Praca napędu z silnikiem PM BLDC w warunkach awarii tranzystora komutatora elektronicznego

Transkrypt

1 Marcin SKÓR Politechnika Wrocławska, Katedra Maszyn, apędów i Poiarów Elektrycznych doi:.599/ Praca napędu z silnikie PM LD w warunkach awarii tranzystora koutatora elektronicznego Streszczenie. ele niniejszej pracy jest przedstawienie pełnego procesu diagnostycznego sterownika silnika PM LD od wykrycia uszkodzenia, jego identyfikacji i izolacji aż do działania napędu po dokonaniu kopensacji uszkodzenia. Wyniki zilustrowano przykładowyi przebiegai uzyskanyi podczas eksperyentu na stanowisku badawczy. bstract. he paper presents a coplete diagnostic process of PM LD otor driver fro detection of the transistor fault, the fault identification, isolation and finally copensation of daage. he results are illustrated with exaples of wavefors obtained during an experient on laboratory stand. (PM LD otor drive under electronic coutator transistor faults conditions). Słowa kluczowe: silnik bezszczotkowy, awarie tranzystorów, kopensacja uszkodzeń, falownik czterotranzystorowy. Keywords: brushless otor, open switch fault, fault copensation, four switch inverter. Wstęp Współczesne urządzenia stają się coraz bardziej skoplikowane ze względu na coraz większe wyagania jakościowe, eksploatacyjne i niezawodnościowe. Jedną z ich ważniejszych części składowych jest układ napędowy. zęsto wyposażony jest on w aszyny elektryczne, na które przepisy w ostatnich latach zwracają szczególną uwagę. Rosnące wyagania co do sprawności silników elektrycznych powodują wzrost popularności konstrukcji z agnesai trwałyi. W tej grupie ożna wyróżnić silniki z agnesai trwałyi: synchroniczne (PMSM) i bezszczotkowe prądu stałego (PM LD). Integralną częścią takiego napędu jest dodatkowy układ energoelektroniczny pełniący funkcję koutatora elektronicznego. Jednakże io zastosowania nowocześniejszych silników elektrycznych, lista potencjalnych probleów eksploatacyjnych nie ulega skróceniu, a wręcz się wydłuża, właśnie z powodu wzrostu skoplikowania budowy układu napędowego. ele niniejszej pracy jest przedstawienie postępowania, jakie należy przeprowadzić, by przejść cały proces diagnostyczny od detekcji uszkodzenia tranzystora, jego identyfikacji, izolacji, aż do działania napędu po dokonaniu kopensacji uszkodzenia. Rodzaje uszkodzeń Uszkodzenia w napędach z silnikai elektrycznyi ogą ieć różne przyczyny, a towarzyszyć i ogą skutki elektryczne, wibroakustyczne, agnetyczne i cieplne. iezależnie od typu silnika, ożna wyróżnić kilka głównych iejsc powstawania uszkodzeń [][2][3][4]: w stojanie (np. uszkodzenia izolacji uzwojeń, zwarcia w uzwojeniach), w wirniku, w układzie echaniczny (np. uszkodzenia łożyska, niewspółosiowe połączenie silnika z aszyną roboczą, ekscentryczność wirnika [3][5], uszkodzenie przekładni bądź sprzęgła itd.), w energoelektroniczny układzie przekształtnikowy (np. zwarcia lub brak przewodzenia tranzystorów, bądź uszkodzenia czujników). W silnikach z agnesai trwałyi istnieje również ryzyko odklejenia się agnesów od wirnika oraz ich odagnesowania [5] w wyniku zbyt wysokiej teperatury lub przekroczonego natężenia prądu pracy [3]. W zaawansowanych układach regulacji dodatkowe probley ogą powodować czujniki niezbędne do działania algorytów sterowania [4] (np. czujniki napięcia, prądu, prędkości obrotowej czy położenia wirnika [6][7][8][9]). Metody diagnostyki Przedstawione powyżej grupy uszkodzeń ożna wykrywać na wiele sposobów [][3]: za poocą etod bazujących na odelach ateatycznych (obwodowych, polowo-obwodowych, obserwatorów [], filtru