Fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy

Fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy

Introduction. The operating safety of a variable-speed drive is of paramount importance in industrial sectors, such as electric propulsion for ships, rail transport, electric cars, and aircraft, where reliability, maintainability, and safety are top priorities. Problem. One solution to improve the a...

Full description

Saved in:
Bibliographic Details
Date:2025
Main Authors: Guizani, S., Nayli, A., Ben Ammar, F.
Format: Article
Language:English
Published: National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025
Subjects:
double star induction machine
active redundancy
field-oriented control
reliability
Online Access:http://eie.khpi.edu.ua/article/view/335230
Tags: Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
Journal Title:Electrical Engineering & Electromechanics

Institution

Electrical Engineering & Electromechanics
id eiekhpieduua-article-335230
record_format ojs
institution Electrical Engineering & Electromechanics
baseUrl_str
datestamp_date 2025-11-01T22:19:02Z
collection OJS
language English
topic double star induction machine
active redundancy
field-oriented control
reliability
spellingShingle double star induction machine
active redundancy
field-oriented control
reliability
Guizani, S.
Nayli, A.
Ben Ammar, F.
Fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy
topic_facet double star induction machine
active redundancy
field-oriented control
reliability
асинхронна машина з подвійною зіркою
активне резервування
полеорієнтоване управління
надійність
format Article
author Guizani, S.
Nayli, A.
Ben Ammar, F.
author_facet Guizani, S.
Nayli, A.
Ben Ammar, F.
author_sort Guizani, S.
title Fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy
title_short Fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy
title_full Fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy
title_fullStr Fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy
title_full_unstemmed Fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy
title_sort fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy
title_alt Fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy
description Introduction. The operating safety of a variable-speed drive is of paramount importance in industrial sectors, such as electric propulsion for ships, rail transport, electric cars, and aircraft, where reliability, maintainability, and safety are top priorities. Problem. One solution to improve the availability of a variable-speed drive is the use of a double star induction machine (DSIM). This machine can provide active or passive redundancy. Redundancy is active if both converters operate simultaneously, and the failure of one of them does not affect system operation. Passive redundancy is passive if only one converter is operating and the 2nd is on standby; the latter will only operate if the first fails. Goal. Improving the availability of a DSIM by the operation in active redundant of the machine supply system. Methodology. Use scalar control to control the machine power system in active redundancy. Simulation results with this scalar control demonstrated the need to equip this control with a decoupling of the variables responsible for machine magnetization and torque production. Field-oriented control (FOC) is then used to ensure the reconnection of a converter after a failure for active redundancy operation, without the risk of significant torque ripples. Scientific novelty. To increase the availability of the variable speed drive, an original control strategy for reintegrating the repaired faulty inverter is implemented to allow the repaired inverter to resume operation of the drive motor. This strategy control is based on the specific use of FOC to resynchronize the output frequency of the repaired inverter with the motor speed. Results. The results demonstrated the value of vector control in each star power supply system to avoid transient over currents at the input of the 2nd converter, by synchronizing the frequency of the 2 converters to the rotor speed. Practical value. An experimental model around a DSIM is set up to validate the active redundancy operation of the system. Active redundancy provides the variable speed drive with an increase in the reliability of the variable speed drive and significantly improves the availability rate of the driven load, since the disconnection of one of the 2 converters following a failure does not affect the operation of the machine. References 17, tables 2, figures 13.
publisher National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
publishDate 2025
url http://eie.khpi.edu.ua/article/view/335230
work_keys_str_mv AT guizanis faulttolerantcontrolofadoublestarinductionmachineoperatinginactiveredundancy
AT naylia faulttolerantcontrolofadoublestarinductionmachineoperatinginactiveredundancy
AT benammarf faulttolerantcontrolofadoublestarinductionmachineoperatinginactiveredundancy
first_indexed 2025-11-02T02:08:55Z
last_indexed 2025-11-02T02:08:55Z
_version_ 1851774457882869760
