A comprehensive analysis of inter-turn-short fault (ITSF) in a fractional slot concentrated winding (FSCW) interior permanent magnet synchronous motor (IPMSM) is presented in this article. During online fault detection, the fault signatures can be influenced by the controller action in a closed-loop control system. Therefore, this study focused on the comparison of the ITSF characteristics in an IPMSM using open-loop and closed-loop control drives. The variation rate in various parameters, such as flux density, input current, circulating current, torque ripple, and vibration under healthy and ITSF conditions are compared. Conventional six-step square-wave control (SSC) and field-oriented control (FOC) drives are respectively used for open-loop and closed-loop analysis of ITSF. Furthermore, this study also focuses on mitigating the capability of the control drives for achieving extended postfault life of the motor. Based on our analysis a fault mitigating strategy for the benchmark IPMSM is also suggested. A multidomain cosimulation technique is used to integrate the finite element method-based model of IPMSM with the control drives under different severities of ITSF for the simulation. Finally, experiments on a three-phase 400-W IPMSM are performed for verification. The result shows that in the FSCW machine the ITSF can be mitigated and FOC has a better capability of ITSF mitigation than SSC.

中文翻译：

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考虑控制驱动影响的FSCW IPM型无刷电机匝间短路故障分析

本文对分数槽集中绕组 (FSCW) 内置式永磁同步电机 (IPMSM) 中的匝间短路故障 (ITSF) 进行了综合分析。在在线故障检测期间，故障特征会受到闭环控制系统中控制器动作的影响。因此，本研究的重点是比较使用开环和闭环控制驱动器的 IPMSM 中的 ITSF 特性。比较了健康和 ITSF 条件下各种参数的变化率，例如磁通密度、输入电流、循环电流、转矩脉动和振动。传统的六步方波控制 (SSC) 和磁场定向控制 (FOC) 驱动器分别用于 ITSF 的开环和闭环分析。此外，这项研究还侧重于降低控制驱动器的能力，以延长电机的故障后寿命。根据我们的分析，还建议了基准 IPMSM 的故障缓解策略。使用多域联合仿真技术将基于有限元方法的 IPMSM 模型与不同严重程度 ITSF 下的控制驱动器集成以进行仿真。最后，在三相 400-W IPMSM 上进行实验以进行验证。结果表明，在 FSCW 机器中，ITSF 可以得到缓解，并且 FOC 具有比 SSC 更好的 ITSF 缓解能力。使用多域联合仿真技术将基于有限元方法的 IPMSM 模型与不同严重程度 ITSF 下的控制驱动器集成以进行仿真。最后，在三相 400-W IPMSM 上进行实验以进行验证。结果表明，在 FSCW 机器中，ITSF 可以得到缓解，并且 FOC 具有比 SSC 更好的 ITSF 缓解能力。使用多域联合仿真技术将基于有限元方法的 IPMSM 模型与不同严重程度 ITSF 下的控制驱动器集成以进行仿真。最后，在三相 400-W IPMSM 上进行实验以进行验证。结果表明，在 FSCW 机器中，ITSF 可以得到缓解，并且 FOC 具有比 SSC 更好的 ITSF 缓解能力。