I nte rna t io na l J o urna l o f   P o w er   E lect ro nics   a nd   Driv Sy s t e m   ( I J P E DS )   Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   201 7 ,   p p .   1 7 1 4 ~ 1 7 2 2   I SS N:  2088 - 8 694 DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v 8 i 4 . pp 1 7 1 4 - 1722           1714       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s jo u r n a l.c o m/o n lin e/in d ex . p h p /I JP E DS   Dig ital Co ntrol  for a  P V  P o w ered BLDC Mo tor         Sla m et   Riy a di   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   So eg ij ap r an ata  C at h o lic  Un i v er s it y   Se m ar an g ,   I n d o n esia        Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Sep   1 7 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   No v   7 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   No v   2 2 ,   2 0 1 7       S tan d - a l o n e   a p p li c a ti o n o f   P h o to v o lt a ic  ( P V c a n   b e   f o u n d   in   w a ter   p u m p in g   s y ste m s   f o ru ra a re a .   Th e   p ro p e e lec tri c   m o to m u st b e   c h o se n   f o o p ti m a c o n sid e ra ti o n s.   On e   o f   th e   m o d e rn   e lec tri c   m o to c a ll e d   b ru s h les m o to (BL DC)  c a n   b e   a n   a lt e rn a ti v e   f o th is  a p p li c a ti o n   a lt h o u g h   it   h a c o m p lex it y   in   c o n tr o l.   P o w e rin g   su c h   a   m o to b y   u sin g   e lec tri c   e n e rg y   g e n e ra ti n g   b y   P V   m o d u les   w il b e   a n   in tere stin g   p ro b lem .   In   th is  p a p e r,   a   P V   p o w e re d   BL DC  m o to s y ste m   is   p ro p o se d .   T h e   P m o d u les   m u st  p ro d u c e   m a x i m u m   p o w e a a n y   in sta n ti m e   a n d   th e n   t h is  p o w e m u st  b e   a b le  t o   ro tate   th e   m o to r.   By   c o m b in in g   se q u e n ti a sta to e n e rg izin g   d u e   to   a   ro t o r   d e tec ti o n   a n d   a   P W M   c o n c e p t ,   th e   sp e e d   o f   BL DC  c a n   b e   c o n tro ll e d .   M e a n w h il e ,   to   g e t   m a x i m u m   p o w e r   o P V   m o d u les ,   d e tec ti o n   o f   v o lt a g e   a n d   c u rre n o f   th e   m o d u les   a re   re q u ired   to   b e   c a lcu late d .   Dig it a S ig n a Co n tro l   (DSC)  is  im p le m e n ted   to   h a n d le  th is  c o n tro stra teg y   a n d   lo c k th e   w id th   o th e   P W M   sig n a t o   m a in tain   t h e   P V   m o d u les   u n d e m a x i m u m   p o we r   o p e ra ti o n .   T h e   e ff e c t i v e n e ss   o f   th e   p ro p o se d   sy st e m   h a s   b e e n   v e rif ied   b y   sim u latio n   w o rk s.  F in a ll y   th e   e x p e rime n tal  w o rk we re   d o n e   t o   v a li d a te   K ey w o r d :   B r u s h le s s   D C   m o to r   Dig ital  C o n tr o l   I n v er ter   P h o to v o ltaic   P W M   Co p y rig h ©   201 7   In s t it u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c 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 :   Sla m et  R i y ad i ,   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,   So eg ij ap r an ata  C ath o lic  U n i v e r s it y ,   P a w i y ata n   L u h u r   I V - 1 ,   B en d an   Dh u w u r ,   Se m ar a n g   5 0 2 3 4 ,   I n d o n esia.   e m ail:  s _ r i y ad i6 7 2 0 0 3 @ y a h o o . co m         1.   I NT RO D UCT I O N     P h o to v o ltaic  ( P V)   ca n   b i m p le m e n ted   i n   s tan d - alo n ap p li ca tio n s   o r   i n   P g r id   s y s te m s .   Mo s o f   th s ta n d - alo n ap p licatio n s   c an   b f o u n d   i n   w a ter   p u m p i n g   s y s te m s .   T h s y s te m s   co m m o n l y   i m p le m en AC   in d u ctio n   m o to r s   to   r o tate  th e   w ater   p u m p   w i th   o r   w ith o u t   b atter ies.  A lt h o u g h   th AC   m o to r   r e q u ir es  h i g h er   v o ltag r ati n g   f o r   o p er atio n ,   t h is   k in d   o f   m o to r   is   m o r p r e f er ab le.   P h as  ch ar ac ter is tic  th at  co m b in at io n   b et w ee n   cu r r en an d   v o ltag s o u r ce s ,   s o   t h o p er atio n   o f   P m o d u les  s h o u ld   r eg ar d   th m ax i m u m   p o w er   p o in ( MP P),   it  is   p o in w h e r th P m o d u le s   p r o d u ce   m ax i m u m   p o w er .   So lar   ir r ad ian ce   an d   te m p er atu r tak ef f ec t h lo ca tio n   o f   it s   MP P .   A p p licatio n   o f   P m o d u les  co m m o n l y   r eq u ir m ax i m u m   p o w er   p o in t   tr ac k er   ( MP PT )   to   en s u r th m ax i m u m   p o w er   w i l b e   g en er ated .   So m m eth o d s   o f   th e s h av b ee n   d escr ib ed   [ 1 ] , [ 2 ] .     So m ap p licatio n s   o f   P p o w er ed   w ater   p u m p i n g   s y s te m   u tili ze   AC   m o to r s   to   d r iv w at er   p u m p s .   T w o   co n v er ter   w a s   also   u s ed   in   th s y s te m ,   th p u s h - p u ll  c o n v er ter   w as  o p er ated   as  MP PT  an d   t o   in cr ea s th v o lta g le v el,   th i n v er ter   w as  i m p le m en ted   to   co n v e r DC   v o lta g in to   AC   [ 3 ] .   I m p le m e n tat io n   t h e   s tan d ar d   DC - D C   w as  ap p lied   f o r   its   s i m p lic it y   [ 4 ] , [ 5 ] .   Fo r   h ig h   p o w er   r atin g ,   th r ee   p h ase  AC   i n d u ctio n   m o to r s   w er o f ten   u s ed .   T h es m o to r s   r eq u ir ed   th r ee   p h ase   in v er ter s   to   d r iv a s   th s ec o n d   co n v er ter   an d   a   MP PT   ca n   ap p ly   p u s h - p u l c o n v er ter   [ 6 ] .   An   i n d u ctio n   m o to r   d o esn h a v c h ar ac ter is tic  as  g o o d   as  th e   ch ar ac ter is tic   o f   a   D C   m o to r   b u t h i n d u c tio n   m o to r   h as   s o m e   ad v a n ta g es.  T h p r o b lem   o f   a   DC   m o to r   i s   d u to   its   co m m u tato r ,   b u a s   th p o w er   elec tr o n ic s   a n d   d ig ital  tech n o lo g y   ad v a n ce   t h co m m u tato r   ca n   b e   r ep lace d   b y   a n   elec tr o n ic  cir c u it.  An   elec tr ic  m o to r   w h ic h   ad o p ts   th is   co n ce p t h en   is   ca lled   b r u s h less   D C   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       Dig ita l Co n tr o l fo r   a   P V   P o w ered   B LDC   Mo to r   ( S la met  R iya d i)   1715   m o to r ,   th is   m o to r   h a s   b ee n   im p le m e n ted   in   m a n y   ap p lica tio n s .   A   B L D C   m o to r   is   p r ef er ab le  af ter   d ig ital  co n tr o h as  b ee n   g r o w in g   r ap id ly .   So m tech n iq u e s   h av e   b ee n   d ev elo p ed   in   co n tr o llin g   B L DC   m o to r s ,   co n d u ctio n   an g le  co n tr o an d   cu r r en t   m o d co n tr o ca n   b u s ed   a s   b as ic  co n ce p [ 7 ]   o r   f o u r   q u ad r an t   o p er atio n   th at  is   s u itab le  f o r   elec tr ic  v eh icles  [ 8 ] .   Fo r   b etter   p er f o r m a n ce ,   an   ad ap tiv co n tr o u s i n g   f u zz y   in f er en ce   [ 9 ]   an d   d ir ec t to r q u e   co n tr o u s i n g   f u zz y   lo g ic  co n t r o ller   f o r   B L DC   ca n   b i m p le m en ted   [ 1 0 ] .   So m o f   th e   p r ev io u s   m et h o d s   u s ed   ad v a n ce d   s tr ate g ies  to   o b tain   h ig h   p er f o r m a n ce   B L DC   d r iv e.   Fo r   ce r tain   ap p licatio n s   s u c h   as  w ater   p u m p i n g   s y s te m ,   s i m p licit y   b ec o m e   an   i m p o r ta n c o n s id er atio n   s o   t h e   s i m p le   co n tr o s tr ateg y   s h o u l d   b i m p le m en ted .   T h p r o p o s ed   s y s te m   co n s is t in g   o f   P m o d u le s   p o w er ed   B L DC   m o to r   is   d escr ib ed   in   t h is   p ap er .   A   th r ee - leg   i n v er ter   is   u s ed   as  an   in ter f ac b et w e en   th P m o d u le s   an d   th B L D C   m o to r ,   th is   i n v er ter   m u s o p e r ate  as  MPPT   an d   a   B L DC   d r iv er .   T o   a d ju s t h s p ee d   o f   th B L DC   m o to r ,   th d u t y   c y c le   o f   th i n v er ter   s tatic  s w i tch es  ar m o d u lated .   T h s y s te m   h a s   to   lo ck   t h o p er atin g   p o in t   at  MP P   th at  i s   r ep r esen ted   b y   ce r tai n   s p ee d   o f   th e   B L D C   m o to r .   T h d s P I C 3 0 F4 0 1 2   is   i m p le m en ted   a s   co r o f   t h co n tr o ller .   Fin all y ,   t h e f f ec ti v en e s s   o f   t h p r o p o s ed   s y s te m   h as  b ee n   p r o v en   b y   s i m u lat io n   an d   e x p er i m e n tal  w o r k s .       2.   T H E   P P O WE RE B L DC   M O T O SYST E M   C o n n ec ti n g   lo ad   to   B L DC   m o to r   w ill  m ak t h m o to r   r u n   at  s p ee d   w h er th to r q u o f   th lo ad   eq u als  to   th to r q u o f   t h m o to r .   T h m u lt ip licatio n   o f   th t o r q u an d   th s p ee d   r esu lt s   in   th p o w er   r eq u ir ed   b y   th m o to r .   W h en   th e   p o w e r   is   in cr ea s ed ,   th s p ee d   w i ll  also   b h i g h er   to   ac h ie v t h p o w er   eq u ilib r iu m .   T h p r o p o s ed   s y s te m   ca n   b s ee n   i n   Fi g u r e. 1 ,   P m o d u le s   a r u s ed   to   s u p p l y   B L D C   m o to r   v ia  an   i n v er ter .   