五相双级矩阵变换器功率开关故障诊断方法的研究

发布时间：2020-08-11 08:31

【摘要】：随着电力电子技术的高速发展,电机驱动系统突破了传统三相供电的制约,开始向多相发展。与三相电机相比,多相电机驱动系统具有转矩脉动小、输出功率大、良好的容错能力等优点。双级矩阵变换器(Two Stage Matrix Converter,简称TSMC)具有无中间储能元件、结构紧凑等优点。五相TSMC是三相TSMC向多相输出的拓展拓扑结构,是多相功率变换器中具有潜力的一员。对于任何电力电子系统来说,功率变换器的可靠性和安全性是至关重要的,因此研究故障诊断策略对于保障五相TSMC系统高可靠性运行具有重要的意义。首先,本文介绍了五相TSMC拓扑结构及其常用的双空间调制策略,分别对逆变级和整流级功率开关故障下五相TSMC运行模式和电压特征进行了分析和总结,为后续诊断策略的提出奠定基础。其次,对故障下五相TSMC下管电压的特征进行了分析和总结,提出了基于下管误差电压的故障诊断算法。方法将误差电压和故障桥臂一一对应,原理简单,并且可以诊断出任意单个或逆变级多个功率开关开路的情况。然后,对五相TSMC输出线电压的故障特征做了深入的分析,并总结了逆变级和整流级功率开关故障特征的异同,提出了在逆变级大矢量和零矢量作用时根据故障线电压去定位故障开关的方法。该方法具有诊断速度快,不受限于电源接线方式等优点,和现有线电压法相比算法更简单。最后,搭建了一台实验样机,对部分硬件电路的设计进行了详细的介绍;设计了以DSP和CPLD为控制核心的软件系统来实现五相TSMC的调制策略和基于下管误差电压法的诊断算法,实验结果验证了诊断方法的正确性。
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM46
【图文】：

交流变换器,地步,变换器,电机驱动

动系统同传统三相电机驱动系统相比具有下述优点：功率器件承受的的电压、电流等级得到降低，可以在电压等级受限大功率的能量变换；可靠性好，故障发生后系统剩余正常相数如果大于等于 3 相，则可容错控制使系统降额运行，减少故障造成的损失；电机转矩的脉动频率增加，降低了转矩脉动幅值，减小了系统运行声。上述诸多的良好特性，多相电机驱动系统在风力发电、电动汽车和求大功率、高可靠性的场合有广阔的应用前景[1-3]。近年来因多相得到了国内外学者的广泛关注与应用研究，而相应的多相交流功率了普遍关注。功率变换器是交流调速系统中的核心装置，按照有无中间储能环节功率变换器可以分为交-直-交型（AC-DC-AC）和交-交型（AC，如图 1-1 所示。其中 AC-DC-AC 变换器又可分为整流级是不控直交变换器和双 PWM 变换器。

拓扑图,拓扑,钳位电路,功率开关

第 2 章五相 TSMC 调制策略及运行模式分析2.1 五相 TSMC 拓扑结构图 2-1 为五相 TSMC 的拓扑结构，主要由输入滤波电路、整流级、逆变级、钳位电路和五相负载组成。整流级为双向功率开关构成的电流型整流器，每个双向功率开关由两个带有反并联二极管的 IGBT 按照共射极连接组成，用于将输入三相电压合成极性为正的直流侧电压，可以实现能量双向流动；逆变级为五桥臂电压型逆变器，将直流侧电压进行调制，输出五相正弦交流电；钳位电路位于整流级和逆变级之间，由二极管和电容串联组成，为系统提供保护；输入滤波器为LC 滤波电路，用于滤除跟开关频率相关的高频谐波。

电压图,电压,矢量,子空间

定义逆变级开关函数为 Sj=[SA,SB,SC导通，Sj=0 表示 j 相桥臂的下功率开关d-q 子空间和 x-y 子空间的投影分别表示2 - PN A B C 2 - PN A C E 2( 52( 5d qx yV U S S S V U S S S σ σ σσ σ σ = + + + = + + + 式中σ =exp( j2π/5)。根据不同的开关状态组合，一共存为 30 个，其余 2 个为零矢量，其在 d-q所示，这些矢量将 360 度电角度空间分量幅值大小可分为大矢量、中矢量、小q

【参考文献】