Kalana, identyfikacji paraetrów online []), za poocą etod analizy sygnałów (analiza widowa prądów, napięć, drgań, struieni poosiowych, analizy wyższych rzędów transforacja falkowa, bispectru, analiza gęstości energii sygnału [2]), wykorzystując etody sztucznej inteligencji [][2] (sieci neuronowe, układy neuronowo-rozyte) do analizy danych uzyskanych z poprzednich etod. W analizie uszkodzeń układów przekształtnikowych wykorzystuje się również hodografy wektorów prądów stojana lub struienia [3] lub ożna wykorzystać wprost czasowe przebiegi prądowe [4], opracowując na ich podstawie syptoy uszkodzeń i przesłanki potrzebne do identyfikacji typu uszkodzenia. Zadanie wsponianych etod diagnostycznych jest dostarczenie syptoów uszkodzeń, na postawie których ożna wnioskować o rodzaju i iejscu uszkodzenia. Kolejny etape przetwarzania jest odpowiednia reakcja układu sterowania: dokonanie rekonfiguracji sprzętowej [4][5][6] lub prograowej [][7][8], przejście z pracy czujnikowej do bezczujnikowej, w skrajnych wypadkach niezwłoczne zatrzyanie napędu. Można zauważyć, że do aplikacji o zwiększony stopniu wiarygodności przewidziane są specjalne silniki wielofazowe [][9], w których uszkodzenie w -2 fazach ożna w łatwy sposób skopensować poprzez zianę w układzie sterowania, bez znaczącej utraty jakości pracy. Opis oraz charakterystyka techniczna stanowiska laboratoryjnego W pracy przedstawiono badania laboratoryjne zrealizowane na stanowisku badawczy [2][2] (scheat na rysunku ). adany silnik PM LD typu PL 86-8 (paraetry w tabeli ), wyposażony w przekładnię oraz enkoder inkreentalny, obciążany był aszyną prądu stałego skonfigurowaną do pracy w trybie regulacji oentu elektroagnetycznego. Układ sterowania zrealizowany został w procesorze sygnałowy DS3 firy dspace GbH. Oprograowanie sterujące opracowano w języku ze względu na wyaganą szybkość przetwarzania prograu. Wykorzystano PRZEGLĄD ELEKROEHIZY, ISS , R. 92 R 6/26 47

2 środowisko ontroldesk do kontroli napędu, wyboru trybu jego pracy i akwizycji danych. Silnik zasilany jest za pośrednictwe falownika napięciowego autorskiego rozwiązania (rys. 2), pełniącego rolę koutatora elektronicznego. Zasilanie silnika odbywa się w sposób klasyczny, blokowy, z regulacją napięcia etodą PWM przy wykorzystaniu górnych tranzystorów falownika [2][22]. Wybór przewodzących faz (kierunek przepływu prądu w danej fazie) określany jest dzięki sygnało z hallotronowych czujników położenia wirnika zgodnie z (). Do poiaru prądów fazowych oraz napięć zasilających wykorzystano przetworniki firy LEM, dzięki czeu uzyskano całkowitą izolację galwaniczną obwodu sterowania i obwodu ocy. Praca napędu w sytuacjach awaryjnych jest uzyskiwana bez fizycznego niszczenia eleentu, na drodze prograowej, poprzez brak sterowania tranzystorów. Rys.. Scheat poglądowy stanowiska badawczego abela. Paraetry wykorzystanego silnika PM LD paraetr wartość typ PL 86-8 prędkość znaionowa silnika ω 3 obr/in znaionowy oent elektroagnetyczny e, napięcie znaionowe u D, 48 V prąd znaionowy i D, liczba par biegunów p b 4 przełożenie przekładni redukującej prędkość i 3: Rys.2. Struktura typowego koutatora elektronicznego z układe sterowania () s s s ( H ( H ( H ) S( ) S( ) S( zad zad zad gdzie s k (k {,, }) określa kierunek przepływu (znak) prądu w fazie k, H k oznacza sygnał wyjściowy z czujnika położenia wirnika, traktowany jako wartość logiczna (/), a S(ω zad ) {-,} oznacza znak zadanej prędkości echanicznej. ) ) ) Metoda diagnostyki i identyfikacji uszkodzeń pojedynczego tranzystora. ieprawidłowość pracy łączników tranzystorowych oże objawiać się ciągły