Analysis of chosen IGBT faults diagnostic variables in AC/DC line-side converter

• Autorzy: Sobański P. , Orłowska-Kowalska T.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2016.05.13

Warianty tytułu

PL

Analiza wybranych zmiennych diagnostycznych stosowanych do wykrywania uszkodzeń tranzystorów IGBT w przekształtniku sieciowym AC/DC

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

In this paper single IGBT open-circuit faults symptoms analysis in the voltage-oriented-controlled AC/DC converter has been carried out. In accordance with the research, chosen diagnostic signals have been selected and diagnostic variables have been defined in order to evaluate transistor faults diagnostic methods. A main goal of this article was to test and confirm an effectiveness of chosen well-known diagnosis techniques for single-switch IGBT open-circuit faults in the two-level three-phase voltage inverters, in case of a reversible AC/DC line side converter, even under asymmetric power supply. Presented results have a comparative character and they have been verified by simulation model of the AC/DC converter control structure based on a measured or an estimated grid voltage.

PL

W artykule przedstawiono wybrane symptomy uszkodzeń tranzystorów IGBT, polegających na braku przewodzenia prądu, w przekształtniku energoelektronicznym AC/DC sterowanym metodą orientacji wektora prądu względem wektora mierzonego lub estymowanego napięcia sieci. Wyselekcjonowano sygnały diagnostyczne oraz zdefiniowano zmienne diagnostyczne, na podstawie których sformułowano reguły umożliwiające identyfikację uszkodzonych tranzystorów prostownika. Głównym celem pracy było zbadanie możliwości implementacji w układach przekształtnikowych AC/DC o dwukierunkowym przepływie energii znanych metod diagnostyki awarii tranzystorów dwupoziomowego falownika napięcia, również w warunkach asymetrii sieci zasilającej prostownik. Przedstawione wyniki badań mają charakter porównawczy i zostały uzyskane za pomocą symulacyjnych modeli przekształtnika AC/DC zarówno w układzie regulacji z pomiarem jak i estymacją napięć sieci zasilającej.

Słowa kluczowe

EN

AC/DC line-side converter; condition monitoring; open-circuit fault

PL

przekształtnik sieciowy AC/DC; diagnostyka uszkodzeń; tranzystor IGBT

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2016
• Tom: R. 92, nr 5
• Strony: 66--71
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sobański P.

• Wrocław University of Technology, Department of Electrical Machines, Drives and Measurements, ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 57-370 Wrocław

autor

Orłowska-Kowalska T.

• Wrocław University of Technology, Department of Electrical Machines, Drives and Measurements, ul. Wybrzeże Wyspiańskiego 27, 57-370 Wrocław

Bibliografia

• [1] Malinowski M., Kazmierkowski M. P., Trzynadlowski A. M., A Comparative Study of Control Techniques for PWM Rectifiers in AC Adjustable Speed Drives, IEEE Trans. on Pow. Electr., 18 (2003), n.6, 1390-1396
• [2] Knapczyk M., Nonlinear control strategies of AC/DC line-side converters using sliding-mode approach, Ph.D. Thesis, Wroclaw University of Technology (2004)
• [3] Lee D. C., Lim D. S., AC Voltage and Current Sensorless Control of Three-Phase PWM Rectifiers, IEEE Trans. on Pow. Electr., 17 (2002), n.6, 883-890
• [4] Yang S, Xiang D., Bryant A., Mawby P., Ran L., Tavner P., Condition Monitoring for Device Reliability in Power Electronic Converters: A Review, IEEE Trans. on Power Electronics, 25 (2010), n.11, 2734–2752
• [5] Alavi M., Wang D., Luo M., Short-Circuit Fault Diagnosis for Three-Phase Inverters Based on Voltage-Space Patterns, IEEE Trans. on Industrial Electronics, 61 (2014), n.5, 5558-5569
• [6] Sleszynski W., Nieznanski J., Cichowski A., Open-Transistor Fault Diagnostics in Voltage-Source Inverters by Analyzing the Load Currents, IEEE Trans. on Industry Appl., 56 (2009), n.11, 4681–4688
• [7] Alavi M., Luo M., Wang D., Bai H., IGBT fault detection for three phase motor drives using neural networks, 17th Conf. on Emerging Technol. and Factory Autom., (2012), 1-8
• [8] Campos-Delgado D.U., Pecina-Sánchez J.A., Rivelino Espinoza-Trejo D., Román Arce-Santana E., Diagnosis of open-switch faults in variable speed drives by stator current analysis and pattern recognition, IET Electric Pow. Appl., (2013), n.7, 509-522
• [9] An Q., Sun L., Sun L., Current Residual Vector-Based Open-Switch Fault Diagnosis of Inverters in PMSM Drive Systems, IEEE Trans. on Pow. Electron., (2015), n.5, 2814-2827
• [10] Estima J.O., Marques Cardoso A.J., A New Algorithm for Real-Time Multiple Open-Circuit Fault Diagnosis in Voltage-Fed PWM Motor Drives by the Reference Current Errors, IEEE Trans. on Ind. Electron., (2013), n.8, 3496-3505
• [11] Rivelino Espinoza-Trejo D., Campos-Delgado D.U., Bossio G., Bárcenas E., Hernández-Díez J.E., Lugo-Cordero L.F., Fault diagnosis scheme for open-circuit faults in field-oriented control induction motor drives, IET Pow. Electron., (2013), n.5, 869-877
• [12] Orlowska-Kowalska T., Sobanski P., Simple diagnostic technique of a single IGBT open-circuit faults for a SVM-VSI vector controlled induction motor drive, Bull. of the Pol. Acad. of Sci. Tech. Sci., 63 (2015), n.1, 281–288
• [13] Lu B., Sharma S.K., A literature review of IGBT fault diagnostic and protection methods for power inverters, IEEE Trans. on Ind. Appl., 45 (2009), n.5, 1770–1777
• [14] Estima J.O., Freire N. M. A., Cardoso A. J. M., Recent advances in fault diagnosis by Park's vector approach, IEEE Workshop on Electr. Mach. Des. Control and Diagn., (2013), 279-288
• [15] Sobanski P., Orlowska-Kowalska T., Simple transistors fault localization algorithm for voltage inverter-fed induction motor drive (in Polish), Scientific Papers of the Institute of Electrical Machines, Drives and Measurements of the Wrocław University of Technology. Studies and Research, 34 (2014), 76-85
• [16] Rothenhagen K., Fuchs F. W., Performance of diagnosis methods for IGBT open circuit faults in voltage source active rectifiers, IEEE 35th Ann. Conf. of Pow. Electr. Spec., 6 (2004). 4348-4354
• [17] Freire N. M. A., Estima J. O., Cardoso A. J. M., A voltagebased approach for open-circuit fault diagnosis in voltage-fed SVM motor drives without extra hardware, 20th Int. Conf. on Electr. Machine, (2004), 2378-2383

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę.