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.   8 ,   No .   3 Sep tem b er   2 0 1 7 ,   p p .   1 1 2 8 ~ 1 1 3 8   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v8 i 3 . pp 1 1 2 8 - 1138          1128       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Perf o r m a nce  Ana ly sis   o I ndirec R o tor Field  O ri ent a tion   Five  Phas e Induc tion  M o tor  Using  Eig ht   Sw itch  Inv erte r       M a h m o ud   M .   E l k ho ly 1 Z a ka ria   M .   S.  E lba rba ry 2   1   El e c tri c a P o w e a n d   M a c h i n e s De p a rtme n t,   F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   Zag a z ig   Un iv e rsit y ,   Za g a z ig ,   Eg y p t   2   De p a rtm e n o f   El e c tri c a En g in e e rin g F a c u lt y   o f   E n g in e e rin g ,   Ka f re lsh e ik h   Un iv e rsit y E g y p t   El e c tri c a En g in e e rin g   De p a rtm e n t F a c u lt y   o f   En g in e e rin g ,   Kin g   Kh a li d   Un iv e rsit y A b h a ,   S a u d A ra b ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Mar   1 7 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J u l   2 2 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   A u g   3 ,   2 0 1 7       T h is  p a p e p ro p o se n e w   to p o l o g y   o f   f iv e - p h a se   in v e rter  w it h   re d u c e d   n u m b e o f   sw it c h e f e d   in d irec ro to r   f ield   o rien ted   f iv e   p h a se   in d u c ti o n   m o to r.   It  e m p lo y o n ly   e ig h IGBT   s w it c h e p re f o r m e d   f i v e   p h a se   in v e rter.  T h e   re d u c ti o n   o f   th e   n u m b e o f   p o w e s w it c h e f ro m   t e n   to   e ig h im p ro v e s   th e   c o st - e ff e c ti v e n e ss ,   v o lu m e - c o m p a c tn e ss   a n d   re li a b il it y   o f   fiv e - p h a se   in d u c ti o n   m o to d riv e   s y ste m .   S im u latio n   m o d e o f   th e   p ro p o se d   d riv e   s y ste m   is  d e v e lo p e d   u si n g   t h e   M a tl a b /S im u li n k   p a c k a g e   a n d   a n a ly z e d   to   v e ri fy   th e   e ff e c ti v e n e ss   a d iff e r e n o p e ra ti n g   c o n d i ti o n o f   th is  a p p ro a c h .   T h e   c o m p a riso n   b e tw e e n   th e   p e rf o r m a n c e   o f   th e   f i v e   p h a se   m o to u n d e c las sic a t e n   s w it c h   in v e rter  a n d   n e w   to p o l o g y   a th e   sa m e   o p e r a ti o n   c o n d i ti o n h a b e e n   il l u stra ted .   T h e   p ro p o se d   sy ste m   g iv e si m il a o p e ra ti o n s   a c las si c a ten   s w it c h   in v e rter  fo a   c e rtain   ra n g e   o f   m o to sp e e d   a n d   lo a d   to rq u e .   T h e   DC  v o lt a g e   o f   p ro p o se d   in v e rter  m u st  b e   c o m p e n sa te d   to   h ig h e r   v a lu e   to   a c h iev e   sa m e   p e rf o r m a n c e   o f   c las sic a ten   s w it c h   in v e rter  in   a ll   ra n g e   o f   m o to sp e e d   a n d   l o a d   t o r q u e .   K ey w o r d :   E ig h t - s w itc h   i n v er ter   Field   o r ien ted   c o n tr o l   Fiv p h a s i n d u ctio n   m o to   T en - s w itc h   i n v er ter   Co p y rig h ©   201 7   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 ie n 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 :   Ma h m o u d   M.   E lk h o l y ,     E lectr ical  P o w er   a n d   Ma ch i n e s   Dep ar t m en t,  Facu l t y   o f   E n g i n ee r in g ,   Z a g az ig   U n i v er s it y ,   Z ag az i g ,   E g y p t ,   P . O. B o x   4 4 5 1 9   Z ag az i g Al  B ah r   Stre et,   Z a g az i g ,   E g y p t .   E m ail:  m el k h o l y 7 1 @ y ah o o . co m       1.   I NT RO D UCT I O N   Mu ltip h ase  d r iv es  h a v s ev er al  ad v an ta g es  o v er   co n v en tio n al  th r ee - p h a s d r iv es  s u c h   as:  r ed u cin g   m o to r   p h ase   cu r r e n w i th o u t   in cr ea s in g   th e   p h ase   v o lta g e,   i n cr ea s i n g   t h f r eq u e n c y   an d   r ed u c in g   t h e   a m p lit u d o f   to r q u p u l s atio n s ,   in cr ea s in g   th e   to r q u R M a m p er f o r   t h s a m e   m ac h i n v o lu m [ 1 ] - [ 2 ] .   W ith   t h ad v a n ce m en t i n   p o w er   elec tr o n ics,  i n ter est   in   m u l ti - p h a s m ac h i n h as   b ee n   i n cr e ased   tr e m e n d o u s l y   as  h i g h   p o w er   elec tr o n ic  d ev i ce s   ar u s ed   as  s w i tch   i n   v o ltag s o u r ce   i n v er ter   ( VSI ) .   T o   in cr ea s p o w er   s y s te m   lev e l,  t w o   ap p r o ac h es  ar u s ed t h f ir s o n e   is   t h u s o f   m u ltil e v el  i n v er ter s   s u p p ly in g   t h r ee - p h ase   m ac h in e s   [ 3 ] - [ 4 ] .   T h s ec o n d   ap p r o ac h   is   m u lti - le g   in v er ter s   f ed   m u ltip h a s m ac h i n es  [ 5 ] - [ 6 ] .   I is   n o ted   th at  th s i m ilar it y   b e t w ee n   t w o   a p p r o ac h es  , in   m u lti lev el  i n v e r ter   th ad d itio n al  s w itc h i n g   d ev ices  in cr ea s t h e   n u m b er   o f   v o lta g le v el s ,   wh ile  i n   th e   m u lt le g   i n v er te r ,   th ad d itio n al   n u m b er   o f   s w itc h in g   d e v ice s   in cr ea s es   t h n u m b er   o f   p h as es.  T h p er f o r m a n ce   u n d er   f au lt y   co n d itio n s   in   v o lta g s o u r ce   in v er ter   o r   in   m o to r   w i n d i n g s   is   o n o f   ad v an tag e s   o f   m u lti  p h a s m o to r   [ 7 ] - [ 1 0 ] .   T w o   tech n iq u e s   ar u s ed   in   f i v p h a s e   in v er ter ,   o n e,   is   t h ca r r ier   b ased   p u ls w id t h   m o d u lat io n   ( P W M)   an d   th o th er   i s   th s p ac v ec to r   m o d u latio n   ( SVM)   [ 1 1 ] - [ 1 4 ] .     T h is   p ap er   s tu d y   n e w   i n v er ter   to p o lo g y   to   f ed   in d ir ec r o to r   f ield   o r ien ted   f iv e   p h ase   in d u c tio n   m o to r   d r iv s y s te m .   T h is   i n v er ter   to p o lo g y   co n s i s ts   o f   ei g h s w itc h es  i n s tead   o f   te n   s w i tch es,  t w o   s w itc h es   u s ed   f o r   ev er y   p h ase  a n d   th f if t h   p h ase  co n n ec ted   to   th m i d p o in o f   d c - lin k   ca p ac ito r .   T h is   to p o lo g y   o f   th e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f I n d ir ec t R o to r   F ield   Ori en ta tio n   F i ve   P h a s I n d u ctio n   . . . .   ( Ma h m o u d   M.  E lkh o ly)   1129   in v er ter   i n tr o d u ce s   m a n y   ad v an ta g e s   co m p ar ed   to   tr a d itio n al  ten   s w itc h   i n v er ter ,   s u c h   as,  co m p ac tn e s s ,   s i m p lic it y ,   lo w   co s t,  an d   m o r r eliab le.   T o   en s u r th v alid it y   o f   d r iv s y s te m   w i th   t h p r o p o s ed   to p o l o g y ,   s i m u lat io n s   o f   t h s y s te m   is   m ad u s i n g   Si m u l in k /M A T L A B .   Si m u la tio n   r es u lts   ar ca r r ied   o u at  d if f er en t   o p er atin g   co n d itio n s   an d   s h o w   t h at  t h p er f o r m a n ce   ch ar a cter is tics   ar s i m ilar   i n   b o th   c ases   o f   cla s s ical  te n   s w it c h   in v er ter   an d   p r o p o s ed   eig h s w itc h   in v er ter   f o r   ce r tain   r an g o f   s p ee d   an d   lo ad   t o r q u e.   T o   h av th e   s a m p er f o r m an ce   f o r   all  r a n g o f   s p ee d   an d   lo ad   to r q u th D C   v o ltag o f   p r o p o s ed   in v er ter   m u s b in cr ea s ed .       2.   M AT H E M AT I CAL M O DE L   5 - P H ASE   I ND UCT I O M O T O R   Sq u ir r el - ca g f i v e - p h ase   i n d u ctio n   m o to r   is   r ep r esen ted   i n   i ts   d - q   s y n c h r o n o u s   r e f er en ce   f r a m e.   T h w i n d i n g   ax e s   o f   f iv e - s tato r   w i n d i n g   ar d is p lace d   b y   7 2   elec tr ical  d eg r ee s .   I n   t h i s   a n a l y s i s   t h a ir   g ap   is   u n i f o r m   a n d   th w i n d in g s   ar e   s in u s o id al  d is tr ib u ted   ar o u n d   th air   g ap   m ag n etic  s atu r ati o n   an d   co r lo s s es   ar n eg lecte d .   As  f o r   t h t h r ee - p h a s in d u ctio n   m o to r ,   w h er e   th w ell - k n o w n   d - q   r o tatin g   r ef er en ce   i s   u s ed   i n   an al y s is   a n d   co n tr o l.  A   d - q   r e f er en ce   f r a m is   also   u s ed   f o r   th f iv e - p h ase  in d u ct io n   m o t o r .   T h f iv e - p h ase   in d u ctio n   m ac h i n ca n   b m o d eled   w i th   t h f o llo w in g   v o ltag eq u at io n s   i n   s y n c h r o n o u s   r e f er en ce   f r a m e   [ 1 5 ] - [ 1 6 ] .   T h q - d   s tato r   an d   r ef er r ed   r o to r   v o ltag es a r g iv e n   b y                                                ( 1 )                                                ( 2 )                                  (           )        ( 3 )                                  (           )        ( 4 )     W h er e,                    ,          ar th q   an d   d   co m p o n en ts   o f   s t a to r   v o ltag an d   f lu x .                      an d          ar th q   an d   d   co m p o n e n o f   s ta to r   an d   r ef er r ed   r o to r   cu r r en ts .         an d         ar s tato r   an d   r ef er r ed   r o to r   w i n d i n g s   r esis ta n ce .         is   t h s p ee d   o f   s ta to r   f ield   in   elec   r ad /s .         is   t h r o to r   s p ee d   in   elec   r ad /s .   Fo r   th s tat io n ar y   r ef er en ce   f r a m       0 ,   s u b s titu t in to   E q u atio n s   1   to   4   y ield s :                                     ( 5 )                                     ( 6 )                                             ( 7 )                                              ( 8 )     T h q - d   s tato r   f lu x   lin k ag ar g iv en   b y            (            )                   ( 9 )            (            )                   ( 1 0 )     W h er e;       an d         ar th s tato r   leak ag an d   m u tu al  in d u ctan ce .   T h q - d   r ef er r ed   r o to r   f lu x   lin k ag ar g iv en   b y            (            )                   ( 1 1 )            (            )                   ( 1 2 )     W h er e;         is   th r o to r   leak ag in d u ctan ce .   T h elec tr o m ag n etic  to r q u is   g iv en   b y :     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   3 Sep te m b er   2 0 1 7   :   1 1 2 8     1 1 3 8   1130                         (                       )   ( 1 3 )     T h r o to r   d y n a m ic  E q u at io n   is :                                      ( 1 4 )     W h er e;    is   t h n u m b er   o f   p o les,        is   th e   m o m e n o f   in er ti k g . m 2     is   t h e   f r ictio n   co ef f i cien N. m . s /r ad .     T o   ac h iev in d ir ec r o to r   f ield   o r ien ted   co n tr o o f   f iv p h ase   in d u ctio n   m o t o r   th co m p o n e n        m u s eq u al s   ze r o .   I n   th is   ca s e,   t h r ef er e n ce   v al u o f   q u ad r atu r cu r r en co m p o n e n i n   s y n ch r o n o u s   r o tati n g   f r a m is   illu s tr ated   as:                                (           ) (             )          ( 1 5 )     T h r ef er en ce   v al u o f   d ir ec t c u r r en t c o m p o n e n t i n   s y n c h r o n o u s   r o tatin g   f r a m is   g i v en   a s :                        (               )            ( 1 6 )     T h an g u lar   s lip   f r eq u en cy   co m m an d   ( * sl )   is :                                                                              ( 1 7 )     W h er e;                  is   th r o to r   tim co n s tan t.   T h an g u lar   f r eq u en cy   ca n   b ca lcu lated   as:                            ( 1 8 )                      ( 1 9 )     T h r ef er en ce   cu r r en ts   ca n   b g iv en   as:     {                                   (     )               (     )                       (            )               (            )                       (            )               (            )                       (            )               (            )                       (            )               (            ) }               ( 2 0 )     W ith   Field   o r ien ted   co n tr o l,  th m o to r   to r q u is   g iv en   b y :                                                               ( 2 1 )     E q u atio n   ( 2 1 )   is   s i m ilar   to   th a o f   th s ep ar atel y   e x cited   d m o to r   an d   d en o tes  th a t h to r q u p r o p o r tio n al  to   th q u ad r atu r co m p o n en o f   th s ta to r   cu r r en t   (        ) if   t h f lu x   d i r ec ax is   co m p o n en o f   r o to r   f l u x   (          )   is   k ep t c o n s ta n t.  T h is   is   t h p r in c ip le  o f   f ield   o r ien ted   co n tr o l te ch n iq u e.       3.   P RO P O SE E I G H T   SW I T CH   F I VE   P H AS E   I NV E R T E R   T h p r o p o s ed   in v er ter   h as  r ed u ce d   s w itch in g   d ev ice s   co m p ar ed   w it h   clas s ical  f iv p h a s in v er ter   w h ic h   co n s i s ts   o f   ten   s w itc h es .   T h p r o p o s ed   in v er ter   co n s i s ts   o f   eig h s w itc h es a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   1.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f I n d ir ec t R o to r   F ield   Ori en ta tio n   F i ve   P h a s I n d u ctio n   . . . .   ( Ma h m o u d   M.  E lkh o ly)   1131   V d c 2 V d c 2 S A d a b c 5   p h   I M e S A S B S C S D S B S C S D g 2 g 4 g 6 g 7 g 5 g 8 g 3 g 1     Fig u r e   1 .   E ig h t - s w itc h   p r o p o s ed   I n v er ter         T h m o d u lated   p h a s v o lta g e s   o f   cla s s ica te n   s w i tch   f i v e - p h ase  i n v er ter   f ed   f iv e - p h ase  in d u ctio n   m o to r   ar in tr o d u ce d   as  f u n ctio n   o f   s w itc h i n g   lo g ic  N A ,   NB ,   NC , ND  an d   NE   o f   p o w er   s w i tch es  b y   t h f o llo w i n g   r elatio n :     [                             ]                  [                                                                                                                                                                                                                                     ]         [                        ]           ( 2 2 )     T h s w itch in g   lo g ic  s tate  m ay   b 0   o r   1 . W h er e,   1 i s   f o r   ON  s tate  an d   0   is   f o r   OFF  s tate.   T h s w itch in g   T ab le  o f   class ical  ten   s w itch   f iv p h as in v er ter   is   g iv en   in   T ab le  1 .       T ab le  1 .   T h s w itc h i n g   s tates  o f   ten   w itc h   f iv p h ase  i n v er te r   NA   NB   NC   ND   NE   V a   V b   V c   V d   V e   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   0   1   - 0 . 2        - 0 . 2        - 0 . 2        - 0 . 2        0 . 8        0   0   0   1   0   - 0 . 2        - 0 . 2        - 0 . 2        0 . 8        - 0 . 2        0   0   0   1   1   - 0 . 4        - 0 . 4        - 0 . 4        0 . 6        0 . 6        0   0   1   0   0   - 0 . 2        - 0 . 2        0 . 8        - 0 . 2        - 0 . 2        0   0   1   0   1   - 0 . 4        - 0 . 4        0 . 6        - 0 . 4        0 . 6        0   0   1   1   0   - 0 . 4        - 0 . 4        0 . 6        0 . 6        - 0 . 4        0   0   1   1   1   - 0 . 6        - 0 . 6        0 . 4        0 . 4        0 . 4        0   1   0   0   0   - 0 . 2        0 . 8        - 0 . 2        - 0 . 2        - 0 . 2        0   1   0   0   1   - 0 . 4        0 . 6        - 0 . 4        - 0 . 4        0 . 6        0   1   0   1   0   - 0 . 4        0 . 6        - 0 . 4        0 . 6        - 0 . 4        0   1   0   1   1   - 0 . 6        0 . 4        - 0 . 6        0 . 4        0 . 4        0   1   1   0   0   - 0 . 4        0 . 6        0 . 6        - 0 . 4        - 0 . 4        0   1   1   0   1   - 0 . 6        0 . 4        0 . 4        - 0 . 6        0 . 4        0   1   1   1   0   - 0 . 6        0 . 4        0 . 4        0 . 4        - 0 . 6        0   1   1   1   1   - 0 . 8        0 . 2        0 . 2        0 . 2        0 . 2        1   0   0   0   0   0 . 8        - 0 . 2        - 0 . 2        - 0 . 2        - 0 . 2        1   0   0   0   1   0 . 6        - 0 . 4         - 0 . 4        - 0 . 4        0 . 6        1   0   0   1   0   0 . 6        - 0 . 4        - 0 . 4        0 . 6        - 0 . 4        1   0   0   1   1   0 . 4        - 0 . 6        - 0 . 6        0 . 4        0 . 4        1   0   1   0   0   0 . 6        - 0 . 4        0 . 6        - 0 .4        - 0 . 4        1   0   1   0   1   0 . 4        - 0 . 6        0 . 4        - 0 . 6        0 . 4        1   0   1   1   0   0 . 4        - 0 . 6        0 . 4        0 . 4        - 0 . 6        1   0   1   1   1   0 . 2        - 0 . 8        0 . 2        0 . 2        0 . 2         1   1   0   0   0   0 . 6        0 . 6        - 0 . 4        - 0 . 4        - 0 . 4        1   1   0   0   1   0 . 4        0 . 4        - 0 . 6        - 0 . 6        0 . 4        1   1   0   1   0   0 . 4        0 . 4        - 0 . 6        0 . 4        - 0 . 6        1   1   0   1   1   0 . 2        0 . 2        - 0 . 8        0 . 2        0 . 2        1   1   1   0   0   0 . 4        0 . 4        0 . 4        - 0 . 6        - 0 . 6        1   1   1   0   1   0 . 2        0 . 2        0 . 2        - 0 . 8        0 . 2        1   1   1   1   0   0 . 2        0 . 2        0 . 2        0 . 2        - 0 . 8        1   1   1   1   1   0   0   0   0   0   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   3 Sep te m b er   2 0 1 7   :   1 1 2 8     1 1 3 8   1132   T h m o d u lated   p h ase  v o ltag es  o f   p r o p o s ed   eig h s w itch   f iv e - p h ase  in v er ter   ar in tr o d u ce d   as  f u n ctio n   o f   s w itch in g   lo g ic  NA ,   NB ,   NC   an d   ND  ar d ef in ed   as g iv en   in   E q u atio n s   23   an d   24 .     [                             ]                          [                                                                                                                                                                                                                                   ]         [                       ]           ( 2 3 )     [                             ]                  [                                                                                                                                                                                                                                     ]         [                           ]           ( 2 4 )     T h s w itch in g   tab le  o f   eig h s w itch   f iv p h ase  in v er ter   is   s h o w n   in   T ab le  2 .       T ab le  2 .   T h s w itc h i n g   s tate s   o f   eig h t s w i tch   f i v p h ase  i n v e r ter   NA   NB   NC   ND   V a   V b   V c   V d   V e   0   0   0   0                                                                            0   0   0   1                                                                          0   0   1   0                                                                          0   0   1   1                                                               0   1   0   0                                                                          0   1   0   1                                                               0   1   1   0                                                               0   1   1   1                                                                        1   0   0   0                                                                          1   0   0   1                                                                1   0   1   0                                                               1   0   1   1                                                                        1   1   0   0                                                               1   1   0   1                                                                         1   1   1   0                                                                        1   1   1   1                                                                          4.   P RO P O SE I ND I R E CT   R O T O F I E L O RI E N T E F I VE   P H AS E   I ND UCT I O N   M O T O R   T h p r in cip le  o f   in d ir ec r o to r   f ield   o r ien ted   co n tr o is   ap p lied   to   Fiv e - p h a s in d u ctio n   m o to r .   T h ap p licatio n   o f   th e   v ec to r   co n tr o s ch e m to   s u ch   ar r an g e m e n is   s i m p le,   a n d   ca n   p r o v id f a s t - d ec o u p led   co n tr o l   o f   to r q u an d   f l u x .   T h d escr ip tio n   o f   th co m p le te  s y s te m   i s   illu s tr ated   in   F ig u r e   2.       V d c 2 V d c 2 S 2 S A d a b c 5   p h   I M e S A S B S C S D S B S C S D g 2 g 4 g 6 g 7 + - P I T * y d r * i q s e * i d s e * + - + - + - + - g 2 N O T g 2 g 4 N O T g 3 g 6 N O T g 5 g 8 N O T g 7 g 5 g 8 g 3 g 1 i a i a * i b * i c * i d * i b i c i d * s l + r e + r I n d i r e c t   F i e l d   O r i e n t e d   C o n t r o l l e r d e     q e   t o   a b c d e   T r a n s f o r m a t i o n ʃ q e H y s t e r e s i s   C u r r e n t   C o n t r o l l e r     Fig u r e   2 .   B lo ck   d iag r a m   o f   s p ee d   co n tr o l sy s te m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f I n d ir ec t R o to r   F ield   Ori en ta tio n   F i ve   P h a s I n d u ctio n   . . . .   ( Ma h m o u d   M.  E lkh o ly)   1133   I n   Fig u r 2 ,   th m o to r   s p ee d ,         is   co m p ar ed   to   r ef er en c s p ee d ,   ω * ,   an d   th er r o r   s ig n al  i s   p r o ce s s ed   b y   th P I   c o n tr o ller ,   to   g en er ate  th to r q u e - c o m p o n en cu r r e n co m m a n d              as  s h o w n   i n   E q u atio n   1 5 .   T h f lu x -   co m p o n en o f   cu r r en co m m a n d            is   ca lcu lated   ac co r d i n g   to   ad o p ted   co n tr o s tr ateg y   a s   g i v e n   in   E q u atio n   1 6 .   T h tw o   cu r r e n co m m an d   co m p o n en ts   ar th e n   tr an s f o r m ed   w it h   th h elp   o f   r o to r   p o s itio n   en co d er   ( an g le     )   to   f iv c u r r en t   co m m a n d s                                       in   t h s tatio n ar y   r e f er en ce   fr a m e   as   d e f i n e.   i n   E q u atio n   2 0 .   T h ese  cu r r en co m m an d s   ar th e n   co m p ar ed   to   t h ac t u al  m o to r   cu r r en t s   b y   h y s ter esi s   cu r r en t c o n tr o ller   to   g en er ate  t h lo g ic  p u l s es  f o r   th in v er ter   s w itc h es.       5.   SI M UL AT I O N S AN D I SC USSI O N S   I n   th is   s ec tio n ,   it i s   as s u m ed   t h at  p er - p h ase  p ar a m e ter s   a n d   r atin g s   o f   t h 5 - p h asei n d u ctio n   m o to r   ar th s a m as   f o r   th e   t h r ee - p h a s m o to r   d u e   to   t h lack   o f   d ata  o f   5 - p h a s m o to r .   T h p ar am eter s   o f   th e   m o to r   ar lis ted   in   th A p p e n d ix .   T h s y s te m   is   d e v elo p ed   an d   s i m u lated   u s in g   Ma tL ab   R 2 0 1 4 a.   Var io u s   s ce n ar io s   in cl u d in g   s p ee d   an d   lo ad   to r q u v ar iatio n s   ar p r esen ted   to   s tu d y   t h p er f o r m an ce   o f   th s y s te m   w it h   p r o p o s ed   to p o lo g y   o f   eig h t   s w itc h   in v er ter   a n d   cla s s ical   t en   s w itc h   i n v er ter .   T h r esu lt s   o f   p r o p o s ed   eig h t   s w itc h   in v er ter   ar co m p ar ed   w it h   t h o s o f   cla s s ical  te n   s w i t ch   in v er ter .     5 . 1 .   Si m ula t io n Un der  Dif f er ent   Ref er ence   Sp ee d s   I n   th i s   ca s o f   lo ad in g th lo ad   to r q u is   m ai n tai n ed   co n s t an at  5   N. m   an d   th r e f er en c s p ee d   is   ch an g ed   f r o m   5 0   r ad /s   ( 4 7 7 . 4 6 4 8   r p m )   to   1 0 0   r ad /s   ( 9 5 4 . 9 2 9 7 r p m )   at  2 s   an d   th en   to   1 5 0   r ad /s   ( 1 4 3 2 . 4   r p m )   at  t   4 s   an d   to   1 2 0   r ad /s   ( 1 1 4 5 . 9   r p m   )   at  t=6 s   a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   3 .   I ca n   b n o ti ce d   th at  t h m o to r   r esp o n s in   ei g h s w itc h   in v er ter   is   s i m i lar   to   th at  to   ten   s w i tch   an d   th er r o r   b et w ee n   ac t u al  s p ee d   a n d   m o to r   s p ee d   is   in s ig n i f ica n a n d   m o t o r   r esp o n s is   v er y   f a s to   tr a ck   r ef er e n ce   s p ee d .   