spelling eiekhpieduua-article-3352302025-11-01T22:19:02Z Fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy Fault-tolerant control of a double star induction machine operating in active redundancy Guizani, S. Nayli, A. Ben Ammar, F. double star induction machine active redundancy field-oriented control reliability асинхронна машина з подвійною зіркою активне резервування полеорієнтоване управління надійність Introduction. The operating safety of a variable-speed drive is of paramount importance in industrial sectors, such as electric propulsion for ships, rail transport, electric cars, and aircraft, where reliability, maintainability, and safety are top priorities. Problem. One solution to improve the availability of a variable-speed drive is the use of a double star induction machine (DSIM). This machine can provide active or passive redundancy. Redundancy is active if both converters operate simultaneously, and the failure of one of them does not affect system operation. Passive redundancy is passive if only one converter is operating and the 2nd is on standby; the latter will only operate if the first fails. Goal. Improving the availability of a DSIM by the operation in active redundant of the machine supply system. Methodology. Use scalar control to control the machine power system in active redundancy. Simulation results with this scalar control demonstrated the need to equip this control with a decoupling of the variables responsible for machine magnetization and torque production. Field-oriented control (FOC) is then used to ensure the reconnection of a converter after a failure for active redundancy operation, without the risk of significant torque ripples. Scientific novelty. To increase the availability of the variable speed drive, an original control strategy for reintegrating the repaired faulty inverter is implemented to allow the repaired inverter to resume operation of the drive motor. This strategy control is based on the specific use of FOC to resynchronize the output frequency of the repaired inverter with the motor speed. Results. The results demonstrated the value of vector control in each star power supply system to avoid transient over currents at the input of the 2nd converter, by synchronizing the frequency of the 2 converters to the rotor speed. Practical value. An experimental model around a DSIM is set up to validate the active redundancy operation of the system. Active redundancy provides the variable speed drive with an increase in the reliability of the variable speed drive and significantly improves the availability rate of the driven load, since the disconnection of one of the 2 converters following a failure does not affect the operation of the machine. References 17, tables 2, figures 13. Вступ. Безпека експлуатації частотно-регульованого приводу має першорядне значення в таких галузях промисловості, як електроприводи для суден, залізничного транспорту, електромобілів та літаків, де надійність, ремонтопридатність та безпека є головними пріоритетами. Проблема. Одним із рішень для підвищення готовності частотно-регульованого приводу є використання асинхронного двигуна з подвійною зіркою (DSIM). Цей двигун може забезпечувати активне чи пасивне резервування. Резервування активно, якщо обидва перетворювачі працюють одночасно, і відмова одного з них не впливає на роботу системи. Пасивне резервування пасивне, якщо працює лише один перетворювач, а другий перебуває у резерві; останній працюватиме лише у разі відмови першого. Мета. Підвищення готовності DSIM завдяки роботі в режимі активного резервування системи живлення машини. Методика. Використання скалярного керування для управління системою живлення машини в режимі активного резервування. Результати моделювання з використанням скалярного управління показали необхідність оснащення управління поділом змінних, що відповідають за намагнічування машини та створення крутного моменту. Далі використовується полеорієнтоване управління (FOC) для забезпечення повторного підключення перетворювача після відмови для роботи в режимі активного резервування без ризику значних пульсацій крутного моменту. Наукова новизна. Для підвищення готовності перетворювача частоти реалізовано оригінальну стратегію управління для повторного підключення відремонтованого несправного перетворювача, що дозволяє відремонтованому перетворювачу відновити роботу приводного двигуна. Ця стратегія управління заснована на специфічному використанні FOC для повторної синхронізації вихідної частоти відремонтованого перетворювача зі швидкістю двигуна. Результати продемонстрували цінність векторного управління в кожній зіркоподібній системі електропостачання для запобігання перехідним струмам на вході другого перетворювача шляхом синхронізації частоти двох перетворювачів зі швидкістю ротора. Практична цінність. Створено експериментальну модель на основі DSIM для перевірки роботи системи в режимі активного резервування. Активне резервування забезпечує підвищення надійності перетворювача частоти і значно покращує коефіцієнт готовності навантаження, оскільки відключення одного з двох перетворювачів після відмови не впливає на роботу машини. Бібл. 17, табл. 2, рис. 13. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2025-11-02 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/335230 10.20998/2074-272X.2025.6.04 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 6 (2025); 27-31 Электротехника и Электромеханика; № 6 (2025); 27-31 Електротехніка і Електромеханіка; № 6 (2025); 27-31 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/335230/330007 Copyright (c) 2025 S. Guizani, A. Nayli, F. Ben Ammar http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0

Similar Items