Internati o nal  Journal of P o wer Elect roni cs an Drive  S y ste m  (I JPE D S)  V o l.  7, N o . 1 ,  Mar c h  20 16 pp . 7 ~ 1 6   I S SN : 208 8-8 6 9 4              Jo urn a l  h o me pa ge : h ttp ://iaesjo u r na l.com/ o n lin e/ind e x.ph p / IJPEDS  Power Quality Analysis  of Vi enna Rectifi e r f o r BL DC Mot o Drive Application      K. Sri n i v a s a n *,  S.  Vi j a yan   ** , S .  P a r a ma si vam  * * *  K.  Sun dar a m o o r thi *   *Anna University , Chenn a i,  Tamil Nadu , Ind i ** Sur y a Eng i neering Co lleg e , Erode,  Tamil Nad u , India  ***Danfoss Industries Pvt. Ltd,  Chennai, Tamil Nadu,  India      Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Aug 10, 2015  Rev i sed  No 26 , 20 15  Accepte d Ja 2, 2016      This pap e r presents the power qu ality   improvements for a B L DC  driver using   Vienna re ctif ier  as  front end con v erter .  Th e m a j o r drawbacks  in  the BLDC   motor drive an d non linear  lo ad applications  are the  line p o llution  and  depreciation of  the power factor . The  convention a l power f a ctor  correction  method is not economical and eff i cient.  I t  requir e s bulk y  compon ents as load  changes  and pr oduce h i gh TH D and le ss Power factor. Th e front  end   converter of BLDC bridge inver t er driv is proposed b y  th e Vienna rectifier,  which can con t r i bute more significan tl y   in impr oving the power  factor and   reduce  the line  pollution .  Th e Vienna r ectifier to polog y   is contro lled b y   th constant switching frequen c y  control  techniqu e for wide ran g e of lo ad   varia tion and  it  reduces th e TH D, im pr ove the  power factor an d provide  stead y DC link  voltag e  to th e br idge inv e rter  to  drive th e BLDC  m o tor. The   des i gn cal cul a ti on and perform ance  char a c t e ris tics of BLDC m o tor and  Vienna r e c tifi e are v e rif i ed  b y  u s ing Matl ab sim u lation .   Keyword:  BLDC Mo t o C onst a nt  S w i t c hi n g  F r e que nc y   DC link   Vo ltag e   Power Factor Correction  To tal Harm o n i c Distortio n   Copyright ©  201 6 Institut e  o f   Ad vanced  Engin eer ing and S c i e nce.  All rights re se rve d Co rresp ond i ng  Autho r K .  S r in iv asan Depa rtem ent of Electrical a n d  El ect ro ni cs E n gi nee r i n g,   Ann a   Un iv ersity, Ch en n a i, Tamil Nad u ,  Ind i a   Em a il: k _ s risun @ yah o o . co .i n       1.   INTRODUCTION  In  em erg i ng  m a rk ets t h e m o to u s ag e is m o re in  t h e traction  an d  i n du st rial ap p licatio ns fo ro tatio n a l   or m ovi n g   ob j ect s [1] .  T h er e  are di ffe rent  t y pes o f  m o to rs av ailab l e in  t h m a rk et lik e in du ction  m o to r,  DC  m o to r and  servo  m o to r. Based   o n  th e app licatio n   requ irem en t th e m o to will b e  selected Th e Bru s h l ess DC   (BLDC )  m o tor is the best c hoice for application t h at re qui re s hi g h  t o r que  wi t h  v a ry i n g s p eed , m o re p r e c i s i on,   reliab ility an d   efficien cy. BLDC m o to r is deriv e d   fro m  th e DC m o to r an d Bru s h e d DC m o to r. Th maj o d i fferen ce is t h at th e BLDC  m o to r do esn requ ire th br u s hes  f o r  com m u t a t i on,  s o  t h er e i s   no  sp ar k a n d  w e a r   o u t h e n ce th m a in ten a n ce is less. Th is mo tor is lig h t er  and m o re efficiency as  com p ared t o   br us he d DC   m o t o r or co n v e n t i onal   DC  m o t o r f o r t h e sam e  out put  p o w er . The B L DC  m o t o r co nsi s t s  o f  a  m a gnet  as a rot o and s u rr ou n d e d  by  t h e st at o r  wi n d i n gs. T h e  st at or wi n d i n g s  are ene r gi ze d  by  t h e i nve rt e r  o u t p ut . Th e P W M   cont rol  t e c hni q u e i s   use d  t o  c ont rol  t h e t h ree  p h ase  bri dge  i nve rt er.   