自动控制元件及线路-功率放大元件概述-哈工大-伊国兴
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哈工大自动控制原理课件-第一章
1.2自动控制系统的组成及原理
（4）反馈信号：是被控变量经由传感器等元 件变换并返回到输入端的信号，它要与输入信 号进行比较(相减)以便产生偏差信号，反馈信 号一般与被控变量成正比。 （5）扰动(信号)是加于系统上的不希望的外来 信号，它对被控变量产生不利影响，又称干扰 或“噪声”。
(6)反馈量（Feedback Variable）： 通过检测 元件将输出量转变成与给定信号性质相同且数 量级相同的信号。
1.1自动控制的基本概念
近年来由于计算机与信息技术的迅速发展，控 制工程无论从深度上还是从广度上都在向其他 学科不断延伸与扩展，逐渐发展到以控制论、 信息论、仿生学为基础，以智能机为核心的智 能控制阶段。
本课程重点讲述经典控制理论，即本书的 前6章。
1.2自动控制系统的组成及原理
1.2自动控制系统的组成及原理
作业10% 作业共计5次 试验10% 一到两次试验 大作业10% 两次 期末考试70%
第1章 自动控制系统概述
本章主要内容：
自动控制的概念 自动控制系统的组成 自动控制系统的分类 对自动控制系统的基本要求及典型输入信号 自动控制理论的发展史
1.1自动控制的基本概念
自动控制作为重要的技术手段，在工业、农业、 国防、科学技术领域得到了广泛的应用。 自动控制：是指在无人干预的情况下，利用控制 装置(或控制器)使被控对象(如机器设备或生产过 程)的一个或多个物理量(如电压、速度、流量、液 位等)在一定精度范围内自动地按照给定的规律变 化并达到要求的指标。 例如，电网电压和频率自动地维持不变；数控机 床按照预定的程序自动地切削工件；火炮根据雷 达传来的信号自动地跟踪目标；人造卫星按预定 的轨道运行并始终保持正确的姿态等。这些都是 自动控制的结果。自动控制系统性能的优劣， 将 直接影响到产品的产量、 质量、 成本、 劳动条件 和预期目标的完成。
自动控制元件哈工大出版第六章课件无刷直流电动机1112I
❖ 计算机，硬盘、软盘、光盘驱动器主轴。年用量数亿台。 ❖ 转速控制系统。对位置传感器的信号处理可得速度信号，可
作反馈用。采用频率锁定回路可达到很高精度。 ❖ 全数字式交流伺服系统在伺服系统中应用越来越广。
18 2021/2/7
6.7 开关磁阻电动机
❖ 结构 电动机本体，位置传感器，控制与功率开关电路。
6.3.4 单向转动的电机与可逆转的电机 ❖ 位置传感器的输出信号处理电路不同，功放电路 不同。差
别较大。
9 2021/2/7
么么么么方面
❖ Sds绝对是假的
6.3 无刷直流电动机的工作原理
6.3.5 动态方程
❖ 无刷直流电动机就是采用电子换向器的直流电机。
❖ 电压平衡方程式和转矩平衡方程式分别为
❖ 定子两个绕组为一相。
Zs 2m
Zr Zs 2
❖ 定子绕组轮流通电，
形成步进式旋转磁场，
磁阻转矩带动转子转动。 ❖ 正向转矩，dΛdθ为正时通电流。
反向转矩，dΛdθ为负时通电流。
T KI 2 d d
❖ 特点 电机结构和开关功放电路简单，无刷。转矩波动大。
19 2021/2/7
2011-2012学年第一学期
1
概述
❖ 用电子开关电路和位置传感器代替电刷和换向器，具有直流 电动机的优点，又无电刷。 ▪ 不用电刷的换向器——电子换向器。
❖ 优点：力矩大，控制容易。T K sin , 90
❖ 缺点:结构比较复杂。 ❖ 应用：越来越多 。
2 2021/2/7
6.1 无刷直流电动机的结构
4 2021/2/7
6.3 无刷直流电动机的工作原理
❖ 6.3.1霍尔电机工作原理 ❖ 1. 两极四相电机
作反馈用。采用频率锁定回路可达到很高精度。 ❖ 全数字式交流伺服系统在伺服系统中应用越来越广。
18 2021/2/7
6.7 开关磁阻电动机
❖ 结构 电动机本体，位置传感器，控制与功率开关电路。
6.3.4 单向转动的电机与可逆转的电机 ❖ 位置传感器的输出信号处理电路不同，功放电路 不同。差
别较大。
9 2021/2/7
么么么么方面
❖ Sds绝对是假的
6.3 无刷直流电动机的工作原理
6.3.5 动态方程
❖ 无刷直流电动机就是采用电子换向器的直流电机。
❖ 电压平衡方程式和转矩平衡方程式分别为
❖ 定子两个绕组为一相。
Zs 2m
Zr Zs 2
❖ 定子绕组轮流通电，
形成步进式旋转磁场，
磁阻转矩带动转子转动。 ❖ 正向转矩，dΛdθ为正时通电流。
反向转矩，dΛdθ为负时通电流。
T KI 2 d d
❖ 特点 电机结构和开关功放电路简单，无刷。转矩波动大。
19 2021/2/7
2011-2012学年第一学期
1
概述
❖ 用电子开关电路和位置传感器代替电刷和换向器，具有直流 电动机的优点，又无电刷。 ▪ 不用电刷的换向器——电子换向器。
❖ 优点：力矩大，控制容易。T K sin , 90
❖ 缺点:结构比较复杂。 ❖ 应用：越来越多 。
2 2021/2/7
6.1 无刷直流电动机的结构
4 2021/2/7
6.3 无刷直流电动机的工作原理
❖ 6.3.1霍尔电机工作原理 ❖ 1. 两极四相电机
哈工大赵辉自动控制元件Lec-16
目
录
1。步进电机的驱动电路
自动控制元件及线路 16
步进电机驱动控制
-- 单片机驱动控制电路 -- 单电压驱动电路 -- 高低压驱动电路 -细分驱动控制
2。步进电机系统的应用 3。开关磁阻电机
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
步进电机的控制电路框图
一、驱动电源的组成
d) C （并联电容或加速电容） ——C 上的电压不能突变，在截 止到导通的瞬间，电源电压全落在绕组上， 。 i e) V(二极管)——VT截止时起续流和保护作用，以防绕组产生 的反电势击穿。 f) RD（串联电阻）—— i ，使 i 波形后沿变陡。
1 单电压限流型驱动电路
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
i( L )
L ——负载轴上所允许的角度误差。 式中：
2) 输入电压 U、输入电流 I 和相数 m ——三项指标与驱动 电源有关。
否过大）、电源电压（是否正常），再检查驱动 电流波形（是否正常）。
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
6
步进电机与交流伺服电机的比较
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心 哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
1
步进电机的控制框图
节 拍 正转 1 2 3 4 5 6 反转 6 5 4 3 2 1 通电顺 序 A AB B BC C CA 控制模型 二进制 000000 01 000000 11 000000 10 000001 10 000001 00 000001 01 十六进 制 01 03 02 06 04 05
