变频交流电源系统具有结构简单可靠、效率高、发电机容量易于做大等优点,在大型民用飞机中具有广阔的应用前景。相比于传统的无源整流方案,三相PWM整流器对电网谐波污染小、可实现单位功率因数,将其用于航空场合是未来的发展趋势;但是全控器件的采用致使系统可靠性降低,制约其在航空领域的应用。因此,研究航空PWM整流器及其故障诊断与容错控制策略具有重要意义。本文首先介绍了航空PWM整流器的研究现状与发展趋势;阐述了三相桥式PWM整流器的数学模型、dq旋转坐标系下的双闭环PI调节控制策略以及空间矢量脉宽调制方法,并对控制环路进行参数设计。本文研究了功率器件故障对三相桥式PWM整流器工作特性的影响,并根据故障特征对故障模式进行分类。通过详细分析开关管开路故障时网侧电流的畸变情况,提出一种基于网侧电流相角的开关管开路故障诊断方法,并给出具体的实现和诊断参数选取方法。该方法能够实现多管开路故障诊断,并具有软件算法简单、无需增加硬件电路、对瞬变状态鲁棒性高等优点。本文对现有的故障容错方案进行了可行性分析,总结出四种适用于三相桥式PWM整流器的故障容错拓扑。通过分析开关管开路故障对空间电压矢量的影响,研究了一种基于PWM开关模式修正的软件容错算法,可有效降低网侧电流畸变程度和直流侧电压脉动。最后,从可容错故障类型、成本、容错后系统性能等角度对可行的故障容错方案进行了综合评估。在理论分析的基础上,设计并搭建了一台5k W全数字控制的三相桥式PWM整流器原理样机。实验结果表明,系统在航空变频电网输入下工作性能满足要求,所提出的故障诊断与容错控制方案有效。