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 .   3 Sep tem b er   2 0 1 7 ,   p p .   1 0 0 2 ~ 1 0 1 0   I SS N:  2 0 8 8 - 8 6 9 4 ,   DOI : 1 0 . 1 1 5 9 1 / i j p ed s . v8 i 3 . pp 1 0 0 2 - 1010          1002       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   No v el Sy m m e tric   a nd Asy m m e tric   M ultilevel Inv ert er To po lo g y   for Pe r m a n ent  M a g net  Sy nchro no us M o tor       Apa rna   P ra y a g 1 ,   Sa nja y   B o d k he 2   1   De p a rtm e n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   G .   H.  Ra iso n i   C o ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   CR P F   G a te No . 3 ,   Hin g n a   Ro a d ,   Dig d o h   Hil ls,   Na g p u r,   M a h a ra sh t ra - 4 4 0 0 1 6 ,   I n d ia   2   De p a rtm e n o f   El e c tri c a En g in e e rin g ,   S h ri   Ra m d e o b a b a   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g   &   M a n a g e m e n t,     Ra m d e o   T e k d i,   G it ti k h a d a n ,   Ka to Ro a d ,   Na g p u r - 4 4 0 0 1 3 ,   I n d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   A p r   1 4 ,   2 0 1 7   R ev i s ed   A u g   7 ,   2 0 1 7   A cc ep ted   A u g   15 ,   2 0 1 7       I n   t h i s   p a p e r   a   n e w ,   s im p le   m u l t i l e v e l   i n v e r t e r   t o p o l o g y   i s   p r o p o s e d .   M u l t i l e v e i n v e r t e r   u s e s   se v e r a d c   s o u r c e a n d   p o w e r   sw it c h e t o   sy n t h e s iz e   d e s i r e d   o u t p u t   v o l t a g e   w a v e f o rm .   T h e   s i n g l e   p h a se   s t r u c t u re   o f   p r o p o s e d   t o p o l o g y   i n   t h i s   p a p e r   c o n s i s t s   o f   tw o   d c   s o u r c e s   a n d   e ig h t   p o w e r   sw i t c h e s .   W h e n   t h e   m a g n i t u d e s   o f   d c   s o u r c e s   a re   e q u a l   i t   o p e r a t e s   i n   sy m m e t r i c   m o d e ,   h o w e v e r   i n   o r d e r   t o   i n c r e a s e   o u t p u t   v o l t a g e   l e v e l s   u n e q u a l   m a g n i t u d e s   o f   d c   s o u r c e s   a re   s e l e c t e d ,   t h e n   i t   o p e ra t e i n   a sy m m e tr i c   m o d e .   S o   f a r ,   m u l t i l e v e l   i n v e r t e t o p o l o g i e s   h a v e   b e e n   u s e d   i n   m o t o r   d r i v e   i n d u s t ry   t o   r u n   i n d u c t i o n   m o t o r s .   R e c e n t ly   p e rm a n e n t   m a g n e t   sy n c h r o n o u s   m o t o r s   ( P M S M )   a r e   r e p l a c i n g   i n d u c t i o n   m o t o r s .     M u l t i l e v e l   i n v e r t e r   i s   a n   a t t r a c t i n g   c h o i c e   f o r   d r i v i n g   h i g h   p e r f o rm a n c e   P M S M .   H o w e v e r   v e ry   f e w   s t u d i e s   d i s c u ss   t h e   p e rf o rm a n c e   o f   m u l t i le v e l   i n v e r t e f e d   P M S M .   I n   t h i s   p a p e r   s im u la t i o n   o f   n o v e sy m m e t r ic   a n d   a sy m m e t r ic   m u l t i l e v e l   i n v e r t e i s   c a r r i e d   o u t   t o   a n a ly z e   p e rf o rm a n c e   o f   P M S M .   