I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 8 ,   p p .   1 2 0 2 ~ 1 2 1 3   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v9 .i 3 . pp 1 2 0 2 - 1 2 1 3          1202       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 / I JP E DS   No v el Sw itching Desig n St ru ctur for Three  P ha se 2 1 - Lev el  M ultilevel Inv ert er F ed  BLDC  Dri v e Applicatio n       J .   Srini v a s   Ra o 1 P.   Srini v a s a   Va r m a 2 ,   T .   Su re s h K u m a r 3   1 ,2 De p a rtm e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g in e e rin g ,   KL EF ,   I n d ia   3 De p a rtme n EE E,   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   a n d   T e c h n o lo g y ,   In d ia         Art icle  I nfo     AB ST RAC T     A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   16 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   J u l   18 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   A u g   6 ,   2 0 1 8       M u lt il e v e In v e rters   o f fe rs  e m in e n so lu ti o n to   h ig h   v o lt a g e   h i g h   p o w e 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 T h is  is  m o d e ra te  b e c a u se   o f   g e tt in g   su p e rio q u a li ty   v o lt a g e   w a v e f o r m   w h e n   u sin g   m u lt il e v e in v e rters   a s   c o m p a re d   to   f o r m   tw o - lev e l   in v e rters .   M o st  o f   th e   p ro b lem s   ra ise d   in   t h is  st u d y   a re   th e   re strictio n   o f   m a n y   s w it c h in g   d e v ic e s,  w h ich   c a n   a ff o rd   h ig h   v o lt a g e   a re   p re f e rre d   in   th e   in v e rter.  He re ,   a   n o v e m u lt il e v e in v e rter t o p o l o g y   w it h   n o   tran sf o r m e rs,  les s   n u m b e o f   s w it c h in g   d e v ice s   a n d   g a te  d riv e   c ir c u it a re   p ro p o se d .   T h e   p ro p o se d   in v e rter  to p o l o g ies   c a n   v a li d   m o re   v o lt a g e   le v e ls  w it h   fa v o ra b le  a d v a n tag e s su c h   a s les s n u m b e o f   s w it c h in g   d e v ice s a n d   g a te d riv i n g   c ircu it s   a n d   re d u c e   to   h u m b le  siz e ,   a g re e a b le  v o lt a g e   p ro f il e .   I n   t h is  p a p e r   m u lt il e v e l   c o n v e rter  f e d   B L DC  d riv e   w it h   d if f e re n v o lt a g e   le v e ls  a n d   sim u latio n   a n a ly sis  is  p re se n ted .   T h e   v a li d it y   o f   th e   p ro p o se d   th re e - p h a se   2 1 - lev e m u lt il e v e in v e rter  fe d   to   BL DC  m o to d riv e   sc h e m e   is  v e ri f ied   th r o u g h   M a tl a b /S im u li n k   P latf o rm .   K ey w o r d :   B r u s h le s s   D C   m o to r   C ap ac ito r   v o ltag s o u r ce   Mu ltil e v el  i n v er ter   T o tal  h ar m o n ic  d i s to r tio n   Vo ltag s o u r ce   i n v er ter   Co p y rig h ©   201 In s t it 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 :   J .   Srin iv as  R ao ,   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g ,   KL E F,  Vad d es w ar a m ,   Gu n t u r ,   I n d ia,   5 2 2 5 0 2   E - m a il:  j an ig a s r in iv a s r ao @ g m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Vo ltag So u r ce   I n v er ter   ( VSI )   p r o d u ce s   an   o u tp u v o lta g w it h   le v els  ei th er   0 ,   +V dc  o r   - V dc   w h ic h   ar r ea d   as  th r ee   lev el   i n v er ter s .   