Internati o nal  Journal of P o wer Elect roni cs an Drive  S y ste m  (I JPE D S)  V o l.  5, N o . 3 ,  Febr u a r y   201 5,  pp . 38 3 ~ 39 I S SN : 208 8-8 6 9 4           3 83     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  A Tactical Chaos based PWM Technique for Distortion  Restraint and Power Spectrum Shaping in Induction Motor  Dri v es      V. Mo ha n 1 , N.Sta lin 2 ,  S. Jee v an ant h a n 3   1 Departm e nt  of  Ele c tri cal  and  E l ectron i cs Eng i ne ering,  E . G.S.Pil l a y Eng i nee r ing  College , N a gapa ttinam ,  Indi a   2 Department of Petroche mical Technolog y ,  Ann a  University   BI T Campus, Tiruch irappalli, Ind i 3 Department of Electrical  and   Elect ron i cs Eng i neering, Pondich er r y  E ngin eerin College, Puduch e rr y ,  India      Article Info    A B STRAC T Article histo r y:  Received Nov 14, 2014  Rev i sed  D ec 24 , 20 14  Accepte Ja n 16, 2015      The pu lse width   modulated vo ltage sour ce inv e rters (PWM -VSI) dominate  in   the modern industrial env i ron m ent.  The conv ention a l PWM  methods are  designed to hav e  higher fundamental vol tag e , easy  filter i ng and r e duced total  harmonic distortion (THD).   Th er e are num ber of  clus ter e d harmonics aroun d   the m u ltipl e s of switching frequency   in  the outpu t of convention a l sinusoidal   pulse width m odulation (SPW M) and  space v ector puls e  widt h m odulation  (SVPW M ) inverters.  This is du to th eir f i xed sw itching  frequ ency  while th variab le switching frequency  makes th e filterin g ver y  complex .  Random   carrier PWM (RCPWM)  methods are  th e host of  PWM methods, which use  randomized carr ier frequ ency   and resu lt in a  harmonic profile with well  distributed  harm onic power  (no  harm onic posse sse s signifi cant magnitude  and hence no filtering is requ ired).  This paper proposes a chaos-based PWM  (CP W M )   s t rateg y ,  which ut ili zes  a chao tic al l y  ch anging s w itch i n g  frequen c to spread  th e harmonics continu ously   to  a wid e band and  to  red u ce  the peak   harmonics  to a great  exte nt. Th is can b e  an  eff ective way   to s uppress the  current harmonics and  tor que rip p le  in indu ction   motor drives. Th e proposed   CPWM  sc he me  is simu lated using MATLAB / SIMULINK so ftware and  im plem ented in  three ph as e v o ltag e  s ource  i nverter (VS I)  us ing field   programmable g a te arr a y  (FPGA).        Keyword:  Harm onic s p re ad  factor  Indu ctio n m o to d r iv Power  sp ect ral d e n s ity   Pu lse wid t h   mo du latio n    Tactical Chaos   Tot a l  ha rm oni c di st o r t i o n   Vol t a ge  s o u r ce  i nve rt er     Copyright ©  201 5 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 V.Moha n, Ass o ciate  Profe ssor  Depa rt m e nt  of  El ect ri cal  and   El ect roni cs  E n gi nee r i n g,   EGS  Pillay Eng i n e ering  Co ll eg e,  Nag a p a ttin am  –   6 110 02 , Ind i a.  Em a il: v eerasamy. m o h a n @ yah o o . co     1.   INTRODUCTION  The m o t i on co nt r o l  i n  t oday s  i ndu st ri al  pr oc ess depe n d s l a r g el y  on ac d r i v es. The  basi c r e qui rem e nt  o f  an A C  dr i v e is a  po w e r   co nv er sion  syste m  w h ich  supp or ts  v a r i ab le  v o ltag e  v a r i ab l e  f r e qu en cy  (V VV F)   p o wer with  h i g h   q u a lity. The ac d r iv es can  b e  an o n e  fro m  th e well-kn own  cho i ces v i z. ac chop p e r,  cy cl ocon ve rt er , m a t r i x  conv e r t e r, a n d rect i f i e r an d v o l t a g e  so urce i nve rt er ( V S I) c o m b i n at i on.  D u e t o  t h ei r   merits, VSIs are d o m in an tly u s ed  no t o n l y as d r iv es  b u t  also  in  app licatio n s  lik e in du ctio n   h eatin g, stan d-b y   aircraft power  su pp lies, un in t e rru p tib le power sup p lies fo com put ers, hi g h  v o l t a ge dc t r ansm i ssi on l i n es et c.  Pul s e wi dt h m odul at i on (P WM ) co nt r o l  st rat e gi es ha ve  been t h e su b j ect  of i n t e nsi v e resear ch si nce i t s   devel opm ent  b y  pro f ess o Da vi d P r i n ce i n  t h e y ear 1 9 2 5 part i c ul a r l y  i n  dc-ac  po we r con v e r si o n . Pas t  fou r   decade s , the industry has se en  the develo pment of num erous  PWM p a tter ns with a ssocia t ed  th eo ries   fo improving the perfo rman ce  of the VSIs [1 ]-[4].  