I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv e  Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   7 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 1 6 ,   p p .   1 1 0 0 ~ 1 1 0 9   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v7 i 4 . p p 1 1 0 0 - 1109        1100       J o ur na l ho m ep a g e :  h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   M o deling  and Si m ula tion  of Indu c tion M o tor ba sed  o n F inite   Ele m e nt  Ana ly sis         Ye m na   B ens a le m 1 ,  M o ha m e d Na ce ur  Abdel kri m 2   1 Hig h   In stit u te o f   In d u strial  S y ste m s o f   G a b e s (IS S IG ),   G a b e s ,   Un iv e rsit y   o f   Ga b e s ,  T u n isia   2 Na ti o n a l  E n g in e e rin g   S c h o o l   o f   G a b e s   (ENI G ) ,  Re s e a rc h   Lab o ra to ry   M o d e li n g ,   A n a ly si s an d   Co n t ro l  o f   S y ste m s  (M A CS )  L R1 6 ES 2 2 ,  T u n isia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma y   24 ,   2 0 1 6   R ev i s ed   Oct   2 9 ,   2 0 1 6   A cc ep ted   No v   10 ,   2 0 1 6       T h is  p a p e r  p re se n ts  th e   d e v e lo p m e n t  o f   a   c o - si m u latio n   p latf o rm   o f  in d u c ti o n   m o to r  (IM ).   F o r  th e   sim u latio n ,   a   c o u p led   m o d e l  is  i n tro d u c e d   w h ich   c o n tain s  t h e   c o n tro l ,   th e   p o w e r  e lec tro n ics   a n d   a lso   th e   i n d u c ti o n   m a c h in e .   Eac h   o f   th e se   c o m p o n e n ts  is  si m u late d   in   d if f e re n t  so f t wa re   e n v iro n m e n ts.   S o ,   t h is  stu d y   p ro v id e s  a n   a d v a n c e d   m o d e li n g   a n d   sim u latio n   t o o ls  f o r  IM   w h ich   in teg ra te  a ll   th e   c o m p o n e n ts  in to   o n e   c o m m o n   sim u latio n   p latf o rm   e n v iro n m e n t.   In   th is  w o rk ,   th e   I M   is  c re a ted   u sin g   A n s y s - M a x we ll   b a se d   o n   F in it e   El e m e n t  A n a l y sis  (F E A ),   w h e re a s  th e   p o w e r  e lec tro n ic  c o n v e rter  is   d e v e lo p e d   in   A n sy s - S i m p lo re r  a n d   th e   c o n tr o l  sc h e m e   is  b u il d   in   M AT LAB - S im u li n k   e n v iro n m e n t.   S u c h   stru c tu re   c a n   b e   u se f u l  f o r  a c c u r a te  d e sig n     a n d   a ll o w s  c o u p li n g   a n a ly sis  f o r   m o re   re a li stic  si m u latio n .   T h is  p latf o rm   is   e x p lo it e d   t o   a n a ly z e   th e   s y ste m   m o d e ls  w it h   fa u lt s  c a u se d   b y   f a il u re s  o f  d if fe re n t  d riv e ’s  c o m p o n e n ts.   He re ,   tw o   stu d ies   c a se s  a re   p re se n te d :  th e   f irst   is  th e   e ff e c ts   o f  a   fa u lt y   d e v ice   o f   t h e   P W M   in v e rter,  a n d   th e   se c o n d   c a se   is   th e   in f lu e n c e   o f   th e   sh o rt  c ircu it   o f   tw o   sta to r  p h a se s.   In   o r d e r  t o   stu d y   th e   p e rf o r m a n c e   o f   th e   c o n tro l   d riv e   o f   th e   IM   u n d e r  f a u lt   c o n d i ti o n s ,    a   c o - sim u latio n   o f   th e   g lo b a l  d y n a m ic  m o d e l  h a s  b e e n   p ro p o se d   to   a n a l y z e   th e   IM   b e h a v io r  a n d   c o n tro l  d riv e s.  In   th is  w o rk ,   th e   c o - sim u latio n   h a s  b e e n   p e rf o r m e d ;  f u rth e rm o re   th e   sim u latio n   re su lt s   o f   sc a lar  c o n tro l  a ll o w e d   v e ri fy in g   th e   p re c isio n   o f   th e   p r o p o se d   F EM   p latf o rm .   K ey w o r d :   A N SY S - m ax w el l   A N SY S - s im p l o r e r   Co - s i m u lat io n   Fau lt s   F in i t e   e l em en t   a n a ly s i s   I n d u ctio n   m o to r   Co p y rig h t  ©   201 6   In s t it u te o f  A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e .    Al l  rig h ts  re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   Ye m n a  B en s ale m ,    Hig h   I n s tit u te  o f   I n d u s tr ial  S y s te m s   o f   Gab es ( I SS I G) ,   Gab es,    Un i v er s it y   o f   Gab es ,  T u n i s ia .   E m ail:  b en s ale m . y e m n a@ y a h o o . f r       1.   I NT RO D UCT I O N     I n   o r d er   to   b etter   u n d er s tan d   th e  p h y s ic s   in   a  co m p le x   m ac h in e  d esi g n ,   f ir s t - o r d er   h ar m o n ic  Fi n ite   E le m e n t  Me t h o d   ( FEM )   m o d el  e m b ed d ed   w it h i n   a  d y n a m ic  s i m u latio n   s ee m s   to   s u ite   b etter   th e  n ee d s   o f   co m p le x   co n tr o l  s tr ate g ies,  es p ec iall y   w h e n   t h e  co n tr o l  ac tio n s   to   f a u lt  ca s es  ar e  tak e n   i n to   co n s id er atio n .   I n   f ac t,  co - s i m u latio n   is   n o w   a   p r o v en   w a y   to   h an d le  a n d   u n d er s tan d   th e   p h y s ic s   o f   t h ese   co m p lex   m ac h i n e   d esig n s   a n d   h en ce   f ac i li tate  th e  d ev elo p m e n t o f   co n tr o l stra t eg ies o f   co m p lex   m ac h in e s   [ 1 ] ,   [ 1 4 ] .   Fo r   m a x i m izi n g   th e  q u alit y   o f   s i m u latio n   r esu lts   o f   a n   elec tr ic  d r iv e,   it  is   th er e f o r e  ess en ti al  to   u s e  a  m o d el   w h ich   is   as  d etailed   a s   p o s s ib le.   B u t,  m a k i n g   s u ch   a   d etailed   is   n o t   f ea s ib le  u s i n g   a  s i n g le  s o f t w ar e     to o l  [ 2 ] .   T h is   is   b ec au s e,   th e  m o d el  w h ic h   co n s i s ts   o f   a  co n tr o l  s tr u ctu r e,   p o w er   elec tr o n i cs  an d   a  m ac h i n e,   is   a  h eter o g en eo u s   m o d el.   Gen er all y ,   s i m u latio n   o f   elec t r ic  d r iv es  is   r ea lized   u s i n g   r ed u ce d   o r d er   m o d els,  w h er e   t h e  in v er ter   i s   r ep r esen ted   b y   a  s in u s o id al  s o u r ce   an d   th e  m ac h i n e  is   r ep lace d   b y   a  s i m p le  lo o k - u p   tab le   [ 6 ] .   