TELKOM NIKA , Vol.13, No .3, Septembe r 2015, pp. 7 83~793   ISSN: 1693-6 930,  accredited  A  by DIKTI, De cree No: 58/DIK T I/Kep/2013   DOI :  10.12928/TELKOMNIKA.v13i3.1480    783      Re cei v ed Ma rch 9, 2 015;  Re vised  Ma y 26, 2015; Accepted June 1 0 , 2015   A Novel Technique for Fault-Tolerant Control of Single- Phase Induction Motor      Muhammad Janna ti 1 , Tole Sutikno 2 , Nik Ruz m i Nik Idris 3 , Mohd Junaidi Abd u l Aziz 4   1,3, 4 U T M-PROT O N F u ture Drive Lab orator y, F a cult y of  Electri c al Eng i ne eri n g, Univers i ti T e knol ogi  Mala ysi a , 813 1 0  Skuda i, Joho r Bahru, Mala ysia   2 Departme n t of Electrical En gi neer ing, Un iver sitas Ahmad D ahl an, Yog y a k arta, Indon esia   *Corres p o ndi n g  author, e-ma i l : jann atim94 @ y a h o o .com 1 , tole@e e.ua d.ac.i d 2       A b st r a ct   T h is researc h  discuss es abo ut vector control of  sing le-p h a se Inducti on  Motor (IM) w i th  tw o mai n   and  auxi l i a ry  w i ndin g s u nde r stator w i ndin g  op en- phas e  fault bas ed  on Ind i rect R o tor F l ux-Orient ed   Contro l (IRFOC). Unlik e co n v entio nal   contr o ller  w h ich c a n on ly b e  us e d  for sin g l e -ph a se IM w i th tw o  w i ndin g s, the  prop osed t e ch niq ue i n  this  p aper c an a l so  be us ed for si ngl e-ph ase IM  und er op en- p hase   fault. T he pro pose d  fault-tol e rant driv e sy stem i n   this p aper is  bas ed  on usi ng tra n s formati on  ma trix.  Simulati ons r e sults confir m t he va lid ity of the the o retic a l  ana lysis,  sh ow n that the  perf o rmanc e of th e   prop osed sc he me is h i g h ly sa tisfactory for controlli ng b o th h ealthy a nd fau l ty.     Ke y w ords :   fault-toler ant c ontrol, sin g l e - phas e in ductio n  motor, ope n-ph ase fau l t, indir e ct rotor  flux- orie nted co ntro l, transformatio n  matrix      Copy right  ©  2015 Un ive r sita s Ah mad  Dah l an . All rig h t s r ese rved .       1. Introduc tion  Single-pha se  Indu ction M o tor  (IM) i s   one th e mo st comm only I M s  whi c h i s   use d  in   wa shin g ma chin es,  drill s, com p re sso r s,  refri gerators,  pum ps,  drye rs an d many  oth e r  appli c ation s .  A sin g le-pha se IM i s   prin ci pally  an  unba lanced IM sin c e it is con s tructed with two  uneq ual main  and auxiliary  windin g s [1].   AC drive s  o f  single - ph ase IM demo n s trate  better perfo rman ce, lowe r p r o t ection,   improve d  reli ability and are co st-b enefit  in comp ari s o n  with their  DC co unte r pa rts [2, 3]. In th e  literature, nu mero us  studi es h a ve be en c ond ucte d on Va riabl e Fre que ncy  Cont rol (VF C )  techni que s  o f  singl e-pha se IM d r ive s   su ch  as  scal ar and   vecto r  control  te chniqu es. The s e  control te chn i que s a s sure  ene rgy  savi ng, imp r oved  efficien cy, d e crea se i n  t o rqu e   re spo n s e  pulsation and  etc [4-8]. Re cent re se arch trend on I M  is toward vector control  of single-ph ase  IMs o r  u nbal anced t w o-ph ase  IMs [9 -2 2]. Gene rally, in all  pro p o s ed ve ctor  co ntrol m e thod s for  singl e-p h a s e IMs,  the  sta r t - up and run n i ng  capa ci tors are  disreg arded a nd  sing le-ph a se IM i s   con s id ere d  a s  an  asymm e tric 2 - ph ase IM. Use  of  hystere s i s  curre n t controlle r for Fiel d-O r ie n t ed  Control (FO C ) of unbala n ced 2-p h a s e IM has be en  sugge sted in [ 9 ]. In [10], FOC techniq u e  for  a  si ngle - ph ase  IM with cu rrent dou ble seque nce  cont rolle r fo r d e creasi ng th e to rque  pul satio n   has  bee n p r opo sed.  