T h p r o p er   o p er atio n   o f   th s y s te m   w il f o r ce   th P m o d u les  g en er ate  m a x i m u m   p o w e r   at  an y   co n d itio n .   W h en   th s o lar   ir r ad iatio n   is   h ig h   t h p o w er   p r o d u ce d   w il b h ig h   a n d   v ice  v er s a.   T h in v er ter   w il tr an s m i t   th is   p o w er   to   th B L D C   m o t o r   th en   r esu lts   i n   th s p ee d   o f   th m o to r   ac h ie v th p o w er   eq u ilib r iu m   w h er e   u n d er   id ea co n d itio n ,   all  th p o w er   g en er ated   b y   th P m o d u les  eq u als  to   th p o w er   ab s o r b ed   b y   th B L D C   m o to r .   T h t w o   f u n ct io n s   o f   t h i n v er ter   as  MP P T   an d   m o to r   d r iv er   ca n   b e   co n tr o lled   b y   t h e   i m p le m en ta tio n   o f   t h DS C   as   th co r o f   th co n tr o ller .             Fig u r 1 .   T h p r o p o s ed   s y s te m   b lo ck s     Fig u r 2 .   Stato r   w i n d in g s   a n d   r o to r   o f   th th r ee - p h ase  B L DC   m o to r       2 . 1 .   B L DC  M o t o a nd   I nv er t er   B r u s h les s   D ir ec C u r r en t   ( B L DC )   m o to r   h a s   p er m a n e n m a g n e ts   o n   i ts   r o to r   an d   th e   s tato r   co n s is ts   o f   p h ase   w i n d in g s .   A   th r ee   p h a s B L D C   m o to r   m a y   h a v f o u r   p er m a n en t   m ag n et   r o to r   p o les  an d   s i x   s tato r   w i n d i n g s .   T h s tato r   w i n d in g s   ar co n f i g u r ed   as  t h r ee   p h ase  w in d i n g   as  s h o w n   i n   Fig u r e. 2 .   T o   m a k e   ea s ier   to   b u n d er s to o d ,   th m o to r   is   cu th en   th s tato r   an d   r o to r   ca n   b e   d e p icted   in   Fig u r e. 3 .   T h r o t o r   p o les   ar n a m ed   as  N1 ,   S1 ,   N2 ,   S2   w h ile  t h s tato r   p o les  ar A 1 ,   B 1 , C 1 ,   A 2 ,   B 2 ,   C 2 .   Fo r   th s tato r   p o le   B 1   an d   B 2   ar alig n ed   w it h   t h r o to r   p o le s ,   th e y   ar n o t e n er g ized .   I n   o r d er   to   m ak t h r o to r   m o v to   th r ig h t,  t h s tato r   p o le - A   m u s b en er g ized   to   b No r th   p o le  o f   m a g n e an d   th s ta to r   p o le - C   m u s b en e r g ized   to   b So u t h   p o le  o f   m a g n et.   T h is   co n d it io n   ca n   b ass u m ed   th at  c u r r en t   f lo w s   f r o m   s tato r   A   to   C .   T h r o to r   p o s itio n   is   s en s ed   b y   t h r ee   h al l - e f f ec t se n s o r s   H1 ,   H2   an d   H3   r esu lts   in   1 0 1   in   Fig u r e. 3 .           A B C N Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 7 1 4     1 7 2 2   1716         Fig u r 3 .   Sp r ea d - v ie w   o f   t h t h r ee - p h a s B L D C   m o to r   f o r   p h ase - B   ali g n ed     Fig u r 4 .   Sp r ea d - v ie w   o f   t h t h r ee - p h a s B L D C   m o to r   f o r   p h ase - C   ali g n ed       T h n ex s tep   is   s h o w n   i n   F ig u r e. 4   w h e n   t h p h ase - C   is   ali g n ed .   T h is   co n d itio n   i s   d etec t ed   b y   h all - ef f ec s e n s o r   as  1 0 0 ,   in   o r d er   to   m a k t h r o to r   m o v to   th e   r ig h t,  t h s tato r   p o le - A   m u s b k ep to   b No r th   p o le  o f   m ag n et  a n d   th s tato r   p o le - B   m u s b en er g ized   to   b So u th   p o le  o f   m ag n et.   T h is   co n d itio n   ca n   b e   ass u m ed   t h at  cu r r en f lo w s   f r o m   s tato r   A   to   B   an d   s o   o n T o   d er iv th eq u atio n s   o f   th r ee   p h ase  B L DC   m o to r ,   s o m as s u m p tio n s   ar t ak en ,   f o r   ev er y   p h ase  s tato r   w i n d i n g   h as  r esi s ta n ce   R ,   i n d u ctan ce   L   a n d   b ac k   elec tr o   m o ti v f o r ce   ( E MF)   th en   th e y   ca n   b s ta ted       a a a a e dt di L i R v .                 ( 1 )     b b b b e dt di L i R v .                 ( 2 )     c c c c e dt di L i R v .                 ( 3 )     w h er v ,   i a n d   ar p h ase  v o lt ag e,   p h ase  c u r r en t a n d   b ac k   E MF.   Fo r   b ac k   E MF  d ep en d s   o n   th r o to r   s p ee d   th en   it c a n   b d er iv ed   as     m e e a f K e . .                 ( 4 )     m e e b f K e . 3 2 .                 ( 5 )     m e e b f K e . 3 2 .                 ( 6 )     w h er e e e m f K , , ,   ar th r o to r   s p ee d   ( r ad /s ) ,   b ac k   E MF  co n s tan t,   tr ap ez o id al  f u n ctio n   ( V/r ad . s )   an d   elec tr ic  r o to r   an g le  ( r ad ) .   T h en   f i n all y ,   elec tr o m ag n et  to r q u ca n   b ca lcu lat ed   as     m c c b b a a e i e i e i e T . . .                 ( 7 )   or     c e b e a e T e i f i f i f K T . 3 2 . 3 2 .           ( 8 )     B ased   o n   th ab o v eq u atio n s   th en   t h m o to r   ch ar ac ter is tic  c an   b r ep r esen ted   in   Fi g u r e. 5 .         N 1 S 1 N 2 S 2 S 2 N N S S A 1 A 2 C 2 B 1 B 2 C 1 1 0 1 H 1 H 2 H 3 3 0 s e n s o r   N 1 S 1 N 2 S 2 S 2 N N S S 1 0 0 A 1 A 2 C 2 B 1 B 2 C 1 H 1 H 2 H 3 3 0 s e n s o r Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       Dig ita l Co n tr o l fo r   a   P V   P o w ered   B LDC   Mo to r   ( S la met  R iya d i)   1717       R L a e R L b e R L c e a i b i c i S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 D C   S o u r c e B L D C   S t a t o r I n v e r t e r A B C     Fig u r 5 .   T o r q u e - Sp ee d   ch ar ac ter is tic  o f   t h r ee - p h ase  B L D C   m o to r     Fig u r 6 .   T h r ee   p h ase  th r ee   leg   in v er ter   f o r   d r iv i n g   th r ee - p h ase  B L DC   m o to r       T o   m a k th B L D C   m o to r   r u n s ,   cu r r en m u s f lo w   t h r o u g h   t w o   w i n d i n g s   in   t h s tato r .   T h p r o p er   s eq u en ce   m u s t b ch o s en .   T h i s   ca n   b o b tain ed   b y   u s in g   t h r ee   p h ase  t h r ee   leg   i n v er ter   as sh o w n   i n   Fi g u r e. 6 .   A a n y   i n s ta n ti m a n   u p p er   s id s w itc h   a n d   lo w er   s id s w itc h   f r o m   d if f er en leg   w i ll   b ON  s tate.   Fo r   ex a m p le,   i f   t h p h ase - A   s tato r   an d   p h ase - B   s tato r   w i ll  b m ad as  No r th   p o le  an d   So u th   p o le  o f   m ag n et,   t h e   p o in t - A   a n d   p o in t - B   m u s b co n n ec ted   to   th p o s itiv a n d   n eg ati v p o lar it y   o f   th D C   s o u r ce .   T h is   co n d itio n   is   ac h iev ed   b y   clo s i n g   t h s witch es   S1   a n d   S4 ,   an d   it   is   a s s u m ed   as  th e   f ir s s tep .   T h s ec o n d   s tep   m a y   b e   s elec ted   to   m ak t h p h a s e - A   s tato r   an d   p h ase - C   s tato r   w ill  b as  No r th   p o le  an d   So u th   p o le  o f   m ag n et  t h e n   th s w i tch e s   S1   an d   S6   m u s b clo s ed   an d   s o   o n     2 . 2 .   P ho t o v o l t a ic  M o du les   T o   p r o v id elec tr icity   in   th r e m o te  ar ea   w h er t h er is   n o   u tili t y ,   P m o d u les  ca n   b u s ed .   T h ese  co n v er s o lar   en er g y   in to   D C   elec tr ic  en er g y .   A   P m o d u le   is   n o v o lta g s o u r ce   o r   cu r r en s o u r ce ,   b u t h e   co m b i n atio n   o f   b o th .   P ch ar ac ter is tics   cu r v ca n   b s ee n   in   Fig u r e. 7 ,   to   g en er ate  m a x i m u m   p o w er ,   th P m o d u le  m u s b o p er ated   at  th p o in ca lled   m ax i m u m   p o w er   p o in ( MP P ) .   T h lo ca t io n   o f   t h is   p o in i s   in f lu e n ce d   b y   s o lar   ir r ad ian c an d   t h m o d u le   te m p er at u r e.   Op er atio n   u n d er   t h i s   MP P ,   th e   m o d u le s   w ill   p r o d u ce   cu r r en I MP P   an d   v o ltag VM P P ,   s o   th p o w er   g en er ated   is   s tated   as     M P P M P P M P P I V P .                 ( 9 )     C o n n ec ti n g   a n y   lo ad s   to   P m o d u le  w ill   h a v a n   o p er atin g   p o in a n y w h er e.   A   c o n tr o ller   is   r eq u ir ed   to   m o v t h o p er atin g   p o in lo ca tio n   clo s er   to   th MP P ,   th is   co n tr o ller   is   al s o   ca lled   as  m ax i m u m   p o w er   p o in tr ac k er   ( MP PT ) .   I m p le m e n tatio n   o f   P m o d u le s   w it h   MP PT   w ill  r ed u ce   t h n u m b er   o f   m o d u les   f o r   ce r tain   v al u o f   p o w er   g e n er ated .           Fig u r 7 .   C h ar ac ter is t ic  cu r v o f   p h o to v o ltaic  m o d u le     2 . 3 .   T he  Co ntr o l Sche m o f   T he  P ro po s ed  Sy s t e m   T h B L DC   m o to r - w ater   p u m p   in   th p r o p o s ed   s y s te m   i s   s u p p lied   b y   th elec tr ic  en er g y   g en er ated   b y   th e   P m o d u le s .   T h th r e p h ase  i n v er ter   is   u s ed   a s   MP PT   an d   d r iv er   f o r   th B L D C   m o to r .   I f   t h e   elec tr ic  p o w er   g en er ated   in cr ea s es  t h e n   t h m o to r   w ill   r u n   f a s ter ,   i f   t h elec tr ic   p o w er   d ec r ea s es  th e n   th e     R a t e d   S p e e d R a t e d   T o r q u e P e a k   T o r q u e M a x i m u m   S p e e d C o n t i n u o u s   T o r q u e   Z o n e I n t e r m i t t e n t   T o r q u e   Z o n e S p e e d T o r q u e Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 7 1 4     1 7 2 2   1718   m o to r   r u n s   s lo w e r .   