کنترلر DTC ماشین القایی به صورت بهبود یافته در حالت قطع فاز برای کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا و توان بالا

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار گروه برق دانشکده فنی دانشگاه زنجان

2 کارشناس ارشد گروه برق دانشکده فنی دانشگاه زنجان

3 کلرشناس ارشد گروه برق دانشکده فنی دانشگاه زنجان

چکیده

هدف از مقاله، ارائه روشی کارآمد در کنترل ماشین القایی شش فاز، هنگام بروز خطای قطع فاز است. اصلی ترین مزیت استفاده از موتورهای القایی چند فازه، کاهش جریان عبوری از کلیدهای اینورتر آن نسبت به اینورتر های سه فاز می باشد؛ این موضوع باعث عدم نیاز به اینورترهای چند سطحی برای انتقال توان زیاد به موتور است. در بین تمام ماشین های چند فازه، موتور القایی شش فاز قفس سنجابی، به دلیل تشابهات بسیار آن به موتور القایی سه فاز، در دو زمینه نحوه مدل کردن این موتور بوسیله معادلات ریاضی و کنترل آن، بیشتر مورد توجه واقع میباشد.
در این پایان نامه از روش کنترل مستقیم گشتاور برای کنترل ماشین 6 فاز استفاده شده است. از آنجایی که در روش DTC استاندارد ماشین القایی شش فاز ریپل شار و گشتاور زیاد و هارمونیک های با دامنه بزرگ از مرتبه (6k±1) تولید می شود، در این پایان نامه از شیوه کنترلیای که بر مبنایDuty Cycle Control برای کاهش هارمونیک ها و تلفات، ریپل شار و گشتاور در روش کنترل مستقیم گشتاور ماشین القایی شش فاز ارائه شده است، استفاده شده است. علاوه بر این در این پایان نامه به جای استفاده ازروش های مرسوم در کنترل ماشین 6 فاز در هنگام قطع فاز، روشی کارآمد برای کنترل موتور هنگام بروز خطای قطع یک فاز برای حالت بهبود یافتهیDTC استاندارد ارائه شده که در کاربردهای دریایی و غیره مناسب است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Improved DTC of six-phase Induction machine in Phase fault in high power and high reliability aplication

نویسندگان [English]

  • A Taheri 1
  • m naghilu 2
  • H Masoumkhani 3
1 Associate Professor, Faculty of Engineering, Zanjan University
2 university ofZanjan
3 university of zanjan
چکیده [English]

