Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2019 - zeszyt 6

Zastosowanie zmodyfikowanych estymatorów strumienia wirnika do kompensacji skutków zwarć zwojowych stojana silnika indukcyjnego

Compensation of the stator interturn short circuits using modified rotor flux estimators

10.15199/48.2019.06.17

nr katalogowy: 120461
10.15199/48.2019.06.17

Streszczenie

W artykule przedstawiono szczegółową analizę wpływu uszkodzenia uzwojenia stojana silnika indukcyjnego na jakość estymacji strumienia skojarzonego wirnika w układzie sterowania wektorowego. Analizie poddano dwa układy, powszechnie znane jako symulatory zmiennych stanu, stosowane są często w przemysłowych układach napędowych. Badania przeprowadzono w układzie sterowania polowo zorientowanego (ang. DFOC – Direct Field Oriented Control). Uzyskane wyniki wykazały, że zwarcia zwojowe mogą prowadzić do niestabilnej pracy układu regulacji automatycznej. W celu zapewnienia odpowiedniej jakości estymacji - i w konsekwencji regulacji - nawet po wystąpieniu zwarć zwojowych zaproponowano zastosowanie zmodyfikowanych estymatorów strumienia wirnika. W pracy zaprezentowano szczegółową analizę teoretyczną oraz wyniki symulacji, które przeprowadzono w środowisku MATLAB/Simulink.

Abstract

The paper presents a detailed analysis of the impact of stator winding faults on the properties of the rotor flux estimation in the vector controlled induction motor drives. In the paper the two well-known simulators, often used in the industrial drives, were analyzed. The tests were carried out in a Direct Field Oriented Control (FOC) system. It was shown, that during inter-turn short circuits, the vector controlled system can be even unstable. To guarantee the stability during stator faults, a compensation method, based on the modified rotor flux estimators, was proposed. The article presents a detailed theoretical analysis as well as the results of simulations carried out in the MATLAB/Simulink environment.

