I nd o ne s ia n J o urna l o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   11 ,   No .   1 J u ly   201 8 ,   p p .   144 ~ 1 5 1   I SS N:  2502 - 4752 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j ee cs . v 11 .i 1 . p p 144 - 1 5 1           144       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / ijeec s   Sy m m e trical a nd  Asy m m e trical M ultilevel Inv er ter S tructu res   w ith  Reduce d Nu m be r of  Sw itching Dev ices       M .   H .   Ya t i m ,   A.   P o nn ira n,  M .   A.   Z a ini ,   M .   S.  Sh a ili,  N.   A.   S.  Ng a m id un ,   A.   N.   K a s ira n,    A.   A.   B a k a r,   J .   N.   J um a dri l   F a c u lt y   o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ic E n g in e e rin g Un iv e rsiti   T u n   H u ss e in   On n   M a lay sia ,   M a la y si a       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J a n   25 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Mar   3 0 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A p r   1 9 ,   2 0 1 8       T h e   p u rp o se   o f   th is  stu d y   is  to   a n a ly z e   th e   o p e ra ti o n   a n d   d e sig n   o s y m m e tri c a a n d   a sy m m e tri c a m u lt il e v e in v e rter  stru c tu re w i th   re d u c e d   n u m b e o f   s w it c h in g   d e v ice s.  In   th is  stu d y ,   th e   ter m   o f   c o n v e n ti o n a in v e rter  is  d e f in e d   a a   sin g le  c a sc a d e d   in v e rter.   S p e c if ica ll y ,   th e   in v e rter  o p e ra tes   in   th re e   c o m p lete   lo o p a n d   o n ly   p ro d u c e 2 - lev e a n d   3 - lev e o f   o u tp u v o lt a g e s.  Us u a ll y ,   c a s c a d e d   stru c tu re   su f fe rs  f ro m   th e   h ig h   to tal   h a rm o n ic   d isto rti o n .   T h u s,  b y   c o n sid e rin g   m u lt il e v e stru c tu re   o f   in v e rter,   lo w   t o tal   h a rm o n ic  d isto r ti o n   re d u c ti o n   a n d   v o lt a g e   stre ss   re d u c ti o n   o n   sw it c h in g   d e v ice c a n   b e   a rc h iv e d .   S in u so id a p u lse   w id th   m o d u latio n   a n d   m o d if ied   sq u a re   p u lse   w id th   m o d u latio n   a re   u se d   a m o d u latio n   tec h n iq u e in   sw it c h in g   sc h e m e o f   th e   d e sig n e d   m u lt il e v e in v e rters .   T h e   f in d in g in d ica te  th a t,   th e   d e sig n e d   m u lt il e v e stru c tu re   c a u se   lo w   to tal  h a rm o n ics   d i sto rti o n   a th e   o u t p u v o lt a g e .   F u rth e rm o re ,   th e   a s y m m e tri c a l   stru c tu re   is  p ro d u c in g   th e   sa m e   o u tp u t   v o lt a g e   lev e ls  w it h   re d u c e d   n u m b e o f   s w it c h in g   d e v ice s   c o m p a re d   to   th e   sy m m e tri c a stru c tu re   is  e x p e rim e n tall y   c o n f irme d .   T h e   f in d in g s sh o w   th a th e   to tal  h a r m o n ic d ist o rti o n   f o 7 - lev e (s y m m e tri c a l)  a n d   9 - lev e (a s y m m e tri c a l)  a re   1 6 . 4 5 %   a n d   1 5 . 2 2 % ,   re sp e c ti v e ly .   K ey w o r d s :   A s y m m etr ical   M u ltil e v el   i n v er ter   S tr u ct u r e   S y m m etr ical   Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o 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 rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   A .   P o n n ir a n   Facu lt y   o f   E lectr ical  a n d   E lect r o n ic  E n g i n ee r i n g ,     Un i v er s iti T u n   H u s s ei n   On n   Ma la y s ia,   Ma la y s ia .   E m ail:  as m ar @ u th m . ed u . m y       1.   I NT RO D UCT I O N   T h d ev elo p m en t s   i n   p o w e r   elec tr o n ics   an d   s e m ico n d u cto r   tech n o lo g y   h a v tr i g g er ed   th e   i m p r o v e m en t s   in   p o w er   elec t r o n ic  s y s te m s .   