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 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：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)鄭 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 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(wèn)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(wèn)題；是否同意答辯等）：成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字：年 月 日中國(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(wèn)題的能力；工作量的大?。蝗〉玫闹饕晒皠?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(wèn)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 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)院畢業(yè)論文答辯及綜合成績(jī)答 辯 情 況回 答 問(wèn) 題提 出 問(wèn) 題 正 確基 本正 確有 一般 性錯(cuò) 誤有 原則 性錯(cuò) 誤沒(méi) 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)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 開(kāi)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Comment w1: 認(rèn)真修改英文中國(guó)礦業(yè)大學(xué)徐海學(xué)院 2014屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)ABSTRACTWith the development of power electronic and PWM technology, the rectifier has the characteristics 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 background and significance of the PWM rectifiers research, overviews PWM technologys 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 mathematical 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 fault 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 results.Keywords：Three-phase Voltage Source PWM Rectifiers; Space Vector PWM; Fault diagnosis; Matlab simulationComment w2: 英文字母請(qǐng)用新羅馬字！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(kāi)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(kāi)關(guān)，如普通晶閘管（SCR）發(fā)展到如今性能各異并且類型諸多的全控型功率開(kāi)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） 、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(kāi)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(kāi)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(kāi)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(kāi)關(guān)取代了二極管或者半控型功率開(kāi)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(wèn)題有兩種思路：一是對(duì)產(chǎn)生諧波的電力電子整流裝置本身進(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(guò)電抗器與電源相連，只要對(duì)整流器的各開(kāi)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，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)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(lái)許多相關(guān)問(wèn)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，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(lái)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(lái)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。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