Słowa kluczowe

Keywords

Bibliografia

[1] Zawirski K., Deskur J., Kaczmarek J., Automatyka napędu elektrycznego, Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej, (2012)
[2] Sieklucki G., Bisztyga B., Zdrojewski A., Orzechowski T., Sykulski R., Modele i zasady sterowania napędami elektrycznymi, Wydawnictwo Akademii-Górniczo Hutniczej w Krakowie, (2014)
[3] Orłowska-Kowalska T., J Bezczujnikowe układy napędowe z silnikami indukcyjnymi, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, (2003)
[4] Dybkowski M., J Estymacja prędkości kątowej w złożonych układach napędowych - zagadnienia wybrane, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, (2013)
[5] Bellini A., Filippetti F., Tassoni C., Capolino G.A., Advances in Diagnostic Techniques for Induction Machines, IEEE Trans. Ind. Electron., 55 (2008), n.12, 4109-4126
[6] Kowalski Cz.T., Diagnostyka układów napędowych z silnikiem indukcyjnym z zastosowaniem metod sztucznej inteligencji, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, (2014)
[7] Szymaniec S., Badania, eksploatacja i diagnostyka zespołów maszynowych z silnikami indukcyjnymi klatkowymi, Oficyna Wydawnicza Politechniki Opolskiej, (2013)
[8] Riera-Guasp M., Antonino-Daviu J.A., Capolino G.A., Advances in Electrical Machine, Power Electronic, and Drive Condition |2/3μαβif|
[A] t
[s] 96 PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY, ISSN 0033-2097, R. 95 NR 6/2019 Monitoring and Fault Detection: State of the Art, IEEE Trans. Ind. Electron., 62 (2015), n.3, 1746-1759
[9] Singh G.K., Ahmed Saleh Al Kazzaz S., Induction machine drive condition monitoring and diagnostic research—a survey, Electr. Power Syst. Res., 64 (2003), n.2, 145-158.
[10] Kowalski Cz.T., Wierzbicki R., Wolkiewicz M., Stator and Rotor Faults Monitoring of the Inverter-Fed Induction Motor Drive using State Estimators, Autom. ‒ J. Control. Meas. Electron. Comput. Commun., 54 (2013), n. 3, 348-355
[11] Bednarz Sz., Dybkowski M., Wolkiewicz M., Identification of the Stator Faults in the Induction Motor Drives Using Parameter Estimator, IEEE Inter. Power Electro. and Motion Control Conf. (PEMC), Hungary, Budapest, 26-30 August 2018, 688 - 693
[12] Toliyat H., Levi E., Raina M., A review of RFO induction motor parameter estimation techniques, IEEE Trans. Energy Convers., 18 (2003), n. 2, 271-283
[13] Tallam R. M., Habetler T. G., Harley R. G., Stator winding turnfault detection for closed-loop induction motor drives, IEEE Trans. Ind. App., 39 (2003), n. 3, 1553-1557
[14] Cheng S., Zhang P., Habetler T. G., An impedance identification approach to sensitive detection and location of stator turn-to-turn faults in a closed-loop multiple-motor drive, IEEE Trans. Ind. Electron., 58 (2011), n. 5, 1545-1554
[15] Wolkiewicz M., Tarchała G., Kowalski Cz.T., Orłowska- Kowalska T., Stator Faults Monitoring and Detection in Vector Controlled Induction Motor Drives-Comparative Study, Adv. Control of El. Drives and Power Electronic Converters. Studies in Systems, Decision and Control, 75 (2017), 169-191
[16] Wolkiewicz M., Tarchala G., Orlowska-Kowalska T., Kowalski Cz. T., Online Stator Interturn Short Circuits Monitoring in the DFOC Induction-Motor Drive, IEEE Trans. Ind. Electron., 63 (2016), n. 4, 2517-2528
[17] Cruz S. M. A., Cardoso A. J. M., Diagnosis of Stator Inter-Turn Short Circuits in DTC Induction Motor Drives, IEEE Trans. Ind. Appl., 40 (2004), n. 5, 1349-1360
[18] Berzoy A., Mohammed O. A., Restrepo J., Analysis of the Impact of Stator Interturn Short-Circuit Faults on Induction Machines Driven by Direct Torque Control, IEEE Trans. Energy Convers., 33 (2018), n. 3, 1463-1474
[19] Sobański P., IGBTs Open-Circuit Faults Diagnostic Methods for the Voltage Inverter Fed Induction Motor Drives, Przegląd Elektrotechniczny, 92 (2016), n. 5, 72-77
[20] Dybkowski M., Klimkowski K., Wybrane detektory uszkodzeń czujnika prędkości obrotowej dla napędu wektorowego z silnikiem indukcyjnym, Przegląd Elektrotechniczny, 92 (2016), n. 4, 85-91
[21] Klimowski K., Układ sterowania wektorowego silnikiem indukcyjnym odporny na uszkodzenia przetwornika prądu stojana, Przegląd Elektrotechniczny, 94 (2018), n. 5, 86-89
[22] Isermann R., Fault-Diagnosis Applications, Model-Based Condition Monitoring: Actuators, Drives, Machinery, Plants, Sensors, and Fault-tolerant Systems, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, (2011)
[23] Jiang J., Yu X., Fault-tolerant control systems: A comparative study between active and passive approaches, Annu. Rev. Control, 36 (2012), n. 1, 60-72
[24] Blanke M., Kinnaert M., Lunze J., Staroswiecki M., Staroswiecki, Diagnosis and Fault-Tolerant Control, Springer- Verlag Berlin Heidelberg, (2016)
