Association smooth-pole dual open-end windings permanent magnet synchronous machine with cascaded 2-level inverters for improved performances
Introduction. Power segmentation is an increasingly important priority in high-power industrial drive applications that utilize AC machines. Problem. To improve the dynamic performance, reliability and power segmentation of drive systems in high-power applications (above the megawatt range), it’s ad...
Gespeichert in:
| Datum: | 2026 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine
2026
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | http://eie.khpi.edu.ua/article/view/338132 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Institution
Electrical Engineering & Electromechanics| _version_ | 1856543540540080128 |
|---|---|
| author | Nayli, A. Guizani, S. Ben Ammar, F. |
| author_facet | Nayli, A. Guizani, S. Ben Ammar, F. |
| author_sort | Nayli, A. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-01-01T22:10:06Z |
| description | Introduction. Power segmentation is an increasingly important priority in high-power industrial drive applications that utilize AC machines. Problem. To improve the dynamic performance, reliability and power segmentation of drive systems in high-power applications (above the megawatt range), it’s advantageous to replace a single high-power converter with several low-power converters. This principle is applied to the combination of AC machines and inverter structures. Goal. The authors propose a novel dual open-end windings permanent magnet synchronous machine. This machine reduces the required size of the power supply inverters while also improving dynamic performances and lifespan. Its power supply using 2-levels cascading inverters, further enhances these performances. Methodology. For this study, the mathematical model of the system in the Park reference frame is introduced and validated using the MATLAB/Simulink environment. First, simulation results are presented for the proposed machine supplied by four conventional two-level inverters based on the pulse width modulation technique. Next, the new machine is fed by four multilevel converters, with each converter consisting of two two-level inverters. To further demonstrate the benefits of this converter structure, the authors then use a configuration with three cascaded two-level inverters. The results demonstrate that the use of the new machine with conventional two-level inverters ensures power segmentation and improves the quality of the voltage, stator current, and torque. Furthermore, associating this same machine with cascaded multilevel inverter structures significantly enhances dynamic performance and reliability. The scientific novelty lies in the synergy achieved by integrating the novel synchronous machine with the cascaded two-level inverters, enabling the system to simultaneously surpass conventional limitations in both performance and reliability. Practical value. A simulation model of the novel dual open-end winding permanent magnet synchronous machine was implemented to validate the superior performance achieved with cascaded multilevel inverter structures for voltage supply compared to conventional two-level inverters. References 19, table 2, figures 17. |
| first_indexed | 2026-02-08T08:04:50Z |
| format | Article |
| id | eiekhpieduua-article-338132 |
| institution | Electrical Engineering & Electromechanics |
| language | English |
| last_indexed | 2026-02-08T08:04:50Z |
| publishDate | 2026 |
| publisher | National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | eiekhpieduua-article-3381322026-01-01T22:10:06Z Association smooth-pole dual open-end windings permanent magnet synchronous machine with cascaded 2-level inverters for improved performances Association smooth-pole dual open-end windings permanent magnet synchronous machine with cascaded 2-level inverters for improved performances Nayli, A. Guizani, S. Ben Ammar, F. smooth-pole dual open end permanent magnet synchronous machine cascaded 2-levels inverters power segmentation reliability гладкополюсна синхронна машина з постійними магнітами та двостороннім відкритим виводом каскадні дворівневі інвертори сегментація потужності надійність Introduction. Power segmentation is an increasingly important priority in high-power industrial drive applications that utilize AC machines. Problem. To improve the dynamic performance, reliability and power segmentation of drive systems in high-power applications (above the megawatt range), it’s advantageous to replace a single high-power converter with several low-power converters. This principle is applied to the combination of AC machines and inverter structures. Goal. The authors propose a novel dual open-end windings permanent magnet synchronous machine. This machine reduces the required size of the power supply inverters while also improving dynamic performances and lifespan. Its power supply using 2-levels cascading inverters, further enhances these performances. Methodology. For this study, the mathematical model of the system in the Park reference frame is introduced and validated using the MATLAB/Simulink environment. First, simulation results are presented for the proposed machine supplied by four conventional two-level inverters based on the pulse width modulation technique. Next, the new machine is fed by four multilevel converters, with each converter consisting of two two-level inverters. To further demonstrate the benefits of this converter structure, the authors then use a configuration with three cascaded two-level inverters. The results demonstrate that the use of the new machine with conventional two-level inverters ensures power segmentation and improves the quality of the voltage, stator current, and torque. Furthermore, associating this same machine with