第1章 緒論

  一、學習目的與要求

  通過本章學習需要學生了解電力電子技術(shù)的發(fā)展史;熟悉電力電子技術(shù)的主要內(nèi)容和應用領(lǐng)域;理解什么是電力電子技術(shù)。本章的內(nèi)容試圖使學生對電力電子技術(shù)有一個初步的了解。

  二、考核知識點與考核目標

  （一）重點

  識記：電力電子技術(shù)的內(nèi)涵。

  理解：電子學、電力學、電力電子技術(shù)、控制理論間的關(guān)系。

  應用：電力變換的種類。

  （二）次重點

  識記：本教材的主要內(nèi)容。

  理解：電力電子技術(shù)的作用。

  應用：電力電子技術(shù)在一般工業(yè)和電力系統(tǒng)等領(lǐng)域的應用。

  （三）一般

  識記：電力電子技術(shù)的發(fā)展史。

  理解：電子管時代、晶閘管時代、全控型時代。

  應用：相控方式、斬控方式的含義。

  第2章 電力電子器件

  一、學習目的與要求

  電力電子器件是組成電力電子電路主電路器件。通過本章學習需要學生熟悉和掌握晶閘管、電力MOSFET、IGBT等電力電子器件的結(jié)構(gòu)、原理、特性和使用方法。

  本章總的要求：熟悉半控型器件與全控型器件的工作原理和運行特點;重點掌握晶閘管和IGBT;了解和理解其它電力電子器件。

  二、考核知識點與考核目標

  （一）重點

  識記：半控型器件——晶閘管、典型全控型器件——IGBT。

  理解：晶閘管、典型全控型器件的結(jié)構(gòu)、工作原理、電氣符號、觸發(fā)方式。

  應用：晶閘管、典型全控型器件的主要參數(shù)、應用場合、如何選型。

  （二）次重點

  識記：不可控器件;功率晶體管。

  理解：不可控器件伏安特性、功率晶體管的二次擊穿現(xiàn)象。

  應用：不可控整流電路分析、功率晶體管的安全工作區(qū)。

  （三）一般

  識記：其他電力電子器件。

  理解：其他電力電子器件的工作原理、觸發(fā)方式。

  應用：其他電力電子器件的電氣符號、特性、應用場合。

  第3章 整流電路

  一、學習目的與要求

  可控整流電路是廣泛應用的交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能的變換電路之一，單相可控整流電路是其中最簡單最基本的電路;三相可控整流電路有利于電網(wǎng)的三相平衡，且輸出電壓的脈動比單相小，適用于中、大容量工業(yè)設(shè)備。

  本章總的要求：掌握各種基本的整流電路和有源逆變電路的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析、數(shù)量關(guān)系和控制方法。

  理解單相半波可控整流電路，掌握單相全控橋式整流電路，深刻理解單相半控橋式整流電路，熟練掌握波形分析方法。深刻理解三相半波可控整流電路，掌握三相全控橋式整流電路，深刻理解變壓器漏抗的影響，熟練掌握波形分析方法。深刻理解整流電路的有源逆變狀態(tài)。熟悉和掌握整流電路相位控制的實現(xiàn)。一般了解電容濾波的不可控整流電路、整流電路中諧波和功率因數(shù)、大功率可控整流電路。

  二、考核知識點與考核目標

  （一）重點

  識記：單相全控橋式、半控橋式、三相可控整流電路。

  理解：帶不同性質(zhì)負載的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析。

  應用：帶不同性質(zhì)負載的數(shù)量關(guān)系和控制方法。

  （二）次重點

  識記：單相半波可控整流電路、變壓器漏抗的影響、整流電路的有源逆變狀態(tài)、整流電路相位控制。

  理解：單相半波可控整流電路帶不同性質(zhì)負載電力系統(tǒng)微型計算機保護的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、波形分析。變壓器漏抗影響的波形分析。整流電路的有源逆變狀態(tài)的工作條件。整流電路相位控制的原理。

  應用：單相半波可控整流電路帶不同性質(zhì)負載的數(shù)量關(guān)系和控制方法。變壓器漏抗影響的平均電壓計算。整流電路的有源逆變狀態(tài)的能量流動方向、應用場合、逆變失敗的主要原因、防止逆變失敗的主要措施。整流電路相位控制的實現(xiàn)方法，觸發(fā)電路的定相。