Usi n g cu rrent d o uble  seq uen ce co ntroll er i s  a  compl e x controlle r du e to  usin g many  PI controll ers. To solve p r oblem s in  [9,  10], in [11, 12], deco uplin g vector  co ntrol of  singl e-p h a s e  IM has b een  pre s ente d . In [11, 12], by introdu cin g  two new  de cou p ling si gnal s  in  addition  to th e de co uplin g  sig nal s li ke   one s u s e d  in  3-pha se  IM, a  novel te ch nique  for vector  control of si n g le-p ha se IM  base d  on F O C h a s b e e n  pro p o s ed.  Ho wever, d e c ou pling ve ctor  control te chn i que d epe nd s on  variatio n of si ngle - p hase IM pa rameters. In  [13-22],  som e   method s for  high p e rfo r m ance FO C of  singl e- pha se  IM or  unbal anced 2 - p h a s e IM  have b een   pre s ente d   wh ich  ca n b e  li sted a s  foll ows;  In [1 3 - 16], sp eed se nsorle ss  Indi re ct F O C  (IFO C) of  2- pha se IM  u s ing Extende d  Kalman  Filt er  (EKF),  i n   [17], Model   Referen c e  Adaptive Syst em  (MRAS)  ob se rv er fo r roto r  spe ed e s tima tion, in [ 18], sensorle ss FO C of si ngle - p hase IM with  on   line stato r   re sista n ce e s timation, in [1 9, 20],  two t e ch niqu es fo r spee d sen s orl e ss IF OC of   unbal an ced   2-ph ase IM  based  on m o tor m odel, i n  [21], FO C  of 2-pha se  IM u s ing  Ge n e tic  Algorithm (G A) for sp eed  PI controlle r tuning  and  in [22], Virtual High F r eq uen cy Injecti on  Method  (VHFIM) to dete r mine th e sp eed a nd p o sition in IFO C  of 2-p h a s e  IM have be e n   pre s ente d .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 3, September 20 15 :  783 – 793   784 Reliability of  an elect r ical dr ive has been alway s  a most  important concern in many  indu strial an d  critical ap plications. In these appl i c atio n s , an app rop r iate control st rategy must b e   cap able of m anagi ng the  drive sy stem  durin g the  fa ult conditio n s. In spite of good pe rforma nce   of conventio n a l vector con t rol method s  for singl e- ph ase IM drive s , its cap abili ty in controlli ng   faulty single - pha se IM s i s  un satisfa c to ry. To ov er co me  th is  pr ob le m, a   n o v e l  ve c t or   c o ntr o l  method fo r  si ngle-pha se  IM is  pro p o s e d  in thi s   pa pe r. The  ne w ve ctor  co ntrol te chni que  whi c h is  based o n  FO C, is  suita b le  for b o th he al thy single - p h a se IM  drive s  and  sin g le-p hase IMs wh en  wor k s with j u st main  wind ing. MATLAB simulati o n  result s sho w   that the perf o rma n ce of the   prop osed sch e me is hig h ly satisfa c to ry fo r co ntrolli ng  healthy and f aulty single - p hase IM.      2. d-q Model  of Single-Ph ase IM  w i th  T w o  Main an d Auxiliar y   Windings  The si ngle - ph ase IM d - q e quation s  with  two different  main an d aux iliary windi ng s in the   stationa ry ref e ren c e  frame  can  be  sho w n as foll owi n g  equatio ns [9]  (in thi s  pa per sup e rscript  “ s ’’   indicates that  the variable s  are in the sta t ionary refe re nce fra m e):   Stator and rot o r volta ge eq uation s :         (1)     Stator and rot o r flux eq uati ons:              (2)     Electrom agn etic torqu e  eq uation s :      r r l e s qr s ds ds s dr s qs qs e F dt d J Pole i i M i i M Pole 2 2                           (3)    Whe r e,  v s ds , v s qs , i s ds , i s qs , i s dr , i s qr ,  λ s ds ,  λ s qs ,  λ s dr  and  λ s qr  are the d - q axes volta g e s, current s, and   fluxes  of  the stator and rot o r.  