I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   9 ,   No .   1 Ma r ch   2 0 1 8 ,   p p .   231 ~ 239   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 9 . i1 . pp 2 3 1 - 239           231       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JP E DS   Perf o r m a nce  Ana ly sis  of H - bridg a nd T - Bridg e Mu ltilevel  Inv erte rs for  H a r m o nics  Reduc tion       S.  Ush a 1 ,   C.   Su bra m a n i 2 ,   A.   G ee t ha 3   ` De p a rt m e n o f   El e c tri c a a n d   El e c tro n ics   En g i n e e rin g ,   S RM   In stit u te o f   S c ien c e   a n d   T e c h n o lo g y ,   K a n c h e e p u ra m   6 0 3 2 0 3 ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Au g   3 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   J an   5 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   J an   1 9 ,   2 0 1 8       T h is  p a p e d e a ls  w it h   th e   d e sig n   o f   c a sc a d e d   1 1   lev e l   H -   b ri d g e   in v e rter.  It   in c lu d e s a   c o m p a riso n   b e tw e e n   th e   1 1   lev e H - b rid g e   a n d   T - b rid g e   m u lt il e v e l   in v e rter.  T h e   c a s c a d e d   in v e rter  o f   h ig h e lev e is  a   v e r y   e ffe c ti v e   a n d   p ra c ti c a so lu t io n   f o re d u c ti o n   o f   to tal  h a rm o n ic  d isto rt io n   (T HD ). T h e se   c a sc a d e d   m u lt il e v e in v e rter  c a n   b e   u se d   f o h ig h e v o l tag e   a p p li c a ti o n w it h   m o re   sta b il it y .   A th e   lev e is  in c re a se d   th e   o u tp u w a v e f o r m   b e c o m e m o re   sin u so i d a i n   n a tu re .   T h e   i n v e rter  is  d e sig n e d   u sin g   m u lt ica rrier  sin u so i d a p u lse   w id th   m o d u latio n   tec h n iq u e   f o r   g e n e ra ti n g   tri g g e rin g   p u l se f o th e   se m ico n d u c to sw it c h e u se d   in   th e   d e v ice .   T h ro u g h   th is  p a p e r   it   w il b e   p ro v e d   th a a   c a sc a d e d   m u lt il e v e H - b rid g e   to p o lo g y   h a h ig h e r   e ff icie n c y   th a n   a   T - b ri d g e   in v e rter,  a w h ic h e v e so u rc e   in p u v o lt a g e   is  p ro v id e d   sin c e   in p u is  e q u a t o   th e   o u tp u v o lt a g e .   In   T - b rid g e   in v e rter,  th e   o u tp u o b tain e d   is h a lf   o f   th e   a p p li e d   in p u t,   so   e f f i c ien c y   is j u st h a l f   a s   c o m p a re d   to   H - b rid g e .   T h e   o u tp u w a v e f o r m   is  d isto rted   a n d   h a h ig h e T HD .     T h e   si m u latio n   is  p e rf o r m e d   u sin g   M A TL A /S i m u li n k   2 0 1 3   s o f twa re .   K ey w o r d :   C ascad ed   m u ltil e v el  i n v er ter   H - b r id g e   P u ls W id th   Mo d u lati o n   ( P W M)   T - b r id g e   T o tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   ( T HD)   Co p y rig h ©   201 In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   C . Su b r a m an i,   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  an d   E lectr o n ics E n g i n ee r in g   SR I n s tit u te  o f   Sc ien ce   a n d   T ec h n o lo g y ,   Ka n ch ee p u r a m   6 0 3 2 0 3 ,   I n d ia   E m ail: c s m s r m @ g m ail. co m       1   I NT RO D UCT I O N   I n v er ter s   ar th e lectr o n ic  d e v ices  th at   co n v er t h d ir ec c u r r en p o w er   i n to   alter n a tin g   p o w er   b y   u s i n g   s e m ico n d u cto r   s w itc h es   lik e   MO SF E T ,   B J T ,   I GB T ,   GT etc.   Hig h l y   e f f icie n i n v er ter s   ca n   b u s ed   i n   u n i n ter r u p ted   p o w er   s u p p l y , h ig h   v o ltag a n d   Me d iu m   v o ltag m o to r   d r iv es,  F AC T S,  tr ac tio n s ,   an d   f o r   h ar n e s s i n g   r e n e w ab le  en er g y   lik w i n d ,   s o lar   etc.   b u th co n v e n tio n al  i n v er ter s   ar v er y   h ig h   in   co s t,  t h eir   ef f icien c y   is   p o o r   an d   t h e y   h a v v er y   h i g h   s w itc h in g   lo s s e s .   T h ese  d is ad v a n ta g es   ca n   b o v er co m b y   u s i n g   ca s ca d ed   m u lti lev el  i n v er ter s   an d   co m p ar is o n   o f   t w o   P W M   tech n iq u es  [ 1 ] .   