天津市高等教育自学考试课程考试大纲

课程名称：现代电力电子技术（含实践）                         课程代码：14411  14412

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（专升本）专业的一门专业主干课程，综合电路、自动控制原理、模拟电子技术、数字电子技术、计算机仿真技术等多门学科知识，实践性和应用性较强。本课程是在熟悉电力电子器件基本特性的基础上运用各种电力电子电路进行电力变换的一门学科基础课。主要介绍交流－直流变换器、交流－交流变换器、直流－直流变换器、直流－交流变换器以及现代电力电子技术应用中的一些通用问题等内容。并学会使用MATLAB/Simulink等计算机仿真软件，建立典型电力电子电路仿真模型，分析电路工作原理、工作波形、主要指标参数等问题。

二、课程目标与基本要求

设置本课程的目的是使学生了解电力电子技术相关电力变换领域的发展状况和趋势，掌握典型电力电子电路的基本结构、工作原理和性能指标，培养学生对电力电子电路的综合分析能力、工程设计能力和工程实践能力，从而掌握现代电力电子技术的基本原理、控制方法、设计方法和实践知识技能，使学生获得从事本专业工作所需的理论和实践能力。同时培养学生的创造创新能力，使学生初步具备独立分析、设计和正确使用现代电力电子电路的能力。

学习本课程要求学生了解现代电力电子技术的发展状况，熟记各种常用的电力电子器件的性质和开关特性，能够掌握分析、计算、设计典型电力电子电路的基本方法；熟记交流－直流变换器、交流－交流变换器、直流－直流变换器、直流－交流变换器等四类基本电力电子电路的电路结构和工作原理；能够根据不同应用要求选择和构建合理的电力电子电路，并利用正确的分析方法，实现工程应用的电力变换指标；能够使用仿真软件建立典型电力电子电路的仿真模型，验证设计方案的可行性和正确性，优化设计参数。

三、与相关课程的联系与区别：

    本课程与电气工程及其自动化专业的其他基础与专业课程有密切的联系。它以《高等数学（工本）》、《自动控制原理（本）》等课程为基础，又对《电气工程及其自动化（本科）毕业论文》等课程起补充配合作用。

第二部分   考核内容与考核目标

第一章  电力电子器件

一、学习目的与要求

本章介绍电力电子技术的内容、发展和应用；要求了解常用电力电子器件分类；了解和掌握常用电力电子器件的基本结构、工作原理、基本特性、主要参数和安全工作区；了解常用电力电子器件的驱动电路、缓冲电路和保护方法；了解和掌握常用电力电子器件的串联和并联技术。

二、考核知识点与考核目标    

（一）电力电子技术的内容、发展和应用（次重点）

识记：电力电子技术的基本内容

理解：电力电子技术的应用领域

（二）电力电子器件（重点）

识记：各种电力电子器件的基本结构、主要参数、工作特性等，重点记忆SCR、IGBT和MOSFET三种电力电子器件

理解：电力电子器件的开关特性

（三）电力电子器件的其他内容（一般）

识记：电力电子器件应用相关的驱动电路、缓冲电路和串并联使用

理解：电力电子器件的串并联使用目的和方法

第二章 交流-直流变换器

一、学习目的与要求

本章介绍晶闸管相控整流器的电路拓扑形式、工作原理，分析其工作波形，以及典型整流器电路的数学关系、设计计算方法；掌握整流器工作在有源逆变状态时的工作原理、工作波形、基本计算等；学会分析变压器漏抗对整流器电路的影响因素；了解有源逆变电路的基本原理和要点。