I n   f ac t,  s u c h   a   m o d eli n g   ca n   g iv e  r ea s o n ab le  in f o r m atio n   ab o u t  t h e  s y s te m   le v el  p er f o r m a n ce ,   b u t   it  ca n n o t  id en ti f y     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694     Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o f  I n d u ctio n   Mo to r   b a s ed   o n   F in ite   E leme n t A n a lysi s   ( Yemn a   B en s a lem )   1101   an d   in v esti g ate  ce r tai n   tr an s ie n t  an d   h ar m o n ic  ef f ec ts ,   s w it ch in g   a n d   in cr ea s ed   ir o n   lo s s es  etc. . ,   w h ich   ar e   n ec es s ar y   f o r   o p tim iza tio n   o f   t h e  d r iv e  [ 4 ] .   M a n y   a u th o r s   c o n d u c t e d   s tu d ie s   o n   FEA   f o r   I M .   M o r e o v e r ,   i n   a lm o s t   al l   t h o s e   p r ev i o u s   s t u d i es   t h e  c o n t r o l  p a r t   h as   n o t   t ak en   in t o   a c c o u n t   [ 7 ] ,   [ 8 ] .   I n   th e  s am e  m an n e r ,   a   l o t  o f   s t r a t eg ie s   o f   c o n t r o l   h av e   b e e n   p r o p o s e d   [ 6 ] .   H o w ev e r ,   th e  n o n l in e a r i t i es   an d   m ag n e tic   c h a r ac t e r is ti c s   o f   I M   in   c o n t r o l   alg o r i th m s     a n d   es p e c i al ly   w i th   f au l t   c o n d it i o n s   a r e  r ar el y   d is c u s s ed .   Ho w e v er ,   to   k n o w   t h e  ac t u al  an d   ac cu r ate  b eh av io r   o f   I M  in   f a u lt y   ca s es a n d   ch ec k   th e  v alid atio n   li m it s   o f   co n tr o l d r iv es,  s i m u latio n   n ee d   to   b e  p er f o r m ed   ta k i n g   in to   ac co u n t  t h e  n o n li n ea r ities   an d   m ag n etic  c h ar ac ter is tics   o f   th e  m ac h i n e  an d   to   in cr ea s e  th e  ac cu r ac y   a n d   r eli ab ilit y   o f   t h e  co n tr o l d r iv es .   I t  is   k n o w n   t h at  t h e  m ac h in e s   b eh av io r   b ec o m e s   m o r e  n o n l in ea r   d ep en d in g   o n   t h e  d r iv e  ch an g i n g   co n d itio n s   a n d   th e  ef f ec ts   o f   m ag n etic  s atu r atio n   an d   s p atia l  h ar m o n ics  s h o u ld   b e  tak en   i n to   ac co u n t  [ 3 ] .   Fo r   th ese  r ea s o n s ,   th e  u s e   o f   FE A   b ec o m e s   r elati v el y   ea s y   b ec au s e  o f   t h e  ca p ab ilit y   to   i m p o r t  g eo m etr y   d r a w in g s   an d   to   g iv e  a  m o r e  r ea lis tic   r ep r esen tatio n   to   th e  in ter n a l  m ac h i n e  c h ar ac ter is tics .   A c tu all y ,   th e  FE A   i s   au to m ated   to   b e  u s e f u l  i n   m o d er n   m ac h i n e  d es ig n   w h i ch   o f f er i n g   f le x ib ili t y   in   th e   g eo m e tr ical  s h ap e,   m ater ial  p r o p er ties   an d   b o u n d ar y   co n d itio n s   i n   all  m ac h in e  r eg io n s   [ 7 ] .     I n   th is   w o r k ,   t h e  co - s i m u latio n   o f   an   I M  is   p r esen ted   an d   t wo - d i m e n s io n al  m o to r   m o d el  is   cr ea ted   in   Ma x w ell  w h ic h   g iv e s   ac ce p tab le  b alan ce   b et w ee n   t h e  s i m u l atio n   ti m e  an d   r es u lt  ac c u r ac y .   I n   f ac t,  th e  ai m   o f   th e  co - s i m u latio n   is   to   r ea lize  a  m o r e  r ea lis tic  an d   ac u r ate  m o d el  o f   th e  o v er all  elec tr ic  c o n tr o l  s y s te m   w h ic h   ca n   b e  u s ed   i n   th e  h ea lt h y   an d   f ailu r e  m o d e  o p er atio n .   H e r e ,   t h e   p e r f o r m an ce s   o f   s c a l a r   c o n t r o l   o f   I M   h av e  b e e n   c o m p a r e d   u n d e r   h ea l th y   an d   f au l ty   s t a te   c o n s i d e r i n g   n o n l i n e a r i ti e s   o f   b o th   th e   I M   a n d   co n t r o l   d r iv es .   T h is   p u b licatio n   p r ese n ts   t h e   d ev elo p m en t  o f   a  p latf o r m   f o r   co - s i m u latio n .   D if f er en t  s i m u lat io n   en v ir o n m e n t s   ar e  in te g r ated   in   o r d er   to   a p p r o ac h   th e   m ax i m u m   f r o m   t h e  r ea lit y   m ac h i n e  s tate.     T h e  s i m u latio n   r es u lt s   o f   t h e  I M  d r iv e  ar e  o b tain ed   u n d er   n o r m al  an d   f a ilu r e  m o d es o p er atin g   co n d itio n s .   T h e  p ap er   is   o r g an ized   in   s i x   s ec tio n s .   I n   i n tr o d u ctio n ,   t h e  m o ti v atio n   o f   th e   co - si m u latio n   is   p r esen ted .   I n   t h e  s ec o n d   s ec ti o n ,   th e   FE A   t h eo r y   is   p r ese n t ed   an d   th e   f in i te  ele m en t  m o d el  o f   t h e  I M  u s i n g   An s y s - Ma x w ell  a n d   th e  i n v er ter   m o d el  u s i n g   An s y s - Si m p l o r er   ar e  d escr ib ed .   I n   th e  th ir d   s ec tio n ,   T h e  FEM   m o d el  o f   t h e  m ac h i n e  is   d ev el o p ed   o n   Ma x w e ll  an d   u s ed   f o r   co - s i m u lat io n   w it h   Si m p lo r er .   T h e  g lo b al  m o d el  s tr u ct u r e  u s in g   t h e  lin k   b et w e en   Si m p lo r er /Ma x w ell  a n d   MA T L A B - Si m u li n k   i s   p r esen te d   in   f o u r t h   s ec tio n .   T h e  s i m u la tio n   r es u lts   o f   t h e   p r o p o s ed   m o d el  ar e  s h o w n   an d   an al y ze d   in   h ea lt h y   a n d   f au lt y   co n d itio n s .   Fin all y ,   co n cl u s io n s   ar e  p r ese n ted   in   s ec tio n   VI .       2.   F I NI T E   E L E M E NT   ANA L YSI S ( F E A)   FEA   i s   a  co m p u ter   b ased   n u m er ical  tec h n iq u e  f o r   ca lcu la tin g   th e  p ar a m e ter s   o f   elec tr o m a g n etic   d ev ices.  I t c a n   b e   u s ed   to   ca lc u late  th e   f l u x   d e n s it y ,   f l u x   li n k ag e s ,   i n d u cta n ce ,   to r q u e;   in d u ce d   e m f   etc. ,   i n   t h e   FEM ,   th e  lar g e  elec tr o m ag n etic  d ev ice  is   b r o k en   d o w n   in to   m a n y   s m all  ele m e n ts .   T h e  b eh a v io r   o f   an   in d iv id u al  ele m e n t  ca n   b e  d es cr ib ed   w ith   a  r elat iv el y   s i m p l e  s et  o f   eq u at io n s   [ 1 1 ] .   