T h o u tp u wav ef o r m   o f   in v er ter   is   s tep p ed   in   n at u r e.   E ar lier   in v er ter s   w er m ad u p   to   th r ee   lev els,b u w it h   t h ad v a n ce m en a n d   r esear ch   i n   th f ield   h a s   led   to   th d ev elo p m e n o f   m u l tile v el  in v er ter s   o f   h ig h er   o r d er s   lik 1 1 ,   1 3 ,   1 5   an d   1 7 .   T h m ai n   ad v an ta g o f   i n cr ea s i n g   t h le v el  is   th at  it  eli m i n ates  t h h a r m o n ics  a n d   h e n ce   i s   v er y   h a n d y   i n   r ed u ci n g   th e   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n   o f   th in v er ter .   T h ese  in v er ter s   ca n   b d es ig n ed   u s i n g   to p o lo g ies  lik d io d cla m p ed ,   ca s ca d ed   h   b r id g e,   f l y i n g   ca p ac ito r   to p o lo g y .   Mu ltil e v el  i n v er ter   p r o v id es  h ig h   q u ali t y   o u tp u t   w a v e f o r m .   T h e f f ic ien c y   o f   th e s i n v er ter s   ca n   b en h a n ce d   i f   t h e y   ar o p er ated   at  h i g h er   s w itc h i n g   f r eq u en c y   w it h   lo w er   n u m b er   o f   s w itch e s   in   s y s te m   [ 2 ] .   Ou tp u w a v e f o r m   is   g e n er ated   b y   u s i n g   m u ltip le   v o ltag le v els  t h at  ar d o n b y   v ar io u s   co n n ec t io n s   w i th   t h lo ad .   T h v ar io u s   co n n ec tio n s   w it h   th lo ad   is   ac h iev ed   b y   s w itc h i n g   th d if f er en MO SF E T at  d if f er en t i m es.   T h ese  p u ls e s   ar g en er ated   b y   m a n y   w a y s ,   o n s u ch   w a y   i s   t h s in u s o id al   p u ls w id t h   m o d u latio n   tec h n iq u e.   P W is   th p r o ce s s   o f   g en er atio n   o f   p u l s es   o f   co n s ta n a m p lit u d e.   T h is   ca n   b ac h ie v ed   b y   co m p ar i n g   a   ca r r ier   w a v a n d   th r e f er en ce   w a v e.   T h e   r ef er e n ce   w a v is   o f   lo w er   f r e q u en c y   an d   SP W h as  s in e   w a v as  r ef er e n ce   an d   ca r r i er   w av o f   h ig h er   f r eq u en c y .   U s u all y   s a w   to o th   o r   tr ian g u lar   w a v e f o r m   ca n   s er v as  th ca r r ier   s ig n al.   W h en   t h ese  w av e s   ar e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   231     2 3 9   232   p ass ed   th r o u g h   s o m lo g ic  co m p ar ato r   co n s ta n a m p lit u d p u ls es  ar g e n er ated ,   th at  ar u s ed   f o r   tr ig g er in g   th s e m ico n d u c to r   p o w er   s w i tch es.  T h lo w er   o r d er   h ar m o n ics  ar eli m i n ated   u s in g   A r tif icial  B ee   C o lo n y   ( A B C )   alg o r it h m   w i th   r ed u ce d   n u m b er   o f   s w itc h e s   in   th ca s ca d ed   m u ltil e v el  i n v er ter   p r o p o s ed   [ 3 ] .   T h e   eq u al  ar ea   cr iter io n   an d   h ar m o n ics  in j ec tio n   ar p r o p o s ed   f o r   r ea lizin g   th t w o   lev el  an d   m u lt ilev e in v er ter   [ 4 ] .   T o tal  h ar m o n ic s   d is to r ti o n   is   r ed u ce d   b y   s in g le  p h a s m u lt ilev e i n v er ter   u s i n g   v ar io u s   p u ls e   w id t h   m o d u latio n   tech n iq u e s   [ 5 ] .   I n   ca s ca d e d   i n v er ter   m a n y   s in g le  f u ll  b r id g e   in v er ter   ea c h   h av in g   its   o w n   d s o u r ce   ar co n n ec ted   i n   s er ies.  T h is   d v o lta g ca n   b o b tain ed   b y   u s i n g   d b atter y   o r   r en e w ab le  s o u r ce s   o n   th i n p u s id e.   E ac h   o f   th p o w er   s w itch   co n d u ct  f o r   cy c le  o f   1 8 0   d eg r ee s .   T h s tr ess   o n   ea c h   s w i tch   is   r ed u ce d   b ec au s o f   th e   s er ies  co n n ec tio n .   Ser ie s   co n n ec tio n   o f   T w o   B r id g in v er ter s   is   p r o p o s ed   w it h   m o d i f ie d   P W M   tech n iq u e ,   s w itc h in g   lo s s e s   ar r ed u ce d   w it h   les s   n u m b er   o f   s w i tch e s   [ 6 - 7 ] . T h e m er g en ce   o f   m u lti - le v el  tec h n o lo g y   i n   r ec en ti m es  h as  s er v ed   to   p lay   an   i m p o r tan r o le  i n   t h ar ea   o f   h i g h   p o w er   m ed i u m   v o lta g e n er g y   co n tr o l.     