R ds , R qs  a nd  R r   de note  the stato r  an d roto r resi st ances.  L ds , L qs , L r ,  M ds  and  M qs   denote the st ator, and the  rotor se lf an d mutual ind u ctan ce s.  r   is the machine  spe ed.  τ e ,   τ l ,  J  and  F  a r e elect r oma g netic torque,  load torq ue,  inertia an d visco us fri c ti on   c oeffic i ent.      3. d-q Model  of Single-Ph ase IM  w i th  One Windin g  (Faulty  Sin g le-Phas e  IM)   Modelin g  of engin eeri ng system s ha s  bee n subj ect of attention  of ma ny re searche r s  within the la st decad es  (e. g . [23, 24]). In this pap er,  the singl e-p h a se IM mod e l  with only main   windi ng  ba se d on  d - q  mod e l is p r e s ente d  (it i s  a s sum ed that  a  pha se  cut - off faul t is  occu rred i n   the auxiliary  windi ng of  si ngle-phase IM). Stator  a-axis  (main wi nding )  and d-q  axes can be  sho w n a s  Fig u re 1 (i n this  Figure, “ f as ’’ can be flux, voltage or curre n t).    s qr s dr s qs s ds r r r r qs ds r r r r r qs r ds qs qs qs ds ds ds s qs s ds i i i i dt d L R L dt d M M L dt d L R M dt d M dt d M dt d L R dt d M dt d L R v v 0 0 0 0 0 0 s qr s dr s qs s ds r qs r ds qs qs ds ds s qr s dr s qs s ds i i i i L M L M M L M L 0 0 0 0 0 0 0 0 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 9 30       A Novel T e ch nique for F aul t-Tolerant Co ntrol of Single - Pha s e IM (M . Jannati)  785     Figure 1. Stator a-axis an d d-q axe s       In this  Figure  θ o  is the  angl e bet wee n   stator a - axi s   a n d  stato r  q - axi s . Ba sed  on  Figure 1,   d-q vari able s   for stator  can  be sh own as:     o as s o as s f q f d cos      ,     sin          ( 4 )     Since the  d a nd q axe s  a r e ortho gon al, therefo r e the i r inne r p r od u c t sh ould b e   equal to  z e ro. So,            ( 5 )     If we c o ns ider  θ o =0, the trans formation  matrix for  stat or varia b le s is obtain ed a s :              ( 6 )     Therefore, th e d-q mo del  of si ngle - ph ase   IM un de r op en -pha se  fault is  obta i ned  a s   follows :  Stator and rot o r volta ge eq uation s :    s qr s dr s qs r r r r qs r r r r qs r qs qs qs s qs i i i dt d L R L dt d M L dt d L R M dt d M dt d L R v 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0       ( 7 )     Stator and rot o r flux eq uati ons:     s qr s dr s qs r qs r qs qs s qr s dr s qs i i i L M L M L 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0          ( 8 )     Electrom agn etic torqu e  eq uation s :    r r l e s dr s qs qs e F dt d J Pole i i M Pole ) ( 2 2          ( 9 )   2 or       0 0 cos sin o o o   a a s s s f f T q d   1 0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 9 30   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 3, September 20 15 :  783 – 793   786 As can b e  se en from Equa tion (7)-(9), the st ru ctu r e  of the single -pha se IM un der op en - pha se fault i s  si milar to   the structu r e  of  the si ngl e-ph ase IM  with two  mai n  and  auxili ary  windi ng s. Th e only diffe re nce  between  these two  ty pes of motors  is  the motor parameters .  In   the single - ph ase IM unde r open -ph a se  fault it is obtained:  L ds =M ds =R ds =0 b u t in the health y  singl e-p h a s e IM : L ds ≠ L qs , M ds ≠ M qs  and  R ds ≠ R qs .   In the next section, a vector co ntrol sy stem ba sed  on Roto r FO C (RFO C) fo r healthy   singl e-p h a s e  IM is pre s ent ed.  It is obvious by substi tuting  L ds =M ds =R ds = 0 ,  t h is cont r o l sy st e m   can b e  used for faulty singl e-ph ase IM.      4. Proposed  Metho d  for V ector  Con t ro l of Single-Phase IM Ba s e d on RF OC   In this sectio n, usin g tran sformation m a trix,  a  method  for vecto r  co ntrol of  single - pha s e   IM is  present ed. Th e  rea s on of  u s ing  this t r an sform a tion m a trix i s   cha ngin g  t h e u n bal an ced   equatio ns of  the si ngle - ph ase  IM  (du e   to the  L ds ≠ L qs , M ds ≠ M qs  an d   R ds ≠ R qs ) t o  the  bal an ced  equatio ns.     4.1.   Transfor m ation Matrix for Sta t or  Curre nt Vari ables   The idea of  usin g this tra n sformation  matrix  is obt ained fro m  e q uivalent ci rcuit of the   singl e-p h a s e  IM. Figure 2 shows the eq u i valent circuit of single - ph a s e IM.            Figure 2. Equivalent circuit of single -ph a s e IM       All the para m eters in Fi g u re   2, have  been  define d  in Appe ndix. It can b e  sh own th at  using following definitions,     a m m a V jZ V Z V I I j I 4 3 1 1              ( 1 0 )     Figure 2 ca n be simplifie d as Figu re 3 (see Appen dix).          Figure 3. Simplified equival ent circuit of singl e-p h a s e  IM    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 930       A Novel T e ch nique for F aul t-Tolerant Co ntrol of Single - Pha s e IM (M . Jannati)  787 In Figure 3,     )) 1   (   2   ( 2 ) 2 ))( 1   (   2   )( (   2 ) 2 )( ( 4 3 4 3 j Z jZ Z Z Z j Z jZ Z Z Z Z Z Z Z Z b la lm b lm f la lm f lm    (11 )     In (11),  Z 3  an d  Z 4  are th e  para m eters i n  term s of in ducta nces  ( L ds  and/or  L qs  and/or  M ds   and/or  M qs ). As ca n be  seen u s in g (1 0), the eq uivalent  ci rcuit of singl e-p h a s e IM (Figu r e 2 )   cha nge d into a balan ce d ci rcuit (Figu r e  3).  Equation (10) can be  re -written as fol l ows:    m a m a m a m a I I N N j I jI I N N jI 1 1           ( 1 2 )     And,    m a m a V Z V jZ V V jZ V Z jV 3 4 1 3 4 1           ( 1 3 )     Equation  (12 )  and (13 )  are  transfo rmati on matri c e s  f o r tra n sfo r ma tion of variabl es fro m   unbal an ced set (eg., Figure 2) to the balan ced  set (eg., Figure 3 ) . Based on  (12 )  and (1 3),  followin g  tran sform a tion m a trice s  for  sta t or voltage an d curre n t variable s  ca n be  derived:   Tran sfo r m a tion m a trix for  stator  voltage   variable s :     s qs s ds e e e e s qs s ds e vs e qs e ds Z Z Z Z T cos sin sin cos   3 4 3 4        ( 1 4 )     Tran sfo r m a tion m a trix for  stator  current  varia b le s:     s qs s ds e e qs ds e e qs ds s qs s ds e is e qs e ds i i M M M M i i T i i cos sin sin cos        ( 1 5 )   To obtai n (14 )  an d (15), fo llowing  sub s titu ting  have b een con s id ered  (i n (14) a nd (15)  sup e r s c r ipt  “ e ’’ indicate s that the variabl es are in t he rotating reference frame.  More over, “ θ e ’’ is  the angle b e twee n the stat ionary refere nce fra m e an d the rotor flu x  oriented referen c e frame ) .    s qs m s ds a e qs e ds s qs m s ds a e qs e ds ds qs a m e e i I i I i I i jI v V v V v V v jV M M N N j , , , , , , , , cos 1 , sin 1 1 1 1       ( 1 6 )     It is expecte d by using (14) an d (15 )  t he unbalan ced e quation s  of singl e-p hase IM   become si mil a r to the bala n ce d equ atio ns.     4.2. Equatio n s of RF OC  for Single-Ph ase IM Bas e d  on Propos ed Meth od   In this se ctio n vector cont rol equ ation s  of  single-ph ase IM ba se d RFO C  is p r esented.  