T h m o to r   p h ase  cu r r en t s   ar id en tical  i n   b o th   in v er ter   tech n iq u es  f o r   lo w er   r an g o f   s p ee d s   u p   to   1 0 0   r ad /s   as  s h o w n   i n   Fi g u r e   4 .   I t’ s   s h o w n   th a f o r   h ig h er   s p ee d   as  s h o w n   i n   Fi g u r e   5   at  1 5 0   r a d /s   th ac t u al  a n d   r ef er en ce   c u r r en ar th s a m e   f o r   clas s ical  1 0   s w itc h   i n v er te r .   B u t,  i n   p r o p o s ed   8   s w itc h   i n v er ter   th e   er r o r   b et w ee n   t h e   r ef er en ce   a n d   ac t u al  m o to r   cu r r en t   is   s i g n i f ica n a n d   t h ac t u al  c u r r en t s   ar n o n - s i n u s o id al  a n d   t h m o to r   p ea k   c u r r en is   h i g h er   th an   o n o f   1 0   s w i tch   in v er ter .   T h er ef o r e,   th lo ad   to r q u o f   8   s w itc h   i n v er ter   m u s t   b lo w er   t h a n   o n e   o f   1 0   s w itc h   at  th i s   s p ee d   to   av o id   m o to r   o v er h ea ti n g .   T h is   d r aw b ac k   o f   8   s w itc h   i n v er ter   t h a t a t sp ee d s   n ea r   r ated   v alu e   th e   m o to r   co n tr o f ail s   to   ac h iev e   f ield   o r ien tatio n   as   s h o w n   i n   F ig u r e   6   (        h a s   v alu at  s p ee d   1 5 0   an d   1 2 0   r ad /s )   an d   m o to r   cu r r en is   h i g h er   th a n   1 0   s w itc h   in v er ter .   T h r ea s o n   o f   th is   d is ad v an ta g is   th e   m o to r   v o ltag in   8   s w itc h   is   i n s u f f ic ien to   g i v r ated   r ef er e n ce   f lu x   ( 0 . 9   V/r ad /s )   as  ill u s t r ated   in   Fi g u r e   7   as          h as  v alu lo w er   th an   0 . 9   at  1 5 0   an d   1 2 0   r ad /s .   T h s o lu tio n   o f   th is   p r o b lem   w il b p r esen ted   in   s ec . ( 5 . 3 )   in   th is   p ap er .           Fig u r e   3 .   Var iatio n   o f   m o to r   s p ee d   w i th   ti m at  co n s ta n t lo ad   to r q u o f   5   N. m   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   3 Sep te m b er   2 0 1 7   :   1 1 2 8     1 1 3 8   1134       Fig u r e   4 .   Var iatio n   o f   ac tu a l a n d   r ef er en ce   m o to r   cu r r en t a g ain s t t i m at                      s           Fig u r e   5 .   Var iatio n   o f   ac tu a l a n d   r ef er en ce   m o to r   cu r r en t a g ain s t t i m at                                  Fig u re   6 .   Var iatio n   o f   q u ad r atu r r o to r   f lu x   v er s u s   ti m at  c o n s ta n t lo ad   to r q u o f   5   N. m     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f I n d ir ec t R o to r   F ield   Ori en ta tio n   F i ve   P h a s I n d u ctio n   . . . .   ( Ma h m o u d   M.  E lkh o ly)   1135       Fig u r e   7 .   Var iatio n   o f   d ir ec t r o to r   f lu x   v er s u s   ti m at  co n s ta n t lo ad   to r q u o f   5   N. m       5 . 2 .   Respo ns w it h Dif f er ent   L o a d T o rque s   I n   t h is   s ce n ar io   o f   lo ad in g ;   t h r e f er en c e   s p ee d   is   co n s tan at  1 0 0   r ad /s   ( 9 5 4 . 9 2 9 7   r p m )   an d   lo ad   to r q u is   c h an g ed   f r o m   1   N. m   to   3   N. m   at   t =   2 s   an d   th e n   to   7   N. m   at   t =   4 s   an d   to   5   N. m   a t t=   6 s   a s   s h o w n   i n   Fig u r e   8.   T h m o to r   d ev elo p ed   r eq u ir ed   r ef er en ce   to r q u at  r ef er en ce   s p ee d   in   b o th   t w o   in v er ter   tec h n iq u a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   8   an d   Fig u r e   9   r esp ec tiv el y .   T h m o to r   cu r r en ts   in   b o th   in v er t er   tech n iq u e s   ar ap p r o x im a tel y   s i m i lar   as  illu s t r ated   in   Fig u r e   1 0 .   T h is   s i m i la r it y   in   m o to r   cu r r en t s   is   d u to   th m o to r   in   b o th   in v er ter s   ac h ie v es  f ield   o r ien t atio n (          )   w i th   r e f er en ce   f lu x   (                V/r ad /s )   as  s h o w n   i n   Fi g u r e   11  an d   1 2   r esp ec tiv el y .           