T h is   p ap er   p r esen ts   aa   ca s ca d ed   m u l tile v el  i n v er ter   w h ich   is   u s ed   to   r ed u ce   to tal  h ar m o n ic   d is to r tio n .   A   ca s ca d ed   m u lt il ev el  i n v er ter   co n s i s ts   o f   s er ie s   C B   B r id g ( s i n g le  p h ase,   f u ll  b r id g e)   i n v er ter   u n i ts .   I n   o r d er   to   i m p r o v t h h ig h   p o w er   h i g h   q u al it y   ap p licatio n s   o f   th e   m u lt ilev e to p o lo g y ,   t h e   n u m b er   o f   s w itc h es  h a v b ee n   r ed u ce d .   T h p r o p o s ed   m eth o d   n o o n l y   p r o d u ce s   th e   v ar iab le  AC   v o ltag e   w it h o u t   h ar m o n ics  b u also   r ed u ce s   t h n o   o f   s w itc h es.  T h s i m u lat io n   h as  b ee n   ca r r ied   o u u s i n g   m at  lab   S i m u li n k   s o f t w ar [ 8 ] . T h is   p ap er   p r esen ts   s in g le - p h a s ca s ca d ed   H - B r id g I n v er ter   w it h   m i n i m u m   n u m b er   o f   p o w er   elec tr o n ics  d e v ices.   E ac h   ce ll  o f   th e   p r o p o s ed   in v er ter   c o n s is ts   o f   4   u n id ir ec tio n al  s w itc h e s   a n d   s i n g le  b id ir ec tio n al  s w i tch .   T o   g en er ate  m u ltil e v el  o u tp u t   S in g l ca r r ier   an d   m u lticar r ier   P W m e th o d   is   u s ed .   T h p r o p o s ed   m u ltil e v el  i n v er ter   is   also   co m p ar ed   w it h   co n v en t io n al  s y m m etr ical  C HB ,   A s y m m etr ical  C HB   w it h   b in ar y   an d   tr ip le  co n f i g u r atio n s .   T h co m p ar is o n   is   ca r r ied   o u o n   th b asis   o f   n u m b er   o f   co m p o n en ts ,   n u m b er   o f   DC   s o u r ce s ,   n u m b er   o f   B alan cin g   ca p ac ito r s ,   S w itc h in g   an d   co n d u ctio n   lo s s es.   T h p r o p o s ed   C ascad ed   H - B r id g I n v er ter   i s   t h e n   s i m u lated   u s i n g   M A T L A B /SIM U L I NK   an d   is   i m p le m en ted   in   h ar d w ar e   u s i n g   SP AR T A N3 A   DSP .   [ 9 ]   Desp ite  o f   ca s ca d ed   b r id g m u ltil e v el  i n v er ter   s tr u ctu r allo w i n g   m o d u lar ized   cir cu it   la y o u a n d   p ac k ag i n g ,   it  s ti ll  h ad   th d r a w b ac k   o f   g e tti n g   p r o n to   h ig h   s w itc h i n g   lo s s es  d u to   h ig h   s w itc h i n g   f r eq u en c y .     T h is   p r o b lem   co u l d   o n l y   b r ec ti f ied   b y   eit h er   r e d u cin g   t h n u m b er   o f   s e m ico n d u cto r   s w itc h es  o r   d ec r ea s in g   th e   n u m b er   o f   s witch i n g   p er   c y cle.   T h is   p ap er   p r esen ts   a   1 1   lev el  ca s ca d ed   b r id g i n v er ter   f ee d in g   R L   lo ad ,   w h ich   o v er co m e s   t h f o r s aid   d r a w b ac k s   alo n g   w i th   t h ad v a n ta g o f   r ed u ce d   s w i tch i n g   lo s s es  a n d   le s s er   h ar m o n ic  d i s to r tio n .   T h p r o p o s ed   as y m m etr ical  H   b r id g i n v er ter   u s es  les s er   n u m b er   o f   s w itc h es  f o r   s w itc h in g   [ 1 0 ] .   T h u n eq u al   v o lta g s o u r ce s   c a n   h elp   i n   s h ap i n g   t h in v er ter   o u tp u t   v o ltag e.   W it h   p r o p er   s w itch in g ,   n u m b er   o f   lev e ls   ca n   b i n c r ea s ed   th u s   r ed u cin g   th e   h ar m o n ic  d is to r tio n .     I n   th is   p ap er   n e w   to p o lo g y   f o r   m u lt ilev e in v er ter   is p r esen te d   f o r   th r ed u ctio n   o f   to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n r ed u ctio n   in   s w i tch in g   lo s s e s   an d   h ig h er   v o lta g ca p ab ilit y   b y   i n cr ea s i n g   t h n u m b er   o f   le v els  u s i n g   ca s ca d ed   b r id g tech n o lo g y .   I in c lu d es  d esig n   an d   s i m u lat io n s   o f   1 1   lev el  C ascad ed   H - B r id g a n d   T - b r id g Mu lti - L e v el  in v er ter   u s in g   M A T L A B   SIM U L I NK  s o f t w ar e,   an d   co m p ar is o n   o f   T HD  lev e in   b o th   th ca s e s .   