[25] Muenchhof M., Beck M., Isermann R., Fault-tolerant actuators and drives-Structures, fault detection principles and applications, Annu. Rev. Control, 33 (2009), n. 2, 136-148
[26] Levi E., Multiphase electric machines for variable-speed applications, IEEE Trans. Ind. Electron, 55 (2008), n. 5, 1893- 1909
[27] Bonivento C., Isidori A., Marconi L., Paoli A., Implicit faulttolerant control: Application to induction motors, Automatica, 40 (2004), n. 3, 355-371
[28] Roubache T., Chaouch S., Naït Saïd M.S., Backstepping fault tolerant control for induction motor, International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM), (2018), 472-477
[29] Roubache T., Chaouch S., Naït Saïd M.S., Backstepping design for fault detection and FTC of an induction motor drivesbased EVs, Autom. ‒ J. Control. Meas. Electron. Comput. Commun., 57 (2017), n. 3, 736-748
[30] Djeghali N., Ghanes M., Djennoune S., Barbot J.P., Tadjine M., Fault tolerant control for induction motors using sliding mode observers, International Workshop on Variable Structure Systems (VSS), (2010), 190-196
[31] Kouchih D., Hachelaf R., Boumalha N., Tadjine M., Boucherit M.S., Vector fault tolerant control of induction motor drives subject to stator interturn faults, IEEE Inter. Power Electro. and Motion Control Conf. (PEMC), (2014), 108-113
[32] Abdelmadjid G., Ahmed S., Mohamed B.S., Mohamed T., Sliding mode observer for fault tolerant control of induction motor, Int. Symp. Environ. Friendly Energies Appl, (2012)
[33] Roubache T., Chaouch S., Naït Saïd M. S., Sensorless Fault- Tolerant Control of an Induction Motor Based Electric Vehicle, J. Electr. Eng. Technol., 11 (2016), 1921-718
[34] Toumi D., Boucherit M., Tadjine M., Observer-based fault diagnosis and field oriented fault tolerant control of induction motor with stator inter-turn fault, Arch. Electr. Eng., 61 (2012), n. 2, 165-188
[35] Kallesøe C.S., Izadi-Zamanabadi R., Vadstrup P., Rasmussen H., Observer-based estimation of stator-winding faults in deltaconnected induction motors: A linear matrix inequality approach, IEEE Trans. Ind. Appl., 43 (2007), n. 4, 1022-1031
[36] Refaat S.S., Abu-Rub H., Iqbal A., ANN-based system for inter-turn stator winding fault tolerant DTC for induction motor drives, European Conference on Power Electronics and Applications (EPE), (2015), 1-7
[37] Diallo D., Benbouzid M.E.H., Makouf A., A Fault-Tolerant Control Architecture for Induction Motor Drives in Automotive Applications, IEEE Trans. Veh. Technol., 53 (2004), n. 6, 1847-1855
[38] Gaeid K.S., Ping H.W., Khalid M., Masaoud A., Sensor and sensorless fault tolerant control for induction motors using a wavelet index, Sensors, 12 (2012), n. 4, 4031-4050
[39] Youngkook L., Habetler T.G., A Stator Turn Fault Tolerant Strategy for Induction Motor Drives in Safety Critical Applications, IEEE Power Electronics Specialists Conference, (2006), 1-7
[40] Refaat S.S., Abu-Rub H., Saad M.S., Aboul-Zahab E. M., Iqbal A., Fault tolerance of stator turn fault for three phase induction motors star-connected using artificial neural network, IEEE Appl. Power Electron. Conf. Expo (APEC), (2013), 2336-2342
[41] De Angelo C.H., Bossio G.R., Giaccone S.J., Valla M.I., Solsona J.A., Garcia G.O., Online Model-Based Stator-Fault Detection and Identification in Induction Motors, IEEE Trans. Ind. Electron, 56 (2013), n. 6, 1847-1855

Jeśli masz wykupiony/przyznany dostęp - zaloguj się. Skorzystaj z naszych propozycji zakupu!

Publikacja


e-Publikacja (format pdf) - nr 120461 "Zastosowanie zmodyfikowan..." licencja: Osobista Produkt cyfrowy	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - e-zeszyt (pdf) 2019-6 licencja: Osobista Produkt cyfrowy	55.00 zł

Prenumerata

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - prenumerata cyfrowa
licencja: Osobista

Produkt cyfrowy
Nowość

762.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - PAKIET prenumerata PLUS (Prenumerata papierowa + dostęp do portalu sigma-not.pl + e-prenumerata)	1002.00 zł brutto 927.78 zł netto 74.22 zł VAT (stawka VAT 8%)

1002.00 zł

PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna + wysyłka
licencja: Osobista

Szczegóły pakietu

Nazwa
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - papierowa prenumerata roczna	960.00 zł brutto 888.89 zł netto 71.11 zł VAT (stawka VAT 8%)
PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - pakowanie i wysyłka	42.00 zł brutto 34.15 zł netto 7.85 zł VAT (stawka VAT 23%)

1002.00 zł

Zeszyt

2019-6

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma