Revista Eletrônica de Potência (Brazilian Journal of Power Electronics)

Palavras Chaves: Controle Tolerante a Falhas, Detecção de Falta e Retorno de Fase, Motor BLDC, Redução de Corrente

Resumo

Esse trabalho apresenta uma estratégia de redução de corrente eficaz das fases saudáveis para motores brushless DC (BLDC) operando em falha de abertura de fase, evitando a degradação do motor e permitindo o desligamento seguro. Após o diagnóstico de uma falha de fase aberta, através de um algoritmo capaz de detectar e identificar falhas e retornos de fases do motor BLDC em tempo real, uma ação corretiva dividida em três etapas é proposta. Primeiro, o modo de operação tradicional Six-Step com condução em 120? elétricos é alterado para um novo modo de operação que utiliza as duas fases saudáveis em condução de 180? elétricos para reduzir a perda de torque em falha. Segundo, é imposta uma forma trapezoidal para a referência de corrente em sincronismo com as tensões induzidas entre as fases saudáveis visando reduzir o nível de corrente e, consequentemente, melhorar a eficiência do motor. E terceiro, reduz-se a banda passante da malha de velocidade para reduzir a influência das oscilações de velocidade em falha no controlador. Os resultados experimentais apresentados mostram que o modo de operação com a estratégia de redução de corrente proposta possibilita uma redução aproximada de 25% na corrente eficaz e de 40% na variação de temperatura do motor, em comparação ao modo de operação usual do motor BLDC em falha de fase sem a estratégia proposta.

Title: Strategy to reduce effective current of BLDC motors under open-phase fault in order to decrease motor damage

Keywords: BLDC motor, fault-tolerant control, Phase Fault Detection, Phase Return Detection

Abstract

This paper presents a strategy to reduce the current of the healthy phases for brushless DC motors (BLDC) in open-phase fault, avoiding the degradation of the motor and allowing the safe shutdown. After an openphase fault diagnosis, through an algorithm capable of detecting and identifying faults and phase returns of the BLDC motor in real time, a corrective action divided in three-steps is proposed. First, the traditional 120? Six-Step operating method is changed for a switching strategy using the two healthy phases in 180? driving to reduce the loss of torque at failure. Second, a trapezoidal shape is imposed for the current reference in synchronism with the induced voltages between the healthy phases in order to reduce motor current level and hence improve the motor efficiency. And third, the bandwidth of the speed control loop is reduced to mitigate the influence of speed oscillations due to the failure on the controller. The experimental results show that the operation method with the proposed strategy to reduce current motor allows a reduction of approximately 25% in the effective (RMS) current and of 40% in the motor temperature variation compared to the usual operating method under phase failure without the proposed strategy.

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