Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Poiarów Elektrycznych Nr 7 Politechniki Wrocławskiej Nr 7 Studia i Materiały Nr 35 25 Marcin SKÓRA* silnik bezszczotkowy prądu stałego o agnesach trwałych (PM BL), uszkodzenia tranzystorów i czujników położenia, regulator napięcia, analiza FFT prądów fazowych ANALIZA WPŁYWU WYBRANYCH USZKODZEŃ NA PRACĘ NAPĘDU Z SILNIKIEM PM BL W UKŁADZIE ZASILANIA Z ZEWNĘTRZNYM REGULATOREM NAPIĘCIA. BADANIA SYMULACYJNE W pracy przedstawiono badania syulacyjne kaskadowego układu regulacji prędkości silnika PM BL z podporządkowaną pętlą regulacji prądu. Badania wykonane w prograie Matlab/Siulink dotyczą przypadku, gdy zewnętrzny regulator napięcia jest źródłe napięcia dla koutatora elektronicznego, który w ty przypadku zgodnie z nazwą spełnia jedynie rolę koutacyjną. W pracy pokazano wpływ wybranych uszkodzeń na przebiegi prądów fazowych silnika, prądu wejściowego przekształtnika oraz prędkości obrotowej silnika. Do oceny stanu zaproponowano również analizę hodografu wektora przestrzennego prądów stojana oraz analizę wid aplitudowych prądów. Wskazano na częstotliwości, których pojawienie się w widie świadczy o uszkodzeniu. Zaprezentowano wybrane wyniki badań syulacyjnych.. WPROWADZENIE Możliwość regulacji prędkości obrotowej eleentów wykonawczych jest niezbędna w większości procesów technologicznych. Obecnie najczęściej wykorzystuje się do tego celu silniki elektryczne wraz z odpowiedni układe sterowania i zasilania. W zależności od zastosowań (np. napęd popy, dźwigu, pojazdu elektrycznego, raienia robota), tj. w zależności od wyaganej dynaiki, ocy silnika, rodzaju źródła zasilania oraz innych specyficznych wyagań wybierany jest odpowiedni typ silnika prądu stałego, indukcyjny klatkowy, synchroniczny z agnesai trwałyi, bezszczotkowy prądu stałego, krokowy. Oprócz doboru odpowiedniego silnika napędzającego należy również wybrać sterownik energoelektroniczny i zestaw czujników poiarowych (prądu, pręd- * Katedra Maszyn, Napędów i Poiarów Elektrycznych, Politechnika Wrocławska, ul. Soluchowskiego 9, 5-37 Wrocław, e-ail: Marcin.Skora@pwr.edu.pl
28 kości, napięcia, inne) do pętli sprzężenia zwrotnego, by osiągnąć planowany efekt. Niestety, ożliwość regulacji prędkości obrotowej i/lub oentu elektroagnetycznego oże zostać ograniczona w przypadku wystąpienia awarii tranzystorów ocy bądź czujników potrzebnych do prawidłowej pracy sterownika energoelektronicznego. Zagadnienie wykrywania awarii, a następnie podejowania odpowiednich działań naprawczych, bądź zapewniających doprowadzenie napędu do bezpiecznej pozycji, zgodnie z ideą układów odpornych (Fault tolerant), stanowi przediot badań naukowców z wielu ośrodków krajowych oraz zagranicznych [3]. Pierwszy działanie w procesie identyfikacji uszkodzeń jest z reguły analiza syptoów towarzyszących danej awarii. Dlatego też cele niniejszego artykułu jest sprawdzenie, w jaki sposób wybrane uszkodzenia wpływają na przebiegi prądów fazowych oraz prądu wejściowego koutatora elektronicznego i prędkości obrotowej. Przedstawione badania syulacyjne dotyczą napędu z bezszczotkowy silnikie prądu stałego z agnesai trwałyi. Uzyskane przebiegi zostaną porównane z wynikai uzyskanyi w badaniach na obiekcie rzeczywisty [3], [4]. 