T o   ac h iev h i g h   q u ali t y   o u t p u v o lta g w av e f o r m   w it h   le s s   a m o u n t   o f   r ip p le   cu r r en t,  h i g h - s w itc h i n g   f r eq u en c y   alo n g   w i th   v ar io u s   P u ls e - W id th   Mo d u latio n   tec h n iq u es  ar r eq u ir ed .   T h e   s w itc h in g   d e v ices   s h o u ld   b u s ed   i n   s u ch   m a n n er   a s   to   a v o id   p r o b lem s   a s s o ciate d   w i th   th eir   s er ie s - p ar allel  co m b i n atio n s   t h at  ar n ec es s ar y   to   o b tain   th ca p ab ilit y   o f   h a n d lin g   h ig h   v o lta g a n d   cu r r en ts .   Mu lti - L e v el  I n v er ter s   ( ML I s )   ar m o s tl y   u s ed   i n   p o w er   i n d u s tr y   s u c h   as   r ea ct iv p o w er   co m p e n s at io n ,   d r iv co n tr o an d   r en e w ab le  en er g y   s o u r ce s .   I m i g h b an   ea s ier   to   p r o d u ce   h ig h - p o w er ,   h ig h - v o ltag e   in v er ter s   w it h   m u ltil e v el  s tr u c tu r b ec a u s e   o f   t h w a y   in   w h ich   d ev ice   v o ltag e   s tr es s es   ar co n tr o lled   in   th s tr u c tu r [ 1 ] ,   [ 2 ] .   I n cr ea s in g   n u m b er   o f   v o ltag lev e ls   i n   i n v er ter   w it h o u th n ec es s it y   o f   h ig h er   r ati n g s   o n   in d i v id u al   d ev ices   ca n   i n cr ea s t h p o w er   r atin g .   T h u n iq u e   s tr u ct u r o f   m u lti lev el   v o lta g e   s o u r ce   in v er ter s   allo w s   th e m   to   r ea ch   h i g h   v o lta g es  w it h   lo w   h ar m o n ics  w i th o u an y   u s e   o f   tr an s f o r m er s   o r   s er ies - co n n ec ted   s y n c h r o n ize d   s e m ico n d u cto r   s w itch in g   d ev ices.  A s   n u m b er   o f   lev els  in cr ea s e s ,   th e   h ar m o n ic  co n te n t o f   t h o u tp u t v o ltag w a v e f o r m   d ec r ea s es  s ig n i f ica n tl y   in   m u ltil e v el  i n v er ter   [ 3 ] .   R eg u lar   s tr u ct u r o f   m u ltil e v el  c o n v er ter   is   to   s y n t h es ize  n ea r l y   s i n u s o id al  v o lta g f r o m   s e v er al  lev els  o f   in p u o f   DC   v o ltag es,  t y p icall y   f r o m   ca p ac ito r   v o ltag s o u r ce s   [ 4 ] ,   [ 5 ] .   A s   th n u m b er   o f   lev el s   in cr ea s es,   th e   o u tp u w a v e f o r m   h as   m o r s tep s   th at   p r o d u ce   s ta ir ca s w a v [ 6 ]   a n d   a p p r o ac h es  r eq u ir ed   o u tp u w av e f o r m .   A s   th e   n u m b er s   o f   s tep s   ar ad d ed   to   t h w a v e f o r m ,   t h e   o u tp u t   w a v ef o r m   h a s   r ed u ce d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o ve l S w itch in g   Desig n   S tr u ctu r fo r   Th r ee   P h a s 2 1 - Leve Mu ltil ev el  I n ve r ter F ed   B LDC   ( J.   S r in iva s   R a o )   1203   h ar m o n ic  d is to r tio n ,   ap p r o ac h in g   ze r o   as  t h n u m b er   o f   le v els  i n cr ea s e s .   A s   n u m b er   o f   lev els  in cr ea s th e   v o ltag e   th a ca n   b s p an n ed   b y   s u m m in g   m u ltip le   v o ltag e   lev e ls   a ls o   i n cr ea s es.  M L I s   ca n   b   class i f ied   as: [ 7 ] ,   a.   