T h e  c o m p u ter   ca n   s o lv e   th is   lar g e   s et   o f   s i m u lta n eo u s   eq u atio n s .   Fro m   th e   s o l u ti o n ,   th e   co m p u ter   e x tr ac ts   th e  b eh av io r   o f   t h e   in d iv id u al  ele m en ts .     I n   f ac t,  FE A   o f f er s   u n li m ited   f le x ib ilit y   in   t h e  g eo m etr ical  s h ap e,   m ater ial  p r o p er ties   an d   b o u n d ar y   co n d itio n s   i n   d i f f er en t  r e g io n s   o f   t h e  m ac h i n e  [ 1 3 ] .   I t  p r o v id es  also   d etailed   in f o r m at io n   ab o u t  th e  m ac h in e   n o n li n ea r   e f f ec ts   ( b ased   o n   i ts   g eo m etr y   a n d   m ater ial   p r o p er ties ) .   T h is   m o d eli n g   ap p r o ac h   is   ca p ab le  o f   o b tain in g   an   ac cu r ate  an d   c o m p lete  d escr ip tio n   o f   a n   elec tr ical  m ac h i n e  [ 1 0 ] .   T h e  m ag n etic  cir c u it  is   m o d eled   b y   a  m es h   o f   s m a ll  ele m e n ts .   T h e  f ield   v alu e s   ar e  th en   as s u m ed   to   b e  a   s i m p le  f u n ct io n   o f   p o s itio n   w it h i n   th e s e  ele m e n ts ,   en ab li n g   i n ter p o latio n   o f   r es u lt s .   T h e  ti m e  r eq u ir ed   to   ca lcu late  t h e  f ield   d i s tr ib u tio n   m a y   b e  v er y   lo n g ,   d ep en d in g   o n   th e   n u m b er   o f   ele m en ts   co n s id er ed .   A   co m p r o m i s e  m u s t  b e  r ea ch ed   b et w ee n   u s i n g   f i n er   m e s h e s   to   ac h ie v e  h ig h er   ac cu r ac y   a n d   th e  p r o ce s s in g   r eso u r ce s   n ee d ed   to   ac h iev e  r ea s o n ab le  s i m u lat io n   ti m es.  T h e  FEA   is   v er y   f le x ib le,   esp ec ial l y   f o r   n e w   d e s ig n s   in co r p o r atin g   n e w   s h ap es.  Ho w ev e r   lo n g   ti m e  s i m u latio n   r eq u ir e m en ts   r ed u ce   its   attr ac ti v en e s s   f o r   a  ca s e  w h e n   a  co n tr o l  al g o r ith m   n ee d s   to   b e   in co r p o r ated   [ 5 ] .   T h is   w o r k   p r esen ts   th e  d e v elo p m e n t  o f   a  s i m u latio n   p latf o r m   o f   a  th r ee - p h a s e  s q u ir r el  ca g e  in d u ctio n   m o to r   d r iv e  co n tr o l  s y s te m .   T h e  m ac h in e  m o d els  ar e  f ir s t  cr ea ted   in   A NSY S  Ma x w ell  2 D,   a   te m p late - b ased   elec tr ic  m ac h i n e  d esi g n   to o l  f u ll y   i n te g r ate d   in to   Ma x w ell,   t h e n   i m p o r te d   in   Si m p lo r er   f o r     co - s i m u latio n ,   e n ab lin g   t h e  i m p le m en t a tio n   o f   t h e  elec tr o m e ch an ica l p ar ts   o f   t h e  d r iv e  [ 4 ] .   Fin all y ,   a  t w o   w a y   in ter f ac e   is   estab li s h ed   b et w ee n   S i m p lo r er   an d   Ma tlab - Si m l u li n k .   T h e  co - s i m u latio n   i s   d o n e  b y   ad d in g   f ir s t  a   Si m u li n k   co m p o n e n t  to   Si m p lo r er   cir cu it,  f o llo w ed   b y   t h e  cr ea tio n   o f   an   S - Fu n ctio n   in   Si m u li n k   u s in g   t h e   Si m 2 S i m   L i n k   in ter f ac e.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2088 - 8 6 9 4   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 1 6   :  1 1 0 0   –   1 1 0 9   1102   2 . 1 .   F ini t e  E le m ent   M o del o f   I nd uct io n M o t o r    T h e  Ma x w el l  is   o n e  o f   t h e  An s o f t   C o r p o r atio n   s o f t w ar e  w ell  k n o w n   f o r   Fin ite  E le m e n t  Me t h o d   m o d eli n g   [ 3 ] .   B ec au s e  it  h as  m an y   f ea t u r es  w h ic h   alto g et h er   m ak e  a n al y s i s   o f   m ac h i n e  m o d el s .   T h e  m o d els   g en er ated   i n   Ma x w ell  ca n   als o   b e  in ter - li n k ed   to   Si m p lo r er   f o r   co - s i m u latio n .   I t  ca n   al s o   m ak e   s i m u latio n   b y   its el f   w h ic h   ca n   m a k e  p o s s ib le   to   o b s er v e  th e  m ac h in e  p ar a m eter s   an d   p er f o r m an ce s .   I n   th e  p r o ce s s   o f   i m p u tin g   t h e   d esig n   d ata  i n   t h e  R M x p r t,  a  u s er   h a s   to   s p ec if y   t h e  d i m e n s io n s   o f   t h e   s tato r   an d   r o to r   o f   th e  m ac h i n e  an d   r elate d   p ar am eter s   s u c h   as  m ac h in e  t y p e,   n u m b er   o f   p o les  o f   th e  m ac h in e   an d   co n tr o l  t y p e.   Fu r th er m o r e,   a  u s er   h as  to   s p ec if y   th e   r ated   p a r am eter s   s u c h   as  win d in g ,   s lo t,  w ir e,   co n d u cto r s ,   in s u la tio n   a n d   s o m e  o th er   r elate d   p ar am e ter s   [ 1 2 ] .   A   m o d el  o f   t h e  I M  w as  co n s tr u cted   u s i n g   Ma x w e ll  1 4 .   T h e  R M x p r t  m o d el  o f   an   I M  i s   s h o w n   in   Fig u r e .   T h er e  ar e  f o u r   s tep s   in v o lv ed   in   FE A   w h ich   ar e:    a.   Def i n itio n   o f   g eo m etr ical  p ar am eter s   a n d   co n s tr u c tio n   o f   2 D   m o d el.   b.   Def i n itio n   o f   p h y s ical  p ar a m e t er s   s u c h   as r eg io n s ,   m ater ials   etc.   c.   C o n s tr u ctio n   o f   elec tr ic  cir cu i t   m o d el.   d.   Me s h i n g   o f   t h e  s t u d y   d o m ai n   an d   s o lv i n g   o f   p r o b lem .   Fig u r e  1   s h o w s   th e  R Mx p r t  m o d el  an d   Fig u r e   2   ill u s tr ate s   th e  co m p lete  g eo m e tr ical  2 D  m o d el  o f   th e   I M.   T h e  p ar am eter s   o f   th e  m a ch in e  ar e  d etailed   in   T ab les 1 ,   2   an d   3 .             Fig u r e   1 .   R Mx p r t M o d el  o f   th e  in d u ctio n   m o to r     Fig u r e   2 .   2 D  Fin ite  E le m en t  Mo d el  o f   th e  in d u c tio n   m o to r       2 . 2 .   P o w er   I nv er t er   M o del   Fig u r e  3   s h o w s   t h e  t h r ee - p h a s e  i n v er ter   o f   t h e  s i m u latio n   s tr u ct u r e  w h ic h   i m p le m en ted   in   An s y s - Si m p lo r er .   