2023年湖北自考02308电力电子变流技术考试大纲

  湖北省高等教育自学考试课程考试大纲

  课程名称：电力电子变流技术

  第一部分  课程性质与目标

  一、课程性质与特点

  本课程是高等教育自学考试“电气工程及其自动化”专业(专升本)的一门专业课程。本课程的特点是与专业和工程实际联系紧密，概念性较强，内容涵盖较为全面。

  二、课程目标与基本要求

  目标是使学生熟悉各种电力电子器件的特性和使用方法;熟悉各种电力电子装置的应用范围及技术经济指标;掌握各种电力电子电路的结构、工作原理、控制方法、设计计算方法及实验原理。

  三、与本专业其他课程的关系

  此课程是专业必修课，是学好本专业的重要一环。其前期课程应有《电路》、《电子技术基础》、《电机学》，只有具备了这些基本理论，才能对器件的工作状态予以理解，才能对变流电路的状况予以分析和计算，才能对变流电路产生的高次谐波予以分解和处理。同时，为后续课程打好基础。

  第二部分  考核内容与考核目标

  第1章 绪论

  一、学习目的与要求

  通过本章学习需要学生了解电力电子技术的发展史;熟悉电力电子技术的主要内容和应用领域;理解什么是电力电子技术。本章的内容试图使学生对电力电子技术有一个初步的了解。

  二、考核知识点与考核目标

  （一）重点

  识记：电力电子技术的内涵。

  理解：电子学、电力学、电力电子技术、控制理论间的关系。

  应用：电力变换的种类。

  （二）次重点

  识记：本教材的主要内容。

  理解：电力电子技术的作用。

  应用：电力电子技术在一般工业和电力系统等领域的应用。

  （三）一般

  识记：电力电子技术的发展史。

  理解：电子管时代、晶闸管时代、全控型时代。

  应用：相控方式、斩控方式的含义。

  第2章 电力电子器件

  一、学习目的与要求

  电力电子器件是组成电力电子电路主电路器件。通过本章学习需要学生熟悉和掌握晶闸管、电力MOSFET、IGBT等电力电子器件的结构、原理、特性和使用方法。

  本章总的要求：熟悉半控型器件与全控型器件的工作原理和运行特点;重点掌握晶闸管和IGBT;了解和理解其它电力电子器件。

  二、考核知识点与考核目标

  （一）重点

  识记：半控型器件——晶闸管、典型全控型器件——IGBT。

  理解：晶闸管、典型全控型器件的结构、工作原理、电气符号、触发方式。

  应用：晶闸管、典型全控型器件的主要参数、应用场合、如何选型。

  （二）次重点

  识记：不可控器件;功率晶体管。

  理解：不可控器件伏安特性、功率晶体管的二次击穿现象。

  应用：不可控整流电路分析、功率晶体管的安全工作区。

  （三）一般

  识记：其他电力电子器件。

  理解：其他电力电子器件的工作原理、触发方式。

  应用：其他电力电子器件的电气符号、特性、应用场合。

  第3章 整流电路

  一、学习目的与要求

  可控整流电路是广泛应用的交流电能转换成直流电能的变换电路之一，单相可控整流电路是其中最简单最基本的电路;三相可控整流电路有利于电网的三相平衡，且输出电压的脉动比单相小，适用于中、大容量工业设备。

  本章总的要求：掌握各种基本的整流电路和有源逆变电路的电路结构、工作原理、波形分析、数量关系和控制方法。

  理解单相半波可控整流电路，掌握单相全控桥式整流电路，深刻理解单相半控桥式整流电路，熟练掌握波形分析方法。深刻理解三相半波可控整流电路，掌握三相全控桥式整流电路，深刻理解变压器漏抗的影响，熟练掌握波形分析方法。深刻理解整流电路的有源逆变状态。熟悉和掌握整流电路相位控制的实现。一般了解电容滤波的不可控整流电路、整流电路中谐波和功率因数、大功率可控整流电路。

  二、考核知识点与考核目标

  （一）重点

  识记：单相全控桥式、半控桥式、三相可控整流电路。

  理解：带不同性质负载的电路结构、工作原理、波形分析。

  应用：带不同性质负载的数量关系和控制方法。

  （二）次重点

  识记：单相半波可控整流电路、变压器漏抗的影响、整流电路的有源逆变状态、整流电路相位控制。

  理解：单相半波可控整流电路带不同性质负载电力系统微型计算机保护的电路结构、工作原理、波形分析。变压器漏抗影响的波形分析。整流电路的有源逆变状态的工作条件。整流电路相位控制的原理。