二、考核知识点与考核目标    

（一）单相相控整流器（重点）

识记：单相半波、单相全桥相控整流器电阻性负载的电路原理图、工作波形图

理解：触发角、移相范围、输出电压平均值的概念

应用：计算电阻性负载条件下的输出电压平均值

（二）三相相控整流器（重点）

识记：1. 三相半波相控整流器电阻性负载的电路原理图、工作波形图

      2. 三相桥式相控整流器的工作特点

理解：1. 双窄脉冲的概念

      2. 三相半波相控整流器电阻性负载电路的工作原理

      3. 三相桥式相控整流器电感性负载电路的工作原理

应用：1. 计算三相半波相控整流器电阻性负载条件下的输出电压平均值或触发角

      2. 计算三相桥式相控整流器电感性负载条件下的输出电压平均值或触发角

（三）变压器漏抗对整流器的影响（一般）

识记：变压器漏抗对整流器的影响

理解：换相重叠角和换相压降的概念

（四）有源逆变器（次重点）

识记：1．逆变和有源逆变的概念

2．有源逆变的条件

3. 逆变失败的概念和条件

      4. 安全裕量角的概念

理解：1．有源逆变的含义

2．安全裕量角的概念和作用

应用：安全裕量角的应用

第三章  交流-交流变换器

一、学习目的与要求

本章介绍交流-交流变换器，分析其电路结构、工作原理和特性。通过本章学习，考生需要了解和熟悉交流-交流变换器的分类；了解和掌握单相和三相交流调压器电路结构形式、工作原理、工作波形、主要参数计算；了解交流调功器和交流开关工作原理；了解和熟悉单相和三相交-交变频器的基本工作原理、控制方法、存在问题以及应用场合。

二、考核知识点与考核目标    

（一）交流-交流变换器的分类（次重点）

识记： 交流-交流变换器的分类

理解： 交流调压器的概念和分类

（二）相控交流调压器（重点）

识记：1. 单相交流调压器电路

      2. 单相交流调功器电路

3．单相交-交变频器的电路和输入输出特性

4. 三相相控交流调压器的两种常用接线方式

理解：1．电阻性负载单相交流调压器的工作原理

2．单相交流调功器的工作原理

应用：1. 电阻性负载单相交流调压器输出电压有效值的计算

      2. 单相交流调功器输出功率和输出电压的计算

（三）交-交变频器（次重点）

识记：单相交-交变频器的电路和输入输出特性

理解：1. 单相交-交变频器的工作原理

2.交-交变频器的主要缺点

第四章  直流-直流变换器

一、学习目的与要求

本章介绍直流-直流变换器电路原理及工作特性。通过本章学习，考生需要了解和掌握直流斩波器的调制方式；理解和掌握直流斩波器的控制方式；理解和掌握降压变换器、升压变换器、降压-升压变换器的拓扑结构、工作原理、工作特性直流斩波器的基本原理；理解全桥式直流斩波器在单极性和双极性控制方式时的工作原理。

二、考核知识点与考核目标    

（一）直流斩波器的控制（重点）

识记：1．直流-直流变换器和直流斩波器的分类

2．脉冲宽度调制方式（PWM）的概念

理解：PWM的基本原理

应用：计算PWM的占空比

（二）降压（Buck）变换器（重点）

识记：1. 降压变换器的电路结构

2. 输出电压的数学表达式

理解：1．电流连续模式时工作原理及电感上的电压电流波形

2．输出电压纹波波形

应用：计算降压变换器的输出电压或占空比

（三）升压（Boost）变换器（重点）

识记：1．升压变换器的电路结构

2．输出电压的数学表达式

理解：1．电流连续模式时工作原理及电感上的电压电流波形

2．输出电压纹波波形

应用：计算升压变换器的输出电压或占空比

（四）降压-升压（Buck-Boost）变换器（一般）

识记：1．降压-升压变换器的电路结构

2．输出电压的数学表达式

理解：1．电流连续模式时工作原理及电感上的电压电流波形

2．输出电压纹波波形

应用：计算降压-升压变换器的输出电压或占空比

（五）全桥式直流斩波器（次重点）

识记：1．全桥式直流斩波器的电路结构

2．全桥式直流斩波器的分类

理解：1．双极性PWM控制方式的控制规律

2．单极性PWM控制方式的控制规律

应用：双极性和单极性PWM控制方式的比较

第五章  直流-交流变换器

一、学习目的与要求

本章介绍直流-交流变换器电路的工作原理及工作特性。通过本章学习，考生需要了解和掌握直流-交流（逆变器）的基本工作原理；了解和掌握电压型逆变器的电路拓扑形式、基本原理、工作波形和特点；了解电流型逆变器的电路拓扑形式、基本原理、工作波形和特点；了解两种逆变器的比较；理解和掌握正弦脉宽调制逆变器的工作原理、调制方式和波形生成方法。

