Internati o nal  Journal of P o wer Elect roni cs an Drive  S y ste m  (I JPE D S)  V o l.  5, N o . 4 ,  A p r il  201 5, p p 52 0 ~ 52 I S SN : 208 8-8 6 9 4           5 20     Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJPEDS  Braking of Three Phase Induc tion Motorsby Controlling  Applied Voltage and Frequenc y Based on Particle Swarm  Optimization Technique       Mahm oud M. Elkholy, M. A.  Elhamee d   Ele c tri cal  P o wer  and M a chin es  Departm e nt , F a cul t y  of   Engin eerin g, Zagazig Un iv ersity , Zagazig,  Eg y p     Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Dec 8, 2014  Rev i sed   Jan 25, 201 Accepte Ja n 14, 2015      Braking of three phase induction moto rs i s  r e quired in many  industrial  applications. This paper introdu ces br aking of th ree phase  induction motors  using particle s w arm optimization ( PSO) tech nique. The objective  is to   determ ine  the  o p tim um  values  of the  appl ied v o ltag e  and  frequ enc y  dur ing   braking to stop the motor in a certain time with minimu m braking ener g y   losses to limit  an y   excessive thermal  heating .  The proposed  techn i que is  important and  more useful in applicat ions of repeated brak ing  cy cles. Th results ar compared with th at o b ta in ed using p l ugging brak ing  method and  it' s  found  that th e proposed  techn i que g i ves low e r  braking  en erg y   and shorter   braking time. Th e braking energ y  losses with the  proposed method are abou 20% of the plugging braking en erg y  losses with  the same braking time. The  proposed method determines th e varia tion of  optimal valu es  of applied   voltag e  and freq u ency   to have a  certain  braking time of three phase induction   m o tor at a  cer t a in lo ad torqu e  with m i nim u m braking  energ y  losses. The   chara c t e risti c s of  the  m o tor ar e si m u lated using  SIMULINK/MAT L AB.   Keyword:  Br ak ing  I ndu ctio n m o to Pl ug gi n g   PSO   R e gene rat i v e   Copyright ©  201 5 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r M a hm oud M .   El kh ol y   Electrical Power a n d M achines De partm e nt,  Facu lty of En gin eering ,  Zag a zig  Un iv ersity,  Zag azig, Eg yp t .   Em a il: melk h o ly7 1 @ yah o o . co m       1 .  IN TR OD UC TI ON  B r aki n g o f  t h r ee phase i n d u c t i on m o t o rs i s   an im port a nt  i ssue especi al l y  i n  i ndust r i a l  appl i cat i o ns  th at req u i re m u lti sto p  in a  d e fin ite ti m e . Brak ing  can   b e  m ech an ical t h ro ug h frictio n   or electrical. Mechan ical   bra k i n res u l t s  i n   wast o f   r o t o r st ore d   ki net i c  ene r gy  a n d  e x cessi ve   heat . El ect ri ca l  bra k i n g  has   m a n y   m e t hods s u c h   as pl u ggi n g , re gene rat i v e a n d  dy nam i c braki n g .  Pl u g g i n g d e pen d on  re ve rsi n g t h di rect i on  of  th e ro tatin g field  b y  ch an g i ng  th e su pp ly ph ase sequ en ce, th is resu lts in an   op po si n g  to rqu e  th at st op s t h m o to r. Plugg ing   resu lts i n   h i g h  cu rren ts, seriou o v erh eatin g an d th e m o to r m u st b e   d i scon n ected   when  t h spee d reache s  zero  otherwise  it will revolve in the oppo s ite direction. If the m o tor speed is greater  than  syn c hrono us sp eed, th e slip   is n e g a tiv e.  In th is case  the m o tor acts as  a gene rator ret uni ng t h e ene r gy to  sup p l y , t h i s  i s  cal l e rege ne rat i v bra k i n g.  Dy nam i c bra k i n g i s  ac hi e v ed  by   di sco n n ect i ng t h e s u p p l y  an co nn ecting  ex tern al  resistan ces acro ss m o to r term in als, in   th is case ro tor  k i n e tic en erg y  is co nv erted  i n to  h eat   losses.  