Development of a fault diagnosis and fault-tolerant Control methods for electrical drives

Abstract

The main objective of this work is to study and simulate the diagnosis and fault-tolerant systems for permanent magnet synchronous motors (PMSMs), with a focus on compensating faults resulting from failures in the insulated gate bipolar transistors (IGBTs) within three-phase power inverters. To achieve this goal, intelligent fault detection and diagnosis algorithms are employed, including an approach based on fuzzy logic, which is particularly effective in handling uncertainty and variations in electrical signals, thereby enhancing the accuracy and speed of fault detection. Faults are addressed through two strategies: 1. Incorporation of a fourth redundant arm to substitute the faulty arm, ensuring uninterrupted operation without requiring system shutdown. 2. Connecting one of the stator phases to the midpoint of the DC-link, a topological solution that enables partial reconfiguration of the inverter output, maintaining acceptable motor performance even after a fault has occurred. These strategies aim to enhance the reliability of the electrical drive system and ensure continuous operation of the motor under ------------------------------------------------------------------------------- ا يسيئرلا نم اذه لمعلا وه ةسارد ةاكاحمو ةمظنأ ةرداق ىلع صيخشت لمحتو لاطعأ تاكرحملا ةنمازتملا تاد طناغملا ،ةمئادلا عم زيكرتلا ىلع ضيوعت لاطعلأا ةجتانلا نع لشف حيتافم روتسزنارتلا (IGBT) ةيئانثلا تاد ةباوبلا ةلوزعملا يف لوحم ةقاطلا يثلاث روطلا . ل قيقحت ،كلذ مت دامتعلاا ىلع تايمزراوخ ةيكذ فشكلل ،صيخشتلاو نم اهنيب ةيمزراوخ دمتعت ىلع قطنملا يبابضلا ، امل هل نم ةردق ىلع لماعتلا عم مدع ا نيقيل تابلقتلاو يف تانايبلا ،ةيئابرهكلا يلاتلابو نيسحت ةقد فاشتكا لاطعلأا فرعتلاو ركبملا اهيلع . دقو مت لماعتلا عم لاطعلأا مادختساب نيتيجيتارتسا : .1 ةفاضإ قاس ةعبار ضيوعتل قاسلا ،ةبوطعملا امم نمضي ةيرارمتسا لمعلا نود ةجاحلا فاقيلإ ماظنلا . .2 ليصوت دحأ راوطلأا ىلإ ةطقن فصتنملا يف لقان رايتلا ،رمتسملا يهو ايجولوبوط ةلاعف حمست ةداعإب ليكشت جرخ لوحملا زج ايئ ظافحلاو ىلع ليغشت كرحملا ةجردب ةلوبقم نم ،ءادلأا ىتح دعب ثودح للخلا . فدهت هذه تايجيتارتسلاا ىلإ زيزعت ةيقوثوم ماظنلا يئابرهكلا نامضو ةيرارمتسا ليغشت كرحملا تحت فلتخم عاونأ لاطع ----------------------------------------------------------------------------- L'objectif principal de ce travail est d'étudier et de simuler les systèmes de diagnostic et de tolérance aux pannes pour les moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM), en se concentrant sur la compensation des défauts résultant de défaillances des transistors bipolaires à grille isolée (IGBT) dans les onduleurs triphasés. Pour atteindre cet objectif, des algorithmes intelligents de détection et de diagnostic des pannes sont utilisés, notamment une approche basée sur la logique floue, particulièrement efficace pour gérer l'incertitude et les variations des signaux électriques, ce qui améliore la précision et la rapidité de la détection des pannes. Les pannes sont traitées selon deux stratégies : 1. L’intégration d’un quatrième bras redondant pour remplacer le bras défectueux, assurant ainsi un fonctionnement ininterrompu sans nécessiter l’arrêt du système. 2. Le raccordement d’une des phases du stator au point milieu du bus continu (DC-link), une solution topologique permettant une reconfiguration partielle de la sortie de l’onduleur, tout en maintenant des performances acceptables du moteur même après l’apparition d’un défaut. Ces stratégies visent à améliorer la fiabilité du système d'entraînement électrique et à garantir le fonctionnement continu du moteur en cas de panne.