Multilevel converter topologies are widely used in many applications. The cascaded H-bridge multilevel inverter (CHBMI), which is one of many multilevel converter topologies, has been introduced as a useful topology in high and medium power. However, it has a drawback to require a lot of switches. Therefore, the reliability of CHBMI is important factor for analyzing the performance. This paper presents a simple switch fault diagnosis method for single-phase CHBMI. There are two types of switch faults: open-fault and short-fault. In the open-fault, the body diode of faulty switch provides a freewheeling current path. However, when the short-fault occurs, the distortion of output current is different from that of the open-fault because it has an unavailable freewheeling current flow path due to a disconnection of fuse. The fault diagnosis method is based on the zero current time analysis according to zero-voltage switching states. Using the proposed method, it is possible to detect the location of faulty switch accurately. The PSIM simulation and experimental results show the effectiveness of proposed switch fault diagnosis method.
This paper presents a systematic investigation of the fault-mode behaviors of matrix converter systems. Knowledge about converter behaviors after fault occurrence is important from the standpoint of reliable system design, protection and fault-tolerant control. Converter behaviors have been, in detail, examined with both qualitative and quantitative approaches for key fault types, such as switch open-circuited faults and switch short-circuited faults. Investigating the fault-mode behaviors of matrix converters reveals that converter operation with switch short-circuited faults leads to overvoltage stresses as well as overcurrent stresses on other healthy switching components. On the other hand, switch open-circuited faults only result in overvoltage to other switching components. This study can be used to predict fault-mode converter behaviors and determine additional stresses on remaining power circuit components under fault-mode operations.
This paper proposes a fault diagnosis method for an open-fault in inverter driving five-phase induction motor. The five-phase induction motor has a high output torque and small torque ripple in comparison to three-phase. The best advantage of the five-phase induction motor is fault diagnosis and tolerant control using redundancy of phases. This paper uses an inverter as a power converter for driving a five-phase induction motor. If a switch of inverter occurs to the open-fault, this problem is the influence on the output current and output torque. To solve this problem, there is need of an accurate diagnosis and fault switch distinction. Therefore, this paper propose a fault detection method of the open-fault switches for the fault diagnosis. First, analyzing the pattern for the open-circuit fault of one phase. next, analyzing the pattern for the open-circuit fault of each inverter switches. Through the pattern analysis, It defines the scope of each of the failure switch. Thereafter, By using an algorithm that proposes to perform a fault diagnosis method. The proposed algorithm is verified from the experiment with the 1.5 kW five-phase induction motor.
Recently, the demand for fuel efficient electric vehicles (EVs) and hybrid electric vehicles (HEVs) has been growing globally. Due to the increased number of switching devices in the electrified vehicles, the probability of the semiconductor device failure is much higher than in other application areas. A sudden failure in one of the power switches and insufficient power management ability in the systems not only decreases system performance, but also leads to critical safety problems. In this paper, novel switch open circuit fault detection method is proposed, and the proposed approach is verified by experiments.
Park, Byoung-Gun;Lee, Kui-Jun;Kim, Rae-Young;Hyun, Dong-Seok
Journal of Power Electronics
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제10권6호
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pp.702-708
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2010
In this paper, a fault diagnosis algorithm for brushless DC (BLDC) motor drives is proposed to maintain control performance under switch open-damage. The proposed fault diagnosis algorithm consists of a simple algorithm using measured phase current information and it detects open-circuit faults based on the operating characteristic of BLDC motors. The proposed algorithm quickly recovers control performance due to its short detection time and its reconfiguration of the system topology. It can be embedded into existing BLDC drive software as a subroutine without additional sensors. The feasibility of the proposed fault diagnosis algorithm is proven by simulation and experimental results.
This paper presents a diagnostic method for a sparse matrix converter that detects faults in any single switch or a pair of switches. The sparse matrix converter is functionally equivalent to the standard matrix converter but has a reduced number of switches. The proposed diagnostic method is based in the measurement of input and output currents. The currents have respective characteristic according to the location of faulty switches. This method not only detects the switches of open-circuit fault but identifies the location of the faulty switching devices without complicated calculations. The simulation and experimental results verify that, based on the proposed method, the fault of sparse matrix converter can be easily and fast detected.