ich przewodzenie (zwarcie w obwodzie), bądź też brakie przewodzenia (przerwa w obwodzie), niezależnie od sygnału sterującego, przy czy dioda zwrotna współpracująca z dany tranzystore oże pozostać sprawna. Przypadek ciągłego załączenia (zwarcia) oże zostać sprowadzony za poocą dodatkowych bezpieczników do przypadku typu przerwa [24]. Przyczyną braku poprawnej pracy nie zawsze usi być sa łącznik tranzystorowy, gdyż za jego pracę odpowiedzialnych jest szereg eleentów, począwszy od prawidłowego prograu sterującego, poprzez pin wyjściowy układu sterującego, bloki zasilania aż po blok wzacniania (driverów) i/lub izolacji galwanicznej sygnału, dołączone bezpośrednio do braek tranzystorów [24]. by prawidłowo wykryć i zlokalizować uszkodzenie, należy najpierw zdefiniować syptoy, któryi ono się objawia. iesprawność eleentów półprzewodnikowych ocy powoduje znaczące ziany w sygnałach czasowych prądów fazowych, prądu obwodu pośredniczącego, w ich widach aplitudowych [25], w sygnałach czasowych oentu i prędkości obrotowej. Klasyczne blokowe zasilanie silnika PM LD prowadzi do tego, że już przy uszkodzeniu pojedynczego tranzystora występują chwile, podczas których nie płynie prąd a silnik nie generuje oentu elektroagnetycznego (rys. 3). Z kolei gdy wirnik dokona obrotu i zasilanie odbywać się będzie przez kolejną parę (sprawnych) tranzystorów, układ regulacji oże wyuszać znaczące prądy, by zniwelować uchyb prędkości (oentu). Specyficzny dla danego typu uszkodzenia kształt przyjuje hodograf wektora prądów fazowych (rys. 4), który noralnie a kształt zbliżony do sześciokąta., i, i Rys.3. Prądy fazowe po uszkodzeniu tranzystora 2 (P zakodowana sektor położenia wirnika) 2 i i 2 a) b) Rys.4. Przykłady hodografów wektora prądów fazowych po wystąpieniu uszkodzeń różnego typu: brak przewodzenia tranzystora 2 a), równoczesny brak przewodzenia tranzystorów 5 i 6 b), uszkodzenie czujnika H tego rodzaju, że zwraca on ciągle wartość, niezależnie od rzeczywistego położenia wirnika c), równoczesny brak przewodzenia tranzystorów 3 i 5 d), równoczesny brak przewodzenia tranzystorów 5 i 2 e) d) e) c) P H =, > pozycja wirnika P PRZEGLĄD ELEKROEHIZY, ISS , R. 92 R 6/26

3 Ekstrakcja syptoów uszkodzenia wyaga odpowiedniego przygotowania sygnałów, w ty przypadku prądowych. W ty kontekście ciekawą jest propozycja przedstawiona w [4], gdyż jest prosta w ipleentacji i nie wyaga skoplikowanych obliczeń, takich jak transforata Fouriera [2], falkowa [2] czy też identyfikacja online paraetrów [][9]. W dalszej części zostanie przedstawione działanie etody, opierające się na prostej analizie prądów. Idea etody [4] polega na ciągły sprawdzaniu, czy zsuowane ierzone prądy fazowe są większe niż pewna część prądu zadanego. Jeśli warunek ten nie jest spełniony przez znaczący procent czasu przebywania wirnika w dany położeniu (dany sektorze), to otrzyuje się pierwszą przesłankę ówiącą o awarii. Po obrocie wirnika do następnego sektora, należy ponownie sprawdzić relację poiędzy prądai zadanyi i ierzonyi. Mając do dyspozycji inforację o poprzedni i bieżący sektorze położenia wirnika oraz relacji iędzy prądai w stanach noralny i awaryjny, ożna wyznaczyć nuer uszkodzonego tranzystora. lgoryt opisanego postępowania przedstawiono na rysunku 5. W położeniu wirnika P(n) (2) porównywany jest sygnał residuu r (3) z progie (4). Jeśli zachodzić będzie relacja (5) przez co najniej czas fault (6), to awaria zostanie wykryta i zapaiętana poprzez ustawienie znacznika flaga D. W kolejny położeniu wirnika P(n+) należy ocenić, czy w dalszy ciągu ierzony prąd jest niższy od progu, ustawić