copy-吳浩 PWM整流器故障整斷分析

1、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2014屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院本科生畢業(yè)論文姓 名：吳 浩 學(xué) 號(hào)： 22101371學(xué) 院： 徐海學(xué)院 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 論文題目： PWM整流器及其故障診斷分析2 專 題： 指導(dǎo)教師： 王穎杰 職 稱： 講師 2014 年 6 月 徐州中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)論文任務(wù)書專業(yè)年級(jí) 理工10級(jí) 學(xué)號(hào) 22101371 學(xué)生姓名 吳浩 任務(wù)下達(dá)日期： 2013 年 10 月 14 日畢業(yè)論文日期： 2013年12月30 日至 2014年 6 月 7日畢業(yè)論文題目：PWM整流器及其故障診斷分析2畢業(yè)論文專題題目：畢業(yè)論文主要內(nèi)容和要求：指導(dǎo)教師簽字：鄭

2、 重 聲 明本人所呈交的畢業(yè)論文，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果。所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本畢業(yè)論文的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本論文所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本論文屬于原創(chuàng)。本畢業(yè)論文的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日期： 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)論文指導(dǎo)教師評(píng)閱書指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；工作態(tài)度及工作量；總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；存在問題；是否同意答辯等）：成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月

3、 日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)論文評(píng)閱教師評(píng)閱書評(píng)閱教師評(píng)語(yǔ)（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力；工作量的大小；取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；寫作的規(guī)范程度；總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；存在問題；是否同意答辯等）：成 績(jī)： 評(píng)閱教師簽字： 年 月 日中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院畢業(yè)論文答辯及綜合成績(jī)答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯(cuò)誤有原則性錯(cuò)誤沒有回答答辯委員會(huì)評(píng)語(yǔ)及建議成績(jī)：答辯委員會(huì)主任簽字： 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī)：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日摘 要 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，具有網(wǎng)側(cè)電流接近正弦波、功率因數(shù)近似為1、直流側(cè)輸

4、出電壓穩(wěn)定、抗負(fù)載擾動(dòng)能力強(qiáng)并且能夠在四象限運(yùn)行的PWM整流器應(yīng)運(yùn)而生，成功地取代了不可控二極管整流器和相控的晶閘管整流器，并成為電力電子技術(shù)研究的熱點(diǎn)。本文研究的主要對(duì)象就是應(yīng)用最為廣泛的三相電壓型PWM整流器。首先，本文首先介紹了PWM整流器研究的背景與意義，綜述了三相電壓型PWM整流器PWM技術(shù)的發(fā)展及現(xiàn)狀，引出了三相電壓型PWM整流器，。并接著分析了三相電壓型PWM整流器的工作原理，并在此基礎(chǔ)上建立了其在ABC三相靜止坐標(biāo)系、d-q同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系兩個(gè)不同坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型。其次，本文引入了電壓空間矢量，闡述了空間電壓矢量控制的控制算法。本文也列出了幾種用于三相PWM交直流整流器IGBT

5、開關(guān)的故障的診斷的方法，并將不同的診斷方法優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對(duì)比。最后，本文在理論分析的基礎(chǔ)上，利用MTALAB提供的電力電子工具箱，在Simulink仿真環(huán)境下建立了三相VSR電壓型PWM整流器主回路控制模型，并對(duì)IGBT斷路故障進(jìn)行了仿真分析對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文所述方法的正確性。關(guān)鍵詞： 三相電壓型PWM整流器； 電壓空間矢量PWM； 故障診斷； Matlab仿真ABSTRACT認(rèn)真修改英文With the development of power electronic and PWM technology, the rectifier has the characterist

6、ics of high power factor, harmonic minor, DC output voltage stability and has operate in the four -quadrants, etc. It becomes a green power conversion device. Therefore,the main research subject of this paper is the three-phase voltage source PWM rectifier. Firstly, the article introduces the backgr

7、ound and significance of the PWM rectifier's research, overviews PWM technology's development history and status, raises the three-phase voltage source PWM rectifier, and analyse analyze the working principle of three-phase voltage source PWM rectifier, on this basis established its mathemat

8、ical model on ABC static coordinate system and d-q synchronous rotating coordinate system two different coordinate system ,in addition. Secondly, this article bring in Voltage Space Vector ,and overview the arithmetic of it. This paper proposes modified fault detection methods for IGBT open switch f

9、ault in 3-phase ac/dc PWM converter, and comparisions are made among proposed fault diagnostic methods. Finally, in the foundation of theory analysis ,using Power Electric toolbox offered by MATLAB to finish the simulation experiment under Simulink environment and analyse analyze the simulation resu

10、lts.Keywords：Three-phase Voltage Source PWM Rectifiers; Space Vector PWM; Fault diagnosis; Matlab simulation中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院2014屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)1 緒論1.1PWM整流器概述 隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，功率半導(dǎo)體開關(guān)器件性能不斷提高，已從早期廣泛使用的半控型功率器件半導(dǎo)體開關(guān)，如普通晶閘管（SCR英文字母請(qǐng)用新羅馬字！）發(fā)展到如今性能各異并且類型諸多的全控型功率開關(guān)，如雙極型晶體管（BJT）、門極關(guān)斷晶閘管（GTO）、絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）、集成門極換向晶閘管（IGCT）、

11、功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）以及場(chǎng)控晶閘管（MCT）等。功率半導(dǎo)體開關(guān)器件技術(shù)的進(jìn)步也促進(jìn)了電力電子變流裝置的技術(shù)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了以脈沖寬度調(diào)制（Pulse Width Modulation，PWM）控制為基礎(chǔ)的各類變流裝置，如變頻器、逆變電源、高頻開關(guān)電源以及各類特種變流器等，它們?cè)谏鐣?huì)各個(gè)領(lǐng)域中已經(jīng)取得了廣泛應(yīng)用。然而，目前這些整流裝置大部分需要整流環(huán)節(jié)才能獲得直流電壓。由于傳統(tǒng)的整流環(huán)節(jié)采用了二極管不控整流電路或者晶閘管相控整流電路，進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)下降，造成電網(wǎng)的嚴(yán)重“污染”。當(dāng)采用二極管不控整流電路時(shí)，其不僅會(huì)從電網(wǎng)吸取畸變電流，而且還會(huì)對(duì)電網(wǎng)注入大量諧波和無(wú)功，導(dǎo)致電網(wǎng)的

12、嚴(yán)重“污染”，并且直流側(cè)能量無(wú)法回饋電網(wǎng)。當(dāng)采用晶閘管相控整流電路時(shí)，其不僅會(huì)因在深度相控下使得交流側(cè)功率因數(shù)很低，而且也會(huì)因換流引起電網(wǎng)電壓波形畸變等缺點(diǎn)。其實(shí)造成電網(wǎng)諧波受污染的原因有好多種，但其根本原因還是在于電力電子裝置的開關(guān)工作方式，進(jìn)而導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電流、電壓波形的嚴(yán)重畸形。針對(duì)以上兩種整流電路的缺點(diǎn)，PWM整流器對(duì)傳統(tǒng)的二極管不控整流電路和晶閘管相控整流電路進(jìn)行了全面的改進(jìn)。PWM整流器關(guān)鍵的改進(jìn)在于其用全控型功率開關(guān)取代了二極管或者半控型功率開關(guān)，以PWM整控整流取代了二極管不控整流和晶閘管相控整流。為了解決電力電子裝置產(chǎn)生諧波和功率下降的問題有兩種思路：一是對(duì)產(chǎn)生諧波的電力電子整流

13、裝置本身進(jìn)行改造，使裝置的輸入正弦電壓和電流相位相同，不產(chǎn)生諧波也不消耗無(wú)功功率；二是裝設(shè)諧波及無(wú)功補(bǔ)償裝置，在電網(wǎng)側(cè)對(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的諧波和無(wú)功功率進(jìn)行補(bǔ)償。這種整流器被稱為高功率因數(shù)整流器，其主要采用PWM整流技術(shù)，并且大部分都需要使用自關(guān)斷器件。對(duì)于電流型整流器，可直接對(duì)其電力半導(dǎo)體器件的通斷進(jìn)行PWM調(diào)制，使輸入電流變成接近正弦且與電源電壓同相的PWM波形，最終得到接近1的功率因數(shù)。對(duì)于電壓型整流器，需要把整流器通過電抗器與電源相連，只要對(duì)整流器的各開關(guān)進(jìn)行PWM控制，就可以對(duì)整流器的網(wǎng)側(cè)交流電流的大小和相位進(jìn)行相應(yīng)地控制，這樣既能實(shí)現(xiàn)交流電流接近正弦波，也能使交流電流的相位與電源電壓相同，

14、從而系統(tǒng)的功率因數(shù)總是接近于1。1.2PWM整流器研究的意義 在電力系統(tǒng)中，電流和電壓是完整的正弦波。但是在我們實(shí)際生活中的電力系統(tǒng)中，由于非線性負(fù)載等因數(shù)的影響，電網(wǎng)電壓和電流波形總會(huì)存在不同程度的畸變，給電力輸配電系統(tǒng)和附近的其他電氣設(shè)備帶來許多相關(guān)問題，所以就應(yīng)該采取必要的措施限制其對(duì)電網(wǎng)和其他設(shè)備的影響。隨著電力電子技術(shù)的迅速發(fā)展，各種電力電子裝置在電力系統(tǒng)、工業(yè)、交通、家庭等眾多領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用，很多場(chǎng)合需要大量各種類型的變流裝置將一種頻率、幅值、相位的電能轉(zhuǎn)換為另一種頻率、幅值、相位的電能，使得用電設(shè)備處于理想工作狀態(tài)，或者滿足用電負(fù)載某些特殊要求，從而獲得最大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。目前，

15、隨著功率半導(dǎo)體器件的研制與生產(chǎn)水平都在不斷的提高，各種新型的電力電子裝置不斷出現(xiàn)在市場(chǎng)上，特別是用于交流電機(jī)調(diào)速傳動(dòng)的變頻器性能的逐步完善，為工業(yè)領(lǐng)域節(jié)能和改善生產(chǎn)工藝提供了十分廣闊的應(yīng)用前景。根據(jù)網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)定義可以知道，相控整流裝置的網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)總是小于1，即使基波電流與網(wǎng)側(cè)電壓是同相的。隨著相控角的增大，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)也減少，這些都將給電網(wǎng)帶來不好的影響，主要如下：（1）增加電網(wǎng)的無(wú)功損耗與線路壓降，更嚴(yán)重的是還將導(dǎo)致局部網(wǎng)絡(luò)電壓的波動(dòng)；（2）引起電網(wǎng)的諧波損耗；（3）這些諧波電流在傳輸線上流動(dòng)將會(huì)引起傳導(dǎo)和射頻干擾，造成對(duì)它敏感的電子儀器和設(shè)備、繼電器以及通信線路等的諧波干擾，特別對(duì)當(dāng)今

16、計(jì)算機(jī)的普及應(yīng)用是一種實(shí)際威脅。因此，采取相應(yīng)的措施來抑制、以致消除這些電力危害是電力電子技術(shù)領(lǐng)域中一項(xiàng)重要的研究課題，具有重要的理論和實(shí)際意義。1.3PWM整流器國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 PWM整流器的基礎(chǔ)研究始于20世紀(jì)70年代，20世紀(jì)80年代后，PWM技術(shù)的應(yīng)用與研究由于這一時(shí)期自關(guān)斷器件的日趨成熟和應(yīng)用得到了推動(dòng)，國(guó)內(nèi)外已發(fā)表大量研究報(bào)告，并且從不同方面對(duì)PWM整流器技術(shù)進(jìn)行了深入而全面的研究。1982年Busse Alfred和Holtz Joachim 首先提出了基于可關(guān)斷器件的三相橋式PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其網(wǎng)側(cè)電流幅相控制策略，并實(shí)現(xiàn)了電流型PWM整流器網(wǎng)側(cè)單位功率因數(shù)正弦波電流控制。

17、1984年，Akagi Hirofumi等人提出了無(wú)功補(bǔ)償器控制策略，成為電壓型PWM整流器的早期設(shè)計(jì)思想。到20世紀(jì)80年代末，隨著A.W.Green等人提出了基于坐標(biāo)變換的PWM整流器連續(xù)離散動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型及控制策略，PWM整流器的研究發(fā)展到了一個(gè)新的高度。在20世紀(jì)90年代，PWM整流器一直是學(xué)術(shù)界關(guān)注和研究的熱點(diǎn)，其研究主要集中在PWM整流器的建模與分析、主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、系統(tǒng)控制策略、電壓型PWM整流器的電流控制以及電流型PWM整流器的研究等方面。1.關(guān)于PWM整流器建模的研究PWM整流器數(shù)學(xué)模型的研究是PWM整流器及其控制技術(shù)研究的基礎(chǔ)。1976年，美國(guó)加利福尼亞理工學(xué)院的R.D.Mi

18、ddle brook和Slobodan Cuk在前人的基礎(chǔ)上提出了狀態(tài)空間平均法，可以說這是電力電子學(xué)領(lǐng)域建模分析的第一個(gè)真正意義的重大突破。在此基礎(chǔ)上，A.W.Green等提出了基于坐標(biāo)變換的PWM整流器動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，各國(guó)學(xué)者又分別從不同方面對(duì)PWM整流器的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了深入仔細(xì)的研究。其中R.Wu、S.B.Dewan等較為系統(tǒng)地建立了PWM整流器的時(shí)域模型，并將時(shí)域模型分解成高頻、低頻模型，且給出了相應(yīng)地時(shí)域解。而ChunT.Rin和DongY.Hu等則利用dq坐標(biāo)變換建立了PWM整流器基于變壓器的低頻等效模型，并給出了穩(wěn)態(tài)、動(dòng)態(tài)特性分析結(jié)果。在此基礎(chǔ)上，Hengchun Mao等人又建立

19、了一種新穎的降階小信號(hào)模型，從而簡(jiǎn)化了PWM整流器的數(shù)學(xué)模型及特性分析。2. 關(guān)于PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的不通過，PWM整流器可分為電壓型和電流型兩大類。為適應(yīng)不同功率等級(jí)的需要，人們研究了各種不同的PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在小功率應(yīng)用場(chǎng)合，PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究主要集中在減少全控型器件和改進(jìn)直流輸出性能上。J.J.Shieh等對(duì)四開關(guān)三相電壓型PWM整流器進(jìn)行了建模與研究，并闡述了這類電路的工作特點(diǎn)。但是一般的電壓型PWM整流器為升壓型變換器，正常工作時(shí)，其直流側(cè)電壓須高于交流側(cè)電壓峰值，為利用電壓型PWM整流器輸出相對(duì)較低的直流電壓，Ching-Tsai Pan等學(xué)者對(duì)一

20、般PWM整流器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行了一些改進(jìn)，并取得了一定結(jié)果。對(duì)于大功率PWM整流器，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的研究主要集中在多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、交流器組合以及軟開關(guān)技術(shù)上。多電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的PWM整流器主要應(yīng)用于高壓大容量場(chǎng)合。而對(duì)于大電流應(yīng)用場(chǎng)合，常采用交流器組合拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，即將獨(dú)立的電流型PWM整流器進(jìn)行并聯(lián)組合，并且每個(gè)并聯(lián)的PWM整流器中的開關(guān)信號(hào)發(fā)生采用移相PWM控制技術(shù)，從而以較低的開關(guān)頻率控制獲得了等效的高開關(guān)頻率控制效果，使得在降低功率損耗的同時(shí)，有效地提高了PWM整流器的電流和電壓波形品質(zhì)。與此類似地，也可將獨(dú)立的電壓型PWM整流器進(jìn)行串聯(lián)移相組合，應(yīng)用于高壓大容量的場(chǎng)合。此外，在大功率PWM整流器設(shè)

21、計(jì)上，還研究了基于軟開關(guān)（ZVS、ZCS）控制的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和相應(yīng)的控制策略，然而這一技術(shù)還有待進(jìn)一步完善和改進(jìn)。 3.PWM整流器系統(tǒng)控制策略的研究 隨著PWM整流器及其控制策略的深入，研究人員相繼提出了一些較為新穎的系統(tǒng)控制策略，具體如下： （1）無(wú)網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)傳感器及無(wú)網(wǎng)側(cè)電流傳感器控制常規(guī)的雙閉環(huán)電壓型PWM整流器需要同時(shí)檢測(cè)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)和電流，為進(jìn)一步簡(jiǎn)化信號(hào)檢測(cè)，Toshi Hiko Noguchi等學(xué)者提出了一種無(wú)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)傳感器的PWM整流器控制策略。隨后B.H.Kwon等人也提出了類似的控制方法。這一研究主要包括兩類電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)的重構(gòu)方案：其一是通過復(fù)功率的估計(jì)來重構(gòu)電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)；其二是基

22、于網(wǎng)側(cè)電流偏差調(diào)節(jié)的電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)重構(gòu)。前者是一種開環(huán)估計(jì)算法，因而精度不高，并且在復(fù)功率估計(jì)算法中，由于含有微分項(xiàng)，因而容易引入高頻干擾；而后者則是一種閉環(huán)估計(jì)算法，它采用網(wǎng)側(cè)電流偏差信號(hào)的比例積分調(diào)節(jié)來控制電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)的重構(gòu)誤差，因而精度較高。（2） 基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的PWM整流器控制 PWM整流器是一個(gè)典型的多變量非線性強(qiáng)耦合系統(tǒng)，針對(duì)這樣的系統(tǒng)，常規(guī)的控制策略及其控制器設(shè)計(jì)一般采用穩(wěn)態(tài)工作點(diǎn)小信號(hào)模型，按線性化方案整定。這種方案的不足之處在于無(wú)法保證控制系統(tǒng)大范圍擾動(dòng)的穩(wěn)定性。為此，人們提出了基于Lyapunov穩(wěn)定性理論的控制策略。這一新穎的控制方案以電感、電容儲(chǔ)能的定量關(guān)系