Fig u r e   8 .   Var iatio n   o f   d ev elo p ed   an d   lo ad   to r q u es  w i th   ti m at  co n s ta n t r ef er en ce   s p ee d   o f   1 0 0   r a d /s           Fig u r e   9 .   Var iatio n   o f   m o to r   s p ee d   v er s u s   ti m e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   3 Sep te m b er   2 0 1 7   :   1 1 2 8     1 1 3 8   1136       Fig u r e   10 .   Var iatio n   o f   ac tu al  an d   r ef er en ce   m o to r   cu r r en t a g ain s t ti m w it h                           Fig u r e   11 .   Var iatio n   o f   q u ad r atu r r o to r   f lu x   v er s u s   ti m e           Fig u r e   12 .   Var iatio n   o f   d ir ec t r o to r   f lu x   v er s u s   ti m e       5 . 3 .   Respo ns a t   H ig her  D C   Va l ue   I n o ti ce d   th a f r o m   ab o v r e s u lt s   t h at  t w o   tech n iq u e s   o f   i n v er ter s   ar s i m ilar   f o r   ce r tai n   r an g o f   m o to r   s p ee d   an d   lo ad   to r q u e.   B u th d if f er en ce   b et w ee n   t w o   in v er ter s   ap p ea r s   w h e n   th m o to r   v o ltag i n   eig h s w itc h   in v er ter   is   i n s u f f icien to   d ev elo p   r eq u ir ed   s p ee d   an d   lo ad   to r q u e.   T h is   d iv er s it y   ca n   b eli m i n ated   b y   i n cr ea s i n g   th e   DC   v o ltag e   o f   8   s w i tch   in v er t er   to   7 0 0   in s tead   o f   5 1 2   i n   1 0   s w i tch   i n v er ter .   T h m o to r   cu r r e n ts   i n   b o th   i n v er ter s   ar s i m ilar   at  r e f er en c s p ee d   o f   1 5 0   r ad /s   an d   lo ad   to r q u o f   1 N. m   a n d   7   N. m   a s   s h o w n   i n   Fi g u r e   1 3   an d   1 4   r esp ec tiv el y .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f I n d ir ec t R o to r   F ield   Ori en ta tio n   F i ve   P h a s I n d u ctio n   . . . .   ( Ma h m o u d   M.  E lkh o ly)   1137       Fig u r e   13 .   Var iatio n   o f   m o to r   cu r r en t a g a in s t ti m an d                    in   8   s w itc h   in v er ter   at                            Fig u r e   14 .   Var iatio n   o f   m o to r   cu r r en t a g a in s t ti m an d                    in   8   s w itc h   in v er ter   at                        6.   CO NCLU SI O N   I n   th i s   p ap er ,   th p er f o r m a n c ch ar ac ter is tics   o f   v ec to r   co n tr o f o r   f iv p h ase  i n d u c tio n   m o to r   w it h   eig h s w itc h   f iv e   p h a s i n v er ter   h a v b ee n   p r esen ted   T h p r o p o s ed   in v er ter   r ed u ce   t h e   n u m b er   o f   p o w er   s w itc h es  f r o m   t e n   to   eig h an d   th is   i m p r o v es  t h co s an d   r eliab ilit y   o f   th s y s te m .   T h s y s te m   i s   s i m u lated   w it h   s u d d en   ch a n g in   s p ee d   an d   lo ad   to r q u an d   th r esu lt s   e n s u r th a t h m o to r   p er f o r m an ce   w ith   p r o p o s ed   eig h s w itc h   i n v er te r   is   s i m ilar   to   th o s o f   te n   s w i tc h   i n v er ter   f o r   ce r tain   r an g o f   m o to r   s p ee d   an d   lo ad   to r q u e.   T h DC   v o lta g e   o f   p r o p o s ed   eig h s w i tch   in v er ter   m u s t   b co m p en s a ted   to   h ig h er   v alu to   ac h iev s a m p er f o r m an ce   o f   class ical  te n   s w i tch   i n v er ter   in   all  r an g o f   m o to r   s p ee d   an d   lo ad   to r q u e.       AP P E NDI X   Mo to r   p ar am eter s :   R ated   p o w er   1 . 1   k W   R ated   Vo ltag e   2 2 0 /3 8 0   V   R ated   f r eq u e n c y   5 0   Hz   P o les   4   R ated   v o lta g e   2 2 0 /3 8 0   V   Stato r   r esis tan ce   7 . 4 8 2 6     R ef er r ed   r o to r   r esis tan ce   3 . 6 8 4 0     Stato r   leak ag i n d u c tan ce   0 . 0 2 2 1   H   R ef er r ed   r o to r   leak ag in d u ct a n ce   0 . 0 2 2 1   H   m u tu al  i n d u c tan ce   0 . 4 1 1 4   H   Mo m en t o f   in er tia   0 . 0 2   Kg . m 2         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.