I n   f ac t,  Si m p lo r e r   is   a   cir cu it   m o d eli n g   s o f t w a r e  w h ic h   i s   al s o   u s ed   in   t h is   w o r k .   I t  p r ese n t  a   s i m u lat io n   p ac k ag e   f o r   elec tr ic  cir cu it   s i m u latio n s   th at   all o w s   o n e  to   ea s il y   a n d   q u ick l y   m o d el  all  P o w er   elec tr o n ic  co m p o n e n t s   o f   a n   ap p licatio n .   I t  ca n   b e  u s ed   t o   d esig n   a n d   m o d el   elec tr ic,   elec tr o n ic,   co n tr o l    an d   m ec h an ical  co m p o n en t s   [ 9 ] .   I t  h as  u s er   f r ien d l y   g r ap h i ca l  in ter f ac e s   m a k i n g   e v en   co m p lex   m o d els  ea s y   to   d ef i n e  [ 1 0 ] .   Du e  to   its   ab ilit y   to   in ter - li n k   w it h   Ma x w ell  a n d   Si m u li n k ,   Si m p lo r er   w as   th e  b est c h o ice  to   b e   u s e d   as t h e  in ter f ac e  en g i n e  i n   th e  co - s i m u latio n   o f   t h is   p ap er .   Du e  to   its   ab ilit y   to   in ter - li n k   w it h   Ma x w ell  a n d   Si m u li n k ,   Si m p lo r er   w a s   th e  b est  c h o ice   to   b e  u s ed   as  th e  i n ter f ac e  e n g in e  i n   t h e  co - s i m u latio n   o f   th i s   p ap er .   H er e,   id ea l  s w itc h es  ar e  u s ed ,   b u t  it  is   al s o   p o s s ib le   to   r ep lace   th e m   w it h   ex ac t   m o d el s   o f   I GB T s .   T h e  P W M   s ig n al s   ( Sa,   Sb ,   Sc)   ca n   b e  g en er ated   f r o m   t h e   co n tr o l  s c h e m e   i n   M A T L A B - Si m u li n k   a n d   r ec eiv ed   th r o u g h   a n   i n ter f ac e  a n d   f ed   to   t h e  i n v er ter   s w itc h es   S1   to   S6   b u ilt u p   in   Si m p lo r er .   I n   th is   w o r k ,   th e  i n v er ter   is   co n tr o lled   b y   P W M  s ig n als  g en er at ed   w it h   Si m p lo r er .   B esid es  th e  i n v er ter ,   th e  m o d el  in cl u d es  t h e  co n ce n tr ate d   p h ase  en d - w i n d in g   i n d u cta n ce s   L e n d     an d   p h ase  w i n d in g   r esi s tan ce s   R s .   T h ese  co m p o n e n t s   ar e  in clu d ed   in   t h i s   m o d el  as   it   is   n o t  p o s s ib le  to   in te g r ate  t h e m   i n   a  t w o   d i m e n s io n al  FEM   b ased   m o to r   m o d el.   Fig u r e   4   a n d   5   g i v e  t h e  P W M  s ig n al s   an d   th e   P W M  o u tp u t f o r   o n e  p h ase.   I t  is   i m p o r tan t  to   u s e  Si m p lo r er   b ec au s e  in   Si m u li n k   s o f t w ar e,   a  p o w er   elec tr o n ic  s w itc h   li k e  Mo s f e t   h as   m o d eled   w it h   a n   id ea l  s witch   a n d   a   r esis ta n t   t h at  n a m e d   R d   an d   d eter m i n ed   f r o m   M o s f et  d ata s h ee t   [ 1 5 ] .   T h is   m o d el  ca n n o t  s i m u la te  b eh av io r   o f   a  r ea l  Mo s f et  lik e  n o is e,   s w itch in g   lo s s es,  te m p er at u r e  an d   m a n y   o th er   d etails.  I n   f ac t,  Si m p lo r er   ca lcu lates  t w o   g r o u p s   o f   f e atu r es  f o r   a  s w itch .   F ir s t  g r o u p   is   elec tr ic  f ea t u r es  lik e  D C   cu r r en t ( A ) ,   E n er g y   a n d   ti m e  ca lc u latio n ,   ca p ac ities   an d   p ar asit ic  ele m e n ts   [ 1 6 ] ,   [ 1 7 ] .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694     Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o f  I n d u ctio n   Mo to r   b a s ed   o n   F in ite   E leme n t A n a lysi s   ( Yemn a   B en s a lem )   1103       F ig u r e   3 .   A   th r e e   p h as e   Po w e r   C o n v e r t e r   w ith   a d d i t i o n a l   r e s is t a n ce   an d   e n d - w in d in g   in d u c t an c e           Fig u r e  4 .   2 - L e v el  P W M  C o m p ar is o n   Sig n al s           Fig u r e  5 .   2 - L e v el  P W M  Ou tp u t       3.   I M   DRIVE   M O DE L :   C O - SI M UL AT I O N  M AXWEL L /S I M P L O RE R     I n   t h is   s ec tio n ,   w e  p r o p o s e  to   f ee d   t h e  m ac h in e   w it h   a  t h r e e - p h a s e  P W M  in v er ter .   T h e  F E M  m o d el  o f   th e  m ac h i n e  is   d e v elo p ed   o n   Ma x w ell  a n d   u s ed   f o r   s i m u l atio n   w it h   An s y s - S i m p lo r er   i n   o r d er   to   h av e  t h e  s i m u lat io n   r es u lts   o f   th e  co m p lete  s y s te m .   W h en   t h e  I M  i s   co m p letel y   b u ilt in   Ma x w e ll a n d   a n al y ze d ,   th en   it  w ill   b e  p r ep ar ed   f o r   co - s i m u lat io n   w it h   Si m p lo r er .   T h e  ex citat i o n   is   p r ev io u s l y   d e f in ed   w it h   c u r r en t   s o u r ce s .   I n   o r d er   to   u s e   Ma x w ell  in     co - s i m u latio n   w it h   Si m p lo r er ,   th e   u s er   n ee d s   to   d o   s o m e   m o d if icati o n s   o n   t h e  Ma x w ell   m o d el.   T h e  2 D  FEM   m ac h in e  m o d el  cr ea ted   an d   an al y ze d   i n   Ma x w ell  ca n n o t   b e  ex p o r ted   d ir ec tly   to   Si m u li n k .   A   n ec es s ar y   in ter m ed iate  s tep   u s i n g   Si m p lo r er   p r o g r am ,   h er e  w e  ch o o s e  to   in clu d e  th e  i n v er ter ,   an d   it  is   p o s s ib le  to   in cl u d e  a  s i m p l e  t h r ee   p h ase  s o u r ce .   Fig u r e   6   s h o w s   t h e  p r in cip le  d iag r a m   o f   t h e  p r o p o s ed   co - s i m u latio n .   A cc o r d in g   to   ea ch   m o d u le  o f   all  ab o v e  b u ilt,  t h e   P W M  in v e r ter   f ed   I M  s y s te m   ca n   b e   co m p o s ed   o f   th e   e n tire   s y s te m at ic  m o d el.   Fig u r e   6   s h o w s   t h e  s i m u lat ed   s y s te m   m o d el  f o r   th e  s tu d y   o f   i n v er ter   f ed   in d u ctio n   m o to r .   I n   th e  s y s te m atic  m o d el,   m o to r   r o tatio n   s p ee d   is   g iv e n   r ated   s p ee d   1 5 0 0   r p m   b y   V_ R OT B 1   m o d u le.     1 0 0 . 0 0 1 0 5 . 0 0 1 1 0 . 0 0 1 1 5 . 0 0 1 2 0 . 0 0 1 2 5 . 0 0 T i m e   [m s ] -4 0 0 . 0 0 -2 7 5 . 0 0 -1 5 0 . 0 0 -2 5 . 0 0 1 0 0 . 0 0 2 2 5 . 0 0 3 5 0 . 0 0 4 3 2 . 5 4 C o n tr o l   Si g n a l s M a x w e l l _ s i m p l o r e r 1 0 P WM C u r v e   I n f o S I N E 1 . V A L TR S I N E 2 . V A L TR S I N E 3 . V A L TR T R I A N G 1 . V A L TR 1 0 0 . 0 0 1 0 5 . 0 0 1 1 0 . 0 0 1 1 5 . 0 0 1 2 0 . 0 0 1 2 5 . 0 0 T i m e   [m s ] -1 . 0 0 -0 . 3 8 0 . 2 5 0 . 8 8 1 . 0 8 N EG 1 . VA L M a x w e l l _ s i m p l o r e r 1 0 N E G 1 . V A L C u r v e   I n f o N E G 1 . V A L TR Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2088 - 8 6 9 4   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 1 6   :  1 1 0 0   –   1 1 0 9   1104     F ig u r e   6 .   2 D   d y n am ic   m o d e l   o f   th e   i n d u ct i o n   m o t o r   d r i v e   im p o r t e d   i n   S im p l o r e r   d r iv e   s im u l at o r         4.   G L O B A L   M O DE L   ST RU C T UR E   Af ter   v er i f y in g   t h e  co n tr o l  s ch e m e  w i th   t h e  s i m u latio n   m o d el  o f   I M  in   Si m u li n k ,   t h e  n e x t  s tep   w as   to   lin k   t h e  co n tr o l s y s te m   to   S i m p lo r er .   T h is   w as   d o n e  b y   r e p lacin g   t h e  m ac h in e   in   t h e  S i m u lin k   “ S - f u n ctio n ”   w it h   a  g en er ic  I M   in   Si m p lo r er .   T h e  I M  an d   th e   in v er ter   w h ic h   w ill  b e  l in k ed   to   S i m u li n k   v o lta g e  w er e   p lace d   in   Si m p lo r er   w o r k s h ee t.  T h e  Si m u li n k   co n tr o l  s y s te m   w a s   t h en   i m p o r ted   to   Si m p l o r er   as  s h o w n   in   th e   co m p lete  co u p led   m o d el  o f   Si m p lo r er   I M  an d   Si m u lin k   co n t r o l s y s te m   i n   Fi g u r e   7.       F ig u r e   7 .   M ax w el l /S im p l o r e r /Si m u lin k   c o - s im u la t i o n   o f   an   in d u c t i o n   m o t o r   d r iv e   w ith   V/f   s p e e d   c o n t r o l       Usi n g   t h e  “SiM2 SiM”i n ter f a ce   lin k   g en er ated   in   S i m u li n k   b y   a  s p ec ial  S - F u n ctio n   k n o w n   a s   «   An s o f t SF u n c tio n   »   as  s h o w n   i n   Fi g u r e   8 .   I n f o r m atio n   f r o m   t h e  FEM   m o d el  ca n   t h e n   b e  co n n ec ted   to   t h e   Si m u li n k   co n tr o l  s y s te m   r ea d y   f o r   co - s i m u latio n .   Fig u r e  8   d is p la y s   t h e  Si m u lin k   b lo ck   d iag r a m   o f   a  s ta n d ar d   o p en   lo o p   Vo lt/Her tz  co n tr o l  s y s te m   o f   an   i n d u ct io n   m o to r   d r iv e  th at  is   u s ed   in   t h is   s tu d y   f o r   th e     co - s i m u latio n   v alid atio n .       F ig u r e   8 .   S im u lin k   b l o c k   d i ag r am   lin k e d   t o   S im p l o r e r   0 0 D 1 5 w + 1 5 0 0 rp m Q4 Q1 Q3 Q6 D1 D 1 1 D 1 2 D 1 3 D 1 4 Q5 Q2 400V E1 RA RB RC LA LB T R I A N G 1 S U M 1 S U M 2 S U M 3 C O M P 1 C O M P 2 C O M P 3 N E G N E G 1 N E G N E G 2 N E G N E G 3 S I N E 1 S I N E 2 S I N E 3 + V A A M 1 C2 C6 C5 C4 C3 C1 L3 L1 L2 + V V M 1 A A M 2 P h a se A _ i n P h a se B _ i n P h a se C _ i n M o t i o n S e t u p 1 _ i n P h a se A _ o u t P h a se B _ o u t P h a se C _ o u t M o t i o n S e t u p 1 _ o u t + V Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694     Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o f  I n d u ctio n   Mo to r   b a s ed   o n   F in ite   E leme n t A n a lysi s   ( Yemn a   B en s a lem )   1105     Fo r   s i m u latio n ,   t h e  r ef er en ce   s p ee d   o f   2 * 5 0 * p i  w a s   co n v er t ed   in   p o s itio n   an g le  a n d   p r o v id ed   to   th e  in v er ter   w i th   th e   r ef er en ce   v o ltag e  V * C .   Af ter   t h at,   t h e  s i m u latio n   w as  s tar ted   in   Si m p lo r er   w h ic h   ca ll s   co n tr o l  s y s te m .   T h e  in te n ti o n   o f   th i s   s i m u la tio n   s tep   is   to   v er if y   co - s i m u latio n   b et w ee n   Si m u li n k     an d   Si m p lo r er .   T h e  r esp o n s es   w er e  as  s h o w n   i n   t h e  f o llo w i n g   F i g u r es.   Fig u r e  9   s h o w s   t h e  s i m u lat io n   r es u lts   o f   t h e  co - s i m u latio n   o f   t h e  I M   in   n o r m al  o p er atin g   co n d itio n s .   T h is   F i g u r e  g i v es   t h e  s tato r   v o ltag e s ,   c u r r en ts ,   f l u x   a n d   th e  elec tr o m a g n etic  t o r q u e.           ( a)     ( b )         ( c)     ( d )     F ig u r e   1 0 .   S im u l at i o n   r e s u l t s   o f   c o - s im u l a te d   I M   in   n o r m al   o p e r a t in g   c o n d i t i o n s :   ( a )   s t a t o r   v o l t ag e s ,     ( b )   s t a t o r   cu r r en ts ,   ( c )   e l e ct r o m a g n e ti c   t o r q u e ,   ( d )   s t at o r   F lu x       Fig u r e  9   p r esen t  t h e  t h r ee   p h ase  s tato r   v o lta g e s ,   cu r r en t s   w h ic h   ar e  n o n   s i n u s o id al  at  t h e  s tar t - u p     an d   t h en   s tab ilize   w it h   a  r e g u lar   f o r m   a n d   p h a s es.  T h e  e lectr o m ag n etic   is   g i v e n   w h e n   t h e  s i m u la tio n   is   r ea lized   w i th o u t  lo ad   to r q u e.   Fig u r e   1 0   s h o w s   th e   d i s tr ib u t io n   o f   t h e  m ag n etic   f lu x   lin e   o f   t h e  m ac h i n e  i n   h ea lt h y   ca s e.   I n   th i s   ca s e,   w e  n o te  th at  t h e  f lu x   d is tr ib u tio n   i s   s y m m etr ical.           F ig u r e   1 0 .   M ag n e t i c   F lu x   l in es  i n   h e al th y   c as e       5.   I NDUC T I O N  M O T O R  M O DE L   WI T H   F AUL T   O P E R AT I N G   CO ND I T I O NS   T h e  I M  d r iv e  cir c u it   m o d el  i s   co n s t itu ted   o f   th e   n o n li n ea r   e le m e n ts ,   th e   cir cu it  b r ea k er s ,   an d   p o w er   elec tr o n ics  co m p o n en ts .   I n   t h is   s ec t io n ,   t h e  e f f ec ts   o f   p o wer   elec tr o n ics  f a u lt y   co m p o n en ts   ar e  s i m u lated     an d   d is c u s s ed .   