Utafiti huu unachunguza jinsi inverter ya awamu tatu yenye swichi sita inayolisha mota ya induction katika magari ya umeme inaweza kusanidiwa upya kuwa mfumo wa swichi nne wakati swichi ya nguvu au leg ya inverter inapoharibika, badala ya kusimamisha kabisa uendeshaji. Katika mbinu iliyopendekezwa ya kuendelea kufanya kazi wakati wa hitilafu (Fault-Ride-Through, FRT), leg iliyoharibika ya inverter huzima, fazi husika ya mota huunganishwa kwenye sehemu ya kati ya DC bus iliyogawanywa kupitia leg ya kubana ya MOSFET, na udhibiti wa vekta (Vector Control, VC) pamoja na Pulse-Width Modulation (PWM) hubadilishwa ili kufaa muundo mpya wa swichi nne. Katika simuleringi za mienendo zinazotegemea MATLAB/POWERSIM, mbinu hii huwezesha mota kuendelea kufanya kazi chini ya mabadiliko ya torque ya mzigo, mabadiliko ya kasi, mpito wa hitilafu, uendeshaji wa kasi ndogo na ugeuzaji kamili wa kasi. Katika hali yenye afya ya 6-SI, total harmonic distortion (THD) ni %1,3 na ripple ya torque ni %0,5, huku katika hali ya 4-SI baada ya hitilafu thamani hizi zikiongezeka hadi %4,2 na %2,4 mtawalia; hata hivyo, kosa la kasi katika hali thabiti linaendelea kushikiliwa karibu na %0,4. Kizuizi muhimu zaidi cha utafiti ni kwamba matokeo haya yalipatikana katika mazingira ya simuleringi, si kwenye gari halisi au prototipu ya vifaa.

Mbinu kuu ya kihandisi ya utafiti ni kupata ustahimilivu wa hitilafu si kwa kuongeza inverter ya pili, fazi ya akiba au mnyororo tofauti kabisa wa power electronics, bali kwa kutumia upya muundo uliopo wa udhibiti na idadi ndogo ya vipengele vya kubana. Hivyo, hitilafu inapotokea, badala ya uendeshaji kamili wa swichi sita, lengo ni hali ya akiba ya swichi nne yenye uwezo mdogo zaidi lakini bado inayofanya kazi.

Kwa mtazamo wa Türkiye: Utafiti huu si jaribio la gari lililofanywa nchini Türkiye, na matokeo yake hayawezi kuhamishwa moja kwa moja kama utendaji wa eneo kwa magari ya umeme nchini Türkiye. Hata hivyo, matatizo ya kihandisi kama gharama, ugumu wa power electronics na uwezo wa kuendelea kusogea baada ya hitilafu katika drives za magari ya umeme ya nguvu ndogo na za kati yana umuhimu pia kwa kazi za maendeleo ya magari, magari mepesi ya biashara, micromobility na electric drive nchini Türkiye. Kwa matumizi halisi, uthibitishaji wa vifaa vya ndani unahitajika kwa kuzingatia vigezo vya umeme vya mota na inverter inayotumiwa, voltage ya betri, muundo wa joto, vifaa vya semiconductor, hali za EMC, mahitaji ya usalama na duty cycles halisi za kuendesha.

Tatizo kuu la utafiti ni nini?

Katika mfumo wa traction wa gari la umeme, inverter inayobadilisha nishati ya mkondo wa moja kwa moja kutoka kwenye betri kuwa voltage na mkondo wa awamu tatu unaodhibitiwa unaohitajika na mota ni kipengele muhimu. Tatizo linaloshughulikiwa ni kwamba katika inverter ya kawaida ya awamu tatu yenye swichi sita, hitilafu ya open-circuit katika swichi moja au leg moja ya inverter inaweza kuvuruga mikondo ya fazi za mota, kusababisha ripple ya torque ya kielektromagnetiki na kuleta hatari ya mfumo wa traction kupoteza kabisa uwezo wa kufanya kazi.

Katika suluhisho za kawaida zinazostahimili hitilafu, leg za ziada za inverter, drives za akiba, fazi za ziada au vipengele vingine vya redundancy vinaweza kutumiwa. Pengo ambalo watafiti wanakusudia kushughulikia ni kupunguza redundancy hii ya vifaa pamoja na gharama, ujazo na ugumu wake, huku mota ikiendelea kufanya kazi baada ya hitilafu.