步进电机的控制框图
保护现场
录
1。步进电机的驱动电路
自动控制元件及线路 16
步进电机驱动控制
-- 单片机驱动控制电路 -- 单电压驱动电路 -- 高低压驱动电路 -细分驱动控制
2。步进电机系统的应用 3。开关磁阻电机
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
步进电机的控制电路框图
一、驱动电源的组成
d) C （并联电容或加速电容） ——C 上的电压不能突变，在截 止到导通的瞬间，电源电压全落在绕组上， 。 i e) V(二极管)——VT截止时起续流和保护作用，以防绕组产生 的反电势击穿。 f) RD（串联电阻）—— i ，使 i 波形后沿变陡。
1 单电压限流型驱动电路
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
i( L )
L ——负载轴上所允许的角度误差。 式中：
2) 输入电压 U、输入电流 I 和相数 m ——三项指标与驱动 电源有关。
否过大）、电源电压（是否正常），再检查驱动 电流波形（是否正常）。
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
6
步进电机与交流伺服电机的比较
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心 哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
1
步进电机的控制框图
节 拍 正转 1 2 3 4 5 6 反转 6 5 4 3 2 1 通电顺 序 A AB B BC C CA 控制模型 二进制 000000 01 000000 11 000000 10 000001 10 000001 00 000001 01 十六进 制 01 03 02 06 04 05
步进电机的控制框图
保护现场
自动控制元件及线路-测量元件概述-哈工大
静特性
变换函数是描述静特性的数学方程（理论的、理想的） 结构和形式是在分析的基础上建立的 参数通过实际标定确定，统计分析、曲线拟合等 大多数测量元件：y=kx
灵敏度
灵敏度：输出量的微小增 量与输入量微小增量的比 值，变换函数的一阶导数 或静特性曲线的斜率。 非线性的，不同的点有不 同的灵敏度。 线性的静特性，灵敏度不 变。
悬停
巡航飞行
高速飞行
无人机控制系统结构
整体结构设计
机载控制系统
主控制单元
姿态控制 高度传感器 风速传感器
无人机控制系统结构
转速传感器 温度传感器 IMU模块 GPS模块 摄像头
涵 道 式 旋 翼 无 人 飞 行 器
飞行控制 抗干扰控制 起降控制
传 感 器 单 元
执 行 器 单 元
发动机油门 伺服舵机1 伺服舵机2 伺服舵机3 伺服舵机4
u
TL
km R Ls
y 1 1 s Js D
y
测量元件组成
把物理量转化 成电路参量
感受或响应被 测量并转化成 另一种物理量
转换特定形式的 电量（调节、转 换、放大、运算、 调制）
测量元件: 检测出一种量并转换成容易处理的另一种量。 功能：检测和转换。 处理：放大、加减、积分、微分、滤波、存储和传送。 容易处理的量：主要指的是电信号。
定义、作用、组成和分类
2
3
元件特性 讨论
4
测量元件在控制系统中的作用
校正元件 输入 控制器 功率元件 功放 执行元件 执行器 被控 对象 输出
测量元件
执行元件：功能是驱动被控对象，控制或改变被控量
放大元件：提供能量，将微弱控制信号放大驱动执行元件。 校正元件：作用是改善系统的性能，使系统能正常可靠地工作并达到 规定的性能指标 测量元件：将一种量按照某种规律转换成容易处理的另一种量的元件。 （将外界输入信号变换为电信号的元件。）
哈工大机电一体化课件资料
瞬时输出功率大；过载差； 一旦卡死，会引起烧毁事故； 受外界噪音影响大。
气体压力源压力5~7×MPa； 气源方便、成本低；无泄露而 功率小、体积大、难于小型
气 要求操作人员技术熟练。 压
污染环境；速度快、操作简便。 化；动作不平稳、远距离传 输困难；噪音大；难于伺服。
式
液体压力源压力
输出功率大，速度快、动作平 设备难于小型化；液压源和
形状记忆合金就是利用一些材料的晶体结构的相互转变来使其具有形状记忆功能的。
33
3. 形状记忆合金特性 集传感、驱动、控制、换能于一身 机械性质优良，能恢复的形变可高达10％以上，而一般金属材料只有0.1％以下 有确定的转变温度 镍~钛 50℃ 在加热时产生的回复应力非常大，可达500MPa 对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响 无振动噪声，无污染 抗疲劳 回忆变形500万次不疲劳变形
1932年瑞典人欧勒特在观察某种金镉合金的性能时首次发现形状记忆效应。 1962年美国海军实验室在开发新型舰船材料时，在Ti-Ni合金中发现把直条形的材料加工成弯曲形 状，经加热后它的形状又恢复到原来的直条形。从 此形状记忆合金引起了极大的关注。
32
2.形状记忆合金记忆原理 人们利用同一种成分的材料可以有不同的“相”， 就能演出一幕幕“相”变戏，即改变外界条 件如温度,使材料由一种晶体结构变成另一种晶体结构，材料的力学性能和物理或化学性能也就随 之改变，当温度恢复时材料的晶体结构也恢复到原来的状态，性质也随之复原。
34
3. 形状记忆合金的应用 （1）形状记忆合金在航空航天中的应用
35
2. 智能机械手 ➢形状记忆元件具有感温和驱动双重功能，因此可用于制作智能机械手。手指和手腕靠Ti-Ni合金螺旋弹簧的 伸缩实现开闭和弯曲动作，肘和肩是靠直线状Ti-Ni合金丝的伸缩实现弯曲动作。各个形状记忆合金元件都由 直接通上的脉宽可调电流加以控制。 ➢这种机械手的最大特点是小型化，非常适于航天的无人操作活动。其另一个重要特征是动作柔软，非常接 近人手的动作,可完成许多细腻的工作，如取出鸡蛋等。
哈工大自控元件课设概要
Fx 1 2 mv 2
计算出此力F约为56N。
发球装置的设计
考虑到市面上小型气动装置提供的作用力普遍 不超过20N,故采用弹性系数选择范围很宽、力与 位移呈线性关系的弹簧来提供推力。 由胡克定律与功能关系
1 2 1 2 1 2 kx1 kx 0 mv 2 2 2
计算可知，应采用弹性系数为1100N/m的弹簧。 由于直线电机高转矩、低转速的特性，并不能满 足发球频率6次/秒的要求，且给弹簧储能后不好 释放，这里采用非接触式的电磁开关，执行机构 简图如右： 前端磁性圆盘与弹簧焊接固定，上端滑槽内是 一个限位开关，可实现最大射速与最小射速之间 的任意调节，右端是一个电磁铁吸引圆盘并使弹 地四周的视觉传感器，我们不需要很高 的精度，只需要知道，在哪块区域里有网球即可，并 不需要通过这个传感器知道网球的精确位置。所以这 个传感器的分辨率不需要很高，但是需要有较大的可 视角。联想街道使用的监视器，这种监视器符合我们 的要求。初步选定龙视安 LS-Z633DM这种型号的监 视器。其产品参数如右图。查取其具体规格，得知在 使用4mm镜头焦距时，其可视角为69.9°，基本上可 以满足我们的远程监测网球的要求。
