Int ern at i onal  Journ al of  P ower E le ctr on i cs a n d  Drive  S ystem   (I J PE D S )   Vo l.   11 ,  No.   4 ,  Decem be r 202 0 , p p.   17 50 ~ 1758   IS S N:  20 88 - 8694 ,  DOI: 10 .11 591/ ij peds . v11.i 4 . pp17 50 - 1758          1750       Journ al h om e page :  http: // ij pe ds .i aescore.c om   Novel ap proach f or SVP WM of t wo - l evel inve rter fed ind uction  motor d rive       Olwi A . Elkh ol i 1 , M ohame d  A.  En an y 2 ,  Ah med F.  Abd o 3 ,   M ah m ou d  Ei d 4   1 ,3   El e ct ri ca l   Eng ine er ing  Dep artme nt ,   Fa cul ty   of   Engi n ee ring ,   M enof eya Unive rs it y,   Egypt   2 ,4   El e ct ri ca l   Po wer  &  M ac hin es  Depa rt me nt ,   F a cul ty   of Enginee ring,   Za g az ig   Un ive rsity ,   Egyp t       Art ic le  In f o     ABSTR A CT   Art ic le  history:   Re cei ved   A pr   1,   201 9   Re vised  Ju l   8 ,   201 9   Accepte d  J ul   20 , 2 0 20       Due  to  the ir   be t te r  DC  bus  u ti l i za t ion  and   e asier  digi t al  re al i za t ion,   Spa ce  Vec tor  Puls e  Width  Modulation  (SV PWM)  sche me   is  the   most  widel y  used   PWM  sche m e.  Also,  two - l eve l   i nver te r   is   th e  traditi ona l  fre quen cy  conve rt er   bec ause   it  has   fe wer  co mpone n ts  and   is  lowe r  co mpl ex   to   cont rol ,   bu t   on   the   othe r  hand ,   it  g ene ra te s  high er  har monic  distortion.  Th is  pape r  pre sents  the  rea l iz a ti on  of   no vel   SV PWM  ap proa che s a pplied   to  th e  thr ee - ph a se  induc t ion  mot or  dr iv es.   Speci fi ca l ly,   v a rious  sche me s  are   b ase d  on  using  more  com bin at ions  of   step  oper ation  in  each  cyc l e  to   appr oximat e  th e  ref ere n ce   vec tor ,   such  as  24  and  48  step  oper ations  in  e a ch  cycle .   Th e  ba sic  principle   of  conv ent ion al  SV PWM  with   diffe ren t   modulati on   ind ex   M  i s  pre sent ed.   The  sw it chi ng   s eque nc es  of   n e w  appr o ac hes   ar e  d esc rib ed.  Th e   modu la t ion   signal s  wave for ms,  DC  bus  volt ag e  utilizati o n,   De - ra te d  mo tor  torque ,   standa rd  err o r  of  ave rag e  torq ue,   vol ta g e  and   cur ren t  h arm o nic s  of  new   appr oac h es  are   ana ly ze d  by  the  MA TL AB/S im uli nk  software .   The   resul ts   conf irm  that  48   step  SV PWM  appr oa ch  is  th e  best   com p ared  to  oth er   appr oac h es.   Ke yw or d s :   Tw o  -   le vel i nverter   Ind uction  m otor  dr ive     Sp ace  vecto r p ulse  width  M od ulati on   M A TLAB /Si m ulink   This   is an  open   acc ess arti cl e   un der  the  CC  BY - SA   l ic ense .     Corres pond in g  Aut h or :   M a hmoud Ei d,    Dep a rtme nt of  Ele ct rical  Pow er & Mac hin e s   En gin ee rin g,   Zagazig  Unive rsity , E gy pt.   Emai l:  meid64 520@g mail .com       1.   INTROD U CTION   Ind uction  m oto r   dri ves   are   us e d  in   in dustrie s  sect ors  du e  to  it s  sel f - st arti ng  an d  c on sta nt  sp e ed   featur e s.  Mult il evel  in ver te r s  are  us e d  t o  c ontrol  th e  in duct ion  m otor  s pee d.  Be cause   of  acce ptable  ha r monics   le vels  a nd  thei r  c on t ro l   fle xibi li ty,  PWM   vol ta g e  s ource   in ver te r s  a re  us e d.  F or  bette r   pe rformance ,  di ff e ren t  modu la ti on  te chn i qu e s  hav e   bee n  de velo ped.  Cl assic al   sin us oi dal  pulse   width  m odulati on  ( SP W M)   M ulti le vel  in ve rter  str uctu res   ha ve  been  de velo ped  but  sti ll   hav e  li mit ed   bette r  perf ormance  c ompa r ed  with   SV P W M   te c hniqu e.   Pr ovi ding  a  lo wer   t otal  harm on ic   as  well   as  higher  util iz at ion   of  the  dc - li nk   volt age  a re  the  mai n  reasons t hat m ake SVP W M  techn i qu e  is most   widely   us e d i n  inv e rters  [ 1]. In  S VPWM , 70.7 % of the  D C l ink  vo lt age   can   be   obta ined   as  a  maxim um   outpu t  li ne   volt ag e  w hile  only  61. 2  %  ca n  be  ob ta ine d  i n  sin us oi da l   pu lse   widt h  m odulati on  (SP W M )  [2].   The re  are  ma ny   s tud ie s  offer   a  su pe rio r  performa nce  of  S V PWM   com par e d  wit h  SP W M   [ 3 - 5].  SP W M   has   diff e ren t  al go rithms  to  m od ulate   the  inv e r te r  wh i c h  ha ve   been  inv est igate d  in   man y  li te ratu re s [6 - 7].    This  pa per  pre sents  pro po se d   dif fer e nt  SV P W M   a ppr oaches  w hich   ca n  be   ap plied  t o  t he   Tw o - Level   Inver te r  Fed  I nductio n  Mot or  D rive .  The   obje ct ive  i n  each  mod ulati on  a ppr oach  i s  to   ma ximiz e  bus   util iz at ion ,  reduce  t he  s witc hi ng   l os ses ,  a nd  reduce   ha rm on ic   co ntent.   So   t he  mo t or  current,   vo lt ag e,  a nd  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Novel  ap pr oac h  fo r  SVPWM   of two - le vel  i nv ert er fed in du ct ion   mo t or   dr i ve   ( Olwi  A.  Elk ho li )   1751   tor qu e  a re  ob t ai ned .  The  ma in  co ntributi on   of   t his  w ork  i s  pro vid in g  c omplet e  co mp a r at ive  study  between  diff e re nt  pro pose d  ap proac he s  an d  intr oduc es  a  no vel  ap pr oac h  ha s  ma ximum  DC  bu s  volt age  util i zat ion,   with ca pab il it y o f  loa ding  with  fu ll  loa d  sa fe ly and l ow e st  THD.       2.   SV PW M  CO NC EPT   The  us in g  of   t he  m odulati on   te chn i qu e's  ai m  is  to  prov i de   the  outp ut  volt age  a nd   t he   curre nt  with  le ss  ha rm on ic   distor ti on.   T he   SV PWM   te ch nique  has   bec ome   the   m os t  c om m on  c hoic e  to  c ontr ol  the   ou t pu t   vo lt age  of  th re e - phase  vo lt a ge   source  in ve rter  ( VS I ).   The  SV P W M   wa s  or i gin al ly  s ophi sti cat ed  as  a  ve ct or   appr oach  to   pu lse   widt h  mod ulati on  (PW M)  f or  th ree -   phase  in ver te r .  It  is  a  more  a dv anced  te ch niqu e  that   pro vid es  a  hi gh e r  vo lt ag e  to  the  AC  m ot or   with  le ss  harmo nic  dist or ti on.  The  m ai n  obje ct ive  of   a ny   modu la ti on  te c hn i qu e  is  t o  ob ta in  a  var ia ble  ou t pu t  with  a  maxim um   fun dame ntal  com pone nt  an d  mi nimum  harmo nics.   I n  this  sect io n,  de sc ribes   s om e   detai ls  ab out  t wo - le vel   S VPW M   base d  thr ee - phase   V SI  [ 8 - 13].    T he  t hr ee - ph as e  V SI  has   si x  po wer  switc he s  S 1  t o  S6  w it h  ei ght  po s sible  s witc h  c ombinati ons .  S o  ei gh t   po s sible vect ors  are  o btai ned, two  vect or s   a re   null  v ect or ( ze ro  sta te s ( 8  - 7) ),  an d  the   ot hers  are  v olta ge  ve ct or  (acti ve  sta te s  ( 1 - 6)) [1 4].    In  eac h  m oto r   phase   windin g,  the re   m us t  be   t wo  powe r  s witc hes   a nd  t hese   tw o  s witc hes   are   com pleme ntar y  t o  eac h  ot her  i.e.   can   not  be   act ive  t og et he r  because   t her e   will   be  a   s hort  ci rcu it   on  t he  p owe r   so urce.  S o  s witc hing  functi on   fo r  m oto r  phase s can  b e  d e fine d  as  foll ow [1 4];       = { 1 , ( 1      , 4    ) 0 , ( 1      , 4    )   , = { 1 , ( 3      , 6    ) 0 , ( 3      , 6    )   , = { 1 , ( 5      , 2    ) 0 , ( 5      , 2    )     (1)     In the stat io nary  fr ame  the  sp a ce vecto r of t he  phase  volt ag e in  pr e vious e qu at io ns bec ome s [2 ];     =   2   3    (      +     2 3 +     4 3 )     (2)     The  volt age  s pa ce  vecto r    of  K   =  1,  2 , .,   6  ha ve  eq ual  am plit ud es o f  (2 / 3)  V DC   and   a p ha s e  of   (K - 1)  p  /3 . T he  c urre nt   le vel ac hiev able by ea ch  phase  by the  end  of the  ne xt sa mp li ng inte rv al  can be e xpres s ed.     =   −    1 ( 1 −   − / ) +   − /   (3)     In   betwee n  s witc hin g  i nter vals,  each   vo lt age   vector   is  c onsta nt  an d  the  sta tor  flu x  li nk a ge   of   on e  phase  of  t he   mo to r  ca n be e xpresse d  as  [1 5] :       = ∫ ( − 1 )  +       (4)     At  ste ad y  sta te ,  the  he xa gon  of   sta to r  fl ux   i s  inclu ded   within  tw o  ci rcles   as  show n  in  F ig ure  1 .  The   diff e re nc e  between t heir  r a di i can  be  inte rpr et ed  as t he  ma ximum  dev ia ti on of stat or  flu x .           Figure  1. S pac e  vecto rs  he xa gon o f 3 - ph a se  brid ge  in ver te r  [ 1]       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   17 50   –   1 758   1752   Dep e nbr ok  [ 16 ]  strat eg y  or  six - ste p  a ppro ac h  is  ai me d  at   minimi zi ng  the   inv e rter  s witc hing  in  ea ch   su ppl y  pe rio d  to  the  de trime nt   of   the  c ontrol  of   the  sta t or   fl ux   a mp li tu de .  The  ma xim um  value  of   the  volt age   du e  t o  the  op e ning  of  the  s witc h  is  V DC   with  us i ng   t he   work   a rea  on  the  oute r  ci rc le   resp ect ivel y  of   the   hex a gon [ 14].  So  t he  m odulat ion  i nd e x M  ca n be calc ulate d as f ollo w [1],      =   √ 2   1      (5)     Wh e re 1 :  is  the  RMS  value   of  the  f unda ment al   com pone nt  of  m oto r   li ne  vo lt age .  S o  the   mag nitu de  of  li ne  vecto r vo lt age   var ie s  from  zer o  to  ma xim um   value  ac co rd i ng to   M  (w her e   0 ≤  M   ≤ 1)       3.   MO DEL OF  I NDU CTIO N MOTO RS D R IVES   Detai le d  a nalysis  for  i nduc ti on   mo t or   ha s  bee n  ca rr ie d  ou t   in  [17 - 23 ].  S o  the   performa nce   char act e risti cs  curves   ca n  eas il y  be   obta ine d.  T he  e quat io ns  ex pr e ssed   t he  i nductio n  model  for   the   mo to r  unde rstudy ca n be  w ritt en  as   f ollows [ 24 ];     =   1   +  2   2 ⁄ ( 2 ⁄ ) 2 + (   + 2 ) 2     (6)   =   1   +  ( 2 ) ⁄ 2 +   2   ( + 2 ) ( 2 ⁄ ) 2 + (   + 2 ) 2     (7)   =(    ) 2   (69 966  - 144.7 N +  0.1   2   -   0.000 023  3 )    (8)     Tw o - le vel   V S I  f ed   in du ct i on  mo t or  dri ve   ma y  be  repr esented   by   MATL AB/Si mu l ink  .  The   pro po se d mo de l i s inv est ig at ed by co mp a rin g  sim ulati on r e su lt  w it h ex peri mental  work a s sho wn in Fi gure  2 .           Figure  2. The   var ia ti on  of   m otor s peed wit h  loa d  t orq ue o f  tw o -   le vel  VSI f e d  i nductio n moto r dr i ve       4.   EFFE CT   OF   MO DU L ATI ON  I N DEX  O F SVPW M  O N DR I VE PE RFO R MANCE     To   in vestigat e  the  performa nc e  cha racteri sti cs  of   the   pr opos e d  tw o - le vel   V SI  Fe d  i nduc ti on   mo t or   dr i ve,  it   is  ass um e d  t hat  the   m otor  operati ng  unde r  a   si x - ste p  SVPW M   a ppr oac h  w it h  rate d  volt age  a n d  current.  So  dif fer e nt  DC  s upplies  are  us ed   to  achie ve  th ese  assu mp ti ons  with  the  ca lc ulati on   of   D C  bus   vo lt age   util iz ation ,   m otor   de ve lop e d  t orq ue  and  total   ha rm on ic   dist or ti on   of   volt age   an d  c urre nt  wa ve forms   for  eac h  case .     4.1.   Drive  perf or man ce  at  M  =  0.5   The  wav e form   of   phase  cu rrent  of  the  m ot or   is  s how n  in   Figure  3 (a )   a nd   Fig ur e  3 (b)   shows  t he   wav e f or m  of  mo to r  ph ase  volt age  at   DC  bus  volt age  1170  V .  Als o ,  Fi g ure   4   s how s   th e  mo to r  to rque   wh e n  the m otor  op e r at ing   from  a  si x - ste p  S VPW M  a ppr oach at   M  =  0.5 .     0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1250 1300 1350 1400 1450 1500       S imu lati o n  Re s u lt s   E x p e r ime n t a l  Re s u lt s S pee d  ( r pm) T o r q u e  ( N.m) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Novel  ap pr oac h  fo r  SVPWM   of two - le vel  i nv ert er fed in du ct ion   mo t or   dr i ve   ( Olwi  A.  Elk ho li )   1753     (a)     (b)     Figure  3 .  Moto r  w ave forms  at M= 0.5: (a ) mo tor p hase c urre nt, (b )  m otor  phase  volt age     0. 00 0. 01 0. 02 0. 03 0. 04 -1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 A v e ra ge   M ot or  Torqu e   =   3 . 8 7 8 0 9   N . m The   s t a nda rd  de v i a t i on ( S D )   =   2 . 8 5 4 1 5 The   s t a nda rd  e rr or  of   t he   me a n (SE M )   =   0 . 0 6 2 4 6     M ot or  To r que   ( N . m ) T ime  ( S e c )     Figure  4. Moto r  to rque  with ti me at  M =0 .5       4 . 2.   Drive  per fo rm an ce  at  M  =  0.8   The  wav e form   of   phase  cu rrent  of  the  m ot or   is  s how n  in   Figure  5 (a )   a nd   Fig ur e  5 (b)   shows  t he   wav e f or m   of  mo to r  ph a se  volt age  at   DC  bus  vo lt age   927   V .  Also ,  Fi g ure   6   s how s   t he  mo to r  to r qu e  wh e n  t he   mo to r o per at in g from a  six - st ep  S VPW M  a ppr oac h  at   M  =  0. 8 .                 (a)    (b)      Figure  5 .  Moto r  w ave forms  at M= 0. 8 : (a ) mo tor p hase c urre nt, (b )  m otor  phase  volt age     0. 00 0. 01 0. 02 0. 03 0. 04 - 2. 5 0. 0 2. 5 5. 0 7. 5 10 .0 12 .5 15 .0 17 .5 20 .0 A v e ra ge   M ot or  Torqu e   =   5 . 7 2 4 6   N . m The   s t a nda rd  de v i a t i on ( S D )   =   4 . 4 2 5 1 7 The   s t a nda rd  e rr or  of   t he   me a n (SE M )   =   0 . 1 0 2 2 2     M ot or  To r que   ( N . m ) T ime  ( S e c )     Figure  6. Moto r  to rque  with ti me  at   M =0 .8       4.3. Drive  per fo rm an ce  at  M  =  1    The  wa vefo rm s   of  phase   cu rrent  a nd  ph ase   vo lt age   of   the   mo to r  at   DC   bus  volt age   83 0  V  a re  sho wn  in  Fig ur e   7 (a)   and  Fig ur e   7 (b)   res pecti vel y .  Also ,  Fig ure   8   sh ow s   t he  m ot or   t orq ue  w he n  the  m otor  op e rati ng  from  a  six - ste p SV PWM a ppr oach at   M  =   1 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   17 50   –   1 758   1754       (a)   (b)     Figure  7. Moto r  w ave forms  at M= 1:  (a ) mot or phase c urre nt, (b )  m otor  phase  volt age     0. 00 0. 01 0. 02 0. 03 0. 04 - 2. 5 0. 0 2. 5 5. 0 7. 5 10 .0 12 .5 15 .0 17 .5 20 .0 22 .5 25 .0 A v e ra ge   M ot or  Torqu e   =   7 . 0 9 8 0 4   N . m The   s t a nda rd  de v i a t i on ( S D )   =   5 . 4 5 4 1 8 The   s t a nda rd  e rr or  of   t he   me a n (SE M )   =   0 . 1 2 1 2 6     M ot or  To r que   ( N . m ) T ime  ( S e c )     Figure  8. Moto r  to rque  with ti me at  M =1       Fr om  previ ous  fi gures,  it   can   be  de du ce d  that  hi gh e r  mod ulati on   i nd e x  means   bette r     dr i ve per forma nce.       5.   DR I VE PE RF ORMA N CE  US I NG NO V AL S VPW M APP ROAC H   As  the   pre vious  sect io n,  the   perf or m ance  char act e risti cs  the  propose d  dr i ve  ca n  be   inv est i gated   wh e n  t he  m oto r  operati ng  unde r  diff e re nt  SV P W M   a ppr oach  with  rate d  vo lt age  a nd  current.   The   24  ste p   SV P W M  ap proach  a nd  48   s te p  SV P W M  a ppr oach  a re  t he   propose d  ap proac hes   [ 2 5 ].  Fig ure   9  s ho ws   the   sp ace  vecto rs  po l ygon  of  3 - phase  br i dge  in ver te r   based  on  24  ste p  S VPW M   a ppro a ch ,   Fig ur e   10   sho ws  t he   sp ace  vecto rs p olygon  of  3 - phase b rid ge  in ve rter   base d on 48 ste p  S VPW M  a ppr oach .   DC  bus  volt ag e  util iz at ion ,  mo to r  devel op ed  to rque  a nd   total   harmo ni c  disto rtion  of   volt age  a nd   current  wa vefo rms  a re  cal c ulate d   f or each  a ppr o ac h.           Figure  9. S pac e v ect ors  poly gon o f 3 - phas  bri dg e         Figure  10. Spa ce vecto rs p olygon  of  3 - ph a s  br i dg ei nv e rter   base d on 24 ste p  S VPW M  a ppro ac h  inv e rter  base d on 48 ste p SV PWM a ppr oac h     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Novel  ap pr oac h  fo r  SVPWM   of two - le vel  i nv ert er fed in du ct ion   mo t or   dr i ve   ( Olwi  A.  Elk ho li )   1755   5.1   Drive  perf or man ce  w it h  24 s tep SVP W M appr oach   The   wa ve form   of  ph ase   c urr ent  of  t he  mo t or  is   sho wn  i n  Fi gure   11(a )   and  Fig ur e   11( b)  s hows   th e  wav e f or m  of  mo to r  ph ase  volt age  at   DC  bus  volt age  810  V.   Als o,   Fig ure  12  s hows  th e  mo to r  to rque   wh e n  the m otor  op e r at ing   from 2 4  s te p  S VPW M  a ppr oach.             (a)     (b)     Figure  11. M oto r  w a vefo rms wit h 24 ste p ap proac h:  (a )  m ot or   phase c urre nt, (b )  m otor  phase  volt age           Figure  12. M oto r   tor que  with  ti me w it h 2 4  st ep  a ppr oach       5.2   Drive  perf or man ce  w it h  48 s tep SVP W M appr oach   The   wa ve form   of  ph ase   c urr ent  of  t he  mo t or  is   sho wn  i n  Fi gure   13(a )   and  Fig ur e   13( b)  s hows   th e  wav e f or m  of   mo to r  phase  volt age  at   DC  bus  volt age  808.5  V.   Als o,   Fi gure  14   s how s  the  m oto r  t orq ue   wh e n  the m otor  op e r at ing   from 4 8  s te p  S VPW M  a ppr oach.               (a)   (b)    Figure  13. M oto r  w a vefo rms wit h 48 ste p ap proac h:  (a )  m ot or   phase c urre nt, (b )  m otor  phase  volt age       Figure  14. M oto r   tor que  with  ti me w it h 4 8  st ep  a ppr oach     0. 00 0. 01 0. 02 0. 03 0. 04 - 2. 5 0. 0 2. 5 5. 0 7. 5 10 .0 12 .5 15 .0 17 .5 20 .0 22 .5 25 .0 A v e ra ge   M ot or  Torqu e   =   8 . 2 1 5 6 1   N . m The   s t a nda rd  de v i a t i on ( S D )   =   5 . 9 1 7 5 7 The   s t a nda rd  e rr or  of   t he   me a n (SE M )   =   0 . 2 5 3 9 5     M ot or  To r que   ( N . m ) T ime  ( S e c )   0. 00 0. 01 0. 02 0. 03 0. 04 - 2. 5 0. 0 2. 5 5. 0 7. 5 10 .0 12 .5 15 .0 17 .5 20 .0 22 .5 25 .0 A v e ra ge   M ot or  Torqu e   =   8 . 3 6 3 2 5   N . m The   s t a nda rd  de v i a t i on ( S D )   =   5 . 8 2 1 4 3 The   s t a nda rd  e rr or  of   t he   me a n (SE M )   =   0 . 0 2 9 0 7     M ot or  To r que   ( N . m ) T ime  ( S e c ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   17 50   –   1 758   1756   Fr om   pre viou s   fi gures ,  it   is   cl ear   th at   hig he r  ste ps   S VPWM   appro ac hes   mean  bette r     dr i ve per forma nce .         6.   DISCU SSI ON A ND SI MU L ATIO N RES ULTS    The  sel ect io n  of   mod ulati on  ind e x  a nd  S V PWM  a ppr oac h  af fect  on  tw o - le vel  V SI   fe d  in duct ion  mo to r   dri ve   pe rformance   pa rameters ,  su c h  as   DC   bu s   volt age   util iz at i on,  mo t or  de - r at ed  t orqu e   (at  w hich   mo to r   po wer  losses   will   not  excee d  the   ra te d  powe r  l os s es)  a n d  t otal  ha rm on ic   disto r ti on   of  volt ag e  an d  current  wa veforms.  Ta ble  1  giv es   the  c ompa rison  of   r esults  obta ine d  at   di ff e ren t  modu la ti on  in dex  an d  SV P W M   ap pr oach   desc ribe d  in  sect io ns  4   an d  5 .   T he   par a mete rs  us e d  in  c omp ariso n  pr ocess es  are  su m marized   be low;   The DC  bus  volt age  util iz at ion   factor  m , ca n be calc ulate d as f ollows;       =   1      100     (9)     The De - rated   Torq ue DT,  ca n be calc ulate d as f ollo ws;        =      (          )   100     (10)     The  sta nd a r d  e rror o f  the  mea n  (av e rag e )  t orqu e  (SE M )  ca n be calc ulate d as f ollows;        =    √     100   =   100 √   √ 1 − 1 ∑ ( −  ) 2 = 1       (11)     Wh e re  n  is  sa mp le  size   The  T otal  harmo nic d ist or ti on  T HD  of  phas e volt age  &   phase cu rr e nt  wa veform s   ca n be   show n  a s foll ows;      ( ℎ ) = √ 1 2 − 2 2   ,  ( ℎ ) = √ 1 2 − 2 2     (12)     I t  is  obser ve d   in   Ta ble  1   t ha t  two - le vel   V SI   Fed  in duct ion  m otor   dri ve   with   48  ste p  SVPW M  appr oach,  has   the  best  perf ormance   acco r din g  to   diff e re nt  pa rameter s.   T he  pro posed   novel   ap proac h  has   lowe r  T HD  a bout  12. 5  %   f or  ph ase   c urrent   and  46.7  f or  phase  volt age .  I n  a ddit ion  to  ma xim um  D C  bus   vo lt age   util iz at ion   fact or   ne arly  74   %  wit h  the  ca pa bili ty  of  loa di ng   with  f ull  loa d  safely  a nd  re su lt ing  minimu m sta ndar d  e rror o f  a ver a ge  t orqu e   about  2.9 % .       Table  1.   C omp ariso n betwee n dif fer e nt S VPW M  a ppro ac he s   A p p roach   THD(I ph )   (%)   THD(Vp h )   (%)     (%)      ( % )      ( % )   6  step  ( M= 0 .5 )   1 8 .8   1 2 6 .2   3 5 .3   4 6 .4     6 .3   6  step  ( M= 0 .8 )   2 0 .6   7 7 .5   56   6 8 .5   1 0 .2   6  step  ( M=1 )   2 0 .7   5 2 .5   7 0 .5   8 4 .9   1 2 .1   2 4  step  ( M=1 )   1 3 .6   5 1 .3   7 2 .3   9 8 .3   2 5 .4   4 8  step  ( M=1 )   1 2 .5   4 6 .7   74   100   2 .9       7.   