二、考核知识点与考核目标    

（一）逆变器的基本原理（重点）

识记：1．逆变器的定义和概念

2．逆变器电路结构

理解：逆变器的工作原理及波形

（二）电压型逆变器（重点）

识记：单相全桥电压型逆变器的电路结构

理解：1．单相全桥电压型逆变器的工作原理、驱动波形和输出电压波形

2．三相电压型逆变器的输出线电压和相电压波形

应用：电压型逆变器的特点

（三）电流型逆变器（次重点）

识记：三相电流型逆变器的结构

理解：1．三相电流型逆变器的工作原理

      2．三相电流型逆变器的特点

应用： 电压型和电流型逆变器的比较

（四）正弦脉宽调制（SPWM）逆变器（重点）

识记：1．SPWM的中文含义及概念

2．SPWM逆变器的特点

3．SPWM的基本原理

4．SPWM的控制方式分类

5．调制度和载波比的概念和定义

6. SPWM调制方式的三种分类

理解：1．双极性PWM控制方式的工作原理

2．单极性PWM控制方式的工作原理

3．SPWM调制方式的概念、优缺点

4．SPWM的优点

5．SPWM波的跟踪控制法

应用：计算SPWM波的载波比

第六章  电力电子装置应用中的一些问题

一、学习目的与要求

本章介绍电力电子装置应用中的一些问题。通过本章学习，考生需要了解电力电子器件的换流方式；了解变换器过电压和过电流产生原因、危害和采取的主要保护方式。

二、考核知识点与考核目标    

（一）电力电子装置应用中的一些问题（一般）

识记：换流方式的四种分类名称

理解：1．过电压保护的基本原则

2．阻容保护的作用

3．泵升电压的保护的概念

4．快速熔断器的保护原理

应用：过电压保护和过电流保护的主要方法

第三部分   有关说明与实施要求

一、考核目标的能力层次表述

    本课程的能力考核目标共分为三个能力层次：“识记”、“理解”、“应用”。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：能够识别和记忆本课程中的有关名词、概念及规律的主要内容，并能够根据考核的不同要求，做出正确的表述、选择和判断。

    理解：能够领悟和理解本课程中有关概念及规律的内涵，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，并能够根据考核的不同要求，对问题进行逻辑推理和论证，做出正确的判断、解释和说明。

应用（包含简单应用和综合应用）：能在理解掌握的基础上，联系实际，运用典型电力电子电路的基本概念、基本原理、基本方法，应用学过的技能和知识点，分析和解决有关的理论问题和实际问题，评估电力变换电路的性能指标，是最高层次的要求。

二、指定教材

指定教材为考生自学、社会助学和考试命题的依据。

指定教材：《电力电子技术 第5版》 王云亮主编 电子工业出版社 2021年6月

三、自学方法指导

1、自学时必须要认真阅读教材，开始阅读每一章之前，应先认真学习大纲中有关该章的考核知识点、自学要求以及对知识点的能力层次要求和考核要求。以便在阅读教材时做到心中有数，有的放矢。

2、使用教材时，应注意将精读与泛读相结合，应在泛读即通读的基础和掌握较全面的知识背景条件下，对考核知识点进行重点地逐段细读，逐句推敲，以求做到对基本概念深刻理解，对历史脉络彻底弄清，对基本理论牢固掌握。切忌在没有全面学习教材的情况下孤立地抓考核知识点，以免生吞活剥，不能真正地理解和灵活地运用。

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术语、基本结构、工作原理、设计方法等融会贯通，归纳出知识要点，构建知识体系，从而加深对问题的认知、理解和记忆。有利于突出重点，并涵盖全部课程内容，同时锻炼提高自己的自学能力。

4、在自学过程中，既要注重理论知识，也应重视实际运用能力的培养。如联系各种电气或电子设备电源实例，从电力变换角度，分析电路结构、工作原理、控制方法、性能指标等方面综合验证电力电子技术相关理论在实践中的应用。要通过完成练习思考题、综合性分析题、项目方案设计，锻炼自己分析论证及书面表达的能力。

5、考生在自学过程中也可参考刘进军主编《电力电子技术》（机械工业出版社，2022年11月）辅助学习、理解相关知识。

四、对社会助学的要求

1．社会助学者应根据本大纲规定的考试内容和考核目标，认真钻研自学考试指定教材，明确本课程与其他课程不同的特点和学习要求，对自学应考者进行切实有效的辅导，引导他们防止自学中的各种偏向，把握社会助学的正确导向。