Other  braki ng m e thods can also be  used suc h   as DC injection, zero se que nce, m a gnetic and ca pacitor  sel f-e xci t a t i on bra k i n g.   Th e issu o f  i n d u c tion  m o to b r ak ing  is  d i scu ssed  in  literat u re, fo ex am p l e [1 ] d eals  with  sen s orless  vect o r  co nt r o l  of  p u l s e wi dt h-m o d u l a t e d i nve rt er -fe d i n duct i o n m o t o r  dri v eseq ui p p e d  wi t h  a t h ree - p h ase   di o d e rect i f i e r.  An el ect ro ni cal l y  cont rol l e d  braki ng  resi st or acr oss t h dc l i nk i s  not   use d , b u t  i n st ead, t h e   po we r re ge ner a t e du ri n g   bra k i n g i s   di ssi pat e d i n  t h e  m o t o r.  In  [ 2 ]   bra k i n of  t h ree  pha s e  i n duct i o n m o t o r i s   do ne usi ng c o m b i n at i on of t w or m o re conve nt i o nal   m e tho d s, i t  i s  fou nd t h at  ef fect i v e bra k i n g i s  obt ai ne d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Braki n of  T h r ee Ph ase  I n d u c t i on M o t o r s by   C ont r o l l i ng  Ap pl i e d V o l t a ge  a nd…  ( M ah m o u d  M .  El kh ol y)   52 1 b y  ap p l ying  d i fferen t  m e th o d s at d i fferen t  sp eed  rang es,  bu t th is will resu lt in  co m p lex  circu it fo r brak ing .   Br ak ing  t o rq ue in  non -r egene r ative AC  drives without t h e  nee d  of  add itio n a po wer circu its is d i scu s sed  in   [3 ]. In  [4 ] co nv en tion a l m e th o d s   o f   b r ak ing, b r an ch  eli m i n atio n  m e th o d  in  co nj un ction  with  conv entio n a ten s or techn i qu e is  u s ed to   estab lish  a  d i g ital co m p u t er p r og ram  to  si m u late th e syste m . In   [5, 6] two  b r ak ing   m e th od s are ex am in ed  to   redu ce  m o to r cu rren t, o n e   b a sed   o n   th e in j ecti o n   of an   AC vo ltag e  to  th rot o r wi ndi ng  du ri n g   bra k i n g .  The i n ject ed  vol t a ge m u st  have t h e sam e  freq u e n cy , s a m e  phase  s h i f t  and  op p o si t e  i n   di r ect i on t o  t h ro t o r i n d u ce d v o l t age. T h e sec o nd  m e t hod  dep e nd s o n   di scret e  vari a b l e  f r eq uency   cont rol  u s i n t h ree   p h ase  i n v e rt er,  AC  t h y r i s t o rs m oni t o re d by  a m i crocont rol l e r P I C .   R e duci ng e n er gy  l o ss   du ri n g   bra k i n g  i s  exam i n ed  b y  usi n di rect  t o r q ue c ont r o l  i n  [ 7 ] ,  t h e m e t hod  i s  i n vest i g at ed  wi t h  c onst a nt  an d   tractio n  l o ad toq u e s.  Op tim izat io n   o f  brak i n g  energ y  is a  n o n lin ear pro b l em; it is su itab l e to ex am i n h e u r istic  o p tim izat io n  tech n i q u e s to solv e th is prob lem .  PSO is  u s ed  ex te n s iv e l y to   d e s i gn , co n t ro l an d op er a t e  th r e p h a se ind u c tion  m o to r [8 -11 ] . Th ru le  o f  t h e PSO i n  th is pap e r is to   find  t h e su itab l e v a ri atio n  of  v o ltage an freq u e n c y du ri n g  a certain  brak ing  p e riod  to   m i n i mize en erg y  lo sses in  the  m o to r, th is will resu lt in  les s  h eat   an d allo w fo r fr equ e n t  br aki n g in a ce rtain time.      2 .  MATHEMATICAL MODEL  The  voltage e q uations  of t h re e phase s q uirre cage induction m o tor i n   d-q  fram e  are [12]:                    ( 1 )                    ( 2 )     0              ( 3 )     0              ( 4 )   Whe r e:     :  d - ax is stator  vo ltag e   :   q - ax is stator  vo ltag e    :    d - ax is stator curren t    :    q - ax is stator curren t   :   d-a x is  rot o r c u rre nt.     :   q-a x is  rot o r c u rre nt.     :   d - ax is co m p o n en t of stator  flux  link a g e   :   q - ax is co m p o n en t of stator  flux  link a g e   :   d - ax is co m p o n en t of  ro t o r flux  link a g e   :   q - ax is co m p o n en t of  ro t o r flux  link a g e   :    Resistance of s t ator  winding.   :   Resistance of  rotor  wi nd ing  ref e rr ed to  stator   The  fl u x  l i n ka ges a r defi ned  by :                   ( 5 )                   ( 6 )                   ( 7 )                   ( 8 )   Whe r e:    :   Self  indu ctan ce of  stator   w i nd ing .    :   Self  indu ctan ce of  ro tor   w i ndin g .    :   Mutual inductance  betwee n st at or a n d r o t o wi n d i n gs.     The el ect r o m a gnet i c  t o r que  e quat i o n i s :   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l. 5 ,  No . 4 ,   Ap r il 2 015    52 –  52 52 2               ( 9 )     The m echanica l  equation is:                   ( 1 0 )   Whe r e;     :    Ro to r d i sp lacemen t    :  Lo ad  torqu e     :  Mo m e n t  o f  in ertia Kg .m 2    :  Ro to r frictio n.   :  Nu m b er  o f  po l e s.    The m odel  o f  t h ree  p h ase s q u i rrel  cage  i n du ct i on m o t o r i s   devel ope by   SIM U L I NK / M ATLAB  t o   so lv e th e above n o n lin ear  equ a tio ns and  to  stu d y  th e d y n a mic p e r f o r m an ce ch ar acter istics o f  th e m o to r .  Th SIM U L I NK  dy nam i m odel  o f  t h e  m o t o r i s  s h o w n i n  Fi g u r e  1.   En erg y  lost in  t h e m o to r is  d e fin e d  as:                   ( 1 1 )      3 3          ( 1 2 )                 ( 1 3 )   Whe r e;        :    Mo to r copp er lo sses.    :   Mo to r iro n  lo sses.         :    Stator  phase c u rre nt.         :    Rotor  phase  curre nt re fer r ed t o  stator.           :    Stator  phase  voltage.         :   Core  loss  resis t ance.     Th e ratio  o f   voltag e   to  frequ en cy    m u st b e  li mited  to  prev en t m o to r saturatio n .     Fi gu re  2 s h ows  t h e S I M U LI N K  m odel  wi t h  t h ese  vari a b l e   v o l t a ge a n d  f r e q uency .       Fi gu re  1.  Si m u l i nk M odel   of  t h ree  p h ase i n d u ct i o n  m o t o r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Braki n of  T h r ee Ph ase  I n d u c t i on M o t o r s by   C ont r o l l i ng  Ap pl i e d V o l t a ge  a nd…  ( M ah m o u d  M .  El kh ol y)   52 3 The  pr o p o s ed   m e t hod t o   opt i m i ze braki n g  e n er gy  l o s s es  de pen d s  o n  c h a n gi n g  m o t o r i n p u t  v o l t a ge  and freque ncy  according t o  the equations:                  ( 1 4 )                ( 1 5 )   Whe r e; K f1 , K f2  and  K v  are  constants.          Figure  2. SIM U LINK system  schem e       3-  OPTI MU M  VOLT AGE  AN D F R EQ U E NC VA RI ATIO USI N G PS O   In th is  p a rt PSO is  u s ed  t o   determin e th e co n s tan t K v , K f1  and   K f2  in Eq u a tion (1 4)  an d (15 ) . The  o b j ectiv fu n c tio n  is t o  m i n i m i ze Eq u a tion  (11 )  at cert a in  brak ing  time with  th fo llo wi n g  in equ a lity   co nstrain t  t o   p r ev en satu rati on  in th e m o to r:      < 5    Fi gu re 3 sh o w s t h e fl ow cha r t  of PS O o p er at i on, f o r a certain  lo ad  to rq ue  a swarm of 24 a g ents is   initialized, for each a g ent the  m o tor  dyna mic  m odel is  ope rated, and  the objective function is e v a l uated.  Ag en ts are m o v e d to  t h eir  n e p o s ition  acco r d i ng  t o  th eir  v e lo cities, th ei r b e st po sition   an d th b e st  positio n   of  t h e s w a r m .  