摘 要

本文首先通过收集的资料与查阅的文献来认识整流器的工作原理。再结合IGBT的开路故障特性，以及电解电容器的阻抗特性，分别提出不同的故障诊断方法。结合国内外的研究成果以及发展方向，对所提出的诊断方法进行了比较，所得结果对于快速诊断IGBT与直流侧电容的故障具有重要的指导意义。

论文主要研究了单相PWM整流器IGBT及直流侧电容的故障诊断分析。首先，通过所收集的资料与查阅的文献来认识整流器的工作原理，并建立数学模型。对于单相PWM整流器IGBT的开路故障，在结合其电流的畸变特性的基础上，提出利用小波变换来设定故障参数，并以此为准与正常工作时的参数进行比较，以此作为判断方法；对于直流侧电容的故障，在分析其阻抗特性的基础上，提出利用等效串联电阻（ESR）的直流侧电容故障判断方法。并最后通过MATLAB/Simulink建立PWM整流器的仿真模型，对以上提出的故障诊断方法进行了仿真实验。

研究结果表明：针对两类元件的故障所提出的诊断方法，是正确并有效的，并具有实际意义。

本文的特色：对于数据图像的处理运用了小波变换与快速傅里叶变换；对所提出的故障参数进行了证据融合，使故障判断结果更加准确。

关键词：PWM整流器；小波变换；IGBT开路故障；直流侧电容故障；

Abstract

In this paper, first of all, through the collection of information and literature to understand the working principle of rectifier. Combined with the open circuit fault characteristics of IGBT and the impedance characteristics of electrolytic capacitor, different fault diagnosis methods are proposed. Combined with the research results and development direction at home and abroad, the proposed diagnosis methods are compared. The results have important guiding significance for the rapid diagnosis of IGBT and DC side capacitor fault.

This paper mainly studies the fault diagnosis and analysis of IGBT and DC capacitor of single-phase PWM rectifier. First of all, through the collected data and literature to understand the working principle of rectifier, and establish a mathematical model. For the open circuit fault of IGBT of single-phase PWM rectifier, on the basis of its current distortion characteristics, the paper proposes to use wavelet transform to set the fault parameters, and compare them with the parameters in normal operation as the judgment method; for the fault of DC side capacitance, on the basis of analyzing its impedance characteristics, it proposes to use the DC side of equivalent series resistance (ESR) Judgment method of capacitance fault. Finally, the simulation model of PWM rectifier is established by MATLAB / Simulink, and the simulation experiment of the fault diagnosis method is carried out.

The results show that the proposed diagnosis method is correct and effective, and has practical significance.

The features of this paper are: wavelet transform and fast Fourier transform are used for data image processing; the proposed fault parameters are fused with evidence to make the fault judgment results more accurate.

Key Words：Single-phase PWM rectifier；Wavelet transform；IGBT open circuit；DC side capacitor failure

目录

摘要 I

ABSTRACT II

目录 1

第1章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2课题国内外研究现状 2

1.3本文主要研究内容 4

第2章 PWM整流器整流原理 5

2.1双向PWM整流器的工作原理 5

2.2双向PWM整流器的工作方式 8

2.2.1 单相半波整流 8

2.2.2 单相桥式整流 10

2.2.3 三相桥式整流 11

2.3本章小结 12

第3章IGBT与直流侧电容的故障判断方法 13

3.1故障分类 13

3.2故障表现机理分析 13

3.2.1 IGBT的开路故障机理分析 11

3.2.2直流侧电容故障机理分析 14

3.3故障判断方法 16

3.3.1 IGBT开路故障诊断方法 16

3.3.2直流侧电容故障判断方法 19

3.4本章小结 20

第4章 仿真实验 21

4.1单相PWM整流器IGBT开路故障仿真研究 22

4.2单相PWM整流器直流侧电容故障仿真研究 24

4.3本章小结 27

第5章 总结与展望 28

5.1总结 28

5.2展望 28

参考文献 30

致谢 32

绪论

1.1 课题研究背景及意义

我国航运业发展迅速，单一的由内燃机提供动力的时代已经结束。随着低能耗高效率与环保要求的不断提高。 船舶动力中也越来越多地使用清洁能源。 这些混合动力需要转换成电力来为船提供动力。而整流器是船舶功率变换器的重要组成部分。如果发生故障，将影响船舶的运行，甚至可能会造成严重的安全事故。