CONCL US I O N     In   t his  pa per,  the  m os t  wi dely  use d  PWM  s cheme  has  bee n  imple mente d  and   e val uated  accor ding  to   simulat ion s   of  two -   le vel  S V PWM   V SI  fe d  in du ct i on  m ot or  dr ive   i n  t he  M at la b/Sim ulink  e nv i ronme nt .  T he   evaluati on  is  ba sed  on  rate d  current  operati on  an d  the   est imat ion   of  m oto r  de - rated   to r qu e   (at  wh ic h  mo to r  powe r  l os ses   w il l  no t   ex ceed   t he   rated   powe r   loss es)   DC  bu s  vo lt age   util iz at ion ,   a nd  total   har m onic   dist or ti on   of   vo lt a ge  an d  current  wav e f orms.  The  perf orma nce  anal ys i s  of   t wo - le vel  SV P W M   V SI   fed   i nductio n  mo to r   dr i ve  with  dif fer e nt  m odulat ion   i ndex   has   bee n  pr e sent ed.   Als o,   nove l  SV P W M   a ppr oach es   have  bee n  dem onstrat ed  a nd h a ve bee n  f ound to be  ve r y  ef fecti ve  a pp ro ac h es .   The  a ssessme nt pro c ess of  diff e ren t  nov el   SV P W M   a ppr oach e s  is  the  main  co ntri bu t ion   of   t his  pa pe r.   As  cl eare d  in  DT ,  m,  SE M   a nd   T H D  va lues,  48  ste p  SVPW M   appr oach   is  s uperi or   in  c omp ariso n  to  c onve ntion al   S VPW M   ap proac he s .  It  can  be  c on cl ud e d  that  48  s te p  S VPWM   a pproach  is  w or t hy  and  be ne fici al   towa rd s   loa ding  ca pab il it y  wi th  f ull  loa d  t orqu e   at   rated c urre nt.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
In t J  P ow Elec   & Dri S ys t   IS S N: 20 88 - 8 694       Novel  ap pr oac h  fo r  SVPWM   of two - le vel  i nv ert er fed in du ct ion   mo t or   dr i ve   ( Olwi  A.  Elk ho li )   1757   APPE ND I X   T he  s ys te m  un der stu dy is  3 - ph a se s qu i rr el   cage, 2  HP,  D  /  Y ,  38 0  /  660 V, 3. 5  /  2 A,  50 Hz,  4 p oles.    sta tor react anc e   1 =  44  W, r ot or r esi sta nce   2 ′   =  7.3 7  W,   ro t or   reacta nce    2 ′ =  44  W  a nd  ma gnet iz ing re act ance   = 377   W .       REFERE NCE S    [1]   Ahmed  A.  Ma nsour,  “ Novel  SV PWM  base d  on  first  ord er   equa t ion, ”   Jou rnal  of  Elec trical  Syste ms   and   Information  Tec hnology ,   vol .   2 ,   no.   2 ,   pp .   197 - 2 06,   2015   [2]   M.  Ranjit ,   “ Spa ce   V ec tor   Puls e   Wi d th  Modul ation  Based   Indir ec t   Vec tor  Con t rol  of   Induc t ion   Motor  Driv e ,”   Journal  of   Elec t rical   &  E lectron ic   S yste ms ,   vo l.  1,   issue   4,   pp.   1 - 6,   Sept .   2015   [3]   A.  El - san aba ry ,   A.  E .   Kal as,   O .   M.  El baksa wi   and  K.   El - s er a fy,   “ Co mpa ra ti v e  Study  Be tween  PS PWM  and  SV PWM  Te chniques  Based  on   MLI  for  Indu ct i on  Motor  Drive , ”   Journal   of   Ele ct rical  Eng ine er ing ,   vo l,  issue,   pp.   1 - 8 ,   De c. 20 17   [4]   K.  Vinoth  Kuma r,   Prawin  Angel   Micha e l,   Jos eph  P.  John  and  Dr.  S.  Suresh  Kuma r,   “ Simu la t i on  a nd  Compa rison   of  SP WM  and  S VP WM  Control   for  Three  Phase   Inve rte r ,”   ARPN   Journal  o f  En gi nee ring  and   App li ed   Scienc es ,  vol.   5 ,   no .   7 ,   pp .   61 - 74 ,  2010   [5]   H.  Doraya ,   R .   P arm ar ,   B .   Kum a r,   and   M.   C.   sha rma ,   “ Perfor ma n ce   Co mpa rison   bet wee n   PWM  Based  Inve r te r  and   SV PWM  Based  Inve rt er, ”   Inte rnat ional   Journal  of  Ad v ance d  R ese arch   in  Elec tri cal,  El e ct ronics  and   Instrum ent ati on  Engi ne ering ,   vol .   3 ,   issue   10,   pp.   12621 - 12625,   2 014   [6]   W.   F.  Zh ang  an d  Y.  H.  Yu,  “ C ompa rison  of  T hre e  SV PWM  S tra t egi es ,”   Jour nal  of  Elec troni cs  Sci en ce   and   Technol ogy   of   c hina ,   vo l. 5, no.  3,   pp .   283 - 287 ,   2007   [7]   M.  Naye em uddi n,   T.  B.   Reddy b,   and  M.   V.   Kumar a,  “Spac e   Vec tor  b ase d  Random   PWM   Algorit hms  fo r   Acoustic   Noise  and  Harm oni cs  Reduc ti on   for  V olt ag e  Source   In ver te r  F ed  AC Drive ,”   En ergy   Pr oce di a ,   vol .   117,   pp.   353 - 360 ,   20 17   [8]   S.  Maniva nn an,  S.  