电磁铁的选择
弹簧长20cm，压缩10cm需要110N的力，可选 用直流吸盘式电磁铁，它在通电状态下可产生 强劲吸附力，省力省电，安全可靠，并可进行 远程操作。在多次比较价格及性能参数后，决 定选用乐青市鸣豫电气有限公司的设备： 留出一定裕量，选用吸引力为180N的型号 CNMYE1-P34，可以满足性能要求， 价格为78元，经济上也能接受。
小车状态
视觉传感器
视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源，主要由一个 或者两个图形传感器组成，有时还要配以光投射器及其他辅助设备。 视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉图像信息。 在这个系统中我们使用两类视觉传感器，一种固定在场地四个 角落，用于全局观察场地内网球的散落情况，另一种固定在机器人 上，用于在捡网球过程中对网球的精确观察，指导捡球装置的运行。
计算出此力F约为56N。
发球装置的设计
考虑到市面上小型气动装置提供的作用力普遍 不超过20N,故采用弹性系数选择范围很宽、力与 位移呈线性关系的弹簧来提供推力。 由胡克定律与功能关系
1 2 1 2 1 2 kx1 kx 0 mv 2 2 2
计算可知，应采用弹性系数为1100N/m的弹簧。 由于直线电机高转矩、低转速的特性，并不能满 足发球频率6次/秒的要求，且给弹簧储能后不好 释放，这里采用非接触式的电磁开关，执行机构 简图如右： 前端磁性圆盘与弹簧焊接固定，上端滑槽内是 一个限位开关，可实现最大射速与最小射速之间 的任意调节，右端是一个电磁铁吸引圆盘并使弹 地四周的视觉传感器，我们不需要很高 的精度，只需要知道，在哪块区域里有网球即可，并 不需要通过这个传感器知道网球的精确位置。所以这 个传感器的分辨率不需要很高，但是需要有较大的可 视角。联想街道使用的监视器，这种监视器符合我们 的要求。初步选定龙视安 LS-Z633DM这种型号的监 视器。其产品参数如右图。查取其具体规格，得知在 使用4mm镜头焦距时，其可视角为69.9°，基本上可 以满足我们的远程监测网球的要求。
电磁铁的选择
弹簧长20cm，压缩10cm需要110N的力，可选 用直流吸盘式电磁铁，它在通电状态下可产生 强劲吸附力，省力省电，安全可靠，并可进行 远程操作。在多次比较价格及性能参数后，决 定选用乐青市鸣豫电气有限公司的设备： 留出一定裕量，选用吸引力为180N的型号 CNMYE1-P34，可以满足性能要求， 价格为78元，经济上也能接受。
小车状态
视觉传感器
视觉传感器是整个机器视觉系统信息的直接来源，主要由一个 或者两个图形传感器组成，有时还要配以光投射器及其他辅助设备。 视觉传感器的主要功能是获取足够的机器视觉图像信息。 在这个系统中我们使用两类视觉传感器，一种固定在场地四个 角落，用于全局观察场地内网球的散落情况，另一种固定在机器人 上，用于在捡网球过程中对网球的精确观察，指导捡球装置的运行。
自动控制元件01
自动控制元件的分类
按功能分类：测量元件、变换元件、放大元件、执行元件 和校正元件
1．测量元件：把被测量(例如转角或转角差)转换为另一种易于显示、 传输或记录的物理量(例如电量)。如传感器、自整角机、旋转变压器 等。 2．变换元件：它的作用是根据执行元件的需要，将误差信号由交流 变为直流或直流变为交流。常用相敏检波器和极性调制器等作变换元 件。 3．放大元件：它是用来将微弱的误差信号加以放大，其中包括电压 放大和功率放大。常用晶体管放大器、可控硅放大器、磁放大器、电 机放大机等作放大元件。 4．执行元件：它是用来把放大后的电信号转变为机械位移，以带动 被控制对象运动。常用直流伺服电动机、交流伺服电动机等作执行元 件。 5．校正元件：它用来改善系统的品质。常用测速发电机、测速电桥 以及校正网络等作校正元件。
课程的主要内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章
直流伺服电动机 直流测速发电机 步进电动机 旋转变压器 自整角机 交流伺服电动机 无刷直流电动机
预修课程
电工学或电路原理 电机学或电机拖动
预备知识
一、基本物理量 1、磁感应强度B
磁感应强度是表征磁场强度强弱及方向的一 个物理量，或称磁通密度（磁密），其国际单位 是T。 磁场是由电流或永磁体产生的。磁力线的方 向与电流方向满足右手螺旋定则。磁力线上任意 点的切线方向就是该点磁感应强度B的方向。
若线圈周围有铁磁材料，则L就不是常数，它的大 小随电流而变化，称为非线性电感。
电磁力与电磁转矩
Fe BlI Te BlIr P Te
电磁转矩
对于一个封闭的磁系统，可以根据虚位移原理求电 磁转矩。
哈尔滨工程大学试卷考试科目自动控制元件
5. 如何控制步进电动机的位移和转速？（3分）6. 为什么交流伺服电动机的转子电阻要选得相当大？它应具有怎样的机械特性？（5分）7. 幅值控制的两相伺服电动机，当有效信号系数1e ≠α时，理想空载转速为何低于同步转速？当控制电压变化时，电机的理想空载转速为什么会发生改变？ （4分）8. 霍尔元件中，霍尔材料的选择应注意哪些方面？（3分）二、计算题（共18分）1. 一台直流伺服电动机其电磁转矩为0.2倍额定电磁转矩时，测得始动电压为4V ，并当电枢电压V U a 49=时，电机转速min /5001r n =。
试求电机为额定电磁转矩，转速为min /0300r 时，应加多大电枢电压？（6分）三、分析题（共52分）1．试分析图1所示的控制系统，当机械负载变化时，直流测速发电机作为反馈元件的作用（6分）2. 四相反应式步进电动机单相运行时的矩角特性族如图2所示。
试求：（10分）1) 在负载状态下，在图中哪些点，步进电机从C 相换接到D 相时可以正向启动而不丢步？2) 指出B 相的静稳定区和动稳定区3) 单拍制和双拍制时该电机能带动多大的负载正向启动？ 4) 采取哪些方法可以提高带负载能力？4. 图3为控制式自整角机对，当发送机转子绕组通以励磁电流，定子三相绕组错接时，自整角变压器转子绕组输出的感应电势是多少？(10分)5. 对于交流伺服电动机：①当电机的轴被卡住不动，定子绕组仍加额定电压，为什么转子电流会很大？伺服电动机从启动到运转时，转子绕组的频率、电势及电抗会有什么变化？为什么会有这些变化？②交流伺服电动机转子内感应电势的频率与定子绕组内感应电势的频率有何不同？③若4p ，转子相对于定子磁场的转速为20r/min ，则转子转速为多少？（8分）。
哈工大自控元件课件
哈工大自控元件课件自动控制元件及线路-2 -电气控制常识目录1。
磁场基本理论-磁场基本物理量-电磁基础定律2。