odpowiednio pozio znacznika flaga I, a następnie z tabeli jak np. tabela 2 wybrać odpowiedni przypadek. Pewność i szybkość działania opisanej etody ożna ustalić za poocą dwóch paraetrów: k f (odpowiedzialnego za czas zliczania w raach danego sektora P) i g f (odpowiedzialnego za pozio do porównania). Przykładowy przebieg opisywanych sygnałów podczas działania detektora przedstawiono na rysunku 6. Rys.5. Scheat etody detekcji tranzystorów wg [4] (2) P 4 H 2H (3) r i i i 2g (4) th f refd (5) r ith (6) r= i a + i b + i c =2 g f i ref P(n) r < t e = t e + s t e > fault flaga D = t e = t e = fault k f i 2 p b P(n+) t e = t e + s t e > fault r= i a + i b + i c =2 g f i ref r < flaga I = flaga I = tabela gdzie i k (k {,, }) prądy fazowe, próg przełączania, i refd prąd zadany (wyjście nadrzędnego regulatora prędkości w kaskadowej strukturze sterowania), fault czas graniczny dla detekcji uszkodzenia, g f, k f paraetry, =6 dla silnika trójfazowego liczba sektorów położenia wirnika przypadająca na obrót, ω [rad/s] prędkość kątowa echaniczna. abela 2. Reguły identyfikacji uszkodzonego tranzystora (rozszerzenie z [4] ) oznaczenie P(n) P(n+) P(n) P(n+) flaga ω > I uszkodzonego flaga I ω tranzystora < W pozostałych przypadkach proble nierozpoznany, wartość zwracana: -. Jeśli dodatkowo stwierdzono syptoy uszkodzenia czujnika położenia wirnika wartość zwracana: -2. Prostota etody niesie za sobą również ograniczenia. Przede wszystki nadaje się do detekcji pojedynczego nieprzewodzącego tranzystora. W przypadku wystąpienia awarii co najniej dwóch tranzystorów (bądź też braku sterowania przypadek awarii czujnika położenia wirnika), w wyniku wskazywany będzie jeden z nich, bądź będzie inforacja, że przypadek ten nie pasuje do żadnego wzorca zebranego w tabeli 2. Inny zauważony ograniczenie działania detektora jest fakt, że silnik usi być w jakiś stopniu obciążony, tj. prąd zadany usi być większy od prądu biegu jałowego. zas od wystąpienia uszkodzenia do jego identyfikacji zależy od przyjętych paraetrów k f oraz g f. iekiedy jednak detekcja i identyfikacja nie następuje w pierwszy ożliwy położeniu wirnika P, w który uszkodzenie się uwidacznia, lecz dopiero w kolejnych. Można teu zaradzić, zniejszając nieco paraetr czasowy k f. Konieczne jest również diagnozowanie stanu łączników tranzystorowych przed rozpoczęcie pracy napędu. Ich działanie ożna sprawdzić w prosty sposób, ianowicie załączając kolejne pary tranzystorów (zgodnie z tabelą 3) i stwierdzając przy których kobinacjach nie a przepływu prądu. Z uwagi na niskie rezystancje uzwojeń silników należy wykorzystać odulację PWM z nieduży współczynnikie wypełnienia, natoiast czas testu każdej pary dobrać w ten sposób, by nie był zbyt długi, ale by ożna było odróżnić wyuszane prądy od zakłóceń poiarowych. Wskazanie nieprzewodzących tranzystorów następuje po porównaniu średniego prądu w każdej testowanej parze z wartością graniczną i regułai zebranyi w tabeli 4, co scheatycznie przedstawiono na rysunku 7. Przykład działania pokazano na rysunku 8. Podana etoda, przy swojej prostocie, a również ograniczenia: wirnik zostanie obrócony o jeden obrót (elektryczny), przy uszkodzeniach typu zwarcie (ciągłe przewodzenie danego łącznika) powoduje, że układ ocy zostaje awaryjnie odłączony przez zabezpieczenie nadprądowe, nie pozwala również określić iejsca uszkodzenia, jeśli niesprawne są więcej niż 2-3 tranzystory (przy braku ożliwości przepływu prądu w jakiejkolwiek kobinacji załączonych tranzystorów), ponadto PRZEGLĄD ELEKROEHIZY, ISS , R. 92 R 6/26 49