Vee r akum ar ,   P.  Karuppusam y ,   and   A.  N andh akum ar ,   “ Perfor ma nc e  Analysis   of  Two - L evel  Space   Vec tor  Puls e  Wi dth  M odula t ed  Three   Phase  Volta ge   Source   Inve rt ers  In  All  Pos sible   Sw it chi ng   Sequenc es ,”   Inter nati onal  Journal  of   Inno vat i ve  Re search   in   Ele ct rical,   Elec tronic s,   Instrum ent at ion  and   Control   Engi ne erin g,   vol .   2 ,  issue   9,   pp.   1 959 - 1976,   Sept .   2014   [9]   M.  Botke war ,   K.  Sawala kh e,  and  N.  Wa nj ari,   “ Perform anc e   Analysis  of  Thr ee   Phase   Induc t ion  Motor  Dri v e  Us ing  SV PWM   Sw it chi ng  Te c hnique s:  Design   Approac h, ”   Int ernati onal  Journal  of  Inno vat i v e  R ese arch  an d   Dev el opmen t ,   vo l.   5 ,   no .   7 ,   2016 .   [10]   L.   T an,  B.   Wu,   V.  Sood,  D.  Xu,  M.  Nari m ani ,   Z.  Cheng,   et   al . ,   “ A  Simpl ified  Space   V ec tor   Modulat ion   for  Four - Le ve l  N es te d   N eut ra l - Point   Clamped   Inve r te rs   with   Co mpl e te  Control  of   Flyi ng - Capa c it or   V olt ag es, ”   IE EE   Tr ansacti ons on Power  E le c troni cs ,   vol .   33 ,   pp .   1 997 - 2006,   2018 .   [11]   Y.  Deng,   Y .   W a ng,   K.  H .   T eo,   M.  Saee d ifa rd ,   a nd  R.   G.   Harl ey,  “ Optimiz ed  Co ntrol   of  the   Mod ula r  M ultilevel   Convert er   Base d  on  Spac e  Ve c tor  Modula ti on, ”   IE EE   Tr ansac ti ons  on  Powe r  El e ct ronics ,   vol .   33,   pp .   5697 - 5711,   2018 .   [12]   K.  Prath ee sh,   G.   Jaga d ana nd ,   an d  R.   Ra mc h and,  “ A   Gene r al i ze d   Sw it ch   Matr ix  Based  Spa ce  Ve ct or   Modulation   Te chn ique  Us ing  th e  N ea res t   Level   Modulation   Conce pt   for   Neu tra l - Point - C lamp ed  Mul ti l eve l   In ver te rs, ”   IE EE  Tr ansacti ons on Indus trial   E le c tronic s ,   vo l. 65, p p.   4542 - 4552 ,   2 018.   [13]   M.  Alee n ej ad ,   H.  Mahmoudi,  S.  Jafa rishi ade h,   and  R.   Ahm ad i,   “ Fau lt - Tol er a nt  Space  Vec tor   Modulat ion  fo r   M odula r  Mult ile vel   Conv erters  with  Bypassed   Fault y   Submodules , ”   I EE E   Tr ansacti ons  on   Industr ial   El e ct roni cs ,  vol.   66 ,   pp .   2463 - 2473,   2019 .   [14]   A.  Giyantara   an d  M.  R am e li ,   “ Compa rison   b etw ee n  SV PWM  Two  Le v el  in  I nte rna l  and   Ex t ern al  Circle   o f   Hexa gon, ”   Int ernati onal  Con fe re nce   on  Engi n ee r ing,   S ci en ce   and   Nanote chno logy  (ICESNA NO  20 16),   Augus t  3 - 5,   2016 ,   Solo,   In donesia .   AIP   Co nfe ren c e  Proc eedings 1788,   030 007  (2017)    [15]   S.  Karp e,  S.   A.   Deoka r ,   and   A .   M .   Dix it,  “ Sw it chi ng   losses  mi nimization   by   using   dir ec t   to rque   co ntro l  of   induc ti on   mo tor ,”   Journal   of   Ele ct rical Sy st ems a nd  Information T ec hnology ,   vo l. 4, pp. 225 - 242,   2017   [16]   M.Depe nbroc k ,   “ Dire c t  Se lf - Co ntrol le d   DS C  of   Inve r te r   fed   In duct ion   Mac h in es ”   I EE E   Tr an.   Powe r  El e ct ron ,  Vol.   3 ,   pp .   420 - 429.   Oct .   1988 .   [17]   Mohame d  A .   E nany,  “ En erg y  Saving  of   AC  Volta ge   Controller  Fed   Indu ct i on  Motor  Driv e s  Us ing  Matlab   /Sim uli nk ,”   Inter nati onal Journal  of   Elec tric al   E ngine ering ,   I JEE ,   Vol .   6 ,   No .   2 ,   pp.   123 - 136,   20 13.   [18]   Mohame d   A.  En any,  “Effects   of   Thre e   Phase   AC  Volta g e   Contro ll er   o n   Perform a nce  Charact eri sti c  of   Induc ti on   Motor ,”   In te rnat ional   Re v ie w   of Aut omatic Cont r ol,   I REACO . ,   Vol.   6 ,   No .   2 ,   pp . 12 1 - 126,   Mar ch. 2 013.   [19]   Sundare sw ara n,   K.;   Shyam ,   H.N. ;  Abraha m ,   S.;   Vara kuma r ,   G. ;  Kaul,   S. ;  Sheeb a ,   R. , ”   A  Gen et i c   Algorit hm  Based  Approac h   towar ds  Induc tion  mot or   startin g  with  mi ni mu m  torqu e  pulsa tion ,”   Proc.  ICIIS ,   2008,   pp.   1 – 6.   [20]   Yetgi n  AG ,   “ Eff ec ts   of induct ion   mot or end  ring  f aul ts on  mo tor  p erf orma n ce.  