23、建立了Lyapunov函數(shù)，并由三相PWM整流器的dq模型以及相應(yīng)的空間矢量約束條件，推導(dǎo)出相應(yīng)的控制算法。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，這一方案較好地解決了PWM整流器的大范圍穩(wěn)定控制問題。（3） 電網(wǎng)不平衡條件下的PWM整流器控制 在三相PWM整流器控制策略研究過程中，一般假設(shè)三相電網(wǎng)是對(duì)稱和平衡的。而實(shí)際上，三相電網(wǎng)常處于不平衡的狀態(tài)中，即三相電網(wǎng)電壓的相位、幅值不對(duì)稱。一旦電網(wǎng)不平衡，以三相電網(wǎng)平衡為假所設(shè)計(jì)的PWM整流器就會(huì)出現(xiàn)不正常的運(yùn)行狀態(tài)，主要表現(xiàn)在：PWM整流器直流側(cè)電壓和網(wǎng)側(cè)電流的低次諧波幅值增大，且產(chǎn)生非特征諧波，同時(shí)消耗相應(yīng)增大；PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流亦不平衡，嚴(yán)重時(shí)可使PWM整流器發(fā)

24、生故障。為了使PWM整流器在電網(wǎng)不平衡條件下仍能正常運(yùn)行，必須提出相應(yīng)的控制策略。Lusi Moran等學(xué)者分析并推導(dǎo)了三相電壓型PWM整流器在三相電網(wǎng)不平衡條件下，網(wǎng)側(cè)電流以及直流電壓時(shí)域表達(dá)式。通過理論分析認(rèn)為，電網(wǎng)負(fù)序分量是導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電流畸變的原因，同時(shí)指出，電網(wǎng)不平衡條件下，常規(guī)的控制方案將使直流側(cè)產(chǎn)生偶次諧波分量，且通過PWM控制，PWM整流器交流側(cè)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)地奇次諧波，從而導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電流畸變。在此基礎(chǔ)上，D.Vincenti等人較為系統(tǒng)地提出了正序dq坐標(biāo)系中的前饋控制策略，即通過負(fù)序分量的前饋控制來抑制電網(wǎng)負(fù)序分量對(duì)PWM整流器控制的影響。這一方案使正序dq坐標(biāo)系中的負(fù)序基波分量呈現(xiàn)

25、出2次諧波形式，當(dāng)采用PI調(diào)節(jié)器時(shí)無(wú)法獲得負(fù)序基波分量的無(wú)靜差控制，因此不能完全消除負(fù)序基波分量的影響。為進(jìn)一步，Hong-Seok Song等學(xué)者提出了一種采用正序、負(fù)序兩套同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的獨(dú)立控制方案，該方案在各自的同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系中，將正序、負(fù)序基波分量均轉(zhuǎn)化為直流分量，從而通過PI調(diào)節(jié)器即可實(shí)現(xiàn)無(wú)靜差控制。因此，這是一個(gè)理論上較為完善的控制方案，但該方案不足之處就是控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且在線運(yùn)算工作量大，一般采用雙數(shù)字信號(hào)處理器（DSP）控制。 4.關(guān)于電壓型PWM整流器的電流控制策略研究 為了能夠使電壓型PWM整流器網(wǎng)側(cè)呈現(xiàn)受控電流型特性，必須對(duì)其網(wǎng)側(cè)電流控制策略進(jìn)行深入研究。電壓型PWM整

26、流器網(wǎng)側(cè)電流控制策略主要分為兩類：一類是由J.W.Dixon和B.T.Ooi首先提出的間接電流控制策略；另一類就是目前占主導(dǎo)地位的直接電流控制策略。間接電流控制實(shí)際上是通過控制電壓型PWM整流器的交流側(cè)電壓基波幅值、相位，進(jìn)而間接控制其網(wǎng)側(cè)電流。間接電流控制網(wǎng)側(cè)電流的動(dòng)態(tài)響應(yīng)慢，且對(duì)系統(tǒng)參數(shù)變化靈敏，因此這種控制策略已逐步被直接電流控制策略所取代。直流電流控制以其快速的電流響應(yīng)和魯棒性受到了學(xué)術(shù)界的重視，并先后研究出各種不同的控制方案，主要包括以固定開關(guān)頻率且采用電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)前饋的SPWM控制，以及以快速電流跟蹤為特征的滯環(huán)電流控制等。為了提高電壓利用率，基于空間矢量的PWM控制在電壓型PWM整

27、流器電流控制策略有將固定開關(guān)頻率、滯環(huán)及空間矢量控制相結(jié)合的趨勢(shì)，以使其在大功率有源濾波等需快速電流響應(yīng)場(chǎng)合獲得優(yōu)越的性能。 5.關(guān)于電流型PWM整流器的研究 對(duì)于電流型PWM整流器的研究，Busse Alfred等率先提出了電流型PWM整流器網(wǎng)側(cè)電流幅相控制策略。但長(zhǎng)期以來，電壓型PWM整流器以其簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、較低的損耗、方便的控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，一直成為PWM整流器研究的重點(diǎn)。電流型PWM整流器的缺點(diǎn)是需較大的直流儲(chǔ)能電感，并且交流側(cè)LC濾波環(huán)節(jié)容易導(dǎo)致電流畸變和振蕩等問題，使其結(jié)構(gòu)和控制相相對(duì)復(fù)雜化。隨著超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，電流型PWM整流器在超導(dǎo)儲(chǔ)能中取得了成功應(yīng)用?？芍苯幼鳛殡娏餍蚉W