T h m u ltil e v el   in v er ter   h as  m an y   ad v a n tag e s   co m p ar ed   to   th e   t y p ical  v o lta g s o u r ce   an d   cu r r en s o u r ce   i n v er ter s   an d   t h co n v er te r   is   w id el y   u s ed   i n   p h o to v o ltaic  s y s te m s   an d   elec tr ic  v eh icle  ap p licati o n s   [ 1 ] , [ 2 ] .   Fo r   a   ty p ical  in v er ter   s tr u ctu r e,   lar g p ass i v co m p o n e n t s   s u ch   as   c ap ac ito r   an d   in d u cto r   ar r e q u ir ed   an d   co n s eq u e n tl y ,   t h co s is   in cr ea s ed   [ 3 ] , [ 4 ] .   T h r e g e n er al  t y p es  o f   m u ltil e v el  i n v er ter s   ar u s u a ll y   r ef er r ed ,   i.e . ,   f l y i n g   ca p a cito r ,   d io d clam p ed   an d   H - b r id g [ 5 ] .   Fly i n g   ca p ac ito r   ty p is   n o w id el y   u s ed   b ec au s o f   th p r ese n ce   o f   h ig h   n u m b er   o f   ca p ac ito r s ,   m ea n w h ile,   d io d e   cla m p ed   t y p i s   h ig h   co s o f   i m p le m e n tat io n   co m p ar ed   to   f l y in g   ca p ac ito r   an d   ca s ca d ed   H - b r id g t y p e s   [ 6 ] C ascad ed   H - b r id g m u lt ilev e in v er ter   is   s i m p ler   t h an   d i o d clam p ed   an d   f l y i n g   ca p ac ito r   ty p es  d u to   s ev er al  ad v a n ta g es  s u c h   as  a u to m atic  v o ltag s h ar i n g ,   lo w   s w itc h i n g   s tr es s es,  lo w   s w i tch i n g   r ed u n d an c y   a n d   r eq u ir e m en o f   least   n u m b er   o f   co m p o n e n ts ,   lo w er   v o lta g o f   ca p ac ito r s   a n d   d io d es  [ 7] .   I n   C a s ca d ed   H - b r id g m u ltil e v el  i n v er ter ,   o n l y   t h r ee   o u tp u v o ltag e   lev e ls   ca n   b p r o d u ce d .   Mo r b r id g es  ar r eq u ir ed   in   o r d er   to   p r o d u ce   h ig h er   v o lta g lev el,   co n s eq u en t l y   t h n u m b er   o f   s w i tch i n g   d ev ices  ar in cr ea s ed   as  w ell   [ 8 ] , [9 ] .   T h is   m a y   ca u s h i g h   s e m ico n d u cto r   d ev ice s   lo s s e s   d u to   h ig h   n u m b er   o f   s e m ico n d u cto r   d ev ices   u s ed .   T h is   d r a w b ac k   ca n   b e   o v er co m b y   u s i n g   m u ltil e v el  i n v er ter s   s tr u ct u r w it h   r ed u ce d   n u m b er   o f   s w itc h in g   d ev ice s     [ 1 0 ] .   Gen er all y ,   th er ar t w o   to p o lo g ies  m u s b co n s id er ed   in   o r d er   to   ac h iev th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       S ymm etri ca l a n d   A s ymm etri ca l Mu ltil ev el  I n ve r ter S tr u ctu r e s   w ith   R ed u ce d   N u mb er  o f . . .   ( M.  H.   Ya tim)   145   r ed u ctio n   o f   s w itc h i n g   d ev ic es  n u m b er   w i th   m ain tain in g   th o u tp u v o lta g lev el  as   th co n v e n tio n a l   s tr u ct u r es,  i.e . ,   s y m m etr ical  an d   as y m m etr ical  m u ltil e v el   in v er ter   s tr u ct u r es  [ 1 1 ] .   W i th   t h ese  s tr u ct u r es,   s e m ico n d u cto r   d ev ice s   lo s s es   an d   to tal  h ar m o n ic  d is to r ti o n   ( T HD)   ca n   b r ed u ce d   [ 1 2 ] .   T w o   d i f f er e n t   m o d u latio n   tech n iq u e s   ar co n s id er ed   in   t h is   s tu d y ,   i.e . ,   m o d if ied   s q u ar p u ls w id t h   m o d u latio n   ( MP W M)   an d   s i n u s o id al  p u ls w id t h   m o d u latio n   ( SP W M) .   T h s elec tio n   o f   m o d u la tio n   tech n iq u e s   w il a f f ec t h T HD   o f   th o u tp u t v o lta g [ 1 3 ] , [ 1 4 ] .       2.   DE S I G O F   SYM M E T RI CAL  M UL T I L E VE L   I NVE RT E S T RUC T UR E   WI T H   RE DUC E D   NUM B E SWI T CH I NG   D E VIC E S   Fig u r 1   s h o w s   t h s y m m et r ical  m u lti lev el   i n v er ter   s tr u ctu r cir cu it  w i th   r ed u ce d   n u m b er   o f   s w itc h in g   d ev ice s .   W ith   t h is   s tr u ctu r e,   t h s w itc h i n g   d ev ices   ar r ed u ce d   w it h o u a f f ec ti n g   th o u tp u v o ltag e   lev els  a s   co m p ar ed   to   th e   co n v e n tio n al  s tr u ct u r e.   I is   d em o n s tr ated   th at  t h i s   s tr u ctu r e   co m p r is e s   o f   t w o   ess e n tial  p ar ts ,   i.e . ,   DC   s o u r c es,  H - b r id g s tr u ct u r f o r   cr e atin g   p o s iti v an d   t h n e g ati v o u tp u v o ltag e s .   T h o u tp u t v o lta g lev el s   ca n   b in cr ea s as c o n v en t io n al  s tr u ctu r as  w e ll.           Fig u r 1 .   T h Sy m m etr ical  Str u ctu r o f   M u lt ilev e l I n v er ter       T h lev el  n u m b er   o f   o u tp u t   v o ltag is   d eter m in ed   b y   r ef er r in g   E q u atio n   ( 1 ) .   Me an w h ile,   t h s w itc h in g   d e v ices  n u m b er   u s ed   in   th s tr u c tu r i s   d eter m i n ed   b y   r e f er r in g   E q u atio n   ( 2 ) .   B esid es,  th m ax i m u m   an d   m i n i m u m   v al u es  o f   th g e n er ated   o u tp u v o ltag ar esti m ated   b y   r ef er r i n g   E q u atio n   ( 3 )   an d   E q u atio n   ( 4 ) .     N level   = 2 k   + 1   ( 1 )     S number   k   + 4   ( 2)     V L_max  = k V dc     ( 3 )     V L_min   - kV dc   ( 4 )     w h er k   is   th n u m b er   o f   s o u r ce .       3.   DE S I G O F   ASYM M E T RI CAL M UL T I L E VE L   I NV E RT E ST RUCT URE B AS E D   Fig u r 2   s h o w s   t w o   ca s ca d ed   s tr u ct u r es  o f   t h m u l tile v el  i n v er ter .   I co n s is ts   o f   eig h n u m b er s   o f   s w itc h in g   d ev ices  a n d   th o u t p u v o ltag le v el  ca n   b 7 - lev el  an d   to   9 - lev el  f o r   as y m m etr ical  b ase d   s tr u ctu r e.   T h n u m b er   o f   s w i tch i n g   d ev ices  u s ed   i n   t h s tr u ct u r ca n   b esti m ated   b y   r e f er r in g   E q u atio n   ( 5 ) .   Me an w h ile,   t h m a x i m u m   a n d   m i n i m u m   o f   o u tp u t   v o lta g es   g en er ated   ca n   b es ti m ated   b y   r ef er r in g   E q u at io n   ( 6 )   an d   E q u atio n   ( 7 ) ,   r esp ec tiv el y .     S numb er   = 4 k   ( 5 )     V L_max  = k V dc   + V dc1   ( 6 )     V L_min   - kV dc  -   V dc1     ( 7 )   S 1 S 2 S 3 V dc 1 V dc 2 V dc 3 D 1 D 2 S A S C S B S D L o a d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 11 ,   No .   1 J u ly   201 8   :   1 4 4     151   146   S 11 S 13 S 12 S 14 V dc 1 S 21 S 23 S 22 S 24 V dc 2 L o a d   Fig u r 2 .   T h A s y m m etr ical  S tr u ctu r o f   M u lti lev el  I n v er ter       4.   E XP E R I M E NT A L   RE SUL T S   T h is   s ec tio n   a n al y ze s   t h e   r esu lts   f r o m   s i m u latio n   an d   ex p er i m en t.  T h s i m u latio n   a n d   ex p er i m en tal   r esu lt s   ar an al y ze d   to   co n f ir m   th d esi g n ed   p ar a m eter s   an d   s tr u ctu r es  o f   t h s y m m etr ic al  an d   as y m m etr ica l   s tr u ct u r es o f   m u ltil e v el  i n v er t er .     4 . 1 .   Co nv ent io na l In v er t er     T h s tr u ctu r e   u s ed   f o u r   s w it ch es  an d   t h o u tp u v o ltag lev el  f o r   th i s   s tr u ctu r is   3 - l ev el.   T w o   d if f er e n m o d u la tio n   tech n iq u es  ar u s ed   in   th ex p er i m e n t,  i.e . ,   m o d if ied   s q u ar p u ls e   w id th   m o d u latio n   ( MP W M)   an d   s in u s o id al  p u l s w id t h   m o d u latio n   ( SP W M) .   Fig u r 3   s h o w s   t h s w itc h in g   p atter n   b y   u s i n g   MP W M.   