Age n t s   vel o ci t y  i n  sw arm  i s  u pdat e d acc or di ng  t o  t h e e q u a t i on  [ 13] :                  ( 1 6 )     Whe r e v i k  is  velo city o f  ag en t i at iteration   k ,   w is wei g h tin g fun c tio n, c j  is  weigh ting  co efficien ts,  rand  is  ran d o m  nu m b er bet w ee 0 an d 1, s i k  i s  cu rre nt  po si t i on  of a g ent  i  at  i t e rat i on  k,  pbest i  is b e st po sitio n   of ag en t   i, and   g b e st is  b e st  p o s ition   of th e swarm .  Th weigh tin g fu n c tion   w is g i v e n b y :                     ( 1 7 )     Whe r e w ma x  is in itial weigh t , w mi n  is fin a l   weigh t , iter ma x  is m a x i m u m  i t eratio n   nu m b er, and  iter is cu rren iteratio n  nu m b er.  Accord i n g to  Sh i and  Eb erh a rt [14 ] [ 15] ,  t h e f o l l o wi ng  param e t e rs  are  appropriate and the   v a lu es  do  no dep e nd  on  p r ob le m s :   c i  = 2,  w ma x  = 0.9 a n w mi n   =   0 . 4         ( 1 8 )     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l. 5 ,  No . 4 ,   Ap r il 2 015    52 –  52 52 4 M a xi m u m  num ber of i t e rat i on  i s  i t e r ma x  =  50 . T h i s  p r oce ss i s  re peat ed  fo r a  bra k i n g t i m e  of 4 ,   4. 5   and 5 sec at l o ad torque  of  0.5  N.m .         Fi gu re  3.  Fl o w  C h art   o f  P S O       4. RES U LTS AN D DIS C S S I ON     Sim u l a t i on ha s  bee n  car ri ed  out   usi n SIM U LI N K / M AT LAB  f o r 2 2 0 / 3 80  V ,  1 . 1  k W ,  5 0   Hz three  ph ase in du ction  m o to r h a v i ng  t h e fo llo wi n g  p a rameters:      = 5.15       = 3.75      =0. 5 88 H       =0.588 7 H  =0 .5 568  H        = 2     In  t h is section   two   g r ou ps of  resu lts are  p r esen ted ,  th first  o n e  is th p e rfo rm an ce ch aracteristics o f   t h m o t o r w h i c h i s  bra k ed  usi ng c o n v e n t i o n a l  pl ug gi n g  m e t h o d , by  re ver s i ng t w o p h ases  of t h e m o t o r. I n  t h second case the  m o tor is bra k ed  with  the proposed m e thod by controlling  the applied voltage and fre quency   to  stop  t h e m o to r with i n  certai n  tim e with  mi n i m u m  en erg y   lo sses.  All resu lts are tak e n  at lo ad to rq u e   o f  0.5 N.m   an d  th m o to r run s  in   m o to rin g  m o de with  rated  vol t a ge  an fr e que ncy   fr om  0 sec t o   6 sec ,  a f t e r t h at  t h e m o t o r  i s  i n   b r aki n g  m ode.    4. 1. Pl ug gi n g  Met h o d     Th b r ak i n g time w ith   p l ug gin g  is 5 sec as show n in   Figu r e  4. Th d e v e lop e d tor q u e  is  reve rse d  d u r i n g pl u ggi ng a n d re d u ci n g  t h e   m o t o r s p ee d i n  t h e sam e  di r ect i on  of l o ad  t o r que  as s h o w n i n   Fi gu re  5. T h e r ef ore ,  t h e s p e e d i s  dec r ease d  f r om  l o ad s p eed t o  ze ro  and t o   pre v en t  rot a t i o n  i n  r e ver s e   d i rection  th e ap p lied vo ltag e   is rem o v e d .   The m o t o r cu r r ent  d u r i n g pl u ggi ng i s   hi g h er  t h an t h e st a r t i ng c u r r e n t  as sho w n i n  Fi gu r e  6 beca use   th e m o to r slip du ring   p l ugg in g is h i g h e r than   1  and   h e n c e th e m o to r i m p e d a n ce is lo wer th an  t h at du ri ng  st at i ng.  So  t h m o t o r l o sses  d u ri ng  pl ug gi n g  are  hi g h er  t h a n  t h at   d u ri ng  st art i n g  as s h ow n i n  Fi g u r 7.   Fi gu re 8 s h o w s t h e vari at i o n  of i n put  an out put  p o w ers  wi t h  t i m e . The  m o t o r d r aws  po wer f r o m   sup p l y  d u ri n g   m o t o ri n g  an d  pl ug gi n g  m odes. T h e o u t p ut  po we r d u ri ng  pl u ggi n g  i s  rever s ed  due  t o  t h e   reve rse o f  t o r que  di rect i o n.  