28、M整流器直流側(cè)儲(chǔ)能電感的超導(dǎo)線圈損耗極低，克服了原有電流PWM整流器的不足。在超導(dǎo)儲(chǔ)能交流環(huán)節(jié)中應(yīng)用的電流型PWM整流器無(wú)需另加直流電感，并且具有良好的電流保護(hù)性能，與電壓型PWM整流器相比，電流型PWM整流器更為合適。顯然，經(jīng)過多年的研究，電流型PWM整流器技術(shù)同樣得到了發(fā)展，其研究主要集中在以下幾個(gè)方面：（1）數(shù)學(xué)模型及特性分析；（2）三值邏輯PWM信號(hào)發(fā)生技術(shù)；（3）網(wǎng)側(cè)電流畸變，諧振抑制及控制策略；（4）網(wǎng)側(cè)濾波參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)；（5）不平衡電網(wǎng)條件下的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)。1.4本文的主要工作。2 PWM整流器的原理2.1PWM整流器的工作原理在電力電子技術(shù)的發(fā)展歷程中，整流器是一種使用相對(duì)很

29、早的AC到DC的變換裝置。其發(fā)展從二極管開始，接著發(fā)展到晶閘管，最后發(fā)展到場(chǎng)效應(yīng)晶體管（PWM整流器），通過回顧這類元器件的發(fā)展歷程，發(fā)現(xiàn)其推動(dòng)了整個(gè)電力電子技術(shù)這門學(xué)科的前進(jìn)。其中傳統(tǒng)的晶閘管（相控整流器），因?yàn)槠浣?jīng)過了長(zhǎng)時(shí)間和廣泛的使用，所以它的運(yùn)用技術(shù)就變得比較老練，盡管這樣但其仍然存在著許多缺點(diǎn)：（1）整流器運(yùn)行功率因數(shù)低；（2）整流器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)在閉環(huán)控制時(shí)會(huì)變地很慢；（3）網(wǎng)側(cè)諧波電流會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成諧波“污染”；（4）晶閘管換流會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)側(cè)電壓波形畸變。隨著電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，傳統(tǒng)整流器的不足之處得到了很大的改善，其中可控性的PWM整流器逐步得到了廣泛使用。把可控性的PWM整流

30、器與以往的一些整流器進(jìn)行比較時(shí)，最明顯的區(qū)別在于前者使用了全控型器件，這樣一來前者就取得了下面一系列優(yōu)越性：（1）網(wǎng)側(cè)電流為正弦波；（2）電能能夠進(jìn)行雙向傳輸；（3）有著較快的動(dòng)態(tài)控制響應(yīng)性能；（4）網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)控制。 由此可知，可控的PWM整流器已經(jīng)不再為以往的AC到DC的變換器，這種情況的產(chǎn)生是源于它的構(gòu)成部分大多為全控型功率開關(guān)器件，這樣一來就可以控制它的直流側(cè)和交流側(cè)，進(jìn)而能夠在四個(gè)象限內(nèi)實(shí)現(xiàn)相關(guān)運(yùn)行，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)電能的雙向傳輸。圖 2.1示有PWM整流器的電路模型，PWM整流器能實(shí)現(xiàn)能量的雙向傳遞。當(dāng)PWM整流器從電網(wǎng)獲取能量時(shí)，它是實(shí)現(xiàn)整流器的運(yùn)行功能。反之，當(dāng)PWM整流器往電網(wǎng)

31、側(cè)饋送能量時(shí)，它是實(shí)現(xiàn)逆變器的功能。圖2.1 PWM整流器模型電路圖 由圖2.1，我們能夠得到一個(gè)PWM整流器模型電路圖，從圖可以看出其組成可分為：直流電路、交流電路與電源開關(guān)管橋路組成，同時(shí)可以把電感和橋型電路中的等效損耗電阻忽略掉。在該圖中，交流電路包含交流電動(dòng)勢(shì)e和網(wǎng)側(cè)的電感L等；直流電路包括負(fù)載電動(dòng)勢(shì)和其負(fù)載電阻等。電源開關(guān)管橋形電路可以通過兩種不同的橋形電路組成，這兩種電路包含有電壓型的，電流型的。 當(dāng)開關(guān)的損耗不存在時(shí)，而電路模型的兩側(cè)功率要平衡，通過這樣的關(guān)系可以得到：。其中公式中是PWM電路模型中電路交流側(cè)電壓，是PWM電路模型中電路交流側(cè)電流。是PWM電路模型中電路直流側(cè)電壓

32、，是PWM電路模型中電路直流側(cè)電流。由上面公式可得，通過控制交流側(cè)電路，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)直流側(cè)的相關(guān)控制，相反控制直流側(cè)電路，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)交流側(cè)的相關(guān)控制。下面我們將模型電路交流側(cè)作為切入點(diǎn)，進(jìn)行相關(guān)分析包括操作條件下的PWM整流器及掌控其原理。 (a) (b) (c) (d)圖2.2 PWM整流器交流側(cè)穩(wěn)態(tài)矢量圖 為了行間距要求，固定值18磅！使分析能夠簡(jiǎn)單，在對(duì)PWM整流器模型電路分析時(shí)，只考慮整流器的基本波形部分，不考慮諧波部分，同時(shí)要忽視位于交流側(cè)的電阻。針對(duì)的所有象限，如下對(duì)其運(yùn)作情況進(jìn)行詳細(xì)的闡述： (a)當(dāng)電壓矢量的端點(diǎn)在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，并且該點(diǎn)運(yùn)行在弧上。這時(shí)該整流器的運(yùn)行情況為整流狀

33、況，這是由于電動(dòng)勢(shì)矢量E與電流矢量I的水平分量同向。如果該器件的工作狀態(tài)是位于點(diǎn)A，那么其僅能在電網(wǎng)中吸取有功功率，但不可以吸取有功功率。此時(shí)PWM變換器將會(huì)變?yōu)閭魉拓?fù)載，從而使得電流由電網(wǎng)向直流負(fù)載進(jìn)行傳輸。 （b）當(dāng)電壓矢量端點(diǎn)的運(yùn)行軌跡在上時(shí)，PWM整流器的運(yùn)行狀況還是為整流狀況，這也是因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)矢量E與電流矢量I的水平分量同向。如果該器件的工作狀態(tài)是坐落于點(diǎn)C，那么其只能從電網(wǎng)吸取容性無(wú)功功率，但不能夠從中得到有功功率。此刻PWM變換器也會(huì)變?yōu)閭鬏斬?fù)載，進(jìn)而讓電流由電網(wǎng)向直流側(cè)進(jìn)行輸送。(c)當(dāng)電壓矢量的端點(diǎn)在弧上進(jìn)行時(shí)。此時(shí)該整流器在有源逆變情況下運(yùn)行，這源于電動(dòng)勢(shì)矢量E和電流矢量I