It  i s  desi rabl e f o r a P W M  i n vert er a ppl i cat i o n t o  e m pl oy   PW M switch i ng  strateg y  th at n o t  on ly ad dresses th e p r im ary issu es v i z, less to tal h a rm o n ic d i sto r tion  (THD),  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  5 ,   No 3 ,  Feb r uar y  201 5 :   3 83 –   39 38 4 effectiv e d c  bu u tilizatio n   etc. bu t also t a k e  cares  o f  seco nd ary issu es lik e electromag n e tic in terferen ce  redu ction ,  switch i ng  lo ss,  b e t t er spread i n g of   h a rm onic powe ove r the  spectrum   etc [ 1 ]- [8 ].   A lth oug h th b a sic in v e rter  is si m p le, th m o d e  o f  switch i ng  is ch alleng ing  in  con t rollin g  th em to ward s im p r ov ing  th perform a nce indices.  From  the literature s u rvey,  it is underst o od that  e n orm ous  am ount  of ef fort has been put  i n   im pro v i n g t h e  VSI s per f o r m ance i n  t e rm s of fu ndam e nt al  fort i f i cat i on, T HD m i nim i zati on, ha r m oni cs  el im i n at i on et c .  O n  t h ot he si de  issu es like electro m a g n etic in terferen c e (EM I ),  ha rm oni di st ri but i o n  et c.   need  f u rt her  i nve st i g at i o n  a n d  rem e di es.  The  ra nd om  pul se  wi dt h  m o d u l a t i o n  (R P W M )  t e c h ni q u e s are  becom i ng  popular a n d well accepted i n  industrial m o tor  drives a n d electric ve hicl es. T h e RPWM tec hni que s   effectively re duce the  acoustic noise, ra dio interfe re n ce a n d m echanical vibration  caus e by  ha rm oni cs wi t h   l o w s w i t c hi n g   fre que ncy  [ 9 ] .   A ne ran d o m  po si t i on s p ace  vect o r  P W M   (R PS VP W M schem e  wi t h  C 1 6 7   m i croco n t r ol l e r t o  re duce a u di bl e swi t c hi n g  n o i s e has  be en p r ese n t e d [ 10] As re po rt ed i n  [ 11] , t h e  po wer  spect ra  of a  r a nd om i zed pul se po si t i on P W M  (R PP -P WM ) ca n be  pre d i c t e d a nd  opt i m i zed by  sui t a bl y   p o s ition i ng  th e switch i ng   p u l se. A  h ybrid  R P W M  sch e m e   wh ich  g e n e rates th e rand o m  p u l se  po sitio n   PWM   si gnal s  wi t h  a ran d o m i zed freque ncy  t r i a n g u l a r car ri er fo r  im provi ng t h e  harm oni c spe c t r a sprea d i n g effect   has bee n  re p o r t ed [1 2] . A ra nd om i zat i on t e chni que  fo r co nd uct e d EM I r e duct i o n i n  fl y b ack c o n v e r t e r  has   been  pr op ose d  [13] . Pse u do - r an d o m  seque nce ge nerat o (PR S G) i s  us ed t o  pr o v i d e  aut o m a ti c dynam i di t h eri ng  fo r r e m ovi n g  u n d es i r ed i d l e  t o nes  i n  t h e o u t p ut   o f  t h e si gm a del t a   m odul at o r  ( S DM ) .  Per f o r m ance   en h a n cem en t o f  ev o l u tio nar y  alg o r ith m s  ( E A s )  has b e en  rev ealed  thr ough  ch ao tic seq u en ce [ 1 4 ] . Numer i cal   exam pl es i ndi cat i ng t h e pe rf o r m a nce co m p ari s o n  o f  t h e EA usi n g ra n d o m  and chaot i c  gene rat o r s  ha s bee n   prese n ted. The  chaos tim e  series anal ysis has been involved to capt u re  characte r istics of c o m p licated  load  beha vior a n devel ope d a  new s h ort term  powe r l o ad  forecasting m odel ba sed on c h aos the o ry  [15]. T h ran d o m   PW M  usi n g ran d o m   carri er   an d ra n dom   po si t i on h a bee n  di scu s s e d [1 6] -[ 1 8 ] .   The e x isting R P W M  m e thods  can im prove t h harm onic s p rea d ing a b ility of t h VSI undoubte d ly  wh ile th eir  p e rform a n ce is n o t ap preciab le.  Hen ce it is  un der s too d  t h at the r a ndo m n e ss created  by the  existing  ran d o m  carri er  P W M  an ra n dom  po si t i on  P W M  i s   not  ef fi ci ent .  F u rt her  i m provi n g  t h e s p rea d i n g e ffect , t h e   ran d o m n ess can be  gene rat e d  t h ro u gh t r i u m ph c h aot i c  seq u ence s. T h e pr op ose d   cha o s - base d P W M  ( C P W M )   strateg y wh ich u tilizes a ch aotically ch an g i ng  switch i ng  freq u e n c y to  spread  th h a rm o n i cs con tin uou sl y an d   per f o r m s  sui t a bl y  fo r ac  dri v es.  