电气控制常识-线路、线缆-低压电器3。
电控线路举例电磁元件是利用磁场做媒介来实现信息（或能量）传递（或转换）的装臵。
磁场产生: 由永久磁铁产生由电流产生磁场分类：按电流性质直流磁场交流磁场磁路:磁通所经过的闭合回路称为磁路。
通过主要路径的磁通称为主磁通，另外还有少量的磁通不在此路径通过，称为漏磁通。
常见的铁心磁路一、磁力线定义：磁力线（或称B 线）是人们用来描述磁场的一种手段，每条磁力线上的任一点的切线方向都和该点磁场的方向一致。
A B C D磁力线的两个基本特征：第一，在任何磁场中每一条磁力线都是环绕电流的无头无尾的闭合曲线，即没有起点也没有终点；第二，在任何磁场中，每一条闭合的磁力线的回转方向和该闭合磁力线所包围的电流方向符合右手螺旋法则。
（a ）直线电流磁力线（b ）圆电流磁力线I I（c ）螺线管电流的磁力线I IN S（d ）永久磁铁的磁力线二、磁感应强度B定义：是表示在空间某点磁场强弱和方向的物理量，是一个空间矢量。
通俗的说，磁感应强度为通过某单位面积的磁力线的条数。
所以磁感应强度也称为磁密。
磁感应强度的方向：为该点磁场的方向。
+BFV 磁感应强度的单位为T （特）三、磁通Φ定义：通过磁场中一个给定面A 的磁力线的条数,简称磁通。
通过面积A 的磁通量为：n dAθB Φ=?A Bcos θdA=∫A B ·d A在均匀的磁场中磁通量：Φ=B·A磁通单位：Wb(韦伯）四、磁场强度H定义：在任何介质磁场中,某一点的磁感应强度B和同一点上介质磁导率μ的比值，即：H=B/μ单位：H —安每米（A/m）或安每厘米（A/cm）五、磁导率μ定义：用来表示物质导磁能力大小的物理量称为导磁系数或磁导率。
单位：亨每米（H/m）-7真空的磁导率为：μ0= 4π 10 （H/m）空气的磁导率: 近似等于真空磁导率。
自动控制元件及线路-测速发电机-哈工大
自动控制元件及线路
测量元件
测速发电机
哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心 伊国兴
目 录
1 控制系统对直流测速发电机的要求 2 直流测速发电机的基本关系式及输出特性 3 直流测速发电机的误差分析
4 直流测速发电机的性能指标和选择
5 异步测速发电机 5 由位置传感器脉冲数求速度的方法2Fra bibliotek测速机
10.1 概述
如何提高带宽？
10.1.3 输出特性的误差分析 线性特性是希望的理想情况。实际的测速发 电机一定存在误差。
U
一、电枢反应 二、延迟换向去磁 三、电刷与换向器的接触电阻与接触电压 四、纹波 五、火花和电磁干扰
n
10.1.3 输出特性的误差分析
一、电枢反应
负载电流会产生电枢磁场和电枢反应
1. 使气隙磁场的物理中性面顺着直流 发电机的旋转方向偏转。 2. 由于磁路接近于饱和，因此有去磁 效应 ，使输出电压减小 。输出特性 向下弯曲 。
如何提高分辨率？ 若以分辨率 Q 作为转速测量值的误差 Δn ，则误差 Δn 与转 速n无关，但相对误差 Δn/n与转速成反比。高速时相对误 差小。
这种方法适合于什么场合应用？
10.3 由位移传感器的脉冲信号求转速 二、T法测速
由传感器两个脉冲相隔的时间T来确定转速。 用频率为fc 的时钟脉冲向计数器发送脉冲。用传感器两 个相邻脉冲控制计数的起始和终止。
n
直流测速发电机原理图
E Ce n
测速发电机空载时，其输出电 压U为
U E Cen
决定的常数，称为电势常 数。对于永磁式直流发电 机，可认为 为常数
Ce是由电枢绕组结构参数
10.1.2 基本关系式与输出特性
测量元件
测速发电机
哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心 伊国兴
目 录
1 控制系统对直流测速发电机的要求 2 直流测速发电机的基本关系式及输出特性 3 直流测速发电机的误差分析
4 直流测速发电机的性能指标和选择
5 异步测速发电机 5 由位置传感器脉冲数求速度的方法2Fra bibliotek测速机
10.1 概述
如何提高带宽？
10.1.3 输出特性的误差分析 线性特性是希望的理想情况。实际的测速发 电机一定存在误差。
U
一、电枢反应 二、延迟换向去磁 三、电刷与换向器的接触电阻与接触电压 四、纹波 五、火花和电磁干扰
n
10.1.3 输出特性的误差分析
一、电枢反应
负载电流会产生电枢磁场和电枢反应
1. 使气隙磁场的物理中性面顺着直流 发电机的旋转方向偏转。 2. 由于磁路接近于饱和，因此有去磁 效应 ，使输出电压减小 。输出特性 向下弯曲 。
如何提高分辨率？ 若以分辨率 Q 作为转速测量值的误差 Δn ，则误差 Δn 与转 速n无关，但相对误差 Δn/n与转速成反比。高速时相对误 差小。
这种方法适合于什么场合应用？
10.3 由位移传感器的脉冲信号求转速 二、T法测速
由传感器两个脉冲相隔的时间T来确定转速。 用频率为fc 的时钟脉冲向计数器发送脉冲。用传感器两 个相邻脉冲控制计数的起始和终止。
n
直流测速发电机原理图
E Ce n
测速发电机空载时，其输出电 压U为
U E Cen
决定的常数，称为电势常 数。对于永磁式直流发电 机，可认为 为常数
Ce是由电枢绕组结构参数
10.1.2 基本关系式与输出特性
自动控制元件 其它自控执行元件
音圈电机
动圈式低阻头戴耳机的 工作的原理同电动扬声器 相似，一般用薄膜代替纸 盆做振膜，靠同通有音频 信号的线圈带动振膜推动 空气发声，如图所示。与 电磁式耳机相比，比具有 灵敏度高，频率效应好， 低音丰富等特点。
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
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音圈电机
音圈电机
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
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4
音圈电机
磁浮列车与直线电机
磁浮车是一种新的交通工具，研究的重点
上海磁浮车（德国TR08）
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磁浮列车与直线电机
磁浮列车与直线电机
HSST 磁浮车（日本）
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直线电机
直线电机
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3
直线电机
直线电机
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
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3、电动式扬声器 音圈电机