2. OPIS UKŁADU ZASILAJĄCEGO I STERUJĄCEGO Silniki bezszczotkowe prądu stałego o agnesach trwałych (PM BL) znalazły zastosowanie.in. w pojazdach elektrycznych ałej ocy takich jak rowery elektryczne, wózki inwalidzkie, ałe saochody oraz jako silniki wysokoobrotowe w wielowirnikowych aszynach latających, w agazynach energii elektrycznej z wirującyi asai, sprężarkach. Wpływ na to iały ich zalety bardzo dobre właściwości dynaiczne spowodowane ałą bezwładnością wirnika, łatwość chłodzenia (ciepło wydzielane głównie w części nieruchoej silnika), korzystny stosunek rozwijanego oentu do wagi [7]. Ponadto silniki te należą do grupy aszyn o koutacji elektronicznej, zasilanych przez odpowiedni układ energoelektroniczny, stąd poza łożyskai brak eleentów ulegających zużyciu podczas eksploatacji. Silniki te najczęściej występują w wykonaniu trójfazowy, ale spotykane są również konstrukcje o większej liczbie faz, do zastosowania w układach odpornych na uszkodzenia bądź wyagających niejszych pulsacji oentu. Silniki trójfazowe najczęściej posiadają uzwojenia połączone w gwiazdę, przy czy punkt gwiazdowy uzwojeń z reguły nie jest wyprowadzony na zewnątrz. Ponieważ sterownik (koutator elektroniczny) wyaga inforacji o położeniu kątowy wirnika, to do jej wyznaczania wykorzystywane są dyskretne czujniki położenia wirnika (hallotronowe lub optyczne), enkodery bądź rezolwery, bądź też wykorzystuje się etody bezczujnikowe. Sa koutator elektroniczny najczęściej a postać dwupozioowego falownika napięciowego, przy czy źródłe zasilania jest bateria bądź też prostownik sieciowy z odpowiedni filtre wyjściowy. W rozwiązaniu ty wszystkie tranzystory pełnią
29 rolę koutacyjną (pozwalają przełączać uzwojenia silnika poiędzy biegunai zasilania), a wszystkie lub część pełni także funkcję regulacyjną. Jest to ożliwe dzięki wykorzystaniu jednej z technik odulacji PWM [7], [5] bądź regulatorów histerezowych, ślizgowych i ich utacji. Możliwość regulacji prędkości obrotowej i/lub pobieranego prądu jest zapewniona poprzez zianę wartości średniej napięcia zasilającego, zupełnie jak w pierwowzorze szczotkowy silniku prądu stałego. Stąd też wynika kolejna ożliwa struktura układu zasilania z osobny regulatore napięcia (sterowaną przetwornicą / w oparciu o jedną ze znanych topologii) i układe ostka trójfazowego, którego rola ograniczona zostaje tylko do przełączania uzwojeń [2], [6], [7], []. W ten sposób ożna ograniczyć pulsacje prądu zasilającego silnik [9], czy też uniezależnić w pewny stopniu charakterystyki napędu od stopnia rozładowania baterii zasilającej [], []. Jeśli przetwornica będzie iała ożliwość zwiększania napięcia, to ożna wykorzystać ją również do odzysku energii podczas haowania pojazdu [4]. W przypadku silników wysokoobrotowych, gdzie częstotliwość sygnału PWM jest porównywalna z częstotliwością przełączania uzwojeń, jest to jedyny sensowny układ regulacji prędkości obrotowej [6]. Wadą przedstawianego rozwiązania, oprócz