Th e t h ree ph ase bridg e  inv e rter is  u s ed  in ord e r to   d r i v e t h e BLDC m o to r, bu t th e inv e rt er requ ires  th e stead y bo ost DC v o ltage for th e d i rect drive application. T h e conven t i onal three pha s e Diode Bridge, the   Brid g e  co nv ert e r an d chop p e r b a sed  con v e rt er  will p r ov id e th d c  link vo l t ag b u t  t h b i g g e st ch allenge is th p o llu tion   of the in pu t lin e curren du e to th e high  c u rrent T H an d l o w power factor.    In t h e pa per  [ 2 ]  prese n t e d,  hy st eresi s  cu rre nt  cont rol  t ech ni que i s   use d  t o   cont rol  t h e s w i t ch i n  t h b o o s t conv erter to  attain  th e u n ity p o wer facto r  bu t th i s  t echni que  op erat es i n  vari a b l e  swi t c hi n g  f r eq uency   whi c h ca use t h bo ost  i n d u c t or  desi g n  t o   b ecom e   m o re com p l e x an of  bi g g e r  si ze  fo r t h e  l o w s w i t c hi n g   fre que ncy  an d i t  perfo rm s onl y  i n  t h e cont i n uo us co n duct i on m ode. I n  t h e paper  [3]  pre s ent e d ,  t h m o t o r i s   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 1,  Mar c h  2 016    7  –  16  8 dri v en  by  t h e v o l t a ge so u r ce i nve rt er  (VSI)  whic h cause d t h e non-sinus o i d al  vo ltag e  and  curren t  in  the  m a in s   su pp ly d u e to  p r esen ce of the h a rm o n i cs. To  eli m in ate th e s e h a rm o n i cs,  th e activ e sh unt filter is u s ed  alo n g   with  VSI b u t  th is  app r o a ch  may  increase  the size a n d c o st.  In the   pa per  [ 4 ]  p r ese n t e d t h e  B u c k - B oos t   co nv erter is  u s ed  to  d r iv e the BLDC m o tor. Th is m e t h o d  has  s o m e  dra w bac k s  l i k e t o  d r i v e t h hi g h  si de  switch ,  vo ltag e  stress is  m o re  o n  th e switch ,   o u t p u t  cap acit o r size is larg e an d  it is su itab l e o n l y in  lo w po wer  ap p lication s The  Vienna  re ctifier is propose d to act as  a fr o n t  en d c o n v e r t e r t o  p r ovi de a st ea dy  b oost   DC   vol t a ge , hi gh  p o we r fact o r  wi t h  l e ss THD .  The Vi en na rect ifier co nsists of th ree ph ase  dio d e  bridg e  rectifier  con n ect ed   wi t h  t h ree  bi di rec t i onal  sem i conduct o r ,  t h e  b o o st  l i n e i n d u ct or  i s  c o n n ect e d  i n  se ri es wi t h  i n p u t   supply and two equal val u capacitance  of capacitor is  c o nnected i n  se ries across  th e DC lin k. Du e to  th n a ture of th e t h ree lev e l ou tpu t  vo ltag e  +E/ 2 0 ,   -E/2, th v o ltag e  stress  acro s s th e sem i co nd u c t o r is  red u c ed  t o  hal f  o f  t h DC  l i nk v o l t a g e  [5] .  The  Vi e nna  rect i f i e r i s  cont r o l l e by  vari ous c o nt rol  t echni q u e t o  a c hi eve   t h e hi gh  p o we r fact or a n d l e ss TH D t o  m e et  t h e IEC  st a nda r d s re q u i r e m ent .  In  t h e st udy   of c o nt r o l  sy st em   anal y s i s  t h e c onst a nt  s w i t c h i ng  f r eq ue ncy   cont rol  t e c h ni que  are  m o re  rel i a bl e t h a n  c o n v e n t i onal  fe edba c k   cont rol  m e t hod an d i t  i s  st r o ng t o  re ject  s o urce a n d l o a d   di st ur ba nce [ 6 ] .  The c o nst a nt  swi t c hi n g   fre que ncy   cont rol  m e t hod co nsi s t s  of l e ss no  of c o m p o n e n t s  l i k e i n t e grat o r  wi t h  r e set ,  com p arat or a nd fl i p -fl o p  an d i t   el im i n at es t h m u lt i p l e xer a n vol t a ge  sen s or . T h i s  co nt r o l   m e t hod i s  a   no n l i n e r  c ont r o l  f o r t h e s w i t c hi n g   ci rcui t ,  w h i c h   i s  ope rat i n g at  con s t a nt  s w i t c hi n g  f r e que nc y   m odul at i o n,  i t  reduce s  t h i n p u t  b o o st  i n duct o r   si ze an d t h e r ef ore  i t  re duces  t h e c o st  a n d  si z e . T h bl oc di agram  of  Vi e n na  rect i f i e fed  B L DC   dri v e s y st em   is as show n in  Fig u r e   1 .       2.   PRI NCI PLE OF  OPE R ATION OF  BL D C  MOTO R   Th e BLD C  m o to r  co nstr u c ti on  an d   op er ating   p r in ci p l es are m o r e  si m ilar   to  th A C  inductio n  m o to and  b r us he DC  m o t o r [ 7 ] .  B L DC  m o t o r  al so co nsi s t s   of st at o r  a nd  r o t o r. T h br us hl ess DC  m o t o r i s  a  p e rm an en t m a g n e AC m o to r; th e torqu e - sp eed  ch aracteristics are si m i l a r to  th DC  m o to r. In th b r u s h e DC  m o t o r,  br ush e s are  use d  f o r  com m utat i ng t h e a r matu re cu rren t. Th ro t o po sitio n  is sensed   by   mechanical commutator and brus hes  whereas in BLDC   m o tor the el ectro ni cs com m ut at i on i s  us ed an d   feed bac k  i s  ac hi eve d   by  hal l   sens or  o r   opt i c al  enco de r s o  t h at  t h spee d c ont rol  i s  m o re  preci se.           Fi gu re 1.   Vi e n na rect i f i e r fed  B L DC  dri v e   sy st em       Th h a ll sen s o r  is fi x e d in th m o to r to   g e n e rate th h i gh   o r   lo sign al wh en  the m a g n e tic po les  p a ss  th e sen s o r   wh i c h  is u s ed  to  determin e th e po sitio n   o f  th rotor. T h e BLDC  m o tor is classified as tra p e z oidal  t y pe and si nus oi dal  t y pe base d o n  t h e s h ape  of t h rot o r m a gnet  a nd st at o r  wi n d i n g.  In t h e t r apez oi dal  m o t o r   the bac k  EMF induce d in t h e trapez oi dal s h ape  an d it re qui res the  q u a s i-sq uare  cu rre nts f o r t h rip p le f r ee   to rq u e  op eration .   Similarly th e sin u so i d al mo tor indu ces  the sinusoi d al shaped ba ck   EMF and  it requ ires the  si nus oi dal  c u r r ent   fo r t h e ri ppl free  t o rq ue  ope rat i o n.  The st at o r  c o i l s are e n er gi z e by  t h e el e c t r o n i c   com m ut ati on depe n d i n g o n   t h e hal l  sens or  si gnal s . T h e s t at or coi l s  are  seq u ent i a l l y  ener gi zed , a  m a gnet i c   field is c r eated  and the  rotor  m ove s i n  a se que nt i a l   m a nner .   Th e co mm u t ati o n electron i c circu it con s ists  o f  sem i  co n ducto switch e s an d its  d r iv e con t ro l system  to  co n t ro l th e stato r  cu rren t. To  co m p lete  o n e  m ech an ical ro tatio n ,  fou r  po le BLDC   m o to r requ ires fou r   electrical cycles. T h e m a gnetic field dete rm ines the fo rce and s p eed  of t h e m o tor.  The stre ngth  of t h e   mag n e tic field  is d e p e nd ing   up on  t h e cu rrent th ro ugh   th e co il. Th e m o st p opu lar  PW M   co n t ro l tech n i qu e is  use d  f o r  co nt r o l l i ng t h e s p ee of t h e m o t o r .  The  st eady   DC  i n put   v o l t a ge i s   fed  t o  t h bri d ge i nve rt er a n d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Po wer  Qu a lity  Ana l ysis o f  Vien na   Rectifier fo r BLDC  Mo t o r Drive  App lica tio n   ( K . Sri n i v asa n )   9 con v e r t  i n t o  c ont rol l e AC  vol t a ge  by  co nt r o l l i ng t h e s e m i cond uct o r swi t c hes i n  t h e i nvert e r  usi n g P W M   cont rol technique and fe d to t h e stator  c o il to ene r gize . Therefore t h e stat or c o il current  is varied, the s p ee and torque  of the m o tor ca be adjusted.      2. 1. C o ntr o l  S y ste m  of  B L D C  Mo t o r Dri v   The  P W M  techni que  is sim p le and m o re popula r  m e thod i n  c ont rolling t h e s p ee d of m o tor  [8].  This   cont rol  sy st em   con s i s t s  of  o u t e r l o op  spee d a nd t o r q ue co nt r o l  an d i n ner  l o op c u rre nt  co nt rol l e [9] .  T h rot o r   p o s ition  is sensed   b y  h a ll sen s or and  th sp eed is d e ri v e d  b y   th in teg r atio n  o f  ro to r p o s ition .  In   the  sp eed  cont rol  l o o p , t h deri ve d s p e e d i s  c o m p ared wi t h  re fere n ce spee d a nd  f e d t o  t h e c ont r o l l e r t o   ge nera t e  t h e   referen ce t o rqu e .   In  th e t o rq u e  con t ro l loo p , th e act u a to rq u e  is co mp ared   with  th e referen c e torq u e  to  gene rate the three phase refe rence curre nt i a *, i b *, i c *. In the inner c u rrent  cont rol loop, the m easured i a  and i b   current  signals  are  fed to th e cu rr e n t c o n t ro lle r  an d th e i c  c u rre nt  value is  c a lculated.  Thes e curre nt si gna ls are   co m p ared  with referen ce curren t sig n a l to  gen e rate th e PWM to  ach ieve th e d e sired   ou tpu t  b y  ad ju st in g  the  PW M duty  cyc l e.          Fi gu re  2.  B l oc di ag ram  of B L DC  m o t o dri v e sy st em       2 . 2 .  A d va ntages     High  Sp eed   Op eration   un d e lo ad ed  an d un l o ad ed  con d ition s   R e spo n si venes s   & Qui c k Acc e l e rat i on.     Hi g h  P o wer  D e nsi t y  – i t  i s   ha vi n g  t h e  hi gh es t  ru n n i n g t o rq u e  pe r c ubi c i n c h   of  any   DC  m o t o r.     It  d o es n’t   ha ve  b r us hes,  i t  i s   m o re rel i a bl e.       3.   PRI NCI PLE OF  OPE R ATION OF VIE N N A  RECTI F IER   Th Vienn a  rectifier is  m o stly u s ed   for th p o wer qu ality i m p r ov em en t i n  th g r i d  sid e  for v a riou and  wide loa d   range. T h ere a r e vari ou s con t ro l techn i qu es  u s ed  to  con t ro l th e Vien na rectifier to  o b t ai n  th hi g h   po we r f a ct or a n d l e ss i n p u t  c u r r ent  T H D .  T h pr o p o se d c onst a nt   swi t c hi n g   fre q u ency  c o nt r o l   m e t hod  has m o re a d va ntage  com p are d  to c o nve n tional control m e th od s. Th e Vi en n a  rectifier i s  u s ed  as fro nt en conve r ter  for t h e BL DC  drive application t o  a voi d  th e line po llu tio n an d i m p r ov ing  t h p o wer fact o r         Figure  3. Thre e phase  Vienna  r ect i f i e r a s  f r o nt  en d c o nve rt er     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 1,  Mar c h  2 016    7  –  16  10 The  Vienna rectifier topology consists  of three bi directional switch which corresponds t o  each  phase  wh ich  in turn  is co nn ected   with  th ree  ph ase dio d e   b r idg e   rectifier. Th DC b u s   ou tpu t  vo ltag e  is con n ect ed  t o   th e lo ad  (BLDC driv er). Th e thr ee  b i d i rectio n a l switch  is switch i ng con tin uou sly at co n s tan t  switch i ng  freq u e n c y t o   draw th e line cu rren t i n   ph ase with lin v o l t a ge  res p ectively; it ensures t h e unity powe factor  and l e ss  TH D.  The s w i t c hi n g  st at e and t h e s i gn  of t h e i n p u t cu rren t  d e fine th e rectifier i n pu t vo ltag e When  th e switch  is t u rn   on  th e inpu in du ctor starts  ch arg i ng  a nd i n put curre nt increases a nd  when the s w itch i s  turn  o f f  th e in pu t in du ctor  cur r e nt d i sch a rg e th ro ugh  th e d i od e b r idg e  rectifier. Th Vienn a  rectifier b i d i rectio n a swi t c h i s   swi t c hi n g   On/ O f f  st at e depe n d o n  t h pha se c u r r e nt  o f  i n  eac pha se.     kN k k k V V dt di L          ( 1 )     Whe r e k=a,  b, c  Wh en  t h p h a se curren t  is  p o s itiv e,    1 0 0 2 k k kN S S E V          ( 2 )     Whe n  t h pha s e  cu rre nt  i s   neg a t i v e,    1 0 0 2 k k kN S S E V         ( 3 )     3. 1. C o ntr o l  S y ste m  of Vi en na Rec t i f i e r   The c onst a nt  s w i t c hi n g  f r eq u e ncy  co nt r o l  m e t hod i s  fi r m ness for  po wer  di st ur ba nc e, i t  excl ude sou r ce a n d l o a d   di st ur ba nce.   The  OC C  i s   ve ry  si m p l e , desi rabl e t h an  c o n v ent i o nal   feed back  c ont r o l  m e t h o d .   Thi s  c o nt r o l  m e t h o d  i s   ope rat i n g  at  c o n s t a nt  swi t c hi n g   fre q u ency  m odul at i o n  o f  t h e  o u t p ut   wave f o rm  i n st ead   o f  PWM; th erefore m a g n e tic size will b e  small. It co n s is ts o f   o n e   o r  t w o  i n tegrato r   with  reset,  flip-flop s,  com p arators ,  l ogic, linea r de vices. It  does n’ t re qui re a n y  m u l tip liers  and  th e v o ltage  sen s or . It  can o p erate b y   sensi n g ei t h e r  t h e i n duct o r c u r r ent   or s w i t c hi ng c u r r e n t .  T h e  im port a nt  i d ea  of  one -cy c l e  cont rol  i s  f o rci n g t h e   switch e d  v a riab le ex actly eq u a l to  reference sig n a l.  Assu m i n g  th at th e Vien n a  rect ifier is o p e rat e d  in  co n tinuo us-con du ction -  m o d e  (CCM), a g e n e ral equ a tio th at relates th in pu t ph ase  vo ltag e  and   du ty ratio  of  swi t c hes i s   de ri ve d f r om  an  avera g e m o d e l  of t h e Vi e n na rect i f i e r  [ 1 0] . Th e bl ock  di ag ram  of const a nt   sw itch i ng   f r e qu en cy con t ro l syste m  as sh own  in Figur 4 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Po wer  Qu a lity  Ana l ysis o f  Vien na   Rectifier fo r BLDC  Mo t o r Drive  App lica tio n   ( K . Sri n i v asa n )   11     Fi gu re   4 .   Uni f i e d s w i t c hi n g  f r eq ue ncy  co nt r o l  sy st em       The  vector vol t age at node  A, B,  C with   resp ect to  th n e utral p o i n t  O is  eq u a l t o  th p h ase v ector  vol t a ge  m i nus t h e i n duct o v o l t a ge La, L b , L c , w h ere  is the inductance  of t h e input i n duct o rs . T h e a v era g e   no de  v o l t a ge i n  eac h s w i t c hi ng  cy cl e V AN , V BN , V CN  a r g i ven i n  e quat i o n   (4 ).           0 * 1 0 * 1 0 * 1 0 * 1 0 * 1 0 * 1 2 2 2 2 2 2 c E c c E c CN b E b b E b BN a E a a E a AN i when d i when d v i when d i when d v i when d i when d v       ( 4 )     Th e clo c k  pu lse g e n e rator is set th e switch i n g   freq u e n c o f  th e co nv erter and  th e in teg r ation  ti m e   constant is als o  equal to the switc hing fre quency. T h e clock pulse sets  the SR flip-fl op at starting of each  switching cycle. The t h ree  phase inductor  current i La , i Lb , i Lc  p a ss th roug h  t h e fu ll wav e  rectifier ci rcu it to   co nv ert ab so l u te v a lu e o f  the Rs* i La , Rs*i Lb , Rs* i Lc  an d  fed to  th e in pu t o f  th three com p arat or. T h e voltage   lo op  co m p en sato g e n e rates th e V m  si g n al   by  com p ari n t h e o u t p ut  dc  vol t a ge  an d r e fere nce  vol t a g e . Th e   V m  signal is i n tegrated a nd  subt racted  from the V m  whi c h i s  fe d t o  a n ot he r i n put   of  t h e com p arat o r . T h e   slope  of ram p  signal c h anges  according t o  the error  volta ge [11]. T h e SR  flip -flop res e ts, by the  output of the   com p arator  for the  res p ective  phas e s a n d it turns  of th e sem i co n ducto r switch e s. Th e co m p arato r  is  com p aring t h e current re fe rence signal and i n tegrated e r r o r  vol t a ge si gnal ,  t h eref ore  base d o n  t h e cl oc pul s e   and  com p arator out put decide the  duty cycle of the  corres p onding s w itches for the eac switching cycl   3 . 2 .  A d va ntages    The  Vi en na  re ct i f i e r has  co nt i n u o u s  si n u s o i d al  i n put  c u rre nt .     Num b er  of IGBTs is less a n d m a nufacturi ng cost is als o  les s   Th b l o c k i ng   vo ltag e  str e ss  on   p o w e r  sem i c o ndu ctor  is  r e du ced to   h a lf of   th e D C  lin k voltag e   Th e con t ro syste m  is si m p le an d reliab l e and  it do esn requ ire an y m u ltip liers, vo ltag e  sen s o r s.    Th bo o s t i n ductan ce will  b e  red u c ed   du e to  u n i fied  con s tant switch i ng   freq u e n c y.    Th e con t ro syste m  is si m p le an d m o re reliab l e.    Thi s  c ont rol  m e t h o d  ca be a c hi eve d   by  se n s i n g  ei t h er t h inductor c u rrents or the  switching c u rre nts.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 1,  Mar c h  2 016    7  –  16  12 4.   DESIG N  C A L CUL ATIO N   Th e Vien na rectifier is su pp lyin g   p o wer  to  th inv e rter to  d r i v e th BLDC m o to r. Th e lo sses  considere d  for both  Vienna  rectifie r an d i nve rt er are a p pr o x i m at el y 500 W.  In  th e si m u la tio n  an alysis, th cri t i cal  com ponent s  val u es a r e cal cul a t e d a n d sem i cond uct o rs  are  co nsi d e r ed  i n  t h gene ral  si m u l i nk bl ock s .   The i n p u t   po w e r t a ke fr om  the s u ppl y  i s   7. 5k W,  t h p h as e pea k   vol t a ge  i s  1 0 0 V ,  Dc  l i n k  v o l t a ge  i s   60 0 V , i n p u t  c u rre nt  ri ppl e i s  1 5 % a n d ass u m e po we r fact o r  i s   0. 98 ,     I npu t pow er   P in  =3*V ph *I ph *c osø     cosø * * 3 ph in ph V P I 98 . 0 * 7 . 70 * 3 7500   A I ph 36   A I I I peak rms peak 51 2     Th e i n pu t inducto r   r i pp le cu rren t  is as  [1 2 ]     A I ripple 65 . 7 51 * 15 . 0 max     Th e i n pu b o o s t in du ctor L is  as [1 2 ]     sw ripple pk ph pk ph F I E V E V L * ) 2 / * 866 . 0 ( * 2 / * 866 . 0 max , ,   u H L L 805 10000 * 65 . 7 ) 300 100 * 866 . 0 ( * 300 100 * 866 . 0     Wh ere E is  DC lin k   vo ltag e   The DC link c a pacitor C 1  and C2 are e q ual value ca pacitance and the ca pacito v a lu e i s  d e term in ed  usi n g  si m u l a t i on  m odel   by   t r i a l  an d e r r o r  m e t hod  w h i c h i s  l e ss  t h a n  4 7 0 0 u f .   The   ri p p l e   vol t a ge  acr oss   cap acito r is less th an   2 % Th e BLDC m o to r torqu e   T e  is calcu lated  b y   m u l tip lyin g  the to rq u e  con s tan t   T k  and stator curre nt I a .   Th e stato r  curren t is  m easu r ed  at n o  l o ad  and  th e refe ren c e sp eed  con d itio n.  Th e m easured  torq u e  and stato r   cu rren t at  no  l o ad  co nd ition  is  sh own  in Fi g u re 5  and  Fi g u re  6   resp ectiv ely .     a k e I T T *   Nm T e 26 . 1 2 . 1 * 05 . 1       5.   SIMULATION RESULTS  Th sim u lat i o n  is carried  o u t   for BLDC m o to r driv wit h   V i enn a  rectifier .   Th V i enn a  rectifier DC   l i nk re fere nce  vol t a ge i s   6 0 0 V  an d re fer e nc e spee d o f   BLDC m o to r is 15 00  rp m .   The measured spee of  the   m o to r in  th e si m u la tio n  m o d e l is as sh own  i n  Fi g u re  7 .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Po wer  Qu a lity  Ana l ysis o f  Vien na   Rectifier fo r BLDC  Mo t o r Drive  App lica tio n   ( K . Sri n i v asa n )   13     Fig u re  5 .  Torqu e  ch aracteristics of BLDC mo tor          Fi gu re  6.  St at o r  i n p u t  cu rre nt   of  B L DC  m o t o r           Figure   7. Spee d c h aracte r istics of BL DC m o tor      Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 1,  Mar c h  2 016    7  –  16  14     Fi gu re  8.  I n p u t  v o l t a ge a n d  I n put  c u rre nt  si g n al           Fig u re   9. DC  lin k  vo ltag e  fed  to   inv e rter          Fi gu re 1 0 . In p u t   cu rre nt  har m oni di st ort i o n bar       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4     Po wer  Qu a lity  Ana l ysis o f  Vien na   Rectifier fo r BLDC  Mo t o r Drive  App lica tio n   ( K . Sri n i v asa n )   15 Th Vienn a   rectifier inp u t   voltag e  and  cu rren t wav e fo rm  as shown in Figu re 8 at fu ll load  co nd ition ;   m easured  DC  l i nk  vol t a ge i s   60 0 V  as sh o w n i n  Fi g u r e 9.  The  m easured input  curre n t harm o n i cs is les s  th an  4. 59 an d p o w er fact o r   i s  p h ase A  0 . 9 9 ,   p h ase  B  0. 99 a nd p h ase  C  0. 