4 w niektórych przypadkach oże oceniać dodatkowo sprawny łącznik jako uszkodzony (np. gdy nie będą pracowały łączniki 3 i 5, prąd nie będzie ógł również płynąć przez 4, zate jako potencjalnie uszkodzone zostaną wskazane łączniki 3, 4, 5 ). ie są to istotne wady, gdyż w tych przypadkach oduł ocy nie nadaje się do dalszej pracy i napęd nie oże być dalej eksploatowany i powinien zostać poddany serwisowi. a), r r Rys.7. Scheat etody sprawdzania sprawności łączników tranzystorowych przed rozpoczęcie pracy b) fault, t e [s] c) znaczniki d) uszkodzony tranzystor Rys.6. Działanie etody detekcji uszkodzonych tranzystorów abela 3. Pary załączanych tranzystorów podczas testu nuer pary x nr tranzystora PWM O abela 4. Reguły detekcji uszkodzonych tranzystorów przed rozpoczęcie pracy, na podstawie tabeli warunek, po którego spełnieniu uszkodzony (podejrzany) jest tranzystor fault nuer tranzysto ra 6 ()== I (2)== 2 2 (2)== I (3)== (3)== I (4)== (4)== I (5)== (5)== I (6)== (6)== I ()== 6 P t e >r flag D inne flag I sy. uszk. sy. uszk. 2 sy. uszk. 3 sy. uszk. 4 sy. uszk. 5 sy. uszk. 6 wykryte uszk pozycja wirnika P Rys.8. Przykład testu z użycie etody sprawdzania sprawności łączników tranzystorowych przed rozpoczęcie pracy, zrzut z prograu kontrolnego zrealizowanego w ontroldesku: a) panel zadawania uszkodzeń tranzystorów (wybór na liście wyboru powoduje brak sterowania danego tranzystora), b) wynik pracy algorytu ( wskazuje na tranzystor, z który był proble, w ty przypadku 2 ) Kopensacja uszkodzeń tranzystorów Po wykryciu i zlokalizowaniu awarii należy podjąć odpowiednie działania, by zapewnić pracę odporną na uszkodzenia. W przypadku uszkodzeń tranzystorów, ożliwe są do wykonania następujące kroki: a) zignorowanie wykrytego uszkodzenia, b) ziana sposobu sterowania, c) wykorzystanie dodatkowej, redundantnej gałęzi w przekształtniku, d) wykorzystanie przekształtnika o zredukowanej topologii. Podejście przedstawione w podpunkcie a) jest najprostsze, napęd powinien dalej pracować, oże obniżyć prędkość w zależności od obciążenia, lecz występują znaczące i niekorzystne chwilowe zaniki oentu elektroagnetycznego prowadzące do drgań, szybszego zużycia się łożysk i będące niekorzystny czynnikie dla procesu produkcyjnego / użytkownika pojazdu. Istnieje ryzyko, że po zatrzyaniu napęd pozostanie nieruchoy. Podejście z podpunktu b) a największy sens w przypadku silników wielofazowych [][9], choć ożna próbować w przypadku standardowych trójfazowych [7], za cenę znaczącej koplikacji algorytu sterowania i konieczności dokładnej identyfikacji paraetrów silnika. Rozwiązanie z podpunktu c) [5] jest najprostsze, pozwala na zachowanie dotychczasowych warunków pracy napędu, lecz jest najbardziej kosztowne wyaga dodatkowego półostka w falowniku oraz dodatkowo dwukierunkowych łączników (np. przekaźnikowych) w każdej fazie silnika, by odłączyć ją od półostka z uszkodzony tranzystore i dołączyć ją do zapasowego półostka. Dodatkowo należy dokonać przekierowania sygnałów sterujących. Pewny koproise jest opcja opisana w podpunkcie d), w zastosowaniu do silników bezszczotkowych prądu stałego spopularyzowana przez zespół, któreu przewodził prof. Ehsani [6]. Polega ona na przełączeniu fazy silnika, w której wystąpiło uszkodzenie tranzystora do 5 PRZEGLĄD ELEKROEHIZY, ISS , R. 92 R 6/26

