FAILURE MODE STUDY IN SWITCHED RELUCTANCE MACHINES IN THE GENERATOR MODE



Podobne dokumenty
STANY AWARYJNE MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ W ZAKRESIE PRACY GENERATOROWEJ

METODA DIAGNOSTYKI USZKODZEŃ ELEKTRYCZNYCH SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU MAŁEGO MOBILNEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

BADANIA SYMULACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

BADANIE WPŁYWU GRUBOŚCI SZCZELINY POWIETRZNEJ NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH W OPARCIU O OBLICZENIA POLOWE

ANALIZA ZWARĆ ZWOJOWYCH SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

ANALIZA WPŁYWU KONFIGURACJI UZWOJEŃ BIEGUNÓW NA WŁAŚCIWOŚCI TRÓJPASMOWEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

BADANIA WYSOKOOBROTOWEGO DWUPASMOWEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

ANALIZA KONSTRUKCJI TRÓJPASMOWEJ SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO 6/4 O NIESYMETRYCZNYM OBWODZIE STOJANA WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH

ANALIZA PORÓWNAWCZA RÓŻNYCH KONSTRUKCJI MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH PRZEZNACZONYCH DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

BADANIA SYMULACYJNE ZWARĆ ZWOJOWYCH W SILNIKU RELUKTANCYJNYM PRZEŁĄCZALNYM

Badania maszyny reluktancyjnej przełączalnej, przeznaczonej do napędu lekkiego pojazdu elektrycznego

BADANIA MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DO NAPĘDU LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

BADANIA LABORATORYJNE DWUPASMOWEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO PRZEZNACZONEGO DO NAPĘDU WYSOKOOBROTOWEGO

WYZNACZANIE CHARAKTERYSTYK STATYCZNYCH MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH

OGRANICZENIA PRACY SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO PRZY ZALEŻNYM STEROWANIU PRĄDOWYM

BADANIA LABORATORYJNE RELUKTANCYJNEJ MASZYNY PRZEŁĄCZALNEJ PRACUJĄCEJ W ZAKRESIE PRACY GENERATOROWEJ

MODELOWANIE MASZYNY SRM JAKO UKŁADU O ZMIENNYCH INDUKCYJNOŚCIACH PRZY UŻYCIU PROGRAMU PSpice

WPŁYW SPOSOBU OPTYMALIZACJI NA POZIOM PULSACJI MOMENTU PRZEŁĄCZALNEGO SILNIKA RELUKTANCYJNEGO W PEŁNYM ZAKRESIE PRACY

ANALIZA WPŁYWU SPRZĘŻEŃ MAGNETYCZNYCH NA CHARAKTERYSTYKI GENERATORA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

WERYFIKACJA METOD OBLICZENIOWYCH SILNIKÓW TARCZOWYCH Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

POLOWO OBWODOWY MODEL DWUBIEGOWEGO SILNIKA SYNCHRONICZNEGO WERYFIKACJA POMIAROWA

Proposal of thesis topic for mgr in. (MSE) programme in Telecommunications and Computer Science

WPŁYW ZMIAN KĄTA ZAŁĄCZENIA NA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKA BLDC NAPĘDU HYBRYDOWEGO BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

Przeciwpożarowe sterowniki dla bram zwijanych, sekcyjnych i przesuwnych. Fire-proof controls for roller shutters, sectional doors and sliding gates

Studia i Materiały Nr

BEZCZUJNIKOWA DETEKCJA KĄTA POŁOŻENIA NIERUCHOMEGO WIRNIKA SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO

DWUPASMOWY SILNIK RELUKTANCYJNY PRZEŁĄCZALNY PRZEZNACZONY DO NAPĘDU ROBOTA KUCHENNEGO

MOMENT ORAZ SIŁY POCHODZENIA ELEKTROMAGNETYCZNEGO W DWUBIEGOWYM SILNIKU SYNCHRONICZNYM

Akademia Morska w Szczecinie. Wydział Mechaniczny

Zeszyty Problemowe Maszyny Elektryczne Nr 75/

WENTYLATORY PROMIENIOWE SINGLE-INLET DRUM BĘBNOWE JEDNOSTRUMIENIOWE CENTRIFUGAL FAN

Detekcja asymetrii szczeliny powietrznej w generatorze ze wzbudzeniem od magnesów trwałych, bazująca na analizie częstotliwościowej prądu