The  p r o p o se d C P W M   s c hem e  i s  sim u l a t e d usi n g M A TL AB / S IM U L IN K   soft ware  an d i m pl em ent e d i n  t h desi g n e d  t h ree  p h ase  VS I  t h r o ug h a  SP A R TAN - 6  FP G A  ( X C 6 SL X4 5 )   ki t .     1. 1. Ch aotic S e quence an d Rand omness   C h aos ,  ap pa re nt l y  di sor d e r e d  be ha vi o r  w h i c h i s   n o n e  th e less d e t e rm in ist i c, is a un iv ersal  phe nom e non  whic occurs i n  m a ny system in all areas   of science a n d e ngi neering.   For it to take  place the   equat i o ns  de sc ri bi n g  t h e si t u at i on m u st  be   no nl i n ea r a n d ,  th erefo r e th ey  are rarely so l v ab le in  cl o s ed   form .   Ch ao s is bou nd ed,  n o i se-lik o s cillatio n   with  an  infin ite  p e riod foun d in   n o n lin ear  d e termin istic syste m s. It is  characte r ized  by extrem e se nsitivity to initial conditions   that is an infi nitesim a perturbation to the  initial  co nd itio ns can g i v e  rise to  macro s cop i cally d i v e rg i n g   so lu tion s Th b e h a v i or  o f  a ch ao tic system   is  a   collection of m a ny  orderly beha vi ors, none of  which  dom i nates unde ordi nary circum stances. Chaotic   syste m s are more  flexi b le than  non-c h a o tic ones si n ce the  attractor s p a n s a larg vol ume of the  state space   and  wi t h   pr op er c ont r o l ,  o n e  can  ra pi dl y   swi t c h am on g  m a ny  di ffere nt  be ha vi o r s.   Thi s   gi ves  a  cl ue t o   im proving the   response as  we ll as the  dom ain  of operat i o in  system s th at  exh i b it ch ao for so m e  p a rameter   val u es .   Ch ao s th eory is a field  o f  stud y in   m a th e m atics, with  ap plicatio n s  in  sev e ral d i scip li nes in clu d i n g   m e t e orol o g y ,  s o ci ol o g y ,   phy s i cs, engi neeri n g, eco n o m i cs,  bi ol o g y ,  a nd  p h i l o s o p h y .  C h a o t i c  seque nces  have   good correlation properties and they can be  use d  as  addres s seque nces in Sprea d  Spectrum  Co mm unic a tion.  Chaotic functi ons a r e highly sensitive  to ini tial condition a nd e xhi bit non- linear be ha vior. In Cha o tic sprea d   spect r u m  co m m uni cat i on sy st em s, di ffe re nt  use r  m a y   be assi gne d i ffere nt  se que nces  gene rat e d wi t h   d i fferen t  in itial con d ition s   Meth od s to imp l em en t th e idea of ch aos in  th e fiel d of  power electronic  circuits a n d syste m s have   b een   d e tailed [19 ] -[2 1 ] . Bifurcatio n   d i agram   is th mo st po werfu l  to o l  to  inv e stig ate th e ch ao s and  bi f u rcat i o n be h a vi o r . I n  a bi fu rcat i on  di agra m ,  a peri odi c s t eady  st at e of the sy st em  i s  represe n t e d as a si ngl e   poi nt  or se ver a l  poi nt s eq ual  t o  t h e peri o d i c i t y  of t h e sy st em  for a fi xed param e t e r. For cha o s ,  n u m e ro u s   poi nts are pl ot ted in the dia g ram  because chaos m eans pe riod infi nity and t h e points  neve r fall at the sa m e   p o s ition .  Th erefore, t h e ch an ge  of  b e h a v i or  o f  a system  is clearly sho w n   as a  p a ram e ter is v a ried. So   we can  u tilize th e b i furcatio n d i ag ram   to  v i su alize th rou t e to ch ao s.    One i s s u e wi t h  rand om  or cha o t i c  ope rat i on i s  t h at  t h m a xim a l   t i m e  excur s i ons  of wa ve f o rm s of t h syste m ’s state varia b les incre a se. T hus , ra n d o m  and cha o t i c  op erat i o n m a y  have s u peri o r  spect ral  ( fre q u ency   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       A T a ctical Chaos  based PWM  Technique f o Distortio n Rest raint  and Pow e r Spectrum  Shapi ng…  (V.Mohan)   38 5 dom ai n) b u t  i n feri o r  ri ppl e (t i m e dom ai n) perf orm a nce wi t h  res p ect  t o  pe ri o d i c  op erat i o n o f  p o w er el e c t r o n i c   co nv erters. A co mm o n  an d si m p le ch ao tic fu n c tion ,  th e log i stic equ a tio is:     n+ 1 n n X =     X   ( 1 - X )                                                                                    (1)     The p r ope rt i e s of t h e l ogi st i c  fu nct i o n are w e l l  kno w n , b u t  we b r i e fl y  di sc uss t h em  here.  For  val u e s   of  λ  in (0,  3),  Equation (1) will c onve rge  to som e   value x. For  λ   bet w ee t h ree a n d a b o u t  3. 56  t h e s o l u t i on t o   (1) b i fu rcates i n to  two ,  th en  fo ur, th en  eigh t (an d  so  on period ic so lu tion s . Fo λ  bet w een 3.56 and four the  sol u t i o ns t o  ( 1 ) bec o m e  ful l y  chaot i c  nei t her co n v er ge n t  nor pe ri o d i c ,  but  vari a b l e  wi t h  n o  di scer ni bl e   p a ttern. As  λ  a p proaches  four, the  va riation i n  s o lu tions t o   (1) appears inc r easingly ra ndom .   Th us cha o t i c  s e que nces a r hi g h l y  un p r edi c t a bl e ran d o m  fu nct i o ns,  w h i c h can  hel p  i n  ge ne rat i n g   ran d o m  num bers. T h ese  n u m b ers  can  pa ve  a way  t o   ge ner a t e  ran d o m  freque ncy  ca rri e r s  f o P W M   sc hem e s.  Thi s   ca n be  e x pl ai ned  wi t h   t h e hel p   o f  Fi g u re   1 .   T h e ra n dom   si gnal  n s ( t ) va ri es  bet w e e n t h up per  a n d  t h e   lo wer bou nd aries. Its sam p les  are ind i cated  at three  poi nts  A, B a n d C.  T h ese  values  are taken as  gui delines   o f  t h e carrier trian g u l ar  wav e s g e n e rated .  The sam p lin g  A is a n e g a tiv e v a lu e, B is a zero and  C is a po sitiv num ber.  Thei r  res p ect i v fre que nci e s a r e l o w ,  m e di um  and  hi gh . M o re  n u m b er o f  sa m p l e s needs t o   be  co nsid ered  wh ile  u s ed   in a PWM technique .         Fi gu re  1.  R a n d o m  si gnal ,   n s (t )   g u i d e d  gene ra t i on of   t r i a n g u l a r wave   car ri er       The  basi c t ool  avai l a bl fo qua nt i f y i n g  t h e m e ri t  of any  P W M  t ech ni q u e i n  i t s  ha rm oni p o w e r   sprea d in g e ffec t  is harm onic s p rea d in facto r  (H SF ).     2 () N 1 HS F = Hj Ho N j> 1                                                                             (2)                                                                Whe r e,  N de n o t e s t h e t o t a l  num ber o f  f r e que ncy  com p o n ent s  c onsi d er ed,  H j  is th a m p litu d e  o f  t h e j th   com pone nt  a n d   H 0  i s  t h e a v era g val u o f  al l   com pone nt s.  It  i s  gi ven  by  t h e  eq uat i on:      1 H= 0 1 N H j N j                 ( 3 )                                                  Th e HSF  q u a n t ifies th e sp read sp ectra effect o f  th rando m   PW M schem e   an d  it shou ld  be s m all. Fo r  ideally   flat spectra  of  white  noise , the HSF  would be zero.        2.   PROP OSE D   METHOD  Th b a sic i d ea of th e pro p o s ed  CPWM is i n  tow  fo ld . First a ch ao tically freq u e n c y m o du lated- fi xe d m a gni t ude t r i a n g u l a r c a rri er  (C FM F M TC ) i s  ge ne rated .   Th en  the CFMFMTC is co m p ared   with  th trad itio n a l si n u so id al referen c e for pu lse  g e neratio n. Th e co m p lete sch e me is d e scri b e d   in  th e Fi g u re 2. The  ch ao tic seq u e nce is g e n e rated  and   p a ssed   to  th e tria ngu lar o s cillato r.  Th e triangu lar o s cillato r generates  C F M F M T C .  T h e m odul at i on  i nde x co rrect e d  t h ree  p h ase s i nus oi dal  re fer e nces are c o m p are d  wi t h  t r i a ng ul a r   wave s. T h pulses obtained a n d their invert ed  form s ar f e t o   t h e VS I aft e r dri v i n g u n i t .   T h se que nce of   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  5 ,   No 3 ,  Feb r uar y  201 5 :   3 83 –   39 38 6 ran d o m  nu m b ers ge nerat e d b y  chaot i c  seq u e nce d o es  not   exhi bi t  t h e l i m i t a t i on of  ot he r  ran dom  carri er P W M   (RCPW M m e th od s i.e. restri cted  rep e titio n   rate (li m ited  n u m b er o f  d i sti n ct p a ttern s). Th e wo rd  “th e  ran d o m   carrier” will get its flawless m ean in g   if t h e freq u e n c y i s  v a ried  cycle to  cycle ran d o m l y  lik e sh own in     Fi gu re 3.     C1 C2 C3 S1 S2 S3 S4 S6 S5 S i nus oi da l w ave 120 120 Tr i a n g u l a r   wa v e  g e n e r a t o r Ran d o m  nu m b e r u s in g  ch a o tic   s e q u en c e + + + f r e q ue nc y  v a l u e Co m p arato r Del a y C F MF MT C V a V b V c     Figure 2 .  Prop osed  Chaos ba sed P W M               Fi gu re  3.  C F M F M T C  wi t h   cycle to cycle va riation      2. 1. Ch a o ti c S e quence an d CF MFMT C   The  basi p r i n ci pl e o f  c h a o s- base d P W M  i s  t o   use   a c h aot i c signal  to  va ry the s w itching  or carrier  fre que ncy .   