  （三）一般

  識記：電容濾波的不可控整流電路、整流電路中諧波和功率因數(shù)、大功率可控整流電路。

  理解：電容濾波的不可控整流電路、大功率可控整流電路結(jié)構(gòu)、工作原理。

  應用：整流電路中諧波分析和功率因數(shù)計算。

  第4章 逆變電路

  一、學習目的與要求

  逆變電路分有源和無源逆變電路兩類，本章的逆變電路是指無源逆變電路，其功能是將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能直接供交流負載使用，是電子技術(shù)領(lǐng)域最為活躍的部分。本章通過對幾個典型電路的分析，主要講述了變壓變頻逆變器的組成和輸出電壓的控制方式。

  本章總的要求：了解無源逆變的分類;掌握電壓型單相逆變電路組成原理及工作波形;理解電壓型、電流型三相逆變電路的組成原理;一般了解多重逆變電路和多電平逆變電路。

  二、考核知識點與考核目標

  （一）重點

  識記：換流方式;單相電壓型逆變電路。

  理解：逆變電路的基本工作原理;換流方式分類。

  應用：單相電壓型逆變電路的電路結(jié)構(gòu)、波形分析及輸出基波電壓的計算。

  （二）次重點

  識記：三相電壓型、電流型逆變電路。

  理解：三相電壓型、電流型逆變電路的工作過程和波形。

  應用：三相電壓型輸出基波電壓的計算、三相電流型逆變電路換流過程各階段的電流路徑分析。

  （三）一般

  識記：多重逆變電路和多電平逆變電路。

  理解：多重逆變電路和多電平逆變電路的結(jié)構(gòu)、工作原理。

  應用：多重逆變電路和多電平逆變電路的功能。

  第5章 直流-直流變流電路

  一、學習目的與要求

  直流-直流變流電路是將直流電變?yōu)榱硪还潭妷夯蚩烧{(diào)電壓的直流電，包括直接直流變流電路和間接直流變流電路，直接直流變流電路也稱斬波電路，一般是指直接將直流電變?yōu)榱硪恢绷麟?，輸入與輸出間不隔離。間接直流變流電路是在直流變流電路中增加了交流環(huán)節(jié)，在交流環(huán)節(jié)中通常采用變壓器實現(xiàn)輸入輸出間的隔離。本章講述的直流-直流變流電路特指直接直流變流電路。

  本章總的要求：熟悉掌握基本斬波電路;深刻理解降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路。熟悉CUK斬波電路。了解復合斬波電路和多相多重斬波電路的功能，一般了解帶隔離的直流-直流變流電路。

  二、考核知識點與考核目標

  （一）重點

  識記：基本斬波電路。

  理解：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路的結(jié)構(gòu)、工作原理。

  應用：降壓斬波電路、升壓斬波電路、升降壓斬波電路的波形分析、應用場合、輸出電壓、電流計算。

  （二）次重點

  識記：CUK斬波電路。

  理解：CUK斬波電路的結(jié)構(gòu)、工作原理。

  應用：CUK斬波電路的波形分析、應用場合。

  （三）一般

  識記：復合斬波電路和多相多重斬波電路。帶隔離的直流-直流變流電路。

  理解：復合斬波電路和多相多重斬波電路的結(jié)構(gòu)、工作原理。

  應用：復合斬波電路和多相多重斬波電路的功能。

  第6章 交流-交流變流電路

  一、學習目的與要求

  交流-交流變流電路是把一種形式的交流電變成另一種形式的交流電。在進行交流-交流變流時可以改變相關(guān)的電壓、頻率和相數(shù)等。只改變電壓、電流或?qū)﹄娐返耐〝噙M行控制，而不改變頻率的電路稱為交流電力控制電路，改變頻率的電路稱為變頻電路。

  交流-交流變流電路可以分為直接方式(無中間直流環(huán)節(jié))和間接方式(有中間直流環(huán)節(jié))兩種，本章討論的均為直接方式。

  本章總的要求：熟悉交流調(diào)功電路、交流電力電子開關(guān)的工作原理;重點掌握單相交流調(diào)壓電路的工作原理、單相交交變頻電路的工作原理;了解三相交流調(diào)壓電路和三相交交變頻電路的工作原理。