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI DWUPASMOWYCH SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH O RÓŻNYCH ROZWIĄZANIACH KONSTRUKCYJNYCH WIRNIKÓW

BADANIA GENERATORA INDUKCYJNEGO WZBUDZANEGO KONDENSATORAMI OBCIĄŻENIE NIESYMETRYCZNE

BADANIA SYMULACYJNE MASZYNY RELUKTACYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DO NAPĘDU ROBOTA KUCHENNEGO

WPŁYW DANYCH NAWOJOWYCH NA WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO O BUDOWIE NIESYMETRYCZNEJ

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKA RELUKTANCYJNEGO PRZEŁĄCZALNEGO Z NIESYMETRYCZNYM OBWODEM MAGNETYCZNYM

Raport bieżący: 44/2018 Data: g. 21:03 Skrócona nazwa emitenta: SERINUS ENERGY plc

Metodyki projektowania i modelowania systemów Cyganek & Kasperek & Rajda 2013 Katedra Elektroniki AGH

ANALIZA STANÓW DYNAMICZNYCH MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ PRZEZNACZONEJ DLA LEKKIEGO POJAZDU ELEKTRYCZNEGO

DIAGNOSTYKA SILNIKA INDUKCYJNEGO Z ZASTOSOWANIEM SYGNAŁU SKUTECZNEJ WARTOŚCI RUCHOMEJ PRĄDU CZĘŚĆ 2 ZASILANIE NIESYMETRYCZNE

WPŁYW EKSCENTRYCZNOŚCI STATYCZNEJ WIRNIKA I NIEJEDNAKOWEGO NAMAGNESOWANIA MAGNESÓW NA POSTAĆ DEFORMACJI STOJANA W SILNIKU BLDC

WPŁYW PARAMETRÓW UKŁADU NAPĘDOWEGO NA SKUTECZNOŚĆ SYNCHRONIZACJI SILNIKA DWUBIEGOWEGO

BADANIA SILNIKA BLDC PRZEZNACZONEGO DO HYBRYDOWEGO NAPĘDU BEZZAŁOGOWEGO APARATU LATAJĄCEGO

WYKAZ PRÓB / SUMMARY OF TESTS. mgr ing. Janusz Bandel

BADANIA SYMULACYJNE I STANOWISKOWE SILNIKA PMSM PODCZAS HAMOWANIA ELEKTRYCZNEGO Z ODZYSKIEM ENERGII


DUAL SIMILARITY OF VOLTAGE TO CURRENT AND CURRENT TO VOLTAGE TRANSFER FUNCTION OF HYBRID ACTIVE TWO- PORTS WITH CONVERSION

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI WYSOKOOBROTOWEGO NAPĘDU Z DWUPASMOWYM SILNIKIEM RELUKTANCYJNYM PRZEŁĄCZALNYM

OBLICZENIOWE BADANIE ZJAWISK WYWOŁANYCH USZKODZENIEM KLATKI WIRNIKA

COMPARED ANALYSIS OF LSPMSM AND SQUIRREL-CAGE MOTOR EXPLOITATION WITH VARIABLE ROTATIONAL SPEED

INFLUENCE SELECTED GEOMETRICAL PARAMETERS ON ELECTROMAGNETIC AND COGGING TORQUE AND DEFORMATION OF STATOR CORE DUE TO MAXWELL FORCES IN BLDC MOTOR

SYNCHRONOUS MOTOR PROTOTYPE WITH AN EXTERNAL ROTOR USING PERMANENT MAGNETS TRWAŁYMI

WSPÓŁCZYNNIK MOCY I SPRAWNOŚĆ INDUKCYJNYCH SILNIKÓW JEDNOFAZOWYCH W WARUNKACH PRACY OPTYMALNEJ

Helena Boguta, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

Fig 5 Spectrograms of the original signal (top) extracted shaft-related GAD components (middle) and

PARAMETRY TECHNICZNE DEKLAROWANE PRZEZ PRODUCENTA POTWIERDZONE BADANIAMI / RATINGS ASSIGNED BY THE MANUFACTURER AND PROVED BY TESTS

Studium rozwiązań konstrukcyjnych wysokoobrotowych silników reluktancyjnych przełączalnych