Usi ng (1 5) a n d  after simplif ying, the equ ations of si ngl e-ph ase IM are obtain ed a s  follows:         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 3, September 20 15 :  783 – 793   788 Rotor voltag e   equation s :          s qr s dr e s e s r r r r r r r r e s s qs s ds e is e is qs ds r qs r ds e s e s i i T T dt d L R L L dt d L R T i i T T dt d M M M dt d M T T 1 1 0 0         ( 1 7 )     After simplifying Equation  (17) can be  written as:        e qr e dr r r r e r r e r r r e qs e ds qs qs e r qs e r qs i i dt d L R L L dt d L R i i dt d M M M dt d M   0 0         ( 1 8 )     Electrom agn etic torqu e  eq uation:          s qs s ds e is e is ds qs T e s T e s s qr s dr s qs s ds ds qs s qr s dr s qr s ds ds s dr s qs qs e i i T T M M T T i i Pole i i M M i i Pole i i M i i M Pole 1 1 0 0   2      0 0   2 ) ( 2      (19 )     After simplifying Equation  (19) can be  written as:    ) ( 2 e qr e ds e dr e qs qs e i i i i M Pole          ( 2 0 )     In summ ery  based on E q uation (17)-(2 0 ), equ at ion s  of RFO C  for singl e-Pha s e IM are  obtaine d a s  f o llowin g  e q u a tions. In th e  pro c e s s of  obtainin g  the s e  equatio ns the a s sumpt i on  λ dr e = ǀ λ r ǀ  and  λ qr e =0 is  con s i dere d  (i n RF OC meth od, the ro to r flux  vector i s  alig ned  with d-axis;   λ dr e = ǀ λ r ǀ  and  λ qr e =0):     dt d T i M r e ds qs r / 1            ( 2 1 )   e qs r qs r e i L M Pole 2           ( 2 2 )   r r e qs qs r e T i M              ( 2 3 )   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 9 30       A Novel T e ch nique for F aul t-Tolerant Co ntrol of Single - Pha s e IM (M . Jannati)  789 In Equatio n  (21),  T r  i s   rot o r time   con s t ant ( T r = L r / R r ). As  can  b e   see n  from  e quation s   (21 ) -(23 ) the  stru ctu r e of  RFO C  e quati ons of  si ngle - pha se  IM u s ing p r op osed  tran sform a tion   matrix for stat or cu rrent variable s , beco m e like bal an ced e quatio n s .  Con s e quently , Figure  4 i s  pro p o s ed f o r IRF O C of  singl e-p h a s e IM. As m entione d   before, by su bstituting  L ds =M ds =R ds =0,  this cont rol system can b e  used for fa ulty single-ph ase   IM. In This  Figure, 2 to 2 trans formation  matrix for stat or cu rrents i s   as follo ws:     s qs s ds bs as i i i i 1 0 0 1            ( 2 4 )           Figure 4. Block di agram of  propo se d IRFOC  for b o th healthy and f a ulty single - p hase IM      5. Simulation Resul t s   To evalu a te t he effe ctiven ess of th e p r o posed  cont rol l er fo r vecto r   control of  hea l thy and  faulty singl e-pha se IM,  simulation i s   con d u c ted  u s ing  MATLA B  simul a tion  pa ckage. T he  simulate d  sin g le-p ha se IM   is fed  by two-leg Volt ag e S o urce I n verte r  (VSI) a s  u s ed in  [9]. The  d- q model b a sed on Equ a tion (1 )-(3 ) an d (7)-(9) h a s been u s e d  for he althy an d faulty singl e- pha se IM  re spectively. Th e Runge -Kutt a  algo rithm  i s  used to  solv e dynami c   eq uation s  of  sin g le- pha se IM u n der  healthy a nd faulty con d itions. M o re over,  a cont roller system  based  o n   Fig u re 4  is co nsi dered  for vector  co ntro l of both single-pha se I M  whe n  wo r k  w i th  o n e  ( f aulty s i n g l e - ph as e  IM) an d two   windi ng s (he a lthy singl e-p hase IM). In  all sim u lations a  phase cut-off is  occurred in  auxiliary wi nding. The proposed  drive system i s  tested under  various operat ing conditi ons  namely, healt h y and faulty con d ition s  an d variation s  o f  load torqu e   and refere nce spe ed. In this  pape r, imme diate fault d e tection  is  a s sumed  a s   consi dered i n  [25]. The  p a ram e ters of  the   simulate d ma chin e are a s  follows:     Voltage: 110  