Inverter ya swichi sita inabadilikaje kuwa mfumo wa swichi nne?

Katika hali ya kawaida, mota ya induction ya awamu tatu yenye squirrel-cage hulishwa na inverter ya kawaida ya two-level voltage-source yenye swichi sita (6-SI). DC link hugawanywa katika capacitor mbili zilizounganishwa mfululizo ili kuunda sehemu ya kati ya kielektroniki. Zaidi ya hayo, kati ya midpoint za leg tatu za inverter na midpoint ya DC-link kuna leg za kubana za MOSFET zilizoitwa T1, T2 na T3.

Hitilafu ya open-switch inapogunduliwa katika fazi yoyote, gate signals za swichi ya juu na ya chini ya fazi hiyo hukatwa. Kisha MOSFET husika ya T1, T2 au T3 huwashwa na terminal ya fazi iliyoharibika huunganishwa kwenye virtual neutral point ya DC-link. Kwa njia hii, ingawa leg iliyoharibika ya inverter haiwezi tena kuswitchiwa kwa kujitegemea, njia ya mkondo kwa fazi ya mota huhifadhiwa na mfumo hubadilika kwenda kwenye hali ya inverter ya swichi nne (4-SI).

Muundo huu unafupisha usanifu unaoonyeshwa katika Kielelezo 1 na Jedwali 2 la utafiti chanzo. Kwa kuwa fazi iliyoharibika inapoteza unyumbufu wa udhibiti wa kujitegemea, muundo wa swichi nne si sawa kikamilifu na muundo wa swichi sita; nafasi ya voltage vectors zinazopatikana hupungua na algorithm ya udhibiti lazima ibadilishwe ipasavyo.

Ni hitilafu gani zilizomodeliwa?

Utafiti unashughulikia makundi matatu makuu ya hitilafu. Kwanza ni open-circuit switch fault, ambapo moja ya power switches za IGBT au MOSFET haiwezi kupitisha mkondo. Pili ni gate-drive fault, ambapo semiconductor yenyewe inaweza kuwa salama lakini driver circuit inayoiamuru haiwezi kutekeleza command. Watafiti waliimodeli hali hii kama open-switch fault kwa sababu tabia yake ya umeme ni sawa. Kundi la tatu ni partial inverter-leg faults, ambapo ni moja tu kati ya swichi mbili katika leg ya inverter inayofanya kazi ipasavyo; katika utafiti zimewakilishwa kwa mtazamo wa kihafidhina kama open-circuit fault kamili.

Chaguo hili la modeli ni muhimu: matokeo hayamaanishi kuwa aina zote zinazowezekana za hitilafu za power electronics zimethibitishwa moja moja kwa majaribio ya kimwili. Hasa, tabia ya short-circuit faults haiwezi kuchukuliwa kuwa sawa na open-circuit scenario iliyoonyeshwa katika utafiti huu.

Hitilafu hugunduliwaje?

Fault Detection Unit (FDU) iliyopendekezwa hutumia signals ambazo tayari zipo katika mfumo wa udhibiti badala ya kujenga mtandao huru wa sensors. Mantiki ya detection inategemea tathmini ya pamoja ya viashiria vitatu:

1. Shughuli ya gate signal: Ikiwa PWM command imetolewa lakini swichi inaonekana kuwa imezimwa kila wakati, hii inaweza kuashiria hitilafu ya swichi au gate-driver.
2. Ufuatiliaji wa mkondo wa fazi: Kuonekana kwa mkondo karibu na sifuri katika fazi moja kwa switching cycles kadhaa huongeza uwezekano wa open circuit.
3. Kulinganisha PWM command na current response: Ikiwa drive command ipo lakini njia husika ya mkondo haijitokezi, mantiki ya hitilafu huanzishwa.

Ili kupunguza false alarms kutokana na kelele au spike moja ya kipimo, hali ya hitilafu kwa kawaida inatakiwa iendelee kwa 3–5 switching cycles mfululizo. Baada ya detection, swichi zote mbili za leg iliyoharibika huzimwa, MOSFET husika ya kubana huwashwa, na mfumo wa udhibiti hubadilishwa kutoka 6-SI kwenda kwenye adapted 4-SI vector control na mpangilio wa PWM.

Kwa nini vector control inapangwa upya?

Vector control hubadilisha mikondo ya stator ya awamu tatu kwanza kwenda kwenye mfumo wa kuratibu αβ usiobadilika, kisha kwenda kwenye dq reference frame inayozunguka pamoja na rotor flux. Hivyo direct-axis current inayohusika hasa na uzalishaji wa flux na quadrature-axis current inayohusika na uzalishaji wa torque zinaweza kutenganishwa kwa kiasi kikubwa na kudhibitiwa.

Katika hali yenye afya ya swichi sita, Clarke transform iliyotolewa katika chanzo ni:

\[ \begin{bmatrix} i_{\alpha}\\ i_{\beta} \end{bmatrix} = \frac{2}{3} \begin{bmatrix} 1 & -\frac{1}{2} & -\frac{1}{2}\\ 0 & \frac{\sqrt{3}}{2} & -\frac{\sqrt{3}}{2} \end{bmatrix} \begin{bmatrix} i_a\\ i_b\\ i_c \end{bmatrix} \]

Hapa \(i_a\), \(i_b\) na \(i_c\) ni mikondo ya stator ya fazi tatu za mota. Park transform huhamisha components za αβ zisizobadilika kwenda kwenye dq coordinates zinazozunguka kwa kutumia electrical angle \(\theta\):

\[ \begin{bmatrix} i_{ds}\\ i_{qs} \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} \cos\theta & \sin\theta\\ -\sin\theta & \cos\theta \end{bmatrix} \begin{bmatrix} i_{\alpha}\\ i_{\beta} \end{bmatrix} \]

Current PI controllers huzalisha voltage commands kutokana na hitilafu kati ya reference current na actual current kwenye dq axes:

\[ v^{*}_{ds} = K_{pi}(i^{*}_{ds}-i_{ds}) + K_{ii}\int(i^{*}_{ds}-i_{ds})dt \] \[ v^{*}_{qs} = K_{pi}(i^{*}_{qs}-i_{qs}) + K_{ii}\int(i^{*}_{qs}-i_{qs})dt \]

Katika outer speed loop, hitilafu kati ya desired angular speed ya rotor na measured speed

\[ e_{\omega}=\omega^{*}_{r}-\omega_r \]

hufafanuliwa, na torque reference huzalishwa kwa PI controller:

\[ T^{*}_{e} = K_{ps}e_{\omega} + K_{is}\int e_{\omega}dt \]

Slip angular frequency katika chanzo imetolewa kama

\[ \omega_{sl}=\frac{\eta i_{qs}}{i_{ds}} \]

na hutumiwa pamoja na rotor speed katika kubainisha rotor-flux angle. Direct-axis current reference pia huunganishwa na uhusiano kati ya target rotor flux na magnetizing inductance:

\[ i^{*}_{ds}=\frac{\psi_{dr}}{L_m} \]

Hapa \(L_m\) ni magnetizing inductance na \(\psi_{dr}\) ni rotor d-axis flux linkage. Katika mantiki ya udhibiti wa utafiti, d-axis inawakilisha hasa flux control, huku q-axis ikiwakilisha torque production.

Mabadiliko ya kihisabati katika hali ya swichi nne ni yapi?

Katika hali ya 4-SI ambapo fazi iliyoharibika haiwezi kuswitchiwa kwa kujitegemea, current ya fazi ya tatu hutolewa kutoka jumla ya currents:

\[ i_c=-(i_a+i_b) \]

Mbinu hii huruhusu current ya tatu kutolewa kutoka currents mbili za fazi zilizopimwa. Modeli ya msingi ya dq ya udhibiti huhifadhiwa, huku mkakati wa PWM ukipangwa upya kwa leg mbili za inverter zilizosalia kuwa hai. Fazi iliyoharibika hubanwa kwenye midpoint ya DC-link na kufanya kazi kama passive return path.

Malengo matatu makuu ya PWM iliyopangwa upya katika utafiti ni kupunguza torque ripple, kuhifadhi wastani wa ukubwa wa voltage na kupunguza voltage imbalance katika capacitors za DC-link zilizogawanywa. Hata hivyo, idadi ya voltage vectors zinazopatikana katika muundo wa swichi nne ni ndogo kuliko katika muundo wa swichi sita; kwa hiyo, uendeshaji baada ya hitilafu unapaswa kueleweka kama kuendelea kusogea kwa utendaji unaokubalika, si kuhifadhi kikamilifu utendaji wa awali.

Michoro na grafu za simuleringi zinaonyesha nini?

Kielelezo 1 cha utafiti chanzo kinaonyesha muunganisho wa umeme kati ya betri, DC-link iliyogawanywa, swichi S1–S6, vipengele vya kubana T1–T3, mota ya induction ya awamu tatu na fault-tolerance algorithm. Kielelezo 2 kinafupisha mtiririko wa maamuzi kutoka uendeshaji wenye afya hadi detection ya hitilafu na FRT reconfiguration. Kielelezo 3 na 4 vinaonyesha mtawalia dq current PI loops na outer speed-control loop; Kielelezo 5 kinaonyesha integrated control architecture yenye current, speed, slip, coordinate transformations na voltage-divider blocks.

Kielelezo 6 na 7 vinaonyesha mabadiliko ya load torque na speed reference katika uendeshaji wenye afya wa 6-SI; Kielelezo 8 kinaonyesha currents za awamu tatu, motor torque na motor speed wakati wa mpito kutoka 6-SI kwenda 4-SI baada ya open-switch fault ya Fazi A iliyowekwa takriban katika sekunde 1,5. Ingawa currents na torque zina short transient wakati wa hitilafu, grafu ya speed haionyeshi kuanguka kubwa.

Kielelezo 9–12 baada ya hitilafu kinajumuisha load-torque steps, mabadiliko makubwa ya motor speed, full speed reversal kutoka 300 rad/s hadi −200 rad/s na low-speed operation chini ya uendeshaji wa swichi nne. Grafu hizi zinaonyesha kuwa mbinu ilisimuliwa si katika operating point moja tu, bali chini ya dynamic commands tofauti. Hata hivyo, zote ni outputs za modeli ya namba na hazichukui nafasi ya jaribio la kimwili la motor-inverter.

Matokeo yanayoungwa mkono na utafiti

• Katika modeli ya simuleringi, leg ya inverter inapoharibika muundo wa swichi sita unaweza kusanidiwa upya kuwa muundo wa swichi nne.
• Adapted VC na PWM zinapotumiwa, mota inaweza kuendelea kufanya kazi baada ya hitilafu bila kusimama kabisa.
• Katika simuleringi, speed control iliendelea baada ya hitilafu kwa steady-state error ya takriban %0,4.
• Uendeshaji baada ya hitilafu huendelea kwa gharama ya kuongezeka kwa THD na torque ripple.
• Mbinu ya udhibiti ilisimuliwa katika matukio ya mabadiliko ya load torque, mabadiliko ya speed, speed reversal na low-speed operation.
• Kwa mabadiliko ya ±%10 katika stator resistance na inductance, mabadiliko ya speed ya modeli yaliripotiwa kubaki chini ya %2.

Matokeo ambayo utafiti hauungi mkono au bado haujathibitisha

• Haijaonyeshwa kwa majaribio kwamba utendaji huohuo utapatikana katika gari halisi la umeme.
• Hakuna long-term durability au lifetime test iliyofanywa kwenye inverter ya kiwango cha magari.
• Uaminifu wa fault detection haujathibitishwa katika mazingira halisi ya barabara, joto, mtetemo, electromagnetic interference na sensors zenye kelele.
• Utafiti hauthibitishi kila aina ya hitilafu za power electronics moja moja kwa majaribio ya kimwili.
• Kupungua kwa efficiency kwa takriban %5–7 kulikoripotiwa hakuwezi kutafsiriwa moja kwa moja kuwa matumizi ya nishati au range loss ya gari halisi.
• Matokeo ya simuleringi si ushahidi wa automotive safety certification au mfumo ulio tayari kwa mass production.

Mbinu na Matokeo ya Utafiti

Mfumo wa simuleringi na vigezo vikuu

Utafiti ulimodeli mota ya induction ya awamu tatu yenye squirrel-cage ya 30 kW ili kuwakilisha matumizi ya magari ya umeme ya kiwango cha nguvu ya kati. Mota inaendeshwa na two-level voltage-source inverter na inaweza kubadilika kwenda four-switch topology ikitokea hitilafu. Vigezo vikuu vya umeme na udhibiti vilivyotumiwa katika chanzo vimeonyeshwa hapa chini.

Kwa uendeshaji wenye afya wa 6-SI, speed PI gains zilitolewa kama \(K_{ps}=1,7\) na \(K_{is}=20,34\); current PI gains kama \(K_{pi}=4,78\) na \(K_{ii}=221,7\). Kwa uendeshaji wa swichi nne, speed gains ziliripotiwa kuwa \(K_{ps}=12,67\), \(K_{is}=103,92\), na current gains kuwa \(K_{pi}=23,89\), \(K_{ii}=874,64\). Tofauti hizi zinaonyesha kwamba topology iliyobadilika baada ya hitilafu haikuachwa na mipangilio ileile ya udhibiti.

Uendeshaji wenye afya wa 6-SI

Katika scenario ya kwanza, mfumo uliendeshwa na inverter yenye afya ya swichi sita. Reference motor speed iliwekwa 300 rad/s, na load torque ikabadilishwa kwanza kutoka 0 N·m hadi 80 N·m, kisha hadi 20 N·m. Katika speed test tofauti, reference ilipunguzwa kutoka 300 rad/s hadi 100 rad/s na baadaye ikaongezwa hadi 200 rad/s.

Chanzo kinaripoti takriban %0 overshoot, 0,05 s rise time, 0,08 s settling time na %0 steady-state error kwa hali yenye afya. Jedwali 6 linatoa THD ya %1,3, torque ripple ya %0,5 na final speed ya 300 rad/s kwa hali hiyo hiyo.

Wakati wa hitilafu na mpito wa 6-SI → 4-SI

Katika fault-transition test, permanent open-switch fault iliwekwa kwenye lower switch ya Fazi A wakati t = 1,5 s. Mfumo wa fault detection huzima leg husika na kuwasha clamping path kwenda DC-link midpoint, hivyo kuhamisha udhibiti kwenda four-switch mode.

Maandishi yanaeleza kwamba detection na reconfiguration ya single fault hukamilika kwa chini ya 5 ms. Kwa upande mwingine, katika double-switch fault scenarios, combined detection and reconfiguration time inaripotiwa kuwa takriban 6 ms, current loop kutulia ndani ya takriban 30–50 ms, na speed loop ndani ya 150–220 ms. Inapaswa kuzingatiwa kuwa muda huu unatokana na scopes tofauti za majaribio.

Kwa fault transition, takriban %0,8 overshoot, 0,06 s rise time, 0,18 s settling time na %0,4 steady-state speed error zimetolewa. Kulingana na Jedwali 6, wakati wa transition THD ni %3,1, torque ripple %1,9 na final speed ni 298,8 rad/s.

Uendeshaji wa swichi nne baada ya hitilafu

Baada ya reconfiguration, mota iliendeshwa kwa leg mbili tu za inverter zilizo hai na fazi ya tatu iliyobanwa kwenye DC-link midpoint. Utafiti una dynamic tests tatu kuu: mabadiliko ya load torque, mabadiliko ya speed na full speed reversal.

Katika load test, torque iliongezwa kutoka 40 N·m hadi 100 N·m katika 1,2 s na ikapunguzwa hadi 60 N·m katika 1,6 s. Katika speed test, reference iliongezwa kutoka 100 rad/s hadi 300 rad/s katika 1 s, kisha ikapunguzwa hadi 50 rad/s katika 2,5 s. Katika reversal test, reference ilibadilishwa kutoka 300 rad/s hadi −200 rad/s katika 2,5 s. Pia, low-speed operation test tofauti ilifanywa.

Kwa uendeshaji wa swichi nne baada ya hitilafu, takriban %1 overshoot, 0,08 s rise time, 0,22 s settling time na %0,4 steady-state error zimeripotiwa.

Speed-response metrics katika jedwali zimetolewa kama approximate values katika Jedwali 4 la utafiti chanzo. Mabadiliko yaliyo wazi zaidi ni kuongezeka kwa settling time kutoka 0,08 s katika hali yenye afya hadi 0,18 s wakati wa fault transition na 0,22 s katika hali ya swichi nne baada ya hitilafu.

Harmonic distortion, torque ripple na speed

Gharama ya fault tolerance ni kuongezeka kwa electrical na mechanical ripple. Jedwali 6 la utafiti chanzo linalinganisha hali tatu za uendeshaji kama ifuatavyo:

THD huongezeka kutoka %1,3 katika hali yenye afya hadi %4,2 baada ya hitilafu; tofauti ni percentage points 2,9. Torque ripple pia huongezeka kutoka %0,5 hadi %2,4. Hata hivyo, final speed inayoripotiwa katika four-switch mode ni 301,2 rad/s na speed-control error ni takriban %0,4.