T h e   t o p o l o g y   i s   i n v e s t ig a t e d   t h r o u g h   c o m p u t e r   s im u l a ti o n   u s i n g   M A T L A B / S im u l i n k .   K ey w o r d :   M u lt i le v e l   I n v e r t e r   Pe r m an en t   M ag n e t   S y n ch r o n o u s   M o t o r   Sy m m et r i c   an d   A s y m m e t r i c   M o d e s   T o t a l   H a r m o n i c   D is t o r t i o n   ( T H D )   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 :   A p ar n P r a y a g   Dep ar t m en t o f   E lectr ical  E n g i n ee r in g ,     G.   H.   R aiso n C o lleg o f   E n g i n ee r in g ,     C R P F Ga te  No . 3 ,   Hin g n R o ad ,   Dig d o h   Hills ,   Na g p u r ,   Ma h ar ash tr -   4 4 0 0 1 6 ,   I n d ia .   E m ail:  ap ar n a_ p r a y ag @ r ed i f f m ail. co m       1.   I NT RO D UCT I O N   T h e   b a s i c   i d ea   o f   m u lt i l ev el   in v e r t e r   i s   t o   at t ai n   h ig h e r   p o w e r   b y   u s in g   n u m b e r   o f   p o w e r   s w i t ch e s   w i t h   s ev e r a l   l o w   v o l t ag e   d c   s o u r c e s   [ 1 ] .   I t   p r o v i d e s   a   d e s i r e d   o u t p u t   v o lt a g e   w av ef o r m   in   s t e p s   c l o s e r   t o   s in e   w av a n d   r e d u ce s   t o ta l   h a r m o n ic   d i s t o r ti o n .   T h is   c o n c e p t   w as   p a t e n t e d   b y   M I T   r e s e a r ch e r   o v e r   th i r ty   y e a r s   a g o   [ 2 ] , [ 3 ] .   A d v a n c em en t   in   p o w e r   e l e c t r o n i cs   h a s   m a d e   th is   c o n c e p t   p r a ct i c al .   R e c en t ly ,   th is   t e ch n o l o g y   h a s   b e c o m e   p o p u l a r   in   in d u s t r y   f o r   m e d i u m   an d   h ig h   v o l t ag a p p li c a t i o n s   [ 4 ] .   Mu lt i l ev el   in v e r t e r s   h av e   b e en   w i d e l y   r e c o m m en d e d   b e c au s e   o f   em in en t   a d v an t ag es   l ik e   h ig h   q u ali ty   o u t p u t   v o l ta g e   u s in g   l o w   s w it ch in g   f r e q u e n cy ,   l o w   h a r m o n i c   c o m p o n e n t s ,   l o w   e le c t r o m ag n e t ic   i n t e r f e r en ce ,   l o w   b l o ck in g   v o l t ag e   o f   p o w e r   s w it ch e s ,   m o r e f f i ci en cy   an d   l o w   d v / d s t r e s s   o n   l o a d   [ 5 ] , [ 6 ] .   I m p r o v em en in   th es e   a d v an t ag e s   is   p o s s i b l b y   in c r e as in g   n u m b e r   o f   l ev e ls   o f   o u t p u t   v o l t a g e   w av ef o r m   th at   r e q u i r es  l a r g e   n u m b e r   o f   s w it ch es   an d   i n c r ea s es   ci r c u i     c o m p l ex ity .   I t   a ls o   r a is es   c o s t   an d   s i z e   o f   th e   c i r c u i t .     T h p o p u lar   co n v en tio n a m u l tilev el  i n v er ter   to p o lo g ies  ar n eu tr al  p o i n cla m p ed   ( NP C )   s u g g e s te d   b y   Nab ae   et  al  [ 7 ] ,   f l y i n g   ca p ac ito r   ( FC )   s u g g ested   b y   M e y n ar d   et  al  [ 8 ]   an d   ca s ca d ed   b r id g ( C HB )   s u g g e s ted   b y   P en g   et  al  [ 9 ] .   