Czasopismo | PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY | Rocznik 2016 - zeszyt 5

IGBTs Open-Circuit Faults Diagnostic Methods for the Voltage Inverter Fed Induction Motor Drives

10.15199/48.2016.05.14

Piotr SOBAŃSKI

nr katalogowy: 98178
10.15199/48.2016.05.14

In this paper an effectiveness of IGBTs open-circuit faults diagnostic methods, that are based on vector hodographs analysis, for the twolevel three-phase voltage inverter fed induction motor drive, are investigated. In accordance with the research, whose chosen results have been presented in this work, two diagnostic techniques have been validated experimentally in the direct rotor field oriented control as well as direct torque control induction motor drive. The conducted study has a comparative dimension and aims to assess the effectiveness, robustness against false alarms and speed of the fault diagnosis of the algorithms based on a rotor or stator flux estimation, depending on the control structure, or method that takes into consideration a reference voltage vector of the inverter. Additionally, simplified implementation schemes of the diagnostic systems have been presented. Streszczenie. W artykule zweryfikowano skuteczność działania metod diagnostyki uszkodzeń polegających na braku przewodzenia prądu tranzystorów w dwupoziomowym, trójfazowym falowniku napięcia zasilającym napęd z silnikiem indukcyjnym. Prezentowane algorytmy zostały oparte na analizie hodografów wybranych zmiennych stanu napędu w układzie bezpośredniego sterowania polowo zorientowanego ze strumieniem wirnika oraz bezpośredniego sterowania momentem elektromagnetycznym. Celem przeprowadzonych badań, które mają charakter porównawczy, jest weryfikacja skuteczności diagnozy, odporności na generowanie fałszywych alarmów oraz szybkości lokalizacji nieprawidłowo funkcjonujących tranzystorów, w przypadku analizowanych metod diagnostycznych, opartych na estymowanym strumieniu wirnika bądź stojana oraz algorytmu, w którym jest wykorzystywany wektora zadanego napięcia falownika. W artykule zaprezentowano również proste metody realizacji praktycznej systemów diagnostyki awarii tranzystorów. (Metody diagnostyki uszkodzeń polegających na braku przewodzenia prądu tranzystorów IGBT w [...]