99 are  s h ow n i n   Fi g u re   1 0   a nd 1 1   resp ectiv ely at  fu ll lo ad  con d i t i o n .           Figure   11.  Measure d  powe r factor      6.   CO NCL USI O N       Th e sim u latio n  an alysis is carried   ou t for th BLDC d r i v er with   V i en n a  rectifier as  fro n t   end  con v e r t e usi n g M a t l a b  si m u l i nk.   T h desi g n  i s  i m pl em ent e d a n per f o r m ance o f  B L D C  m o t o r a n d   V i en na  rectifier is v e ri fied   with th e si m u latio n  m o d e l. Con s t a nt  s w i t c hi n g   fre q u e ncy  c ont rol  s y st em  i s  im pl em ent e for th V i en n a  rectifier t o  dri v e th e bridg e  i n v e rter  dr iv er  o f  BLDC m o to r .   Th V i enn a  rectifier sup p l ies th stead y DC link  vo ltag e   from th e u tility  su pp ly to  th e b r i d g e  i n v e rt er to   d r iv e the BLDC m o t o r .   Th perform a nce characteristics  of BLDC  m o tor like spee d, t o rque a n d stator  curre n t are  observe d The   V i enna   rect i f i e r i n p u t  l i ne c u r r ent  ha r m oni cs di st o r t i o n  a n d   po we facto r  is  v e rified  i n  t h e Matlab sim u latio n  an alysis.  Th e cu m u lativ e b e n e fits of th V i en n a   rect ifier and  th e co n t ro l techn i qu es are  u tilized  b y  th e BLDC  m o to d r i v er  wh ich  i n tu rn  resu lts in  ex orb itan t  im p r ov em en t o f  t h e po wer  qu ality.       REFERE NC ES   [1]   N.  Hemati and  M. C.  Le u.  “ A  co m p lete m odel  ch arac teri zation of   brushless dc motors”,  IEEE Trans. I nd. Applicat.,   Jan. /Feb . 1992 vol. 28 : pp . 172– 180.  [2]   Malliset ti R a j e sh Kum a r, Durai s am y L e nine , C h  Sai Babu . “ A   Variabl e  Switch i ng Frequen c with Boost Power   Factor Corr ectio n Converter”,  T E LKOMNIKA April 2011; Vol.9, No.1 : pp . 47~ 54.  [3]   M Tam ilvani ,  K Nith ya, M Srin ivasan, SU Prabha. “ H ar monic Reduction  in Variab le Frequen c y  Driv es Using   Active Power Fi lter Bule tin Te knik  Ele k tro dan  Informatika ( B u llet i n of  El ectri c a l Engin eering a nd Informatics) June 2014; Vol.  3, No. 2: pp. 119 ~126.  [4]   A. Jey a  Selvan  Renius, K.Vino th  Kumar. “Analy sis of Var i ab le Speed  PFC Ch opper FED BLDC Motor Drive”,  International Jo urnal of Power Elect ronics and Drive System ( I JPEDS) Februar y  2015; Vo l. 5, No. 3: pp.  326~335.  [5]   Johann W.  Kolar,  Uwe Drofenik,  and Franz  C.  Zach .  “VIENNA Rectifier  II—A Novel Single- Stage High- F r equenc y Is ol a t ed  Three-P h as e  P W M  Rectifi e r  S y s t em ,   IEEE Transactions on I ndustrial Electronics,  August  1999; VOL. 46,  No. 4.  [6]   K. Srinivasan K. Sundaram oorthi, S. Vij a y a n  IEE E  Mem b er, S. Param a siv a m  IEEE Mem b er. “ C om parat i v e   Evalu a tion of Various Control Techniqu es For Three  Phase Three Switch  Three Lev e Boost Converter”,    International Jo urnal of  A pplied Engineering  Research,  2015 ; Volume 10, Number  8 (2015): pp. 21 151-21163.  [7]   P. Pillay  and R.  Krishnan. “Applicati on ch aracter i stics of perm an ent m a gnet  s y nchronous and brushless dc m o tors  for servo dr ives”,  IEEE Trans. In d. App lica t .,  Sep t /Oct. 1991;  vol. 27: pp. 986–99 6.  [8]   P. Pilla y and R  Krishnan.  “Modeling ,  Simulatio n and Analysis of a Perm anent M agnet Brushless dc Motor Drive”,   Conference R e cord of I EEE /IAS Meeting, 1987;  p 8.  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S  Vo l. 7,  No 1,  Mar c h  2 016    7  –  16  16 [9]   Sundaramoorthi K, Srinivasan K and V ijay a n S. “Artificial Intelligen ce Ba sed  Modeling and Analy s is of BLDC   Motor Drive”, I n terna tiona l  Jou r nal of Applied  Engineering Res e arch,  2015; Vo lume 10, Numb er 8 (2015): pp.  20019-20028.  [10]   Chongming Qiao and Key u e M a  Smedle y .  “Thr ee-Phase Unity - Power-Factor Star- Connected S w itch (VIENNA)  Recti f ier wi th Unified Constan t - F requency  Integ r ation Contro l”,  IEEE T r ansacti ons on Power Elec tronics,  July   2003; VOL. 18,  No. 4.  [11]   R. Brown, M. S o ldano. In tern ati onal Re ctif ier ,   “One Cycle Control IC PFC  Con verter Design w ith IR1150”,  IR  application notes.  [12]   Jacobus Hendrik Visser . “Acti ve converter based on the Vienna r ectifi er to pology int e rfaci ng a three phase  generator to  a D C -bus”,  Thesis o f  Master  of Eng i neering ,  Dep t . Elec t. Eng., Univ ersity  of Pretoria,  March 2007       BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS     K. Srinivasan w a s born in Tamil Nadu, India,  o n  November 05, 1981. He received the B . E.  degree f r om Priy ad arshini  Engineering Co lleg e Vaniy a mbadi, in 2003 and the  M.E. d e gree in  Power Elect roni cs and Industrial  Drives from  Sa th y a bam a  Institu te of Scien ce an d Technol o g y   Deemed University , Chenn a i, in  2005. He has pu b lished 2 papers in Internation a Journals and 1   paper in Intern ational Conf eren ces. At present,  he is  Res earch  S c holar in Anna Univers i t y Chennai .  His  area of int e res t  in cludes  P o wer El ectron i cs and Drives; Magnetics design, Power   factor  corr ect ion  and v a rious   con t rol  tech n i ques. ( E -mail: k_srisun@ y a hoo .co . in) .         S. Vijay a n was  born in Tamil N a du, India, on  J a nuar y  17, 1968 . He receiv ed th e B.E. degr ee  from Mepco Sc hlenk Engineeri ng College, Siv a kasi, in 1989 and the M.E. d e gree in Power  S y stem from Annamalai Univ ers i ty , Ch idambaram,  in 1993. He  was awarded Ph .D in Electrical  Engineering fro m College of  Engineer ing Guin d y , Anna University  Chennai in  2008. He h a published 7  pap e rs in In tern atio nal Journals and   10 pap e rs in  International Conferences. He h a 20  years  of exp e rien ce in  the  te aching prof es s i on. At pres en t, h e  is  working as   a P r incip a l a t   S u r y Engine eri ng Colleg e Ero d e. His  ar ea of  i n teres t   includ es   P o wer Elec troni cs  and Drives DSP, FPGA, Speci al Ma chin es a nd Control .  ( E - m ail: svi j a y ansu r y a@gm ai l. com ) .         S. Paramasivam  was born in Coimbatore, India in 1971. He  received the B.E. deg r ee from GCT,   Coimbatore,  in  1995, the M.E.  degree from P.S.G  College of  Technolog y ,  Co imbatore, in 1999 and the Ph.D. degree from College of Engineer i ng, Anna University , Chenn a i, in 2004. His  inter e sts includ e  power ele c troni cs, AC m o tor  drives, DSP- and FPGA-based motor controls power-factor cor r ection,  magnetic  design, fuzzy  logic, neur al ne tworks, and controller design for  wind energ y  co nversion s y stem s. He has publis hed over 32 pap e rs on various aspects of SR and indu ction  m o tor driv es in  int e rnat iona l journ a ls and  confer ences worldwide.    Presently  h e  is working at Danfoss Industries, Ch ennai. He is also a Reviewer  for many  IEEE  journals, Acta Press, Indersci ence journals, Elsevier journ a ls , Hindwai journals, and IEEE  conferen ces. (E- m ail: p a ram s ath y a@ y a hoo.com )       K. Sundaramoorthi obtain e d his  Bachelor’s deg r ee in Electrical  and Electronics Engineering  from Ma dura i  Ka ma ra j  Uni v e r si ty ,  Ma durai .   The n  he obtained  his Master’s degree  in Power   Ele c troni cs  and   Drives  from  coll ege of  engin eer i ng Guind y . He  i s  pres entl a R e s earch S c ho lar  in Anna Univers i t y , Chenn a i .  His  s p eciali zat ions  are power ele c t r onics  and drive s . His  current   research  int e re sts are diff ere n t contro l te c hniques of B L DC m o tor drives. (E-m a il:  bstarss@ y a hoo .com).    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.