T h e  m ac h i n e,   u s ed   i n   s i m u latio n   o f   t w o   f au lt  ca s e   s t u d ies,  i s   a   th r ee - p h a s e,   2   p o les,  s q u ir r el   ca g e  i n d u ctio n   m ac h i n e,   w it h o u t  lo ad   to r q u e  an d   a  m ax i m u m   s p ee d   o f   1 5 0 0   r p m .   I n   t h is   w o r k ,   t w o   t y p es  o f   f au lt a r e  p r ese n ted   a n d   d is c u s s ed : o n e  f a u lt i s   o cc u r r in g   at   t h e  m ac h i n e  ter m i n als   a n d   t h e   s ec o n d   o n e  i s   d u e  to   f au lt y   p o w er   tr an s i s to r .     0. 00 100. 00 200. 00 300. 00 400. 00 500. 00 Ti m e  [ m s] - 250. 00 - 125. 00   0. 00 125. 00 219. 37 V ol t age  [ V ] M a x w e l l _ s i m p l o r e r 4 FE A   V ol t age C u r v e   I n f o F E A 1 . V T 1 TR F E A 1 . V T 2 TR F E A 1 . V T 3 TR   0. 00 100. 00 200. 00 300. 00 400. 00 500. 00 Ti m e  [ m s] - 100. 00 - 50. 00   0. 00 50. 00 100. 00 C ur r ent   [ A ] M a x w e l l _ s i m p l o r e r 4 FE A   C ur r ent C u r v e   I n f o F E A 1 . I T 1 TR F E A 1 . I T 2 TR F E A 1 . I T 3 TR   0. 00 100. 00 200. 00 300. 00 400. 00 500. 00 Ti m e  [ m s] - 25. 00   0. 00 25. 00 50. 00 75. 00 100. 00 125. 00 150. 00 FE A 1. TO R Q U E M a x w e l l _ s i m p l o r e r 4 FE A   To r qu e C u r v e   I n f o F E A 1 . T O R Q U E TR   0. 00 100. 00 200. 00 300. 00 400. 00 500. 00 Ti m e  [ m s] -1 . 5 0 -1 . 0 0 -0 . 5 0 0 . 0 0 0 . 5 0 1 . 0 0 1 . 5 0 F l u x  [ W b ] M a x w e l l _ s i m p l o r e r 4 FE A   Fl ux C u r v e   I n f o F E A 1 . F L U X T 1 TR F E A 1 . F L U X T 2 TR F E A 1 . F L U X T 3 TR Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2088 - 8 6 9 4   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 1 6   :  1 1 0 0   –   1 1 0 9   1106   5. 1 .   O ne  I G B T   Sh o rt   Circ uit ed   Fig u r e  1 1   p r esen t  th e  s y s te m   m o d el  w it h   a  s h o r t  cir cu i t  o f   th e  o n e  I GB T   o f   th e  in v er ter   f i r s t  leg .   T h e  s i m u lat io n   r es u lt s   ar e  o b tain e d   in   t h is   ca s e  b y   in j ec tin g   th e  f a u lt  w h e n   t h e   s p ee d   r ea ch ed   th e  s tea d y   s tate   o p er atio n .   T h en   at  t= 0 . 2 s ,   clo s in g   t h e  s w itc h   S1 ,   t h e  to p   tr an s i s to r   o f   t h e  f ir s t   p o w er   p o l e  o f   t h e  i n v er ter   is   s h o r t  cir cu ited   b et w ee n   t h e  I GB T   an d   th e  s o u r ce   ter m i n al.   T h e  w a v e f o r m s   o f   t h e  m o to r ’ s   s ta to r   cu r r en ts   i n   p h ase  A   ar e  s h o w n   in   Fig u r e   1 2 .     T h e  s i m u la tio n   b ased   o n   FEA   m o to r   m o d el  in d icate s   an   in itial  i n cr ea s e  o f   t h e  to r q u e  p u ls atio n s ,   i m m ed iat el y   a f ter   th e   f a u lt   o cc u r s   at  t= 0 . 2 s .   T h is   f o llo w e d   b y   o s cillatio n s   i n   t h e  e lect r o m a g n etic  to r q u e,   m ea n in g   th at   t h e  m o to r   ca n n o t  o p er ate  u n d er   t h e  s a m e  r at ed   lo ad   co n d itio n .   F ig u r e  ( 1 2 . b )   s h o w s   th a t  t h e   s tato r   cu r r en t  o f   t h e  cir cu ited   I GB T   h as  v er y   h ig h   a m p lit u d e  w it h   d is t u r b an ce s   i n   a ll  cu r r en ts   p h a s es.  W e  ca n   n o tice  a  d i f f er e n ce   i n   t h e  f l u x   lin es   d is tr ib u t io n   i n   t h e  h ea lt h y   a n d   d ef a u lt c a s es.  C o lo r   g r a d atio n   g i v es   an   id ea   o f   th e  co n ce n tr atio n   ar ea s   o f   t h e  m a g n etic  f lu x .           F ig u r e   1 1 .   I n d u c t i o n   m o t o r   d r iv e   d i ag r am   w i th   o n e   I G B T   s h o r t   c i r cu i t           ( a)     ( b )       ( c)     F ig u r e   1 2 .   S im u l at i o n   R e s u lt s   w ith   o n e   Sh o r t e d   I G B T :   ( a )   S t at o r   V o l t ag es ,   ( b )   S t at o r   C u r r e n ts ,    ( c )   E l e c t r o m ag n e t ic   T o r q u e   w + + V A + V A + V + V   0. 00 100. 00 200. 00 300. 00 400. 00 500. 00 Ti m e  [ m s] - 300. 00 - 200. 00 - 100. 00   0. 00 100. 00 200. 00 300. 00 V ol t age  [ V ] M a x w e l l _ s i m p l o r e r D I O D E FE A   V ol t age C u r v e   I n f o F E A 1 . V T 1 TR F E A 1 . V T 2 TR F E A 1 . V T 3 TR   0. 00 100. 00 200. 00 300. 00 400. 00 500. 00 Ti m e  [ m s] - 150. 00 - 100. 00 - 50. 00   0. 00 50. 00 100. 00 150. 00 200. 00 C ur r ent   [ A ] M a x w e l l _ s i m p l o r e r D I O D E FE A   C ur r ent C u r v e   I n f o F E A 1 . I T 1 TR F E A 1 . I T 2 TR F E A 1 . I T 3 TR   0. 00 100. 00 200. 00 300. 00 400. 00 500. 00 Ti m e  [ m s] - 50. 00 50. 00 150. 00 250. 00 350. 00 FE A 1. TO R Q U E M a x w e l l _ s i m p l o r e r D I O D E FE A   To r qu e C u r v e   I n f o F E A 1 . T O R Q U E TR Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694     Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o f  I n d u ctio n   Mo to r   b a s ed   o n   F in ite   E leme n t A n a lysi s   ( Yemn a   B en s a lem )   1107         F ig u r e   1 3 .   M ag n e t i c   f l u x   l in e s   i n   f au lty   c a s e :   s h o r t   c i r cu i t   o f   I G B T       5 . 2 .   T wo   P ha s es Sho rt   Circ uite d   Fig u r e  1 4   s h o w s   t h e  s i m u la tio n   r esu lts   o f   th e  f a u lted   m ac h in e  w h e n   th e  p h ase  A  an d   B   ar e    s h o r t - c ir cu ited .   T h e  s i m u lat io n   i s   d o n e  b y   s tar tin g   th e   d r iv e  u n d er   r ated   lo ad   an d   t h en ,   a t  t= 2 0 0 m s ,   t h e  t w o   lin es  ar e  s h o r t  cir cu i ted   at  th e  m ac h i n e  ter m i n als  b y   clo s in g   a  s w i tch   i n   p ar all el  w i th   t h e  I GB T .     T h e  s i m u latio n   r es u lt s   ar e  o b tain ed   w ith   m o to r   alr ea d y   r u n n in g   i n   s tead y   s tate  co n d itio n s .           ( a)     ( b )       ( c )     F ig u r e   1 4 .   S im u l at i o n   R e s u lt s   w ith   T w o   Ph a s es   S h o r t   C i r c u i te d :   ( a )   S t at o r   V o l t ag es ,   ( b )   S ta to r   C u r r en ts ,     ( c )   E l e c t r o m ag n e t ic   T o r q u e .       