电力电子课程设计-13春-电气

电⼒电⼦课程设计1 绪论1.1 电⼒电⼦技术的发展晶闸管出现前的时期可称为电⼒电⼦技术的史前期或黎明时期。

晶闸管由于其优越的电⽓性能和控制性能，使之很快就取代了⽔银整流器和旋转变流机组。

并且，其应⽤范围也迅速扩⼤。

电⼒电⼦技术的概念和基础就是由于晶闸管及晶闸管变流技术的发展⽽确⽴的。

晶闸管是通过对门极的控制能够使其导通⽽不能使其关断的器件，属于半控型器件。

对晶闸管电路的控制⽅式主要是相位控制式，简称相控⽅式。

晶闸管的关断通常依靠电⽹电压等外部条件来实现。

这就使得晶闸管的应⽤受到了很⼤的局限。

70年代后期，以门极可关断晶闸管（GTO）、电⼒双极型晶体管（BJT）和电⼒场效应晶体管（Power-MOSFET）为代表的全控型器件迅速发展。

全控型器件的特点是，通过对门极（基极、栅极）的控制既可使其开通⼜可使其关断。

在80年代后期，以绝缘栅极双极型晶体管（IGBT）为表的复合型器件异军突起。

它是MOSFET和BJT的复合，综合了两者的优点。

与此相对，MOS控制晶闸管（MCT）和集成门极换流晶闸管（IGCT）复合了MOSFET和GTO。

1.2 电⼒电⼦技术的应⽤电⼒电⼦技术是⼀门新兴技术，它是由电⼒学、电⼦学和控制理论三个学科交叉⽽成的，在电⽓⾃动化专业中已成为⼀门专业基础性强且与⽣产紧密联系的不可缺少的专业基础课。

本课程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，在培养⾃动化专业⼈才中占有重要地位。

它包括了晶闸管的结构和分类、晶闸管的过电压和过电流保护⽅法、可控整流电路、晶闸管有源逆变电路、晶闸管⽆源逆变电路、PWM控制技术、交流调压、直流斩波以及变频电路的⼯作原理。

在电⼒电⼦技术中，可控整流电路是⾮常重要的内容，整流电路是将交流电变为直流电的电路，其应⽤⾮常⼴泛。

⼯业中⼤量应⽤的各种直流电动机的调速均采⽤电⼒电⼦装置；电⽓化铁道（电⽓机车、磁悬浮列车等）、电动汽车、飞机、船舶、电梯等交通运输⼯具中也⼴泛采⽤整流电⼒电⼦技术；各种电⼦装置如通信设备中的程控交换机所⽤的直流电源、⼤型计算机所需的⼯作电源、微型计算机内部的电源都可以利⽤整流电路构成的直流电源供电，可以说有电源的地⽅就有电⼒电⼦技术的设备。

电力电子类课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电力电子器件的基本原理，掌握各类电力电子器件的构造、工作原理及应用场合。

2. 掌握电力电子变换器的基本电路拓扑，了解其功能、性能及在实际应用中的优缺点。

3. 学会分析电力电子电路的静态和动态特性，能够对简单电路进行设计和计算。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决实际电力电子问题的能力。