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

WPŁYW OSADZENIA MAGNESU NA PARAMETRY SILNIKA MAGNETOELEKTRYCZNEGO O ROZRUCHU BEZPOŚREDNIM

CHARAKTERYSTYKI EKSPLOATACYJNE SILNIKA INDUKCYJNEGO DUŻEJ MOCY Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

ŁAGODNA SYNCHRONIZACJA SILNIKA SYNCHRONICZNEGO DUŻEJ MOCY Z PRĘDKOŚCI NADSYNCHRONICZNEJ

BADANIA EKSPERYMENTALNE SILNIKA INDUKCYJNEGO Z USZKODZONĄ KLATKĄ WIRNIKA

ZJAWISKA W OBWODACH TŁUMIĄCYCH PODCZAS ZAKŁÓCEŃ PRACY TURBOGENERATORA

AWARYJNE STANY PRACY SILNIKÓW INDUKCYJNYCH PIERŚCIENIOWYCH

Podstawa prawna: Art. 70 pkt 1 Ustawy o ofercie - nabycie lub zbycie znacznego pakietu akcji

Analiza wpływu klasycznych metod sterowania na zakres pracy ze stałą mocą czteropasmowego silnika reluktancyjnego przełączalnego 16/12

MODEL SYMULACYJNY MASZYNY RELUKTANCYJNEJ PRZEŁĄCZALNEJ

WPŁYW KLINÓW MAGNETYCZNYCH NA WŁAŚCIWOŚCI ROZRUCHOWE SILNIKA INDUKCYJNEGO

ZWARCIA ZWOJOWE W UZWOJENIU STOJANA KLATKOWEGO SILNIKA INDUKCYJNEGO

Krytyczne czynniki sukcesu w zarządzaniu projektami

SILNIK ELEKTRYCZNY O WZBUDZENIU HYBRYDOWYM

Fixtures LED HEDRION

POLITECHNIKA ŚLĄSKA INSTYTUT AUTOMATYKI ZAKŁAD SYSTEMÓW POMIAROWYCH

Weronika Mysliwiec, klasa 8W, rok szkolny 2018/2019

ANALIZA WPŁYWU WYBRANYCH PARAMETRÓW NA DYNAMIKĘ SILNIKA RELUKTANCYJNEGO

Modelowanie samowzbudnych prądnic indukcyjnych

BADANIE SYMULACYJNE JEDNOFAZOWEJ PRZERWY W ZASILANIU ORAZ PONOWNEGO ZAŁĄCZENIA NAPIĘCIA ZASILANIA NA DYNAMIKĘ SILNIKA INDUKCYJNEGO

ZASTOSOWANIE SYGNAŁU SKUTECZNEJ WARTOŚCI RUCHOMEJ PRĄDU STOJANA W DIAGNOSTYCE SILNIKA INDUKCYJNEGO PODCZAS ROZRUCHU

MODELOWANIE SAMOWZBUDNYCH PRĄDNIC INDUKCYJNYCH

INSPECTION METHODS FOR QUALITY CONTROL OF FIBRE METAL LAMINATES IN AEROSPACE COMPONENTS


Właściwości silnika bezszczotkowego prądu stałego z magnesami trwałymi o różnych rozpiętościach uzwojeń stojana

4. EKSPLOATACJA UKŁADU NAPĘD ZWROTNICOWY ROZJAZD. DEFINICJA SIŁ W UKŁADZIE Siła nastawcza Siła trzymania

WPŁYW ROZMIESZCZENIA MAGNESÓW NA WŁAŚCIWOŚCI EKSPOATACYJNE SILNIKA TYPU LSPMSM

OPISY KURSÓW. Kod kursu: MCR5105 Nazwa kursu: Układy zasilania w systemach mechatronicznych Język wykładowy: polski