Duri ng m o t o ri n g   m ode t h e  di ffere nce be t w een i n put  a nd  out put  p o w ers i s   con v e r t e d i n t o  l o sses b u t  d u r i ng  pl u ggi ng  b o t h   of i n p u t  p o we r an out p u t  p o we r are c o n v e r t e d i n t o  l o sses.  There f ore t h pl u ggi ng  l o sse s are  hi g h .   Fi gu re  9 s h o w s t h e va ri at i on  of e n er gy  l o s s e s  d u ri n g   o n e c y cl e of o p e r at i on  o f  st art i n g,  ru n n i n g an d   bra k i n g.  The e n er gy  l o sses  d u ri ng  b r aki ng  wi t h   pl u ggi ng  are 1 4 5 4 8  J o ul e wi t h i n   b r aki ng t i m e of 5  s ec a n d   this ene r gy l o s s es ar e  convert e d int o   heat.      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Braki n of  T h r ee Ph ase  I n d u c t i on M o t o r s by   C ont r o l l i ng  Ap pl i e d V o l t a ge  a nd…  ( M ah m o u d  M .  El kh ol y)   52 5       Fig u re  4 .  Variatio n   o f  m o to r sp eed with tim e   (pl u g g i n g m e t hod )   Fi gu re  5.  Va ri at i on  of  de vel o p e d t o r que  wi t h   t i m e   (pl u g g i n g m e t hod )             Fig u re  6 .  Variatio n   o f  m o to r ph ase cu rren t wi th  ti m e   (pl u g g i n g m e t hod )   Fig u re  7 .  Variatio n   o f  to tal mo tor lo sses  with  tim (pl u g g i n g m e t hod )             Fi gu re 8.   Va ri at i on of   i n put   a n d out put  p o we r s   wi t h   ti m e  (p lu gg ing m e th o d Fi gu re  9.  Va ri at i on  of  ene r gy  l o sses  wi t h  t i m e   (pl u g g i n g m e t hod )       4. 2. Pro p ose d  Met h o d   The  perform a n ce c h aracte r istics of t h ree  phase i n du ctio n m o to with  th e pro p o s ed  m e th o d   of  co n t ro lling  bo th  app lied  vo ltag e  and  frequ e n c y to  h a v e  min i m u m  b r ak ing  en erg y  lo sses at certain  b r ak i ng  ti m e  with  PSO are sh own  i n  Fi g u re  10  to 17 Figu re 10 sho w s th e v a riatio n   o f  m o to r sp eed   with   ti m e  at   di ffe re nt  bra k i ng t i m e of 4,  4. 5 an d 5 sec  usi n g t h e p r o p o se d m e t hod . The b r aki ng  d e vel o ped t o r q u e  wi t h   0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 50 0 10 00 15 00 20 00 25 00 30 00 Ti m e  ( S e c ) M o t o r  Sp e e d ( r pm ) Br a k i n g Mo d e Mo t o r i n g  Mo d e 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 -2 0 -1 5 -1 0 -5 0 5 10 15 20 Ti m e  ( S ec ) D e v e l o pe d To r que  ( N .m ) Br a k i n g Mo d e Mot o r i n g Mo d e 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 -2 0 -1 5 -1 0 -5 0 5 10 15 20 Ti m e  ( S ec) M o t o r P h a s e C u rr en t  ( A ) B r ak i n g M o d e M o to ri ng  M o de 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 T i m e  ( S ec) T o ta l  m o t o r l o s s es (W a tt) Br aki n g M o d e Mo t o r i n g  Mo d e 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 -2 00 0 -1 50 0 -1 00 0 -50 0 0 50 0 10 00 15 00 20 00 25 00 30 00 35 00 40 00 Ti m e  ( S ec ) I n put  a n d O u t p ut  P o w e r s  ( W a t t ) Br ak i n g Mo d e Mo t o r i n g Mo d e I n p u t  P owe r I n p u t  P owe r O u t p u t  P owe r Ou t p u t  P o w e r 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 0. 5 1 1. 5 2 2. 5 x 1 0 4 Ti m e  ( S e c ) E n e r g y  L o sse s ( J o u le ) B r ak i n g M o d e Mo t o r i n g  Mo d e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l. 5 ,  No . 