Регулирование тока в многофазных двигателях с расщеплёнными обмотками при обрыве цепи управления силовым ключом
Аннотация
Эксплуатация электрических и гибридных электрических самолетов и беспилотных летательных аппаратов требует наличие отказоустойчивых двигательных установок, способных обеспечить питание на винтах самолета в случае частичной неисправности двигателя или силового преобразователя. Использование многофазных двигателей с расщеплёнными обмотками позволяет продолжать работу при частичном отказе с уменьшенным крутящим моментом, с пульсациями или без них в зависимости от используемой стратегии управления. Оптимальных профилей регулирования тока для таких случаев пока не существует.
Предложено аналитическое решение для регулирования тока в трех- и пятифазных двигателях с разомкнутой обмоткой при обрыве одного силового ключа тягового инвертора. Результаты моделирования демонстрируют работу предлагаемой стратегии регулирования тока в работоспособном состоянии и после частичного отказа. Приведённые методы регулирования тока можно использовать для компенсации влияния обрыва фазы на формирование крутящего момента в многофазных двигателях с расщеплёнными обмотками. Предложенные стратегии регулирования тока позволяют реализовать отказоустойчивое управление трех- и пятифазными двигателями с расщеплёнными обмотками.
Литература
Bolam R.C., Vagapov Y., Anuchin A. A Review of Electrical Motor Topologies for Aircraft Propulsion // Proc. 55th Intern. Universities Power Eng. Conf. Turin, 2020. Pp. 1—6.
Sun X. e. a. Self-adaptive Fault-tolerant Control of Three-phase Series-end Winding Motor Drive // IEEE Trans. Power Electronics. 2022. V. 37(9). Pp. 10939—10950.
Lei J. e. a. A Dual Inverter Topology With Quasi-isolated Power Supplies for More Electric Aircraft Applications // IEEE Trans. Power Electronics. 2023. V. 38(3). Pp. 2889—2895.
Darijevic M., Jones M., Dordevic O., Levi E. Decoupled PWM Control of a Dual-inverter Four-level Five-phase Drive // IEEE Trans. Power Electronics. 2017. V. 32(5). Pp. 3719—3730.
Lim G.C., Choi H.-G., Ha J.-I. Single Phase Commutation Control of Open-end Winding PMSM Fed by Single DC-link Dual Inverter // Proc. 2019 X Intern. Conf. Power Electronics and ECCE Asia. Busan, 2019. Pp. 253—2537.
Anuchin A. e. a. Increasing Output Torque by Means of Space Vector Current Regulation in an Open-end Winding AC Electrical Machine // Proc. XI Intern. Conf. Electrical Power Drive Systems (ICEPDS). St. Petersburg, 2020. Pp. 1—4.
Subotic I., Bodo N., Levi E. Single-phase On-board Integrated Battery Chargers for EVs Based on Multiphase Machines // IEEE Trans. Power Electronics. 2016. V. 31(9). Pp. 6511—6523.
Bodo N., Jones M., Levi E. A Space Vector PWM with Common-mode Voltage Elimination for Open-end Winding Five-phase Drives with a Single DC Supply // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2014. V. 61(5). Pp. 2197—2207.
Jiang C. e. a. A Novel Open- Circuit Fault Detection and Location for Open-end Winding PMSM Based on Differential-mode Components // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2022. V. 69(8). Pp. 7776—7786.
Kumar P.H., Lakhimsetty S., Somasekhar V.T. An Open-end Winding BLDC Motor Drive with Fault Diagnosis and Autoreconfiguration // IEEE J. Emerging and Selected Topics in Power Electronics. 2020. V. 8(4). Pp. 3723—3735.
Restrepo J.A. e. a. Switching Strategies for Fault Tolerant Operation of Single DC-link Dual Converters // IEEE Trans. Power Electronics. 2012. V. 27(2). Pp. 509—518.
Zhu B., Tan C., Farshadnia M., Fletcher J.E. Postfault Zero-sequence Current Injection for Open-circuit Diode/Switch Failure in Open-end Winding PMSM Machines // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2019. V. 66(7). Pp. 5124—5132.
Dianov A., Anuchin A. Phase Loss Detection Using Current Signals: a Review // IEEE Access. 2021. V. 9. Pp. 114727—114740.
Dianov A., Anuchin A. Phase Loss Detection Using Voltage Signals and Motor Models: a Review // IEEE Sensors J. 2021. V. 21(23). Pp. 26488—26502.
Hang J. e. a. Cost Function-based Open-phase Fault Diagnosis for PMSM Drive System with Model Predictive Current Control // IEEE Trans. Power Electronics. 2021. V. 36(3). Pp. 2574—2583.
Gonzalez-Prieto I., Duran M.J., Bermudez M., Barrero F., Martin C. Assessment of Virtual-voltage-based Model Predictive Controllers in Sixphase Drives Under Open-phase Faults. IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron. 2020. V. 8(3). Pp. 2634—2644.
Salehifar M. e. a. Fault Detection and Fault Tolerant Operation of a Five Phase PM Motor Drive Using Adaptive Model Identification Approach // IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron. 2014. V. 2(2). Pp. 212—223.