Un d er   id ea co n d itio n ,   th p o w er   ab s o r b ed   b y   th m o to r   al w a y s   e q u als  to   th p o w er   g en er ated   b y   t h P m o d u les.   T h co n tr o ller   o f   th p r o p o s ed   s y s te m   r eq u ir th r ee   q u a n titi e s ,   th ese  ar P v o lta g e,   P cu r r en an d   h all - ef f ec t   s e n s o r   a s   r o to r   p o s itio n   d e tecto r .   D u to   ( 7 )   o r   ( 8 ) ,   th B L DC   m o to r   s p ee d   ca n   b co n tr o lled   b y   ch an g i n g   th e   v al u e s   o f   i ts   p h a s cu r r en o r   v o lta g e.   Fro m   th p r ev io u s   a n al y s i s ,   t h c u r r en f lo w i n g   in to   t h e   s tato r   w in d i n g   is   r eg u lated   b y   th ac tio n   o f   t w o   s w itc h es  f r o m   u p p er   an d   lo w e r   s id e.   Fo r   ex a m p le,   to   m a k e   th cu r r en f lo w   f r o m   p h a s e - A   to   p h ase - B ,   th s w itc h   S1   an d   S4   m u s b ON  w h ile  th o th er s   ar OFF.  B y   m ak in g   t h u p p er   s w itc h   S1   ON  an d   OFF  b ased   o n   P W ( P u ls W id th   Mo d u latio n )   c o n ce p an d   k ee p   S4   s till   O N,   th a v er a g v al u o f   c u r r en f lo w i n g   in   t h s tato r   w i n d in g   ca n   b r eg u lated .   T h is   m et h o d   is   t h e n   u s ed   to   co n tr o t h m o to r   s p ee d .   Fin all y ,   t h d u t y   c y cle  o f   th P W w av e f o r m   w il d ete r m in e   t h a v er ag e   v alu o f   th c u r r en f lo w i n g   i n   th s tato r   w in d i n g .   T o   l o ca te  th o p er ati n g   p o in t   o f   P m o d u le s ,   P & ( P er tu r b   &   Ob s er v e)   m e th o d   is   u s ed   in   t h is   p ap er .   T h is   m et h o d   is   co m b in ed   w i th   t h P W c o n ce p ts   to   ac h iev th p o w er   eq u i lib r iu m .   W h e n   th e   o p er atin g   p o in o f   P m o d u le s   i s   o n   t h le f t   s id o f   MP P   th en   t h co n tr o ller   w il m o v e   th p o in to   th e   r ig h t .   A t h is   t i m e,   t h d u t y   c y cle  w il in cr ea s to   m a k t h B L DC   m o to r   r u n s   f a s ter .   B u if   th o p er atin g   p o in t   p ass es t h MP P   th en   th e   p o w e r   g en er ated   b y   t h P m o d u le s   g o e s   d o w n ,   t h d u t y   c y cle  will d ec r ea s a n d   th e   m o to r   r u n s   s lo w er .   T h i s   co n d itio n   w ill  f o r ce   th o p er atin g   p o in m o v e s   to   th lef in   o r d er   to   in cr ea s elec tr ic   p o w er   g en er ated .   T h f lo w ch a r t o f   th p r o p o s ed   co n tr o l stra t eg y   i s   d ep icted   in   Fi g . 8 .           Fig u r 8 .   Flo w c h ar t o f   t h p r o p o s ed   s y s te m   co n tr o ller       3.   RE SU L T S AN AN AL Y SI   R ef er r i n g   to   t h Fig u r e. 1 ,   co m p u ter   s i m u latio n s   w er d o n b y   u s i n g   P SIM   to   v er i f y   t h ab o v an al y s is .   Di g ita co n tr o is   i m p le m en ted   b y   C - B lo ck   i n   P SIM   b ased   o n   th f lo w c h ar d ep icted   in   Fig u r e. 8 .   Deta iled   p ar am eter s   f o r   s i m u l atio n   w o r k s   ar p r esen ted   i n   T ab le  1 .       T ab le  1 .   P ar am eter s   f o r   th s i m u latio n   w o r k s   P V   mo d u l e s 6 0   W p   ( e a c h   mo d u l e )   4   mo d u l e s i n   se r i e s c o n n e c t i o n   ( 2 4 0   W p )   V mp p   =   1 7 . 1   V o l t   I mp p   =   3 . 5   A mp e r e   I n v e r t e r   T h r e e   p h a se   t h r e e   l e g   i n v e r t e r   w i t h   D C - L i n k   C a p a c i t o r   2 0 0 0   u F   C o n t r o l l e r   D i g i t a l   C o n t r o l   u s i n g   C - B l o c k   B L D C   M o t o r     T h r e e   p h a se   st a t o r   w i n d i n g   L o a d   0 . 8   N m       T o   m ak e   t h cu r r e n o f   t h P m o d u le s   h as   n ea r l y   co n s ta n v al u e,   ca p ac ito r   is   i n s er t ed   b et w ee n   th m o d u les  a n d   th i n v er ter .   T h d u t y   c y cle  in f l u en ce s   t h s p ee d   an d   th p o w er   ab s o r b ed   b y   t h m o to r ,   th is   ca n   b s ee n   i n   t h Fig u r e. 9     Fig u r e. 1 2 .   