Dio d e - cla m p ed   m u lt ilev el  i n v er ter   b.   Fl y i n g - ca p ac ito r s   m u ltil e v el  i n v er ter   c.   H y b r id   I n v er ter s   d.   C ascad e m u lt ilev e l in v er ter .   A d v an ta g es  o f   C a s ca d Mu l ti - L e v el  I n v er ter   ( C M L I )   r eq u i r es  least  n u m b er   o f   co m p o n en ts   to   ac h iev e   th e   s a m n u m b er   o f   v o ltag lev el s   as   w h e n   co m p ar ed   to   d io d e - clam p ed   a n d   f l y in g - ca p ac ito r   ML I s   [ 3 ] .   I n   C ML I   o p ti m ized   cir cu it  la y o u a n d   p ac k a g in g   ar a ls o   p o s s ib le  b ec au s o f   ea c h   lev el  h as  t h s a m s tr u ct u r e,   an d   th er ar n o   ex tr cla m p in g   d io d es o r   v o ltag e - b alan cin g   ca p ac ito r s   [ 8 ] ,   [ 9 ] .   I n   C a s ca d H - B r id g ( C HB )   co n f ig u r atio n ,   t h n u m b er   o f   v o lta g le v els   is   d eter m i n e d   b y   u s i n g   ex p r ess io n   2 n +1   [ 4 ] .   n   m ea n s   o n f u l H - b r id g i n v er ter .   On f u ll  H - b r id g in v er ter   h as  4   s w itc h e s .   T h e   n u m b er   o f   le v els   i n cr ea s es   in   th e   ca s ca d H - b r id g e   co n f ig u r atio n ,   th e n   s ev er al   s w i tch e s ,   p r o tectio n   cir cu it ,   co m p le x it y ,   p lace   r eq u ir ed ,   an d   co o lin g   eq u ip m e n t i n cr ea s es   [ 1 0 ] ,   [ 1 1 ] .   P r o p o s ed   Sin g le  P h a s M L I   h as  o n l y   1 0   s w itc h es  a n d   ca n   p r o d u ce   v o ltag le v el s   o f   7 ,   9 ,   1 1 ,   1 3 ,   1 5 ,   1 7 ,   1 9   an d   2 1 ,   an d   w ill  r ed u ce   th h ar m o n ic  co n ten w h en ev er   t h n u m b er   o f   o u tp u t   v o ltag le v el s   ar e   in cr ea s ed   [ 5 ] .   I n   t h is   p ap er   1 7 ,   1 9   an d   2 1   lev el  o u tp u v o l tag s w itc h in g   co n f ig u r atio n s   ar p r esen ted   w it h   r ed u ctio n   i n   h ar m o n ic   co n te n w h e n   th e   v o lta g e   lev e ls   in c r ea s e.   P r o p o s ed   th r ee - p h ase   2 1 - lev el  m u lti lev el   in v er ter   i s   f ed   to   B L D C   m o to r   ap p licatio n .       2.   P RO P O SE SI NG L E   P H ASE   M UL T I - L E V E L   I NV E R T E R   Op er atin g   at  f u n d a m e n tal  f r e q u en c y   a n d   p r o d u ce s   o u tp u t   v o ltag e   le v els   o f   7 ,   9 ,   1 1 ,   1 3 ,   1 5 ,   1 7 ,   1 9   an d   2 1 .   T h o p er atio n   o f   in v er ter   f o r   s w itch i n g   co n f i g u r atio n   o f   1 7 ,   1 9   an d   2 1 - lev els ar p r esen ted .           Fig u r 1 .   P r o p o s ed   s in g le  p h a s m u ltil e v el  i n v er ter       2 . 1 .   P ro po s ed  Sin g le  P ha s 1 7 - L ev el  M L I   T h p r o p o s ed   s in g le  p h ase1 7 - lev el  M L I   h a s   s w itc h in g   co n f ig u r at io n   as  s h o w n   i n   T ab le  1 T ab le  s h o w s   t h s w itc h in g   co n f i g u r atio n   o f   p r o p o s ed   s in g le  p h ase  1 7 - lev el  M L I .   I n p u Vo l tag es  ar ta k en   a s   V 1 =1 0 0 V,   V 2 =2 0 0 V,   V 3 =5 0 0 in   th p r o p o s ed   ML I .   I n   T a b le. 1 ,   s w itch in g   s tate s   1   r ep r esen t s   th s w i tch   i s   ON   a n d   0   r ep r ese n ts   th e   s w itc h   is   OFF .   