Bibliografia

[1] Yang S., Xiang D., Bryant P., Ran L., Tavner P., Condition monitoring for device reliability in power electronic converters: a review, IEEE Trans. on Power Electronics, 25 (2010), 2734-2752
[2] Orlowska-Kowalska T., Sobanski P., Simple Sensorless Diagnosis Method for Open-Switch Faults in SVM-VSI-fed Induction Motor Drive, IEEE 39th Ann. Conf. of the Ind. Electron. Soc., (2013), 8210-8215
[3] Alavi M., Wang D., Luo M., Short-Circuit Fault Diagnosis for Three-Phase Inverters Based on Voltage-Space Patterns, IEEE Trans. on Ind. Electron., 61 (2014), 5558-5569
[4] Kwang-Woon L., Myungchul K., Jangho Y, Kwang-Woon L., Ji- Yoon Y., Condition Monitoring of DC-Link Electrolytic Capacitors in Adjustable-Speed Drives, IEEE Trans. on Ind. App., 44 (2008), 1606-1613
[5] Smet V., Forest F., Huselstein J.-J., Richardeau F., Khatir Z., Lefebvre S., Berkani M., Ageing and Failure Modes of IGBT
[6] Rodríguez-Blanco M.A., Claudio-Sánchez A., Theilliol D., Vela- Valdés L.G., Sibaja-Terán P., Hernández-González L., Aguayo- Alquicira J., A Failure-Detection Strategy for IGBT Based on Gate-Voltage Behavior Applied to a Motor Drive System, IEEE Trans. on Ind. Electron., 58 (2011), 1625-1633
[7] Estima J.O., Cardoso A.J.M., Fast fault detection, isolation and reconfiguration in fault-tolerant permanent magnet synchronous motor drives, Energy Convers. Congr. and Expos., (2012), 3617-3624
[8] Zhang W., Xu D., Enjeti P.N., Li H., Hawke J.T., Krishnamoorthy H.S., Survey on Fault-Tolerant Techniques for Power Electronic Converters, IEEE Trans. on Pow. Electron., 29 (2014), 6319-6331
[9] Choi U., Lee K., Blaabjerg F., Lee K., Reliability Improvement of a T-Type Three-Level Inverter With Fault-Tolerant Control Strategy, IEEE Trans. on Pow. Electron., (2015), 2660-2673
[10] Garg P., Essakiappan S., Krishnamoorthy H.S., Enjeti P.N., A Fault-Tolerant Three-Phase Adjustable Speed Drive Topology With Active Common-Mode Voltage Suppression, IEEE Trans. Pow. Electron., 30 (2015), 2828-2839
[11] Orlowska-Kowalska T., Sobanski P., Survey on two-level voltage inverters robust to IGBT faults (in Polish), Scientific Papers of the Institute of Electrical Machines, Drives and Measurements of the Wrocław University of Technology. Studies and Research, 33 (2013), 54-69
[12] Trabelsi M., Boussak M., Mestre P., Gossa M., An improved diagnosis technique for IGBTs open-circuit fault in PWM-VSIfed induction motor drive, IEEE Int. Symp. Ind. Electron., (2011), 2111-2117
[13] Jung Shin-Myung, Park Jin-Sik, Kim Hyoung-Suk, Kim Hag- Wone, Youn Myung-Joong, Simple switch open fault detection method of voltage source inverter, IEEE Energy Conv. Congress and Exp., (2009), 3175-3181
[14] An Qun-Tao, Sun Li-Zhi, Zhao Ke, Sun Li, Switching Function Model-Based Fast-Diagnostic Method of Open-Switch Faults in Inverters Without Sensors, IEEE Trans. Pow. Electron., 26 (2011), 119-126
[15] Alavi M., Luo M., Wang D., Bai H., IGBT fault detection for three phase motor drives using neural networks, 17th Conf. on Emerging Technol. and Factory Autom., (2012), 1-8
[16] Lee C., Choi W., Design and evaluation of voltage measurement based sectoral diagnosis method for inverter open switch faults of permanent magnet synchronous motor drives, IET-Electric Power Applications, 6 (2012), 526-532
[17] Estima J.O., Freire N.M.A., Cardoso A.J.M., Recent advances in fault diagnosis by Park's vector approach, IEEE Workshop on Electr. Mach. Des. Control and Diagn., (2013), 279-288
[18] Sleszynski W., Nieznanski J., Cichowski A., Open-Transistor Fault Diagnostics in Voltage-Source Inverters by Analyzing the Load Currents, IEEE Trans. on Industry Appl., 56 (2009), 4681-4688
[19] An Q., Sun L., Sun L., Current Residual Vector-Based Open- Switch Fault Diagnosis of Inverters in PMSM Drive Systems, IEEE Trans. on Pow. Electron., (2015), 2814-2827
[20] Estima J.O., Marques Cardoso A.J., A New Algorithm for Real- Time Multiple Open-Circuit Fault Diagnosis in Voltage-Fed PWM Motor Drives by the Reference Current Errors, IEEE Trans. on Ind. Electron., (2013), 3496-3505
[21] Jlassi I., Estima J.O., El Khil S.K., Bellaaj N.M., Marques Cardoso A.J., “Multiple Open-Circuit Faults Diagnosis in Backto- Back Converters of PMSG Drives for Wind Turbine Systems", IEEE Trans. on Pow. Electron., 30 (2015), 2689- 2702
[22] Freire N.M.A., Estima J.O., Cardoso A.J.M., A voltage-based approach for open-circuit fault diagnosis in voltage-fed SVM motor drives without extra hardware, Int. Conf. on Electr. Mach., (2012), 2378-2383
[23] Peuget R., Courtine S., Rognon J.P., Fault detection and isolation on a PWM inverter by knowledge-based model, IEEE Trans. Ind. Appl., 34 (1998), 1318-1326
[24] Sleszynski W, Nieznanski J., Cichowski A., Real-time fault detection and localization vector-controlled induction motor drives, 11th Europ. Conf. Pow. Electr. and Appl., (2005), 2-8
[25] Trabelsi M., Boussak M., Gossa M., Multiple IGBTs open circuit faults diagnosis in voltage source inverter fed induction motor using modified slope method, 19th Int. Conf. Electr. Mach., (2010), 1-6
[26] Rivelino Espinoza-Trejo D., Campos-Delgado D.U., Bossio G., Bárcenas E., Hernández-Díez J.E., Lugo-Cordero L.F., Fault diagnosis scheme for open-circuit faults in field-oriented control induction motor drives, IET Pow. Electron., 5 (2013), 869-877
[27] Campos-Delgado D.U., Pecina-Sánchez J.A., Rivelino Espinoza-Trejo D., Román Arce-Santana E., Diagnosis of open-switch faults in variable speed drives by stator current analysis and pattern recognition, IET Electric Pow. Appl., 8 (2013), 509-522
[28] Orlowska-Kowalska T., Sobanski P., Simple diagnostic technique of a single IGBT open-circuit faults for a SVM-VSI vector controlled induction motor drive, Bull. of the Pol. Acad. of Sci. Tech. Sci., 63 (2015), 281-288
[29] Sobanski P., Fuzzy-logic-based approach to voltage inverter fault diagnosis in induction motor drive, Przegląd Elektrotechniczny, 90 (2014), 149-153
[30] Sobanski P., Orlowska-Kowalska T., Simple transistors fault localization algorithm for voltage inverter-fed induction motor drive (in Polish), Scientific Papers of the Institute of Electrical Machines, Drives and Measurements of the Wrocław University of Technology. Studies and Research, 34 (2014), 76-85
[31] Holtz J., The dynamic representation of AC drive systems by complex signal flow graphs, IEEE Int. Symp. on Ind. Electron., (1994),1-6

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

Publikacja


e-Publikacja (format pdf) - nr 98178 "IGBTs Open-Circuit Faults..." licencja: Osobista Produkt cyfrowy	10.00 zł

Zeszyt


PRZEGLĄD ELEKTROTECHNICZNY - e-zeszyt (pdf) 2016-5 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

2016-5

Twój Koszyk

Publikacja

Zeszyt

Prenumerata

Zeszyt

Czasopisma