4 ,   Ap r il 2 015    52 –  52 52 6 l o we r b r aki ng t i m e  i s  hi gher t h an t h at  of  hi g h er  bra k i n g t i m e as show n i n  Fi g u re  1 1 . M o t o r cu rre nt  i n  bra k i n g   m ode i s  l o wer  t h an st art i n cur r ent  a nd al so l o wer t h a n   pl u ggi ng  bra k i ng c u r r e n t  as sho w n i n  Fi gu re 1 2 .   There f ore, t h m o t o r l o sses a nd e n er gy  l o ss es are re duce d  com p ared wi t h  o f  pl ug gi n g   m e t hod as s h o w n i n   Fi gu re 1 3  a nd  Fi gu re 1 4 The  bra k i n g ene r g y  l o sses are 2 8 84 J o ul e wi t h   bra k i n g t i m e o f  5 sec ,  2 7 3 4  J oul e   wi t h   bra k i n g t i m e  of  4. 5 sec  a n d  2 9 4 4  J oul wi t h   bra k i n g t i m e  of  4 sec .   W i t h  t h sam e   bra k i n g t i m e of 5  sec, t h e b r a k i n g e n er gy  l o sses wi t h  t h p r o p o sed  m e t hod are  ab o u t   19 .8  %  o f   bra k i n g e n er gy  l o sses  wi t h  pl u ggi ng  m e t hod.  The r ef o r e, t h e p r o p o sed  m e t h o d  i s  m o re  use f ul   m e t hod t o  sav e  ener gy  f o m u lt i - braki n appl i cat i o ns. W i t h  t h e p r o p o s e d m e t hod, t h m o t o r ca b e  bra k e d   with  tim e sh o r t e r th an   p l ugg ing   b r ak ing  tim with  lower  bra k i n g e n er gy  l o sses.  In  Fi g u re   15 , t h e  i n put   p o we r   is the electrical power from  s u pply a nd  output powe r is the  m echanical po wer .  The o u t p ut po we r is rev e rsed   in  br ak ing  m o de b ecau s e t h dev e lop e d tor que r e v e r s ed   The i n put  p o w er du ri n g  b r aki ng  wi t h  t h e pr o pos ed m e t hod i s  ret u r n e d  t o  sup p l y  fr om   m o t o r d u ri ng a   part  o f  b r a k i n g pe ri o d .T he  o p t i m u m  val u es  of a ppl i e v o l t a ge and  fre q u ency  t o   ha ve  cert a i n  b r aki n g t i m e   wi t h  m i nim u m  b r aki n g  ene r g y  l o sses a r o b t ai ned  usi n P S O t e c hni que The  res u l t s  an d a r e s h o w n i n  Fi g u re  16   an d Fi g u re  17 .           Fig u re 10 . Vari atio n  o f   m o to r sp eed  with   time  (Pr o pose d  m e t h o d )   Fi gu re 1 1 . Vari at i on of   de vel o ped   t o rq ue wi t h   t i m (Pr o pose d  m e t h o d )            Fi gu re 1 2 . Vari at i on of   m o t o r pha se  c u r r ent  wi t h   t i m e  (Pro po sed  m e t hod )   Fig u re 13 . Vari atio n  o f   to tal  mo tor  lo sses with   tim (Pr o pose d  m e t h o d )       0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 50 0 10 00 15 00 20 00 25 00 30 00 Ti m e  ( S e c ) M o t o r S p eed  ( r p m ) Mo t o r i n g Mo d e tb = 5  S e c t b = 4 .5  S e c tb = 4  S e c Br a k i n g Mo d e 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 -20 -15 -10 -5 0 5 10 15 20 T i m e  ( S ec) De ve l o pe d To r q u e   ( N . m ) Br aki n g Mo d e tb = 5  S e c tb = 4  S e c t b =4 .5  S e c Mo t o r i n g Mo d e 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 -2 0 -1 5 -1 0 -5 0 5 10 15 20 Ti m e  ( S ec ) Mo t o r P h a s C u rren t  ( A ) Mo t o r i n g  Mo d e t b =4 .5  S e c B r ak i n g M o d e tb = 4  S e c tb = 5  S e c 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 Ti m e  ( S e c ) To ta l m o t o r   lo s s e s  ( W a t t ) B r aki n g M o d e Mo t o r i n g  Mo d e tb = 5  S e c tb = 4  S e c tb = 4 . 5  S e c Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       Braki n of  T h r ee Ph ase  I n d u c t i on M o t o r s by   C ont r o l l i ng  Ap pl i e d V o l t a ge  a nd…  ( M ah m o u d  M .  