VSLI회로에서 스위치 레벨 결함 모델은 stuck-at결함만 사용하는데 한계가 있다. 따라서 본 연구는 스위치 레벨 결함 모델인 트랜지스터 stuck-open과 stuck-close결함을 다룰 수 있는결함 시뮬레이터를 구현한다. 스위치 레벨 회로는 이론적으로 신호 흐름이 양방향으로 전달되지만 실제로 대부분의 신호 흐름은 약 95%정도가 단 방향을로 설정되어 평가되는 것으로 나타내고 있다. 본 연구에서는 스위치 레벨 회로를 단반향 그래프 모델 로 변환시켜 해석한다. 스위치 레벨 회로는 EDIF컴파일러에 의해 입력되고 두개의 단방향으로 재구성된 자료구조를 만든다. 스위치 레벨 회로는 신호 흐름 경로가 도입되는 지배적 경로 기법이 제시된다. 지배적 경로는 경로를 판단하여 최종 출력 상태값을 결정하는 논리 시뮬레이션을 수행한다. 스위치 레벨 결함 시뮬레이션은 노들들로 연결되는 경로 상에 임의 트랜지스터의 stuck-open,stuck-close 결함을 주입시키고, 트랜지스터 저항값을 적용한 노드세기의 계산에 의한 지배적 경로를 평가한다. 이때 최초 입력은 two pattern vector를 인가하여 정상회로의 최종 출력 상태값과 결함회로의 출력 상태값을 비교하여 결함 검색하며, 그결함 검색의 정확성 을 보인다.
This paper proposes a novel fault diagnosis scheme using parameter estimation of the stator resistance, especially in the case of the open-phase faults of PMSM drives. The stator resistance of PMSMs can be estimated by the recursive least square (RLS) algorithm in real time. Fault diagnosis is achieved by analyzing the estimated stator resistance of each phase according to the fault condition. The proposed fault diagnosis scheme is implemented without any extra devices. Moreover, the estimated parameter information can be used to improve the control performance. The feasibility of the proposed fault diagnosis scheme is verified by simulation and experimental results.
An open circuit fault diagnostic method in IGBTs for the ac to dc converters used in microgrid applications is developed in this paper. An ac to dc converter is a key technology for microgrids in order to interface both distributed generation (DG) and renewable energy resources (RES). Also, highly reliable ac to dc converters are necessary to keep converters in continuous operation as long as possible during power switch fault conditions. Therefore, the proposed fault diagnostic method is developed to reduce the fault detection time and to avoid any other fault alarms because continuous operation is desired. The proposed diagnostic method is a combination of the absolute normalized dc current technique and the false alarm suppression algorithm to overcome the long fault detection time and fault alarm problems. The simulation and experimental results show that the developed fault diagnostic method can perform fault detection within about one cycle. The results illustrate that the reliability of an ac to dc converter interfaced with a microgrid can be improved by using the proposed fault diagnostic method.
본 논문에서는 BLDC 전동기 구동용 인버터 한상의 스위치에서 개방 형태의 고장이 발생하여도 구동 시스템의 제어 성능을 유지하기 위한 빠른 고장 검출 시스템이 제안되었다. 제안된 방법은 고장 검출을 위한 추가적인 구성요소 없이 단지 BLDC 전동기의 구동 시에 나타나는 고유의 전류 제어 특성을 이용하여 간단한 방식으로 고장 검출 및 고장 위치 확인이 가능하다. 신속히 고장이 발생한 스위치의 위치를 판단한 후, 시스템은 연속적인 동작을 위해 재구성되어진다. 재구성 방법은 고장이 발생한 상을 양방향 스위치에 의해 직류-링크 중성점과 연결하여 4-스위치 구동의 형태로 구성하였다. 제안한 고장 검출 시스템은 짧은 고장 검출 시간과 시스템 토폴로지의 재구성에 의해 고장 발생 후 제어 성능을 빠르게 회복하여 연속적인 시스템 운영이 가능하다. 제안한 고장 검출 시스템의 우수한 성능은 시뮬레이션과 실험을 통하여 검증하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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