cascaded multilevel inverter structures significantly enhances dynamic performance and reliability. The scientific novelty lies in the synergy achieved by integrating the novel synchronous machine with the cascaded two-level inverters, enabling the system to simultaneously surpass conventional limitations in both performance and reliability. Practical value. A simulation model of the novel dual open-end winding permanent magnet synchronous machine was implemented to validate the superior performance achieved with cascaded multilevel inverter structures for voltage supply compared to conventional two-level inverters. References 19, table 2, figures 17. Вступ. Сегментація потужності стає все більш важливим завданням у потужних промислових приводних системах, що використовують машини змінного струму. Проблема. Для покращення динамічних характеристик, надійності та сегментації потужності приводних систем у потужних установках (вище мегаватного діапазону) доцільно замінити один потужний перетворювач кількома малопотужними перетворювачами. Цей принцип застосовується для комбінації машин змінного струму та інверторних структур. Мета. Автори пропонують нову синхронну машину з двома відкритими обмотками та постійними магнітами. Ця машина зменшує необхідні розміри інверторів живлення, одночасно покращуючи динамічні характеристики та термін служби. Її живлення із використанням дворівневих каскадних інверторів додатково підвищує ці характеристики. Методика. Для цього дослідження розроблена математична модель системи у системі координат Парка, яка перевірена у MATLAB/Simulink. Спочатку представлені результати моделювання для пропонованої машини, що живиться чотирма звичайними дворівневими інверторами на основі методу широтно-імпульсної модуляції. Потім нова машина заживлювалась від чотирьох багаторівневих перетворювачів, кожен із яких складається з двох дворівневих інверторів. Для подальшої демонстрації переваг даної структури перетворювача автори використовують конфігурацію з трьома каскадно з’єднаними дворівневими інверторами. Результати показують, що використання нової машини із звичайними дворівневими інверторами забезпечує сегментацію потужності та покращує якість напруги, струму статора та крутного моменту. Крім того, поєднання цієї машини з каскадно з’єднаними багаторівневими інверторними структурами значно підвищує динамічні характеристики і надійність. Наукова новизна полягає в синергії, яка досягається за рахунок інтеграції нової синхронної машини з каскадно з’єднаними дворівневими інверторами, що дозволяє системі одночасно долати традиційні обмеження як за продуктивністю, так і за надійністю. Практична значимість. Реалізована імітаційна модель нової синхронної машини з двома відкритими обмотками та постійними магнітами для підтвердження високих характеристик, що досягаються за допомогою каскадно з’єднаних багаторівневих інверторних структур для живлення напруги порівняно із звичайними дворівневими інверторами. Бібл. 19, табл. 2, рис. 17. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2026-01-02 Article Article application/pdf http://eie.khpi.edu.ua/article/view/338132 10.20998/2074-272X.2026.1.08 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 1 (2026); 63-68 Электротехника и Электромеханика; № 1 (2026); 63-68 Електротехніка і Електромеханіка; № 1 (2026); 63-68 2309-3404 2074-272X en http://eie.khpi.edu.ua/article/view/338132/334639 Copyright (c) 2025 A. Nayli, S. Guizani, F. Ben Ammar http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | smooth-pole dual open end permanent magnet synchronous machine cascaded 2-levels inverters power segmentation reliability Nayli, A. Guizani, S. Ben Ammar, F. Association smooth-pole dual open-end windings permanent magnet synchronous machine with cascaded 2-level inverters for improved performances |
| title | Association smooth-pole dual open-end windings permanent magnet synchronous machine with cascaded 2-level inverters for improved performances |
| title_alt | Association smooth-pole dual open-end windings permanent magnet synchronous machine with cascaded 2-level inverters for improved performances |
| title_full | Association smooth-pole dual open-end windings permanent magnet synchronous machine with cascaded 2-level inverters for improved performances |
| title_fullStr | Association smooth-pole dual open-end windings permanent magnet synchronous machine with cascaded 2-level inverters for improved performances |
| title_full_unstemmed | Association smooth-pole dual open-end windings permanent magnet synchronous machine with cascaded 2-level inverters for improved performances |
| title_short | Association smooth-pole dual open-end windings permanent magnet synchronous machine with cascaded 2-level inverters for improved performances |
| title_sort | association smooth-pole dual open-end windings permanent magnet synchronous machine with cascaded 2-level inverters for improved performances |
| topic | smooth-pole dual open end permanent magnet synchronous machine cascaded 2-levels inverters power segmentation reliability |
| topic_facet | smooth-pole dual open end permanent magnet synchronous machine cascaded 2-levels inverters power segmentation reliability гладкополюсна синхронна машина з постійними магнітами та двостороннім відкритим виводом каскадні дворівневі інвертори сегментація потужності надійність |
| url | http://eie.khpi.edu.ua/article/view/338132 |
| work_keys_str_mv | AT naylia associationsmoothpoledualopenendwindingspermanentmagnetsynchronousmachinewithcascaded2levelinvertersforimprovedperformances AT guizanis associationsmoothpoledualopenendwindingspermanentmagnetsynchronousmachinewithcascaded2levelinvertersforimprovedperformances AT benammarf associationsmoothpoledualopenendwindingspermanentmagnetsynchronousmachinewithcascaded2levelinvertersforimprovedperformances |