I n   th i s   f a u lt  co n d itio n ,   th e  m a ch in e  ca n n o t  o p er ate  w it h   ele ctr o m a g n etic  to r q u e  d a m p in g   s lo w l y   to   ze r o   as  b o th   tim e  w a v e f o r m s   o f   Fig u r e   1 4   s h o w s .   A t  th e  ti m e  o f   th e  ap p licatio n   o f   th e  f a u lt  at  t= 0 . 2 s ,   w e  n o te   th at  th e  s ta to r   v o ltag e  ar e  n o t  b alan ce d   an d   th e  m ag n it u d es  ar e  d ec r ea s ed .   Sam e  t h in g   f o r   th e  s tato r   cu r r en ts   w h ic h   h a v e  lo w   m ag n it u d es  c o m p ar ed   as  to   th ese  b ef o r e  ap p li y in g   t h e  f a u lt.  Fi g u r e   1 5   s h o w s   t h at  th er e  is   a  b ig   d if f er en ce   b et w ee n   th e  m a g n et ic  f l u x   li n es  f r o m   th e  h i g h   to   lo w   v al u es i n   h ea lth y   a n d   f au lt y   ca s e.           0. 00 100. 00 200. 00 300. 00 400. 00 500. 00 Ti m e  [ m s] - 250. 00 - 125. 00   0. 00 125. 00 250. 00 V ol t age  [ V ] M a x w e l l _ s i m p l o r e r C C FE A   V ol t age C u r v e   I n f o F E A 1 . V T 1 TR F E A 1 . V T 2 TR F E A 1 . V T 3 TR   0. 00 100. 00 200. 00 300. 00 400. 00 500. 00 Ti m e  [ m s] - 100. 00 - 50. 00   0. 00 50. 00 100. 00 C ur r ent   [ A ] M a x w e l l _ s i m p l o r e r C C FE A   C ur r ent C u r v e   I n f o F E A 1 . I T 1 TR F E A 1 . I T 2 TR F E A 1 . I T 3 TR   0. 00 100. 00 200. 00 300. 00 400. 00 500. 00 Ti m e  [ m s] - 25. 00   0. 00 25. 00 50. 00 75. 00 100. 00 125. 00 150. 00 FE A 1. TO R Q U E M a x w e l l _ s i m p l o r e r C C FE A   To r qu e C u r v e   I n f o F E A 1 . T O R Q U E TR Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                   I SS N :   2088 - 8 6 9 4   IJ PEDS   Vo l.   7 ,   No .   4 ,  Dec em b er   2 0 1 6   :  1 1 0 0   –   1 1 0 9   1108       F ig u r e   15.   M ag n e t i c   f l u x   l in e s   i n   f au lty   c a s e :   t w o   p h as es   s h o r t  c i r c u i t e d       6.   CO NCLU SI O NS   T h e  ad v an tag e  o f   co - s i m u lat i o n   in   S i m p lo r er /Ma x w e ll  is   t h at  it  p r o v id es  ad v a n ce d   d is p la y s   o f   th e   s i m u lat io n   r es u lts ,   i n cl u d in g   t h e  v i s u a lizatio n   o f   th e  elec tr i c  m ac h i n e ’ s   m a g n et ic  f ield s .   T h is   f ea t u r e  allo w s   u s er s   to   ca p tu r e  n e w   p h e n o m en a,   u n s ee n   in   t h e  o th er   s i m u latio n   to o ls ,   i n clu d i n g   th e  f au lts   e f f ec ts   o n   t h e  m ac h in e ’ s   f ie ld ’ s   d i s tr ib u tio n .   A   co - s i m u latio n   m e th o d   h a s   b ee n   p r o p o s ed   f o r   th e  s i m u lati o n   o f   t h e  n o n - lin ea r   m o d el  o f   I M  an d   co n tr o l  d r i v es.  F u r t h er m o r e,   th e  s ca lar   co n tr o l  w a s   s i m u lated   u n d er   h ea lt h y   a n d   f a u l t   co n d itio n   an d   f in a ll y   t h e  r es u lt s   w er e  ill u s tr ated   an d   co m p ar ed .   I n   th is   w o r k ,   a  d y n a m ic  m o d el   co u p lin g   2 D  f i n ite  ele m en t  m eth o d   in   Ma x w ell  a n d   eq u iv al en t  cir cu it   s i m u lat io n   i n   S i m p lo r er   is   p r o p o s ed   to   co m p u te  t h e  p er f o r m a n ce s   o f   a n   I M  f ed   b y   P W M  in v er ter .   T h e   n o n li n ea r   m ag n etiza t io n   c h ar ac ter is tics   h a v e  b ee n   co n s id e r ed   an d   ca lcu lated   b y   FEM .   T h e  cir cu its   o f   th e   in v er ter   ar e  b u ilt   b y   u s i n g   th e  c ir cu it   co m p o n e n ts   in   Si m p lo r er .   T h e  m a g n etic  f ield s ,   t h e  w in d i n g   ch ar ac ter is tic s   an d   t h e  to r q u e  o f   th e  I M  ar e  p r esen ted .   T h e  p er f o r m a n ce s   o f   t h e  I M  f ed   b y   s i n u s o id al  v o lta g e   ar e  co m p u ted   as  co m p ar is o n   w it h   t h at  o f   f ed   b y   P W M  in v er ter .   T h e  FEM   is   p er f o r m ed   f o r   th e  s t u d y   o f   t h e   I M  w it h   f au lt s   in tr o d u ce d   in   t h e  i n v er ter   an d   th e   m ac h i n e .   I n   f ac t,   Fau lt  ca n   b e  d etec ted   o n li n e  b y   o b s er v i n g   th e  s eq u e n ce   c u r r en t  a n d   elec t r o m a g n etic  to r q u e.   Sp ec if ica ti o n s   of   t h e  i n d u ct io n   m ac h i n e ,   th e   s tato r ,   a n d   th e   r o to r   as sh o w n   as i n   T ab le  1 , 2 , 3 .       T ab le   1.   Sp ec if icatio n s   of   t h e  I n d u ctio n   Ma ch i n e   P a r a me t e r s   V a l u e s   R a t e d   V o l t a g e   3 8 0 V   N u mb e r   o f   p o l e s   2   S p e e d   1 4 6 2 r p m   F r e q u e n c y   50   N u mb e r   o f   S t a t o r   sl o t s   36   N u mb e r   o f   r o t o r   sl o t s   26   O u t   P u t   P o w e r   1 1 K W     T ab le   2 .   Sp ec if icatio n s   of   t h e  Stato r   P a r a me t e r s   V a l u e s   N u mb e r   o f   sl o t s   36   S t a t o r   i n n e r   d i a me t e r   1 7 0 mm   S t a t o r   o u t e r   d i a me t e r   2 6 0 mm   S l o t   t y p e   2   L e n g t h   o f   st a t o r   c o r e   1 5 5 mm   Ty p e   o f   st e e l   D 2 3 _ 5 0   S t a c k i n g   F a c t o r   o f   st a t o r   c o r e   0 . 9 5         T ab le   3 .   Sp ec if icatio n s   of   t h e  R o to r   P a r a me t e r s   V a l u e s   N u mb e r   o f   sl o t s   26   R o t o r   i n n e r   d i a me t e r   6 0 m m   R o t o r   o u t e r   d i a me t e r   1 6 9 mm   S l o t   t y p e   2   L e n g t h   o f   r o t o r   c o r e   1 5 5 mm   Ty p e   o f   st e e l   D 2 3 _ 5 0   S t a c k i n g   F a c t o r   o f   st a t o r   c o r e   0 . 9 5   A i r   g a p   0 . 5 mm         RE F E R E NC E S   [1 ]   C. M .   A p o sto a ia,  “ AC  M a c h in e s  Dr ive s  S imu la ti o n   Pl a tf o rm ” ,   IEE E  In tern a ti o n a l  Co n f e re n c e   o n   EL e c tri c   M a c h in e s &   Driv e s (IE M DC) ,   p p .   1 2 9 5 - 1 2 9 9 ,   2 0 1 3 .