wzrostu kosztów i nieznacznie stopnia skoplikowania całego układu, oże być fakt, że prąd przepływa przez kolejny eleent indukcyjny, co oże generować dodatkowe straty koutacyjne w silniku. W literaturze spotykane są również inne, niej popularne topologie układu zasilania silników PM BL, np. o topologii półostka [8], topologii C-dup [5] i przekształtnika atrycowego [7] czy o topologii falownika o zredukowany układzie połączeń [], [2], gdzie jedna z faz dołączona jest do punktu środkowego zasilania. Badania w dalszej części artykułu będą dotyczyć struktury przedstawionej na rysunku, gdzie regulator napięcia wykonano w postaci przetwornicy obniżającej. Jej scheat oraz scheat koutatora elektronicznego pokazano na rysunku 2, natoiast na rysunku 3 sygnały kodujące położenie wirnika oraz sygnały sterujące tranzystorai koutatora. + U N - i IN ω ω R ω PI i R PI i d PWM RE u KE T-T6 ik M ω i generator {H A, H B, H C } Rys.. Struktura układu sterowania, wykorzystywana w badaniach syulacyjnych (RE regulator napięcia, KE koutator elektroniczny, generator układ wyznaczania sygnałów sterujących tranzystorai KE, w zależności od położenia wirnika)
3 Rys. 2. Budowa wewnętrzna regulatora napięcia a) i koutatora elektronicznego b) T a) b) H A T 4 H B T 3 T 6 H C 3 2 π π 2 π 2π θe [rad] T 5 T 2 3 2 π π 2 π 2 π θe [rad] faza B faza A faza C Rys. 3. Przebieg sygnałów kodujących położenie wirnika a) oraz sterujących tranzystorai b) 3. WYBRANE RODZAJE USZKODZEŃ W artykule rozważane są następujące rodzaje uszkodzeń (w nawiasie podano opis typu uszkodzenia stosowany w dalszej części pracy w podpisach rysunków): brak przewodzenia pojedynczego tranzystora, na przykładzie tranzystora T 5 (ot5), brak przewodzenia dwóch tranzystorów z grupy górnej, na przykładzie T 3 i T 5 (ot35), brak przewodzenia dwóch tranzystorów z różnych faz, jeden z grupy górnej i jeden z dolnej, na przykładzie T 5 i T 6 (ot56), stała wartość wyjściowa sygnału czujnika położenia wirnika, równa wartości logicznej, na przykładzie czujnika fazy C (H C = ), brak przewodzenia tranzystora T pg z przetwornicy / (otpg), ciągłe przewodzenie tranzystora T pg (stpg). Syulacja uszkodzeń tranzystorów polega na wyuszeniu odpowiednich sygnałów sterujących logicznego w przypadku braku sterowania i logicznej w przypadku syulowania trwałego zwarcia. Zakłada się przy ty, że dioda zwrotna powiązana z tranzystore jest sprawna. Syulacja uszkodzeń czujników położenia wirnika polega na zaianie sygnału oryginalnego sygnałe o stałej wartości logicznej ( lub,
3 w zależności od wybranego typu uszkodzenia). Uszkodzenia przeijające, chwilowe, innych typów lub innych eleentów napędu (łożysk, kondensatora C, agnesów na wirniku) nie były rozpatrywane. 