Fi g u r 2   s h o w s   th e   O u tp u t   Vo ltag e   w a v ef o r m   o f   p r o p o s ed   Sin g le  P h ase  1 7 - L e v el.                 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 2 0 2     1 2 1 3   1204   T ab le  1 .   Sw itch in g   State s   o f   P r o p o s ed   Sin g le  P h ase  1 7 - le v el   ML I   Vo   S 1   S 2   S 3   S 4   S 5   S 6   S 7   S 8   S 9   S 10   8 V s   0   1   0   1   0   1   1   0   0   1   7 V s   1   1   0   0   0   1   1   0   0   1   6 V s   0   1   1   1   0   0   1   0   0   1   5 V s   1   1   1   0   0   0   1   0   0   1   4 V s   1   0   0   0   1   1   1   0   0   1   3 V s   0   1   0   1   0   1   1   0   1   0   2 V s   1   1   0   0   0   1   1   0   1   0   Vs   0   1   1   1   0   0   1   0   1   0   0   1   1   1   0   0   0   1   0   1   0   - Vs   1   0   0   0   1   1   1   0   1   0   - 2 V s   0   0   1   1   1   0   1   0   1   0   - 3 V s   1   0   1   0   1   0   1   0   1   0   - 4 V s   0   1   1   1   0   0   0   1   1   0   - 5 V s   1   1   1   0   0   0   0   1   1   0   - 6 V s   1   0   0   0   1   1   0   1   1   0   - 7 V s   0   0   1   1   1   0   0   1   1   0   - 8 V s   1   0   1   0   1   0   0   1   1   0           Fig u r 2 .   Ou tp u t V o lta g o f   P r o p o s ed   Sin g le  P h ase  1 7 - L e v el   ML I       T ab le. 1   s h o w s   t h s w itc h i n g   co n f i g u r atio n   o f   p r o p o s ed   s in g le  p h ase  1 7 - le v el  M L I .   I n p u Vo ltag es   ar tak en   as  V 1 =1 0 0 V,   V 2 =2 0 0 V,   V 3 =5 0 0 in   th e   p r o p o s ed   ML I .   I n   T ab le. 1 ,   s w itch in g   s t ates  1   r ep r esen ts   th s w itc h   is   ON   an d   0   r ep r esen ts   t h s w itc h   is   OFF .   Fig u r 2   s h o w s   th O u tp u Vo ltag w a v e f o r m   o f   p r o p o s ed   Sin g le  P h a s 1 7 - L e v el.       2 . 2 .   P ro po s ed  Sin g le  P ha s 1 9 - L ev el  M L I   T h p r o p o s ed   Sin g le  P h ase  1 9 - lev el  M L I   h as  s w itc h in g   co n f ig u r atio n   a s   s h o w n   i n   T ab le  2 .   T ab le  2   s h o w s   t h s w itc h i n g   co n f i g u r atio n   o f   p r o p o s ed   s in g le  p h a s 1 9 - lev el  ML I .   I n p u v o ltag e s   ar tak en   as  V 1 1 0 0 V,   V 2 =2 0 0 V,   V 3 =6 0 0 in   th p r o p o s ed   m u ltil e v el  i n v er ter .   I n   T ab le  2   th s w itch in g   s tates  1   m ea n s   th e   s w itc h   is   ON   an d   0   m ea n s   th s w itc h   is   O FF .   Fig u r 3   s h o w s   t h Sin g le  P h ase  1 9 - L e v el  Ou tp u V o ltag o f   Ne w l y   P r o p o s ed   ML I .                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o ve l S w itch in g   Desig n   S tr u ctu r fo r   Th r ee   P h a s 2 1 - Leve Mu ltil ev el  I n ve r ter F ed   B LDC   ( J.   S r in iva s   R a o )   1205   T ab le  2 .   