El kh ol y)   52 7       Fig u re 14 . Vari atio n  o f   en erg y   lo sses with  time  (Pr o pose d  m e t h o d )   Fi gu re 1 5 . Vari at i on of   i n put   a n d   o u t p ut  po w e rs wi t h   t i m e  (Pro po sed  m e t hod )             Fi gu re 1 6 . Vari at i on of   o p t i m um   val u es of st at or  fre que ncy   wi t h  t i m e  (Pro p o se d m e t hod )   Fi gu re 1 7 . Vari at i on of   o p t i m um   val u es of m o t o pha se  vol t a ge   wi t h  t i m e (Pro pos ed  m e t hod)       5. CO N C L U S I ON   Usi n g t h e p r op ose d  bra k i n m e t hod, t h ree  pha se i n d u ct i o n m o t o rs can b e  bra k ed at  a g i ven b r a k i n g   t i m e  wi t h   m i nim u m  braki n ener gy  l o sses.  The p r o p o se d m e t hod det e rm i n es t h e o p t i m u m  val u es of a ppl i e d   v o ltag e  and  freq u e n c y to  stop th e m o to r with in  certai n   ti me with  m i n i m u m b r ak i n g  en erg y  lo sses  b y  particle  swarm  optimization technique. T h e br aki ng e n ergy los s es with the pr opo sed  m e th od  ar e ab ou t 20  % of  pluggi ng  braki ng e n e r gy s o  that the  propos ed m e thod is  m o re  useful for m u lti braking applications  without   any exce ssive  ove rhea tin g fo r th e m o to r.      REFERE NC ES  [1]   Marko Hinkkan e n, JormaLuomi. Brak ing  Sch e me for Vector- C ontrolled  Indu c tion Moto r Drives Equipp ed  With   Diode Rectif ier   Without Brak ing  Resistor.  IEEE Transactions  on  Industry Applica tions . 2006 ; 42(5 ) : 1257-1263.  [2]   PL Rongmei, Shimi SL, Dr S  Chatterji, Vinod K  Sharma . A  Novel Fast Braking S y stem for Induction Motor .   International Jo urnal of  Engineer ing and Innova t ive Technolog y ( I JEIT) . 2012; 1( 6): 65-69.  [3]   MukulRastogi,  Peter W Ha mmond. Dual-Frequency  Br aking  in AC Drives IEEE Transactions on  Pow e Electronics . 200 2; 17(6): 1032-1 040.  [4]   Bilal Abdullah   Nasir. Brak ing  Methods of Indu c tion Motor  Fed  From A Current- Source  Inverter.  E l s evi er , Ener gy   Pr ocedia .  2012 ;  14:  1819-1824.  [5]   Hairik, HA  Thejel, RH  Kadh em  WA. Proposed scheme for plugg i ng three-phase induction motor.  MELECON 2010   15th IEEE Mediterranean El ec tr otechn i cal  Confe r ence , Valletta.  2010; 1-5.  [6]   Laab idi M  R e bh i, B  Kourd a , F  Elleu c h, M  Ghodbani L. Brak in g of indu ction  motor with  the  technique of d i screte  frequency  con t ro l.  S y stems Signa l s  and Devi ces ( S SD) ,   7th Internat ional Mu lti-Con f erence . Amman. 2010; 1-6 .   [7]   Sowilam GMA,  Korfly  MI , Hassan AA.  Braking methods  of induction  motor  using direct  tor que control.  Po wer  Systems Conference, MEPCON 2 006, El eventh  In ternational Midd le  East . 2006; 1 :   35-40.  0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 20 00 40 00 60 00 80 00 10 00 0 12 00 0 T i m e  ( S ec) Ene r gy Los s e s  ( Joul e ) Br a k i n g M o d e tb = 4  S e c tb = 5  S e c t b =4 .5  S e c Mo t o r i n g  Mo d e 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 - 300 0 - 250 0 - 200 0 - 150 0 - 100 0 -5 0 0 0 50 0 100 0 150 0 200 0 250 0 300 0 350 0 400 0 Ti m e  ( S e c ) I nput  and O u t p ut  P o we r s  ( W a t t ) Br aki n g Mo d e Mo t o r i n g Mo d e Out p ut  P o w e r I nput  P o w e r In p u t  P o w e r tb = 4  S e c tb = 5  S e c Ou t p u t  P o w e r t b = 4 .5  S e c 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 T i m e  ( S ec) O p t i m u m  St a t o r  F r e que nc y  ( H z ) M o t o r i ng  M o de Br aki n g M o d e tb = 5  S e c tb = 4 . 5  S e c tb = 4  S e c 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 0 20 40 60 80 10 0 12 0 14 0 16 0 18 0 20 0 22 0 Ti m e  ( S e c ) O p ti m u m  M o to r  Ph a s e  V o l t a g e  (V / p h )   tb = 5  S e c t b = 4 .5  S e c tb = 4  S e c Br a k i n g M o d e Mo t o r i n g  Mo d e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l. 5 ,  No . 