Ou tp u v o ltag e   lev e ls   ar p r o d u ce d   u s in g   m u lt icar r ier   s i n u s o id al  p u l s w id t h   m o d u latio n   tech n iq u e.   W av ef o r m   b ec o m e s   m o r s i n u s o id al  o n   in cr ea s i n g   th n u m b er   o f   lev els.   I n   th i s   p ap er , ch ap ter   I I   d esc r ib e s   ab o u th p r o p o s ed   ele v en   le v els  ca s ca d ed   h   b r id g in v er ter .   C h ap ter   I I I   d elin ea te s   t h s i m u latio n   cir cu it s   a n d   r esu lts   o f   f i v le v el,   ele v en   lev el  B r id g an d   T   b r id g in v er ter .   C h ap ter   I ex p lain s   ab o u h ar d w ar i m p le m en ta t io n   o f   th p r o j ec an d   T HD  c o m p ar ed   w i th   T   b r id g in v er ter .   Fi n all y   it is   co n clu d ed   in   C h ap ter   I V.         2   P RO P O SE E L E VE L E V E L   CA SCAD E H - B RID G E   I NV E R T E R     T h ca s ca d ed   m u ltil e v el  i n v e r ter s   h av e   m a n y   ad v a n ta g es  o v er   th co n v e n tio n al  i n v er ter s   th at  u s e   d io d es  an d   f l y i n g   ca p ac ito r s .   So m o f   t h m ai n   d is ad v an ta g es  o f   o t h er   to p o lo g ies  lik e   d io d cla m p ed   an d   f l y in g   ca p ac ito r   is   t h ch ar g in g   an d   d is c h ar g i n g   o f   ca p ac ito r s .   T h o u tp u v o lta g in   th e s to p o lo g ies  is   h al f   o f   t h ap p lied   d in p u t.  T h es in v er ter s   h av e   v er y   lo w   e f f icien c y ,   i.e .   h al f   o f   b r id g i n v er ter .   Ser ies   ca s ca d in g   r ed u ce s   t h s tr e s s   o n   in d i v id u a s w itc h es.  T h er is   lar g r ed u ctio n   i n   n o is a n d   elec tr o m a g n eti c   in ter f er e n ce s .   T h e f f ic ien c y   o f   th e s i n v er ter s   ca n   b f u r t h er   en h a n ce d   b y   i n cr ea s in g   th o p er atin g   f r eq u en c y .   T h p r o p o s ed   m o d el  is   t y p o f   m u ltil e v el  i n v er t er   d esig n ed   b y   t h ca s ca d i n g   t h 5   H - b r id g ea c h   h av i n g   it s   o w n   DC   s u p p l y   . T h n u m b er   o f   o u tp u v o ltag e   lev el  i n   a n   i n v er ter   i s   g iv e n   b y   t h eq u atio n N=   ( 2 * S+1 )     w h er e,   N=   n u m b er   o f   lev e ls ;S=  n u m b er   o f   i n d ep en d en t d s o u r ce s .   So ,   f o r   an   1 1   lev el  in v er ter   t h n u m b er   o f   s o u r ce s   r eq u ir e d   is   f iv e.   T h in v er ter   is   s y m m etr ical   t y p e.   T h e   in v er ter   i s   s y m m et r ical  as  al t h f i v v o ltag e   s o u r ce s   ar o f   eq u al   v o lta g e.   T h ter m   ca s ca d i n g   m ea n s   th a o u tp u o f   t h f ir s b lo ck   is   f ed   as  in p u to   th s e co n d   b lo ck .   Hen ce ,   b y   co m b i n in g   t h v ar io u s   d Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f H - b r id g a n d   T - B r id g Mu ltil ev el  I n ve r ters   fo r   Ha r mo n ics    ( S .   Ush a )   233   o u tp u lev el s ,   s tep p ed   o u tp u is   g e n er ated   h a v i n g   v ar io u s   d lev els.   T h n u m b er   o f   le v e ls   i n   p o s iti v c y cle   an d   n e g ati v c y cle s   ar eq u al. s o ,   f o r   an   ele v en   lev e c ascad ed   b r id g in v er ter   th D C   le v el s   ar e   +v , +2 v , +3 v , +4 v , +5 v ,   0 , - v, - 2v, - 3 v , - 4 v , - 5 v . T h in p u s u p p l y   ca n   b p r o v id ed   b y   u s i n g   DC   s u p p l y   o r   DC   v o ltag e s   g e n er ated   b y   s tep   d o w n   tr a n s f o r m er ,   an d   t h en   a   d io d b r id g r ec tif ier   to   g et  p u ls ati n g   DC   a n d   th en   f ilter   cir cu it  to   eli m i n at th r ip p les.  T h is   to p o lo g y   i s   v er y   h elp f u i n   h ar n e s s i n g   en er g y   f r o m   d i f f er en t   s o u r ce s   li k w in d ,   s o lar   etc.   