The  cha o t i c  seq u e n ce  descri bed  i n  t h e  E quat i o (4 ) i s  em pl oy ed i n  t h i s   pa per.     ) 1 5 ( 5 . 0 ) ( ) 1 ( c low high low n n x f f f f                                         (4)     2( ) ( ) 0 ( ) 5 (1 ) 52 ( ) c c xn i f xn a n d x n xn xn e l s e            Whe r e,    f is the  n th  s w itching fre quency  of  chao tic PWM,  chaotic se quences  x m a y  be  gene rat e d  si m p l y  by  i t e rat i on. T h u s  t h e swi t c hi n g  fre que ncy  m a y  be vari e d  f r o m   f lo w  to   f hig h . Arb itrary  p e riod ic o r b it can  b e   obt ai ne by   usi n g  di f f e r ent   va l u e o f  c.  T h e fl ow  cha r t  f o r  ge nerat i o of  cha o t i c  seq u e n ce i s  sh o w n i n  Fi g u re  4   an d on o f  t h p o s itiv e i n teg e r seq u e n ces  g e n e rated  b y   iteratio n  in  M A TLAB env i ron m e n t correspo n d s   to  c  6 i s  s h ow n i n  F i gu re  5.     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       A T a ctical Chaos  based PWM  Technique f o Distortio n Rest raint  and Pow e r Spectrum  Shapi ng…  (V.Mohan)   38 7     Fi gu re 4.   Fl o w chart  fo r ge ner a t i on of   cha o t i c   seq u e n ce           Fig u re  5 .  Gen e ratio n of  p o sitiv e in teg e r sequen ces  with   un ifo r m  d i stribu tion   for c=      3.   RESULTS  A N D  DI SC US S I ON   Si m u latio n s  are carried  ou usin g  M A TLAB so ft ware . The ch ao tic sequ en ce is co d e d  in  m -file wh ile  th e VSI sch e matized  in  Sim u l i n k  m o d e l (.m d l) file.  Th e m a in  ai m o f  th is sectio n  is co m p aring  th per f o r m a nces of S P W M  a n d  t h e devel ope d C P W M . T h e i n p u t  dc v o l t a ge (V dc ) i s  41 5 V  an d t h e  out p u t   fre que ncy  i s  t a ken a s  5 0 Hz . T h e swi t c hi n g  f r e que ncy  o f  SP WM  i s  3 KHz   whi l e  f o r c h a o s base d P W M   carri e r   f r e q u e n c y is  var i ed   f o r m  2 K H z  to 4KH z Th e l o ad is 3H P ,   2 20V 3   ph ase squ i r r e l cag e  indu ction   m o to r .   Si m u latio n  resu lts su ch  as fu nd am en tal  mag n itud e THD and   HSF are con s id ered for stud y .  Fi g u re  represen ts ou tp u t  lin v o ltag e s wh ile Figu re  7  ind i cates lin e cu rren ts. Figu re  8  illu strates th e h a rm o n i spect r u m  of l i n e v o l t a ge a n d F i gu re  9 s h o w s  t h e P o wer  spect ral  de nsi t y  f o SP W M .        Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  5 ,   No 3 ,  Feb r uar y  201 5 :   3 83 –   39 38 8       Figure 6 .   Si m u lated  lin e-lin v o ltag e  wav e form s o f   SPW M   fo r  Ma = 0.8  Figure 7 .   Sim u l a t e d cu rre nt   w a vef o rm s of  S P W M   fo r M a  =  0 . 8             Figure 8 .  Sim u l a t e d ha rm oni c spect r u m  of  S P W M   fo r M a  =  0 . 8   Figure 9 .   Pow e r s p ectral  den s ity  (PSD of  S P W M   fo r M a = 0 . 8       Harm oni c s p e c t r um  of C P WM  at  M a =0 . 8  a nd M a = 1 . 2  are  prese n t e d  i n  Fi g u r 10  and  Fi g u re  1 1   r e sp ectiv ely. In   th e pr opo sed   CPW M   sch e m e  t h e cl ust e r o f   harm oni c  spect ra  pea k   appea r s at  s w i t chi n g   fre que ncy  (f s )  an d t h resi dual  d o m i nant  ha rm oni cs o ccur  at  m u l t i pl es  of  swi t c hi n g   fre q u enc y  are   con s i d era b l y  r e duce d  at  t h e swi t c hi n g  fr eq u e ncy  and  o dd  m u l tip les o f  it. In   g e n e ral, th 1 - 10  kHz range is th e   regi on of the greatest annoy ance for human listeners.  Un fortun ately, th is reg i o n   may co in cid e  with  th switch i ng  frequ e n c o f  the po wer conv erters. Hen ce it is  im p o r tan t  th at th e acou s tic no i s e with  a frequen c y   below  10 kHz shoul d   be re duced.  T h eir ha rm onic  spect rum is shape d  a  half ci rcle a p pear around f s  a nd  pea k   cluster a ppe ars  at 2f s  and  its  m u l tip les.            Figure 10.  Simul a t e harm oni c spect r u m  of  C P W M   fo r M a = 0 . 8   Figure 11.  Simul a t e harm oni c spect r u m  of  C P W M   fo r M a 1. 2       0 0. 0 0 5 0. 0 1 0. 01 5 0. 0 2 0. 0 2 5 0. 03 0. 0 3 5 0. 0 4 0 . 045 0. 0 5 -5 00 0 50 0 Va b ( V) 0 0. 0 0 5 0. 0 1 0. 01 5 0. 0 2 0. 0 2 5 0. 03 0. 0 3 5 0. 0 4 0 . 045 0. 