Sin g le  p h ase  p r o p o s ed   ML I   w i th   1 9 - le v el  s w itc h in g   s tates   Vo   S 1   S 2   S 3   S 4   S 5   S 6   S 7   S 8   S 9   S 10   9 V s   0   1   0   1   0   1   1   0   0   1   8 V s   1   1   0   0   0   1   1   0   0   1   7 V s   0   1   1   1   0   0   1   0   0   1   6 V s   1   1   1   0   0   0   1   0   0   1   5 V s   1   0   0   0   1   1   1   0   0   1   4 V s   0   0   1   1   1   0   1   0   0   1   3 V s   0   1   0   1   0   1   1   0   1   0   2 V s   1   1   0   0   0   1   1   0   1   0   Vs   0   1   1   1   0   0   1   0   1   0   0   1   1   1   0   0   0   1   0   1   0   - Vs   1   0   0   0   1   1   1   0   1   0   - 2 V s   0   0   1   1   1   0   1   0   1   0   - 3 V s   1   0   1   0   1   0   1   0   1   0   - 4 V s   1   1   0   0   0   1   0   1   1   0   - 5 V s   0   1   1   1   0   0   0   1   1   0   - 6 V s   1   1   1   0   0   0   0   1   1   0   - 7 V s   1   0   0   0   1   1   0   1   1   0   - 8 V s   0   0   1   1   1   0   0   1   1   0   - 9 V s   1   0   1   0   1   0   0   1   1   0           Fig u r 3 .   Ou tp u t V o lta g o f   P r o p o s ed   Sin g le  P h ase  1 9 - L e v el   ML I       2 . 3 .   P ro po s ed  Sin g le  P ha s 2 1 - L ev el  M ultilev el  I nv er t er   21 -   L ev el  p r o p o s ed   ML I   h as  s w itc h in g   co n f i g u r atio n   as  s h o w n   in   T ab le  3 .   I n p u v o ltag e s   ar tak en   as  V 1 =1 0 0 V,   V 2 =2 0 0 V,   V 3 =7 0 0 V.   I n   T ab le  3 ,   th s w itc h i n g   s tates  1   m ea n s   th s w itc h   is   ON,   a n d   0   m ea n s   th s w itc h   is   O FF .   Fig u r 4 .   s h o w s   t h Si n g l P h ase  2 1 - L ev el  O u tp u Vo ltag o f   Ne w l y     P r o p o s ed   ML I .   T ab le   4   s h o w s   th co m p ar is o n   o f   th r eq u ir ed   n u m b er   o f   s w itc h e s   f o r   s in g le - p h ase  C a s ca d ed   H - B r id g co n f i g u r atio n   a n d   s in g l e - p h a s p r o p o s ed   ML I .   I n   T ab le  4 ,   p r o p o s ed   s in g le   p h ase   M L I   h as 1 0   s w itc h es   w h ic h   ca n   p r o d u ce   t h v o lta g lev els  o f   7 ,   9 ,   1 1 ,   1 3 ,   1 5 ,   1 7 ,   1 9   an d   2 1 .   T h p r o p o s ed   s in g le  p h a s M L I   h a s   m o r ad v a n ta g es  w h e n   co m p ar ed   to   th s in g le  p h ase  ca s c ad ed   H - b r id g co n f ig u r atio n ,   r ed u ce d   n u m b er   o f   s w itc h in g   d ev ice s ,   co n tr o cir cu it,  p r o tectio n   cir cu i t,  co o lin g   eq u ip m en t,  s p ac r eq u ir e m en a n d     s w itc h in g   lo s s es.                   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 2 0 2     1 2 1 3   1206   T ab le  3 .   Sin g le  P h ase  Ne w l y   P r o p o s ed   ML I   o f   2 1 - lev el  S w i tch i n g   S tates   Vo   S 1   S 2   S 3   S 4   S 5   S 6   S 7   S 8   S 9   S 10   1 0 V s   0   1   0   1   0   1   1   0   0   1   9 V s   1   1   0   0   0   1   1   0   0   1   8 V s   0   1   1   1   0   0   1   0   0   1   7 V s   1   1   1   0   0   0   1   0   0   1   6 V s   1   0   0   0   1   1   1   0   0   1   5 V s   0   0   1   1   1   0   1   0   0   1   4 V s   1   0   1   0   1   0   1   0   0   1   3 V s   0   1   0   1   0   1   1   0   1   0   2 V s   1   1   0   0   0   1   1   0   1   0   Vs   0   1   1   1   0   0   1   0   1   0   0   1   1   1   0   0   0   1   0   1   0   - Vs   1   0   0   0   1   1   1   0   1   0   - 2 V s   0   0   1   1   1   0   1   0   1   0   - 3 V s   1   0   1   0   1   0   1   0   1   0   - 4 V s   0   1   0   1   0   1   0   1   1   0   - 5 V s   1   1   0   0   0   1   0   1   1   0   - 6 V s   0   1   1   1   0   0   0   1   1   0   - 7 V s   1   1   1   0   0   0   0   1   1   0   - 8 V s   1   0   0   0   1   1   0   1   1   0   - 9 V s   0   0   1   1   1   0   0   1   1   0   - 1 0 V s   1   0   1   0   1   0   0   1   1   0           Fig u r 4 .   