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XuetangX

航空电力电子技术

Air Force Engineering University via XuetangX

Overview

一、课程性质地位

《航空电力电子技术》是电气工程及其自动化专业的一门任职专业平台专业基础必修课,本课程既是基础课,同时又以具体的航空用电能变换装置为研究对象,与专业课紧密联系,带有专业课性质。本课程是在已经掌握《大学物理》、《电路分析基础》、《航空电机学》等课程的基础上,着眼于航空武器装备跨越发展和高素质新型军事人才培养需要,立足于学科专业发展和现役武器装备实际,研究各类航空电力电子半导体器件特性、使用及四类基本变换电路的结构、工作原理、基本特性分析、基本设计和计算及其在航空设备上的典型应用的一门课程。同时,本课程还为《控制电机与电器》、《飞机供电系统》、《飞机机电系统》等后续课程的学习打下良好的基础。

本课程最早于1981年在我院开课,原名《半导体变流技术》。随着电力电子技术在航空设备上越来越广泛地应用,本课程也由选修考查课改为必修考试课,并逐步更名为《航空电力电子技术》。随着三代机大批量装备部队以及四代机、大运等新机的加速研制,以直流变换器、静止变流器、变压整流器以及采用电力电子变换技术的无刷直流、混合电源和高压直流等为代表的新型电源系统,大批采用电力电子技术的设备和系统在飞机上普遍采用。特别是在传统电机技术基础上结合现代电力电子技术发展的混合电源系统和高压直流电源系统,是未来大飞机和四代机将必然采用的电源系统形式,电力电子技术已成为当今世界竞相发展的航空技术之一,使得该课程在航空电气工程专业领域的地位越来越高。

二、课程教学内容

本课程遵循“学为主体、教为主导”的现代教学理念,坚持“贴近部队、贴近装备、贴近实战”,着眼学生信息综合应用,知识、能力和素质全面发展的基本要求,运用知识传授、能力培养、价值塑造、作风养成的四位一体人才培养模式,突出学为主体,教为主导,着力培养“实战化”军事人才。课程内容体系以航空电力电子器件及其应用技术为基础,重点讲述AC/DC(交流/直流)、AC/AC(交流/交流)、DC/DC(直流/直流)、DC/AC(直流/交流)四大类变流技术及控制技术在航空装备中的应用,重点介绍目前飞机上广泛使用的典型电力电子设备通用原理。依据课程知识体系和逻辑递进关系,将教学内容划分为六个知识模块:基础知识、航空电力电子器件、航空电力电子变换技术、航空电力电子控制技术、航空电力电子技术应用、航空电力电子技术典型故障分析。

六个知识模块由浅入深、由简到繁、由基础到专业、由普遍到航空应用、由原理分析到故障应用,符合课程的教学规律及学生的认知规律,课时50学时,其中理论教学42学时,实践教学8学时。

三、课程教学目标

通过学习,使学生知道课程的性质、地位和独立价值;知道电力电子技术学科的研究范围、知识框架、研究方法及其发展趋势;知道电力电子技术在现代科技和机载武器装备中的地位和作用;知道航空电力电子技术的发展过程;理解常用航空电力电子半导体器件的结构、性能、选型及其驱动电路的基本组成、工作原理等;掌握四类基本变换电路的结构、工作原理、基本特性分析、基本设计、计算和使用维护等;理解电力电子技术在航空装备领域的应用范围和应用特点,能够应用所学知识解决航空电力电子装备中出现的一般性问题,为今后的发展提供前瞻性知识储备。为此本课程在培养部队航空机务人才中发挥着极其重要的作用。具体要求及预期效果如下:

知识目标:知道电力电子技术产生的历史背景及发展过程,理解其在现代科技和航空领域中的地位和作用,深刻理解各类航空电力电子半导体器件原理、特性驱动电路和选型;掌握航空电力电子变流技术理论和工程应用,熟练掌握四类基本变换电路的结构、工作原理、基本特性分析、计算等。

能力目标:通过课堂教学,打牢专业基础;通过课内外研讨、实验等实践教学环节,培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力。通过参与小发明、小制作等第二课堂活动,培养学生设计、动手能力;通过撰写小论文、参与科研学术等活动,培养学生信息收集整理和交流、知识综合运用能力和创新意识。通过课程教学活动和教、学的双边互动,使学生在学习、研究过程中养成在观察和实践中发现问题,自觉运用所学知识分析、解决问题的良好习惯,并具备一定的独立思考、分析概括、解决工程实际问题的能力和创新能力。

素质目标:养成运用所学知识对相关设备的结构、运行过程和机理关注和思索的良好习惯,能够把所学的知识和技能应用到具体的机务维护等工作实践中去。培养实事求是的科学态度和敢于挑战权威的科学精神,能够将专业知识与航空机务技术与指挥岗位要求紧密结合,提高学生在专业范围内运用电力电子变换理论和技术主动分析和解决工程实际问题的能力,提升航空机务的工程素养和专业素质。