T o   o b s er v th e f f ec ti v en e s s   o f   t h co n tr o m et h o d ,   Fig u r e. 1 3   an d   Fig u r e. 1 4   s h o w s   th a th P m o d u les  ar ca p ab le  to   g en er ate  elec tr ic  p o w er   clo s to   th m ax i m u m   p o w er     d e t e c t i   &   v C a l c u l a t e p   =   v * i p   =   p _ o l d Y p   >   p _ o l d v   =   v _ o l d v   =   v _ o l d Y Y Y N N v   >   v _ o l d v   >   v _ o l d d   =   d   +   Δ d d   =   d   -   Δ d d   =   d   +   Δ d d   =   d   -   Δ d Y Y N N N N S t a r t d e t e c t R o t o r   p o s i t i o n   ( h a l l - e f f e c t   =   H E ) H E   =   1 0 1 S 6   O N Y d   >   C a r S 1   O N Y S 1   O F F N H E   =   1 0 0 S 4   O N Y d   >   C a r S 1   O N Y S 1   O F F N H E   =   1 1 0 S 4   O N Y d   >   C a r S 5   O N Y S 5   O F F N H E   =   0 1 0 S 2   O N Y d   >   C a r S 5   O N Y S 5   O F F N H E   =   0 1 1 S 2   O N Y d   >   C a r S 3   O N Y S 3   O F F N H E   =   0 0 1 S 6   O N Y d   >   C a r S 3   O N Y S 3   O F F N N N N N N N Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       Dig ita l Co n tr o l fo r   a   P V   P o w ered   B LDC   Mo to r   ( S la met  R iya d i)   1719   w h ile  t h p o w er   ab s o r b ed   b y   th i n v er ter   al w a y s   f l u ct u ates  b u it s   av er ag v al u e q u als  to   th p o w er   g en er ated   b y   th P m o d u le s .   A t h b eg i n n i n g ,   th i n s t an tan e o u s   p o w er   w il f l u ct u a te  at  h ig h er   v al u e   b ec au s th m o to r   r eq u ir es  h i g h er   to r q u to   co m p e n s ate  it s   in er tia  th e n   th p ea k   p o w er   w il d ec r ea s e.   T h e   h ig h er   to r q u is   n ee d ed   to   in c r ea s th s p ee d   o f   th m o to r .   Fro m   th f ig u r es,  it  is   s ee n   t h at  th p r o f ile  o f   th e   cu r r en t is t h s a m as t h p o w er .             Fig u r 9 .   Si m u latio n   r esu l ts   o f   th B L D C   m o to r   u n d er   d   0 . 4   ( a )   th m o to r   s p ee d   ( b )   av er ag p o w er   ab s o r b ed   b y   B L DC   m o to r     Fig u r 1 0 .   Si m u latio n   r es u lt s   o f   th B L DC   m o to r   u n d er   d   0 . 4   ( a )   th m o to r   p h ase  v o lta g ( b )   th m o to r   p h ase  cu r r en t             Fig u r 1 1 .   Si m u latio n   r es u lt s   o f   th B L DC   m o to r   u n d er   d   0 . 8   ( a )   th m o to r   s p ee d   ( b )   av er ag p o w er   ab s o r b ed   b y   B L DC   m o to r     Fig u r 1 2 .   Si m u latio n   r es u lt s   o f   th B L DC   m o to r   u n d er   d   0 . 8   ( a )   th m o to r   p h ase  v o lta g ( b )   th m o to r   p h ase  cu r r en t             Fig u r 1 3 .   Si m u latio n   r es u lt s   ( a)   P m o d u le  v o ltag ( b )   P m o d u le  cu r r en t     Fig u r 1 4 .   Si m u latio n   r es u lt s   ( a)   p o w er   g e n er ated   b y   t h P m o d u le s   ( b )   av er ag p o w er   ab s o r b ed   b y   B L DC   m o to r   ( c)   th B L DC   m o to r   s p ee d           Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 7 1 4     1 7 2 2   1720   Un d er   d if f er e n v alu o f   s o la r   ir r ad ian ce ,   th P m o d u les   w il g e n er ate  d if f er en v al u e   o f   p o w er .   T h is   co n d itio n   m a k es  th p r o p o s ed   co n tr o ller   ch an g th m o to r   s p ee d   in   o r d er   to   k ee p   th p o w er   eq u ilib r iu m .   T h av er ag v alu o f   p o w er   ab s o r b ed   b y   th m o to r   w ill  f l u c tu ates   n ea r   t h m ax i m u m   p o wer   g en er ated   b y   t h e   P m o d u les.  Fi g u r e. 1 5   d e p icts   th ch a n g o f   s o lar   ir r ad ian ce   f r o m   8 0 0   W /m 2   to   1 0 0 0   W / m 2   t h at  m a k es  t h e   ch an g o f   t h m o to r   s p ee d .           Fig u r 1 5 .   Si m u latio n   r es u lt s   f o r   d if f er en t so lar   ir r ad ian ce   ( a )   av er ag p o w er   ab s o r b ed   b y   B L DC   m o to r   ( b )   m ax i m u m   p o w er   g en er ated   b y   th P m o d u les ( c)   th B L D C   m o to r   s p ee d     Un d er   p o w er   eq u ilib r iu m ,   E q .   ( 7 )   eq u als to   E q .   ( 9 )   th en   it c an   b s tated   as     c c b b a a M P P i e i e i e P . . .                 ( 1 0 )     T h o u tp u t p h ase  v o lta g o f   t h in v er ter   o p er ated   at  d u t y   c y c le  d   is   d eter m i n ed   as     M P P ph V d V .                   ( 1 1 )     if   w as s u m t h at   ph ph e V   th en     m e c b a M P P M P P T i i i V d P . .               ( 1 2 )     Un d er   co n s ta n p o w er   an d   l o ad ,   th v alu o f   m   w ill  b c o n s ta n t.  R e f er r in g   to   th f lo w c h ar t   d ep icted   in   Fi g u r 8 ,   it  is   s h o w n   t h at  t h v a lu o f   d u t y   c y cle  d   w ill   b m o d u la ted   to   ac h iev e   th e   p o w e r   eq u ilib r iu m .   W h en   th e   p o w er   g e n er ated   b y   th e   P m o d u l es  r is e s ,   t h g r ea ter   d u t y   c y c le  is   o b tain ed   a n d   f i n a ll y   th s p ee d   o f   t h m o to r   w il l b f aster .       