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課程概述
一、課程性質地位
《航空電力電子技術》是電氣工程及其自動化專業的一門任職專業平台專業基礎必修課，本課程既是基礎課，同時又以具體的航空用電能變換裝置為研究對象，與專業課緊密聯繫，帶有專業課性質。本課程是在已經掌握《大學物理》、《電路分析基礎》、《航空電機學》等課程的基礎上，著眼於航空武器裝備跨越發展和高素質新型軍事人才培養需要，立足於學科專業發展和現役武器裝備實際，研究各類航空電力電子半導體器件特性、使用及四類基本變換電路的結構、工作原理、基本特性分析、基本設計和計算及其在航空設備上的典型應用的一門課程。同時，本課程還為《控制電機與電器》、《飛機供電系統》、《飛機機電系統》等後續課程的學習打下良好的基礎。
本課程最早於1981年在我院開課，原名《半導體變流技術》。隨著電力電子技術在航空設備上越來越廣泛地應用，本課程也由選修考查課改為必修考試課，並逐步更名為《航空電力電子技術》。隨著三代機大批量裝備部隊以及四代機、大運等新機的加速研製，以直流變換器、靜止變流器、變壓整流器以及採用電力電子變換技術的無刷直流、混合電源和高壓直流等為代表的新型電源系統，大批採用電力電子技術的設備和系統在飛機上普遍採用。特別是在傳統電機技術基礎上結合現代電力電子技術發展的混合電源系統和高壓直流電源系統，是未來大飛機和四代機將必然採用的電源系統形式，電力電子技術已成為當今世界競相發展的航空技術之一，使得該課程在航空電氣工程專業領域的地位越來越高。
二、課程教學內容
本課程遵循「學為主體、教為主導」的現代教學理念，堅持「貼近部隊、貼近裝備、貼近實戰」，著眼學生信息綜合應用，知識、能力和素質全面發展的基本要求，運用知識傳授、能力培養、價值塑造、作風養成的四位一體人才培養模式，突出學為主體，教為主導，著力培養「實戰化」軍事人才。課程內容體系以航空電力電子器件及其應用技術為基礎，重點講述AC/DC（交流/直流）、AC/AC(交流/交流)、DC/DC(直流/直流)、DC/AC(直流/交流)四大類變流技術及控制技術在航空裝備中的應用，重點介紹目前飛機上廣泛使用的典型電力電子設備通用原理。依據課程知識體系和邏輯遞進關係，將教學內容劃分為六個知識模塊：基礎知識、航空電力電子器件、航空電力電子變換技術、航空電力電子控制技術、航空電力電子技術應用、航空電力電子技術典型故障分析。
六個知識模塊由淺入深、由簡到繁、由基礎到專業、由普遍到航空應用、由原理分析到故障應用，符合課程的教學規律及學生的認知規律，課時50學時，其中理論教學42學時，實踐教學8學時。
三、課程教學目標
通過學習，使學生知道課程的性質、地位和獨立價值；知道電力電子技術學科的研究範圍、知識框架、研究方法及其發展趨勢；知道電力電子技術在現代科技和機載武器裝備中的地位和作用；知道航空電力電子技術的發展過程；理解常用航空電力電子半導體器件的結構、性能、選型及其驅動電路的基本組成、工作原理等；掌握四類基本變換電路的結構、工作原理、基本特性分析、基本設計、計算和使用維護等；理解電力電子技術在航空裝備領域的應用範圍和應用特點，能夠應用所學知識解決航空電力電子裝備中出現的一般性問題，為今後的發展提供前瞻性知識儲備。為此本課程在培養部隊航空機務人才中發揮著極其重要的作用。具體要求及預期效果如下：
知識目標：知道電力電子技術產生的歷史背景及發展過程，理解其在現代科技和航空領域中的地位和作用，深刻理解各類航空電力電子半導體器件原理、特性驅動電路和選型；掌握航空電力電子變流技術理論和工程應用，熟練掌握四類基本變換電路的結構、工作原理、基本特性分析、計算等。
能力目標：通過課堂教學，打牢專業基礎；通過課內外研討、實驗等實踐教學環節，培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。通過參與小發明、小製作等第二課堂活動，培養學生設計、動手能力；通過撰寫小論文、參與科研學術等活動，培養學生信息收集整理和交流、知識綜合運用能力和創新意識。通過課程教學活動和教、學的雙邊互動，使學生在學習、研究過程中養成在觀察和實踐中發現問題，自覺運用所學知識分析、解決問題的良好習慣，並具備一定的獨立思考、分析概括、解決工程實際問題的能力和創新能力。
素質目標：養成運用所學知識對相關設備的結構、運行過程和機理關注和思索的良好習慣，能夠把所學的知識和技能應用到具體的機務維護等工作實踐中去。培養實事求是的科學態度和敢於挑戰權威的科學精神，能夠將專業知識與航空機務技術與指揮崗位要求緊密結合，提高學生在專業範圍內運用電力電子變換理論和技術主動分析和解決工程實際問題的能力，提升航空機務的工程素養和專業素質。