Exp eri m ent a l  resul ts ,”   Eng ineering   Fai lure   Analysi s . Vol.   96,   pp.   374 - 83 ,   2019 .   [21]   A  A  Ans ari,   D  M  Deshpand e  “ Math em a ti c a l  Mode l   of  As ynchr onous  Ma chi ne   in   MA T LAB  Simul ink ”   Inte rnational   Jo urnal  of Engi ne e ring S cienc e   and   Technol og y ,  Vol.   2 ,   No .   5 ,   2010 .   [22]   H.  C.   St anl ey ,   “ An  Analysis  of   the  Induc t ion  M otor ,”   AI EE  Tr ansacti ons ,   Vol.   57  (Supple me nt) ,   pp .   751 - 755,   1938.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                          IS S N :   2088 - 8 694   In t J   P ow  Ele c  &  D ri   S ys t,   V ol .  11 , N o.   4 ,  D ecembe r  2020   :   17 50   –   1 758   1758   [23]   Burak  Ozpineci ,   L. M.  Tol ber tr ,  “ Simul ink  I mple me nt at ion  of  In duct ion  Ma chi n e  Model - A  mod ula r  appr o ac h , ”  IEE E   rans . 2003.     [24]   Mohame d   A.  E nany,  “E f fects   o f  Thr ee  Phase  AC  Volta g e  Co ntrol ler  on   Indu ct ion   Motor  Pe r forma nc e  Us ing   AN FIS ,”   Inte rnational   Journal  o f   Elec tri cal E ngi nee ring ,   Vol.   20,   No.  5 ,   pp .   225 - 2 30,   2013 .   [25]   Mohame d  A.  E nany,   H.  El she wy  and  F.  Abde l - kade r ,   “ Dyna mi c  Oper at ion   o f  Synchronous  Motor  Us ing  DTC  Te chn ique  Inste ad  of   Dampe r   Wi nding ,”   15th  Inte rnational   Mi ddle   East  Powe r   Syste ms   conf er enc e ,   M EP CON   2012,   DEC .   23 -   25  2012,   Alexa n dria   Univ ersit y ,   Egypt .       BIOGR AP HI ES OF  A UTH ORS        E.   E .   E l - Kholy  was  born  in  Menoufia ,   Egypt   i n  1963.   He  re c ei ved  h is  BS c,   MS c  and  PhD  degr ee s   in   e le c tr ic a l  engi ne eri ng   from  the  Facu lt y   of   Engi n ee r ing,  Menoufi a  Univ ersit y   in   1986,   1992  and  1996  r espe ctivel y .   He   i s  the   De an  of  Fa cul ty  of   Engi n eering,   Menou f ia   Univer sity.  His   ma in   field  of   i nte rest   includes   Pow er  Elec t ro nic s,  AC/DC  dr ive s  con trol   tec hnique s,  Ac ti v e   Rec tifiers,   Ac ti v e  Fi lt ers,  Mi cro g rids  and   R ene wa ble  Ene rgy .   His  int er est  al so   exte nded  to  R eal - Ti me c on trol usi ng  DS P,  Fuzzy a ppli c at ion   in   Pow e r  Elec troni cs.             Mohame d  A.   E nany   was  born  on  1st  Janua ry  1979.   He  r ecei v ed  a ll   B . Sc. ,   M . Sc.   and  PhD   degr ee s  in  elec tri c al   power  an d  ma ch ine s  en gine er ing  from   Engi ne eri ng  C oll eg e,   Z agazi g  Univer sity,  Egy pt  on  2000 ,   200 5  and   2009,   resp ec t ive ly .   He   has   ma ny  int ern atio nal   pub li c at ions  in  the  ar ea  of  E l ec tr ic a l  Ma chi ne s,  Rene wab le  En erg y,   soft   com p uti ng  t ec hn ique s   and  El e ct ri cal  Drive s.  He  is  c urre ntl y  an  As sociate   Profess or   in  e lectr i ca l   po wer  and  ma ch in es  engi n ee ring  from  Eng ine e rin g   Coll ege ,   Z agaz ig  Univer si ty, Egypt.         Ahmed  Fathi   A bdou  rec e ive d  h is  B. Sc.   and  M. Sc.   Eng .   degr ees   from  Facul ty   of  Engi ne eri ng ,   Menoufia   Unive rsity,   Egyp t,   and   PhD   degr ee   in   2013  from  th e  Univer sity  of  N ew  South  Wa l es,   at  the  Aus tralian  Defe n ce  Forc e  A c ademy.  Hi s  rese ar ch   inter ests  in cl ude   po wer  e lectr oni cs,   ren ewa bl e  ene r gy,   smar t  grids,   distri but ed  g en era t ion,   elec tr ical  m ac h ine s,  vo lt ag e  stab il i ty,  FA CTS  devi ce s   and  cont rol   ap pli c at ions.   He  i s  a  reg u la r   rev i ewe r  for   ma ny   of  interna t iona l   journa ls.           Mahmoud  Ei d  Mohame d  was  b orn  in  Bel b is,  E gypt  in  1991.   H e  recei v ed  his  B . Sc.   Eng .   d egr ee  from  Facu lt y   of   Engi n ee r ing,  Z aga z ig  Univ ersity,  Egyp t  in  201 5.   Curr ent ly ,   h e   is  a   T eachi ng  As sistant   at t he   Facul ty   of Engin ee ring ,   Za ga zi g   Univer sity, E gy pt.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.