Fo r   s w itc h i n g   p atter n ,   s w i tch e s   S1 a n d   S4   u s ed   s a m s w itc h in g   p atter n   an d   a n o t h er   s w itc h e s   S2   a n d   S3   w it h   1 8 0   o f   p h ase - s h if ted   an d   eq u iv ale n to   ti m e - d ela y ed   o f   1 0   m s .   T h s w itch in g   f r eq u en c y   i s   5 0   Hz.   Fig u r es  4 ( a)   an d   4 ( b )   s h o w   g o o d   ag r ee m en b et w ee n   s i m u latio n   a n d   ex p er i m en ta r esu lt s .   Fro m   t h es e   r esu lt s ,   th d esi g n   p r i n cip le  is   co n f ir m ed   f o r   th co n v e n tio n a l in v er ter   s tr u ct u r w it h   MP W M.       S 1 S 4 S 2 S 3 34 % 34 % 20 mS 28 V 28 V 10 ms / di v 10 V / di v     Fig u r 3 .   S w i tch i n g   P atter n   f o r   C ascad ed   I n v er ter   Stru ct u r b y   U s i n g   MP W M       V ol t a ge C ur r e nt 20 mS 120 V 90 mA 50 V / di v 50 mA / d i v 4 ms / di v   ( a)   E x p er im e n t   20 mS 120 V     ( b )   Sim u latio n     Fig u r 4 .   Ou tp u W av e f o r m   f r o m   C ascad ed   Stru c tu r b y   U s i n g   MP W M   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       S ymm etri ca l a n d   A s ymm etri ca l Mu ltil ev el  I n ve r ter S tr u ctu r e s   w ith   R ed u ce d   N u mb er  o f . . .   ( M.  H.   Ya tim)   147   Me an w h ile,   Fi g u r 5   s h o w s   s w itc h i n g   p atter n   o f   SP W M.   T h r ef er e n ce   f r eq u en c y   i s   5 0   Hz  an d   t h e   ca r r ier   f r eq u en c y   i s   3 0   k Hz.   T h SP W M   tech n iq u u s ed   is   p h ase  o p p o s itio n   d is p o s itio n   ( P OD) .   Fig u r es  6 ( a)   an d   6 ( b )   s h o w   th e   o u tp u v o lt ag w a v ef o r m s   o f   t h ex p er i m en tal  a n d   s i m u latio n   r e s u l ts ,   r esp ec tiv el y .   B o th   r esu lt s   s h o w   g o o d   ag r ee m en t b et w ee n   ex p er i m en tal  a n d   s i m u latio n   r es u lt s .       S 1 S 2 S 4 S 3 20 V / d i v 2 . 5 ms / di v     Fig u r 5 .   S w i tch i n g   P atter n   f o r   C ascad ed   I n v er ter   Stru ct u r b y   U s i n g   SP W M       V ol t a ge C ur r e nt 20 mS 120 V 91 mA 50 V / di v 100 mA / di v 4 ms / di v   ( a)   E x p er im e n t                 20 mS 120 V 88 mA   ( b )   Sim u latio n     Fig u r 6 .   Ou tp u W av e f o r m   f r o m   C ascad ed   Stru c tu r b y   U s i n g   SP W M       4 . 2 .   Sy mm et rica l 7 - lev el  M ultilev el  I nv er t er     T h s elec ted   s tr u ctu r e,   Fig u r 1 ,   is   c o n s id er ed   in   th s y m m etr ica 7 - lev e m u ltil e v e in v er ter   s tr u ct u r e.   T h in v er ter   s tr u ctu r is   co n s id er ed   f o r   t w o   m o d u latio n   tech n iq u es,  i.e . ,   MP W an d   SP W M.   T h e   s tr u ct u r o n l y   u s ed   s e v e n   s witch es  i n   o r d er   to   p r o d u ce   7 - L e v el  o f   th o u tp u v o ltag e.   Fig u r 7   s h o w s   t h e   s w itc h in g   p atter n   i n   MP W M.   S w itc h i n g   s i g n als   f o r   S1 ,   S2   an d   S3   u s s w itc h in g   f r eq u e n c y   o f   1 0 0   Hz.   T h e   d u t y   c y cle   f o r   S1   i s   0 . 3 .   Me a n w h ile,   t h d u t y   c y cle s   f o r   S 2   an d   S3   is   0 . 1 5 ,   r esp ec tiv el y .   Fo r   th s w itc h i n g   s ig n al s   S A ,   SB   SC   a n d   SD,  th s w itc h i n g   f r eq u e n c y   is   5 0   Hz  w ith   th d u t y   c y c le  o f   0 . 5 .   Fi g u r e s   8 ( a)   an d   8 ( b )   s h o w s   th o u tp u v o lta g w a v ef o r m s   o f   th e x p er i m e n tal  an d   s i m u latio n   r es u lt s ,   r esp ec tiv el y .   B o th   r es u lt s   s h o w   g o o d   ag r ee m e n t.  