Normal and degraded operation of the open-end winding induction machine fed by 2-level inverters in cascading
Introduction. The machine-converter system is a prevalent and essential configuration, widely used not only in variable-speed industrial drive applications, but also in high-tech transportation and power fields. Problem. Conventional drive systems, particularly those supplied by standard 2-level inv...
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: | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/342578 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Electrical Engineering & Electromechanics |
Institution
Electrical Engineering & Electromechanics| _version_ | 1859471847694794752 |
|---|---|
| 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 | 2026-03-01T22:04:33Z |
| description | Introduction. The machine-converter system is a prevalent and essential configuration, widely used not only in variable-speed industrial drive applications, but also in high-tech transportation and power fields. Problem. Conventional drive systems, particularly those supplied by standard 2-level inverters, face major challenges regarding the enhancement of their dynamic performance and drive availability. To overcome these limitations, a solution involves utilizing the open-end stator winding induction machine associated with cascaded 2-level inverter topologies. The goal of this work is to improve the availability of the drive system by increasing its degrees of freedom through the association of an open-end winding induction machine by two cascaded 2-level inverters. Methodology. The mathematical modeling of this machine is presented and validated using MATLAB/Simulink. To evaluate the machine’s performance, it is first powered by two cascaded 2-level inverters and subsequently by three cascaded 2-level inverters. Following this initial evaluation, the machine is then fed by two cascaded 2-level inverters operating in degraded mode. This analysis features different failure configurations, and the specific operational conditions that must be respected. Results. This topology enhances dynamic performances and enables effective power segmentation as well as a degraded mode operation. These benefits are confirmed by the simulation results. The scientific novelty is based on demonstrating the effectiveness of degraded mode control, which gives the machine-cascaded inverters topology a superior advantage in terms of reliability and performances. Practical value. This topology provides a highly reliable and fault-tolerant drive solution, ensuring better performance during normal operation and better availability after an inverter failure. References 15, tables 1, figures 24. |
| first_indexed | 2026-03-12T15:49:03Z |
| format | Article |
| id | eiekhpieduua-article-342578 |
| institution | Electrical Engineering & Electromechanics |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | English |
| last_indexed | 2026-03-12T15:49:03Z |
| 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-3425782026-03-01T22:04:33Z Normal and degraded operation of the open-end winding induction machine fed by 2-level inverters in cascading Normal and degraded operation of the open-end winding induction machine fed by 2-level inverters in cascading Nayli, A. Guizani, S. Ben Ammar, F. open-end winding induction machine cascaded 2-level inverters degraded mode power segmentation асинхронна машина з відкритою обмоткою каскадні дворівневі інвертори режим зі зниженою потужністю сегментація потужності Introduction. The machine-converter system is a prevalent and essential configuration, widely used not only in variable-speed industrial drive applications, but also in high-tech transportation and power fields. Problem. Conventional drive systems, particularly those supplied by standard 2-level inverters, face major challenges regarding the enhancement of their dynamic performance and drive availability. To overcome these limitations, a solution involves utilizing the open-end stator winding induction machine associated with cascaded 2-level inverter topologies. The goal of this work is to improve the availability of the drive system by increasing its degrees of freedom through the association of an open-end winding induction machine by two cascaded 2-level inverters. Methodology. The mathematical modeling of this machine is presented and validated using MATLAB/Simulink. To evaluate the machine’s performance, it is first powered by two cascaded 2-level inverters and subsequently by three cascaded 2-level inverters. Following this initial evaluation, the machine is then fed by two cascaded 2-level inverters operating in degraded mode. This analysis features different failure configurations, and the specific operational conditions that must be respected. Results. This topology enhances dynamic performances and enables effective power segmentation as well as a degraded mode operation. These