I nd o ne s ia n J o urna o f   E lect rica l En g ineering   a nd   Co m p u t er   Science   Vo l.   21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1 ,   p p .   7 2 3 ~ 7 3 4   I SS N:  2 5 02 - 4 7 5 2 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j ee cs.v 2 1 .i 2 . pp 723 - 7 3 4          723       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ij ee cs.ia esco r e. co m   Co m pa ra tive i nv estig a tion o 1 5  level a nd 17  level cas ca ded  H - B ridg e ML I w ith  cros H - B ri dg e M LI  f ed p er m a nent   m a g ne sy nchro no us  m o t o r       J .   Srini v a s   Ra o 1 ,   Su re s h K u m a T u mm a la 2 ,   Dr.   Na ra s im ha   Ra j u K uth uri 3   1, 3 EE De p ar t m e n t ,   KL EF ,   In d ia   2 EE De p ar t m e n t ,   G o k a ra ju   Ra n g a ra ju   In stit u te  o f   En g in e e rin g   &   T e h n o lo g y ,   H y d e ra b a d ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   J u l 2 4 ,   2 0 2 0   R ev i s ed   A u g   11 ,   2 0 2 0   A cc ep ted   Sep   18 ,   2 0 2 0       M u lt il e v e in v e rters   o ff e r e m in e n so lu ti o n to   h ig h   v o lt a g e   h ig h   p o w e r   a p p li c a ti o n d u e   t o   t h e   a ss o c iatio n   o f   se v e ra d e v ice in   a   se ries   c o n f ig u ra ti o n .   I n   th is  p a p e r,   a   c o m p a ra ti v e   in v e stig a ti o n   o f   b o th   1 5   a n d   1 7   lev e c a sc a d e d   H - Brid g e   m u lt lev e in v e rter  w it h   c ro ss   H - Brid g e   f e d   p e rm a n e n m a g n e s y n c h ro n o u m o to a re   p re se n ted   b y   a p p r o p riate   sim u latio n a n d   m a th e m a ti c a l   a n a ly sis.  Co m p a ra ti v e   a n a l y s is  in c lu d e s   In v e rter  o u t p u v o lt a g e   a n d   c u r re n t,   n u m b e o f   s w it c h in g   d e v ice s,  sta to c u rre n a n d   sp e e d   o f   P M S M   a n d   to tal  h a rm o n ic  d ist o rti o n   lev e ls.   L i m it a ti o n   o f   se v e ra s w it c h in g   d e v ice s,  w h i c h   c a n   a ff o rd   h ig h   v o lt a g e   in   th e   in v e rter  is  th e   m a jo p ro b lem ra is e d   in   th is  stu d y .   T h e   a d v a n tag e   o th is  a n a ly sis  is  to   f ig u re   o u th e   a p p r o p r iate   in v e rter  th a c a n   b e   u se d   f o re a ti m e   a p p li c a ti o n   b y   c o n sid e rin g   th e   f a c to rs  v ia.  Ha r m o n ic  d ist o rti o n ,   o u tp u v o lt a g e ,   c u rre n t,   n u m b e o f   s w it c h in g   d e v ice s   e t c .   V a li d a ti o n   o f   th e   a n a ly sis  is   p ro c e ss e d   th ro u g h   M a tl a b /S im u li n k   P latf o r m .     K ey w o r d s :   C r o s s   h   b r id g e   P er m a n en m a g n e t   S w itc h in g   d ev ice s   S y n ch r o n o u s   m o to r   ( P MSM )   T o tal  h ar m o n ic  d i s to r tio n   T h is  is  a n   o p e n   a c c e ss   a rticle   u n d e r th e   CC B Y - SA   li c e n se .     C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   J .   Srin iv as  R ao   E E E   Dep ar t m e n t   L   U n iv er s it y /K L E F,  I n d ia   E m ail: j an i g asri n iv a s r ao @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Mic r o   g r id s   ar in cr ea s i n g   d ay   b y   d a y ,   w h ic h   i s   co m b in atio n   o f   m a n y   s o u r ce s   li k Diese l   Gen er ato r s ,   So lar   p o w er ,   W in d   p o w er ,   Fu el  ce ll  etc.   T o   in teg r ate  th ese  s o u r ce s   w it h   p o w e r   g r id   o r   to   s u p p l y   p o w er   to   lo ca l o ad s   p o w er   elec tr o n ic  co n v er ter s   p la y   an   i m p o r tan r o le.   T h t w o - le v el  i n v er ter   ca n n o s u p p l y   th p o w er   to   m ed iu m   a n d   h i g h   p o w er   lo ad s   w ith   g o o d   ef f icie n c y   b u m u ltil e v el  in v er t er s   ca n   s u p p l y   t h e   p o w er   at  g o o d   ef f ici e n c y .   T h p r im ar y   p r in cip le  o f   M L I   is   to   s h ar t h o p er atin g   v o ltag o f   i n v er ter   b et w ee n   s w itch e s   co n n ec ted   i n   cir c u it.  So   s w it ch es  w i th   lo w   r ati n g   ca n   b u s ed   i n   h i g h   v o lta g e/p o w er   r atin g   ap p licatio n s ,   w h ic h   r ed u ce   t h co s o f   in v e r ter .   A s   lev e o f   o u tp u t   v o lta g in cr ea s e s   le v el  o f   h ar m o n ic s   d ec r ea s es  at   lo w   s w itc h in g   f r eq u en c ies s o   co s o f   f ilter s   r ed u ce s   [ 1 2 ] .   T h m aj o r   to p o lo g ies  o f   m u l tilev el   i n v er ter s   ar Dio d cl a m p ed   ( NP C )   m u lt ilev e i n v er ter   [ 3 ] ,   C ap ac ito r   cla m p ed   ( FC )   m u ltil e v el   in v e r ter   [ 4 ]   an d   C ascad ed   b r id g ( C HB )   m u ltil e v el  i n v er ter   [ 5 ] .   T h co m m o n   p r o b lem   a m o n g   ab o v to p o lo g ies  i s   n u m b er   o f   s w i tch e s   r e q u ir ed   [ 6 ,   7 ]   in cr ea s es  s ig n i f i ca n tl y   w it h   i n cr ea s in   o u tp u v o lta g le v el  [ 8 ] ,   w h ic h   ten d s   to   in cr ea s i n   co s t,  s ize  a n d   co m p lex i t y   o f   s w i tc h i n g   a n d   i m p le m en ta tio n   o f   h ar d w ar c ir cu it  [ 9 - 1 1 ] .   T h NP C   m u lt il ev el  i n v er ter   a n d   t h F C   m u lt ilev el   in v er ter ,   t h e   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.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 2 3   -   7 3 4   724   ca p ac ito r   v o ltag ca n   b r eg u lated   u s in g   r ed u n d an s w itc h i n g   s tate s   b u a s   t h le v el   o f   v o ltag i n cr ea s th e   n u m b er   o f   ca p ac ito r s   an d   cla m p in g   d io d es r eq u ir ed   an d   co m p lex i t y   i n   co n tr o l sc h e m in cr ea s es.   I n   ca s ca d ed   b r id g e   m u lt ilev el  in v er ter ,   t h H - B r id g ce ll s   w it h   DC   s o u r ce   ar e   co n n ec ted   in   s er ies .   B ased   o n   th ty p o f   DC   s o u r ce s   C HB   m u lt ilev e in v er ter   is   class i f ied   as  s y m m etr ical  ( eq u a DC   s o u r ce s )   [ 1 2 - 1 4 ]   an d   as y m m etr ical  ( u n eq u al  DC   s o u r ce s )   [ 1 5 - 1 7 ] .   T h s y m m etr ic  to p o lo g y   g i v es  g o o d   m o d u lar it y   an d   p ac k ag i n g   d u to   th id e n tical   s tr u ct u r o f   ea ch     B r id g b u n u m b er   o f   s w itc h es  i n cr ea s es  r ap id l y   w it h   t h in cr ea s i n   lev el  o f   o u tp u v o ltag e.   W ith   a s y m m etr ic  to p o lo g y   t h lev el  o f   o u tp u v o lta g ca n   b in cr ea s ed   w it h   less   n u m b er   o f   s w itc h es  b u t h r ati n g   o f   s o m o f   t h s w itc h es  i s   n ea r l y   eq u al  t h m ax i m u m   o p er atin g   v o ltag a n d   d esig n i n g   o f   h ar d w ar cir cu it  i s   m o r ch alleg i n g .   T h to p o l o g ies  d is cu s s ed   ab o v ar co n v e n tio n al.   Ma n y   to p o lo g ie s   ar in v en ted   i n   r ec en y ea r s .   T h cr o s s   b r id g m u l tilev el  in v er ter   [ 1 8 ]   is   co n n ec ted   w i th   s p ec i f ic  cr o s s   co n n ec tio n s   w i th   D C   s o u r ce s   as   s h o w n   in   F i g u r 2   an d   F i g u r 4.   D u to   en o r m o u s   ap p licatio n s   t h er i s   h u g at ten t io n   o n   m u l tile v el  i n v er ter s .   M u ltil e v el  o u tp u g en er ated   u s i n m u lti  w i n d in g   tr an s f o r m er   [ 1 9 ,   2 0 ]   is   n o t e co n o m ical  f o r   h i g h   p o w er / v o ltag ap p licatio n s .   I n   th is   p ap er ,   co m p ar ati v in v e s ti g atio n   o f   1 5   a n d   1 7 lev el  ML I   f o r   b o th   ca s ca d an d   cr o s s   H - B r id g s w itc h in g   co n f ig u r ati o n s   ar p r esen ted ,   f o r   b o th   ca s ca d ed   &   cr o s s   H - B r id g in v er ter   lev el   o f   h ar m o n ic  co n te n r ed u ce s   w it h   t h in cr ea s in   th le v el  o f   v o ltag e.   T h p r o p o s ed   3 - p h ase  1 5   &   1 7 -   le v el   m u ltil e v el  i n v er ter   is   f ed   to   PMSM  an d   v er i f ied   s p ee d   an d   s tato r   cu r r en t o f   th m o to r .       2.   SWI T CH I N G   P RO F I L E   2 . 1 .     T he  re la t io n bet w ee n lev el  o f   o utput   v o lt a g e ,   nu m be o f   s w it ches a nd   nu m ber  o f   v o lt a g e   s o urce s   C r o s s   B r id g e:         =     +1   ( 1 )         =2 *     +1   ( 2 )         =2 (     +1 )   ( 3 )         =             ( 4 )     C ascad ed   B r id g e:         =2 * (     - 1)   ( 5 )         =2 *     +1   ( 6 )         =4 *       ( 7 )         =     - 1   ( 8 )     W h er       is   lev el  o f   o u tp u v o ltag e,         is   n u m b er   o f   s w itc h es ,         is   n u m b er   o f   v o ltag s o u r ce s ,       =n o .   o f   s w itc h i n g   d ev ices  in   c u r r en p ath .   C o m p ar is o n   o f   n u m b er   o f   s w i tch e s   f o r   th e   ab o v t w o   to p o lo g ies  is   s h o w n   T ab le   3.     2 . 2 .     S w it ches v o lt a g ra t ing   In   cr o s s   b r id g ML I   t h s t an d in g   v o lta g o f   s w itc h es  S 1 ,S 2, S n - an d S n   is   V dc   a n d   o th er   s w itch e s   s tan d i n g   v o lta g e   [ 2 1 - 2 3 ]   is   2 V dc   an d   th s ta n d i n g   v o lta g o f   all  s w itc h es i n   ca s ca d ed   b r id g is   V dc.   T h to tal   s tan d i n g   Vo lta g o f   cr o s s   b r ig M L I   an d   ca s ca d ed   b r id g is   2 * (           *   V dc   W h er e         is   lev el  o f   o u tp u v o lta g e.     2 . 3 .     S w it ch  lo s s es   T h e   m aj o r   lo s s es  o f   th e   s w it ch es  ar co n d u ctio n   a n d   s w it ch in g   lo s s e s   [ 2 4 - 2 6 ] .   C o n d u c tio n   lo s s e s   o cc u r   d u to   o n - s tate  v o ltag d r o p   an d   eq u iv ale n r es is t an ce .   S w i tch i n g   lo s s es  o cc u r   d u to   n o n   id ea l   o p er atio n   o f   s w itc h es.  T h a v er ag co n d u ctio n   lo s s e s   o f   tr a n s i s to r   (                   an d   d io d (                 ca n   b w r itte n   as  f o llo w s :             =                                                    ( 9 )   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       Tit le  o f m a n u s crip t is sh o r t a n d   clea r ,   imp lies   r esea r ch   r esu l ts   ( F i r s t A u th o r )   725                                                          ( 1 0 )     T h to tal  co n d u ctio n   lo s s e s   o f   m u ltil e v el  i n v er ter   p er   c y cle  (     )   (                   )*       ( 1 1 )     T h s w itc h i n g   lo s s   o f   t h s w i t ch es i s   g i v en   a s                                                        )   ( 1 2 )     W h er e         an d       ar tr an s i s to r   an d   d io d v o ltag d r o p   ( o n   s tate)   r esp ec tiv el y .         an d         ar tr an s i s to r   an d   d io d eq u iv alen r esis ta n ce   r esp ec tiv el y ,   f f r eq u en c y ,        =n o .   o f   ti m es  s w itc h es  o n ,         =n o .   o f   ti m e s   s w i tch e s   o f f .   C o m p ar is o n   o f   s w itc h in g   lo s s es o f   d is cu s s ed   to p o lo g ies ar s h o w n   i n   T ab le   4.       3.   15 - L E VE L   M UL T I L E V E L   I NVE RT E R   3 . 1 .   Ca s ca ded  H - B ridg e   Fig u r e   1   s h o w s   ca s ca d ed   H - B r id g 15 - lev el  M L I   w it h   s e v en   d s o u r ce s   an d   2 8   s w itc h es.  Fo u r   s w itc h es c o m p r is o n leg   a n d   ea ch   leg   i s   co n n ec ted   to   o n d s o u r ce   o f   s a m v o lta g r atin g .           Fig u r 1 .   Sin g le  p h ase  1 5 - le v e ca s ca d ed   H - B r id g ML I         3 . 2 .     Cro s s   H - B ridg e   Fro m   ( 1 )   n u m b er   o f   s w itc h es  r eq u ir ed   in   cr o s s   H - B r id g M L I   is   2 ( V s +1 )   2 * ( 7 +1 )   1 6   s w itc h es ,   th s a m ca n   b s ee n   f r o m   F ig u r 2 .   W h er       is   n u m b er   o f   v o lta g s o u r ce s .   S w itc h i n g   co n f i g u r atio n   f o r   Sin g le  P h ase  1 5 - lev e C r o s s   H - B r id g M L I   is   s h o w n   i n   T ab le  1 .   Fo r   ea ch   o u tp u v o ltag t h er ar v ar io u s   s w itc h in g   p atter n s   a s   s h o w n   i n   T ab le  1 .   