T h u s ,   th d esig n ed   p ar a m eter s   o f   t h in v er ter   ar co n f ir m ed .       28 V 28 V 28 V 15 % 15 % 30 % S 1 S 2 S 3 20 V / di v 4 ms / di v   S A S D S B S C 50 % 28 V 28 V 50 % 13 . 5 V / di v 5 ms / di v     Fig u r 7 .   S w i tch i n g   P atter n   b y   Usi n g   MP W f o r   S y m m etr ic   Mu ltil e v el  I n v er ter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 11 ,   No .   1 J u ly   201 8   :   1 4 4     151   148   V ol t a ge C ur r e nt 20 mS 180 V 133 mA 65 V / di v 100 mA / di v 4 ms / di v   ( a)   E x p er im e n t   V ol t a ge C u r r e n t 20 mS 18 0 V 130 mA   ( b )   Sim u latio n     Fig u r 8 .   Ou tp u W av e f o r m   F r o m   S y m m etr ical  Str u ct u r Us in g   MP W M       An o th er   m o d u latio n   tech n iq u e   u s ed   is   SP W w it h   p h a s e   o p p o s itio n   d is p o s itio n .   Fig u r 9   s h o w s   th e   s w itc h in g   p atter n   o f   th SP W M.   T h r ef er en ce   f r eq u en c y   i s   5 0   Hz  an d   th ca r r ier   f r eq u e n c y   is   3 0   k Hz.   T h ex p er i m e n tal  an d   s i m u latio n   r esu lt s   s h o w   g o o d   ag r ee m e n t   as  d ep icted   in   Fig u r 1 0   f o r   t h s y m m etr ical  7 - le v el  m u l tile v el  in v er ter .   T h p ea k - p ea k   v o lta g is   1 8 0   w i th   5 0   Hz  o f   f r eq u e n c y .       28 V 28 V 28 V S 1 S 2 S 3 20 V / di v 4 µs / di v   S A S D S B S C 28 V 28 V 13 . 5 V / di v 8 µs / di v     Fig u r 9 .   S w i tch i n g   P atter n   U s in g   SP W f o r   S y m m etr ic  M u ltil e v el  I n v er ter         ( a)   E x p er im e n t   V ol t a ge C ur r e nt 20 mS 18 0 V 130 mA   ( b )   Sim u latio n     Fig u r 1 0 .   7 - lev el  S y m m etr ica l Str u ct u r Ou tp u t V o ltag W a v ef o r m   Usi n g   SP W M       4 . 3 .   Asy mm et rica l 9 - lev el  M ultil ev el  I nv er t er     T h asy m m etr ical  9 - le v el  m u ltil ev el  i n v er ter   s tr u ctu r e,   Fi g u r 2 ,   is   s elec ted   f o r   th asy m m etr ical   b ased   s tr u ctu r e.   T h s elec ted   s tr u ct u r u s e s   t w o   ca s ca d ed   cir cu it  w it h   eig h n u m b er   o f   s w itc h e s ,   Fig u r 2 .   T h o u tp u v o lta g le v el  ca n   b p r o d u ce d   w it h   th i s   s tr u ct u r is   n in e.   A ll   s w i tch i n g   f r eq u e n cies  u s ed   i s   5 0   Hz.   Fo r   th s w itc h es  S1   an d   S 2 ,   th d u t y   c y cle  i s   0 . 0 6   an d   0 . 1 8 ,   r esp ec tiv el y .   Me a n w h ile,   f o r   t h s w itc h es  S3   an d   S4 ,   th d u t y   c y cle  u s ed   i s   0 . 0 6 .   Fo r   th s w itc h es  S5   a n d   S6 ,   th d u t y   c y c le  i s   0 . 5   an d   f o r   S7   an d   S8 ,   t h d u t y   c y cle  u s ed   is   0 . 3 1 2 .   Fig u r e s   1 1 ( a)   an d   1 1 ( b )   s h o w   th o u tp u t   w av e f o r m s   f r o m   t h s i m u latio n   a n d   ex p er i m e n tal  r es u lts .   B o th   r e s u lt s   s h o w   g o o d   ag r ee m e n t   f o r   th p ar a m eter s   d esi g n ed   co n f ir m atio n .   T h e   p ea k - p ea k   v o lta g is   8 0   an d   th o u tp u f r eq u e n c y   i s   5 0   Hz.     V ol t a ge C u r r e n t 20 mS 180 V 132 mA 50 V / di v 100 mA / di v 4 ms / di v Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       S ymm etri ca l a n d   A s ymm etri ca l Mu ltil ev el  I n ve r ter S tr u ctu r e s   w ith   R ed u ce d   N u mb er  o f . . .   ( M.  H.   Ya tim)   149     ( a)   E x p er im e n t     ( b )   Sim u latio n     Fig u r 1 1 .   Ou tp u W av e f o r m   f r o m   As y m m etr ical  S tr u ct u r Usi n g   MP W M       4 . 4 .   T o t a l H a r m o nics   Di s t o rt io n   T h to tal  h ar m o n ics  d is to r tio n   ( T HD)   is   m ea s u r ed   b ef o r f il ter   th o u tp u v o ltag e.   