三相交流变频驱动系统的容错控制研究

摘要

三相交流变频驱动系统以其优良的运动性能，良好的节能效果，广泛应用于工业、商业、航空等领域。由于系统的物理模型具有非线性、多变量、强耦合的自身特点，不但对系统进行精确控制成为困难，而且极易发生故障。对系统中组成部分可能发生的故障进行快速、准确诊断，在此基础上，采取相应的容错控制策略以提高系统可靠性研究具有重大意义。 本文以多电平变频驱动系统为研究对象，介绍了逆变部分不同拓扑结构间的优劣状况，三相变频驱动负载的控制策略，着重阐述了适用于级联型多电平逆变器的脉宽调制控制技术，对于采用载波相移正弦脉宽调制方法时，相移角度的不同方式将对系统输出性能产生不同影响，从数学推导入手给出了解释。 按照三相交流变频驱动系统功能的划分，对于整流部分、直流滤波部分、逆变部分与感应电动机部分可能发生的故障状况进行了说明，较为详细阐述了能够用于各个部分故障诊断的相关理论。以级联九电平逆变系统为研究对象，对于当功率模块内部开关管发生故障时，采取三种措施后系统输出性能进行了比较。得出利用中性点偏移技术，能够使得输出线电压因隔离故障器件而引起的不平衡状况重新达到平衡，并且采取仅隔离故障开关管的方式，将比隔离同层次功率单元与隔离发生故障的功率模块两种方法，其输出性能更佳。 在前面理论分析与仿真验证的基础上，以级联七电平逆变驱动系统为实验平台，详细阐述了系统的硬件设计与软件设计，对故障进行模拟，最后通过采取相应的容错控制技术进行试验，实验结果验证了本文理论研究的正确性与系统设计的可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1三相交流变频驱动系统的发展

1.2容错控制的意义与研究现状

1.3三相交流变频驱动系统容错控制研究现状

1.4本文的主要研究内容

第2章 多电平变频驱动系统拓扑结构与控制策略

2.1多电平变频驱动系统拓扑类型

2.2控制策略与方法

2.2.1 V／F控制

2.2.2矢量控制

2.2.3直接转矩控制

2.2.4载波相移SPWM控制技术

第3章 多电平变频驱动系统故障工况与诊断

3.1整流部分故障诊断

3.1.1三相不可控整流电路

3.1.2三相可控整流电路

3.2直流滤波电容故障机理

3.2.1铝电解电容等效电路模型

3.2.2铝电解电容的寿命模型

3.3逆变部分故障工况分析与诊断

3.3.1三相全桥式逆变电路

3.3.2级联型多电平逆变电路

3.4感应电动机故障诊断

3.4.1感应电动机转子故障诊断

3.4.2感应电动机定子故障诊断

3.4.3感应电动机轴承故障诊断

第4章 级联多电平逆变系统容错控制方案

4.1基于同层次故障单元隔离

4.2基于故障单元隔离

4.3基于故障开关管隔离

第5章 容错控制方案实验设计

5.1级联多电平驱动系统硬件设计

5.1.1级联七电平变频驱动系统的主电路硬件设计

5.1.2控制部分硬件电路设计

5.2故障模拟与容错方案软件设计

5.3实验结果

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文