V, f = 50 Hz, No. of poles  = 4, Power  = 475 Watt, J = 0.0038 kg.m 2 , R ds  = 20.6  ,  R qs  = 6.2  ,   L lr  = L ls  = 0.0 814 H, R r  =  1 9 .15  , L ms  = 0.851 H, L ds  = 1.28 H    L ds  =  0.43 H                   Figure 5 sho w s the  simul a tion re sults  of t he propo s ed  controlle r for sin g le-p hase IM  unde r he althy and faulty co ndition s. In this Figu re,  fro m  t=0s to t = 2 s , the sin g le -pha se IM works  with two m a in  and auxilia ry  windin g s  an d from t=2s  t o  t=7 s , the si ngle-pha se I M  wo rks  with only  main win d ing .  Moreover, a t  t=2.5s, a step load to rqu e  equal to 0.1N.m is ap pli ed. Figure 5(c)  and 5(d) sho w  the elect r o m agneti c  torque of t he single-pha s e I M . It can be  seen that the   electroma gne tic torqu e  ha s a q u ick re spo n se with  no pul s ation s  in both he a l thy and fault y   con d ition s . Fi gure  5(e), 5 ( f )  an d 5 ( g)  sh ow the  refe re nce  and  re al  motor  spe ed,  whe n  the  sp eed  referen c e varied from 50 0rpm to 450 rp m. It is obv ious from th ese  Figure s that  the singl e-p h a se  IM can follo w the refe re nce  spe ed without any  overshoot an d steady-state  error even u nder  load. Ba sed   on Fig u re  5,  the maximum  error bet wee n  refe re nce a nd real  sp ee d in the  he althy  con d ition an d  at steady st ate is  ~  0.2rpm and th e maximum e r ror in the faul ty condition  after  applying lo ad  and at ste a d y  state is ~  5rpm. From  th e  pre s ente d  si mulation resu lts of Figu re 5  it  can  be  seen  that the  dyn a mi c  pe rform ance of th e  prop osed I R FOC drive  system for ve ctor  control of sin g le-p ha se IM unde r healthy   and faulty co ndition s  are a c ceptabl e .  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 9 30   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 3, September 20 15 :  783 – 793   790   (a)       (b)       (c )       (d)       (e)       (f)       (g)     Figure 5. Simulation re sult s of the pro p o s ed  contro lle r ;  (a) Stator cu rre n t, (b) Zo o m  of stator  curre n t, (c) T o rqu e , (d) Z o om of torque,  (e) Spee d, (f) Zoom of sp eed in the no rmal con d ition ,   (g) Z oom of speed in the fa ulty condition     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
TELKOM NIKA   ISSN:  1693-6 9 30       A Novel T e ch nique for F aul t-Tolerant Co ntrol of Single - Pha s e IM (M . Jannati)  791 6. Conclusio n     In this p ape r, a ne w  sche me for ve cto r  c ontrol  of h e althy and fa ulty single - ph ase I M   (ope n-pha se  fault)  ha s b een  pre s e n te d. A novel  single-pha se  IM mod e l  with on e a n d t w o   windi ng s  b a sed  o n  d-q   m odel ha s bee n  devel ope d to provide a useful solutio n  to apply FOC  techni que  to  co ntrol  the  sin g le -pha se IM u nde r  norm a l a n d  open -ph a se  fault co nditio n s.   Simulation re sults have val i dated the propo sed me th odolo g y. The perfo rman ce  of the propo s ed  scheme i s  hi ghly satisfa c t o ry for co ntrolling both  h ealthy and fa ulty single-ph ase IM. In future  resea r ch, the other fault condition s will  be add re ss ed . Experiment al re sults  will be ca rri ed ou t to  empha si ze th e simulatio n  result s, whi c h  are so far a c ceptable.       Appe ndix   Based o n  Fig u re 2, the stat or main  a nd a u xiliary voltages can be  wri tten as:  bm ba fm fa a la a ba bm fa fm m lm m E j E E j E I Z V E j E E j E I Z V                                       Whe r e:                     In Figure 2,  V m , V a , I m  and  I a  are the main and auxiliary voltages an d current s,  a=N a /N m   and  j  i s  the  tu rn  ratio a nd  square root of  “-1 ”.  