F ig u r 1 2   s h o w s   th f r eq u e n c y   s p ec tr u m   o f   t h co n v en tio n al  3 - le v el  i n v er te r   u s in g   t w o   m o d u la tio n   tec h n iq u es,  MP W an d   SP W M.   B y   u s in g   SP W tech n iq u ( 4 0 . 9 2 %),   th T H is   lo w er   th a n   MP W tech n iq u ( 4 8 . 3 2 %).   Me an w h ile,   Fi g u r 1 3   s h o w s   th f r eq u e n c y   s p ec tr u m   an d   T HD  o f   th s y m m e tr ic  7 - L e v el   m u lt ilev e in v er ter   u s i n g   SP W tech n iq u ( 1 4 . 9 4 %)  is   lo w er   t h an   u s i n g   MP W tech n iq u ( 1 6 . 4 5 %).             ( a)   MPW M                             ( b )   S P W M     Fig u r 1 2 .   Fre q u en c y   Sp ec tr u m   f o r   C o n v e n tio n al  3 - le v el  i n v er ter         ( a)   MPW M                             ( b )   S P W M     Fig u r 1 3 .   Fre q u en c y   Sp ec tr u m   f o r   S y m m etr ica 7 - le v el  Mu ltil ev el  I n v er ter       Fig u r 1 4   s h o w s   t h T HD  o f   th o u tp u v o lta g w a v e f o r m   o f   th as y m m etr ic  9 - L e v el   m u lti lev e l   in v er ter   u s in g   MP W tech n iq u e.   T h T HD  is   1 5 . 2 2 w h ic h   i s   m u ch   lo w er   t h an   3 - L ev el   co n v e n tio n al   in v er ter   u s i n g   MP W w i th   T HD  o f   4 8 . 3 2 %.  T a b le  1   s h o w s   th p er ce n ta g o f   T HD  w it h   n u m b er   o f   o u tp u t   v o ltag le v el.   80 V 20 mS 60 mA V ol t a ge C ur r e nt 25 V / di v 50 mA / di v 4 ms / di v V ol t a ge C ur r e nt 20 mS 80 V 58 mA F un da m e nt a l   50  H z   ) =   54 . 02  T H D   48 . 32 % F re que nc H z   ) M a (%   of  F un da m e nt a l ) F un da m e nt a l   50  H z   ) =   63 . 56  T H D   40 . 92 % F re qu e nc H z   ) M a (%   of  F un da m e nt a l ) F und a m e nt a l   50  H z   ) =   316 . T H D   16 . 45 % F re qu e nc H z   ) M a ( %   of  F un da m e nt a l ) F und a m e nt a l   50  H z   ) =   341 . T H D   14 . 94 % F re que nc H z   ) M a (%   of  F und a m e nt a l ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 5 0 2 - 4752   I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci,   Vo l 11 ,   No .   1 J u ly   201 8   :   1 4 4     151   150           Fig u r 1 4 .   Fre q u en c y   Sp ec tr u m   f o r   A s y m m etr ical  Str u ctu r 9 - lev el       T ab le  1 .   C o m p ar is o n   b et w ee n   Nu m b er s   o f   Ou tp u t V o lta g L ev el  w it h   T o tal  Har m o n ics Di s to r tio n     N u mb e r   o f   o u t p u t   v o l t a g e   l e v e l s   O u t p u t   v o l t a g e s   %T H D   o f   o u t p u t   v o l t a g e s   3 - l e v e l   M P W M   6 0   V   4 8 . 3 2   3 - l e v e l   S P W M   6 0   V   4 0 . 9 2   7 - l e v e l   M P W M   9 0   V   1 6 . 4 5   7 - l e v e l   S P W M   9 0   V   1 4 . 9 4   9 - l e v e l   M P W M   4 0   V   1 5 . 2 2       Fig u r 1 5   s h o w s   th r elatio n s h ip   b et w ee n   th n u m b er   o f   s w itc h e s   an d   o u tp u v o ltag le v el.   3 - L ev e l   co n v e n tio n al  in v er ter   s tr u ctu r e,   it  r eq u ir es  f o u r   s w itc h es.  Fo r   th 7 - le v el  m u ltil e v el  i n v er ter   s tr u ct u r e,   it   r eq u ir es  o f   s w i tch e s   le s s   f r o m   t h e   co n v en tio n al  s tr u c tu r an d   s i m ilar   g o es   to   t h 9 - le v e m u lt ilev e i n v er ter   s tr u ct u r co m p ar ed   to   t h co n v en t io n al  s tr u c tu r e.   T h is   tr en d   s h o w s   t h at  w h e n   h ig h er   o u t p u v o ltag e   lev el   is   co n s id er ed ,   th r eq u ir ed   o f   s witch es   is   i n cr ea s ed   as   w ell.   