5 punktu neutralnego zasilania (co nie jest trudne przy parzystej liczbie akuulatorów), do czego również potrzebne są łączniki dwukierunkowe. Pewne ziany ogą być koniecznie w algorytie sterowania, żeby np. zredukować pulsacje oentu elektroagnetycznego [23]. a rysunku 9 przedstawiono propozycję układu koutatora elektronicznego, który pozwoli na skopensowanie uszkodzeń tranzystorów w dwóch fazach, jedną awarię dzięki dodatkowej gałęzi w falowniku, drugą dzięki dołączeniu fazy do punktu neutralnego zasilania. Rozwiązanie takie wyaga 9 poocniczych łączników, które wyagają własnego sterowania, zajują iejsce i zwiększają finalny koszt. Wybór typu tych łączników (przekaźniki, oduły tranzystorowe) nie jest prosty, gdyż należy wziąć pod uwagę łatwość sterowania, ożliwość odulowanej pracy łącznika, sposób załączania i czas zadziałania. U D U D K K K K K K Rys.9. opologia falownika uożliwiająca kopensację dowolnego uszkodzenia tranzystorów, za poocą łączników przekaźnikowych, z wykorzystanie dodatkowej gałęzi przekształtnika bądź dołączenie fazy do punktu neutralnego zasilania (na podstawie [5][23]) Stanowisko badawcze przedstawione na rysunku wyposażono jedynie w przekaźnik przełączny, którego styki połączono jak styki K i K z rysunku 9, brak jest dodatkowej gałęzi w przekształtniku. W ten sposób ożliwe jest sprawdzenie etody kopensacji uszkodzeń tranzystorów w fazie, poprzez przełączenie fazy silnika do punktu neutralnego zasilania. a rysunku przedstawiono przykład przebiegu prądów fazowych po wykryciu i kopensacji uszkodzenia tranzystora 2. Rekonfiguracja połączeń następuje w stanie bezprądowy, tj. po uprzedni zaniechaniu sterowania tranzystorai w fazie. Z przebiegów na rysunku wynika także, że czas przełączenia był długi. iestety wynika to z faktu zastosowania wolnego przekaźnika, którego cewka załączana jest napięcie niższy od noinalnego. Pewnego koentarza wyaga tutaj sposób sterowania tranzystorai falownika o zredukowanej topologii. Zasada działania silnika PM LD nie została zieniona, w dalszy ciągu należy zasilać uzwojenia odpowiednio do pozycji wirnika. Zieniły się jednakże ożliwe wektory napięć, pojawiło się ograniczenie w postaci nierówności napięć U D, U D2 na kondensatorach zasilających (rys. 9), co dodatkowo odkształca przebiegi prądowe. Stąd układ sterowania po rekonfiguracji powinien w najprostszy przypadku pozwalać na niezależną regulację prądów fazowych, dzięki czeu podane wyżej ograniczenia nie będą bardzo dotkliwe. Do testów wybrano regulator prądów typu P (rys. a: z odulacją napięcia na tranzystorach górnych, dolne załączane na stałe w dany sektorze położenia wirnika) oraz histerezowy (rys. b: z odulacją bipolarną). Zauważono, że regulator histerezowy, io niskiej wynikowej częstotliwości łączeń, pozwala uzyskać bardziej równoierne prądy fazowe, niejsze tętnienia G D K 4 K 4 K 4 oentu oraz utrzyywać napięcie na kondensatorach U D i U D2 na zbliżony pozioie, jednakże powoduje większy hałas. Ponieważ w większości przypadków, układ sterowania reguluje prądy fazowe, więc po rekonfiguracji nie trzeba wprowadzać większych zian (oprócz braku sterowania tranzystorów uszkodzonej fazy). Możliwe jest jednakże dokładniejsze rozważenie probleu sterowania falownikie o zredukowanej topologii, gdyby czas planowanego działania napędu był dłuższy niż niezbędny z punktu widzenia obsługującego pojazd/ aszynę. ależy wtedy rozważyć osobny układ sterowania dla każdego położenia wirnika, dzięki czeu osiągnie się niejsze pulsacje oentu elektroagnetycznego i prędkości obrotowej [23]. Z dotychczasowych obserwacji wynika również, że regulator histerezowy z ustaloną częstotliwością łączeń oże być stosowany w układach odpornych na uszkodzenia tranzystorów i/lub czujników położenia wirnika, gdyż po wystąpieniu awarii nie pozwala prądo fazowy osiągać zbyt dużych (niebezpiecznych) aplitud. Może on być stosowany w klasycznej forie, jak i w postaci wektorowej [8]. a), i, i