Ho w ev er   f o r   th co m p lete  an al y s i s   th h ig h lited   s w itc h i n g   p atter n   ( in   b o ld )   is   co n s id er ed .   T h co n d u ct io n   p at h   f o r   +5 Vd is   s h o wn   i n   F ig u r e   2 ( b ) .             Fig u r e2 ( a ) .   Sin g le  p h ase  1 5 - le v el  cr o s s   H - B r id g ML I           Fig u r e2 ( b ) .   C o n d u ctio n   p ath   f o r   +5 Vd o f   1 5 - lev el  cr o s s   H - B r id g ML I   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.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 2 3   -   7 3 4   726   T ab le  1 .   Sw itch in g   p atter n   o f   cr o s s   H - B r id g 1 5 - le v el  M L I   S . N o .   O / P   V o l t a g e   S w i t c h e s ON     S . N o .   O / P   V o l t a g e   S w i t c h e s ON   1   7   V DC   S 2 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 15     9   -   7   V DC   S 1 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 16   2   6   V DC   S 1 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 15   S 2 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 16     10   -   6   V DC   S 1 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 15   S 2 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 16   3   5   V DC   S 1 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 16   S 2 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 13 S 15   S 2 S 4 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 15     11   -   5   V DC   S 1 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 14 S 16   S 1 S 3 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 16   S 2 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 15   4   4   V DC   S 1 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 13 S 15   S 1 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 15   S 2 S 3 S 6 S 7 S 10 S 12 S 14 S 16   S 2 S 4 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 16     12   -   4   V DC   S 1 S 4 S 5 S 8 S 9 S 11 S 13 S 15   S 1 S 3 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 15   S 2 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 14 S 16   S 2 S 4 S 6 S 8 S 9 S 12 S 13 S 16   5   V DC   S 1 S 3 S 6 S 7 S 10 S 12 S 14 S 16   S 1 S 3 S 5 S 7 S 10 S 11 S 14 S 16   S 2 S 3 S 6 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15   S 2 S 4 S 6 S 7 S 10 S 11 S 13 S 15   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 11 S 14 S 15     13   -   3   V DC   S 1 S 3 S 5 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16   S 1 S 3 S 5 S 8 S 9 S 12 S 14 S 16   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 12 S 13 S 16   S 2 S 4 S 5 S 8 S 9 S 11 S 13 S 15   S 2 S 4 S 6 S 8 S 9 S 12 S 13 S 15   6   2   V DC   S 1 S 3 S 6 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15   S 1 S 3 S 5 S 7 S 10 S 11 S 13 S 15   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 14 S 15   S 2 S 3 S 6 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16   S 2 S 4 S 6 S 7 S 10 S 12 S 14 S 16   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 11 S 14 S 16     14   -   2   V DC   S 1 S 4 S 5 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15   S 1 S 3 S 5 S 8 S 9 S 11 S 13 S 15   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 12 S 13 S 15   S 2 S 4 S 5 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16   S 2 S 4 S 6 S 8 S 9 S 12 S 14 S 16   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 13 S 16   7   V DC   S 1 S 3 S 6 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16   S 1 S 3 S 5 S 7 S 10 S 12 S 14 S 16   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 14 S 16   S 2 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15   S 2 S 4 S 6 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 13 S 15   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 14 S 15     15   -   V DC   S 1 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16   S 1 S 3 S 5 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 12 S 14 S 16   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 13 S 16   S 2 S 4 S 5 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15   S 2 S 4 S 6 S 8 S 9 S 11 S 13 S 15   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 13 S 15   8   0   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16               4.   