0 5 -5 00 0 50 0 Vb c ( V ) 0 0. 0 0 5 0. 0 1 0. 01 5 0. 0 2 0. 0 2 5 0. 03 0. 0 3 5 0. 0 4 0 . 045 0. 0 5 -5 00 0 50 0 V ca( V ) Ti m e  (se c ) 0. 2 0. 21 0. 22 0. 23 0. 24 0. 25 0. 26 0. 27 0. 28 0. 2 9 0. 3 -2 0 0 20 ia (A ) 0. 2 0. 21 0. 22 0. 23 0. 24 0. 25 0. 26 0. 27 0. 28 0. 2 9 0. 3 -2 0 0 20 ib (A ) 0. 2 0. 21 0. 22 0. 23 0. 24 0. 25 0. 26 0. 27 0. 28 0. 2 9 0. 3 -2 0 0 20 ic (A ) Ti m e  ( s e c ) Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       A Ta ctica l  Chao b a sed PWM Techn i qu e f o D i sto r tion  Rest ra in an d Po w e r Sp ectrum   Sha p i n g  (V.Moh an )   38 9 Tab l 1  an d 2  p r ov id e t h e com p reh e n s iv details o f   resu lts ob tain ed  fro m bo th   SPWM an d CPW M The  val u o f  t h e f u ndam e nt al  com pone nt  ( V 01 ), TH a n d HSF o f   t h e out put  v o l t a ge   are  l i s t e at  d i ffere nt   m odul at i on i n d e x val u e s  (M a ) .   For t h e e n t i r e wo rki ng ra n g e  C P W M  of fer s  l e sser HSF a nd T H D, an d h i ghe V 01 . At Ma=0.2  abou t 50 % redu ctio n  at  HSF is ob tained . Th e THD redu ctio n  is  marg in al wh ile th fundam ental e nha ncem ent is  noticeable.  At higher m odulation indices   the im provem e nt gai n ed in  HSF is  get t i ng re duce d .       Tabl 1. R e s u l t s  o f  S P W M   Ma  V 01   THD            HS F             0. 49. 059   257. 97   8. 312   0. 4 75. 86   164. 31   6. 142   0. 114. 00  121. 10  5. 880   0. 8 146. 60   98. 23   5. 566   1. 0 190. 90   68. 42   4. 952   1. 2 211. 80   62. 23   4. 243     Tabl 2. R e s u l t s  o f  C P WM   Ma  V 01   THD            HS F   0. 2 52. 28   255. 41   4. 1416   0. 4 76. 10   162. 44   3. 9262   0. 6 114. 5   120. 74   3. 8430   0. 149. 70  93. 76  3. 7899   1. 192. 10  67. 50  3. 5380   1. 215. 90  56. 09  3. 3225       3. 1. HA R D W ARE  IMPL E M E N T A T I O N   The  designe d   CPW M  logic i s  incorporated  as an  a r c h i t ect ure  usi n g  t h VH DL l a ng ua ge. M o d e l s im   9. 3f i s  em pl oyed as a t ool  f o r per f o rm i ng f unct i o nal  si m u l a t i on whi l e  Xi l i nx ISE  12 .1 i s  t h e sy nt hesi z e  t ool   fo r t h e R e gi st e r  Tra n sfe r  Le v e l  (R TL) l e vel   veri fi cat i o n an d i m pl em ent a t i on . The  f unct i onal   veri fi e d  c ode  of   th e arch itectu r e is do wn load ed  to th SPARTAN-6  FP GA (XC 6 SLX45) d e v i ce.  Th e fl o w ch art illu strated  i n   Fig u re 12  rep r esen ts th e respo n s i b ilities o f  Mo d e lsim  an d  Xilin x .  Th e cod e  alg o rith m  fo llo ws th e concep tu al  diagram  presented in  Figure  12.            Fig u r e   12 FPG A  D e si g n  f l ow  for  SPW M an d RPW M  sche m e s       The re gister transistor logic  (R TL)  vi ew o f  t h e devel ope d  archi t ect ure i s  gi ven i n  Fi g u r e 1 3 . T h d e v i ce u tilizatio n  su mmary is  fo und  in  Fig u re 1 4 .  Th e co mp lete ti min g  analysis is  d i ag rammed  in  Fig u r e 1 5 .   Rep r esen tativ e h a r d w a r e   h a rm o n i c sp ectr a  ar pr esen ted fo r Ma=0 .8 an d 1.2 in Figur 1 6  an d Figu r e  17  respectively. T h e capt u re d line volta ge  and  current  wa veform s are shown at   Fi gu re  1 8 .  The pul se pat t e rn  i s   rep r ese n t e i n  Fi gu re 1 9 .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  5 ,   No 3 ,  Feb r uar y  201 5 :   3 83 –   39 39 0     Figu re  1 3 . RT L Dia g ram  for   CP W M       Device Ut iliz a t i on Summ a r y ( e stimat ed values) Logic Ut iliz a t i on Used Available Utili z a tion   Nu m b er  of Slice Register 325 3006 4 1 Nu m b er  of Slice LUT s   793 1503 2 5 Nu m b er  of fully  used L U T- FF pair s   228 890 26%   Nu m b er  of bonded  I O Bs   10 186 5%  Nu m b e r  of  BUFG/ B UFGCTRLs   5 1 6 31%   Nu m b er  of DSP48 A 1s  3 3 8 8   Fig u re 14 . Device  u tilizatio n   su mmary          Fig u re  15 . C o m p le te ti min g   an alysis            Figure 16.  Harmonic sp ectru m fo of C P WM  Ma =  0.8   Figure 17.  Harmonic sp ectru of C P WM  for  Ma =  1.2     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PED S    I S SN 208 8-8 6 9 4       A Ta ctica l  Chao b a sed PWM Techn i qu e f o D i sto r tion  Rest ra in an d Po w e r Sp ectrum   Sha p i n g  (V.Moh an )   39 1       Figure 18. Lin e  voltages and   line  currents o f  phases  a &  b  (Ma =0 . 