Patients price acceptance SELECTED FINDINGS

Instrukcja obsługi User s manual

ZWARCIE POMIAROWE JAKO METODA WYKRYWANIA USZKODZEŃ KLATKI WIRNIKA SILNIKA INDUKCYJNEGO

WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH Z ROZRUCHEM ASYNCHRONICZNYM PRZY STEROWANIU CZĘSTOTLIWOŚCIOWYM

Wpływ grubości szczeliny powietrznej na charakterystyki statyczne silnika SRM

TECHNOLOGICZNE I EKSPLOATACYJNE SKUTKI ZMIAN KSZTAŁTU PRĘTA KLATKI SILNIKA INDUKCYJNEGO DUŻEJ MOCY

Medical electronics part 10 Physiological transducers

SPOSÓB MINIMALIZACJI MOMENTU ZACZEPOWEGO W WIELOBIEGUNOWEJ MASZYNIE Z MAGNESAMI TRWAŁYMI

ANALIZA WŁAŚCIWOŚCI SILNIKÓW RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH DO NAPĘDÓW POJAZDÓW ELEKTRYCZNYCH

EXAMPLES OF CABRI GEOMETRE II APPLICATION IN GEOMETRIC SCIENTIFIC RESEARCH

WPŁYW USZKODZENIA TRANZYSTORA IGBT PRZEKSZTAŁTNIKA CZĘSTOTLIWOŚCI NA PRACĘ NAPĘDU INDUKCYJNEGO

AKADEMIA MORSKA W SZCZECINIE WYDZIAŁ MECHANICZNY ROZPRAWA DOKTORSKA. mgr inż. Piotr Smurawski

BLACKLIGHT SPOT 400W F

Transkrypt:

Piotr BOGUSZ Mariusz KORKOSZ Jan PROKOP FAILURE MODE STUDY IN SWITCHED RELUCTANCE MACHINES IN THE GENERATOR MODE ABSTRACT Problem of the operation of a switched reluctance machine (SRM) in generator mode for normal and faulty electrical conditions is discussed in this paper. Cases of asymmetric work in SRM are described. Findings of simulation and experimental research are included and conclusions presented. Keywords: switched reluctance machines, faulty electrical conditions 1. INTRODUCTION Switched reluctance machines fall into a category of electronically commutated electric machines. They are of simplified rotor design (there are neither windings nor magnets) and wide rotational speed setting range. They can be selected as an alternative solution for the drives where controlling of rotational speed is required. SRM s integrated in drive systems may be operated both in motor and generator modes (electric car drives, integrated starter/generator systems) or solely in the generator mode (e.g. wind turbines). Piotr BOGUSZ, Ph.D., Mariusz KORKOSZ, Ph.D., Jan PROKOP, Ph.D. e-mail: pbogu@prz.edu.pl, mkosz@prz.edu.pl, jprokop@prz.edu.pl Politechnika Rzeszowska, W. Pola 2, 35-959 Rzeszów, POLAND PROCEEDINGS OF ELECTROTECHNICAL INSTITUTE, Issue 240, 2009

106 P. Bogusz, M. Korkosz, J. Prokop The switched reluctance machine is capable of withstanding significant mechanical damage and continue operation while some failure modes persist. The failure modes in the machine operated as a motor due to external or internal factors have been subject to studies in [1-3]. Papers on failure modes at generator operated SRM s are scarce however. Selected failure modes in the SRM s at generator operation have been discussed in [4], but it was focused rather on voltage drops phenomena due to some specific application. Also selected failure modes for the generator operated SRM s have been discussed in [5]. The aim of this paper is to provide the findings obtained in the course of both simulation and laboratory research, pertaining to the generator operated SRM for the selected electrical failure mode cases. Failure modes at generator operated SRM s were categorized in this paper. Selected electrical failure modes in SRM s were studied based on the simulation tests. Simulation analysis was conducted on the basis of the field calculations as well as of the application of circuit simulation model in the Matlab/Simulink package environment. Harmonic content of the current waveforms was analyzed. The influence of electrical failure affecting the machine operation was discussed. Selected failure modes were verified in the laboratory. Conclusions were summarized. 2. CATEGORIZING FAILURE MODES IN SRM GENERATOR OPERATION Similarly to the motor SRM operation, the failure modes at generator operation may be categorized as [2-3]: external, supply circuit failure, control circuit failures or errors, internal, mechanical failure, electric failure. For the generator operation characteristic values are as follows: average supply current I dcav and average output power P outav. The average values are selected due to the nature of variability of the discussed values which is associated with the principles of the machine operation. Discontinuities and short-circuit conditions in power and electronic circuits are among the supply system failures.