2．要正确处理基础知识和应用能力的关系，努力引导自学应考者将识记、理解与应用联系起来，把基础知识和理论转化为应用能力，在全面辅导的基础上，着重培养和提高自学应考者的分析问题和解决问题的能力。

3．要正确处理重点、次重点和一般的关系。课程内容有重点、次重点和一般之分，但考试内容是全面的，而且三者之间是相互联系的，不是截然分开的。社会助学者应指导自学应考者全面系统地学习教材，掌握全部考试内容和考核知识点，在此基础上再突出重点。总之，要把重点学习同兼顾一般结合起来，切勿孤立地抓重点，把自学应考者引向猜题押题。

4．助学学时建议。本课程共4学分，其中理论课程共3学分，助学建议不少于54学时，课程学时分配见下表，考生也可参考该表安排自学时间。

实践课程共1学分，助学建议不少于18学时，课程学时分配见下表，考生也可参考该表安排自学时间。

五、关于命题考试的若干规定

1、本大纲各章所提到的内容和考核目标都是考试的内容。

2、试卷中对不同能力层次要求和试题所占的比例大致是：“识记”为30%，“理解”为35%，“运用35%”。

3、试题难易程度要合理，可分为四档：易、较易、较难、难，这四档在每份试卷中所占比例依次为2：3：3：2左右。

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、试题题型一般分为：单项选择题、简答题、填空题、计算题和分析题等。

6、考试采用闭卷笔试，考试时需携带没有任何存储功能的普通计算器。考试时间为150分钟，采用百分制评分，60分为及格。

六、 题型示例（样题）

（一）单项选择题（本大题共■小题，每小题■分，共■分）

在每小题列出的四个备选项中只有一个是符合题目要求的，请将其选出并将“答题卡” 上的相应字母涂黑。错涂、多涂或未涂均无分。

1. 电力电子技术的核心控制方式是(      )。

A、功率控制            B、开关控制          C、电压控制            D、电流控制

2. 采用SPWM技术的三相逆变器，其输出电压波形等效于（     ）。

A、三角波          B、方波            C、正弦波           D、梯形波

（二）填空题

常用的全桥式直流斩波器的控制方式：双极性和单极性控制方式

（三）简答题

什么是SPWM？并作图解释其基本原理。

（四）计算题

理想升压型斩波器电路中，输入电压U_d为100V，占空比D=0.5，计算在电感电流连续状态下： 

1）设计主电路，画出工作原理图； 

2）计算输出平均电压Uo； 

（五）分析题

试画出晶闸管单相调压电路的主电路原理图，并画出电阻性负载时的输出电压波形。

七、实践考核内容与实施要求

（一）实验一 电力电子器件的仿真模型

实验要求

1）了解MATLAB Simulink/Power System工具箱及基于模型的设计

2）熟悉和掌握MATLAB Simulink/Power System工具箱的模块搭建及系统仿真技术

实验内容

1）了解Simulink工具箱、电力系统（Power System）工具箱，以及模型窗口的操作

2）了解和熟悉晶闸管、绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的仿真模型

（二）实验二 相控整流器的MATLAB仿真

实验要求

1）熟悉和掌握电力电子变换器中典型环节的仿真模型

2）熟悉和掌握单相桥式相控整流器的仿真

3）熟悉和掌握三相桥式相控整流器的仿真

实验内容

1）熟悉和掌握同步6脉冲触发器和通用变换器的仿真模型

2）熟悉和掌握单相桥式相控整流器的建模、参数设置和仿真结果

3）熟悉和掌握三相桥式相控整流器的建模、参数设置和仿真结果

（三）实验三 交流调压器的MATLAB仿真

实验要求

1）熟悉和掌握单相相控交流调压器仿真模型的建立和仿真分析

实验内容

1）熟悉和掌握单相相控交流调压器的建模、参数设置、仿真结果分析

（四）实验四 Boost变换器的MATLAB仿真

实验要求

1）熟悉和掌握Boost变换器仿真模型的建立和仿真分析

实验内容

1）熟悉和掌握Boost变换器的建模、参数设置、仿真结果分析