benefits are confirmed by the simulation results. The scientific novelty is based on demonstrating the effectiveness of degraded mode control, which gives the machine-cascaded inverters topology a superior advantage in terms of reliability and performances. Practical value. This topology provides a highly reliable and fault-tolerant drive solution, ensuring better performance during normal operation and better availability after an inverter failure. References 15, tables 1, figures 24. Вступ. Система «машина-перетворювач» є поширеною та важливою конфігурацією, що широко використовується не тільки в системах приводу з регульованою швидкістю в промисловості, а й у високотехнологічних транспортних та енергетичних галузях. Проблема. Традиційні системи приводу, особливо ті, які живляться від стандартних дворівневих інверторів, стикаються із серйозними проблемами щодо підвищення їх динамічних характеристик та доступності приводу. Для подолання цих обмежень пропонується рішення, що включає використання асинхронної машини з відкритою статорною обмоткою в поєднанні з каскадними дворівневими інверторними топологіями. Мета роботи – підвищення доступності системи приводу за рахунок збільшення її ступенів свободи шляхом з’єднання асинхронної машини з відкритою обмоткою з двома каскадними дворівневими інверторами. Методика. Математична модель цієї машини розроблена та перевірена за допомогою MATLAB/Simulink. Для оцінки продуктивності машини спочатку живлять її від двох каскадних дворівневих інверторів, а потім від трьох каскадних дворівневих інверторів. Після початкової оцінки машина живиться від двох каскадно з’єднаних дворівневих інверторів, що працюють у режимі зниженої потужності. Цей аналіз включає різні зміни відмов і конкретні умови експлуатації, яких необхідно дотримуватися. Результати. Дана топологія підвищує динамічні характеристики та забезпечує ефективне сегментування потужності, а також роботу в режимі зниженої потужності. Ці переваги підтверджуються результатами моделювання. Наукова новизна ґрунтується на демонстрації ефективності управління в режимі зниженої потужності, що дає топології «машина-каскадні інвертори» значну перевагу з погляду надійності та продуктивності. Практична цінність. Дана топологія забезпечує високонадійне та відмовостійке рішення для приводу, гарантуючи кращу продуктивність у нормальному режимі роботи та кращу доступність після відмови інвертора. Бібл. 15, табл. 1, рис. 24. National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute" and Аnatolii Pidhornyi Institute of Power Machines and Systems of NAS of Ukraine 2026-03-02 Article Article application/pdf https://eie.khpi.edu.ua/article/view/342578 10.20998/2074-272X.2026.2.09 Electrical Engineering & Electromechanics; No. 2 (2026); 67-73 Электротехника и Электромеханика; № 2 (2026); 67-73 Електротехніка і Електромеханіка; № 2 (2026); 67-73 2309-3404 2074-272X en https://eie.khpi.edu.ua/article/view/342578/339391 Copyright (c) 2026 A. Nayli, S. Guizani, F. Ben Ammar http://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0 |
| spellingShingle | open-end winding induction machine cascaded 2-level inverters degraded mode power segmentation Nayli, A. Guizani, S. Ben Ammar, F. Normal and degraded operation of the open-end winding induction machine fed by 2-level inverters in cascading |
| title | Normal and degraded operation of the open-end winding induction machine fed by 2-level inverters in cascading |
| title_alt | Normal and degraded operation of the open-end winding induction machine fed by 2-level inverters in cascading |
| title_full | Normal and degraded operation of the open-end winding induction machine fed by 2-level inverters in cascading |
| title_fullStr | Normal and degraded operation of the open-end winding induction machine fed by 2-level inverters in cascading |
| title_full_unstemmed | Normal and degraded operation of the open-end winding induction machine fed by 2-level inverters in cascading |
| title_short | Normal and degraded operation of the open-end winding induction machine fed by 2-level inverters in cascading |
| title_sort | normal and degraded operation of the open-end winding induction machine fed by 2-level inverters in cascading |
| topic | open-end winding induction machine cascaded 2-level inverters degraded mode power segmentation |
| topic_facet | open-end winding induction machine cascaded 2-level inverters degraded mode power segmentation асинхронна машина з відкритою обмоткою каскадні дворівневі інвертори режим зі зниженою потужністю сегментація потужності |
| url | https://eie.khpi.edu.ua/article/view/342578 |
| work_keys_str_mv | AT naylia normalanddegradedoperationoftheopenendwindinginductionmachinefedby2levelinvertersincascading AT guizanis normalanddegradedoperationoftheopenendwindinginductionmachinefedby2levelinvertersincascading AT benammarf normalanddegradedoperationoftheopenendwindinginductionmachinefedby2levelinvertersincascading |