b), i, i i i i i Rys.. Kopensacja uszkodzenia tranzystora 2 w układzie falownika o zredukowanej topologii (zadana prędkość obrotowa 5% ω ), gdzie po uszkodzeniu pracują: a) regulatory prądów fazowych typu P (rozwinięcie przykładu z rysunku 3), b) histerezowe regulatory prądów fazowych ieco uwagi należy poświęcić również procedurze rozruchu i wyuszaniu przez dłuższy czas tych saych wektorów napięć. Powode są układy bootstrapu, standardowo zasilające drivery górnych tranzystorów (, 3, 5 ). Jeśli ich kondensatory zostaną rozładowane, nie będzie ożna kontynuować załączenia tranzystorów. Można teu zapobiec, unikając % wypełnienia sygnału PWM (np. zredukować do 99%) lub co jakiś czas załączyć krótkotrwale inną parę tranzystorów, by doładować kondensatory bootstrapu. Szczególnie to drugie podejście oże być przydatne podczas rozruchu z wybranych pozycji. Przykład procesu rozruchowego przedstawiono na rysunku. a przebiegu z rysunku b dodatkowo widać, że przed rozpoczęcie ruchu układ sterowania przez krótką chwilę załączył dolne tranzystory (tj. 4 i 6, bo 2 należy do fazy niesterowanej z powodu kopensacji uszkodzenia 2 ), żeby ogły naładować się kondensatory bootstrapu. Efekte tego jest krótka szpilka widoczna w prądach fazowych w czasie t= s. PRZEGLĄD ELEKROEHIZY, ISS , R. 92 R 6/26 5

6 a), i, i b), i, i i i i i Rys.. Rozruch w układzie falownika o zredukowanej topologii z regulatorai prądów fazowych typu P (a) oraz histerezowyi (b) Podsuowanie W pracy przedstawiono postępowania na wypadek awarii tranzystora koutatora elektronicznego w napędzie z silnikie PM LD. Uszkodzenia czujników położenia wirnika (PW), ające wpływ na sterowanie koutatora, zostały oówione np. w pracach [8][2][25]. Kopletny syste diagnostyczny powinien rozróżniać oba typy uszkodzeń, by podjąć prawidłowe działanie. W oawiany systeie wykrycie syptou uszkodzeń PW powoduje zignorowanie inforacji wyjściowej detektora (koentarz na dole tabeli 2). Podjęty teat badań jest niezwykle istotny w napędach pojazdów, stąd wynika potrzeba rozwoju tych zagadnień. utor: gr inż. Marcin Skóra, Politechnika Wrocławska, Wydział Elektryczny, Katedra Maszyn, apędów i Poiarów Elektrycznych, ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 5-37 Wrocław, e-ail: arcin.skora@pwr.edu.pl LIERUR [] Kowalski z., Diagnostyka układów napędowych z silnikie indukcyjny z zastosowanie etod sztucznej inteligencji, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 23 [2] ashakor., Ektesabi M., Fault Diagnosis of In-wheel LD Motor Drive for Electric Vehicle pplication, IV Intelligent Vehicles Syposiu, 23, [3] Yao Da, Xiaodong Shi, Krishnaurthy M., Health onitoring, fault diagnosis and failure prognosis techniques for rushless Peranent Magnet Machines, IEEE Vehicle Power and Propulsion onference (VPP), 2, -7 [4] Meingue F., Fault-tolerant peranent-agnet synchronous achine drives. Fault detection and isolation, control reconfiguration and design considerations, rozprawa doktorska, ruksela, 22 [5] Rajagopalan S., Roux W., Habetler.G., Harley R.G., Dynaic Eccentricity and Deagnetized Rotor Magnet Detection in rapezoidal Flux (rushless D) Motors Operating Under Different Load onditions, IEEE ransactions on Power Electronics, 22 (27), [6] ashakor., Ektesabi M., Siple Fault olerant ontrol Syste for Hall, Effect Sensors Failure of LD Motor, IEEE onference on Industrial Electronics and pplications (IIE), 23, -6 [7] Scelba G., Scarcella G., De Donato G., Giulii apponi F., onaccorso F., Fault olerant Rotor Position and Velocity Estiation Using inary Hall-Effect Sensors for Low ost Vector ontrol