Ou tp u v o ltag o f   s i n g le  p h ase  21 - le v el  p r o p o s ed   ML I       T ab le  4 .   Nu m b er   o f   S w itc h es  R eq u ir ed   to   th Si n g le - p h ase  C HB   an d   Si n g le  P h a s P r o p o s ed   ML I   O U T P U T   V O L TA G   L E V E L S   N U M B E R   O F   S W I T C H I N G   D EV I C ES   S I N G L P H A S C A S C A D ED   H - B R I D G M L I   S I N G L P H A S N EWL Y   P R O P O S ED   M L I   7   L EV E L     12   10   9   L EV E L     16   10   1 1 L EV E L     20   10   1 3   L EV E L     24   10   1 5   L EV E L     28   10   1 7   L EV E L     3 2     10   1 9   L EV E L     3 6     10   2 1   L EV E L   4 0     10       3.   P RO P O SE D   T H R E E   P H AS E   M L I   P r o p o s ed   th r ee   p h ase  ML I   h as   3 0   s w itc h es  f o r   th r ee   p h ases .   E ac h   p h ase  co n s i s ts   o f   1 0   s w it ch es.  T h e   p h ase  to   p h ase  v o lta g d ela y   an g le   is   1 2 0   d eg r ee s   ( R - i s   1 2 0 o ,   Y - B   is   1 2 0 o ,   B - R   is   1 2 0 o ).   Fig u r 5 .   s h o w s   th P r o p o s ed   T h r ee   P h ase  Mu ltil ev el  I n v er ter   Fed   B r u s h les s   DC   Mo to r ,   w h ich   co n s is o f   3 0   s w itch e s   ( ea ch   p h ase  1 0   s w i tch e s )   an d   9   v o l tag s o u r ce s .   T ab le  5   s h o w s   th n u m b er   o f   s w i tch e s   r eq u i r ed   f o r   th r ee - p h ase   C ascad ed   H - B r id g co n f i g u r a tio n   a n d   p r o p o s ed   th r ee - p h a s ML I .   T h p r o p o s ed   th r ee - p h ase  ML I   p r o d u ce s   o u tp u v o lta g ( p h ase   to   n eu t r al)   lev els   o f   7 ,   9 ,   1 1 ,   1 3 ,   1 5 ,   1 7 ,   1 9   an d   2 1 .   T h ad v an ta g es  o f   t h r ee - p h ase   p r o p o s ed   ML I   ar les s   n u m b er   o f   s w itc h e s ,   co m p lex it y ,   p r o tectio n   cir cu it,  co o li n g   r eq u ir e m e n t,  co n tr o cir cu it,  s w itc h i n g   lo s s e s   a n d   s p ac r eq u ir e m en r ed u ce s   co m p ar ed   to   t h e   th r ee - p h a s e   ca s ca d ed   H - b r id g co n f i g u r atio n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o ve l S w itch in g   Desig n   S tr u ctu r fo r   Th r ee   P h a s 2 1 - Leve Mu ltil ev el  I n ve r ter F ed   B LDC   ( J.   S r in iva s   R a o )   1207   T y p ical  co m m er cial  &   r e s id en tial  ap p licatio n s   at ten d   to   e m p lo y   f o r m al   d r iv tec h n o lo g ies,  li k e   b r u s h ed   DC   m o to r s   as   w ell  a s   s i n g le - p h ase   I n d u ct io n   m o to r s .   Ne v er th ele s s ,   th e s m ac h i n es  ar d i f f er e n tiated   b y   h i g h   m ai n te n an ce   a n d   lo w   e f f icie n c y   r esp ec ti v el y .   Am o n g   t h s e v er al  m ac h i n f o r m at io n s   a v ailab le,   B L DC   m ac h in e s   ar d elib er ate  as  r o b u s co n ten d er s   [ 3 ] ,   [ 7 ] .   