NP C   is   f ir s g e n er atio n   o f   m u ltil e v el  tec h n o lo g y   a n d   also   k n o w n   as  d io d cla m p ed   ( DC )   m u lti lev el   i n v er ter .   R esear ch er s   ef f o r ts   m ad th is   to p o lo g y   k n o w n   as   s tate - of - t h ar t   o f   m u ltil e v el  t ec h n o lo g y   [ 1 0 ] .   T h FC   to p o lo g y   u s es  ca p ac ito r s   in   lad d er   f o r m   to   cla m p   th e   v o ltag e.   I r eq u ir es  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o ve l S ymm etri a n d   A s ymm etri Mu ltil ev el  I n ve r te r   To p o lo g fo r   P erma n en t Ma g n et  . . . .   ( A p a r n a   P r a ya g )   1003   lar g n u m b er   o f   ca p ac ito r s .   I n   C HB   s in g le  p h ase  i n v er ter s   ( H - b r id g es)  w ith   s ep ar ate  d s o u r ce s   o f   eq u al   m ag n it u d ar co n n ec ted   in   s er ies.  E ac h   H - b r id g p r o d u c es  th r ee   v o ltag le v els.  T o tal  o u tp u is   o b tain ed   b y   ad d in g   v o lta g es  g e n er ated   b y   ea ch   H - b r id g e.   T h is   to p o lo g y   h as  b ec o m p o p u lar   b ec au s o f   its   m o d u lar   d esig n ,   s i m p le  co n tr o l,  r eliab ilit y ,   av ai lab ilit y   a n d   th ab s e n c o f   ca p ac ito r   im b ala n ce   p r o b l e m .   No w   a   d a y ,   r esear ch   is   en g a g ed   to   d ev elo p   in n o v ativ m u ltil e v el  in v er ter   to p o lo g ies  to   o v er co m e   d is ad v an ta g es  o f   co n v e n tio n a to p o lo g ies,  o n p r o m in e n o f   th e m   is   r eq u ir e m en o f   lar g n u m b er   o f   p o w er   s w itc h es  [ 1 1 ] .   T h o th er   o b jectiv es  ar to   r ed u ce   n u m b er   o f   d s o u r ce s ,   co m p lex it y   o f   th cir cu it,  to tal  h ar m o n ic  d is to r tio n ,   p o w er   lo s s es,  v o lta g s tr es s   o n   p o w er   s w i tch e s   etc.   [ 1 2 ] - [ 1 6 ] .   Ne w l y   d ev elo p ed   to p o lo g ies  in cl u d as y m m etr ic  an d /o r   h y b r id   i n v er ter s   [ 1 7 ] - [ 1 8 ] .   Un eq u al  d s o u r ce   v alu e s   ar u s ed   i n   as y m m etr ic   to p o lo g y   w h ile  h y b r id   in v er ter s   ar co m p o s ed   b y   u s i n g   v ar iet y   o f   to p o lo g ies ,   ap p ly in g   d if f er en t   m o d u latio n   tec h n iq u es   o r   s e m ico n d u cto r   tech n o lo g ie s .   A p p licatio n   ar ea s   o f   t h ese   n e w l y   d ev e lo p ed   to p o lo g ies  in cl u d lo w   co s an d   ef f icie n in d u s tr ial  d r iv es,  el ec tr ical  v e h icle s ,   F AC T S - f lex ib le  ac   tr an s m is s io n   s y s te m s   etc.   [ 1 9 ] .   T h r est  o f   t h p ap er   is   o r g an ized   a s   f o llo w s   Sectio n   2   p r esen t s   n o v el   m u ltil e v el  in v er ter   to p o lo g y .   Deta iled   w o r k i n g   o f   to p o lo g y   is   g iv e n   in   t h i s   s ec tio n .   I n   Se ctio n   3   in f o r m a tio n   o f   P MSM   is   g i v e n   i n   s h o r t.  