17 - L E VE L   M UL T I L E V E L   I NVE RT E R   4 . 1 .     Ca s ca d ed  H - B ridg   Fig u r 3   s h o w s   ca s ca d ed   H - B r id g 17 - lev el  ML I   w it h   eig h d s o u r ce s   a n d   3 2   s w itc h es.  Fo u r   s w itc h es c o m p r is o n leg   a n d   ea ch   leg   i s   co n n ec ted   to   o n d c   s o u r ce   o f   s a m v o lta g r atin g .           Fig u r e   3 .   Sin g le  p h ase  1 7 - le v e ca s ca d ed   H - B r id g ML I       4 . 2 .     Cro s s   H - B ridg e   Fro m   ( 1 )   n u m b er   o f   s w itc h es  r eq u ir ed   in   cr o s s   H - B r id g M L I   is   2 ( V s +1 )   2 * ( 8 +1 )   1 8   s w itc h es ,   th s a m ca n   b s ee n   f r o m   Fi g u r 4 .   W h er       is   n u m b er   o f   v o l tag s o u r ce s .             Fig u r 4 .   Sin g le  p h ase  1 7 - le v e cr o s s   H - B r id g M L I   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       Tit le  o f m a n u s crip t is sh o r t a n d   clea r ,   imp lies   r esea r ch   r esu l ts   ( F i r s t A u th o r )   727   T ab le  2 .   Sw itch in g   p atter n   o f   cr o s s   H - B r id g 1 7 - le v el  M L I   S . N o .   O / P   V o l t a g e   S w i t c h e s ON     S . N o .   O / P   V o l t a g e   S w i t c h e s ON   1   8   V DC   S 2 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 15 S 18     10   -   8   V DC   S 1 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 16 S 17   2   7   V DC   S 2 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 15 S 17   S 1 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 15 S 18     11   -   7   V DC   S 1 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 16 S 18   S 2 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 16 S 17   3   6   V DC   S 2 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 16 S 18   S 2 S 4 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 15 S 18   S 1 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 15 S 18     12   -   6   V DC   S 1 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 15 S 17   S 1 S 3 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 16 S 17   S 2 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 16 S 18   4   5   V DC   S 2 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 13 S 15 S 17   S 2 S 4 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 15 S 17   S 1 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 16 S 18   S 1 S 3 S 5 S 7 S 10 S 11 S 14 S 15 S 18     13   -   5   V DC   S 1 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 14 S 16 S 18   S 1 S 3 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 16 S 18   S 2 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 15 S 17   S 2 S 4 S 5 S 8 S 10 S 12 S 13 S 16 S 17   5   4   V DC   S 2 S 3 S 6 S 7 S 10 S 12 S 14 S 16 S 18   S 2 S 4 S 6 S 7 S 10 S 11 S 14 S 16 S 18   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 11 S 14 S 15 S 18   S 1 S 3 S 6 S 7 S 10 S 11 S 13 S 15 S 17   S 1 S 3 S 5 S 7 S 10 S 11 S 14 S 15 S 17     14   -   4   V DC   S 1 S 4 S 5 S 8 S 9 S 11 S 13 S 15 S 17   S 1 S 3 S 5 S 8 S 9 S 12 S 13 S 15 S 17   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 12 S 13 S 16 S 17   S 2 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 14 S 16 S 18   S 2 S 4 S 6 S 8 S 9 S 12 S 13 S 16 S 18   6   3   V DC   S 2 S 3 S 6 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15 S 17   S 2 S 4 S 6 S 7 S 10 S 11 S 13 S 15 S 17   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 11 S 14 S 15 S 17   S 1 S 3 S 6 S 7 S 10 S 12 S 14 S 16 S 18   S 1 S 3 S 5 S 7 S 10 S 11 S 14 S 16 S 18   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 14 S 15 S 18     15   -   3   V DC   S 1 S 4 S 5 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16 S 18   S 1 S 3 S 5 S 8 S 9 S 12 S 14 S 16 S 18   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 12 S 13 S 16 S 18   S 2 S 4 S 5 S 8 S 9 S 12 S 14 S 16 S 18   S 2 S 4 S 6 S 8 S 9 S 12 S 13 S 15 S 17   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 13 S 16 S 17   7   2   V DC   S 2 S 3 S 6 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16 S 18   S 2 S 4 S 6 S 7 S 10 S 12 S 14 S 16 S 18   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 11 S 14 S 16 S 18   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 14 S 15 S 18   S 1 S 3 S 6 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15 S 17   S 1 S 3 S 5 S 7 S 10 S 11 S 13 S 15 S 17   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 14 S 15 S 17     16   -   2   V DC   S 1 S 4 S 5 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15 S 17   S 1 S 3 S 5 S 8 S 9 S 11 S 13 S 15 S 17   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 12 S 13 S 15 S 17   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 13 S 16 S 17   S 2 S 4 S 5 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16 S 18   S 2 S 4 S 6 S 8 S 9 S 12 S 14 S 16 S 18   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 13 S 16 S 18   8   V DC   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15 S 18   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 14 S 16 S 18   S 1 S 3 S 5 S 7 S 10 S 12 S 14 S 16 S 18   S 1 S 3 S 6 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16 S 18   S 2 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15 S 17   S 2 SS 4 S 6 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15 S 17   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 11 S 13 S 15 S 17   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 14 S 15 S 17     17   -   V DC   S 1 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16 S 18   S 1 S 3 S 5 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16 S 18   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 12 S 14 S 16 S 18   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 13 S 16 S 18   S 2 S 4 S 5 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15 S 17   S 2 S 4 S 6 S 8 S 9 S 11 S 13 S 15 S 17   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 13 S 15 S 17   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16 S 17   9   0   S 1 S 3 S 5 S 7 S 9 S 11 S 13 S 15 S 17   S 2 S 4 S 6 S 8 S 10 S 12 S 14 S 16 S 18               T h n u m b er   o f   s w itc h es  r eq u ir ed   f o r   1 5 - lev el  cr o s s   b r id g e   is   r ed u ce d   b y 4 2 . 8 p er   p h ase  w h e n   co m p ar ed   to   1 5 - lev el  ca s ca d ed   b r id g an d   n u m b er   o f   s w itc h es  r eq u ir ed   f o r   1 7 - lev e cr o s s   b r id g is   r ed u ce d   b y 4 3 . 7 w h e n   co m p ar ed   to   1 7 - lev el  ca s ca d ed   b r id g p er   p h ase  th i s   ca n   b o b s er v ed   f r o m   T ab le   3 .   T h lo s s o f   1 5 - le v el   cr o s s   b r id g is   r ed u ce d   b y   2 4 . 1 p er   p h ase  w h e n   co m p ar ed   to   1 5 - lev el  ca s ca d ed   b r id g an d   th lo s s o f   1 7 - l ev el  cr o s s   b r id g is   r ed u ce d   b y   2 4 . 8 p er   p h ase  w h en   co m p ar ed   to   1 7 - lev e l   ca s ca d ed   b r id g th is   ca n   b o b s er v ed   f r o m   T ab le   4 .         T ab le   3 .   Nu m b er   o f   s w itc h in g   d ev ices  v s   o u tp u t v o lta g lev e ls   O U T P U T   V O L TA G L EV E L S   N o .   o f   S w i t c h i n g   D e v i c e s   C a sc a d e d   H - B r i d g e   M L I   C r o ss H -   B r i d g e   M L I   1 - P h a se   3 - P h a se   1 - P h a se   3 - P h a se   1 5   L EV E L   28   84   16   48   1 7   L EV E L   32   96   18   54       T ab le   4.   T o tal  lo s s es o f   s w i tch es v s   o u tp u v o ltag le v el s   O U T P U T   V O L TA G L EV E L S   T o t a l   l o ss e s o f   s w i t c h e s( w )   C a sc a d e d   H - B r i d g e   M L I   C r o ss H -   B r i d g e   M L I   S i n g l e   P h a se   T h r e e   P h a se   S i n g l e   P h a se   T h r e e   P h a se   1 5   L EV E L   1 7 . 1 3   5 1 . 3 9   1 2 . 9 9   3 8 . 9 7   1 7   L EV E L   1 9 . 0 8   5 7 . 2 4   1 4 . 3 3   4 2 . 9 9       5.   