Salehifar, Mehdi;Arashloo, Ramin Salehi;Eguilaz, Manuel Moreno;Sala, Vicent
Journal of Power Electronics
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제15권1호
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pp.131-145
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2015
The voltage-source inverters (VSI) supplying a motor drive are prone to open transistor faults. To address this issue in fault-tolerant drives applicable to electric vehicles, a new open transistor fault diagnosis (FD) method is presented in this paper. According to the proposed method, in order to define the FD index, the phase angle of the converter output current is estimated by a simple trigonometric function. The proposed FD method is adaptable, simple, capable of detecting multiple open switch faults and robust to load operational variations. Keeping the FD in mind as a mandatory part of the fault tolerant control algorithm, the FD block is applied to a five-phase converter supplying a multiphase fault-tolerant PM motor drive with non-sinusoidal unbalanced current waveforms. To investigate the performance of the FD technique, the fault-tolerant sliding mode control (SMC) of a five-phase brushless direct current (BLDC) motor is developed in this paper with the embedded FD block. Once the theory is explained, experimental waveforms are obtained from a five-phase BLDC motor to show the effectiveness of the proposed FD method. The FD algorithm is implemented on a field programmable gate array (FPGA).
This paper deals with fault-tolerant control of five-phase induction motor (IM) drives under single-phase open. By exploiting a decoupled model for five-phase IM under fault, the indirect field-oriented control ensures that electromagnetic torque oscillations are reduced by particular magnitude ratio currents. The control techniques are developed by the third harmonic current injection, in order to improve electromagnetic torque density. Furthermore, Proportional Resonant (PR) regulator is adopted to realize excellent current tracking performance in the phase frame, compared with Proportional Integral (PI) and hysteresis regulators. The analysis and experimental results confirm the validity of fault-tolerant control under single-phase open.
Reverse matrix converters, which can step up voltages, are suitable for applications with source voltages that are lower than load voltages, such as generator systems. Reverse matrix converter topologies are advantageous because they do not require additional components to conventional matrix converters. In this paper, a detection method and a post-fault modulation strategy to operate a converter as close as possible to its desired normal operation under the open-switch fault condition in the rectifier stage are proposed. An open-switch fault in the rectifier stage of a reverse matrix converter causes current distortions and voltage ripples in the system. Therefore, fault-tolerant control for open-switch faults is required to improve the reliability of a system. The proposed strategy determines the appropriate switching stages from among the remaining healthy switches of the converter. This is done based on reference currents or voltages. The performance of the proposed strategy is experimentally verified.
Jannati, Mohammad;Idris, Nik Rumzi Nik;Aziz, Mohd Junaidi Abdul
Journal of Power Electronics
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제16권3호
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pp.982-993
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2016
A method for the fault-tolerant vector control of star-connected 3-phase Induction Motor (IM) drive systems based on Field-Oriented Control (FOC) is proposed in this paper. This method enables the control of a 3-phase IM in the presence of an open-phase failure in one of its phases without the need for control structure changes to the conventional FOC algorithm. The proposed drive system significantly reduces the speed and torque pulsations caused by an open-phase fault in the stator windings. The performance of the proposed method was verified using MATLAB (M-File) simulation as well experimental tests on a 1.5kW 3-phase IM drive system. This paper experimentally compares the operation of the proposed fault-tolerant vector controller and a conventional vector controller during open-phase fault.
This paper proposes an open-switch fault tolerant strategy based on the model predictive control for a full bidirectional switches indirect matrix converter (FBS-IMC). Compared to the conventional Indirect Matrix Converter (IMC), the FBS-IMC can provide healthy current path when open-switch fault is occurred. To keep the continuous operation, the fault tolerant strategy is developed by means of reversing the DC-link voltage polarity regardless of the faulty switch location in the rectifier or inverter stage. Therefore, the proposed control strategy can maintain the same input and output performances during the faulty condition as the normal condition. The simulation results are given to verify the effectiveness of the proposed strategy.
A new fault-tolerant control topology for open-loop motor-drive systems with Delta-connected stator windings is introduced in this paper. This new control topology enables the operation of a three-phase induction machine as a two-phase machine fed by a three-phase inverter upon a failure in one of the motor phases. This topology utilizes the "open-Delta" configuration to independently control the current in each of the two remaining healthy phases. This new control technique leads to the alleviation of any torque pulsations resulting from the consequences of the asymmetrical conditions associated with this class of faults.
본 논문에서는 BLDC 전동기 구동용 인버터의 한 상에서 개방된 형태의 스위치 고장이 발생하여도 구동 시스템의 제어 성능을 유지하기 위한 고장 허용 시스템이 제안되었다. 고장의 확인 방법은 실제 전류와 기준 전류의 오차를 이용하는 방법과 인버터 하단에 전압센서를 추가하는 방법 등 두 가지 형태가 제안되었다. 시스템의 재구성 방법은 고장이 발생한 상을 양방향 스위치에 의해 직류-링크 중성점과 연결하여 4 스위치 구동의 형태로 구성하였다. 제안한 고장 허용 시스템은 짧은 고장 검출 시간과 시스템 토폴로지의 재구성에 의해 고장 발생 후 제어 성능을 빠르게 회복하여 연속적인 시스템 운영이 가능하다. 제안한 고장 허용 시스템의 우수한 성능은 시뮬레이션을 통하여 검증하였다.
In this paper, the new open fault detection and tolerant operation method for 3 phase PWM rectifier is proposed. When open fault occurred on the inverter switches of 3 Phase PWM rectifier, the DC link voltage ripple is increased because the input current of the faulty phase is distorted. In this case, the quality of electric power would decrease, and the life time of DC link capacitor is decreased. The open fault is detected by a simple MRAS(Model Reference Adaptive System) without additional hardware sensors, and the tolerant operation carried out by turning on the opposite switch of the faulty switch without any redundancy. By the proposed method, the faulty phase input current can be controlled, so that 3-phase input current is balanced relatively under the faulty condition and the voltage ripple of DC link output is reduced. The validity of the proposed technique is proved on the 6kW 3-phase PWM rectifier system by simulation and experiment.
For commercial success of emerging service robots, the fault tolerant technology for system reliability and human safety is crucial. Traditionally fault tolerance methods have been implemented in application level. However, from our studies on the common design patterns in fault tolerance, we argue that a framework-based approach provides many benefits in providing reliability for system development. To demonstrate the benefits, we build a framework-based fault tolerant engine for OPRoS (Open Platform for Robotic Services) standards. The fault manager in framework provides a set of fault tolerant measures of detection, isolation, and recovery. The system integrators choose the appropriate fault handling tools by declaring XML configuration descriptors, considering the constraints of components and operating environment. By building a fault tolerant navigation application from the non-faulttolerant components, we demonstrate the usability and benefits of the proposed framework-based approach.
The demands for photovoltaic systems on a large scale have grown dramatically and require new technologies to get the high efficiency and reliable operations of power conversion systems. These needs can be realized by the cost-effective and high performance digital revolutions and faster semiconductor switching devices. However, the new power systems have been more sophisticated and their reliability becomes critical issues. In this paper, a new fault-tolerance power conversion scheme for the photovoltaic systems is proposed. The proposed fault-tolerant scheme is able to supply energy from solar panels to loads intermittently in spite of a front boost converter open failure, and its voltage and current controllers are designed to improve the transient performance by using an average model design scheme. The proposed approach is verified both by simulations. The results will enable more timely and wide usage of alternative/renewable energy systems resulting in increased energy security.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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