T h r ee - p h ase  B L D C   d r iv is   n o r m all y   i m p le m en ted   b y   u s i n g   p o w er   elec tr o n ic  co n v er ter   d esi g n   o f   Me ta O x id Se m ico n d u cto r   Fil ed   E f f ec t   T r an s is to r   ( MO SF E T )   o r   I n s u lated   Gate   B ip o lar   T r an s is to r   ( I GB T )   an d   m ai n tai n   1 2 0 elec tr ical  an g le  f o r   ev er y   p h ase  f o r   co n d u ctio n   [ 4 ] .   Fig . 5   s h o w s   s tr u ct u r o f   th r ee   p h ase  s tar   co n n ec te d   d r iv alo n g   w i th   in d iv id u al  co m m u ta tio n   p h as en er g izin g   s eq u e n ce   w i th   r esp ec to   an g le,   lik e   A B AC B C B A C A ;   C B .   Ho w e v er ,   t w o   p h a s es  w ill  b c o n d u cti n g   at  ti m e,   leav in g   th t h ir d   p h a s w h ic h   s h o u ld   b n u l l.  Ma x i m u m   to r q u w ill  b g en er ated   w i th   th co n v er ter   w h e n   co m m u tat ed   f o r   ev er y   6 0 o ,   s o   t h ar m a t u r cu r r e n w il b in   p h ase  w i th   b ac k   E MF  ( E b )   [ 5 ] ,   [ 8 ] .           Fig u r 5 .   P r o p o s ed   th r ee   p h ase  ML I   f ed   B L D C   m o to r       T ab le  5 .   Nu m b er   o f   S w itc h es  R eq u ir ed   f o r   th 3 - p h ase  C HB   an d   P r o p o s ed   3 - p h aseML I   O U T P U T   V O L TA G L EV E L S   ( P H A S T O   N EU T R A L   V O L TA G E)   N U M B E R   O F   S W I T C H I N G   D EV I C ES   3 - P H A S C A S C A D ED     H - B R I D G M L I   3 - P H A S P R O P O S ED   M L I   7   L EV E L     36   30   9   L EV E L     48   30   1 1 L EV E L     60   30   1 3   L EV E L     72   30   1 5   L EV E L     84   30   1 7   L EV E L     96   30   1 9   L EV E L     1 0 8     30   2 1   L EV E L   1 2 0   30       4.   RE SU L T S   Mo d elin g   &   Si m u latio n   i s   ca r r ied   o u t f o r   th f o llo w i n g   p r o p o s ed   Mu lti - lev e l I n v er ter s   1.   Sin g le  P h ase  1 7 - L e v el  M u ltil e v el  I n v er ter     2.   Sin g le  P h ase  1 9 - L e v el  M u ltil e v el  I n v er ter   3.   Sin g le  P h ase  2 1 - L e v el  M u ltil e v el  I n v er ter   4.   T h r ee   P h ase  2 1 - L e v el  M u ltil e v el  I n v er ter   w ith   B L DC   Dr iv e   u s i n g   le s s   n u m b er   o f   s w i tch in g   d ev ices.   Fig u r 6   s h o w s   t h Ma t lab /Si m u lin k   Mo d el  o f   P r o p o s ed   Si n g le   P h ase   M L I   u s i n g   Ma tlab /Si m u li n k   So f t w ar P ac k ag e.   Fig u r 7   s h o w s   o u tp u v o ltag o f   p r o p o s ed   s in g le - p h as 1 7 - le v el  M L I .   Fig u r 8   s h o w s   th e   T HD  o f   th 1 7 - lev el  o u tp u t   v o ltag o f   p r o p o s ed   s in g le - p h ase  M L I   an d   ca n   b o b s er v ed   th at  t h to tal   h ar m o n ic  d is to r tio n   is   1 3 . 9 3 %.   Fig u r 9   s h o w s   th 1 9 - le v el  o u tp u v o ltag o f   p r o p o s ed   s in g le - p h a s ML I .   Fig u r 1 0   s h o w s   t h T HD  o f   t h 1 9 - lev el  o u tp u v o lta g o f   p r o p o s ed   s in g le - p h a s ML I   an d   ca n   b o b s er v ed   th at  th e   T HD  is   1 3 . 6 7 % Fig u r 1 1   s h o w s   t h 2 1 - le v el   o u tp u v o lta g o f   p r o p o s ed   s in g le   p h ase  M L I .   Fig u r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 2 0 2     1 2 1 3   1208   1 2   s h o w s   t h T HD  o f   th 2 1 - l ev el  o u tp u v o lta g o f   p r o p o s ed   s in g le - p h ase  M L I   ad   ca n   b o b s er v ed   th at  t h e   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   is   1 2 . 