  二、考核知識點與考核目標

  （一）重點

  識記：單相交流調(diào)壓電路、單相交交變頻電路。

  理解：單相交流調(diào)壓電路、單相交交變頻電路的結(jié)構(gòu)、工作原理。

  應用：單相交流調(diào)壓電路輸出計算、單相交交變頻電路的整流、逆變狀態(tài)的分析。

  （二）次重點

  識記：交流調(diào)功電路、交流電力電子開關(guān)。

  理解：交流調(diào)功電路、交流電力電子開關(guān)的結(jié)構(gòu)、工作原理。

  應用：交流調(diào)功電路的波形分析;電力電子開關(guān)的投切。

  （三）一般

  識記：三相交流調(diào)壓電路和三相交交變頻電路。

  理解：三相交流調(diào)壓電路和三相交交變頻電路的結(jié)構(gòu)、工作原理。

  應用：三相交流調(diào)壓電路和三相交交變頻電路的運行狀態(tài)分析。

  第7章 PWM控制技術(shù)

  一、學習目的與要求

  PWM控制技術(shù)是在電力電子領(lǐng)域有著廣泛的應用，并對電力電子技術(shù)產(chǎn)生了十分深遠影響的一項技術(shù)。直接直流斬波電路實際上就是直流PWM電路，這是PWM控制技術(shù)應用較早也成熟較早的一類電路。PWM控制技術(shù)在逆變電路中的應用最具有代表性，正是因為PWM控制技術(shù)在逆變電路中廣泛而成功應用，才奠定了PWM控制技術(shù)在電力電子技術(shù)中的突出地位。

  通過本章學習需要學生熟悉PWM控制的基本原理。掌握PWM逆變電路及其控制方法。了解PWM跟蹤控制技術(shù)和PWM整流電路及其控制方法。

  本章總的要求：熟悉PWM控制的基本原理。掌握單相橋式PWM逆變電路的結(jié)構(gòu)，深刻理解單相橋式PWM逆變電路單極性和雙極性PWM控制方式和對應輸出波形。熟悉異步調(diào)制、同步調(diào)制和規(guī)則采樣法的基本概念;弄清楚提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)的方法;熟悉電壓空間矢量PWM控制。了解PWM跟蹤控制技術(shù)和PWM整流電路及其控制方法。

  二、考核知識點與考核目標

  （一）重點

  識記：PWM控制的基本原理;單相橋式PWM逆變電路。

  理解：單相橋式PWM逆變電路的結(jié)構(gòu)、控制方式、過程分析。

  應用：單極性和雙極性PWM控制方式和對應輸出波形，變頻變壓的方法。

  （二）次重點

  識記：調(diào)制與采樣。

  理解：異步調(diào)制、同步調(diào)制和規(guī)則采樣法的基本概念。

  應用：提高直流電壓利用率和減少開關(guān)次數(shù)的方法。

  （三）一般

  識記：PWM跟蹤控制技術(shù)和PWM整流電路。

  理解：PWM跟蹤控制技術(shù)和PWM整流電路及其控制方法;電壓空間矢量PWM控制。

  應用：滯環(huán)比較方式、三角波比較方式、單相PWM整流電路的運行方式。

  第8章 軟開關(guān)技術(shù)

  一、學習目的與要求

  現(xiàn)代電力電子裝置的發(fā)展趨勢是小型化、輕量化，同時對裝置的效率和電磁兼容也提出了更高要求。提高開關(guān)頻率可以減小濾波器的參數(shù)，并使變壓器小型化。但簡單提高開關(guān)頻率會使開關(guān)損耗增加，電路效率嚴重下降，電磁干擾也增大。軟開關(guān)技術(shù)主要解決電路中的開關(guān)損耗和開關(guān)噪聲問題，使開關(guān)頻率可以大幅增加。

  本章總的要求：需要學生掌握軟開關(guān)基本概念、軟開關(guān)的工作原理和過程;熟悉幾種典型的軟開關(guān)電路;了解軟開關(guān)技術(shù)新進展。

  二、考核知識點與考核目標

  （一）重點

  識記：軟開關(guān)基本概念。

  理解：軟開關(guān)的工作特點，在電路中引入諧振改善了開關(guān)的開關(guān)條件。

  應用：零電壓和零電流軟開關(guān)技術(shù)。

  （二）次重點

  識記：軟開關(guān)電路的代表。

  理解：零電壓開關(guān)準諧振電路、零電壓開關(guān)PWM電路、零電壓轉(zhuǎn)換PWM電路。

  應用：各類軟開關(guān)電路特點。

  （三）一般

  識記：軟開關(guān)技術(shù)新進展。

  理解：頻率更快、效率更高。

  應用：應用領(lǐng)域和性能要求。

  第9章 電力電子器件應用的共性問題

  一、學習目的與要求

  本章講述的是對電力電子器件應用于電路中所需面對的一些共性問題，如驅(qū)動、保護和串并聯(lián)等問題進行介紹，從而使學生初步掌握應用電力電子器件時解決這些問題的基本思路和方法。

  本章總的要求：熟悉典型全控型器件驅(qū)動電路的工作過程;重點掌握電力電子器件驅(qū)動類型;掌握晶閘管觸發(fā)電路應滿足的要求;熟悉電力電子器件保護的類別;了解電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)使用。

  二、考核知識點與考核目標

  （一）重點

  識記：電力電子器件驅(qū)動類型。

  理解：晶閘管觸發(fā)電路應滿足的要求。

  應用：晶閘管觸發(fā)電路、典型全控型器件驅(qū)動電路的工作過程。

  （二）次重點

  識記：電力電子器件保護。

  理解：過電壓、過電流產(chǎn)生。

  應用：過電壓、過電流保護電路分析。

  （三）一般

  識記：電力電子器件的串聯(lián)和并聯(lián)。

  理解：晶閘管的串并聯(lián)。

  應用：晶閘管串聯(lián)均壓措施、晶閘管并聯(lián)均流措施。

  第10章 電力電子技術(shù)的應用

  一、學習目的與要求

  電力電子技術(shù)既是電類專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)，又是一門工程技術(shù)，廣泛應用于幾乎所有與電能相關(guān)的領(lǐng)域。本章主要闡述了電力電子技術(shù)在以下領(lǐng)域的應用：直流調(diào)速、變頻器和交流調(diào)速系統(tǒng)、不間斷電源、開關(guān)電源功率因數(shù)校正技術(shù)、在電力系統(tǒng)中及其他應用。涉獵范圍非常廣泛。

  本章總的要求：學生們通過對電力電子技術(shù)應用的了解，能夠體會到本課程在專業(yè)領(lǐng)域和應用領(lǐng)域的重要性，也是學生們在將來畢設(shè)中的良好畢設(shè)課題，可以達到理論聯(lián)系實際的作用。

  二、考核知識點與考核目標

  本章屬于學生的了解內(nèi)容，無考核知識點。

  第三部分  有關(guān)說明與實施要求

  一、考核的能力層次表述

  本大綱在考核目標中，按照“識記”、“理解”、“應用”三個能力層次規(guī)定其應達到的能力層次要求。各能力層次為遞進等級關(guān)系，后者必須建立在前者的基礎(chǔ)上，其含義是：

  識記：能知道有關(guān)的名詞、概念、知識的含義，并能正確認識和表述，是低層次的要求。

  理解：在識記的基礎(chǔ)上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有關(guān)概念、原理、方法的區(qū)別與聯(lián)系，是較高層次的要求。

  應用：在理解的基礎(chǔ)上，能運用基本概念、基本原理、基本方法聯(lián)系學過的多個知識點分析和解決有關(guān)的理論問題和實際問題，是最高層次的要求。

  二、教材

  1、指定教材：電力電子技術(shù)

  2、參考教材

  三、自學方法指導

  1、在開始閱讀指定教材某一章之前，先翻閱大綱中有關(guān)這一章的考核知識點及對知識點的能力層次要求和考核目標，以便在閱讀教材時做到心中有數(shù)，有的放矢。

  2、閱讀教材時，要逐段細讀，逐句推敲，集中精力，吃透每一個知識點，對基本概念必須深刻理解，對基本理論必須徹底弄清，對基本方法必須牢固掌握。

  3、在自學過程中，既要思考問題，也要做好閱讀筆記，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，這可從中加深對問題的認知、理解和記憶，以利于突出重點，并涵蓋整個內(nèi)容，可以不斷提高自學能力。