Dianov A., Anuchin A. Adaptive Maximum Torque per Ampere Control of Sensorless Permanent Magnet Motor Drives // Energies. 2020. V. 13(19). P. 5071
---
Для цитирования: Лашкевич М.М., Федорова К.Г., Юсеф Али, Кулик Е.С., Столяров Е.О., Анучин А.С., Остриров В.Н. Регулирование тока в многофазных двигателях с расщеплёнными обмотками при обрыве цепи управления силовым ключом // Вестник МЭИ. 2024. № 4. С. 11—20. DOI: 10.24160/1993-6982-2024-4-11-20
---
Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов
#
Bolam R.C., Vagapov Y., Anuchin A. A Review of Electrical Motor Topologies for Aircraft Propulsion // Proc. 55th Intern. Universities Power Eng. Conf. Turin, 2020. Pp. 1—6.
Sun X. e. a. Self-adaptive Fault-tolerant Control of Three-phase Series-end Winding Motor Drive // IEEE Trans. Power Electronics. 2022. V. 37(9). Pp. 10939—10950.
Lei J. e. a. A Dual Inverter Topology With Quasi-isolated Power Supplies for More Electric Aircraft Applications // IEEE Trans. Power Electronics. 2023. V. 38(3). Pp. 2889—2895.
Darijevic M., Jones M., Dordevic O., Levi E. Decoupled PWM Control of a Dual-inverter Four-level Five-phase Drive // IEEE Trans. Power Electronics. 2017. V. 32(5). Pp. 3719—3730.
Lim G.C., Choi H.-G., Ha J.-I. Single Phase Commutation Control of Open-end Winding PMSM Fed by Single DC-link Dual Inverter // Proc. 2019 X Intern. Conf. Power Electronics and ECCE Asia. Busan, 2019. Pp. 253—2537.
Anuchin A. e. a. Increasing Output Torque by Means of Space Vector Current Regulation in an Open-end Winding AC Electrical Machine // Proc. XI Intern. Conf. Electrical Power Drive Systems (ICEPDS). St. Petersburg, 2020. Pp. 1—4.
Subotic I., Bodo N., Levi E. Single-phase On-board Integrated Battery Chargers for EVs Based on Multiphase Machines // IEEE Trans. Power Electronics. 2016. V. 31(9). Pp. 6511—6523.
Bodo N., Jones M., Levi E. A Space Vector PWM with Common-mode Voltage Elimination for Open-end Winding Five-phase Drives with a Single DC Supply // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2014. V. 61(5). Pp. 2197—2207.
Jiang C. e. a. A Novel Open- Circuit Fault Detection and Location for Open-end Winding PMSM Based on Differential-mode Components // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2022. V. 69(8). Pp. 7776—7786.
Kumar P.H., Lakhimsetty S., Somasekhar V.T. An Open-end Winding BLDC Motor Drive with Fault Diagnosis and Autoreconfiguration // IEEE J. Emerging and Selected Topics in Power Electronics. 2020. V. 8(4). Pp. 3723—3735.
Restrepo J.A. e. a. Switching Strategies for Fault Tolerant Operation of Single DC-link Dual Converters // IEEE Trans. Power Electronics. 2012. V. 27(2). Pp. 509—518.
Zhu B., Tan C., Farshadnia M., Fletcher J.E. Postfault Zero-sequence Current Injection for Open-circuit Diode/Switch Failure in Open-end Winding PMSM Machines // IEEE Trans. Industrial Electronics. 2019. V. 66(7). Pp. 5124—5132.
Dianov A., Anuchin A. Phase Loss Detection Using Current Signals: a Review // IEEE Access. 2021. V. 9. Pp. 114727—114740.
Dianov A., Anuchin A. Phase Loss Detection Using Voltage Signals and Motor Models: a Review // IEEE Sensors J. 2021. V. 21(23). Pp. 26488—26502.
Hang J. e. a. Cost Function-based Open-phase Fault Diagnosis for PMSM Drive System with Model Predictive Current Control // IEEE Trans. Power Electronics. 2021. V. 36(3). Pp. 2574—2583.
Gonzalez-Prieto I., Duran M.J., Bermudez M., Barrero F., Martin C. Assessment of Virtual-voltage-based Model Predictive Controllers in Sixphase Drives Under Open-phase Faults. IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron. 2020. V. 8(3). Pp. 2634—2644.
Salehifar M. e. a. Fault Detection and Fault Tolerant Operation of a Five Phase PM Motor Drive Using Adaptive Model Identification Approach // IEEE J. Emerg. Sel. Topics Power Electron. 2014. V. 2(2). Pp. 212—223.
Dianov A., Anuchin A. Adaptive Maximum Torque per Ampere Control of Sensorless Permanent Magnet Motor Drives // Energies. 2020. V. 13(19). P. 5071
---
For citation: Lashkevich M.M., Fedorova K.G., Yousef Ali, Kulik E.S., Stolyarov E.O., Anuchin A.S., Ostrirov V.N. Current Regulation in Multiphase Open-end Winding Machines under Switch Open Circuit Fault. Bulletin of MPEI. 2024;4:11—20. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2024-4-11-20
---
Conflict of interests: the authors declare no conflict of interest