4. WYNIKADAŃ SYMULACYJNYCH Badania syulacyjne zostały przeprowadzone w pakiecie Matlab/Siulink, z wykorzystanie przybornika (toolboksu) SiPowerSystes zawierającego odele łączników tranzystorowych, silnika, itp. Jako etodę całkowania wybrano etodę ode z krokie obliczeń 5 µs. W syulacjach wykorzystano odel biblioteczny silnika synchronicznego o agnesach trwałych, sparaetryzowany do pracy w roli silnika PM BL, tj. z siłą elektrootoryczną o kształcie trapezowy. Przyjęto następujące paraetry znaionowe trójpasowego silnika PBL86-8: napięcie U N = 48 V, prąd I N = A, prędkość obrotowa (echaniczna) ω = 3 obr/in, rezystancja i indukcyjność na zaciskach (dwóch faz połączonych szeregowo), odpowiednio, Ω i 7 µh, stała oentu k t =, N/A, liczba par biegunów p = 4. Założono, że oent bezwładności J aszyny stanowi dwukrotność oentu bezwładności J s saego wirnika (J s = 2, 4 kg 2 ). Ponadto arbitralnie przyjęto ograniczanie prądów zadanych do poziou 2,5 I N oraz następujące eleenty przetwornicy dławik o indukcyjności L = 6 µh, kondensator o pojeności C = 94 µh, częstotliwość pracy f = 5 khz. profil prędkości [p.u.].8.6.4.2.5..5.2.25.3.35.4.45.5 profil prędkości oent uszkodzenia profil oentu oporowego.8.6.4.2 profil oentu oporowego [p.u.] Rys. 4. Profile zadanej prędkości i oentu obciążenia (odniesione do wartości znaionowych) Badania wpływu uszkodzeń wykonano dla przypadku kaskadowego układu regulacji prędkości, z nadrzędny regulatore prędkości obrotowej typu PI i podrzędny regulatore prądu i typu PI (jak na rys. ). Na rysunku 4 przedstawiono profil prędkości zadanej oraz oentu obciążenia, dla testowanej trajektorii. Wartości podane są w jednostkach względnych, wielkości fizyczne odniesione są do wartości znaiono-
32 wych silnika. Badane uszkodzenie uaktywniano w chwili t =,35 s, gdy napęd pracował w stanie ustalony z prędkością noinalną i znaionowy obciążenie. Rozważane uszkodzenia (poza otpg i stpg) powodują, że cyklicznie występuje przerwa w zasilaniu uzwojeń stojana, przez co zniejsza się średnia wartości napięcia stojana silnika. To z kolei bezpośrednio rzutuje na ożliwe do uzyskania (utrzyania) wartości prędkości obrotowej. Okresowa przerwa w zasilaniu uzwojeń powoduje okresowy zanik prądu wejściowego silnika, generowanego oentu elektroagnetycznego i w konsekwencji pulsacje prędkości obrotowej. Trajektorie tej ostatniej, dla badanych przypadków, pokazano na rysunku 5. Wskazują one na ożliwość dalszej pracy z zadaną prędkością w przypadku uszkodzenia pojedynczego eleentu, a w pozostałych wariantach po obniżeniu prędkości obrotowej napędu. W tabeli pokazano powiększony obszar zian prędkości obrotowej tuż po wystąpieniu badanych uszkodzeń. ω, ω si [obr/in] ω 3 ω si 25 ot5 ω si 2 ot56 ω si 5 H C = ω si ot35 5 ω si otpg ω si stpg..2.3.4.5.6.7.8.9 ω si sprawny Rys. 5. Porównanie prędkości obrotowych po wystąpieniu uszkodzeń różnych typów w chwili t =,35 s W tabeli zestawiono wybrane sygnały dostępne w układzie sterowania, dla układu sprawnego oraz różnych uszkodzeń. Wystąpienie uszkodzenia powoduje znaczące ziany w kształcie prądów fazowych, gdyż wskutek braku przewodzenia tranzystorów prąd przestaje płynąć. Najłatwiej ożna to zauważyć po zianie kształtu hodografu wektora prądów fazowych, który przyjuje charakterystyczną postać w zależności od typu uszkodzenia. Prezentowane tutaj wyniki są zgodne z kształtai hodografów zarejestrowanyi w rzeczywisty napędzie, przy sterowaniu z regulacją napięcia bezpośrednio w koutatorze