[논문]2상 여자 구동용 전압형 인버터의 스위치 개방고장 검출 및 보상 기법

이귀준; 박남주; 현동석

2상 여자 구동용 전압형 인버터의 스위치 개방고장 검출 및 보상 기법
Fault Detection and Compensation Scheme of Switch Open-fault in VSI for Two-phase Excitation Drive 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.12 no.1, 2007년, pp.74 - 80

이귀준 (한양대 대학원 전기공학과) , 박남주 (한양대 대학원 전기공학과) , 현동석 (한양대 전기제어생체공학부)

초록
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본 논문에서는 2상 여자 방식으로 구동하는 전압형 인버터 스위치에 발생한 개방 고장을 검출하는 기법을 제안한다. 제안된 기법은 인버터 각 상의 하단 스위치에 전압 센서를 사용하여 동작 모드에 따라 개방 고장을 판별한다. 이는 구현이 간단하고 빠른 고장 판별이 가능하며 부하의 영향을 거의 받지 않기 때문에, 시스템의 신뢰성을 향상시킨다. 또한 4-스위치 인버터 구동을 적용한 재구성을 통하여 고장 발생시에도 고장의 영향을 최소화 하면서 연속적인 운전을 가능하게 했다. 제안된 고장 검출 알고리즘의 타당성은 실험결과로 검증한다.

Abstract ▼ AI-Helper

This paper proposes the novel open-fault detection/isolation scheme of inverter switch in two-phase excited VSI. This scheme identify open-fault using voltage sensor at lower switches of each phase according to the operating mode. It has benefit of simple implementation, fast detection and robustness in the load so that stab of the system is improved. Also, at faulty mode, it minimizes faulty effect and makes possible continuous operation through the reconfiguration procedure applying four-switch operation. The validity of proposed fault detection scheme is verified by experimental results.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 2상 여자 방식으로 구동하는 전압형 인버터 스위치에 개방 고장이 발생했을 경우, 이를 간단히 검출하고 식별하는 기법을 제안한다. 제안된 기법은 인버터 각 상의 하단 스위치에 전압 센서를 사용하여 고장 유무를 판별한다.
본 논문에서는 2상 여자 방식으로 구동하는 전압형 인버터 스위치에 개방 고장이 발생했을 때, 전압 센서를 이용하여 검출하는 기법을 제안하였다. 고장 검출 부는 논리회로로 구성되기 때문에, 구현이 간단하고, 부하의 영향을 최소화시킨 장점을 갖는다.

제안 방법

고장 확인 후에는 인버터재구성을 통한 4-스위치 구동으로 연속적인 운전이 가능하다. 이로써 저비용으로 고장 허용 시스템을 구성하여, 전동기 드라이브 시스템의 신뢰성과 안전성을향상시켰다. 제안된 기법은 2상 여자 방식으로 동작하는 SRM 구동용 전압형 인버터뿐만 아니라, BLDC 모터 드라이브 시스템에도 적용 가능할 것으로 기대된다.
난 스위치를 식별한다. 인덕턴스 프로파일을 각각 미분하여 양의 값을 갖는 인덕턴스를 통해 동작 모드를 확인하고, 그 모드에 해당되는 정상 전압 값과 비교하여 고장이 난 스위치를 식별한다.
고장 검출부는 논리회로로 구성되기 때문에, 구현이 간단할 뿐 아니라 한 스위칭 시간(수십 us)이내에 고장 판별이 가능하고 노이즈와 부하의 영향을 거의 받지 않는 장점을 갖는다. 재구성 방법은 기존에 제안된 4-스위치 인버터 구동을 적용하여 고장 허용 시스템을 구성한다. 제안된 고장검출 및 식별 알고리즘을 검증하기 위해 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM)에 BLDC 모터 제어와 동일한 2상여자 구동 방식을 적용"响하여 이론적 해석 및 실험 결과로써 타당성을 검증한다.
검출하고 식별하는 기법을 제안한다. 제안된 기법은 인버터 각 상의 하단 스위치에 전압 센서를 사용하여 고장 유무를 판별한다. 고장 검출부는 논리회로로 구성되기 때문에, 구현이 간단할 뿐 아니라 한 스위칭 시간(수십 us)이내에 고장 판별이 가능하고 노이즈와 부하의 영향을 거의 받지 않는 장점을 갖는다.

대상 데이터

SRM 드라이브 시스템의 구동부는 Fairchild 사의 IGBT 모듈 (FSAM30SM60A) 로 구성하였고, 전동기는 500W, 3상 12/8극 SRM을 사용하였다. 표 3은 실험에 사용된 SRM의 파라미터이다.

데이터처리

재구성 방법은 기존에 제안된 4-스위치 인버터 구동을 적용하여 고장 허용 시스템을 구성한다. 제안된 고장검출 및 식별 알고리즘을 검증하기 위해 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM)에 BLDC 모터 제어와 동일한 2상여자 구동 방식을 적용"响하여 이론적 해석 및 실험 결과로써 타당성을 검증한다.
제안한 고장 검출 기법과 4-스위치 구동을 통한 SRM 고장 허용 시스템의 타당성을 실험을 통하여 검증하였다. SRM 드라이브 시스템의 구동부는 Fairchild 사의 IGBT 모듈 (FSAM30SM60A) 로 구성하였고, 전동기는 500W, 3상 12/8극 SRM을 사용하였다.

후속연구

이로써 저비용으로 고장 허용 시스템을 구성하여, 전동기 드라이브 시스템의 신뢰성과 안전성을향상시켰다. 제안된 기법은 2상 여자 방식으로 동작하는 SRM 구동용 전압형 인버터뿐만 아니라, BLDC 모터 드라이브 시스템에도 적용 가능할 것으로 기대된다.

참고문헌 (6)

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상세보기
R. L. A. Ribeiro, C. B. Jacobina and E. R.C.da Silva, 'Fault-Tolerant Voltage-Fed PWM Inverter AC Motor Drive Systems,' IEEE Trans. Ind. Applicat., Vol. 51, No. 2, pp. 439-446, Apr. 2004
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상세보기
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A.C. Clothier and B.C. Mecrow, 'Inverter topologies and current sensing methods for short pitched and fully pitched winding SR motors,' Applied Power Electronics Conference and Exposition, Vol. 1, pp. 416-423, Mar. 1999
A.C. Oliveira, A.M.N. Lima, C.B. Jacobina and E.R.C. da Silva, 'Elimination of the current tail effect in the SRM drive with a three phase bridge,' IEEE Power Electronics Specialists Conf., Vol. 2, pp. 1268-1273, Jun. 2004

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