6 5 %.   Fig u r 1 3   s h o w s   t h Si m u lin k   Mo d el  o f   P r o p o s ed   T h r ee   P h ase  2 1 - L e v el   ML I   Fed   B L D C   d r iv u s i n g   Ma tlab /Si m u l in k   So f t w ar P ac k ag w i th   less   n u m b er   o f   t h s w itc h in g   d ev ice.   Fig u r 1 4   s h o w s   t h 2 1 -   le v el  o u tp u v o lta g o f   n e w l y   p r o p o s ed   th r ee - p h a s M L I   f ed   B L D C   d r iv e.   Fi g u r e   1 5   s h o w s   t h s tato r   cu r r en t   (Is abc ) ,   elec tr o m o ti v f o r ce   ( E b ) ,   r e s p ec tiv el y   o f   p r o p o s ed   th r ee - p h ase  2 1 - lev e ML I   f ed   B L D C   d r i v e.   Fi g u r 1 6   s h o w s   t h e   Sp ee d   ( N)   an d   E lec t r o m a g n etic  T o r q u ( T e )   r esp e ctiv el y   o f   p r o p o s ed   T h r ee   P h ase  2 1 -   lev el  M L I   f e d   B L DC   d r iv e.   A 0 . 0 6   s ec   th s p ee d   o f   th d r iv h as  atta in ed   s tead y   s tate  an d   th elec tr o m a g n etic  to r q u is   s tale  f r o m   0 . 0 4   s ec .   C ase  1 : Si n g le  P h a s 1 7 - L ev el   ML I           Fig u r 6 .   Si m u li n k   m o d el  o f   p r o p o s ed   s in g le  p h ase  17 - le v el  ML I           Fig u r 7 .   Ou tp u v o ltag o f   p r o p o s ed   s in g le - p h a s 17 - L e v el   ML I       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o ve l S w itch in g   Desig n   S tr u ctu r fo r   Th r ee   P h a s 2 1 - Leve Mu ltil ev el  I n ve r ter F ed   B LDC   ( J.   S r in iva s   R a o )   1209       Fig u r 8 .   T HD  o f   1 7 - lev el  o u t p u t v o lta g o f   p r o p o s ed   s in g le - p h a s ML I       C ase  2 : P r o p o s ed   Sin g le  P h as 1 9 - L ev e l M L I           Fig u r 9 .   1 9 - lev el  o u tp u t v o lta g o f   p r o p o s ed   s in g le - p h a s ML I           Fig u r 1 0 .   T HD  o f   p r o p o s ed   1 9 - lev el  s in g le - p h a s M L I       C ase  3 : P r o p o s ed   Sin g le  P h as 2 1 - L ev e l M u l tile v el  I n v er ter       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 8   :   1 2 0 2     1 2 1 3   1210       Fig u r 1 1 .   2 1 - lev el  o u tp u v o lt ag o f   p r o p o s ed   s in g le - p h a s ML I             Fig u r 1 2 .   T HD  o f   2 1 - lev el  o u tp u t v o lta g o f   p r o p o s ed   s in g l e - p h a s ML I       C ase  4 : P r o p o s ed   T h r ee   P h ase   21 - L ev e l M u l tile v el  I n v er ter   Fed   B L DC   Dr i v e           Fig u r 1 3 .   Si m u lin k   m o d el  o f   p r o p o s ed   th r ee   p h ase  2 1 - lev el  m u ltil e v el  i n v er ter   f ed   B L DC   d r iv e     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w   E lec  &   Dr i   S y s t     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o ve l S w itch in g   Desig n   S tr u ctu r fo r   Th r ee   P h a s 2 1 - Leve Mu ltil ev el  I n ve r ter F ed   B LDC   ( J.   S r in iva s   R a o )   1211         Fig u r 1 4 .   21 - lev el  o u tp u v o lt ag o f   p r o p o s ed   th r ee - p h ase  ML I           Fig u r 1 5 .   Stato r   cu r r en (Is abc ) ,   elec tr o m o ti v f o r ce   ( E b )       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.