动圈式扬声器，是使用 最多的扬声器。 动圈式扬声器主要由磁 体（路）和振动系统组成， 如图所示，其中，纸盆（又 称音膜或震动版）、轭环、 定心片、支架、音圈和防尘 罩组成了振动系统， 磁铁和 芯柱构成磁路。
直线电机
• 直线电机可看作是将旋转电机径向剖开展平 • 定子 —初级，转子/动子—次级 • 初级与次级长度不相等。
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直线电机
直线电机
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哈工大自控元件课件
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Ke
iq* ( s)
uq
K K cp ci s
Ks
Kf
1 R Ls
iq (s)
Kt
Te
Tl
1 Js D
m (s)
1 s
( s)
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
无刷直流电机(BLDCM)的特性
无刷直流电机系统和 直流电机系统在原理上 具有相同的描述方程， 运行和控制特性相同。
自动控制元件及线路 19
无刷直流电机系统
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目
录
1。永磁交流伺服电机概述 2。无刷直流电动机系统
-- 无刷直流电动机 -- 无刷直流电动机系统 -- 无刷直流电动机的运行
-- 无刷直流电动机系统特性
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永磁交流伺服电机
电机定子上设有多相对称交流绕组，转子由永磁体激磁。 根据转子位置传感器的信号，对定子绕组施加电压产生多相对 称电流，进而得到与转子成固定位置关系的旋转磁场，带动转 子以同步速度旋转，即为永磁交流伺服电机。
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
无刷直流电机驱动电路
哈尔滨工业大学航天学院 控制与仿真中心
无刷直流电机(BLDCM)的运行
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无刷直流电机(BLDCM)的运行
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无刷直流电机(BLDCM)的运行
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力矩方程：
Tem
j a ,b , c
e ji j
哈工大电工2
US
C1
RF
Ui
Ii
If
V
UO
RL RS
B
Ib
Ui
V
RC
UO
RL
RE CE
US
U CC
RB1 RC1 C2
C1
RB2
RC2
C3
RS
Ui
V1 RE1
V2 RB3 RE2
CE U o RL
CF
RF
电流串联负反馈
U CC
RB2
RC
C2
C1
RS
RB1
Ui
US
V
RF
Uo
RL
RE CE
X f —— 反馈信号
含有反馈放大电路的框图
X o —— 输出信号
X d X i X f —— 净输入信号
针对不同的应用场合，为达到不同的目的和要求，可采用 不同类型的反馈。
——根据反馈信号极性不同区分 ——根据反馈信号交直流性质不同区分 ——根据反馈信号与输入信号在输入端连接方式的不同区分 ——根据反馈信号采样方式的不同区分
U CC
RB2
RC
C2
C1
RS
RB1
Ui
US
V
RF
Uo
RE CE
RL
RS
US
Ii
Ui
Ic
Ib
V
Uf
RC
RF
RB1 // RB2
串联反馈：反馈信号与输入信号串联，二者以电压形式相加减。
Io
Uo
RL
U CC
RC
C2
C1
RF
V
RS
Ui
HBT 功率放大元器件介绍.ppt
ps: TaN is also available (50/) Polyimide process also available
Confidential & Proprietary
4
Pattern Dimension
Air-Bridge Process
Emitter Metal Base mesa I/I isolation Base Metal Collector Metal
Via1 Thin Film resistor Metal 1
Via2 Air-bridge Post Metal 2 Backside Via Final wafer thickness
Mini. Dimension 1um 3um 5um 1um 2um
1x1um2 2um 2um
1x2um2 1.3um 5um 50um (std) 75um
n+-InxGa1-xAs(x=0.5) n+-InxGa1-xAs (x=0 0.5)
n+-GaAs n-InxGa1-xP(x=0.49)
n -GaAs n-InxGa1-xP(x=0.49)
p+-GaAs n-GaAs n+-GaAs Undoped GaAs Buffer LEC Semi-Insulating GaAs Substrate
Two InGaP layers in the emitter
Confidential & Proprietary
3
InGaP HBT Cross Section and Process Flow
Emitter air bridge
Guard Ring
Base Layer
自动控制元件及线路-旋转变压器-哈工大
9.1.2 旋转变压器的结构
旋变的结构和绕线式异步 电动相似．由定子和转子 两部分组成。定、转子铁 心由硅钢片或坡莫合金片 叠压装配而成。 定子铁心内圆和转子铁心 外圆上都布有齿槽。在定、 转子铁心槽中分别嵌放着 两个轴线在空间互相垂直 的分布绕组，即两极两相 绕组。
9.1.2 旋转变压器的结构
ER13 4.44 fWRmu f cos
=K*4.44 fWSmu f cos
=K*ES13 cos
线性旋转变压器
ER13 K*ES13 cos
下面计算ER24
ER24 K*ES13 sin
再结合
U f ES13 ER13 有
U f ES13 KES13 cos
旋转变压器的种类
结构形式：接触式和非接 触式（有刷、无刷）一体 式和分体式
函数关系：正余弦旋变、 线性旋变、特种函数旋变 极数：两极旋变和多极旋 变
用
途
作为测量元件：测量转角和转角差
作为解算元件：用于坐标运算和三角运算
属
性
角位置测量元件 基于变压器原理（电磁感应原理）
结构型的测量元件
负载运行
L 2 ER E E E cos θ K sin θ 13 R13 R13q R e 13
互感电动势
转子中的电动势 自感电动势
如何来补偿掉负载时输出电压的畸变呢？
L ER 13 ER cos θ
还有两个绕组没有充分利用！！！