RE SU L T S   I n   th is   p ap er   s i m u latio n   o f   1 5 - le v el  a n d   1 7 - lev el   cr o s s   H   b r id g an d   ca s ca d ed   b r id g m u ltil e v e l   in v er ter s   is   ca r r ied   in   M A T AL B /SIM U L I NK  e n v ir o n m en t   w it h   s ev e n   a n d   ei g h t   s ep ar ate  DC   s o u r ce s   o f   1 0 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.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 2 3   -   7 3 4   728   to   g et  7 0 an d   8 0 m a x i m u m   o u tp u v o ltag r e s p ec tiv el y .   T h s w i tch   I GB T   ( FGA 1 5 N1 2 0 A NT D)   is   co n s id er ed   f o r   ca lc u lati n g   t h e   s w itc h   lo s s es   an d   th e   P er m an e n t M a g n et  S y n c h r o n o u s   Mo to r   o f   r ati n g   o f   0 . 5 h p   co n n ec ted   as  lo ad .   C o m p ar is o n   o f   lo s s es  o f   cr o s s   B r id g an d   C ascad ed   b r id g to p o lo g ies  i s   s h o w n   i n   T ab le   4.       5 . 1 .     15 - lev el  c a s ca ded  H - B ri dg inv er t er   f ed  P M S M   Fig u r e s   5 - 8   r ep r esen ts   s tato r   cu r r en P h ase - A ,   th r ee   p h s i n v er ter   v o ltag e,   s p ee d   o f   m o to r   an d   T HD  o f   1 5 -   L e v el  C a s ca d ed   H - B r id g M L I   r esp ec tiv el y             Fig u r e   5.   Stato r   cu r r en o f   P h a s e - A           Fig u r 6 .   T h r ee   p h ase  15 - lev el   ca s ca d ed   H - B r id g in v er ter   o u tp u v o ltag e           Fig u r 7 .   Sp ee d   o f   P MSM   0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 - 1 5 - 1 0 -5 0 5 10 15 T i m e ( s ) S t a t o r   C u r r e n t   0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 - 1 0 0 - 50 0 50 1 0 0 T im e (s ) T hr e e   P has e   V o l t age 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 - 1 0 0 - 50 0 50 1 0 0 1 50 2 0 0 T im e (s ) Spe e d 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       Tit le  o f m a n u s crip t is sh o r t a n d   clea r ,   imp lies   r esea r ch   r esu l ts   ( F i r s t A u th o r )   729                 Fig u r 8 .   T o tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   o f   1 5 -   lev el  ca s ca d ed   H - B r id g ML I   ( P h ase  A )       5 . 2 .     15 - lev el  cr o s s   H - B ridg inv er t er   f ed   P M S M   Fig u r e s   9 - 1 2   r ep r esen ts   s tato r   cu r r en P h ase - A ,   th r ee   p h s i n v er ter   v o ltag e,   s p ee d   o f   m o to r   an d   T HD  o f   1 5 -   L e v el  C r o s s   H - B r id g ML I   r esp ec ti v el y .   T h T o tal  Har m o n ic  D is to r tio n   o f   1 5 -   L ev el  C r o s s   H - B r id g e   is   r ed u ce d   b y   3 . 4 8 w h e n   co m p ar ed   to   1 5 - le v el  ca s ca d ed   H - B r id g t h s a m ca n   b o b s er v ed   f r o m   Fig u r 8   an d   Fig u r e   12.           Fig u r e   9.   Stato r   cu r r en o f   P h a s e - A           Fig u r 1 0 .   T h r ee   p h ase  15 - lev el  cr o s s   H - B r id g i n v er ter   o u t p u t v o lta g e   0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 - 5 0 0 50 F F T   w i n d o w :   3   o f   5 0   c y c l e s   o f   s e l e c t e d   s i g n a l T i m e   ( s ) 0 200 400 600 800 1000 0 1 2 3 4 F r e q u e n c y   ( H z ) F u n d a m e n t a l   ( 5 0 H z )   =   7 3 . 6 8   ,   T H D =   6 . 8 8 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 - 5 0 0 50 F F T   w i n d o w :   3   o f   5 0   c y c l e s   o f   s e l e c t e d   s i g n a l T i m e   ( s ) 0 200 400 600 800 1000 0 1 2 3 4 F r e q u e n c y   ( H z ) F u n d a m e n t a l   ( 5 0 H z )   =   7 3 . 6 8   ,   T H D =   6 . 8 8 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 - 1 5 - 1 0 -5 0 5 10 15 T im e (s ) St at o r   C u r r e n t 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 - 1 0 0 - 50 0 50 1 0 0 T im e (s ) T hr e e   P has e   V o l t age 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.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 2 3   -   7 3 4   730       Fig u r e   1 1 .   Sp ee d   o f   P MSM                 Fig u r 1 2 .   T o tal  h ar m o n ic  d is t o r tio n   o f   1 5   lev el  cr o s s   H - B r i d g ML I   ( P h ase  A )       5 . 3 .     