  4、完成書后作業(yè)和適當?shù)妮o導練習是理解、消化和鞏固所學知識，培養(yǎng)分析問題、解決問題及提高能力的重要環(huán)節(jié)，在做練習之前，應認真閱讀教材，按考核目標所要求的不同層次，掌握教材內(nèi)容，在練習過程中對所學知識進行合理的回顧與發(fā)揮，注重理論聯(lián)系實際和具體問題具體分析，解題時應注意培養(yǎng)邏輯性，針對問題圍繞相關(guān)知識點進行層次（步驟）分明的論述或推導，明確各層次（步驟）間的邏輯關(guān)系。

  四、對社會助學的要求

  1、應熟知考試大綱對課程提出的總要求和各章的知識點。

  2、應掌握各知識點要求達到的能力層次，并深刻理解對各知識點的考核目標。

  3、輔導時，應以考試大綱為依據(jù)，指定的教材為基礎(chǔ)，不要隨意增刪內(nèi)容，以免與大綱脫節(jié)。

  4、輔導時，應對學習方法進行指導，宜提倡"認真閱讀教材，刻苦鉆研教材，主動爭取幫助，依靠自己學通"的方法。

  5、輔導時，要注意突出重點，對考生提出的問題，不要有問即答，要積極啟發(fā)引導。

  6、注意對應考者能力的培養(yǎng)，特別是自學能力的培養(yǎng)，要引導考生逐步學會獨立學習，在自學過程中善于提出問題，分析問題，做出判斷，解決問題。

  7、要使考生了解試題的難易與能力層次高低兩者不完全是一回事，在各個能力層次中會存在著不同難度的試題。

  五、關(guān)于命題考試的若干規(guī)定

  (包括能力層次比例、難易度比例、內(nèi)容程度比例、題型、考試方法和考試時間等)

  1、本大綱各章所提到的內(nèi)容和考核目標都是考試內(nèi)容。試題覆蓋到章，適當突出重點。

  2、試卷中對不同能力層次的試題比例大致是："識記"為

  3、試題難易程度應合理：易、較易、較難、難比例為2：3：3：2.

  4、每份試卷中，各類考核點所占比例約為：重點占65%，次重點占25%，一般占10%。

  5、試題類型一般分為：

  6、考試采用閉卷筆試，考試時間150分鐘，采用百分制評分，60分合格。

  六、題型示例（樣題）

  單項選擇題

  1、在單相橋式可控整流帶阻感性(大電感)負載中，控制角的移相范圍是

  A.00~900             B.00~1800           C.900~1800         D.1800~3600

  2、在三相半波可控整流帶電阻性負載電路中，假設(shè)整流輸出的平均電流為Id，則流過每個晶閘管的電流有效值是

  A.Id 的根3分之一    B.Id的根2分之一    C.與Id相等         D.與Id無關(guān)

  二、填空題

  1、若逆變電路的逆變角小于最小逆變角時，則逆變會           。

  2、SPWM調(diào)制, 設(shè)正弦調(diào)制波的頻率為50Hz，三角載波的頻率為500Hz，則每半個調(diào)制波周期輸出           個SPWM脈沖。

  三、名詞解釋

  1、交流調(diào)功電路

  2、電流型逆變電路

  四、簡答題

  1、試說明普通晶閘管與IGBT的優(yōu)缺點。

  2、功率晶體管設(shè)置緩沖保護電路的目的是什么?

  五、計算題

  1、單相橋式全控整流電路，U2=200V ，負載中R=4Ω，L值極大，反電動勢E=60V，當α=30o時，要求：

  ①作出Ud、id、i2的波形和晶閘管電流iVT1、電壓UVT1波形;

  ②求整流輸出平均電壓Ud、電流Id，變壓器二次電流有效值I2.

  ③考慮安全余量，確定晶閘管的額定電壓和額定電流。

  2、如下圖所示的直流斬波電路，已知E=50V，R=20Ω，C、L值極大。采用脈寬調(diào)制控制方式，當T=40μs，ton=25μs時：

  ①分析該電路的工作原理;

  ②計算輸出電壓平均值UO，輸出電流平均值IO。