34、的水平分量反向。因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)矢量E落后于電流矢量I，從而有功功率與容性無(wú)功功率將可以通過變換器流向電網(wǎng)。(d)當(dāng)電壓矢量端點(diǎn)的位置在不斷發(fā)生變化，并且位置變化的范圍僅限于弧上時(shí)。此時(shí)該變換器在有源逆變情況下運(yùn)轉(zhuǎn)，該情況的發(fā)生還是由于電動(dòng)勢(shì)矢量E與電流矢量I的水平量方向是相反的。2.2三相VSR的數(shù)學(xué)模型2.2.1三相VSR在三相靜止坐標(biāo)系的數(shù)學(xué)模型為了更好的研究一個(gè)系統(tǒng)的系能，一般都要得出與該系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)學(xué)模型。一般我們會(huì)對(duì)三相VSR的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析，使用這樣的方式可以獲取該系統(tǒng)在數(shù)學(xué)上的模型。在有關(guān)的坐標(biāo)系中，我們可以用最基本的電路定律對(duì)模型進(jìn)行相關(guān)構(gòu)造。一般在構(gòu)造三相VSR的數(shù)學(xué)模型時(shí)

35、，通常會(huì)存在以下一系列的假定:(1)在該模型中，電動(dòng)勢(shì)，均為穩(wěn)定的純?nèi)嗾也妱?dòng)勢(shì)；(2)模型中的網(wǎng)側(cè)濾波電感L是線性的，同時(shí)忽略其飽和性；（3）模型中的電網(wǎng)頻率要遠(yuǎn)小于開關(guān)頻率；（4）模型中的開關(guān)器件均為理想開關(guān)器件，其不存在過渡過程，并且用開關(guān)函數(shù)來表述它的通斷狀況。依據(jù)上面的各種假定條件，我們可以作出三相電壓型PWM整流器電路的數(shù)學(xué)模型，如圖2-3所示。自己畫，太大了！圖2-3 三相PWM整流器的主電路數(shù)學(xué)模型 圖中的、為三相對(duì)稱的正弦電壓，、為三相對(duì)稱電流，R為等效阻抗，L為輸入電感，分別為上下橋臂的IGBT。對(duì)于直流側(cè)來說，是電容，是負(fù)載，是直流電壓，是直流側(cè)負(fù)載電動(dòng)勢(shì)。參照?qǐng)D2-

36、3，當(dāng)直流側(cè)負(fù)載電動(dòng)勢(shì)時(shí)，直流側(cè)為純電阻負(fù)載，三相VSR只運(yùn)行在整流模式下；當(dāng)直流側(cè)負(fù)載電動(dòng)勢(shì)時(shí)，三相VSR能運(yùn)行于整流模式，也能運(yùn)行于逆變器模式下。當(dāng)整流器運(yùn)行于有源逆變模式時(shí)，直流側(cè)電動(dòng)勢(shì)所產(chǎn)生的電能將會(huì)經(jīng)過三相VSR傳送至電網(wǎng)側(cè)，該模式也可以被叫做為再生發(fā)電模式；當(dāng)直流側(cè)負(fù)載電動(dòng)勢(shì)時(shí)，三相VSR運(yùn)行于整流模式。首先定義開關(guān)函數(shù)，其表達(dá)式如下： 其中時(shí)，表明整流橋k相的上臂橋處于連通狀態(tài)，下臂橋處于斷開狀態(tài)；時(shí)，與前者相反。 以a相為例，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。為此以上可以簡(jiǎn)化為： 同樣對(duì)和進(jìn)行分析可以得到： 在對(duì)三相VSR的a相建立回路方程時(shí)，要選用基本的電路定律，從而得到回路方程為： 標(biāo)號(hào)！

37、用同樣的方式便能夠獲得對(duì)于b相和c相的回路方程為： 系統(tǒng)三相對(duì)稱時(shí)有： 通過聯(lián)立上式可以獲得： 對(duì)直流側(cè)應(yīng)用基爾霍夫電流定律得： 再聯(lián)立上式便能夠獲得三相電壓型PWM整流器在三相靜止（a,b,c)坐標(biāo)系下的開關(guān)函數(shù)方程式，如下顯示： （ 通過上面公式可以得出，一般在三相VSR(a,b,c)坐標(biāo)系下的數(shù)學(xué)模型是通過使用單極性二值邏輯開關(guān)函數(shù)進(jìn)行表述的。這里為了讓它的形式得到簡(jiǎn)化，琢磨著將狀態(tài)變量X進(jìn)行引入，并且定 ，那么三相VSR的通常數(shù)學(xué)模型可以通過用開關(guān)函數(shù)表示，這樣便可以得出其狀態(tài)變量的表達(dá)式，該公式是： 式中 由上面的一般數(shù)學(xué)模型可知，該模型在三相靜止坐標(biāo)系中有著清楚的物理意義和直白的特

38、點(diǎn)，但是在VSR的交流側(cè)是具有一定的頻率、幅值與相位的時(shí)變交流量，這樣會(huì)給采用電壓電流雙閉環(huán)控制系統(tǒng)的控制器設(shè)計(jì)帶來很大的挑戰(zhàn)。2.2.2三相VSR在（D，Q）坐標(biāo)系統(tǒng)中的相關(guān)數(shù)學(xué)模型在關(guān)于三相VSR的（D，Q）數(shù)學(xué)模型的構(gòu)造中，通常會(huì)有兩種坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。一種是對(duì)稱三相坐標(biāo)系向兩相互相垂直坐標(biāo)系進(jìn)行轉(zhuǎn)換；另外一種則是把對(duì)稱三相坐標(biāo)系向兩相同步并且相互旋轉(zhuǎn)的坐標(biāo)系。1三相靜止（a，b，c）坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到兩相互相垂直的（D，Q）坐標(biāo)系坐標(biāo)系有誤！圖2-4 （a，b，c）坐標(biāo)系與（D，Q）坐標(biāo)系 圖2-4對(duì)三相靜止(a,b,c)坐標(biāo)系和兩相相互垂直的(D,Q)坐標(biāo)系的空間位置進(jìn)行了具體描述。由圖可以看出a