E bm , E ba , E fm  and  E fa  are the  ba ckward  and fo rward  voltage of m agneti z ing  branch of th e main  a nd au xiliary  win d in gs.  R lm , R la , X lm  and  X la  are th e   leakage  re si stance  and  in ducta nce of t he  mai n   an d auxiliary wind ing.  Moreove r ,  R f , R b , X f  and  X b  are the fo rwa r d  and b a c kwa r d  stator resi stan ce   a nd ind u ctan ce. Usi ng follo wing  ch ange  of  variable s ,                 Ratio of cu rre n t is obtaine d  as followi ng  equatio ns:              Let us a s sum ed:    a m V jZ V Z V 4 3 1     Con s e quently , Figure 2 can  be simplified  as Figu re 3.         la la la lm lm lm b b b f f f a b ba a f fa m b bm m f fm jX R Z jX R Z jX R Z jX R Z I Z E I Z E I Z E I Z E      ,         ,      ,           ,       ,   2 2 ) ( 2 ), ( 2 1 2 1 2 1 I I j I I I I a m ) 1   (   2   ) 1   (   2   ) ( ) ( ) ( 2 1 2 j Z jZ Z j Z jZ Z I I Z Z j Z Z Z Z Z j Z Z Z I I f la lm b la lm b f b f lm b f b f la a m Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          ISSN: 16 93-6 930   TELKOM NIKA   Vol. 13, No. 3, September 20 15 :  783 – 793   792 whe r e:     )) 1   (   2   ( 2 ) 2 ))( 1   (   2   )( (   2 ) 2 )( ( 4 3 4 3 j Z jZ Z Z Z j Z jZ Z Z Z Z Z Z Z Z b la lm b lm f la lm f lm        Referen ces   [1]    HW  Beat y ,  JH Kirtle y .  El ectric  Motor Hand bo ok. Ne w   York: McGra w - Hil l. 1998.   [2]    AS Ba-T huny a ,  R Khopkar, K  Wei, HA T o liy a t.  Single  p hase  ind u ctio n  moto r drives- a  lit era t ure survey .  In Electric Mac h in es an d Driv es  Confer enc e, IEMDC 2001.  200 1: 911- 916.   [3]    F  Blaabj erg, F  Lung ea nu, K  Skaug, M T o nnes. T w o-p h a s e ind u ctio n motor drives.  IEEE Industr y   Appl icatio ns Maga z i ne . 2 004;  10(4): 24-3 2 .  [4]    ER Col lins. T o rque  and s l i p  b ehav ior of si ngl e-ph ase i n d u ction mot o rs driv en from vari ab l e -frequ enc y  supplies.  IEEE Transactio n s o n  Industry App l icatio ns .19 92; 28(3): 71 0-7 1 5 .   [5]    B Z ahedi, S Vaez-Z ad eh. Efficienc y  optimiz ati on co ntrol of  singl e-ph ase i nducti on motor  drives.  IEEE   T r ansactio n s o n  Pow e r Electronics . 20 09; 24 (4): 1062- 10 70 .  [6]    J Schraud, EF Fuchs, HA Fuchs. Ex perim e ntal  verific a tio n  of critical-sp e ed i n creas e of  singl e-p hase   i n du cti o n ma ch i n e s  vi a  w i nd i n g  re con f ig u r ation  w i th s o l i d-state s w itc h es.  IEEE Transactions on  Energy C onver sion . 20 08; 23( 2): 460-4 65.   [7]    M Jann ati, NR N Idris, MJA Aziz, SH Asga ri, A Mona di,  AAM F audzi.  A new  method  for RF OC of   singl e-p has e in ductio n   motor  base d  o n  rotati ona l transfor m ations . In  201 3  IEEE Student  Confer en c e   on Res earch  a nd Dev e lo pme n t (SCOReD). 201 3: 215- 220.   [8]    GS Ilang o, N  Rajas e kar. A n   improve d   ener g y  savi ng v/f c ontrol t e chn i q u e  for so lar  po w e re d sin g l e - phas e in ductio n  Motor.  Energ y  conversi on a nd Man a g e m e n t . 2009; 50( 12 ): 2913-2 9 1 8 .  [9]    MB Correa, CB Jaco b i n a , A M N Lim a , ER C Da S ilva.  R o tor-Flu x-Orie n t ed Co ntrol  of  a Sin g l e -Phas e   Inductio n  Moto r Drive.  IEEE Transacti ons o n  Industria l Elect r onics . 20 00; 4 7 (4): 832- 84 1.  [10]    MB Corre a, C B  Jacob i n a , ERC Da  Silv a, AM N Lim a . Vector contro l  strategies f o r sing le-p has e   ind u ction mot o r drive s y stems .   