Failure mode study in switched reluctance machines in the generator mode 107 Three cases of failure modes indicated as follows, are discussed in this paper: failure mode I discontinued winding of a phase in the machine, failure mode II only half winding powered (only one pole winding), failure mode III short-circuit in the winding of the pole of a phase. Winding discontinuity (failure mode I) is a typical inner damage of electric origin. The machine in such state cannot continue its operation, but its output decreases proportionally to the number of lost phases. For the three-phase machine, it loses 33% of the original output, and for the four-phase machine 25%. In this case the average supply current I dcav and the output P out of the machine both related to their rated values, one can find by calculating it from the following formula: I k m dcav = I dcavn (1) P out k m = P outn (2) where: k number of powered phases, m number of phases in the machine. In the case when only a half of phase winding is powered (failure mode II), the machine is able to continue its operation, but the output generated by the machine depends on where its operating position is located in the mechanical characteristics. The faulty phase is of higher base speed than the others. In such case the total average output developed by the machine increases as the faulty phase generates higher value of output than it would at normal operation. Similar situation one can find when the winding of a phase was shortcircuited (failure mode III). In both cases it is reasonable to consider disconnection of the faulty winding due to possible drop in output developed in the range of lower speeds, significant increasing of copper loss as well as machine vibration and noise levels. 3. SIMULATION CALCULATIONS AND HARMONIC ANALYSIS FINDINGS Simulation analysis was limited only to one machine type configured as 6/4. Figures 1 through 2 show the results of field calculation findings of flux-current-

108 P. Bogusz, M. Korkosz, J. Prokop angle (ψ - i - θ) characteristics (Figs. 1a, b) as well as static self-induction factors L self (i, θ) (Figs. 2a, b) for the normal operation of the machine and when only one pole of the winding is powered (failure mode II). Fig. 1. Flux-current-angle characteristics a) when entire phase is powered (normal operation) and b) when only one pole of the phase winding is powered (failure mode II) Fig. 2. Self-induction L self versus current and the angle of rotation for a) normal operation, b) when only one pole of the phase winding is powered (failure mode II) Field calculation findings were utilized in designing simulation model in the Matlab/Simulink package environment. The calculations were performed with the assumption that voltage U dc on the terminals of the machine is constant.

Failure mode study in switched reluctance machines in the generator mode 109 Figures 3 through 5 show the findings obtained for the normal operation of the machine (Fig. 3) as well as for two different cases of failure operation (Figs. 4 and 5). The figures show the waveforms of phase current i ph (a), electromagnetic torque T e (b) as well as the supply current i dc (c) versus time, complemented with the harmonic decomposition (d). All the waveforms were obtained at the same rotational speed and control angles. Figure 3 shows waveforms at fully symmetric, normal operation. In the supply current waveform the 12-th harmonic and its multiples dominate. Figure 4 shows the waveforms of the phase currents i ph, electromagnetic torque T e and the power supply current i dc when there is no power in a phase (failure mode I). Losing of any phase current makes both the source current i dc and the resultant electromagnetic torque T e to vary. The 4-th and 8-th harmonics found in the supply waveform attain magnitudes comparable to the 12-th harmonic resulting from the nature of switching cycles in the machine under consideration. The case of failure mode II, where only one half of the phase winding was powered, is shown in Figure 5. Higher current flows in the damaged phase. This varies shapes of both supply current i dc as well as the electromagnetic torque T e. Moreover, in this case of machine operation the 4-th and 8-th harmonics appear. However these are not dominant harmonics. c) d) Fig. 3. Waveforms of phase currents (a) electromagnetic torque (b) supply current (c) and harmonic decomposition of the supply current (d) at normal operation conditions

110 P. Bogusz, M. Korkosz, J. Prokop c) d) Fig. 4. Waveforms of phase currents (a) electromagnetic torque (b) supply current (c) and harmonic decomposition of the supply current (d) - failure mode I c) d) Fig. 5. Waveforms of phase currents (a) electromagnetic torque (b) supply current (c) and harmonic decomposition of the supply current (d) - failure mode II

Failure mode study in switched reluctance machines in the generator mode 111 Figure 6 shows the average value of the supply current I dcav versus speed of the machine for various conditions of the machine operation. Tests were conducted at identical control angle. Power loss in a phase (failure mode I) manifests itself by proportional drop of the average value of the supply current I dcav according to relation (1). Once the fault is due to supplying power only to a half of the phase winding (failure mode II), one can notice increased average value of the supply current. Thus the output delivered by the machine does not decrease; on the contrary it increases. The average value of current flowing through the faulty winding is much higher as compared to the other phases (Fig. 5). Once the short-circuiting occurs in one half of a phase winding, the average value of the supply current is also greater as compared to the conditions of normal operation. It increases less prominently as compared to the failure, due to the supplying power to only one half of the winding. The value of this current is higher than in the failure due to the supplying power to only one half of the phase winding at identical operating conditions. Fig. 6. Average value of the supply current I dcav versus speed at various failure modes of operation 4. LABORATORY TEST FINDINGS For selected failure modes attributable to the machine itself, testing was made and then compared with the machine operating at fully symmetric