T h d iag r am   co n s is t s   o f   5   h   b r id g an d   ea ch   b r id g co n s is ts   o f   4   s w i tch e s ,   s o   to tal  n u m b er   o f   s w itc h es  u s ed   is   2 0   ( S1 ,   S2 ,   S3 ,   S4 ,   S5 ,   S6 …. S1 9 ,   S2 0 ) . T h ese  s w itch e s   co n d u ct  i n   v ar io u s   co m b i n atio n s   to   g i v n ea r l y   s i n u s o id al  w a v e f o r m s .       2 . 1 .   P WM   T ec hn iqu e   P W is   p r o ce s s   o f   g en er ati n g   co n s tan a m p l itu d g ate  p u l s es  w h ic h   ar o b tain ed   o n   co m p ar i n g   a   r ef er en ce   s ig n al  o f   f u n d a m en t al  f r eq u e n c y   w it h   h i g h   f r eq u e n c y   ca r r ier   w a v e.   Her s in u s o id al  P W is   d o n e.   T h ec ar r ier   is   tr ian g u lar   w a v an d   h as  h i g h er   f r eq u e n c y   t h an   t h r ef er e n ce   s i g n al.   C o n s tan a m p l itu d g a te   p u ls is   g e n er ated   b y   m o d u la tin g   th d u t y   c y cle.   T h r eq u ir ed   p u ls is   g en er ated   w h e n   th r ef er en ce   an d   ca r r ier   w a v es  ar f ed   in to   co m p ar ato r   an d   b ased   o n   th lo g ic  g i v e n ,   o u tp u i s   p r o d u ce d .   Fig u r 1   s h o w s   t h e   p r o ce s s   o f   g en er ati n g   m u lt icar r ier   s in u s o id al  p u ls w id t h   m o d u latio n .           Fig u r e1 .   Mu lticar r ier   SP W M       T ab le 1 .   S w itc h in g   Seq u en ce     T h tab le  1   d ep icts   th v ar io u s   co m b i n atio n s   o f   s w itc h in g   f o r   g en er ati n g   v ar io u s     o u tp u D C   lev el s .       3   SI M UL AT I O R E S UL T AND  DIS CUSS I O N           Fig u r 2 .   Fiv L ev el  C ascad ed   B r id g I n v er ter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   231     2 3 9   234       Fig u r 3 . Ou tp u Vo lta g o f   Fi v L e v el  I n v er ter         Fig u r 4 .   T HD  o f   Fiv L e v el  I n v er ter       T h o u tp u v o lta g o f   f iv e   le v el  in v er ter   i s   g en er ated   i n   m a tl ab   Si m u li n k   s o f t w ar is   d e m o n s tr ated   i n   f i g u r 2 .   Fig u r 3   s h o w s   th g r ap h   is   p lo tted   b et w ee n   o u t p u v o lta g an d   ti m e.   T h o u tp u is   s tep p ed   an d   co n s is ts   o f   5   le v el s   . Fro m   t h e   FF T   an al y s is   o f   f i v le v el  i n v er ter   th to tal  h ar m o n ic  d is t o r tio n   is   3 3 . 7 6 is   s h o w n   in   F ig u r 4 .           Fig u r 5 .   E lev en   L e v el  C a s ca d ed   B r i d g I n v er ter       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f H - b r id g a n d   T - B r id g Mu ltil ev el  I n ve r ters   fo r   Ha r mo n ics    ( S .   Ush a )   235       Fig u r 6 .   Ou tp u t V o lta g w it h o u Fil ter       T h o u tp u v o ltag e   o f   e lev e n   l ev el  i n v er ter   is   g e n er ated   in   m atlab   Si m u l in k   s o f t w ar is   d e m o n s tr ated   in   f ig u r 5 .   T h s i m u latio n   i s   ca r r ied   o u f o r   1 1   lev el  in v e r ter   an d   o u tp u s o   o b tain ed   is   s tep p ed .   T h g r ap h   is   p lo tted   b et w ee n   o u tp u v o ltag a n d   ti m o n   x   a x is .   T h o u tp u w av e f o r m   i s   g en e r ated   u s in g   m atlab   Si m u li n k   it is   d e m o n s tr ated   i n   F ig u r 6 .           Fig u r 7 .   T o tal  Har m o n ics Di s to r tio n   w i th o u Fil ter       Sin ce   v o lta g s o u r ce   is   o f   1 0 0   ea ch ,   th e   p ea k   v o lta g e   ac h ie v ed   i s   5 0 0   V.   t h e   to tal   h ar m o n ic   d is to r tio n   n o ted   f o r   th i s   ca s e   is   1 3 . 1 3 %.  I n   th is   t y p o f   i n v er ter   3 r d ,   5 th ,   an d   9 th   h ar m o n ic s   ar al m o s t   n eg l ig ib lei s   d ep icted   in   f i g u r 7 .             Fig u r 8 .   Ou tp u Vo lta g W av ef o r m   w it h   Fil ter     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   231     2 3 9   236   Usi n g   f il ter ,   r ed u ctio n   i n   h i g h er   o r d er   h ar m o n ic  p r o b le m s   ca n   b o b s er v ed ,   w h ile  u s i n g   f ilter   in   th i n v er ter   o u tp u s id o f   t h r ee   p h ase  w i ll  lead   to r ed u ctio n   in h ar m o n ic s   p r esen at  t h in v er ter .   