电力电子系统综合课程设计（研讨）

课程名称

（英文名称）

电力电子系统综合课程设计（研讨）

Course Design of Power   Electronics System

总学时

32

学分

2

理论学时

8

实验学时

32

开课单位

电气工程学院电力电子实验室

适用专业

电气工程

先修课程

模拟电子电路、电力电子基础

课程简介

本课程是电气工程及其自动化专业重要的专业基础课”电力电子基础”的理论延伸与实践提高。课程在掌握了电力电子技术的分析与设计的理论基础之上，通过本课程设计项目，使学生了解并掌握分析电力电子装置与设备设计的理论方法与实验技能，为相关后续课程的学习打下坚实的基础。

教学目标

与要求

教学目标：

电力电子系统综合课程设计是电力电子技术课程理论教学之后的一个课程实践教学环节。其目的是训练学生综合运用学过的变流电路原理的基础知识，训练学生独立进行某一变流装置的设计和实验（或仿真实验）。通过课程设计，培养学生综合应用所学知识和实际查阅相关设计资料的基本技能，使学生熟悉设计过程，了解设计步骤，掌握设计内容，达到培养学生从方案设计到理论仿真或理论演算，从工程绘图到编写设计报告书的全过程工程实践训练，为学生今后从事相关方面的实际工作打下良好基础。

基本要求：

1）根据设计课题的技术指标和给定条件，在教师指导下，独立而正确地进行方案论证和设计计算，要求概念清楚、方案合理、方法正确、步骤完整。

2）要求掌握电力电子技术的设计内容、方法和步骤。

3）要求学会查阅有关参考资料和手册等。

4）要求学会选择有关元件和参数。

5）要求学会绘制有关电气原理图和编制元件明细表。

6）要求学会撰写设计报告书。

7）要求对所设计的变流装置进行实验（仿真或实物实验）

主要仪器设备

可编程直流电源、数字存储示波器、数字万用表、电子负载

考核及成绩评定方式与要求

实验报告：1）实验方案、理论仿真或设计验算；2）用Protel画出电路原理图；3）截取实验波形图

考核：由指导教师进行分组验收与答辩,根据学生的成果形式（含设计实物、原理图和波形图），综合学生在课程设计过程中的表现，按“优、良、中、及格、不及格”5级分制综合评定。建议：

 1）实物或设计验收20%；

 2）实验计算或理论仿真10%；

 3）设计原理图与实验方案30%；

 4）考核答辩30%；

 5）平时表现10% 

实验教材、指导书及其他学习资源

自编课程实际指导书，仿真软件：MATLAB

制定人

及发布时间

序号

实验项目名称

学时分配（实验学时/总学时）

实验内容提要

实验类型

实验要求

主要仪器设备、人员分组等其他需要说明的情况

1

Boost直流变换电路实验

4/32

搭建Boost变换电路并进行Matlab仿真；产生不同占空比的输入脉冲；实现MOSFET/IGBT的导通、关断控制；测试不同占空比脉冲下Boost变换电路的输出电压；分析实验结果。

设计性

掌握Boost直流变换电路的工作原理，验证Boost直流变换电路的电压调节能力。

直流电源、示波器、数字万用表

2

全桥直流变换电路实验

6/32

搭建全桥直流变换电路；实现全桥直流变换电路双极性调制策略脉冲产生；测试并观察不同占空比脉冲下电阻和阻感型负载全桥直流变换电路的输出电压波形；分析实验结果。

综合性

掌握全桥直流变换电路双极性调制工作原理，验证全桥直流变换电路的电压调节能力。

直流电源、示波器、数字万用表、电子负载

3

变压器漏感对整流电路的影响实验

6/32

搭建三相半波可控整流电路，测量三相变压器漏感的大小，用大电感负载进行实验，观察不同控制角、不同负载电流情况下，换相重叠的波形，换相压降的大小；将测量结果与理论分析结果进行对比，给出实验报告。

验证性

掌握变压器漏感对整流电路影响的理论分析，测量变压器漏感的方法，观察多相导通时的输出电压波形。

三相变压器、直流电源、示波器、数字万用表、电子负载（感性）

4

单相交流调压实验

4/32

搭建单相交流调压电路，用电阻—电感负载进行实验，观察不同控制角、不同负载功率因数角情况下，调压电路的输出波形。特别注意在控制角小于负载功率因数角情况下，如果触发脉冲宽度不够，电路的输出波形。将测量结果与理论分析结果进行对比，给出实验报告。

验证性

掌握单相交流调压实验在电感性负载情况下对触发脉冲宽度要求的理论分析，控制角与负载功率因数角的关系对交流调压输出影响。

直流电源、示波器、数字万用表、电子负载

5

电压可调的永磁式制动器

6/32

将交流电整流为直流电线圈供电，通过直流斩波电路向电磁铁线圈供电。延时电路使接触器在延时时间内可靠吸合，电压前馈控制信号根据整流输出的电压波动实时调整输出控制脉冲的宽度，从而控制降压斩波电路中的MOS管通断，调节并稳定电磁机构线圈两端的电压保持在规定的电磁铁吸合电压值上。

设计性

熟悉并掌握PWM脉冲宽度调节与直流斩波输出的平均电压之间的关系；了解如何保证装置在交流供电大范围波动时如何保证输出平均电压的恒定

直流电源、示波器、数字万用表、电子负载

6

双极性ＳＰＷＭ调制的单相工频正弦波逆变器

6/32

单相工频正弦波逆变器主电路由前级高频升压电路、后级工频逆变电路和驱动保护电路三大部分组成。通过仿真理解SPWM调制原理,整个设计包括:先将输入的12Ｖ或24Ｖ直流电经过高频逆变升压整流以后到达350Ｖ左右的高压,然后再以单相桥式结构逆变成220Ｖ/50Ｈｚ的工频交流电。

综合性

首先在运用MATLAB搭建基于SPWM的逆变仿真模型;其次利用SG3525搭建高频逆变升压电路;再其次利用ＳＰＷＭ控制芯片Ｕ3990Ｆ5构建工频逆变电路(也可以用单片机生成SPWM),最后完成驱动保护电路,并完成整个装置.

直流电源、示波器、数字万用表、电子负载(白炽灯)

备注

1)学时安排鉴于课内学时无法满足实际需求,所以会安排学生利用课余时间完成设计与实物制作.

2)人员分组:三人一组,共16组;三个指导教师,每个老师指导5-6组学生