R e d u ce d   s w itc h es  s tr u ct u r es  o f f e r   f e w er   n u m b er   o f   s w itc h es  co m p ar ed   to   t h co n v e n tio n al  s tr u ct u r b y   co n s i d er in g   b o th   s tr u ct u r h a v s a m o u tp u v o lta g lev el.       S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 0 5 10 15 20 3 5 7 9 N u m b e r   o f   s w i t c h N u m b e r   o f   v o l t a g e   l e v e l Co n v e n t i o n a l   s t ru c t u re R e du c e s w i t c s t r uc t ur e   Fig u r 1 5 .   R elatio n s h ip   b et w e en   Nu m b er   o f   S w i tch   a n d   Nu m b er   o f   Vo ltag L e v el       Fig u r 1 6   s h o w s   th e   r elatio n s h ip   b et w ee n   v o ltag e   s tr es s   an d   n u m b er   o f   o u tp u v o lt ag le v el.   R ed u ce d   s w i tch   s tr u c tu r o f   in v er ter   h as  lo w er   v o lta g s t r ess   o n   s w itc h es  co m p ar ed   t o   th co n v en t io n al   s tr u ct u r e.   Fo r   th co n v en t io n a s tr u ct u r e,   th v o ltag s tr e s s   is   al w a y s   s a m w h en   t h o u t p u v o ltag le v el  is   in cr ea s ed .   Me an w h i le,   f o r   t h r ed u ce d   s w itch   s tr u ctu r e ,   v o lt ag s tr e s s   i s   r ed u ci n g   as  i n cr e asin g   o f   th e   v o lta g lev el.     F und a m e nt a l   50  H z   ) =   231 . T H D   15 . 22 % F re qu e nc H z   ) M a (%  of F und a m e nt a l ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n d o n esia n   J   E lec  E n g   &   C o m p   Sci     I SS N:  2502 - 4752       S ymm etri ca l a n d   A s ymm etri ca l Mu ltil ev el  I n ve r ter S tr u ctu r e s   w ith   R ed u ce d   N u mb er  o f . . .   ( M.  H.   Ya tim)   151   0 10 20 30 40 50 60 70 3 5 7 9 V o l t a g e   s t r e s s   ( V ) N u m b e r   o f   v o l t a g e   l e v e l C o n v e n t i o n a l   s t ru c t u re R e du c e s w i t c s t r uc t ur e   Fig u r 1 6 .   R elatio n s h ip   b et w e en   Vo ltag S tr ess   a n d   Nu m b er   o f   Vo ltag L ev el     5.   CO NCLU SI O N   B ased   o n   th e   s i m u latio n   a n d   ex p er i m e n tal  r e s u lt s ,   t h i m p le m e n tatio n   o f   m u lti lev el   i n v er ter   w it h   r ed u ce d   n u m b er   o f   s w itc h e s   an d   i m p r o v ed   ca s ca d ed   m u lti lev el  i n v er ter   f o r   s y m m etr ical   an d   as y m m etr ical   in v er ter   s tr u ct u r es,  r esp ec tiv e l y .   Fro m   th s t u d y ,   it  p r o v es   th at  b y   co n s id er in g   th r ed u ctio n   o f   s w itch e s   n u m b er ,   s e m ico n d u c to r   lo s s es   an d   T HD  is   r ed u ce d   an d   f u r t h er m o r e,   th o u tp u v o ltag le v el  is   n o af f ec ted .   Me an w h ile,   b y   r ed u cin g   s w i t ch in g   d ev ice s ,   th o u tp u v o l tag lev el  ca n   b m ain tain ed   an d   it  r ea lizes  b y   i m p le m en t in g   t h as y m m etr ic  an d   s y m m etr ic  to p o lo g ies o f   t h in v er te r   s tr u c tu r e.       RE F E R E NC E S     [1 ]     A .   B.   P o n n iran ,   e a l . ,   M i n im u m   F l y in g   Ca p a c it o f o N - L e v e Ca p a c it o DC/DC  Bo o st  Co n v e rter,”  IEE T ra n s .   In d .   Ap p l. ,   v o l /i ss u e :   52 ( 4 ) ,   p p .   3 2 5 5 - 3 2 6 6 ,   2 0 1 6 .   [2 ]   J.  Ro d rig u e z ,   e a l. ,   M u lt il e v e in v e rters a   su rv e y   o to p o l o g ies ,   c o n tro ls,  a n d   a p p li c a ti o n s,”   IE EE   T ra n s.  In d .   El e c tro n . ,   v o l/ issu e :   49 ( 4 ) ,   p p .   7 2 4 - 7 3 8 ,   2 0 0 2 .   [3 ]   A .   B.   P o n n iran   a n d   M .   A .   N.  B.   Ka sira n ,   P a ra m e ters   d e sig n   e v a l u a ti o n   in   3 - lev e f l y in g   c a p a c it o b o o st   c o n v e rter ,   in   2 0 1 7   IE EE   S y m p o siu m   o n   Co m p u ter   A p p li c a ti o n s &   In d u stria E lec tro n ics   ( IS CAIE ) ,   p p .   