副边补偿方法 副边补偿原理是，副边 两个绕组都接负载，使 交轴磁势互相抵消。 两个磁势的直轴分量方 向相同，交轴分量则方 向相反，互相抵消。若 能使二者幅值相等，交 轴磁势就完全抵消。
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19
电力电子器件-现状
器件容量
大直径光控晶闸管： 8kV, 4kA，用于高压 更大硅片直径 直流输电等 大直径 GTO：6kV， 6kA，用于静止无功发生器、有源电力滤波器 大功率 IGBT：1.2kV ，1kA， 用于恒压恒频电源等
100M
10M
GTO
1M 100k 10k
晶闸管
更高电压 等级 IGBT /IPM
晶闸管在环境温度为 40C 和规定的冷却状态下，稳定结温 不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均 值。使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来 选取晶闸管应留一定的裕量，一般取1.5-2倍。 2) 维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流,一般为几十到几百毫 安，与结温有关，结温越高，则IH越小。 3) 擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通 所需的最小电流对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
23
电力二极管的主要参数
4. 最高工作结温TJM 结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示，最高工作结温是 指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度，TJM通常 在125~175C范围之内 5. 反向恢复时间trr 关断过程中，电流降到0起到恢复反响阻断能力止的时间 6. 浪涌电流IFSM 指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的 过电流。
主电路（ main power circuit ） —— 电气设备或电力系 统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。 电力电子器件发展的目标是： 大容量、高频率、易驱动、 低损耗、小体积（高芯片利用率）、模块化。
13
电力电子器件-特征
电力电子器件特征
能处理电功率的大小（即承受电压和电流的能力），是最重要
IA 正向 导通
IH O
IG2
IG1
IG=0
UDRM Ubo +UA UDSM
-IA
伏安特性 IG2>IG1>IG
26
晶闸管的基本特性
动态特性
iA 100% 90%
10% 0 td uAK
tr IRM
t
O
t
trr
URRM t gr
开通关断波形
27
晶闸管的主要参数
1. 电压定额
1) 断态重复峰值电压UDRM——在门极断路而结温为额 定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。 2) 反向重复峰值电压URRM—— 在门极断路而结温为 额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。
1 9 7 4 年 ， 美 国 的 W.
器 件
Newell用右图的倒三角 形对电力电子学进行了
描述，被全世界普遍接 受。
静
电子学
路 、 电
电力学
转 电 机
电力 电子技术
连续、离散
控制 理论
器 止
旋 、
9
Newell分析的电力电子特点
电力电子技术的发展受功率半导体器件的限制。例如， 由 于缺乏高压大功率器件阻碍了高电压大功率变换器容量的 扩大. 电力电子不被重视的原因之一是成本太高，费用高阻碍了 电力电子的推广应用。 电力电子是一门实验技术,产品进入市场前需要做大量实验， 一般需要几年时间才能使电力电子的某种应用成为主导技 术，使产品占市场90 %以上。 电力电子技术迫切需要有效的理论指导，要开发综合性的 分析设计方法，以求成本最小、可靠性最高。
电力电子技术的核心，理论基础是电路理论
电力电子器件制造技术
电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理
7
电力电子技术概述
电力变流技术
输入
输出
交流
直流
直流
整流
交流电力控制变 频、变相
直流斩波
交流
逆变
8
电力电子技术概述
电 力 电 子 学 (Power
Electronics) 名 称 6 0 年代出现
的参数
一般都工作在开关状态 实用中，往往需要由信息电子电路来控制
为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不 仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热
器
14
开关状态
导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降接 近于零，而电流由外电路决定。
阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎 为零，而管子两端电压由外电路决定。
10
电力电子技术概述
电力电子技术的应用：
一般工业：电源、冶炼、电化学……
交通运输：电动车辆，航空航天，电梯…… 电力系统：输电，变电，电能质量管理……
家用电器：照明，家电，数码娱乐设备……
其它：工业与办公自动化、新能源应用……
11
电力电子器件
12
电力电子器件-概述
电力电子器件（power electronic device）——可直接 用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电 子器件
控制其关断，又称自关断器件 绝缘栅双极晶体管IGBT
电力场效应晶体管P-MOSFET
门极可关断晶闸管 GTO
不可控器件——不能用控制信号来控制其通断
电力二极管（Power Diode） 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路 中承受的电压和电流决定的
18
电力电子器件-分类 b. 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的 性质，
电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和参 数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时 候甚至上升为第一位的重要问题。
作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替。