8 Figure 19.  G ating pulses       4.   CO NCL USI O N   Di st ri b u t i o n  o f  ha rm oni c p o w e becom e m a jo r t opi of  i n t e rest  i n   P W M - VSI  d r i v es . R a nd om  pul se   wi dt h m o d u l a t i on t ech ni q u es  aim  i n  reduci ng t h e HS F.  H SF i s  t h e i n di cat or f o ha rm oni c p o we r sp re adi n ab ility o f  a PWM techn i qu e. Rand o m n e ss  ad d e d  i n to  th PW wav e form  can  cau se the h a rm o n i p o wer t o   sprea d  o v e r  t h e ha rm oni c spect r u m  so that  no  harm oni c com pone n t  has a si gni f i cant   m a gni t u de. T h pr o pose d  cha o s based P W M  con f i r m s  t h at t h e ran dom ization o f  carrie r  fre q u en cy offe rs advanta g eous   feat ure s  suc h   as red u ce d t o t a l  harm oni c di st ort i o n, EM em i ssi on fr om  con v ert e r eq u i pm ent ,  acoust i c  an d   vi b r at i on e f f e c t s and  i m prove d   harm oni c p o w er s p ect r u m   in electronic  dri v e system s. For the e n tire  worki n ran g e CP WM  of fers lesse HSF a n d T H D, a nd  hig h e r  V 01 . A t  Ma=0 .2  abou t 50% r e du ction  at H SF is   o b t ain e d .  At  h i g h e r m o du latio n  ind i ces t h e i m p r o v e m e n t  gain ed  i n   HSF is g e tting  redu ced .       REFERE NC ES   [1]   KM Cho, WS  Oh, YT Kim, HJ Ki m. A new switching str a teg y  for pu lse width modulation (PWM) po wer  converters.  I E EE Transactions  on Industrial  Electronics . 2007; 5 4 (1): 330-337 [2]   T Sutikno, AJidin, NRN Idris. New approach  FP GA-based i m plementation of  discontinuous SVPWM.  Tu rk ish  Journal of Electrical  Engi neerin g &   Computer  Scien ces . 2010; 1 8 (4): 499-514 [3]   Prasad N.Enjeti, Phoivos  D.Ziogas,  James F.Lindsay . Programmed PWM Te c hniques to Elim in at e Harm onics : A  Critic al  Eva l ua ti on.  IEEE Transactions on   Industry App lica tions . 1 990; 26(2): 302- 316.    [4]   AM Hava, R  Kerkman, TA Lipo.  A High-Performance Generalized  Discontinuous PWM Algorithm.  IEEE   Transactions on  Industry applica tions . 1998 ; 5 .   [5]   TG Habetler, D M  Divan. Acoustic noise  r e duction in sinusoidal  PWM drives  using a randomly   modulated carrier,”  IEEE Transactio ns  on Power  Electronics . 1991; 6 :  356–363.  [6]   T Sutikno, M Facta. An Efficient Stra teg y   to Gen e rate High Resolution Thr ee-Phase Pulse Width  Modulation Sign al  Based on Field Progra mma bl e  Ga t e  Array .   International Journal of Comput er and Electrical Engineering . 2010;  2(3): 413-416 [7]   RL Kirlin , S Kwok, S Legowski, AM Trzy n a d l owski. Po wer spectr a  of a PWM inverter  with  randomized pu lse  position.  IEEE T r ansactions on Power Electronics . 1994; 9: 463–4 71.  [8]   Z Ibrahim, ML  Hossain, I Bugis ,  NMN Mahadi,  A Shukri,  A Hasim. Simulation I nves tigation of S P WM, THIPWM  and S V P W M  Techniques  for  Thr ee P h as e Vol t ag e S ource Inv e rt e r International  Journal of  Power Electronics an Dr ive Sys t em . 20 14; 4(2): 223-23 2.  [9]   BJ Kang, CM LiawKi-Seon Ki m, Young- Goo k  Jung, Young-  Cheol Lim.  Ran dom Hy ster esis PWM Inverter  with   Robust Spectru m Shaping.  I E EE Transactions  on Aeros paace a nd Electronic S y stems . 2001; 37( 2): 619-629.  [10]   SH Na, YG Jun g , YC Lim, SH Yang. Re duction  of audible switching noise in  ind u ction motor drives using random  position space v ector  PWM.  IEE Proceedings on   Elec tric  Pow e Applica tions . 20 02; 149(3): 195- 200.  [11]   R L y nn  Kirlin Sam  Kwok, Stanislaw Le gowsk i, Andrzej M Tr zy n a dlowski. Po wer Spectra of  a   PWM Inverter  with Randomized Pulse position.  IEEE Transactions  on Power  Electronics . 1994 9(5): 463- 4 72.    [12]   Ki-Seon Kim, Young-Gook Jung , Young-Cheol  Lim. A new Hy brid  Random PWM  scheme.  IEEE T r ansactions on  Power  E l ec tr oni cs . 2009; 24: 19 2-200.  [13]   KR AravindBritto, R Vimala,  K Baskaran. Randomized  Sigma-Delta Pulse Width M odulation Using FPGA for  Conducted  EMI  Reduction  in  Flyback Conv erter.  International Review  of  Electrica Eng i neering . 2 014; 9(1): 42-48.  [14]   Riccardo Capon etto Lu igi Fort una ,  S t efano F a zzino , M a ri a Ga briell a Xib ili a Chaotic Sequen ces to Improve  th Performance of   Evolution a r y  Algorithms.   