1 9 5 - 1 9 9 2 0 1 7 .   [4 ]     A .   B .   P o n n iran ,   e a l. ,   M in im iza ti o n   o f   P a ss iv e   Co m p o n e n ts  in   M u lt i - lev e F ly in g   Ca p a c it o DC - DC  Co n v e rter,”  IEE J   J .   In d .   A p p l . ,   v o l / issu e :   5 ( 1 ) ,   p p .   10 - 1 1 ,   2 0 1 6 .   [5 ]   J S .   L a a n d   F .   Z P e n g ,   M u lt il e v e c o n v e rters - a   n e w   b re e d   o f   p o w e c o n v e rters ,   IAS   ’9 5 .   C o n f .   Rec .   1 9 9 5   IEE In d .   Ap p l.   C o n f .   T h irti e th   IAS   An n u .   M e e t . ,   v o l /i ss u e :   3 ( 3 ) ,   p p .   2 3 4 8 - 2 3 5 6 ,   1 9 9 6 .   [6 ]     S .   G h o sh   a n d   S .   M a h a n ty ,   S in g le  P h a se   M u lt i le v e In v e rters   w it h   S im p le  Co n tro S trate g y   Us in g   M AT LAB,   In t.   Res .   J .   En g .   T e c h n o l . ,   v o l / issu e :   2 ( 7 ) .   [7 ]   A .   P ra y a g   a n d   S .   Bo d k h e ,   No v e Ba sic   Blo c k   o f   M u lt il e v e In v e rt e Us in g   Re d u c e d   Nu m b e o f   On - S tate   S w it c h e s   a n d   Ca sc a d e d   Circu it   T o p o lo g y ,   v o l.   2 0 1 7 ,   2 0 1 7 .   [8 ]     M .   M a rc h e so n i ,   e a l . ,   A   n o n   c o n v e n ti o n a p o w e c o n v e rter  f o p las m a   sta b il iza ti o n ,   in   P o we El e c tro n ics   S p e c ia li sts C o n fer e n c e ,   1 9 8 8 .   PE S ’8 8   Rec o rd ,   1 9 t h   An n u a I EE E v o l.   1 ,   p p .   1 2 2 - 1 2 9 1 9 8 8 .   [9 ]   S .   N.  Ra o ,   e a l. ,   Im p le m e n tatio n   o f   Ca sc a d e d   b a se d   Re v e rsin g   Vo lt a g e   M u lt il e v e In v e rter  u sin g   M u lt Ca rrier  M o d u latio n   S trate g ies ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o Po we El e c tro n i c a n d   Dr ive   S y ste m   ( IJ PE DS ) ,   v o l /i ss u e :   9 ( 1 ) p p .   2 2 0 - 2 3 0 ,   2 0 1 8 .   [1 0 ]     S .   M a lath y ,   Ne w   S in g le  P h a se   M u lt il e v e In v e rter  T o p o lo g y   w i th   Re d u c e d   Nu m b e o f   S w it c h e s,”   In t.   Co n f .   El e c tr.  En e rg y   S y st . ,   v o l.   3 ,   p p .   1 - 6 ,   2 0 1 6 .   [1 1 ]   S .   N.  Ra o ,   e a l . ,   In teg ra ti o n   o f   Re v e rsin g   V o lt a g e   M u lt i lev e In v e rter  T o p o lo g y   w it h   Hig h   V o l tag e   G a in   Bo o st   Co n v e rter  f o Distrib u ted   G e n e ra ti o n ,   I n ter n a t io n a J o u r n a o Po we El e c tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste ( I J PE DS ) v o l /i ss u e :   9 ( 1 ) ,   p p .   2 1 0 - 2 1 9 ,   2 0 1 8 .   [1 2 ]     O.  L .   Jim e n e z ,   e a l. ,   T HD   in   c a sc a d e   m u lt il e v e in v e rter  s y m m e tri c   a n d   a s y m m e tri c ,   Pro c .   -   2 0 1 1   IE EE   El e c tro n .   R o b o t.   Au t o mo t .   M e c h .   Co n f.   CER M 2 0 1 1 ,   p p .   2 8 9 - 2 9 5 ,   2 0 1 1 .   [1 3 ]     G .   J.  Ru sh iraj  a n d   P .   N.   Ka p il ,   A n a l y sis  o f   d iff e re n m o d u lati o n   tec h n iq u e f o m u lt il e v e in v e rters ,   in   2 0 1 6   In ter n a t io n a C o n fer e n c e   o n   E lec trica l,   El e c tro n ics ,   a n d   Op ti miz a t io n   T e c h n i q u e s ( ICEE OT) p p .   3 0 1 7 - 3 0 2 4 2 0 1 6 .   [1 4 ]   S .   Us h a ,   e a l. ,   P e rf o rm a n c e   A n a l y sis  o f   H - b rid g e   a n d   T - Brid g e   M u lt il e v e In v e rters   f o Ha r m o n ics   Re d u c ti o n ,   In ter n a t io n a J o u rn a o P o we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive   S y ste m ( IJ PE DS ) ,   v o l / issu e :   9 ( 1 ) ,   p p .   2 3 1 - 2 3 9 ,   2 0 1 8 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.