4 ,   Ap r il 2 015    52 –  52 52 8 [8]   Amin A M A,   El Korfally  MI,  Say e d AA,   Hegazy  OTM.  E ffi cie n c y  Optim i zat io n of  Two-Asy mmetrical-Windin g   Induction  Motor  Based on  Swar m Intelligence.  Energy  Con version,  IEEE Transactions . 200924(1 ) : 12-20.  [9]   Ping Guo,   Da gui Hua ng,   D a iwe i  Fe ng,   We nz he ng Yu  a nd  Hailong Zha ng.  Optimiz e d   de sign of induc tion motor   param e ters base d on PSO  (Particle Swarm  Optim ization) .  Mech atronics and Automation ( I CM A) , Internationa Confer enc e , Chengdu. 2012; 837 -842.  [10]   Tofighi  EM,  Mahdizad eh A,  Feyzi MR. On l i ne  e s tim ation  of  ind u ction  m o tor pa r a meters using a  m odified particle  swarm optimization techn i que.  I ndustrial Electr onics Soc iety, IECON 2013 - 39th Annual Confer ence of  the IEEE 2013; 3645-365 0.   [11]   Wei Hu,  Gui Liu,  Li Fu,  Hongmei Zhang .  Research of  motor  f a u lt diagnosis based  on PSO algorithm.  Control  and  Decision Conf er ence (CCDC), 2 013 25 th  Ch inese, Guiy ang .  2013 [12]   John Chiasson.  Modelling  and h i gh perform an ce contro l of  el ectr ic m ach ine. John  Wiley   & Sons, I n c., 2005.  [13]   Xin She Yang. Natural Inspir ed Metah e uristic algor ith m, Luniver Press,  Univer sity  of  Cambrodge, United   Kingdom, secon d   edition. 2010.  [14]   Shi Y,  E b e r ha rt R.   A modifi e d  particl e  swarm optimizer.  P r oceed ings  of I EEE In tern ation a l Confer enc e   on  Evolution a r y  Co mputation (IC EC’98),  Anchor ag e, I E EE Press. 1 998: 69–73.  [15]   Shi Y, Eberhart  R.  Parameter se lec tion in partic l e  swarm optimization.  Proceedin g s of the 1998 Annual Conferen ce  on Evolu tionar y   Programming,  San Diego ,  MIT P r ess, 1998.      BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS       Mahmoud Elkholy r eceived B a chelor of Eng i ne ering (B.E) degr ee (with honor)   from Zagazig   University , Eg ypt in 1994  un der th e speciali zation of  Electrical Mach ines  and Power   Engineering, Master of Sc ience degree from  Zagazig Univ er sity , Eg y p t 199 8 under the  specialization  of  Electr i cal Mach ines and  Doctor  of Philosoph y  ( P h.d) in  the  y e ar 2001 from   Zaga zig  Univ ersit y , Eg ypt in  the  Dept.  of Ele c tr ic al power  and M a chines  Eng i ne eri ng.  He h a s   18  y ears  of exp e rien ce in ac ade m ia and res earc h  at differen t  pos itions . Curren t l y  h e  is  an  Assista n t Profe ssor,  Fa c u lty  of   Engineering, Zagazig Univ ersi t y , Eg yp t.His in te rest inc l udes   control  the  s t e a d y  s t at and d y nam i c  per f orm a nce  of  ele c tr ic al m ach ines   an d art i fic i a l   intel ligen ce .           Mohammed A. Elhameedr e ceiv ed  the B.E. d e g r ee (with honor s)  from Zagazig  University - faculty  o f  Engin eering ,  Zag a zig,  Eg y p t in elec trical power and machines engin eer ing in 1996,  Master degree i n  2000 in the field of electri cal  p o wer sy st em  from  the sam e  institute, and the  Ph. D. degree fr om Zagazig University , Eg y p t, in  2004, in the field of electr i cal  power s y stem.  He has  b een  as s i s t ant prof es s o r, F acu lt of En gineer ing,  Zag a zig Univ ers i t y ,   Eg y p t.  His   current int e rest i n cludes el ectr i c a l  m achines m o delling and con t r o l, arti fic i al in te lligen ce and   FACT S de vic e s     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.