112 P. Bogusz, M. Korkosz, J. Prokop conditions. The power supply system was connected to the set of batteries. Figures 7 through 9 show the machine current waveforms in the fully symmetric case (Fig. 7), power loss in one phase (failure mode I Fig. 8), circuit discontinuity in the winding of a pole and supplying power to the other portion (failure mode II Fig. 9) as well as short-circuiting of one winding of the phase pole (failure mode III Fig. 10). All waveforms were recorded at identical control angles (θ on = 31 and θ off = 75 ) and the same speed, n = 4000 rpm. At normal operating conditions, i.e. at control symmetry (Fig. 7) all current waveforms for each phase are similar one to another. No power in a phase manifests itself by changing the shape of the power supply current as well as proportional drop of its average value (Fig. 8). Similarly to the simulation tests, a damage due to loss of power in one pole winding, (Fig. 5) makes the current in the damaged phase to increase, which makes in turn the supply current to change the shape (Fig. 11). In the case of full short-circuiting in one pole winding (Fig. 8b-9), similarly to the loss of power in a pole winding, the current reaches significantly higher values than currents in defective phases. The shorted phase portion conducts the current of minor value (Fig. 9). When one compares the shapes of currents flowing in the short-circuited portion of a phase winding either all the phases are powered (Fig. 9) and when only the faulty phase is powered (Fig. 9b) one can notice, that both the shape and values of shorting current are independent from other phases of the machine. This supports the concept that goes that each separate phase of the machine can be considered as magnetically self-contained. Fig. 7. Oscillogram of power supply current and phase current waveforms a) at symmetric control normal operation and b) when one phase is not power supplied failure mode I

Failure mode study in switched reluctance machines in the generator mode 113 Fig. 8. Oscillogram of power supply current and phase current waveforms a) when one half of the phase winding is powered failure mode II and b) when one half of the phase winding is powered and the other short-circuited failure mode III Fig. 9. Oscillogram of the current in the short-circuited winding and the phase currents when one half of the phase winding is powered and the other short-circuited failure mode III and b) when one half of the phase winding is powered and the other shortcircuited failure mode III the other phases are not powered Figure 10 shows the average output in a phase for three cases, normal operation, supplying power to only one pole, supplying power to only one pole while the winding of the other pole is short-circuited.

114 P. Bogusz, M. Korkosz, J. Prokop Fig. 10. Output power generated by a one phase versus speed for various failure modes 5. SUMMARY The failure modes in the switched reluctance machine can be due to internal (the machine itself) and external (power supply system, control system) factors. When analyzing cases of faulty machines due to internal factors in the generator operating range, one can find prominent differences as compared to the motor operation. This mainly refers to the cases of short-circuiting of one pole of a phase. Thus average output increases in the region of higher speeds beyond the base speed of the faulty phase. However current in such faulty phase is of much higher value. This leads to the deterioration of the resultant efficiency of the machine as well as to increased risk of thermal failure of the other portion of the phase. The vibration and noise level generated in the machine is significantly increased due unbalanced magnetic pull. Regardless of failure mode type, in the power supply current additional harmonics appear as compared to the symmetric control state. Operation of the drive system can be correctly diagnosed by harmonic analysis. If magnitudes of additional harmonics are comparable or higher than basic harmonic magnitude, this may indicate faulty machine. Suitably adopted control system may ensure RMS current in faulty phase to maintain reduced to a minimum. The prolonged operation at such conditions is not recommended though, due to the risk for bearings to be damaged. Machine fault due to complete loss of power in one phase or (m-1) phases, does not preclude continouing further motor operation.