2. 提高学生动手实践能力，能够正确搭建和调试基本的电力电子实验电路。

3. 培养学生团队协作能力和沟通表达能力，能够就电力电子技术问题进行有效讨论。

情感态度价值观目标：1. 激发学生对电力电子技术领域的兴趣，培养其探索精神和创新意识。

2. 培养学生严谨、认真、负责的学习态度，使其养成良好的学习习惯。

3. 增强学生的环保意识，认识到电力电子技术在节能减排方面的重要作用，培养其社会责任感。

课程性质：本课程为电力电子类课程的实践性教学环节，旨在培养学生的实际操作能力和创新能力。

学生特点：学生已具备一定的电力电子基础知识，对实际应用有较高的兴趣，动手实践能力较强。

教学要求：结合课本内容，注重理论与实践相结合，强调学生的主体地位，充分调动学生的积极性，提高其分析和解决问题的能力。

将课程目标分解为具体的学习成果，便于后续教学设计和评估。

二、教学内容1. 电力电子器件：包括二极管、晶体管、晶闸管、场效应晶体管等基本器件的原理、特性及应用。

2. 电力电子变换器：介绍升压、降压、逆变、斩波等基本变换器的工作原理、电路拓扑及控制方法。

3. 电力电子电路分析与设计：学习静态和动态分析方法，对简单电力电子电路进行设计和计算。

4. 电力电子技术应用：分析电力电子技术在电力系统、新能源、电力传动等领域的应用实例。

教学大纲安排如下：第一周：电力电子器件原理与特性第二周：电力电子器件的应用及选型第三周：电力电子变换器的工作原理及电路拓扑第四周：电力电子变换器的控制方法第五周：电力电子电路的静态分析第六周：电力电子电路的动态分析第七周：电力电子电路设计与计算第八周：电力电子技术应用及发展趋势教学内容与课本关联性：参照教材《电力电子技术》相关章节，结合课程目标，对教学内容进行选择和组织，确保科学性和系统性。

目录概述电力电子技术课程设计任务书第二章第1章 PWM控制技术简介 (1)第二章器件的选择 (5)第三章三角波发生电路 (8)第四章三相正弦交流电源发生器 (9)第五章比较电路的生成 (11)第六章驱动电路 (12)第七章死区生成电路 (14)第八章电容滤波的三相不可控整流电路 (15)第九章逆变电路 (18)第十章总结 (22)第十一章参考文献 (22)概述PWM控制技术在逆变电路中的应用最为广泛,对逆变的影响也最为深刻.现在大量应用的逆变电路中,绝对大部分都是PWM逆变电路.可以说PWM 控制技术正是有赖于在逆变中的应用,才发展的比较成熟,才确定了他在电力电子技术中的重要地位.而SPWM技术就是其中的一种广泛应用.我们采取电容滤波的三相不可控整流电路获得直流电，成为逆变电路的直流侧，其中在整流电路和逆变电路中间并联有很大的电容，等效为恒压源。

为SPWM的等幅提供了条件。

在该电路中我们用三角波作为载波，三相交流电压作为调试波，采用双极性调制，利用比较器输出三角波和正弦波的焦点信息，该信息成为IGBT驱动电路的输入信号，控制IGBT的导通和关端，根据IGBT 的导通和关断时间的不同做到了输出的矩形波的宽度为不等幅，根据面积相等效应，输出电流为正弦波，即实现调制法控制SPWM逆变。

电力电子技术课程设计任务书一、课程设计的目的通过电力电子计术的课程设计达到以下几个目的：1、培养学生文献检索的能力，特别是如何利用Internet检索需要的文献资料。

2、培养学生综合分析问题、发现问题和解决问题的能力。

3、培养学生运用知识的能力和工程设计的能力。

4、培养学生运用仿真工具的能力和方法。

5、提高学生课程设计报告撰写水平。

二、课程设计的要求1. 自立题目题目：无源三相PWM逆变器控制电路设计注意事项：①学生也可以选择规定题目方向外的其它电力电子装置设计，如开关电源、镇流器、UPS电源等，②通过图书馆和Internet广泛检索和阅读自己要设计的题目方向的文献资料，确定适应自己的课程设计方案。

电力电子 课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生掌握电力电子器件的基本原理、分类及其在电路中的应用；2. 使学生了解电力电子变换器的工作原理，掌握常见电力电子变换器的电路拓扑及控制方法；3. 引导学生理解电力电子技术在能源转换、电力系统中的应用及发展趋势。

技能目标：1. 培养学生能够运用所学知识分析、设计和搭建简单的电力电子电路；2. 提高学生运用电力电子器件和变换器解决实际问题的能力；3. 培养学生运用电力电子技术进行能源转换和电力系统优化的技能。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术产生兴趣，激发学生学习积极性；2. 培养学生具备团队协作、沟通交流的能力，增强合作意识；3. 使学生认识到电力电子技术在节能减排、可持续发展中的重要性，树立环保意识。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在让学生在掌握电力电子基础知识的基础上，提高实际应用能力，培养学生解决实际问题的综合素质。