  应用：单相半波可控整流电路带不同性质负载的数量关系和控制方法。变压器漏抗影响的平均电压计算。整流电路的有源逆变状态的能量流动方向、应用场合、逆变失败的主要原因、防止逆变失败的主要措施。整流电路相位控制的实现方法，触发电路的定相。

  （三）一般

  识记：电容滤波的不可控整流电路、整流电路中谐波和功率因数、大功率可控整流电路。

  理解：电容滤波的不可控整流电路、大功率可控整流电路结构、工作原理。

  应用：整流电路中谐波分析和功率因数计算。

  第4章 逆变电路

  一、学习目的与要求

  逆变电路分有源和无源逆变电路两类，本章的逆变电路是指无源逆变电路，其功能是将直流电能转换为交流电能直接供交流负载使用，是电子技术领域最为活跃的部分。本章通过对几个典型电路的分析，主要讲述了变压变频逆变器的组成和输出电压的控制方式。

  本章总的要求：了解无源逆变的分类;掌握电压型单相逆变电路组成原理及工作波形;理解电压型、电流型三相逆变电路的组成原理;一般了解多重逆变电路和多电平逆变电路。

  二、考核知识点与考核目标

  （一）重点

  识记：换流方式;单相电压型逆变电路。

  理解：逆变电路的基本工作原理;换流方式分类。

  应用：单相电压型逆变电路的电路结构、波形分析及输出基波电压的计算。

  （二）次重点

  识记：三相电压型、电流型逆变电路。

  理解：三相电压型、电流型逆变电路的工作过程和波形。

  应用：三相电压型输出基波电压的计算、三相电流型逆变电路换流过程各阶段的电流路径分析。

  （三）一般

  识记：多重逆变电路和多电平逆变电路。

  理解：多重逆变电路和多电平逆变电路的结构、工作原理。

  应用：多重逆变电路和多电平逆变电路的功能。

  第5章 直流-直流变流电路

  一、学习目的与要求

  直流-直流变流电路是将直流电变为另一固定电压或可调电压的直流电，包括直接直流变流电路和间接直流变流电路，直接直流变流电路也称斩波电路，一般是指直接将直流电变为另一直流电，输入与输出间不隔离。间接直流变流电路是在直流变流电路中增加了交流环节，在交流环节中通常采用变压器实现输入输出间的隔离。本章讲述的直流-直流变流电路特指直接直流变流电路。

  本章总的要求：熟悉掌握基本斩波电路;深刻理解降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路。熟悉CUK斩波电路。了解复合斩波电路和多相多重斩波电路的功能，一般了解带隔离的直流-直流变流电路。

  二、考核知识点与考核目标

  （一）重点

  识记：基本斩波电路。

  理解：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路的结构、工作原理。

  应用：降压斩波电路、升压斩波电路、升降压斩波电路的波形分析、应用场合、输出电压、电流计算。

  （二）次重点

  识记：CUK斩波电路。

  理解：CUK斩波电路的结构、工作原理。

  应用：CUK斩波电路的波形分析、应用场合。

  （三）一般

  识记：复合斩波电路和多相多重斩波电路。带隔离的直流-直流变流电路。

  理解：复合斩波电路和多相多重斩波电路的结构、工作原理。

  应用：复合斩波电路和多相多重斩波电路的功能。

  第6章 交流-交流变流电路

  一、学习目的与要求

  交流-交流变流电路是把一种形式的交流电变成另一种形式的交流电。在进行交流-交流变流时可以改变相关的电压、频率和相数等。只改变电压、电流或对电路的通断进行控制，而不改变频率的电路称为交流电力控制电路，改变频率的电路称为变频电路。

  交流-交流变流电路可以分为直接方式(无中间直流环节)和间接方式(有中间直流环节)两种，本章讨论的均为直接方式。

  本章总的要求：熟悉交流调功电路、交流电力电子开关的工作原理;重点掌握单相交流调压电路的工作原理、单相交交变频电路的工作原理;了解三相交流调压电路和三相交交变频电路的工作原理。

  二、考核知识点与考核目标

  （一）重点

  识记：单相交流调压电路、单相交交变频电路。

  理解：单相交流调压电路、单相交交变频电路的结构、工作原理。

  应用：单相交流调压电路输出计算、单相交交变频电路的整流、逆变状态的分析。

  （二）次重点

  识记：交流调功电路、交流电力电子开关。

  理解：交流调功电路、交流电力电子开关的结构、工作原理。

  应用：交流调功电路的波形分析;电力电子开关的投切。

  （三）一般

  识记：三相交流调压电路和三相交交变频电路。

  理解：三相交流调压电路和三相交交变频电路的结构、工作原理。

  应用：三相交流调压电路和三相交交变频电路的运行状态分析。

  第7章 PWM控制技术

  一、学习目的与要求

  PWM控制技术是在电力电子领域有着广泛的应用，并对电力电子技术产生了十分深远影响的一项技术。直接直流斩波电路实际上就是直流PWM电路，这是PWM控制技术应用较早也成熟较早的一类电路。PWM控制技术在逆变电路中的应用最具有代表性，正是因为PWM控制技术在逆变电路中广泛而成功应用，才奠定了PWM控制技术在电力电子技术中的突出地位。