Si m u latio n   r es u lt s   an d   co m p ar is o n   a m o n g   s y m m etr ic  a n d   as y m m etr ic  n o v el   m u ltil e v el  i n v er ter   to p o lo g y   is   p r esen ted   in   Sectio n   4 .   Fin all y ,   co n clu s io n s   ar s u m m ar ize d   in   Sectio n   V.       2.   NO VE L   M UL T I L E V E L   I N VE R T E T O P O L O G Y   F ig u r e   1   s h o w s   s i n g l e   p h a s e   s tr u c tu r e   o f   n o v el   t o p o l o g y .   I t   c o n s i s t s   o f   tw o   d c   s o u r c es   V X    an d     V Y     an d   e i g h t   p o w e r   s w it ch es ,   PS 1 ,   PS 2 ,   P S 3 ,   P S 4 ,   P S 5 ,   P S 6 ,   P S 7   a n d   P S 8 .   T h i s   n o v e l   t o p o l o g y   o f f e r s   f le x i b i li ty   in   g en e r a tin g   o u t p u t   v o l t ag l ev els .   W h en   b o th   th v o l t ag e   s o u r ce s   a r o f   e q u a l   m ag n itu d e ,   V X V Y E   t h en   l o a d   i s   s u p p l i e d   w i th   f iv e   l ev e ls   2 E ,   E   an d   z e r o .   T h i s   is   s y m m e t r i c o n f ig u r a t i o n   o f   th e   b as i s t r u ct u r e .   H o w ev e r   w ith   asy m m et r i c   s o u r ce   c o n f ig u r a t i o n   th e   l o a d   i s   s u p p l i e d   w ith   ( a )   s ev en   le v e ls   3 E ,   2 E ,   E   a n d   z e r o   f o r     V   2 E   a n d   V   E   ( i . e .   V 2V Y ,   b i n a r y   a s y m m et r i c   c o n f ig u r ati o n )   ( b )   n in l ev el s   4 E ,   3 E ,   2 E ,   a n d   z e r o   f o r   V   3 E   a n d   V   E   ( i . e .   V 3V Y ,   t r in a r y   a s y m m et r ic   c o n f ig u r a ti o n )   .   A l l   th e   o p e r at in g /   r e d u n d a n t   m o d e s   a r e   s u m m a r i z e d   in   T a b l e   1 .   T h e   s w it ch in g   s e q u en c es   f o r   p o s i t iv e ,     z e r o   a n d   n eg at iv e   le v e l s   a r a s   s h o w n   i n   F ig u r e   2 .   T h is   to p o lo g y   o f f er s   r ed u n d a n c y   an d   f le x ib ilit y   i n   g en er ati n g   o u tp u v o ltag e   lev e ls .   Mi n i m u m   s w itc h i n g   tr an s it io n s   ar c h o s en   d u r i n g   d i f f er en le v els.  I t   is   s ee n   th at,   o n l y   th r ee   s w itc h es   ar co n d u cti n g   in   an y   s w itc h i n g   m o d e.   T h lo ad   is   s u p p li ed   b y   d i f f er e n v o ltag e   lev els.   A cc o r d in g   to   m a g n itu d o f   v o ltag e   s o u r ce s   s elec te d   th s a m b asic   s tr u ct u r g en er ates  f i v lev el,   s ev e n   le v el  o r   n in e   le v el  o u t p u v o lta g a s   s h o w n   i n   T a b l e   1 .   Mo d 1   g e n er ates  m a x i m u m   o u tp u v o ltag e   ( V X +V Y ) .   Fo r   th i s   m o d tr in ar y   as y m m etr ic   co n f i g u r at io n   g e n er ates   V A 4 E b in ar y   a s y m m etr i c   co n f i g u r atio n   g e n er ates   V AB  3 E   an d   s y m m etr ic  co n f i g u r at io n   g e n er ates   V A 2 E ,   as  m ag n i tu d o f   o u tp u t   v o ltag e.   