通过本课程的学习，学生能够具备以下具体学习成果：1. 能够列举并解释常见电力电子器件的原理和特点；2. 能够绘制并分析常见电力电子变换器的电路图；3. 能够运用电力电子技术进行实际案例分析，提出优化方案；4. 能够关注电力电子技术的发展趋势，认识到其在节能环保领域的作用。

二、教学内容本章节教学内容依据课程目标，结合教材，科学系统地组织以下内容：1. 电力电子器件：-PN结、晶体管、晶闸管等基本原理和特性；-电力MOSFET、IGBT等现代电力电子器件的结构和特点。

2. 电力电子变换器：-AC-DC、DC-AC、DC-DC等变换器的工作原理及分类；-常见电力电子变换器电路拓扑及其控制方法。

3. 电力电子技术应用：-电力电子技术在电力系统、新能源发电、电动汽车等领域的应用案例；-电力电子器件和变换器在节能、环保等方面的作用。

教学大纲安排如下：第一周：电力电子器件的基本原理和特性；第二周：现代电力电子器件的结构和特点；第三周：AC-DC、DC-AC变换器工作原理及电路拓扑；第四周：DC-DC变换器及控制方法；第五周：电力电子技术应用及案例分析；第六周：电力电子技术在节能环保领域的贡献及发展趋势。

电力电子技术的课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握电力电子器件的基本工作原理，如二极管、晶体管、晶闸管等；2. 了解电力电子电路的基本类型，如整流电路、斩波电路、逆变电路等；3. 学会分析简单电力电子电路的性能、特点及应用场合；4. 掌握电力电子设备在实际应用中的参数计算和选型方法。

技能目标：1. 能够正确使用实验设备搭建简单的电力电子电路；2. 学会运用电路分析方法，对电力电子电路进行性能分析和故障排查；3. 能够根据实际需求设计简单的电力电子系统，并进行参数计算和选型。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术的兴趣，激发学习热情；2. 增强学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力；3. 培养学生严谨的科学态度，树立工程伦理观念。

课程性质：本课程为电力电子技术的基础课程，旨在使学生掌握电力电子器件、电路及其应用，培养实际操作能力和工程素养。

学生特点：学生具备一定的电子技术基础，具有较强的学习能力和动手能力，但对电力电子技术尚处于入门阶段。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，强调动手实践和实际应用，提高学生的综合能力。

通过本课程的学习，使学生能够达到上述课程目标，为后续相关课程和实际工作打下坚实基础。

二、教学内容1. 电力电子器件：介绍二极管、晶体管、晶闸管等基本器件的结构、工作原理及特性，重点讲解其在电力电子电路中的应用。

教材章节：第一章至第三章内容安排：2学时2. 电力电子电路：讲解整流电路、斩波电路、逆变电路等基本电路的类型、工作原理及性能特点。

教材章节：第四章至第六章内容安排：4学时3. 电力电子电路分析：教授电路分析方法，如平均值法、等效电路法等，分析典型电力电子电路的性能和应用。

教材章节：第七章内容安排：3学时4. 电力电子设备设计：介绍参数计算和选型方法，结合实际案例进行设备设计。

教材章节：第八章内容安排：3学时5. 实践操作：安排学生进行电力电子电路搭建、性能测试和故障排查，提高动手能力。

电力电子的课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解电力电子器件的基本原理和分类，掌握其工作特性和应用范围。

2. 学习电力电子变换器的基本电路拓扑，理解其工作原理和转换过程。

3. 掌握电力电子器件的驱动与保护方法，了解其在实际电路中的应用。

技能目标：1. 能够运用电力电子器件设计简单的电力变换电路，并进行仿真分析。

2. 学会使用相关软件工具对电力电子电路进行性能评估和故障诊断。

3. 培养动手实践能力，能搭建简单的电力电子实验装置，并进行调试。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术的好奇心和探索精神，激发学习兴趣。