A   p u r e   s in u s o id al  s u p p l y   ca n   b g iv e n   to   th d r iv s y s te m   b y   t h u s e   o f   ad esig n ed   f ilter   i s   co n f ir m ed   in   f i g u r 8 .           Fig u r 9 .   T o tal  Har m o n ics  Di s to r tio n   w i th   F ilter       W h en   a   f ilter   i s   u s ed   to   d et er m in e   t h to tal  h ar m o n ic   d is to r tio n ,   s in u s o id al  w av e f o r m   ca n   b e   ac h iev ed   f r o m   s tep p ed   w a v e f o r m .   T h to tal   h ar m o n ic   d is t o r tio n   r ed u ce s   b elo w   5 %   ( 4 . 1 6 p r ec is el y ) .   T h u s   r ed u ctio n   in   t h le v el  o f   d is to r tio n   is   i n   ac co r d an ce   w i th   I E E E   s tan d ar d s   it is   d e m o n s tr ated   in   f ig u r 9 .       3 . 1   T   B RID G E   I NVE RT E   T h ese  in v er ter s   ar b est  s u ite d   f o r   lo w   v o lta g ap p licatio n s .   T - b r id g in v er ter   h a s f e w er   c o n d u ctio n   lo s s es  as  c u r r en i s   s h ar ed   b etw ee n   t h s w itc h es.  Her f ilter   r ip p le  f r eq u en c y   is   t w ice  t h s w itc h i n g   f r eq u e n c y   d u to   w h ich   le s s   a m o u n t o f   el ec tr o m a g n etic  m ater ial  is   r eq u ir ed .   An o th er   v er y   i m p o r tan ad v a n tag o f   T - b r id g in v er ter   is   t h at  it  d o esn h av d io d es  an d   at  ti m e   n u m b er   o f   co n d u cti n g   s w itc h es  ar less .   So ,   it  r e d u ce s   co s an d   g iv e s   g r ea ter   ef f icien c y .   Si m u latio n   o f   1 1   lev el  T   ty p i n v er ter   is   p r o v ed   in   f i g u r 1 0 .           Fig u r 1 0 . Si m u latio n   D iag r a m   f o r   1 1   L ev els  T y p I n v er ter   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f H - b r id g a n d   T - B r id g Mu ltil ev el  I n ve r ters   fo r   Ha r mo n ics    ( S .   Ush a )   237       Fig u r 1 1 .   Ou tp u t V o lta g o f   T   b r id g in v er ter       Fro m   th s i m u latio n   r esu l ts   o f 1 1   lev el  T   ty p in v er ter   w i th   its   o u tp u w a v ef o r m an d   FF T   an al y s is   i t   h as   les s   elec tr o m a g n etic  d i s t o r tio n   an d   le s s   co n d u ct io n   l o s s es  d u to   s h ar i n g   o f   c u r r en a m o n g   s w itc h es   o u tp u t v o lta g o f   t b r id g i n v e r ter   s h o w n   i n   f ig u r 1 1 .   T h T - t y p in v er ter   p r o d u ce s   h ea v i l y   d is to r ted   o u tp u w a v ef o r m .   T h T HD  co m p o n e n is   v er y   h ig h .   E v en   o n   u s i n g   s u itab le  f ilter s   th T HD  is   n ea r   1 2 %.  W h at ev er   in p u v o ltag is   g iv e n   o n l y   h al f   o f   th at  i s   o b tain ed   at  t h o u tp u t.  I t   h a s   a   b ig   l i m i tatio n   an d   ca n   o n l y   g i v h al f   o f   ap p lied   v o lta g e.   O n   lo o k in g   at   th e   F FT   an al y s is   to   f i n d   th e   T HD  w e   ca n   s ee   t h at  m u ltip les   o f   f u n d a m en tal  w a v ( h ar m o n ics)  l ik 3 r d ,   5 th ,   9 th   ar e   p r esen t,  an d   ca n   f u r t h er   r aise  m an y   o th er   p o w er   q u alit y   is s u es it is p r o v ed   in   f ig u r 1 2 .           Fig u r 1 2 .   T HD  o f   T   b r id g in v er ter       T h s i m u latio n   o f   5 ,   1 1   lev e in v er ter   an d   co n v e n tio n al  T   b r id g in v er ter   i s   ca r r ied   o u u s i n g   m at   lab Si m u li n k .   T h o u tp u t s   w e r co m p ar ed   an d   h en ce   it  was  co n clu d ed   th at  1 1   lev el  ca s ca d ed   b r id g in v er ter   h as  r ed u ce d   h ar m o n ic s . T h r ed u ce d   T HD  in   th co n v e n tio n al  w a s   f o u n d   to   b 5 . 7 6 [ 1 0 ] an d   4 . 6 %,  w h er as i n   th p r o p o s ed   co n f i g u r atio n   th T HD  is   4 . 1 6 %.       T ab le  2 : C o m p ar is o n   o f   T   an d   B r id g I n v er ter   H - B R I D G E   T - B R I D G E   1 )   T h e   max i m u m o u t p u t   v o l t a g e   i s e q u a l   t o   t h e   s u p p l i e d   i n p u t .   2 )   Ef f i c i e n c y   i s h i g h   a s c o m p a r e d   t o   T   B r i d g e .   