四、課程特色
1．緊貼武器裝備發展，教學內容最優化。瞄準航空武器裝備發展需求，跟蹤航空電力電子最新理論與技術發展動態，教學內容由過去以變換理論及其基本技術為主，變為以理論、技術、應用、實踐相融合，充分體現「基礎和技能並重、理論與實踐並重、經典與現代並重」的思想，為電力電子技術在新武器裝備的最新應用開設新知識窗口，並對後續課程涉及的電力電子應用技術留有接口。
2．緊貼現代教育技術，教學資源立體化。充分利用網絡平台，運用計算機網絡、多媒體、數據倉庫等最新教育技術，構建課堂教學資源與網絡自主學習資源、共享資源與個性資源、實物實驗與虛擬實驗、實物模型教學資源與多媒體動畫資源等相互結合的立體化教學資源，實現教學資源從單一到系統、從平面到立體、從抽像到形象的優化整合和優勢互補。
3．緊貼先進教育理念，教學設計系統化。廣泛吸取國內外先進教育教學思想和教學設計方法，結合該課程特點，緊貼人才培養方案和課程標準要求，充分利用課程教學團隊在《航空電機學》國家精品資源共享課程建設及國家一流本科課程建設中的經驗及成果，課程教學設計採用基於教學要素統籌教學資源的總體教學設計、基於問題鏈集組織課程教學的單元教學設計、基於教學事件調動教學媒體的課堂教學設計的系統教學設計方法，為課程教學實踐提供指導，為教學效果評價提供依據。
教學單元
1 第1章 概述
課程總體介紹
1.1 航空電力電子技術的發展
1.2 航空電力電子變換器
1.3 多全電飛機對電力電子變換器的要求
1.4 航空電力電子電路的一般分析方法
1.5 一個開關的變流電路
1.6 多個開關的變流電路
1.7 開關變流電路的一般形式
1.8 開關變流電路的開關模式
1.9 開關變流電路的開關器件
【「心靈雞湯」與課程知識討論】
2 第2章 航空電力電子器件
2.1 電力電子系統的基本組成
2.2 航空電力電子器件的主要特徵
2.3 電力電子器件的理想模型及其主要技術指標
2.4 電力電子器件的分類
2.5 PN結與電力二極管
2.6 PN結的反向擊穿與電容效應
2.7 電力二極管的航空應用
2.8 晶閘管的特性分析
2.9 電力場效應晶體管的特性分析
2.10 IGBT的特性分析
2.11 電力電子器件的驅動電路
2.12 緩衝電路
2.13 晶閘管的串聯
2.14 晶閘管的並聯
2.15 電力電子器件特性實驗
2.16 電力電子器件仿真實驗
【「心靈雞湯」與課程知識討論】
3 第3章 交流-直流變換技術
3.1 交流-直流變換技術概述
3.2 單相半波可控整流電路
3.3 負載電感對單相半波可控整流電路的影響
3.4 單相橋式全波可控整流電路
3.5 三相半波不可控整流電路
3.6 三相半波可控整流電路
3.7 負載電感對三相半波可控整流電路的影響
3.8 三相橋式全波可控整流電路
3.9 三相橋式全波可控整流電路換相時刻分析
3.10 典型晶閘管相控整流電路知識點總結
【「心靈雞湯」與課程知識討論】
4 期中考試
5 第4章 直流-直流變換技術
4.1 直流-直流變換的基本控制方式
4.2 降壓斬波電路
4.3 升壓斬波電路
4.4 直流-直流變換技術實驗
【課程知識討論】
6 第5章 交流-交流變換技術
5.1 交流-交流變換電路的基本類型
5.2 相控式單相交流調壓電路的工作原理
5.3 相控式單相交流調壓電路的移相範圍
5.4 斬控式單相交流調壓電路
5.5 相控式交交變頻電路的工作原理
【課程知識討論】
7 第6章 直流-交流變換技術
6.1 直流-交流逆變技術概述
6.2 換流方式
6.3 單相半橋電壓型逆變電路
6.4 單相全橋電壓型逆變電路
6.5 三相電壓型逆變電路
6.6 單相電流型逆變電路
6.7 三相橋式有源逆變和無源逆變的換流方式比較
6.8 三相橋式電流型逆變電路
【課程知識討論】
8 第7章 航空電力電子控制技術
7.1 PWM控制的基本原理
7.2 基於調製法的單極性PWM控制
7.3 基於調製法的雙極性PWM控制
7.4 PWM產生方法-計算法
7.5 PWM產生方法-特定諧波消去法
7.6 PWM的調製方式
7.7 PWM波的諧波分析
7.8 軟開關的基本概念
7.9 軟開關電路的分類
7.10 零電壓開關准諧振電路
【「心靈雞湯」與課程知識討論】
課程列表
名稱 時間長度
第01講課程總體介紹 00:06:42
第02講1.1 航空電力電子技術的發展 00:08:12
第03講1.2 航空電力電子變換器 00:10:04
第04講1.3 多全電飛機對電子電力變換的要求 00:05:00
第05講1.4 航空電力電子電路的一般分析方法 00:07:30