elektroniczny [2], [4]. Jedynie prezentowany tu przypadek uszkodzenia ot35 różni się nieco od spodziewanego, prawdopodobnie z uwagi na wysokie wartości prądów płynących przez diody zwrotne. W badanej strukturze układu sterowania brak jest ożliwości kontroli każdego prądu fazowego z osobna. Koutator elektroniczny załącza tranzystory wg ustalonego scheatu. Stąd też wysokie wartości prądów fazowych, zwłaszcza po wystąpieniu uszkodzenia typu H C =. W przypadku poiaru prądów fazowych i ich regulacji bezpośrednio w strukturze koutatora elektronicznego (w klasyczny sposobie sterowania silnika
33 PM BL) istnieje ożliwość ograniczania aplitud prądów fazowych do bezpiecznych wartości, szczególnie przy wykorzystaniu regulatorów histerezowych prądów. Tabela. Wykresy ilustrujące zachowanie się napędu bezpośrednio po uaktywnieniu uszkodzenia Hodograf wektora prądów fazowych iβ = f(iα) Prądy fazowe ia, ib, ic 2 4 3 si -5-5 9 β ic i, is A B C i,i, 5 ib ω, ω [obr/in] 2 ia - - 8-5.39.4.4.42.43-2 -2.42.44.45 7-6 α.4.4.42.43.44 β -.4.4.42.43.44.45.36-5 -5.38 5-4 ω ω.34 α 6 si ω 3 295 29 285.36 28.38.34.36.38 6 5 3 3 ω 29 ωsi β i, is 2 ia ib ic -4, ωsi [obr/in] 4 2-2 i isi ω 4-2 28 27 26 25 24-4 23-6.34.36-5 -5.38 5-6.34 α 6.36 22.38.34 5 5.36.38 35 3-2 ω i ia -6, ωsi [obr/in] β i, is 2 A B C i,i, ot56 4-4 isi ib ic.34.36-5 -5.38 5-5.34 α 295 29 285 28 275 27 265.36 26.38 ω ωsi.34 5.36.38 8 32 6 3 - ic.34-2 i -4 si i.36.38 - -5 α 5 5-8 26 24 22 ω ωsi 2-6 -5-5 28 ω ib -5 ia 2 i, is β - 4 5 5 A B C i,i, HC =, ωsi [obr/in] 5-5.46-3 ic A B C.39 35 si i -2 ib i,i,.46 i i, is A B C i,i, ot5 ia ot35.45 4 2.34 2996 299.39 3-5 2998 5 3 2992 2.46 5 32, ωsi [obr/in].48 34 2994-5 -2 si ω 36 ω 38 isi 5 5 3 i 2 5 Sprawny Prędkość obrotowa echaniczna ω Prąd wejściowy silnika i.34.36.38 8.34.36.38
34 Prądy fazowe i A, i B, i C Hodograf wektora prądów fazowych i β = f(i α ) Prąd wejściowy silnika i Prędkość obrotowa echaniczna ω otpg i A,i B,i C [A] 2 5 5-5 - -5 i A i B i C i β [A] 5 5-5 - i, si 3 25 2 5 5 i si i ω, ω si [obr/in] 32 3 28 26 24 22 2 8 ω ω si -2.34.36.38-5 -5 - -5 5 5 α -5.34.36.38 6.34.36.38 stpg i A,i B,i C [A] 3 2 - -2 i A i B i C i β [A] 4 3 2 - -2-3 i, si 3 2 - -2 i si i ω, ω si [obr/in] 325 32 35 3 35 3 295 29 285 ω si ω -3.34.36.38-4 -4-2 2 4 α -3.34.36.38 28.34.36.38 W przypadku uszkodzeń tranzystorów w przetwornicy /, brak przewodzenia tranzystora T pg spowoduje rozładowanie kondensatora C i w konsekwencji brak zasilania koutatora elektronicznego i nieożność utrzyania prędkości zadanej. Jeżeli silnik w dalszy ciągu obciążony będzie czynny oente oporowy, to pod jego wpływe zacznie się obracać w przeciwną stronę. Jeżeli tranzystory koutatora elektronicznego będą odpowiednio sterowane, to silnik będzie wytwarzał oent haujący i prędkość napędu ustali się, jak na rysunku 5. W przeciwny wypadku, przy braku lub nieodpowiedni sterowaniu tranzystorów, to silnik, napędzany oente obciążenia, rozbiegnie się, co grozi jego fizyczny uszkodzenie. Może również dojść do trwałego uszkodzenia tranzystora T pg, w ten sposób, że przewodzi ciągle prąd, niezależnie od sygnału