I EEE Transactions  on Ev olutionary Co mputation . 2003 ; 7(3): 289 -304 Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                        I S SN 2 088 -86 94  I J PED S    Vo l.  5 ,   No 3 ,  Feb r uar y  201 5 :   3 83 –   39 39 2 [15]   Herui Cui, Xiu l i Song. An Empirical  Research o n  Short Term Power Load Forecasting B a sed o n  Chaos Theor y Proceed ings of International S e minar on Future Info rmation Technology and M anagement Engi neering ( F ITME) 2008; 394 -397 [16]   Alfonso Carlosena, Wing-Yee C hu, BertanBakk aloglu ,   Say f eKiaei. Randomized Carri er PWM With Exponential  Frequency  Mapp ing.  I E EE Transactions on  Power Electronics . 20 07; 22(3): 960-9 66.  [17]   Michael M Bech, Fred eBlaabjerg, J ohn K Pedersen. R a ndom Modulation  T echniqu es with  Fixed Switch i ng   Frequency  fo r Three-Phase Power Conver t ers.  I EEE Transactio ns on  Power  El e c tronics.  2000; 1 5 (4): 753-761 [18]   SYR Hui,  I Op pe rma nn,  F Pa sa lic ,  Sa thia kumar.   Microprocess o r-based Random PWM Schemes for dc-ac Pow e Conver s i on. Pr o ceed ings   of 26th Annual IEEE I n terna tiona l Power Elec tr onics  Specia lists Conferenc e  (PESC ' 9 5).   1995; 1: 307-31 2.  [19]   L Wang, K Smith.  On  chaoti c simulated  annealing.  IEEE Transactions on  Neural Networks . 1998; 9: 716–718 [20]   J  Determ an, J A  F o s t er. Us ing chaos  in gene ti c algori t hm Proceed ings of th e 1999 Congress on Evolutiona ry  Computation , Piscataway , NJ:  IEEE Press. 1999;  3: 2094–2101.     [21]   M a rcel le M e rh y,  Cris tina  M o rel ,  Eri c  Chauv eau ,  M oha med Machmoum. Reducing the  Spectr a Emissions of PFC  Converters b y  A n ticontro l of Chaos.  Internation a l Journal of Po wer El ectronics and Drive System  ( I JPEDS) . 2013;  3(2): 129-146       BIOGRAP HI ES OF  AUTH ORS       V. Mohan  recei ved Bach elor’s  degree in  the ar ea of El ect ric a and Ele c tron ics  Engine ering an d   Master’s degree  in Power Electr o n ics and Drives  from Bharathidasan University  in the  y e ar 1995   and Nov 2001 r e spectively .  No w he is pursuing  his  resear ch in  the ar ea of R a nd om Pulse Widt h   Modulation at A nna University Chennai, India.  He has around 1 6   y e ars of teach ing experience Currentl y  h e   is  working as  an  a s s o ciate  profes s o r in th e d e part m e nt of El ec tric al and  E l ec troni cs   Engine ering  at  E . G.S.Pill a y   Engi neering  Coll ege ,  Nagapa ttin am , I ndia.         D r .N .S talin   rec e ived th e Bach elor of Te chno log y  d e gree  in  Chem ical Eng i neer ing from   Bharath i dasan University Trich y  in 1999 and Mast er of Techno lo g y  in En erg y  En gineer ing from  REC (NIT),  Trich y  in 2003 . He completed  his  Ph .D. degree in  Energ y  Eng i neering from NIT,  Trich y  in 2007.  Since 2009, he has been with the  Department of Petroch e mical Technolog y   as an  Assista n t Profe ssor a t  Anna  Unive r sity ,  BIT c a m pus, Tiruch irapp a lli, India. He h a s published 10   papers in variou s referred intern ation a l journa ls and 28 publicatioons at  various  international  conferen ces .             Dr.S.Jeevananthan  received th e B.E .  degre e  i n  Elec tri cal  and  Elec troni cs  Engineer ing from  MEPCO SC HLENK Engineer ing Colleg e , Siv a kasi , Ind i a, in  1998, and th M.E. d e gree  from  PSG College of Techno log y , C o imbatore, Ind i a,  in 2000. H e  completed his Ph.D. degr ee from   Pondicherr y  University  in 2007 Since 2001, he  has  been with th e Depar t ment of  Electrical and   Electronics Engineering ,  Pondicher r y  Engin eering College, Pon d iche rr y ,  India,  where he is an   associate profes sor. He made  a significan contribution  to  the PWM theory   through his   publications and  has developed  clos e ti es with the intern ation a re s earch com m u nit y  in  the  ar ea He has author ed more than 5 0  papers publis hed in in tern ational and n a tio n al conf eren ce  proceed ings  an d profes s i onal  journals . He r e gularl y  r e views  papers  for a l l m a jor IEE E   Trans a c tions  in his  area and AM S E  periodicals  (F rance). H e  is  an active  m e m b er of the   professional societies, I E  (I ndia ) MIST E . , SE MCE . , a n d SSI.    Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.