  通过本章学习需要学生熟悉PWM控制的基本原理。掌握PWM逆变电路及其控制方法。了解PWM跟踪控制技术和PWM整流电路及其控制方法。

  本章总的要求：熟悉PWM控制的基本原理。掌握单相桥式PWM逆变电路的结构，深刻理解单相桥式PWM逆变电路单极性和双极性PWM控制方式和对应输出波形。熟悉异步调制、同步调制和规则采样法的基本概念;弄清楚提高直流电压利用率和减少开关次数的方法;熟悉电压空间矢量PWM控制。了解PWM跟踪控制技术和PWM整流电路及其控制方法。

  二、考核知识点与考核目标

  （一）重点

  识记：PWM控制的基本原理;单相桥式PWM逆变电路。

  理解：单相桥式PWM逆变电路的结构、控制方式、过程分析。

  应用：单极性和双极性PWM控制方式和对应输出波形，变频变压的方法。

  （二）次重点

  识记：调制与采样。

  理解：异步调制、同步调制和规则采样法的基本概念。

  应用：提高直流电压利用率和减少开关次数的方法。

  （三）一般

  识记：PWM跟踪控制技术和PWM整流电路。

  理解：PWM跟踪控制技术和PWM整流电路及其控制方法;电压空间矢量PWM控制。

  应用：滞环比较方式、三角波比较方式、单相PWM整流电路的运行方式。

  第8章 软开关技术

  一、学习目的与要求

  现代电力电子装置的发展趋势是小型化、轻量化，同时对装置的效率和电磁兼容也提出了更高要求。提高开关频率可以减小滤波器的参数，并使变压器小型化。但简单提高开关频率会使开关损耗增加，电路效率严重下降，电磁干扰也增大。软开关技术主要解决电路中的开关损耗和开关噪声问题，使开关频率可以大幅增加。

  本章总的要求：需要学生掌握软开关基本概念、软开关的工作原理和过程;熟悉几种典型的软开关电路;了解软开关技术新进展。

  二、考核知识点与考核目标

  （一）重点

  识记：软开关基本概念。

  理解：软开关的工作特点，在电路中引入谐振改善了开关的开关条件。

  应用：零电压和零电流软开关技术。

  （二）次重点

  识记：软开关电路的代表。

  理解：零电压开关准谐振电路、零电压开关PWM电路、零电压转换PWM电路。

  应用：各类软开关电路特点。

  （三）一般

  识记：软开关技术新进展。

  理解：频率更快、效率更高。

  应用：应用领域和性能要求。

  第9章 电力电子器件应用的共性问题

  一、学习目的与要求

  本章讲述的是对电力电子器件应用于电路中所需面对的一些共性问题，如驱动、保护和串并联等问题进行介绍，从而使学生初步掌握应用电力电子器件时解决这些问题的基本思路和方法。

  本章总的要求：熟悉典型全控型器件驱动电路的工作过程;重点掌握电力电子器件驱动类型;掌握晶闸管触发电路应满足的要求;熟悉电力电子器件保护的类别;了解电力电子器件的串联和并联使用。

  二、考核知识点与考核目标

  （一）重点

  识记：电力电子器件驱动类型。

  理解：晶闸管触发电路应满足的要求。

  应用：晶闸管触发电路、典型全控型器件驱动电路的工作过程。

  （二）次重点

  识记：电力电子器件保护。

  理解：过电压、过电流产生。

  应用：过电压、过电流保护电路分析。

  （三）一般

  识记：电力电子器件的串联和并联。

  理解：晶闸管的串并联。

  应用：晶闸管串联均压措施、晶闸管并联均流措施。

  第10章 电力电子技术的应用

  一、学习目的与要求

  电力电子技术既是电类专业的专业基础，又是一门工程技术，广泛应用于几乎所有与电能相关的领域。本章主要阐述了电力电子技术在以下领域的应用：直流调速、变频器和交流调速系统、不间断电源、开关电源功率因数校正技术、在电力系统中及其他应用。涉猎范围非常广泛。

  本章总的要求：学生们通过对电力电子技术应用的了解，能够体会到本课程在专业领域和应用领域的重要性，也是学生们在将来毕设中的良好毕设课题，可以达到理论联系实际的作用。