15
功率损耗
导通的通态压降形成通态损耗；阻断时微小的断态漏电流 形成断态损耗。 开关转换过程中产生开通损耗和关断损耗，总称开关损耗。 对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件 发热的原因之一。 断态漏电流极小，通态损耗是器件功率损耗的主要成因。 开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功 率损耗的主要因素。
2
运动控制系统的构成
3
对功率放大环节的要求
能够输出足够的电压、电流（功率）；
输出信号的失真小，或称输出线性度好； 具备可靠的限压、限流、过热保护等安全保护功能； 根据应用特点可实现功率流向控制； 驱动运行中具有良好的效率。
4
功率放大环节的类型
5
电力电子技术概述
电子技术
信息电子技术
分为两类：
电流驱动型——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导 通或者关断的控制 电压驱动型——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的 电压信号就可实现导通或者关断的控制
电压驱动型器件是通过加在控制端上的电压在器件的两个 主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大 小和通断状态，所以又称为场控器件，或场效应器件。
自业大学空间控制与惯性技术研究中心 伊国兴
1
控制系统
校正元件 输入 控制器 功率元件 功放 执行元件 执行器 被控 对象 输出
传感器 测量元件
执行元件：功能是驱动被控对象，控制或改变被控量
放大元件：提供能量，将微弱控制信号放大驱动执行元件。 校正元件：作用是改善系统的性能，使系统能正常可靠地工作并达到 规定的性能指标 测量元件：将一种量按照某种规律转换成容易处理的另一种量的元件。 （将外界输入型号变换为电信号的元件。）
t
GTR开通关断波形
31
电力晶体管参数
1) 最高工作电压 GTR 上电压超过规定值时会发生击穿，击穿电压不仅 和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关，实际使用 时，为确保安全，最高工作电压要比基极开路时集电极和 发射极之间的击穿电压BUceo低得多。 2) 集电极最大允许电流IcM 通常规定为直流电流放大系数下降到规定值的 1/2~1/3 时所对应的 Ic。实际使用时要留有裕量，只能用到 IcM的一 半或稍多一点。
G
J1 J2 J3
G
A
A A P1 N1 P2 N2 K a) b) N1 P2 IA V1 G IG S EG Ic1 NPN PNP Ic2 V2 IK K R EA
25
晶闸管的基本特性
晶闸管的伏安特性 第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性
•承受反向电压时，不论门极是否有 触发电流，晶闸管都不会导通 URSM URRM •承受正向电压时，仅在门极有触发 -UA 电流的情况下晶闸管才能开通 •晶闸管一旦导通，门极就失去控制 雪崩 作用 击穿 •要使晶闸管关断，只能使晶闸管的 电流降到接近于零的某一数值以下( 维持电流)
2) 集电极最大耗散功率PcM 最高工作温度下允许的耗散功率，产品说明书中给PcM 时同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度
大功率 IPM：1.2kV，0.6kA， 用于风力发电逆变
BJT
IGBT IPM
更大功率 水平 IGBT /IPM
高频单器件 IGBT：1kV， 60A，用于加热容器 高频单器件 IGBT：1.7kV， 15A，用于 CRT 显示器等 功率 MOSFET： 中高电压等级，用 于开关电源等
1k 100
24
晶闸管的结构与工作原理
外形有螺栓型和平板型两种封 装 引出阳极 A 、阴极 K 和门极（控 制端）G三个联接端 对于螺栓型封装，通常螺栓是 其阳极，能与散热器紧密联接 且安装方便 平板型封装的晶闸管可由两个 散热器将其夹在中间
G
A K K G A A G a) P1 N1 P2 N2 K b) c) K
A a)
c)
21
电力二极管特性
I IF
O UTO
UF
U
伏安特性
IF UF tF t0 diF dt td trr t1 diR dt IRP URP u i tf t2 UR t 2V 0 b) uF tfr t UFP iF
电力电子器件-现状
器件容量
大直径光控晶闸管： 8kV, 4kA，用于高压 更大硅片直径 直流输电等 大直径 GTO：6kV， 6kA，用于静止无功发生器、有源电力滤波器 大功率 IGBT：1.2kV ，1kA， 用于恒压恒频电源等
100M
10M
GTO
1M 100k 10k
晶闸管
更高电压 等级 IGBT /IPM
晶闸管在环境温度为 40C 和规定的冷却状态下，稳定结温 不超过额定结温时所允许流过的最大工频正弦半波电流的平均 值。使用时应按实际电流与通态平均电流有效值相等的原则来 选取晶闸管应留一定的裕量，一般取1.5-2倍。 2) 维持电流 IH 使晶闸管维持导通所必需的最小电流,一般为几十到几百毫 安，与结温有关，结温越高，则IH越小。 3) 擎住电流 IL 晶闸管刚从断态转入通态并移除触发信号后， 能维持导通 所需的最小电流对同一晶闸管来说，通常IL约为IH的2~4倍。
23
电力二极管的主要参数
4. 最高工作结温TJM 结温是指管芯PN结的平均温度，用TJ表示，最高工作结温是 指在PN结不致损坏的前提下所能承受的最高平均温度，TJM通常 在125~175C范围之内 5. 反向恢复时间trr 关断过程中，电流降到0起到恢复反响阻断能力止的时间 6. 浪涌电流IFSM 指电力二极管所能承受最大的连续一个或几个工频周期的 过电流。
主电路（ main power circuit ） —— 电气设备或电力系 统中，直接承担电能的变换或控制任务的电路。 电力电子器件发展的目标是： 大容量、高频率、易驱动、 低损耗、小体积（高芯片利用率）、模块化。
13
电力电子器件-特征
电力电子器件特征
能处理电功率的大小（即承受电压和电流的能力），是最重要
IA 正向 导通
IH O
IG2
IG1
IG=0
UDRM Ubo +UA UDSM
-IA
伏安特性 IG2>IG1>IG
26
晶闸管的基本特性
动态特性
iA 100% 90%
10% 0 td uAK
tr IRM
t
O
t
trr
URRM t gr
开通关断波形
27
晶闸管的主要参数
1. 电压定额
1) 断态重复峰值电压UDRM——在门极断路而结温为额 定值时，允许重复加在器件上的正向峰值电压。 2) 反向重复峰值电压URRM—— 在门极断路而结温为 额定值时，允许重复加在器件上的反向峰值电压。
1 9 7 4 年 ， 美 国 的 W.