39、軸和Q軸相重合，但a軸卻是超前D軸90度相角。假設(shè)電流矢量與Q軸之間的相角為，那么電流矢量在D-Q軸上的投影滿足： 此外，電流矢量I在a，b，c三軸上的投影分別是： 再由三角函數(shù)關(guān)系和聯(lián)立上式可以推得： 定義零軸分量： 聯(lián)立上式便可得矩陣形式： 這樣得到兩相靜止(D，Q)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化到兩相兩步旋轉(zhuǎn)（d，q）坐標(biāo)系的矩陣為： 2 三相靜止對(duì)稱(a,b,c)坐標(biāo)系到二相同步旋轉(zhuǎn)(d, q)坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換 在圖2-4中，有功分量經(jīng)常用處于三相電路里的兩相同步旋轉(zhuǎn)（d, q）坐標(biāo)系里的q軸分量進(jìn)行表示，但是無(wú)功分量大多用該坐標(biāo)系里的d軸分量來表示。 在三相靜止對(duì)稱（a, b, c）坐標(biāo)系中，三相電網(wǎng)的電動(dòng)

40、勢(shì)矢量用表示，三相電網(wǎng)的電流矢量用表示。依據(jù)瞬時(shí)無(wú)功功率理論，需要將兩相旋轉(zhuǎn)（d，q）坐標(biāo)中的q軸與電網(wǎng)電動(dòng)勢(shì)矢量同軸，才能完成對(duì)三相電量的描述。 如圖2-5所示，假定電流矢量與 a 軸之間的相角為, q 軸與 a 軸之間的相角為，那么就能夠獲得： 電流矢量在a, b, c 三相靜止坐標(biāo)軸上所得到的投影為： 定義零軸分量為： 聯(lián)立上式可得： 式中為旋轉(zhuǎn)變量矩陣，即為： 3 三相VSR的SVPWM調(diào)制技術(shù)3.1三相VSR空間電壓矢量PWM掌控調(diào)制技術(shù)原理 空間電壓矢量PWM在電力電子領(lǐng)域中又稱叫做為SVPWM，其最早在世紀(jì)年代由一明日本本學(xué)者在對(duì)交流電動(dòng)機(jī)變頻驅(qū)動(dòng)掌控進(jìn)行相關(guān)研究時(shí)所提出來的，其

41、大概的思想就是通過有序地對(duì)逆變器的空間電壓矢量進(jìn)行切，從而獲得旋轉(zhuǎn)的圓形磁場(chǎng)。一般來說，常規(guī)的SPWM技術(shù)只將控制的重點(diǎn)放在波形的改進(jìn)上，所以當(dāng)開關(guān)頻率不足夠高時(shí)就很難得到較為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波。而且即使有很高的開關(guān)頻率，由于電壓型整流器所固有的開關(guān)死區(qū)延時(shí)，電壓的利用率也會(huì)降低，甚至可能導(dǎo)致波形畸變。因?yàn)镾VPWM的控制技術(shù)能對(duì)交流電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)進(jìn)行更準(zhǔn)確地控制，從而其能對(duì)SPWM驅(qū)動(dòng)的交流電機(jī)的不足進(jìn)行改進(jìn)。研究三相非負(fù)載的整流器的SVPWM控制其本質(zhì)和研究電機(jī)模型沒什么區(qū)別，它們的實(shí)現(xiàn)方式也是一樣的。SVPWM控制的方式，本質(zhì)上是一種和規(guī)則采樣方式不同的脈沖寬度調(diào)制波產(chǎn)生方式。其最大的優(yōu)點(diǎn)是對(duì)

42、三相系統(tǒng)能夠統(tǒng)一控制并且可以得出統(tǒng)一的表達(dá)式，并能同時(shí)控制幅值與相位。PWM整流器控制的關(guān)鍵是要能夠合理且準(zhǔn)確的確定六個(gè)開關(guān)管的開通狀態(tài)和時(shí)間，在任何瞬間都有3橋臂上的開關(guān)處于開通狀態(tài)，3橋臂上的開關(guān)處于斷開狀態(tài)。同一橋臂上下兩個(gè)管子是處于互補(bǔ)的狀態(tài)，這是為了避免上下橋臂直通?？臻g矢量算法是依據(jù)整流器交流側(cè)所需的空間電壓矢量來確定開關(guān)管的工作狀態(tài)。3.2三相VSR電壓空間矢量的相關(guān)分布 三相VSR空間電壓矢量可以描述三相VSR交流側(cè)相電壓(、)在復(fù)平面上的空間分布，由三相VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可得： 將種開關(guān)函數(shù)組合代入上述式子就可得到相應(yīng)的三相VSR交流側(cè)的電壓值，如表3.1所示：表3.1不一樣的開

43、關(guān)組合得到的電壓值00000001010011100101110111000在對(duì)表3.1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)分析時(shí)，我們能夠獲得，在三相VSR中不一樣的開關(guān)組合交流側(cè)電壓矢量可以用一個(gè)模值為的空間電壓矢量表示出來： 由于三相VSR有三組開關(guān)，由排列組合知識(shí)可知其空間電壓矢量有條，如圖3.1所示。與的模值為零，故將其稱作為“零矢量”。對(duì)于任意給出的三相對(duì)稱基本波形的電壓瞬間值、，考慮到三相平衡系統(tǒng)，即，則可以定義復(fù)平面內(nèi)空間電壓矢量： 圖3.1三相VSR空間電壓矢量分布針對(duì)上式可表明：如果、是以角頻率為旋轉(zhuǎn)的的三相對(duì)稱正弦波電壓，則矢量V就是以模值為相電壓峰值，且以角頻率并按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的空間矢量