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694     Mo d elin g   a n d   S imu la tio n   o f  I n d u ctio n   Mo to r   b a s ed   o n   F in ite   E leme n t A n a lysi s   ( Yemn a   B en s a lem )   1109   [2 ]   C.   S c h u lt e ,   e t  a l. ,   “ Co - simu l a ti o n   o f  a n   I n ter io r  Per ma n e n t  M a g n e t  S y n c h ro n o u s  M o to r  wit h   S e g me n ted   Ro t o r   S tru c tu re ” ,   IEE E  A n n u a l  Co n f e re n c e   o f   In d u str ial  El e c tro n ics   S o c i e t y ,   p p .   4 3 7 - 4 4 2 ,   2 0 1 4 .     [3 ]   W .   Zaa b i,   Y.  Be n sa l e m ,   H.  T ra b e lsi,   “ Co - simu la ti o n   o f  I n d u c ti o n   mo to r  fed   b y   PW M   in v e rt e r  u n d e r  a   b ro k e n   b a r   fa u lt ” ,  IEE E  1 2 t h   In ter n a ti o n a l  M u lt i - c o n f e re n c e   o n   S y ste m s,  S ig n a ls  a n d   De v ice s,  S S D’1 5 ,   M a rc h   1 6 - 19,   T u n isia,   2 0 1 5 .   [4 ]   A .   C e b a n ,   e t  a l .,   “ S tu d y   o f   ro to r  f a u lt s  in   in d u c ti o n   m o to rs  u sin g   e x tern a l  m a g n e ti c   f ield   a n a ly sis ” ,   IEE E   T ra n sa c ti o n s  o n   In d u stri a l  El e c tr o n ics ,   v o l .   5 9 ,   N o .   5 ,   p p :   2 0 8 2 - 2 0 9 3 ,   2 0 1 2 .   [5 ]   B. L .   Ra jala k h m i  S a m a g a ,   e t  a l . ,   “ Co m p re h e n siv e   stu d y   o f   m ix e d   e c c e n tri c it y   f a u lt   d iag n o sis  in   in d u c ti o n   m o to r s   u sin g   sig n a tu re   a n a ly sis” ,   El e c tri c a l  Po we r  a n d   En e rg y   S y ste ms ,   v o l.   35,   p p :  1 8 0 - 1 8 5 ,   2 0 1 2 .   [6 ]   G . P .   M e h ta,  e t  a l . ,   “ P e rf o rm a n c e   A n a l y sis  o f   ro tatin g   in d u c ti o n   m a c h in e s  f o r  A ir - G a p   e c c e n tri c it y   &   Ro to r  b a r  f a u lt s  u sin g   f in it e   e lem e n t  m e th o d ” ,   I n ter n a t io n a l   J o u r n a l   o f   Res e a rc h   in   Co m p u ter   a n d   c o mm u n ica t i o n   tec h n o l o g y ,   v o l.   2 ,   N o .   5 ,   p p :  2 6 7 - 2 7 2 ,   2 0 1 3 .   [7 ]   M .   B o u z id ,   e t  a l . ,   “ A n   e ff icie n t,   sim p li f ied   m u lt ip le - c o u p led   c ircu it   m o d e l  o f   th e   in d u c ti o n   m o to r  a i m e d   to   sim u late   d if fe re n t  ty p e s o f   sta to r  f a u lt s” ,   M a th e ma t ics   a n d   c o m p u ter s in   sim u la ti o n ,   v o l.   9 0 ,   p p :   9 8 - 1 1 5 ,   2 0 1 3 .   [8 ]   P .   A ru m u g a m ,  e t  a l . ,   “ M o d e li n g   o f   d iff e r e n t  w in d in g   c o n f ig u ra ti o n s  f o r  f a u lt - to lera n t  p e rm a n e n t  m a g n e t  m a c h in e s   to   re stra in   i n tertu r n   s h o rt - c ircu i t  c u rre n t”,  IE EE   T r a n sa c ti o n s  o n   En e rg y   Co n v e rs io n ,   v o l.   2 7 ,   No .   2 ,   2 0 1 2 .   [9 ]   B.   V a se g h i ,   e t   a l. ,   “ F a u lt   a n a ly sis  a n d   p a ra m e t e r  id e n ti f ica ti o n   o f   p e rm a n e n t - M a g n e t  M o to rs  b y   th e   f in it e - e le m e n t  m e th o d ” ,  IE EE   T r a n sa c ti o n s ,   v o l. 9 ,   p p :  3 2 9 0 - 3 2 9 5 ,   2 0 0 9 .   [1 0 ]   O.  A .   M o h a m m e d ,   e t  a l . ,   “ M o d e li n g   a n d   c h a ra c teriz a ti o n   o f   in d u c ti o n   m o to r  i n tern a l  f a u lt s u si n g   f in it e - e le m e n t  a n d   d isc re te w a v e let  tran s f o r m s” ,   IEE E  T ra n sa c ti o n s o n   M a g n e ti c s ,   v o l .   4 2 ,   No .   1 0 ,   p p .   3 4 3 4 - 3 4 3 6 ,   Oc to b e r  2 0 0 6 .   [1 1 ]   X .   Z h a o ,   e t  a l . ,  “ Co - simu la ti o n   o f  6 0 0 KW   T ra c ti o n   In d u c ti o n   M o to r  Fed   b y   PW M   In v e rte r ” ,   2 n d   In tern a ti o n a l   Co n f e re n c e   o n   El e c tro n ic &   M e c h n a n ica l  E n g in e e rin g   a n d   In f o rm a ti o n   T e c h n o lo g y ,   F ra n c e ,   p p .   1 6 8 0 - 1 6 8 3 ,   2 0 1 2 .   [1 2 ]   M .   A .   M u e ll e r,   e t  a l .,  “ Ca lcu l a ti o n   o f  iro n   lo ss e s  fro m  ti me - ste p p e d   fi n i te  e lem e n t  mo d e l  o f  c a g e   in d u c ti o n   ma c h in e s” ,   IEE   c o n f .   P u b . ,   N o . 4 1 2 ,   p p .   8 8 - 9 2 ,   1 9 9 5 .   [1 3 ]   J.  F a iz,  e t  a l .,  “ A   n e w  p a tt e rn   f o r  d e tec ti n g   b ro k e n   ro to r  b a rs  in   in d u c t io n   m o to rs  d u rin g   sta rt - u p ” ,   IEE E  T ra n s .   M a g n . ,   v o l.   4 4 ,   n o .   1 2 ,   p p .   4 6 3 7 - 4 6 8 3 ,   De c e m b e r  2 0 0 8 .   [1 4 ]   G . B.   Ch u n g ,   e t  a l .,  “ An a lys is  o f   th e   o p e ra ti o n   o f  t h y risto r  c o n tr o ll e d   se rie s  c o mp e n sa to r  i n ter a c ti n g   w it h   p o we r   sy ste m co mp o n e n ts” ,   in   P ro c e e d i n g   o f   IT C_ CS CC,   p p .   7 4 1 ~ 7 4 4 ,   S e o u l,   Ju l .   1 9 9 6 .     [1 5 ]   K.  S a leh ,   M .   S u m n e r ,   “ M o d e ll in g   a n d   S im u latio n   o f   a   S e n so rles s  C o n tr o l  o f   F iv e   P h a se   P M S M   Driv e s  u sin g   M u lt i  Dim e n sio n   S p a c e   V e c to r  M o d u l a ti o n ” ,   T E L KOM NIKA  T e lec o mm u n ica t io n ,   Co mp u ti n g ,   El e c tro n ics   a n d   C o n tro l ,  De c e m b re   2 0 1 6 .   [1 6 ]   N  Kira n ,   " S tate   S p a c e   A n a l y sis  a n d   M o d e ll in g   o f   F u ll   Or d e r  Ob se rv e r  b a se d   Co n tr o l  o f   S in g le  P h a s e   In v e rter  Bo t h   in   S tan d a lo n e   a n d   G rid ti e   M o d e s ” ,   Bu ll e ti n   o f  El e c trica l  En g in e e rin g   a n d   I n fo rm a ti c s ,   2 0 1 6   -   jo u r n a l. p o rtalg a ru d a . o rg .   [1 7 ]   M   P ra sa d ,   A K  Ak e ll a ,   “ P e rf o r m a n c e   Ev a lu a ti o n   o f   T h re e   Di ff e re n t  In v e rter  Co n f ig u ra ti o n s  o f   DV R   f o r  M it ig a ti o n   o f   V o lt a g e   Ev e n ts ” ,   In d o n e sia n   J o u rn a l  o f  El e c trica l ,   2 0 1 6 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.