第06講1.5 一個開關的變流電路 00:05:13
第07講1.6 多個開關的變流電路 00:08:38
第08講1.7 開關變流電路的一般形式 00:04:47
第09講1.8 開關變流電路的開關模式 00:08:06
第10講1.9 開關變流電路的開關器件 00:07:15
第11講2.1 電力電子系統的基本組成 00:05:14
第12講2.2 航空電力電子器件的主要特徵 00:08:42
第13講2.3 電力電子器件的理想模型及其主要技術指標 00:05:09
第14講2.4 電力電子器件的分類 00:08:13
第15講2.5 PN結與電力二極管 00:07:47
第16講2.6 PN結的反向擊穿與電容效應 00:10:24
第17講2.7 電力二極管的航空應用 00:06:08
第18講2.8 晶閘管的特性分析 00:12:39
第19講2.9 電力場效應晶體管的特性分析 00:07:03
第20講2.10 IGBT的特性分析 00:07:46
第21講2.11 電力電子器件的驅動電路 00:10:57
第22講2.12 緩衝電路 00:09:25
第23講2.13 晶閘管的串聯 00:06:35
第24講2.14 晶閘管的並聯 00:11:01
第25講IGBT器件特性實驗-實驗前準備 00:11:26
第26講電力二極管導通仿真驗證實驗 00:02:20
第27講晶閘管導通仿真驗證實驗 00:02:02
第28講晶閘管關斷條件仿真驗證實驗 00:01:17
第29講MOS管導通條件仿真驗證實驗 00:01:10
第30講MOS管關斷條件仿真驗證實驗 00:01:47
第31講IGBT管導通條件仿真驗證實驗 00:01:14
第32講IGBT關斷條件仿真驗證實驗 00:01:14
第33講3.1 交流-直流變換技術概述 00:09:39
第34講3.2 單相半波可控整流電路 00:15:07
第35講3.3 負載電感對單相半波可控整流電路的影響 00:09:51
第36講3.4 單相橋式全波可控整流電路 00:10:48
第37講3.5 三相半波不可控整流電路 00:07:08
第38講3.6 三相半波可控整流電路 00:09:36
第39講3.7 負載電感對三相半波可控整流電路的影響 00:05:54
第40講3.8 三相橋式全波可控整流電路 00:08:53
第41講3.9 三相橋式全波可控整流電路換相時刻分析 00:08:11
第42講3.10 典型晶閘管相控整流電路知識點總結 00:11:02
第43講4.1 直流-直流變換的基本控制方式 00:07:44
第44講4.2 降壓斬波電路 00:06:37
第45講4.3 升壓斬波電路 00:08:23
第46講降壓斬波電路特性實驗實驗前準備 00:10:18
第47講升壓斬波電路特性實驗實驗前準備 00:10:47
第48講5.1 交流-交流變換電路的基本類型 00:10:14
第49講5.2 相控式單相交流調壓電路的工作原理 00:09:50
第50講5.3 相控式單相交流調壓電路的移相範圍 00:08:09
第51講5.4 斬控式單相交流調壓電路 00:06:26
第52講5.5 相控式交交變頻電路的工作原理 00:09:02
第53講6.1 直流-交流逆變技術概述 00:09:19
第54講6.2 換流方式 00:10:57
第55講6.3 單相半橋電壓型逆變電路 00:10:41
第56講6.4 單相全橋電壓型逆變電路 00:12:47
第57講6.5 三相電壓型逆變電路 00:12:45
第58講6.6 單相電流型逆變電路 00:07:31
第59講6.7 三相橋式有源逆變和無源逆變的換流方式比較 00:05:54
第60講6.8 三相橋式電流型逆變電路 00:08:31
第61講7.1 PWM控制的基本原理 00:07:28
第62講7.2 基於調製法的單極性PWM控制 00:07:50
第63講7.3 基於調製法的雙極性PWM控制 00:08:37
第64講7.4 PWM產生方法-計算法 00:11:15
第65講7.5 PWM產生方法-特定諧波消去法 00:07:04
第66講7.6 PWM的調製方式 00:08:30
第67講7.7 PWM波的諧波分析 00:09:09
第68講7.8 軟開關的基本概念 00:09:30
第69講7.9 軟開關電路的分類 00:06:46
第70講7.10 零電壓開關准諧振電路 00:09:43
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SR_1609