Failure mode study in switched reluctance machines in the generator mode 115 LITERATURE 1. Bogusz P., Korkosz M., Prokop J.: Currents harmonic analysis as a diagnostic method of electrical faults switched reluctance motor, Diagnostics for Electric Machines, Power Electronics and Drives, 2007, SDEMPED 2007, Kraków, 6-8 Sept. 2007 2. Gopalakrishnan S., Omekanda A. M. and Lequesne B.: Classification and remediation of electrical faults in the switched reluctance drive, IEEE Trans. Ind. Appl., 2006, vol. 42, No. 2, Mar./Apr. 3. Husain I., Radun A., Nairus J.: Fault analysis and excitation requirements for switched reluctance-generators, Energy Conversion, IEEE Transactions on Volume 17, 2002, Issue 1, March 4. Korkosz M.: Praca silnikowo-generatorowa przełączalnej maszyny reluktancyjnej, Rozprawa doktorska, Gliwice 2003 5. Stephens C.M.: Fault detection and management system for fault-tolerant switched reluctance motor, IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 27., No. 6, Nov./Dec. 1991 Manuscript submitted 09.02.2009 Reviewed by Maria Dems ANALIZA STANÓW AWARYJNYCH MASZYN RELUKTANCYJNYCH PRZEŁĄCZALNYCH W ZAKRESIE PRACY GENERATOROWEJ P. BOGUSZ, M. KORKOSZ, J. PROKOP STRESZCZENIE Maszyny reluktancyjne przełączalne (ang. Switched Reluctance Machines) zaliczane są do kategorii maszyn elektrycznych z komutacją elektroniczną. Charakteryzują się prostą budową wirnika (brak uzwojeń i magnesów) oraz bardzo szerokim zakresem regulacji prędkości obrotowej. W układach napędowych z SRM maszyny te mogą pracować zarówno w zakresie pracy silnikowej jak i generatorowej (napędy pojazdów elektrycznych, zintegrowane systemy rozrusznik/generator) lub tylko w zakresie pracy generatorowej (np. napędy elektrowni wiatrowych). Prosta budowa maszyny zapewnia bardzo dużą odporność na uszkodzenia elektryczne oraz możliwość kontynuowania pracy po wystąpieniu niektórych stanów awaryjnych. W rozdziale II dokonano klasyfikacji potencjalnych stanów awaryjnych przełączalnych maszyn reluktancyjnych. W pracy ograniczono się tylko do analizy wybranych stanów awaryjnych pochodzenia elektrycznego przełączalnej maszyny reluktancyj-

116 P. Bogusz, M. Korkosz, J. Prokop nej 6/4 pracującej w zakresie pracy generatorowej takich jak przerwa w zasilaniu jednego z pasm maszyny (stan awaryjny I), zasilanie połowy uzwojenia pasma (stan awaryjny II) oraz zwarcie połowy uzwojenia (stan awaryjny III). Wszystkie stany awaryjne odnoszono do przypadku pracy w warunkach symetrycznych (warunki normalne). Dodatkowo założono, że maszyna pracuje w zakresie stałej mocy sterowana jednopulsowo z określoną prędkością obrotową i odpowiednimi kątami sterowania. Pracę podzielono na dwie części: obliczeniową (rozdział III) oraz weryfikacyjną (rozdział IV). Analizę symulacyjną prowadzono na bazie obliczeń polowych (rys. 1-2) oraz z zastosowaniem modelu symulacyjnego obwodowego w środowisku programów Matlab/Simulink. Na rysunkach 3-5 przedstawiono przebiegi czasowe prądów pasmowych i ph, prądu źródła zasilającego i dc wraz z rozkładem harmonicznych oraz momentu elektromagnetycznego T e dla pracy normalnej maszyny oraz dla różnych przypadków pracy awaryjnej. Wszystkie charakterystyki uzyskano przy takiej samej prędkości obrotowej i kątach sterowania. Analiza harmoniczna prądu źródła zasilającego pokazuje, że w warunkach symetrii dominuje harmoniczna 12-ta i jej wielokrotności dla rozpatrywanej konstrukcji 6/4. W stanach awaryjnych pojawiają się dodatkowe harmoniczne 4 oraz 8. Analiza zawartości amplitud dodatkowych harmonicznych pozwala w wielu przypadkach określić rodzaj uszkodzenia. W warunkach laboratoryjnych dokonano pomiarowej weryfikacji analizowanych przypadków. Przykładowe przebiegi czasowe prądów przedstawiono na rysunkach 7-9. Na rysunku 10 pokazano zależność wartości średniej mocy wyjściowej jednego z pasm w funkcji prędkości obrotowej dla różnych przypadków pracy maszyny.