  二、考核知识点与考核目标

  本章属于学生的了解内容，无考核知识点。

  第三部分  有关说明与实施要求

  一、考核的能力层次表述

  本大纲在考核目标中，按照“识记”、“理解”、“应用”三个能力层次规定其应达到的能力层次要求。各能力层次为递进等级关系，后者必须建立在前者的基础上，其含义是：

  识记：能知道有关的名词、概念、知识的含义，并能正确认识和表述，是低层次的要求。

  理解：在识记的基础上，能全面把握基本概念、基本原理、基本方法，能掌握有关概念、原理、方法的区别与联系，是较高层次的要求。

  应用：在理解的基础上，能运用基本概念、基本原理、基本方法联系学过的多个知识点分析和解决有关的理论问题和实际问题，是最高层次的要求。

  二、教材

  1、指定教材：电力电子技术

  2、参考教材

  三、自学方法指导

  1、在开始阅读指定教材某一章之前，先翻阅大纲中有关这一章的考核知识点及对知识点的能力层次要求和考核目标，以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

  2、阅读教材时，要逐段细读，逐句推敲，集中精力，吃透每一个知识点，对基本概念必须深刻理解，对基本理论必须彻底弄清，对基本方法必须牢固掌握。

  3、在自学过程中，既要思考问题，也要做好阅读笔记，把教材中的基本概念、原理、方法等加以整理，这可从中加深对问题的认知、理解和记忆，以利于突出重点，并涵盖整个内容，可以不断提高自学能力。

  4、完成书后作业和适当的辅导练习是理解、消化和巩固所学知识，培养分析问题、解决问题及提高能力的重要环节，在做练习之前，应认真阅读教材，按考核目标所要求的不同层次，掌握教材内容，在练习过程中对所学知识进行合理的回顾与发挥，注重理论联系实际和具体问题具体分析，解题时应注意培养逻辑性，针对问题围绕相关知识点进行层次（步骤）分明的论述或推导，明确各层次（步骤）间的逻辑关系。

  四、对社会助学的要求

  1、应熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。

  2、应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。

  3、辅导时，应以考试大纲为依据，指定的教材为基础，不要随意增删内容，以免与大纲脱节。

  4、辅导时，应对学习方法进行指导，宜提倡"认真阅读教材，刻苦钻研教材，主动争取帮助，依靠自己学通"的方法。

  5、辅导时，要注意突出重点，对考生提出的问题，不要有问即答，要积极启发引导。

  6、注意对应考者能力的培养，特别是自学能力的培养，要引导考生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，做出判断，解决问题。

  7、要使考生了解试题的难易与能力层次高低两者不完全是一回事，在各个能力层次中会存在着不同难度的试题。

  五、关于命题考试的若干规定

  (包括能力层次比例、难易度比例、内容程度比例、题型、考试方法和考试时间等)

  1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试内容。试题覆盖到章，适当突出重点。

  2、试卷中对不同能力层次的试题比例大致是："识记"为

  3、试题难易程度应合理：易、较易、较难、难比例为2：3：3：2.

  4、每份试卷中，各类考核点所占比例约为：重点占65%，次重点占25%，一般占10%。

  5、试题类型一般分为：

  6、考试采用闭卷笔试，考试时间150分钟，采用百分制评分，60分合格。

  六、题型示例（样题）

  单项选择题

  1、在单相桥式可控整流带阻感性(大电感)负载中，控制角的移相范围是

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

  2、在三相半波可控整流带电阻性负载电路中，假设整流输出的平均电流为Id，则流过每个晶闸管的电流有效值是

  A.Id 的根3分之一    B.Id的根2分之一    C.与Id相等         D.与Id无关

  二、填空题

  1、若逆变电路的逆变角小于最小逆变角时，则逆变会           。

  2、SPWM调制, 设正弦调制波的频率为50Hz，三角载波的频率为500Hz，则每半个调制波周期输出           个SPWM脉冲。

  三、名词解释

  1、交流调功电路

  2、电流型逆变电路

  四、简答题

  1、试说明普通晶闸管与IGBT的优缺点。

  2、功率晶体管设置缓冲保护电路的目的是什么?

  五、计算题

  1、单相桥式全控整流电路，U2=200V ，负载中R=4Ω，L值极大，反电动势E=60V，当α=30º时，要求：

  ①作出Ud、id、i2的波形和晶闸管电流iVT1、电压UVT1波形;

  ②求整流输出平均电压Ud、电流Id，变压器二次电流有效值I2.

  ③考虑安全余量，确定晶闸管的额定电压和额定电流。

  2、如下图所示的直流斩波电路，已知E=50V，R=20Ω，C、L值极大。采用脉宽调制控制方式，当T=40µs，ton=25µs时：

  ①分析该电路的工作原理;

  ②计算输出电压平均值UO，输出电流平均值IO。