3 ) T H D   o f   s y st e f o r   5   l e v e l   i s1 3 . 1 3 a n d   f o r   1 1   l e v e l     h   b r i d g e   w i t h   f i l t e r     i s   l e ss t h a n   5 %. ( w i t h i n   I EEE  st a n d a r d s)   4 ) O u t p u t   w a v e f o r m   i si n u so i d a l   w i t h   e l i mi n a t i o n   o f   3 ,   5 ,   7 ,   9   h a r mo n i c s .   1 ) T h e   max i m u m o u t p u t   v o l t a g e   i h a l f   o f   t h e   i n p u t   s u p p l i e d .   2 ) R e l a t i v e   Ef f i c i e n c y   i s o n l y   5 0   %.   3 ) T H D   o f   t h e   sy st e m fo r   T   b r i d g e   1 1   l e v e l   i n v e r t e r   i s 1 1 %.   4 ) O u t p u t   w a v e f o r i d i st o r t e d   a n d   l a r g e   n u mb e r   o f   h a r mo n i c s   a r e   p r e se n t .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694     I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr i S y s t ,   Vo l.  9 ,   No .   1 ,   Ma r ch   2 0 1 8   :   231     2 3 9   238   Fro m   t h s i m u lat io n   r es u lt s   o f 1 1   lev el  T   t y p i n v er ter   w ith   i ts   o u tp u w a v e f o r m a n d   FF T   a n al y s i s ,   it   is   co n c lu d ed   t h at   T   b r id g i n v er ter   h a s   le s s   elec tr o m a g n e tic  d is to r tio n .   I n   ad d itio n   to   t h is ,   it  a ls o   h as   les s   co n d u ctio n   lo s s es a s   it s h ar es t h cu r r en a m o n g   s w itc h es.       4   H ARDWA R E   DE SI G N   T h h ar d w ar d esig n   o f   t h e   in v er ter   is   s p lit  i n to   f o u r   m aj o r   p ar ts .   T h ese  ar d r iv er   s ec tio n ,   m icr o co n tr o ller   s ec tio n ,   co n v er ter   s ec tio n   an d   i n v er ter   s e ctio n .   T h s w itc h in g   d ev ice  u s ed   is   M OSFET   I R F8 4 0   b ec au s o f   its   lo w er   in ter n al  r esi s ta n ce   an d   v er y   s m all  p r o p ag atio n   d ela y .   T h d r iv er   cir cu it  co n s i s t s   o f   o p to co u p ler   T L P 2 5 0 ,   w h ic h   ac ts   as  a n   a m p li f ier   a n d   an   in ter f ac b et w ee n   d if f er e n v o ltag le v els.  T h e   m icr o co n tr o ller   u s ed   is   DSP I C 3 0 F2 0 1 0   w h ich   i s   1 6   b it  m icr o co n tr o ll er .   I o p er ates  at   d v o ltag o f   5 V.   So ,   f o r   p r o v id in g   5 d c,   v o lta g r eg u lato r   L M7 8 0 5   I C   is   u s ed .   T h to tal  n u m b er   o f   s w i tc h es  u s ed   is   9 .   O u t   o f   th ese  5   s w i tch e s   ac t a s   co n v er t er s   an d   4   ac t a s   in v er ter s .   T h b lo ck   d iag r a m   is   s h o w n   i n   F i g u r 1 3 .           Fig u r 1 3 .   B lo ck   Diag r a m   f o r   Har d w ar Desi g n           Fig u r 1 4 .     Har d w ar Desi g n   o f     E lev en   le v el  H - B r id g I n v er ter           Fig u r 1 5 .   Ou tp u t v o lta g o f   e lev en   le v el  H - B r id g i n v er ter       Har d w ar d esig n   ele v en   le v el   H - b r id g in v er ter   is   co n f ir m e d   in   f i g u r 1 4 .   T h f ig u r 1 5   s h o w s   t h e   o u tp u w a v e f o r m   t h at  i s   g e n er ated   f r o m   h ar d w ar d esi g n   i m p le m en ta tio n .   T h g r ap h   is   b et w ee n   o u tp u t   v o ltag a n d   ti m e.   T h o u tp u t c o n s is ts   o f   1 1   lev el s   an d   is   s tep p ed .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I n t J   P o w er   E lectr o n   &   Dr S y s t     I SS N:  2088 - 8 694       P erfo r ma n ce   A n a lysi s   o f H - b r id g a n d   T - B r id g Mu ltil ev el  I n ve r ters   fo r   Ha r mo n ics    ( S .   Ush a )   239   5 .     CO NCLUS I O N   H - b r id g to p o lo g y   h a s   m an y   ad v an ta g es  w h e n   co m p ar ed   to   T   lev el.   A h i g h er   le v el,   it  h a s   lo w   to tal   h ar m o n ic  d is to r tio n ,   r ed u ce d   s tr ess   o n   s w i tch ,   an d   h i g h   v o ltag co m p atib ilit y .   T h w av ef o r m   g e n er ated   is   s in u s o id al  to   lar g ex te n t.  T h ef f icie n c y   o f   H - b r id g i s   m o r th an   T - b r id g as  w h a te v er   in p u v o lta g e   is   ap p lied   at  in p u s id ap p ea r s   a o u tp u t,  id ea ll y   m a k i n g   it  t w i ce   m o r ef f icie n t.  