In this research, a proper Duty Cycle Control method in Direct Torque Control (DTC) of six-phase induction machine in open phase mode is proposed. In conventional switching table DTC of six-phase induction machine, the torque and flux ripples are high and large harmonics by order (6𝑘±1) are produced. To overcome to this disadvantages a control method based on duty cycle control is used which produce less torque and flux ripples and harmonics losses. In this research, instead of using the common way to obtain new switching table in open phase mode, a new switching table is presented that can be combined to duty cycle method to achieve better results in open phase mode. In this method a simple and useful control method to calculate the duty cycle of each vector which is independent from machine parameters is used. Without considering the open phase fault, this technique has these advantages: less torque and flux ripples, independent from the load and speed changes, less current harmonics and almost sinusoidal shape, and zero power loss in (𝑧1−𝑧2) subspace. In addition, in open phase mode the results are acceptable and the machine continues to operate without speed drops. The simulation results presented in this paper show the preference of the proposed methods.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Six-phase machine
  • Duty cycle control method
  • Ripple reduction
[1] A. S. Abdel-Khalik, A. M. Massoud and S. Ahmed, "Nine-Phase Six-Terminal Induction Machine Modeling Using Vector Space Decomposition," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 66, no. 2, pp. 988-1000, Feb. 2019.
[2] V. F. M. B. Melo, C. B. Jacobina, N. Rocha and E. R. Braga-Filho, "Fault Tolerance Performance of Two Hybrid Six-Phase Drive Systems Under Single-Phase Open-Circuit Fault Operation," in IEEE Transactions on Industry Applications, vol. 55, no. 3, pp. 2973-2983, May-June 2019.
[3] M. H. Holakooie, M. Ojaghi and A. Taheri, "Direct Torque Control of Six-Phase Induction Motor With a Novel MRAS-Based Stator Resistance Estimator," in IEEE Transactions on Industrial Electronics, vol. 65, no. 10, pp. 7685-7696, Oct. 2018.
[4] M. H. Holakooie, M. Ojaghi and A. Taheri, "Modified DTC of a Six-Phase Induction Motor With a Second-Order Sliding-Mode MRAS-Based Speed Estimator," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 34, no. 1, pp. 600-611, Jan. 2019.
[5] W. Sleszynski, J. Nieznanski, and A. Cichowski, “Open-transistor fault diagnostics in voltage-source inverters by analyzing the load currents,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 56, no. 11, pp. 4681–4688, Nov. 2009.
[6] J. O. Estima and A. J. M. Cardoso, “A new algorithm for real-time multiple open-circuit fault diagnosis in voltage-fed PWM motor drives by the reference current errors,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 60, no. 8, pp. 3496–3505, Aug. 2013.
[7] H. Che , E. Levi, M. Jones , H. Ping and N. A. Rahim, "Current Control Methods for an Asymmetrical Six-phase Induction Motor Drive," IEEE.Trans. Power.Electron, vol. 27, no. 1, pp. 407-417, 2014.
[8] B. Lu and S. Sharma, “A literature review of IGBT fault diagnostic and protection methods for power inverters,” IEEE Trans. Ind. Appl., vol. 45, no. 5, pp. 1770–1777, Oct. 2009.
[9] X. Wang, Z. Wang, Z. Xu, M. Cheng, W. Wang and Y. Hu, "Comprehensive Diagnosis and Tolerance Strategies for Electrical Faults and Sensor Faults in Dual Three-Phase PMSM Drives," in IEEE Transactions on Power Electronics, vol. 34, no. 7, pp. 6669-6684, July 2019.
[10] I.Gonz´alez-Prieto, M.J.Duran, N.Rios-Garcia, F.Barrero, and C.Mart´ın, “Open-switch fault detection in five-phase induction motor drives using model predictive control,” IEEE Trans. Ind. Electron., vol. 65, no. 4, pp. 3045–3055, Apr. 2018.
[11] M. Bermudez, I. Gonz´alez-Prieto, F. Barrero, H.Guzman, X.Kestelyn, and M. J. Duran, “An experimental assessment of open-phase fault-tolerant virtual-vector-based direct torque control in five-phase induction motor drives,” IEEE Trans. Power Electron., vol.33, no.3, pp.2774–2784, Mar. 2018.
[12] Y. Zhao and T. Lipo, "Space vector PWM control of dual three-phase induction machine using vector space decomposition," IEEE.Trans.Ind.App, vol. 31, no. 5, pp. 1100-1109, 1995.
[13] Y. Zhao, Thomas A. Lip0, “MODELING AND CONTROL OF A MULTI-PHASE INDUCTION MACHINE WITH STRUCTURAL UNBALANCE,” IEEE Trans. Energy Conversion, Vol. 11, No. 3, Part1, September 1996.
[14] H. S. Che, E. Levi, M. Jones, W. P. Hew and N. A. Rahim, “Current Control Methods for an Asymmetrical Six-Phase Induction Motor Drive,” in IEEE Transactions on Power Electronics, vol.29, no.1, pp.407-417, Jan. 2014.
[15] A. A. Pujol, “Improvements in Direct Control of Induction Motors”, Ph.D. Thesis, Catalonia University of Thechnology, 2000.
[16] H. Masoumkhani and A. Taheri, "PI regulator-Based Duty Cycle Control to Reduce Torque and Flux Ripples in DTC of Six-phase Induction Motor," in IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics. Early Access.