2. 增强学生的团队合作意识，培养在小组讨论和实验中积极沟通、协作的能力。

3. 培养学生的节能环保意识，理解电力电子技术在节能减排中的重要作用。

分析课程性质、学生特点和教学要求，本课程目标旨在使学生在掌握电力电子基础知识的同时，提高实践操作能力，培养创新思维和团队协作精神。

通过具体的学习成果分解，教师可进行针对性的教学设计和评估，确保课程目标的实现。

二、教学内容本章节教学内容围绕以下三个方面展开：1. 电力电子器件：- 基本原理与分类：讲解电力电子器件的工作原理，如晶闸管、IGBT等，并介绍各类器件的应用范围。

- 工作特性：分析电力电子器件的主要参数，如静态特性、动态特性等。

2. 电力电子变换器：- 基本电路拓扑：介绍常用的电力电子变换器拓扑结构，如AC-DC、DC-AC、DC-DC等，并分析其工作原理。

- 转换过程：讲解不同变换器的工作过程，包括能量转换、电压电流波形等。

3. 器件驱动与保护：- 驱动方法：介绍电力电子器件的驱动技术，如光耦隔离驱动、磁隔离驱动等。

- 保护方法：分析器件保护措施，如过压保护、过流保护等。

教学内容安排与进度：1. 第一周：电力电子器件基本原理与分类，工作特性分析。

2. 第二周：电力电子变换器基本电路拓扑，工作原理讲解。

3. 第三周：器件驱动与保护方法，实际应用案例分析。

电力电子技术课程设计范例电力电子技术课程设计是电气工程专业的一门重点课程，该课程设计主要涉及到电力电子变流器的设计、控制和应用。

此外，该课程还包括功率半导体器件的选型、电路设计、控制系统设计以及电磁兼容等方面的内容。

本文主要介绍一种电力电子技术课程设计的范例，以期为电力电子技术课程设计的读者提供一些参考和借鉴。

1. 课程设计目标电力电子技术课程设计的主要目标是培养学生的电气设计能力、模拟仿真能力、实验操作能力和团队合作意识，以及使学生掌握电力电子变流器的设计和控制技术。

2. 课程设计主题设计具有稳定输出电压的电力电子变流器。

具体包括：（1）设计一个交流输入、直流输出的电力电子变流器。

（2）根据实际需要选择并计算所需的功率半导体装置。

（3）设计适当的电路保护和故障检测系统。

（4）编写控制程序实现变流器的开关控制。

（5）进行电路仿真和实验验证。

其中，电力电子变流器可以采用全桥式、半桥式、双向直流-直流变换器等常用拓扑结构。

3. 课程设计步骤（1）确定项目的范围和目标。

明确所需完成的技术任务和各个环节的时间计划，提前预估和解决可能遇到的技术问题。

（2）收集相关的技术资料。

包括相关电路设计资料和器件规格书等。

（3）根据设计需求进行选型计算，选择满足要求的元器件。

（4）进行电路仿真验证。

采用MATLAB/Simulink软件搭建电路模型，对所设计的电路进行仿真，进一步验证电路的性能和可靠性。

（5）设计控制系统。

采用单片机或FPGA等控制芯片，编写控制程序实现变流器的开关控制，并对控制程序进行仿真和验证。

（6）进行实验验证。

制作样品电路，进行实际测试和验证。

实验过程中，需要注意电路稳定性和安全性，防止短路等电路故障。

（7）编写课程设计报告。

对整个设计过程进行总结和评估，包括设计思路、设计过程、实验结果等方面内容。

4. 课程设计评分电力电子技术课程设计评分主要包括以下几个方面：（1）方案设计（20分）。

设计方案的完备性、实现难度、适用性和创新性等方面考虑。

电力电子技术课程设计一、课程设计的目的1. 掌握电力电子电路的设计方法，具体包含功率器件、电感、电容等选取原则和设计依据。

2. 掌握控制器的设计方法，尤其针对不同对象和采样时间PID控制参数的选用。

3. 掌握现代仿真工具的使用，针对仿真过程中出现的问题，能够独立或通过查找文献、小组讨论等方式分析问题产生的原因，寻找解决方案。

4. 撰写符合规范的课程设计报告。

二、基于Boost电路APFC原理及设计2.1题目要求设计基于Boost变换器的有源功率因数校正电路，额定功率为1kW，峰值功率为1.5kW，负载为电阻性负载。

其输入交流电电压范围在190-240V/50Hz，其输出电压恒定在400V，在输入电压20%波动工况下，系统动态调整时间在0.5s内。

功率器件工作频率：20kHz，输出电压波纹5%，电流波纹10%。

2.2BOOST电路及工作原理图1 BOOST 电路原理图假设其中断电感、电容的值都极大，当IGBT 导通时，电感通过电源进行充电，此时充电电流恒定，令其电流大小恒为I 1，且此时，电容两端的电压向负载供电，由于电容的阻值很大，故输出电压为恒值，记为U 0。

令IGBT 的开通的时间为t on ，在此阶段中电感上积蓄的能量为E on ；当IGBT 关断时，电源和电感共同向电容充电并向负载R 进行供电。

设IGBT 的关断时间为t off ，则此期间电感L 释放能量为：E off =(U 0−E)I 1t off543QDLC ZV du ci Ci o Boost电路图i LQDLC ZV du ci Ci oi LQDLC ZV du ci C i oi LQDLC ZV du ci C i oi LbQ导通Q关断Q关断时电感电流为零adci L I Lmax I LminI i i LI LmaxI Lmin I Lmin I Lmaxi Q i D i Cu c ΔU Cttt tt ttt t tttI LmaxI LmaxI Lmaxi Cu ca 电感连流连续b 电感电流断续00000000000I it ont offTt onTt ’off-I OI max -I OV GE V GE-I OI max -I O又当其处于稳态时，在一个周期内电感L上吸收和释放的能量相等，故：(U0−E)I1t off=EI1t on由上述公式整理可得：U0=t on+t offt offE=Tt offE由于该电路的输出电压U0高于电源电压E，故又称为：升压斩波电路，也就是BOOST电路，又α=t onT，其中α为导通占空比。

电力电子设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 掌握电力电子器件的基本原理及其在电路中的应用；2. 了解不同电力电子电路的设计方法，并能运用相关公式进行计算；3. 掌握电力电子电路的仿真分析及实验操作技能。

技能目标：1. 能够运用电力电子器件设计简单的电力转换电路；2. 学会使用相关软件（如PSPICE、MATLAB等）进行电力电子电路的仿真分析；3. 能够根据实际需求，选择合适的电力电子器件和电路拓扑，完成电力电子系统的设计与调试。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对电力电子技术产生兴趣，提高学生的专业素养；2. 培养学生具备团队合作精神，学会与他人共同解决问题；3. 增强学生的环保意识，使其在设计过程中考虑能效和节能。

本课程针对高年级本科生，具有较强的实践性和应用性。

根据学生的知识背景和特点，课程目标旨在使学生在掌握电力电子基础知识的基础上，提高电路设计、仿真分析和实验操作能力。

通过本课程的学习，学生将能够独立完成电力电子电路的设计与调试，为今后的工作和发展奠定坚实基础。

同时，课程注重培养学生的情感态度和价值观，使其成为具有创新意识和责任感的电力电子技术人才。

二、教学内容1. 电力电子器件原理：讲解电力二极管、晶闸管、MOSFET、IGBT等常用电力电子器件的工作原理及特性，对应教材第1章。

2. 电力电子电路设计：介绍降压、升压、斩波、逆变等基本电力转换电路的设计方法，对应教材第2章。

3. 仿真分析软件应用：教授PSPICE、MATLAB等软件在电力电子电路仿真中的应用，对应教材第3章。

4. 电力电子电路实验：开展实际电路搭建、调试与测试，培养学生的动手能力，对应教材第4章。

5. 电力电子系统设计与案例分析：结合实际应用，进行系统级设计及案例分析，提高学生的综合设计能力，对应教材第5章。

教学内容安排与进度：第1周：电力电子器件原理；第2周：电力转换电路设计方法；第3周：仿真分析软件应用；第4周：电力电子电路实验；第5周：电力电子系统设计与案例分析。