T h is   m a k i b est  id ea s o lu tio n   f o r   Hig h   v o ltag d tr an s m is s io n ,   Flex ib le  A C   tr an s m is s io n   s y s te m   ( F A C T S),   T r ac ti o n   Utilit y ,   i n ter f ac f o r   r en e w ab le  en er g y   s y s te m s .       RE F E R E NC E S   [1 ]   Div y a   S u b ra m a n ian ,   Re b iy a R a sh e e d   F iv e   Lev e Ca sc a d e d   H - Bri d g e   M u lt il e v e In v e rter  Us in g   M u lt ica rrier  P u lse   W id th   M o d u latio n   T e c h n iq u e   In ter n a ti o n a j o u rn a o e n g in e e rin g   a n d   in n o v a t ive   tec h n o lo g y ,   Ju ly   2 0 1 3 : 3 (1 ) :4 3 8 - 4 4 9 .   [2 ]   G o b in a th ,   M a h e n d ra n ,   G n a n a m b a l,   Ne w   C a sc a d e d   H - Brid g e   M u lt il e v e li n v e rter  w it h   I m p ro v e d   E ff icie n c y   In ter n a t io n a J o u rn a o A d v a n c e d   Res e a rc h   in   E lec trica l,   El e c t ro n ics   a n d   I n stru me n t a ti o n   E n g in e e rin g ,   2 0 1 3 :   2 (4 ): 1 2 6 3 - 1 2 7 1 .   [3 ]   Ay o u b Ka v o u si,  Be h ro o z V a h id i,   Re z a   S a leh i,   M o h a m m a d   a z e m   Ba k h sh iza d e h ,   Na e e m   F a ro k h n i a   a n d   S . Ha m id   F a th i,   A p p li c a ti o n   o f   th e   Be e   A l g o rit h m   f o S e lec ti v e   H a r m o n ic  El im in a ti o n   S trate g y   in   M u l ti lev e In v e rters ,   IEE T ra n sa c ti o n o n   p o we r e lec tro n ics ,   2 0 1 2 : 2 7 ( 4 ):1 6 8 9 1 6 9 6 .   [4 ]   Da m o u n A h m a d i,   Ke Zo u ,   C o n g   L i,   Yi  Hu a n g   a n d   Ji n   W a n g ,   A   U n iv e rsa S e lec ti v e   Ha r m o n ic  El im in a ti o n   M e th o d   f o Hig h - P o w e In v e rters ,   IEE T RA NS AC T IONS   ON P OW ER   E L ECT RONICS ,   2 0 1 1 2 6 ( 1 0 ): 2 7 4 3 - 2 7 5 2 .   [5 ]   A d it y a   p a ra sh a Ca sc a d e d   H - Br id g e   M u lt il e v e In v e rter  in   S in g l e   P h a se   El e v e n   L e v e l   In ter n a ti o n a J o u r n a l   o f   En g i n e e rin g   Res e a rc h   a n d   Ap p li c a ti o n s 2 0 1 4 : 2 (4 ): 1 2 2 - 1 2 7 .   [6 ]   G .   P ra k a sh ,   C.   S u b ra m a n i,   S p a c e   V e c to a n d   S in u so id a l   P u lse   W id th   M o d u lati o n   o f   Qu a si Z - S o u rc e   In v e rter f o P h o t o v o lt a ic S y ste m ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o p o we r e lec tro n ics   a n d   Dr ive s S y s tem s ,   7 (3 ) 2 0 1 6 ,   p p .   6 0 1 ~ 6 0 9 .   [7 ]   A n g e lo   Am b risi,   M a ss i m il ian o   d e   M a g istri s,  Ra ff a e l e   F re sa   M u lt i - o b jec ti v e   Op ti m iza ti o n   Ba se d   De sig n   o f   Hi g h   Eff icie n c y   DC - DC   S w it c h in g   Co n v e rters ,   In ter n a ti o n a J o u rn a o p o we e lec tro n ic a n d   Dr ive s   S y ste ms 2 0 1 6 :7 ( 2 ) :   3 7 9 - 3 8 6 .   [8 ]   M a riara ja  P   Brin d h a S a k th Re d u c ti o n   o f   Ha r m o n ics   u sin g   S e v e n   Lev e l   Ca sc a d e d   M u lt il e v e In v e rter ,   In ter n a t io n a J o u rn a o E n g in e e rin g   Res e a rc h   & T e c h n o lo g y ,   2 0 1 4 :3 (3 ):   2 6 6 - 2 6 9 .   [9 ]   M . A ru n Ku m a r,   M.   Ka li a m o o rth y   A   No v e S in g le  P h a se   Ca sc a d e d   H - Brid g e   In v e rter  w it h   Re d u c e d   P o w e r   El e c tro n ics   S w it c h e s”   In ter n a ti o n a J o u rn a o I n n o v a ti v e   Res e a rc h   i n   S c ien c e ,   En g i n e e rin g   a n d   T e c h n o l o g y ,   2 0 1 4 :   3 (3 ):  3 7 0 - 3 7 5 .   [1 0 ]   Us h a ,   S . ,   S u b ra m a n i,   C. ,   Din e sh   Na id u ,   B . .   V ish n u   V e n k a tes h ,   M . S . R.   A n a ly sis  o f   n o n - iso late d   b id irec ti o n a a c ti v e   c la m p e d   DC - DC  c o n v e rter  f o P V   a n d   b a tt e ry   in teg ra ted   s y ste m s ,   In d ia n   J o u r n a o S c ien c e   a n d   T e c h n o l o g y V o l u m e   9 ,   Iss u e   2 2 ,   Ju n e   2 0 1 6 ,   A rti c le n u m b e r   9 3 1 9 1   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.