sterującego. Jeśli drugi z tranzystorów przetwornicy będzie pracował noralnie, to cyklicznie będzie dochodziło do zwierania źródła zasilania, stąd prąd pobierany przez przetwornicę będzie osiągał olbrzyie aplitudy (rys. 6). Taki przebieg uzyskany w syulacjach w układzie rzeczywisty nie będzie realizowalny próba zwarcia źródła energii powinna skutkować zadziałanie zabezpieczeń (np. bezpieczników) i odłączenie elektroniki od zasilania, po czy cały napęd zachowuje się w sposób opisany w poprzedni punkcie. Przy braku zabezpieczenia zwarciowego pobór prądu (rys. 6) ze źródła energii, które nie jest do tego przystosowane, grozi jego zniszczenie, a w niektórych przypadkach również pożare. W badaniach podjęto również próbę analizy widowej prądów fazowych. W ty celu rejestrowano kolejne próbki przez czas s od oentu wystąpienia uszkodzenia, a następnie wykonano transforatę FFT oraz obliczono oduł wida prądów fazo-
35 wych. Wyniki zebrano na rysunku 7. Na rysunku 7a pokazano szerszy zakres wida, natoiast w pozostałych przypadkach jedynie początkowy obszar, gdyż w ty zakresie występuje najwięcej zian i są one najbardziej widoczne. Rysunki 7a, b dotyczą sprawnego układu. Gdyby przebieg prądu fazowego iał idealny kształt prostokątny, to jego wido zawierałoby jedynie nieparzyste wielokrotności (oprócz wielokrotności trzecich) podstawowej haronicznej o częstotliwości f, określonej na podstawie prędkości obrotowej wirnika wg zależności (). 25 2 i IN si i IN s 5 5 2-5.55.55.2.4.6.8 Rys. 6. Przebieg prądu wejściowego regulatora napięcia w przypadku uszkodzenia typu stpg ω [obr/in] f [Hz] = p () 6 gdzie: ω prędkość obrotowa wirnika, p liczba par biegunów. W sprawny (syetryczny) układzie występują jedynie wielokrotności haronicznej o częstotliwościach (6n ± ) f, dla n {,, 2,...}. W przypadku wystąpienia uszkodzeń w strukturze koutatora elektronicznego (tranzystorów T T 6, czujników H A, H B, H C, zarówno pojedynczych, jak i wielokrotnych uszkodzeń), syetria zasilania zostaje zaburzona i w związku z ty pojawia się w sygnałach prądów fazowych składowa stała, a w widie pojawiają się parzyste wielokrotności częstotliwości podstawowej (, 2,,4, 6, ) oraz brakujące nieparzyste wielokrotności (3, 9, ). Wybrane przykłady zaieszczono na rysunkach 7c f. W przypadkach, w których napęd nie jest w stanie utrzyać zadanej prędkości obrotowej, następuje ziana położenia prążka o częstotliwości podstawowej. Warto zauważyć, że takie postacie wid uzyskano również w badaniach eksperyentalnych na rzeczywisty silniku, zasilany z falownika pełniącego rolę koutacyjną i regulacyjną Dla przykładu na rysunku 8 przedstawiono wida aplitudowe prądów fazowych uzyskane podczas pracy nieobciążonego silnika z prędkością 9 obr/in, zarejestrowane na stanowisku laboratoryjny [3]. W przypadku braku przewodzenia tranzystora T pg w przetwornicy następuje zatrzyanie napędu, stąd wynika przebieg z rysunku 7g. Z kolei ciągłe przewodzenie tranzystora T pg nie wprowadzało w syulacji widocznych zian, stąd wido prądów w ty przypadku (rys. 7h) w zasadzie nie różni się od wida prądów sprawnego napędu.