17 -   le v el  ca s ca ded  H - B r idg inv er t er   f ed  P M S M   Fig u r es   13 - 1 6   r ep r esen t s   s tat o r   cu r r en P h ase - A ,   t h r ee   p h s in v er ter   v o ltag e,   s p ee d   o f   m o to r   an d   T HD  o f   1 7 -   L ev el  C a s ca d ed   H - B r id g M L I   r esp ec tiv el y .           Fig u r e   13.   Stato r   cu r r en o f   P h ase - A       0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 - 1 0 0 - 50 0 50 1 0 0 1 50 2 0 0 T im e (s ) Spe e d 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 - 5 0 0 50 F F T   w i n d o w :   3   o f   5 0   c y c l e s   o f   s e l e c t e d   s i g n a l T i m e   ( s ) 0 200 400 600 800 1000 0 1 2 3 4 F r e q u e n c y   ( H z ) F u n d a m e n t a l   ( 5 0 H z )   =   7 3 . 6 5   ,   T H D =   6 . 6 4 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 - 5 0 0 50 F F T   w i n d o w :   3   o f   5 0   c y c l e s   o f   s e l e c t e d   s i g n a l T i m e   ( s ) 0 200 400 600 800 1000 0 1 2 3 4 F r e q u e n c y   ( H z ) F u n d a m e n t a l   ( 5 0 H z )   =   7 3 . 6 5   ,   T H D =   6 . 6 4 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 - 1 5 - 1 0 -5 0 5 10 15 T im e (s ) S t a t o r   C u r r e n t 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       Tit le  o f m a n u s crip t is sh o r t a n d   clea r ,   imp lies   r esea r ch   r esu l ts   ( F i r s t A u th o r )   731       Fig u r e   1 4 .   T h r ee   p h ase  17 - lev el  ca s ca d ed   H - B r id g in v er ter   o u tp u t v o lta g e           Fig u r e   1 5 .   Sp ee d   o f   P MSM                   Fig u r 1 6 .   T o tal  h ar m o n ic  d is t o r tio n   o f   1 7   lev el  ca s ca d ed   H - B r id g ML I   ( P h ase  A )       5 . 4 .     17 -   le v el  cr o s s   H - B ridg e   inv er t er   f ed  P M S M   Fig u r e s   17 - 2 0   r ep r esen t s   s tat o r   cu r r en P h ase - A ,   t h r ee   p h s in v er ter   v o ltag e,   s p ee d   o f   m o to r   an d   T HD  o f   1 7   L ev el  C r o s s   H - B r id g ML I   r esp ec tiv e l y .   T h T o tal  Har m o n ic  Dis to r tio n   o f   1 7 -   L e v el  C r o s s   H - B r id g is   r ed u ce d   b y   3 . 3 9 w h e n   co m p ar ed   to   1 7 - lev el  ca s ca d ed   H - B r id g th s a m c an   b o b s er v ed   f r o m   Fig u r 1 6   an d   Fig u r 2 0 .   0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 - 1 0 0 - 50 0 50 1 0 0 T im e (s ) T hr e e   P has e   V o l t age 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 - 1 0 0 - 50 0 50 1 0 0 1 50 2 0 0 T im e (s ) Spe e d 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 - 5 0 0 50 F F T   w i n d o w :   3   o f   5 0   c y c l e s   o f   s e l e c t e d   s i g n a l T i m e   ( s ) 0 200 400 600 800 1000 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 F r e q u e n c y   ( H z ) F u n d a m e n t a l   ( 5 0 H z )   =   8 2 . 6 3   ,   T H D =   6 . 4 8 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t a l ) 0 0 . 0 1 0 . 0 2 0 . 0 3 0 . 0 4 0 . 0 5 - 5 0 0 50 F F T   w i n d o w :   3   o f   5 0   c y c l e s   o f   s e l e c t e d   s i g n a l T i m e   ( s ) 0 200 400 600 800 1000 0 0 . 5 1 1 . 5 2 2 . 5 3 F r e q u e n c y   ( H z ) F u n d a m e n t a l   ( 5 0 H z )   =   8 2 . 6 3   ,   T H D =   6 . 4 8 % M a g   ( %   o f   F u n d a m e n t 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.  21 ,   No .   2 Feb r u ar y   2 0 2 1   :   7 2 3   -   7 3 4   732       Fig u r e   1 7 .   Stato r   cu r r en o f   P h ase - A           Fig u r e   1 8 .   T h r ee   p h ase  17 - lev el  cr o s s   H - B r id g i n v er ter   o u t p u t v o lta g e           Fig u r e   1 9 .   Sp ee d   o f   P MSM   0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 0 . 3 5 0 . 4 0 . 4 5 0 . 5 - 1 5 - 1 0 -5 0 5 10 15 T im e (s ) St at o r   C u r r e n t 0 0 . 0 5 0 . 1 0 . 1 5 0 . 2 0 . 2 5 0 . 3 - 1 0 0 - 50 0 50 1 0 0 T im e (s ) T hr e e   P has e   V o l t age 0 0 . 1 0 . 2 0 . 3 0 . 4 0 . 5 0 . 6 0 . 7 0 . 8 0 . 9 1 - 1 0 0 - 50 0 50 1 0 0 1 50 2 0 0 T im e (s ) Spe e d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.