IEEE  Transac tions on Indust r ial Electr onics .  2004; 5 1 (5): 1 073- 108 0.   [11]    S Vaez-Z ad eh , SR Haro oni.   Deco upl ing V e ctor Co ntrol  of Si ng le-Ph a s e  Inducti on M o tor Drives .  Procee din g s of  36th IEEE Conferenc e on Po w e r  Electro n ics  Specia lists PESC. 2005: 7 33- 738.   [12]    S Reic y, S Va ez-Z ade h.  Vec t or Control of  Sing le-Ph a se I nducti on Mac h ine w i th Maxi mu m T o rq ue  Operatio n . Pro c eed ings  of the IEEE Internation a l S y mp o s ium on In dus trial Electro n ic s. 2005: 92 3- 928.   [13]    M Jann ati, NR N Idris, MJA A z iz. Spee d S e n s orle ss F a ult-T o ler ant Driv e S y stem  of 3-Ph a s e Ind u ctio n   Motor Usin g  S w itc h i ng E x tend ed Ka lman  F ilter.  T E LKOMNIKA Indonesi an Jo urna l of Electrica l   Engi neer in g . 2014; 12( 11): 76 40-7 649.   [14]    M Jannati, SH  Asgari, NR N Idris, MJA Aziz.  S pee d Sens orl e ss Direct Rot o r F i eld-Ori ent ed Co ntrol o f   Sing le-Ph a se  Inductio n  Mot o r Usin g Ext end ed Ka lma n  F ilter.  Internatio nal J ourn a l of Pow e r   Electron ics an d Drive Syste m s (IJPEDS) . 2014; 4(4): 43 0-4 38.   [15]    M Jannati, SA  Anbar an, MI  Alsof y ani, NR N Idris, MJA Aziz.  Model ing  and  RF OC of faulty three-ph as e   IM using Extende d Kal m a n  F ilter for rotor  spee d esti mati on.  In 8th Internatio nal Po w e r Engin eeri n g   and Optimiz a ti on Co nfere n ce  (PEOCO). 2014: 270-2 75.   [16]   M Jan nati, S H   Asgari, A  Mo n adi,  NRN  Idris,  MJA Aziz, D  D ehg ha ni, AAM   F audzi.  M o d e li ng an d  sp ee d   estimatio n  of  a faulty 3- ph a s e in ductio n   motor  by us in g exten d e d  K a l m a n  filter . In 2014 IEEE  S y mp osi u m on  Computer Ap p licatio ns an d In dustria l Electro n ics (ISCAIE).  201 4: 76-8 1 .  [17]    HB Azza, N Z a idi, M J e mli,  M Boussak. D e ve l opme n t an d E x per iment al  Evalu a tio n  of  a Sens orles s   Spee d C ontro l  of SPIM Usi n g  Ada p tive S lid i ng M ode-M R A S  Strateg y .  IE EE Jour nal  of  Emer gi ng  an d  Selected Topic s  in Power Electronics . 201 4; 2(2): 319- 32 8.  [18]    HB Azza, M Jemli, M Bouss a k, M Gossa. High pe rforma nc e sens orless  s pee d vector c o ntrol of SPIM  Drives  w i t h  on -line stat or res i stance  estima tion.  Si mul a tio n  Mod e ll ing P r actice a nd T h eory . 20 11 ;   19(1): 27 1-2 8 2 .   [19]    M Jann ati, A  Mona di, NR N Idris, MJA Aziz.   Spee d Se nsor less Vector  Co ntrol of U n b a la nced T h ree- Phase Ind u ctio n Motor  w i t h  Adaptiv e Slid in g  Mode Contr o l.   Internation a l J ourn a l of Pow e r Electronics   and Dr ive Systems (IJPEDS) .  2014; 4(3): 4 0 6 -41 8 .  [20]    M Jemli, H  Ben Azza, M B o ussak. Sensorless I ndir e ct Stator F i el d Orie ntation  Spe e d  Contro l fo r   Sing le-Ph a se  Inducti on  Moto r Drive.  IEEE  T r ansactio n s o n   Pow e r  Electr onics .  2 0 0 9 ;  24 (6 ): 16 18 - 162 7.  [21]    M Jan nati, A  M ona di, GW Ye n, SH As gari,   NRN Idr i s, MJ A Aziz.  A s i m p le vector  control technique for  3-ph ase in duct i on  motor u n d e r ope n-p hase  fault bas e d  o n  GA for tuning of spee d PI control l er . In  201 4 IEEE Co nferenc e on En erg y   Co nv ersi o n  (CENCON). 201 4: 213- 218.   [22]    S Kascak, M  Prazen ica, B Dobr uck y . Pos i tion C ontrol of  T w o-Phase Inductio n  Motor usin g dSpac e   envir on me nt . Procee din g s  o f  38th IEEE  C onfere n ce  on   Industri a l E l ectr onics  Soci et y  IECON201 2.   201 2: 195 8-19 63.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.