36 a) 2 b) 5 4, - -2-3 -4-5 5 5 2, 3 2 - -2 2 4 6 8 2 4 c) 5 4 d) 5 4, 3 2, 3 2 - - -2 2 4 6 8 2 4-2 2 4 6 8 2 4 e) 5 4 f) 5 4, 3 2, 3 2 - - -2 2 4 6 8 2 4-2 2 4 6 8 2 4 g) 3 2 h) 5 4, - -2-3, 3 2-4 - -5 2 4 6 8 2 4-2 2 4 6 8 2 4 Rys. 7. Wido aplitudowe prądów fazowych dla różnych przypadków pracy napędu: a), b) sprawny układ oraz dla uszkodzeń typu c) ot5, d) ot35, e) ot56, f) H C =, g) otpg, h) stpg
37 a) b) c) d) Rys. 8. Wida aplitudowe prądów fazowych dla różnych przypadków pracy nieobciążonego napędu: a) sprawny układ oraz dla uszkodzeń typu b) ot5, c) ot56, d) H C =, zarejestrowane na stanowisku laboratoryjny a) 2 I -2-4 b) 2 I -2-4 c) 2 I -2-4 d) 2 I -2-4 sprawny I.2.4.6.8.2.4.6.8 2 2.2 2.4 2.5 f [khz] ot5 I.2.4.6.8.2.4.6.8 2 2.2 2.4 2.5 f [khz] ot56 I.2.4.6.8.2.4.6.8 2 2.2 2.4 2.5 f [khz] H =.2.4.6.8.2.4.6.8 2 2.2 2.4 2.5 f [khz] Rys. 9. Wido aplitudowe prądu i dla różnych przypadków pracy napędu Dla tego saego przedziału czasowego przeanalizowano również postać wid aplitudowych prądu wejściowego przekształtnika (prądu i na scheacie na rys. ). Analiza taka jest korzystna, gdyż w rozważany układzie sterowania nie a potrzeby poiaru prądów fazowych, a prąd wejściowy przekształtnika i jest dostępny dla
38 układu regulacji i detekcji uszkodzeń. Wynik analizy dla wybranych typów uszkodzeń przedstawiono na rysunku 9. Prąd i charakteryzuje się dużą składową stałą w każdy przypadku, gdyż jest to prąd pobierany przez silnik. W sprawny napędzie występują dodatkowo ziany (chwilowy spadek) wartości prądu podczas przełączania faz, czyli 6 razy w ciągu okresu dla trójfazowego silnika. Stąd w sprawny napędzie w widie prądu i ocno widoczne są częstotliwości 6f n. W przypadku wystąpienia uszkodzeń tranzystorów bądź czujnika położenia wirnika, następuje okresowy zanik tego prądu (por. tab. ), co skutkuje pojawienie się częstotliwości f i jej kolejnych wielokrotności w widie aplitudowy prądu i. 5. PODSUMOWANIE W artykule poddano badanio kaskadowy układ sterowania prędkości i prądu wejściowego dla silnika PM BL, z wykorzystanie wejściowego regulatora napięcia (przetwornicy /). Użycie tego dodatkowego eleentu oże być w przypadkach niektórych napędów korzystne z uwagi np. na ograniczenie strat. Dlatego też konieczna jest analiza zachowania się napędu w przypadku wystąpienia uszkodzeń różnych typów. Badania syulacyjne wykazały podobieństwo wyników uzyskanych w prezentowanej strukturze układu sterowania z wynikai wcześniej uzyskanyi [3], [4]. Prezentowana topologia jednakże a jedna istotną wadę uszkodzenie tranzystora ocy w wejściowy regulatorze napięcia powoduje odcięcie napędu od źródła zasilania, co oże być niedopuszczalne np. w pojazdach elektrycznych. Można teu zaradzić, rozbudowując strukturę układu zasilania, by po wykryciu uszkodzenia tego eleentu przełączył się do trybu pracy z regulacją napięcia w koutatorze elektroniczny, który zostanie dołączony bezpośrednio do źródła zasilania, z poinięcie uszkodzonego regulatora. LITERATURA [] BYOUNG-KUK L., TAE-HYUNG K., EHSANI M., On the feasibility of four-switch three-phase BL otor drives for low cost coercial applications: topology and control, IEEE Transactions on Power Electronics, 23, Vol. 8, 64 72. [2] FANG J., LI W., LI H., XU X., Online Inverter Fault Diagnosis of Buck-Converter BL Motor Cobinations, IEEE Transactions on Power Electronics, 25, Vol. 3, No. 5, 2674 2688. [3] ISERMANN R., Fault-Diagnosis Systes. An Introduction fro Fault Detection to Fault Tolerance, Springer-Verlag, Berlin Heidelberg 26. [4] JAKUBIEC B., Napęd pojazdu elektrycznego z wielofazowy silnikie synchroniczny z agnesai trwałyi, Przegląd Elektrotechniczny, 25, nr 2, 25 28. [5] JIBIN ZOU, KAI LIU, JIANHUI HU, JUNLONG LI, A Modified C-Dup Converter for BL Machine Used in a Flywheel Energy Storage Syste, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 47, No., 475 478.