四、课程特色

1.紧贴武器装备发展,教学内容最优化。瞄准航空武器装备发展需求,跟踪航空电力电子最新理论与技术发展动态,教学内容由过去以变换理论及其基本技术为主,变为以理论、技术、应用、实践相融合,充分体现“基础和技能并重、理论与实践并重、经典与现代并重”的思想,为电力电子技术在新武器装备的最新应用开设新知识窗口,并对后续课程涉及的电力电子应用技术留有接口。

2.紧贴现代教育技术,教学资源立体化。充分利用网络平台,运用计算机网络、多媒体、数据仓库等最新教育技术,构建课堂教学资源与网络自主学习资源、共享资源与个性资源、实物实验与虚拟实验、实物模型教学资源与多媒体动画资源等相互结合的立体化教学资源,实现教学资源从单一到系统、从平面到立体、从抽象到形象的优化整合和优势互补。

3.紧贴先进教育理念,教学设计系统化。广泛吸取国内外先进教育教学思想和教学设计方法,结合该课程特点,紧贴人才培养方案和课程标准要求,充分利用课程教学团队在《航空电机学》国家精品资源共享课程建设及国家一流本科课程建设中的经验及成果,课程教学设计采用基于教学要素统筹教学资源的总体教学设计、基于问题链集组织课程教学的单元教学设计、基于教学事件调动教学媒体的课堂教学设计的系统教学设计方法,为课程教学实践提供指导,为教学效果评价提供依据。


Syllabus

  • 第1章 概述
    • 课程总体介绍
    • 知识点思维导图
    • 1.1 航空电力电子技术的发展
    • 1.2 航空电力电子变换器
    • 1.3 多全电飞机对电力电子变换器的要求
    • 1.4 航空电力电子电路的一般分析方法
    • 1.5 一个开关的变流电路
    • 1.6 多个开关的变流电路
    • 1.7 开关变流电路的一般形式
    • 1.8 开关变流电路的开关模式
    • 1.9 开关变流电路的开关器件
  • 第2章 航空电力电子器件
    • 知识点思维导图
    • 2.1 电力电子系统的基本组成
    • 2.2 航空电力电子器件的主要特征
    • 2.3 电力电子器件的理想模型及其主要技术指标
    • 2.4 电力电子器件的分类
    • 2.5 PN结与电力二极管
    • 2.6 PN结的反向击穿与电容效应
    • 2.7 电力二极管的航空应用
    • 2.8 晶闸管的特性分析
    • 2.9 电力场效应晶体管的特性分析
    • 2.10 IGBT的特性分析
    • 2.11 电力电子器件的驱动电路
    • 2.12 缓冲电路
    • 2.13 晶闸管的串联
    • 2.14 晶闸管的并联
    • 2.15 电力电子器件特性实验
    • 2.16 电力电子器件仿真实验
  • 第3章 交流-直流变换技术
    • 知识点思维导图
    • 3.1 交流-直流变换技术概述
    • 3.2 单相半波可控整流电路
    • 3.3 负载电感对单相半波可控整流电路的影响
    • 3.4 单相桥式全波可控整流电路
    • 3.5 三相半波不可控整流电路
    • 3.6 三相半波可控整流电路
    • 3.7 负载电感对三相半波可控整流电路的影响
    • 3.8 三相桥式全波可控整流电路
    • 3.9 三相桥式全波可控整流电路换相时刻分析
    • 3.10 典型晶闸管相控整流电路知识点总结
  • 期中考试
    • 第4章 直流-直流变换技术
      • 知识点思维导图
      • 4.1 直流-直流变换的基本控制方式
      • 4.2 降压斩波电路
      • 4.3 升压斩波电路
      • 4.4 直流-直流变换技术实验
    • 第5章 交流-交流变换技术
      • 知识点思维导图
      • 5.1 交流-交流变换电路的基本类型
      • 5.2 相控式单相交流调压电路的工作原理
      • 5.3 相控式单相交流调压电路的移相范围
      • 5.4 斩控式单相交流调压电路
      • 5.5 相控式交交变频电路的工作原理
    • 第6章 直流-交流变换技术
      • 知识点思维导图
      • 6.1 直流-交流逆变技术概述
      • 6.2 换流方式
      • 6.3 单相半桥电压型逆变电路
      • 6.4 单相全桥电压型逆变电路
      • 6.5 三相电压型逆变电路
      • 6.6 单相电流型逆变电路
      • 6.7 三相桥式有源逆变和无源逆变的换流方式比较
      • 6.8 三相桥式电流型逆变电路
    • 第7章 航空电力电子控制技术
      • 知识点思维导图
      • 7.1 PWM控制的基本原理
      • 7.2 基于调制法的单极性PWM控制
      • 7.3 基于调制法的双极性PWM控制
      • 7.4 PWM产生方法-计算法
      • 7.5 PWM产生方法-特定谐波消去法
      • 7.6 PWM的调制方式
      • 7.7 PWM波的谐波分析
      • 7.8 软开关的基本概念
      • 7.9 软开关电路的分类
      • 7.10 零电压开关准谐振电路
    • 期末考试
      • 科技强军论坛

        Taught by

        Bingjie Fan , Yongzhi Liu, Liu Cong, , and Li Baojun

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