器 件
Newell用右图的倒三角 形对电力电子学进行了
描述，被全世界普遍接 受。
静
电子学
路 、 电
电力学
转 电 机
电力 电子技术
连续、离散
控制 理论
器 止
旋 、
9
Newell分析的电力电子特点
电力电子技术的发展受功率半导体器件的限制。例如， 由 于缺乏高压大功率器件阻碍了高电压大功率变换器容量的 扩大. 电力电子不被重视的原因之一是成本太高，费用高阻碍了 电力电子的推广应用。 电力电子是一门实验技术,产品进入市场前需要做大量实验， 一般需要几年时间才能使电力电子的某种应用成为主导技 术，使产品占市场90 %以上。 电力电子技术迫切需要有效的理论指导，要开发综合性的 分析设计方法，以求成本最小、可靠性最高。
电力电子技术的核心，理论基础是电路理论
电力电子器件制造技术
电力电子技术的基础，理论基础是半导体物理
7
电力电子技术概述
电力变流技术
输入
输出
交流
直流
直流
整流
交流电力控制变 频、变相
直流斩波
交流
逆变
8
电力电子技术概述
电 力 电 子 学 (Power
Electronics) 名 称 6 0 年代出现
的参数
一般都工作在开关状态 实用中，往往需要由信息电子电路来控制
为保证不致于因损耗散发的热量导致器件温度过高而损坏，不 仅在器件封装上讲究散热设计，在其工作时一般都要安装散热
器
14
开关状态
导通时（通态）阻抗很小，接近于短路，管压降接 近于零，而电流由外电路决定。
阻断时（断态）阻抗很大，接近于断路，电流几乎 为零，而管子两端电压由外电路决定。
10
电力电子技术概述
电力电子技术的应用：
一般工业：电源、冶炼、电化学……
交通运输：电动车辆，航空航天，电梯…… 电力系统：输电，变电，电能质量管理……
家用电器：照明，家电，数码娱乐设备……
其它：工业与办公自动化、新能源应用……
11
电力电子器件
12
电力电子器件-概述
电力电子器件（power electronic device）——可直接 用于处理电能的主电路中，实现电能的变换或控制的电 子器件
控制其关断，又称自关断器件 绝缘栅双极晶体管IGBT
电力场效应晶体管P-MOSFET
门极可关断晶闸管 GTO
不可控器件——不能用控制信号来控制其通断
电力二极管（Power Diode） 只有两个端子，器件的通和断是由其在主电路 中承受的电压和电流决定的
18
电力电子器件-分类 b. 按照驱动电路加在器件控制端和公共端之间信号的 性质，
电力电子器件的动态特性（也就是开关特性）和参 数，也是电力电子器件特性很重要的方面，有些时 候甚至上升为第一位的重要问题。
作电路分析时，为简单起见往往用理想开关来代替。
15
功率损耗
导通的通态压降形成通态损耗；阻断时微小的断态漏电流 形成断态损耗。 开关转换过程中产生开通损耗和关断损耗，总称开关损耗。 对某些器件来讲，驱动电路向其注入的功率也是造成器件 发热的原因之一。 断态漏电流极小，通态损耗是器件功率损耗的主要成因。 开关频率较高时，开关损耗会随之增大而可能成为器件功 率损耗的主要因素。
2
运动控制系统的构成
3
对功率放大环节的要求
能够输出足够的电压、电流（功率）；
输出信号的失真小，或称输出线性度好； 具备可靠的限压、限流、过热保护等安全保护功能； 根据应用特点可实现功率流向控制； 驱动运行中具有良好的效率。
4
功率放大环节的类型
5
电力电子技术概述
电子技术
信息电子技术
分为两类：
电流驱动型——通过从控制端注入或者抽出电流来实现导 通或者关断的控制 电压驱动型——仅通过在控制端和公共端之间施加一定的 电压信号就可实现导通或者关断的控制
电压驱动型器件是通过加在控制端上的电压在器件的两个 主电路端子之间产生可控的电场来改变流过器件的电流大 小和通断状态，所以又称为场控器件，或场效应器件。
自业大学空间控制与惯性技术研究中心 伊国兴
1
控制系统
校正元件 输入 控制器 功率元件 功放 执行元件 执行器 被控 对象 输出
传感器 测量元件
执行元件：功能是驱动被控对象，控制或改变被控量
放大元件：提供能量，将微弱控制信号放大驱动执行元件。 校正元件：作用是改善系统的性能，使系统能正常可靠地工作并达到 规定的性能指标 测量元件：将一种量按照某种规律转换成容易处理的另一种量的元件。 （将外界输入型号变换为电信号的元件。）
t
GTR开通关断波形
31
电力晶体管参数
1) 最高工作电压 GTR 上电压超过规定值时会发生击穿，击穿电压不仅 和晶体管本身特性有关，还与外电路接法有关，实际使用 时，为确保安全，最高工作电压要比基极开路时集电极和 发射极之间的击穿电压BUceo低得多。 2) 集电极最大允许电流IcM 通常规定为直流电流放大系数下降到规定值的 1/2~1/3 时所对应的 Ic。实际使用时要留有裕量，只能用到 IcM的一 半或稍多一点。
G
J1 J2 J3
G
A
A A P1 N1 P2 N2 K a) b) N1 P2 IA V1 G IG S EG Ic1 NPN PNP Ic2 V2 IK K R EA
25
晶闸管的基本特性
晶闸管的伏安特性 第I象限的是正向特性 第III象限的是反向特性
•承受反向电压时，不论门极是否有 触发电流，晶闸管都不会导通 URSM URRM •承受正向电压时，仅在门极有触发 -UA 电流的情况下晶闸管才能开通 •晶闸管一旦导通，门极就失去控制 雪崩 作用 击穿 •要使晶闸管关断，只能使晶闸管的 电流降到接近于零的某一数值以下( 维持电流)
2) 集电极最大耗散功率PcM 最高工作温度下允许的耗散功率，产品说明书中给PcM 时同时给出壳温TC，间接表示了最高工作温度
大功率 IPM：1.2kV，0.6kA， 用于风力发电逆变
BJT
IGBT IPM
更大功率 水平 IGBT /IPM
高频单器件 IGBT：1kV， 60A，用于加热容器 高频单器件 IGBT：1.7kV， 15A，用于 CRT 显示器等 功率 MOSFET： 中高电压等级，用 于开关电源等
1k 100
24
晶闸管的结构与工作原理
外形有螺栓型和平板型两种封 装 引出阳极 A 、阴极 K 和门极（控 制端）G三个联接端 对于螺栓型封装，通常螺栓是 其阳极，能与散热器紧密联接 且安装方便 平板型封装的晶闸管可由两个 散热器将其夹在中间
G
A K K G A A G a) P1 N1 P2 N2 K b) c) K
A a)
c)
21
电力二极管特性
I IF
O UTO
UF
U
伏安特性
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