39 [6] MAKIEŁA D., TOMASZCZYK T., Bezczujnikowe sterowanie silnika wysokoobrotowego PM BL przy poocy etody bazującej na napięciach iędzyfazowych, Przegląd Elektrotechniczny, 24, nr 4, 92 96. [7] KRYKOWSKI K., Silnik PM BL w napędzie elektryczny. Analiza, właściwości, odelowanie, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice 2. [8] KRYKOWSKI K., BODORA A., Properties of the Electronic Coutator Designed for Two Zone Operation of PM BL Motor Drive, IEEE International Syposiu on Industrial Electronics ISIE 25, 25, 77 82. [9] KUMAR C.S., KUMAR N.S., RADHIKA P., Torque ripple iniization in BL otor using - sepic converter, Przegląd Elektrotechniczny, 24, nr 9, 46 5. [] SIKORA A., ZIELONKA A., Układ zasilania silnika BL z uwzględnienie, specyfiki napędu pojazdu drogowego, Zeszyty Probleowe Maszyny Elektryczne, 22, nr 96, 7. [] SIKORA A, ZIELONKA A., Ograniczenie strat ocy w silniku BL wynikających z pulsacji prądu zasilania, Zeszyty Probleowe Maszyny Elektryczne, 2, nr 9, 25 22. [2] SKÓRA M., Praca napędu z silnikie PM BL w warunkach awarii tranzystora koutatora elektronicznego, XII Konferencja Naukowa Sterowanie w Energoelektronice i Napędzie Elektryczny SENE 25, 25, 6. [3] SKÓRA M., KOWALSK.T., Analiza wpływu wybranych uszkodzeń sterownika silnika PM BL na wida prądów fazowych, Maszyny Elektryczne. Zeszyty Probleowe, 25, nr 8, 7 3. [4] SKÓRA M., KOWALSK.T., Analiza wpływu uszkodzeń czujników na pracę napędu z silnikie PM BL, Maszyny Elektryczne. Zeszyty Probleowe, 24, nr 4, 37 42. [5] LAI Y.S., LIN Y.K., Assessent of Pulse-Width Modulation Techniques for Brushless Motor Drives, Conference Record of the 26 Industry Applications Conference, 26, Vol. 4, 629 636. ANALYSIS OF INFLUENCE OF SELECTED FAULTS ON PM BL MOTOR DRIVE IN SUPPLY SYSTEM WITH EXTERNAL VOLTAGE REGULATOR. SIMULATION RESEARCH The paper presents a siulation test cascade control syste of PM BL otor speed with subordinated current control loop. Tests had been perfored in Matlab/Siulink in the case when an external voltage regulator is a source for electronics coutator. In this case it has the only role of the coutation, according to the nae. The work presents the influence of soe faults on wavefors of the phase currents, supply otor current and otor speed. To assess the state also proposed hodograph s analysis of the spatial vector of stator currents and an analysis of spectra current aplitude. Selected results of siulation research have been presented.