● 摘要
交-交矩阵变换器具有输入电流波形正弦度好，输入功率因数可调节，无中间直流储能环节等诸多突出优点，也因其具有重量轻、结构紧凑、有潜力拥有较长的使用寿命等特点，逐渐被应用于航空、军事等对重量、体积具有较高要求的领域，这些领域对矩阵变换器的可靠性亦提出了更高的要求。而具有故障自诊断能力是矩阵变换器高可靠运行和故障后容错控制的基础，在此背景之下，研究矩阵变换器的故障模式和故障诊断策略具有十分重要的意义。
矩阵变换器的无故障运行规律将为矩阵变换器故障模式的正确分析提供参照。因此，本文将矩阵变换器的双空间矢量调制技术和永磁同步电机的矢量控制技术结合，在Matlab/Simulink环境下搭建矩阵变换器-永磁同步电机矢量控制系统，并研究了基于系统频域模型的PI控制器参数整定方法，通过不同给定条件下的仿真对矩阵变换器系统的无故障运行性能进行验证。该仿真系统为矩阵变换器开路故障诊断策略和短路故障隔离措施的研究提供了平台。
在此基础上，本文遵循“不重不漏”的原则，整合矩阵变换器系统的故障类型，对矩阵变换器的开路故障模式和短路故障模式进行全面的分析。对于系统中的功率开关开路故障，本文分析了矩阵变换器中各开路故障开关的影响区间，并结合矩阵变换器-永磁同步电机系统的开路故障表现进行详细说明。对于系统中的功率开关短路故障，本文在理论分析系统短路故障特征的基础上，结合矩阵变换器-永磁同步电机系统的短路故障表现，考虑输入滤波器的影响，对短路回路中不同开关作用期间和同一开关作用期间的不同时段的系统短路故障表现进行分析。并利用快速熔断器和双向开关重构短路故障隔离回路，初步研究了快速熔断器的选型和矩阵变换器的短路故障隔离性能。
矩阵变换器故障模式分析中提取的故障信息，为故障诊断策略的研究提供了依据。本文提出了一种新颖的矩阵变换器开路故障诊断方法——调制误差电流法。算法分两步实现：第一步利用电机电流与矩阵变换器输出电流的绝对差值诊断开路故障相，缩小故障定位范围；第二步结合矩阵变换器开关调制信号定位故障开关的具体位置。基于矩阵变换器-永磁同步电机系统的仿真结果验证了所提出的开路故障诊断算法的实时性和可靠性，并在电机调速和负载突变等非稳定情况下有效避免了误诊断。