Drives, Energy onversion ongress and Exposition (EE), 23 IEEE, 5-9 Sept. 23, [8] Skóra M., Kowalski.., Wpływ uszkodzeń czujników położenia wirnika na pracę napędu z silnikie PM LD, Prace aukowe Instytutu Maszyn, apędów i Poiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały, nr 33, 23, [9] Ke Song, Weiguo Liu, Guangzhao Luo, Xiwei Zhou, nalysis of urrent Waves and Faults Recognition in Rare Earth Peranent Magnet rushless D Motor, Proceedings of the IEEE International onference on Mechatronics and utoation, 27, [] Olivieri., fault-adaptive and observer-based sensorless strategy for a fault-tolerant five-phase LD otor, IEEE International Syposiu on Sensorless ontrol for Electrical Drives and Predictive ontrol of Electrical Drives and Power Electronics (SLED/PREEDE), 23, -8 [] Meagan M., Jayakuar J.M., Jaleel., Fault Detection in rushless D Motors using Discrete Square Root Filtering and Fuzzy Logic, International onference on oputing, Electronics and Electrical echnologies, 22, 2-7 [2] wadallah M.., Morcos M.M., utoatic Diagnosis and Location of Open-Switch Fault in rushless D Motor Drives Using Wavelets and euro-fuzzy Systes, IEEE ransactions on Energy onversion, 2 (27), n., 4- [3] Estia J.O., Freire.M.., ardoso.j.m, Recent dvances in Fault Diagnosis by Park's Vector pproach, IEEE Workshop on Electrical Machines Design ontrol and Diagnosis (WEMDD), 23, [4] young-gun P., Kui-Jun L., Rae-Young K., ae-sung K., Ji-Su R., Dong-Seok H., Siple Fault Diagnosis ased on Operating haracteristic of rushless Direct-urrent Motor Drives, IEEE ransactions on Industrial Electronics, 58 (2), n.5, [5] Errabelli R.R., Mutschler P., Fault-olerant Voltage Source Inverter for Peranent Magnet Drives, IEEE ransactions on Power Electronics, 27 (22), n.2, 5-58 [6] young-kuk L., ae-hyung K., Ehsani M., On the feasibility of four-switch three-phase LD otor drives for low cost coercial applications: topology and control, IEEE ransactions on Power Electronics, 8 (23), [7] ghili F., Fault-olerant orque ontrol of LD Motors, IEEE ransactions on Power Electronics, 26 (2), n.2, [8] Freire. M., ardoso. J. M., Fault-olerant onverter for Drives using Vector-ased Hysteresis urrent ontrol, IEEE International Syposiu on Diagnostics for Electric Machines, Power Electronics and Drives, 23, [9] Salehifar M., Salehrashloo R., Moreno-Equilaz M., Sala V., Roeral L., Fault Detection and Fault olerant Operation of a Five Phase PM Motor Drive Using daptive Model Identification pproach, IEEE Journal of Eerging and Selected opics in Power Electronics, 2 (24), [2] Skóra M., Stanowisko do badania układów napędowych z silnikie PM LD, Prace aukowe Instytutu Maszyn, apędów i Poiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej. Studia i Materiały, nr 7, 24, [2] Skóra M., Kowalski.., naliza wpływu uszkodzeń czujników na pracę napędu z silnikie PM LD, Zeszyty Probleowe Maszyny Elektryczne, (24), nr 4, [22] Krykowski K., Silnik PM LD w napędzie elektryczny. naliza, właściwości, odelowanie, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2 [23] Masoudi M., adsi.e., Masoud., D of 4-Inverter- Fed LD Motor Drives With Reduced orque Ripple During Sector-to-Sector outations, IEEE ransactions On Power Electronics, 29 (24), n.9, [24] Sobański P., Fuzzy-logic-based approach to voltage inverter fault diagnosis in induction otor drive, Przegląd Elektrotechniczny, 9 (24), nr 6, [25] Skóra M., Kowalski.., naliza wpływu wybranych uszkodzeń sterownika silnika PM LD na wida prądów fazowych, Maszyny Elektryczne Zeszyty Probleowe, nr 8, (25), PRZEGLĄD ELEKROEHIZY, ISS , R. 92 R 6/26