T ab le  2 .   P ar am eter s   f o r   th ex p er im e n tal  w o r k s   P V   mo d u l e s 8 0   W p   ( e a c h   mo d u l e )   3   mo d u l e s i n   se r i e s c o n n e c t i o n   ( 2 4 0   W p )   V mp p   =   1 7 . 3   V o l t   I mp p   =   4 . 6 3   A mp e r e   I n v e r t e r   T h r e e   p h a se   t h r e e   l e g   i n v e r t e r   w i t h   D C - L i n k   C a p a c i t o r   2 0 0 0   u F   C o n t r o l l e r   D i g i t a l   C o n t r o l   u s i n g   C - B l o c k   B L D C   M o t o r     W a t e r   P u m p   T h r e e   p h a se   st a t o r   w i n d i n g     5 0   V / 2 5 0 W   M a x   6 0 L / mi n         Fin all y ,   t h p r o to ty p w as  d e s ig n ed   to   m a k lab o r ato r y   wo r k s .   th t h r ee   p h ase  t h r ee   leg   in v er ter   i m p le m en ted   b y   u s i n g   I GB T   C P V3 6 4 M 4 as  th s tatic  s w itc h e s .   T h d s PIC3 0 F4 0 1 2   w a s   u s ed   as  d ig ita l   co n tr o ller   an d   L E HX - 1 0 P   i s   i m p le m en ted   as  cu r r en d etec to r .   T h r ee   P m o d u les  NE - 0 8 0 T 1 J   8 0   W p   a r in s ta lled   in   s er ies  co n n ec tio n   to   s u p p l y   B L D C   m o to r - w at er   p u m p   v ia  th in v er ter .   Fi g u r e. 1 7   s h o w s   t h ex p er i m e n tal  r es u lt   o f   t h p h ase  v o lta g es  o f   t h B L DC   m o to r   an d   Fi g u r e. 1 8   r ep r ese n ts   th e   r elatio n s h i p   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2088 - 8 694       Dig ita l Co n tr o l fo r   a   P V   P o w ered   B LDC   Mo to r   ( S la met  R iya d i)   1721   b et w ee n   t h p h ase  v o lta g an d   cu r r en t.  T h ese  p r o f iles   ar a l m o s t h s a m e   as  t h c u r r en an d   v o lta g p r o f ile s   s i m u lated   p r ev io u s l y .   T h in p u cu r r en o f   t h DC - li n k   i n v er ter   is   s h o w n   in   Fi g u r e. 1 9 ,   t h is   p r o f ile  h ap p en s   d u to   th P W s tr ateg y .           Fig u r 1 6 .   P r o to ty p o f   th p r o p o s ed   s y s te m   f o r   ex p er i m e n t al  test s             Fig u r 1 7 .   E x p er im e n tal  r es u lt s   o f   o u tp u t v o lta g es o f   th in v er ter   [ s ca le  5 0 V/d iv ]     Fig u r 1 8 .   E x p er im e n tal  r es u lt s   o f   th B L DC   m o to r   ( a)   v o ltag o f   p h ase - A   ( b )   cu r r en t o f   p h a s e - [ v o ltag tr an s d u ce r   g a in   2 0 ,   cu r r en t tr an s d u ce r   g ain   1 ]           Fig u r 1 9 .   E x p er im e n tal  r es u lt s   o f   in p u t c u r r e n t o f   t h in v er t er   [ cu r r en t tr an s d u ce r   g ai n   5       4.   CO NCLU SI O   T h P V   p o w er ed   B L DC   m o to r   s y s te m   h a s   b ee n   p r esen ted ,   th s y s te m   co n s i s ted   o f   B L D C   m o to r ,   an   in v er ter   an d   P m o d u le s .   A   s in g le  co n v er ter   t h at  i m p le m en ted   b y   th r ee   p h a s t h r ee   leg   i n v er ter   w as   u s ed   a s   a n   i n ter f ac b et w ee n   t h P m o d u le s   a n d   t h m o to r .   T h is   i n v er ter   w as   f u n ctio n ed   as  a   MP P T   an d   m o to r   d r iv er   b y   u s in g   d s P I C 3 0 F4 0 1 2   as  th co r o f   t h co n tr o ller .   T h s i m p le  co n tr o s t r ateg y   ca n   ac h iev e   th p o w er   eq u ilib r i u m   b y   m o d u latin g   t h d u t y   c y cle.   T h s i m u la tio n   a n d   e x p er i m e n t al  w o r k s   s h o w   th e   ef f ec tiv e n e s s   o f   t h p r o p o s ed   s y s te m .         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 8 - 8 694   IJ PEDS    Vo l.   8 ,   No .   4 Dec em b er   2 0 1 7   :   1 7 1 4     1 7 2 2   1722     ACK NO WL E D G E M E NT     T h is   w o r k   w as  s u p p o r ted   b y   T h Min is tr y   o f   R esear c h ,   T ec h n o lo g y   a n d   Hig h er   E d u ca tio n   ,   R ep u b lic  o f   I n d o n e s ia       RE F E R E NC E S     [ 1 ]   T .   Esr a m ,   a n d   P . L .   C h a p m a n ,   C o mp a r i so n   o f   P h o t o v o l t a i c   A r r a y   M a x i m u P o w e r   P o i n t   T r a c k i n g   T e c h n i q u e s ,   I EEE  T r a n s.  o n   En e r g y   C o n v e rsi o n ,   v o l .   2 2 ,   n o .   2 ,   p p .   4 3 9 - 4 4 9 ,   Ju n e   2 0 0 7 .   [ 2 ]   D .   P .   H o h m   a n d   M .   E.   R o p p ,   C o m p a r a t i v e   S t u d y   o f   M a x i m u P o w e r   P o i n t   T r a c k i n g   A l g o r i t h ms” ,   Pr o g ress   i n   P h o t o v o l t a i c s   :   Re se a rc h   a n d   A p p l i c a t i o n s ,   1 1 : 4 7 6 2 ,   2 0 0 3 .   [ 3 ]   M . A .   V i t o r i n o ,   e t   a l . ,   A n   Ef f e c t i v e   I n d u c t i o n   M o t o r   C o n t r o l   f o r   P h o t o v o l t a i c   P u mp i n g ,   I EEE  T r a n s c .   o n   I n d u st r y   El e c t r o n i c s v o l . 5 8 ,   n o . 4 ,   p p . 1 1 6 2 - 1 1 7 0 ,   A p r i l   2 0 1 1 .   [ 4 ]   T .   L a j n e f ,   e t   a l . ,   D e si g n   a n d   S i m u l a t i o n   o f   P h o t o v o l t a i c   W a t e r   P u m p i n g   S y st e m”,   I n t e r n a t i o n a l   J o u rn a l   o f   En g i n e e ri n g   a n d   Ad v a n c e d   T e c h n o l o g y ,   v o l . 2 ,   n o . 4 ,   A p r i l   2 0 1 3 .   [ 5 ]   N .   C h a n d r a se k a r a n   a n d   K .   T h y a g a r a j a h ,   M o d e l i n g   a n d   P e r f o r man c e   S t u d y   o f   S i n g l e   P h a se   I n d u c t i o n   M o t o r   i n   P V   F e d   P u mp i n g   S y st e m u si n g   M A TL A B ,   I n t e rn a t i o n a l   J o u r n a l   o f   E l e c t ri c a l   En g i n e e ri n g ,   v o l . 5 ,   n o . 3 p p .   3 0 5 - 3 1 6 ,   2 0 1 2 .   [ 6 ]   J.V.M .   C a r a c a s ,   e t   a l . ,   I mp l e m e n t a t i o n   o f   a   H i g h - Ef f i c i e n c y ,   H i g h - L i f e t i me ,   a n d   L o w - C o st   C o n v e r t e r   f o r   a n   A u t o n o mo u s   P h o t o v o l t a i c   W a t e r   P u mp i n g   S y st e m”,   I EEE   T ra n sc .   o n   I n d u st ry   A p p l i c a t i o n s ,   v o l . 5 0 ,   n o . 1 ,   p p . 6 3 1 - 6 4 1 ,   Ja n / F e b   2 0 1 4 .   [ 7 ]   F .   R o d r i g u e z   a n d   A .   Ema d i ,   A   N o v e l   D i g i t a l   C o n t r o l   Te c h n i q u e   f o r   B r u sh l e ss  D C   M o t o r   D r i v e s”,   I EEE  T ra n s .   o n   I n d u st r i a l   El e c t r o n i c s ,   v o l .   5 4 ,   n o .   5 ,   p p .   2 3 6 5 - 2 3 7 3 ,   O c t   2 0 0 7 .   [ 8 ]   C .   S .   Jo i c e ,   e t   a l . ,   D i g i t a l   C o n t r o l   S t r a t e g y   f o r   F o u r   Q u a d r a n t   O p e r a t i o n   o f   T h r e e   P h a se   B L D C   M o t o r   W i t h   L o a d   V a r i a t i o n s” ,   I EEE  T r a n s .   o n   I n d u s t ri a l   I n f o rm a t i c s ,   v o l .   9 ,   n o .   2 ,   p p .   9 7 4 - 9 8 2 ,   M a y   2 0 1 3 .   [ 9 ]   L .   Ji n - l i ,   A d a p t i v e   C o n t r o l   f o r   B r u sh l e ss  D C   M o t o r   B a se d   o n   F u z z y   I n f e r e n c e ”,  T EL K O M N I K A   I n d o n e si a n   Jo u r n a l   o f   El e c t r i c a l   En g i n e e r i n g V o l . 1 2 ,   N o . 5 p p .   3 3 9 2 - 3 3 9 8 ,   M a y   2 0 1 4   [ 1 0 ]   V .   G e e t h a   a n d   S .   T h a n g a v e ,   P e r f o r man c e   A n a l y si o f   D i r e c t   T o r q u e   C o n t r o l l e d   B L D C   mo t o r   u si n g   F u z z y   L o g i c ”,  I n t e r n a t i o n a l   Jo u r n a l   o f   P o w e r   El e c t r o n i c a n d   D r i v e   S y st e m ( I JP ED S ) V o l .   7 ,   N o .   1 ,   p p .   1 4 4 - 1 5 1 M a r c h   2 0 1 6       BI O G RAP H O F   AUTHO R       S la m e Riy a d wa b o rn   in   S e m a r a n g - In d o n e sia ,   in   1 9 6 7 .   He   re c e iv e d   B. S .   d e g re e   f ro m   Dip o n e g o r o   Un iv e rsity ,   S e m a ra n g   in   1 9 9 1   a n d   M . E n g .   d e g re e   f ro m   Ba n d u n g   In stit u te  o f   T e c h n o lo g y ,   B a n d u n g - In d o n e sia   in   1 9 9 7 .   I n   2 0 0 6 ,   h e   re c e iv e d   P h . d e g re e   in   El e c tri c a En g in e e rin g   f ro m   B a n d u n g   In stit u t e   o f   T e c h n o lo g y   w it h   P a rti a Re se a rc h   d o n e   in   ENS EE IHT - INP T   T o u lo u se ,   F ra n c e .   C u rre n tl y ,   h e   is  w it h   th e   De p a rtem e n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   S o e g ij a p ra n a ta Ca th o li c   Un iv e rsity ,   S e m a ra n g - In d o n e sia   a s a   lec tu re a n d   re se a rc h e r.   His   c u rre n re se a rc h   is   f o c u se d   o n   p o w e fa c to c o rre c ti o n   tec h n i q u e s,  a c ti v e   p o we f il terin g ,   P V - G rid   S y st e m a n d   e lec tri c   m o to d riv e s.  S o m e   o h is  re se a rc h e we r e   su p p o rte d   b y ,   A S EM   d u o - F ra n c e ,   T h e   M in istry   o f   Re se a r c h   a n d   T e c h n o lo g y -   In d o n e sia ,   T h e   Dire c to ra te  Ge n e ra le  o Hig h e Ed u c a ti o n - M i n istry   o f   Na t io n a E d u c a ti o n - I n d o n e sia ,   e tc.  H e   is  a lso   a n   IEE m e m b e r.       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.