Katika sehemu nyingine ya maandishi ya chanzo, thamani hii ya 301,2 imeandikwa kwa kitengo cha “rpm”. Hata hivyo, kwa kuwa reference speed ni 300 rad/s, simulation graphs zinatumia rad/s na Jedwali 6 linaonyesha wazi 301,2 rad/s, kuna unit inconsistency ndani ya chanzo. Jedwali hapa linatumia moja kwa moja kitengo cha wazi cha Jedwali 6 la utafiti.

Ulinganisho na mbinu ya awali ya 4-SI

Watafiti pia walilinganisha proposed four-switch control na mbinu katika chanzo [25]. Mfumo uliopendekezwa uliripoti %1,0 overshoot, 0,08 s rise time, 0,22 s settling time na %0,4 steady-state error; mbinu iliyolinganishwa iliripoti mtawalia %3,0, 0,11 s, 0,21 s na %0,58.

Ingawa mbinu iliyopendekezwa ina thamani ndogo za overshoot, rise time na steady-state error, settling time yake ya 0,22 s ni ndefu kidogo kuliko 0,21 s ya mbinu iliyolinganishwa. Kwa hiyo, jedwali lote halipaswi kutafsiriwa kama “haraka zaidi katika kila metric”.

Ustahimilivu wa mabadiliko ya vigezo na gharama ya efficiency

Ili kutathmini sensitivity ya PI-based control, stator resistance \(R_s\) na stator inductance \(L_s\) zilibadilishwa kwa ±%10. Chanzo kinaripoti kwamba chini ya mabadiliko haya, deviation ya motor speed ilibaki chini ya %2 na mfumo uliendelea kufanya kazi kwa utulivu.

Kwa upande mwingine, asymmetric voltage vectors na current paths za four-switch topology zinaweza kusababisha copper losses kubwa zaidi na local thermal loading. Watafiti wanaripoti overall efficiency degradation ya takriban %5–7 ikilinganishwa na hali yenye afya ya 6-SI. Pia, transient peak current inasemekana kubaki karibu na 1,15 p.u. Thamani hizi zinapaswa kutathminiwa katika muktadha wa simuleringi na model assumptions za utafiti; si vipimo vya moja kwa moja vya semiconductor temperature au matumizi ya nishati ya gari halisi.

Vikwazo vya kisayansi

• Uthibitishaji umewekewa kikomo kwenye MATLAB/POWERSIM-based simulation.
• Hakuna experimental validation kwenye inverter, mota au gari halisi iliyowasilishwa.
• Hardware-in-the-loop test si sehemu ya matokeo ya sasa ya utafiti huu.
• Athari ya measurement noise katika mazingira halisi ya gari kwa fault detection haijatathminiwa kikamilifu.
• Four-switch operation hupunguza voltage-vector options na ina gharama katika efficiency na thermal performance.
• Partial inverter-leg na gate-driver faults zimerahisishwa na kumodeliwa kama open-circuit faults.
• Long-term reliability na semiconductor thermal life hazijapimwa kwa majaribio.

Maelezo ya Chanzo na Mbinu

Jina kamili la utafiti asili: A Low-Cost Fault-Ride-Through Strategy for Electric Vehicle Inverters Using Four-Switch Topology

Waandishi: Fawzan Salem; Immanuel Kelekwang; Muzi Siphilangani Ndlangamandla; Ehab H. E. Bayoumi.

Mpangilio wa waandishi: Mpangilio katika utafiti chanzo umehifadhiwa kama ulivyo.

Mchango sawa/mwandishi wa kwanza sawa: Chanzo hakijaonyesha alama ya waandishi wa kwanza sawa au mchango sawa.

Mwandishi wa mawasiliano: Ehab H. E. Bayoumi.

Taasisi:

1. Department of Power Electronics and Energy Conversion, Electronics Research Institute, Cairo, Egypt.
2. Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering and Technology, University of Botswana, Gaborone, Botswana.
3. Institute of Energy and Environmental Technology (IEET), Jomo Kenyatta University of Agriculture and Technology, Nairobi, Kenya.
4. Department of Mechanical Engineering, Mechatronics and Robotics Section, Faculty of Engineering, The British University in Egypt, El Sherouk City, Cairo, Egypt.

Jarida: Vehicles.

Mchapishaji: MDPI, Basel, Switzerland.

Juzuu / toleo / namba ya makala: 7 / 4 / 137.

DOI: 10.3390/vehicles7040137

Tarehe ya kuwasilishwa: 9 Novemba 2025.