44、。空間電壓矢量V在三相坐標(biāo)軸（a,b,c）上的投影即對(duì)稱的三相正弦量。針對(duì)三相對(duì)稱的VSR拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，有 3.3 SVPWM調(diào)制整流器的掌控算法實(shí)現(xiàn)三相VSR的空間電壓矢量共計(jì)有8條，其中2條零矢量，其余6條非零矢量對(duì)稱均勻分布在復(fù)平面上。對(duì)于任一一給定的空間電壓矢量，都可以由8條三相VSR空間電壓矢量按照某特定的規(guī)則合成，如圖3-2所示。 圖3.2 空間電壓矢量的分區(qū)及其相關(guān)合成從上圖中可以看出：六條非零電壓矢量將復(fù)平面平均分為了6個(gè)扇區(qū)，分別為I-VI。任一一給定的空間電壓矢量，可以由該給點(diǎn)電壓矢量所在扇區(qū)的兩相鄰的基本電壓矢量合成。若使該給定的空間電壓矢量按一定的角速度旋轉(zhuǎn)，就相當(dāng)于得到了

45、三相對(duì)稱的正弦量了。但是由于開關(guān)頻率以及矢量組合個(gè)數(shù)是有限制的，所以實(shí)際中只是以某一步進(jìn)的速度旋轉(zhuǎn)著。開關(guān)頻率加快，則端點(diǎn)的軌跡愈趨近于圓形。當(dāng)在I扇區(qū)區(qū)時(shí)，則給定空間電壓可由，和進(jìn)行合成，根據(jù)平行四邊形法則，有 式中 、分別表示、在開關(guān)一個(gè)周期內(nèi)所作用時(shí)間； PWM開關(guān)周期 假設(shè)零矢量的作用時(shí)間為，則有 若與間的夾角為，由正弦定律可以計(jì)算得 又因?yàn)?,則可聯(lián)立上面兩式子，從而可得 式中mSVPWM調(diào)制系數(shù)，并且 矢量的選擇順序的要考慮到使開關(guān)狀態(tài)的變化盡可能最小，其目的是為了降低開關(guān)損耗。在實(shí)際應(yīng)用的方法當(dāng)中，對(duì)于任意一個(gè)給出的三相VSR的空間矢量，一般的合成辦法有以下幾種。下面介紹3種用于

46、給定空間電壓矢量在VSR空間矢量區(qū)域的合成的方法。方法一：這種方法在給定電壓矢量起始端與末端都是被零矢量均勻分布，中間時(shí)段一次由，按三角形合成法則合成，如圖3.3(a)所示。從圖3.3(b)中的開關(guān)函數(shù)波形可以看出，采用這種方法開關(guān)管共開關(guān)四次，且開關(guān)函數(shù)波形具有不對(duì)稱性，故PWM諧波分量的主要以以及以上。 (a)合成 (b)開關(guān)函數(shù)圖3.3 給定空間電壓矢量 V*合成方法一 方法二: (a)開關(guān)函數(shù)波形 (b)V*合成 圖3.4 給定空間電壓矢量合成方法二除零矢量之外，空間電壓矢量依次由合成，如圖3.4(a)所示。此外，由圖3.4(b)的PWM開關(guān)函數(shù)波形特點(diǎn)分析可知，在一個(gè)開關(guān)周期中三相V

47、SR橋臂的功率管共開關(guān)4次，且波形具有對(duì)稱性，故其PWM諧波分量主要位于開關(guān)頻率的整數(shù)倍頻率附近。 方法三： (a)V*合成 (b)開關(guān)函數(shù)波形圖 圖3.5 給定空間電壓矢量合成方法三方法三仍然是在給定空間電壓矢量始末兩端均勻分布零矢量，中間段分布著零矢量，一般有。除了零矢量之外，其余矢量的分布特點(diǎn)與法二一樣，如圖3.5(a)所示。從圖3.5(b)中可以看出在一個(gè)周期內(nèi)橋臂功率管開關(guān)6次且其波形具有對(duì)稱性。上述的幾種合成給定空間電壓矢量有著不同的特點(diǎn)?？偟膩碚f，第三種方法一般為首選，因?yàn)樵摲椒ㄖ虚_關(guān)損耗及諧波均相對(duì)較低，這是在實(shí)際應(yīng)用中很重視的。如果從算法的簡(jiǎn)單性上看，則第一種方法較好。本章小

48、結(jié)4 PWM整流器的常見故障及其診斷方法4.1PWM整流器的常見故障 PWM整流器常見的故障有：(1)IGBT短路故障 (2)IGBT開路故障 (3)IGBT內(nèi)部高阻故障 (4)入電源對(duì)地短路故障 (5) 直流母線接地故障 (6)直流線電容短路故障等。導(dǎo)致這些故的原因可能有元器件虛焊、插接件接觸不良、器件絕緣層被破壞、負(fù)載過重、散熱裝置損壞、參數(shù)設(shè)定錯(cuò)誤等。 一般而言，PWM整流器主要故障是指IGBT功率管的開路或短路故障。本文主要對(duì)IGBT開路故障進(jìn)行分析與研究。 當(dāng)IGBT管發(fā)生開路故障，整流器的工作狀態(tài)受到影響。整流器交流側(cè)的空間電壓矢量不能準(zhǔn)確的跟隨空間電壓矢量指定值，這使得不能充分實(shí)現(xiàn)SVPWM控制技術(shù)與雙閉環(huán)的特點(diǎn)。交流側(cè)的三相電流發(fā)生畸變，其相位不與電網(wǎng)電壓的相位一致，整流器不能工作于高功率因素狀態(tài)，這會(huì)給電網(wǎng)造成很大的諧波污染。同時(shí)直流側(cè)電壓的波動(dòng)變大，這無(wú)疑會(huì)影響設(shè)備的正常運(yùn)行，減少設(shè)備的壽命。4.2常用的故障診斷方法 當(dāng)IGBT管發(fā)生短路故障時(shí)，其端