Tarehe ya marekebisho: 20 Novemba 2025.

Tarehe ya kukubaliwa: 24 Novemba 2025.

Tarehe ya kuchapishwa: 26 Novemba 2025.

Aina ya chanzo: Makala ya utafiti iliyopitia peer review; kimetodolojia ni hasa utafiti wa modelling na dynamic simulation.

Kiungo rasmi cha uchapishaji:https://www.mdpi.com/2624-8921/7/4/137

Kiungo cha DOI:https://doi.org/10.3390/vehicles7040137

Leseni: Creative Commons Attribution 4.0 International (CC BY 4.0). Utafiti ni open access.

Ufadhili: Watafiti wameripoti kwamba utafiti haukupokea ufadhili wa nje.

Upatikanaji wa data: Imeelezwa kuwa michango asili ya utafiti ipo ndani ya makala na maswali ya ziada yanaweza kuelekezwa kwa waandishi wa mawasiliano.

Mgongano wa maslahi: Waandishi wametangaza kwamba hakuna mgongano wa maslahi.

Michango ya waandishi: Conceptualization E.H.E.B.; methodology F.S. na E.H.E.B.; software I.K. na M.S.N.; validation F.S., M.S.N. na E.H.E.B.; formal analysis I.K. na E.H.E.B.; investigation F.S. na E.H.E.B.; resources F.S., I.K. na M.S.N.; data curation F.S.; original draft F.S., I.K. na M.S.N.; review na editing F.S. na E.H.E.B.; supervision na project management E.H.E.B.

Maelezo ya upeo wa kisayansi: Maelezo ya kisayansi na matokeo ya namba katika makala hii yanategemea utafiti uliopitiwa pekee. Vyanzo vya nje havikutumiwa kuongeza ugunduzi wa kisayansi; vilitumika tu kuthibitisha kibibliografia utambulisho wa uchapishaji, muundo wa peer review na rekodi rasmi ya uchapishaji.

Kikomo cha uthibitishaji: Matokeo makuu ya utafiti yanategemea simuleringi. Hakuna experimental validation kwenye gari halisi, power converter halisi au motor prototype iliyowasilishwa. Waandishi wanaonyesha hardware-in-the-loop validation na experimental work kwenye 3 kW prototype inayoendelea kutengenezwa kama kazi ya baadaye. Kwa hiyo, matokeo haya hayapaswi kutafsiriwa moja kwa moja kuwa ushahidi wa performance ya production electric vehicle, automotive safety certification au real-road reliability.

Tofauti muhimu za kiuhariri na kiufundi ndani ya chanzo

• Vipengele vya kubana vya FRT vinafafanuliwa kama MOSFET katika maelezo ya mfumo na topology nzima, lakini katika sehemu moja inayoelezea fault transition neno “thyristor” linatumika kwa kipengele husika. Ufafanuzi wa T1–T3 MOSFET unaotumiwa mfululizo katika circuit architecture umechukuliwa kuwa msingi; tofauti ya istilahi katika chanzo haijafutwa kimya kimya.
• Speed baada ya hitilafu imeandikwa takriban 301,2 rpm katika sehemu moja ya maandishi, ilhali Jedwali 6, grafu na muktadha wa 300 rad/s reference speed vinaonyesha thamani hiyo hiyo kama 301,2 rad/s. Jedwali la Verianla linatumia rad/s, kitengo cha wazi katika Jedwali 6 la chanzo.
• Maelezo ya maandishi ya load-torque test katika four-switch operation yanarejelea Kielelezo 8, ilhali grafu husika ya load torque imepewa namba Kielelezo 9 katika chanzo.
• Katika baadhi ya sehemu za equations na nomenclature za chanzo, matumizi ya P kubwa na p ndogo kwa motor power na number of pole pairs hayalingani. Hapa, notation ya Jedwali 3 la chanzo imehifadhiwa: motor power P = 30 kW na number of pole pairs p = 2.

Maelezo ya taswira/data: Vipengele vya Verianla Live katika makala vimeundwa kutoka kwenye mlolongo wa mbinu na majedwali ya namba ya utafiti chanzo. Hakuna intermediate data point, muda, hatua ya jaribio au mechanism isiyopatikana kwenye chanzo iliyoongezwa. Live tables ndiyo scientific source-of-truth; grafu na process view huundwa kwenye kivinjari na Verianla Live v0.2 engine ya kiwango cha tovuti.