Z er o   lev e o u tp u ca n   b p r o d u ce d   b y   t w o   s w itc h i n g   m o d es.  I n   m o d 5   s w i t ch e s   P S 2 ,   P S 3 ,   P S 6   ar o n   an d   in   m o d 5   s w itc h es  P S 2 ,   P S 4 ,   P S ar o n   w h i le  all  o t h er   s w itc h e s   ar in   o f f   s tate.   Mo d 9   g en er ates   n eg at iv m ax i m u m   o u tp u v o ltag ( - V X - V Y ) .   Fo r   th is   m o d tr in ar y   as y m m etr ic  co n f ig u r at io n   g e n er ates     V A B   - 4 E b in ar y   as y m m et r i co n f ig u r atio n   g e n er ates   V AB  - 3 E   a n d   s y m m etr ic  co n f i g u r atio n   g en er ate s     V A - 2 E ,   as  m a g n i tu d o f   o u tp u t v o lta g e.           Fig u r 1 .   S i n g l e   p h a s e   s t r u c tu r e   o f   n o v e l   t o p o l o g y   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 .   3 Sep te m b er   2 0 1 7   :   1 0 0 2     1 0 1 0   1004   T ab le  1 .   Op e r atin g   m o d e s   o f   p r o p o s ed   m u lt ilev e l to p o lo g y               M o d e   S w i t c h i n g   st a t e ( O n = 1 ;   O f f = 0 )   O u t p u t   V o l t a g e   S y mm e t r i c   c o n f i g u r a t i o n   B i n a r y   a sy mm e t r i c     c o n f i g u r a t i o n   T r i n a r y   a sy mm e t r i c     c o n f i g u r a t i o n   PS 1   PS 2   PS 3   PS 4   PS 5   PS 6   PS 7   PS 8   V A B   f o r   V X = E,   V Y =E   V AB   f o r   V X = 2 E,   V Y =E   V AB   f o r   V X = 3 E,   V Y =E   1   1   0   0   1   0   1   0   0   V X +V Y   2E   3E   4E   2   1   0   1   0   0   1   0   0   V X   E   2E   3E   2’   1   0   0   1   1   0   0   0   3   1   0   1   0   1   0   0   0   V X - V Y   0   E   2E   4   0   1   0   1   0   1   0   0   V Y   E   E   4’   1   0   0   0   0   1   1   0   5   0   1   1   0   0   1   0   0   0   0   0   0   5’   0   1   0   1   1   0   0   0   6   0   1   1   0   1   0   0   0   - V Y   - E   - E   - E   6’   1   0   0   0   1   0   0   1   7   0   1   0   0   0   1   1   0   - V X +V Y   0     8   0   1   0   0   1   0   1   0   - V X   - E   - 2E   - 3E   8’   0   1   0   0   0   1   0   1   9   0   1   0   0   1   0   0   1   - V X - V Y   - 2E   - 3E   - 4E   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o ve l S ymm etri a n d   A s ymm etri Mu ltil ev el  I n ve r te r   To p o lo g fo r   P erma n en t Ma g n et  . . . .   ( A p a r n a   P r a ya g )   1005                 Fig u r 2.   Op er atin g   m o d es o f   p r o p o s ed   m u ltil e v el  to p o lo g y       3.   P E RM ANENT   M AG NE T   S YNCH RO NO US  M O T O R   I n   r e c en t   y ea r s   p e r m a n e n t   m a g n e t   s y n ch r o n o u s   m o t o r s   ( PM SM )   a r e   w i d e ly   u s e d   in   h ig h   p er f o r m an c d r i v e   a p p li c a ti o n s   s u ch   a s   in d u s t r i a r o b o t s ,   m a ch i n e   t o o ls   a u t o m o b i le s   e t c .   T h e   p o w er   d e n s i ty   o f   PM SM   is   h ig h e r   th an   t h a t   o f   in d u c t i o n   m o t o r   w i th   th e   s am e   r a t in g s   as  s t a t o r   p o w e r   is   n o t   r e q u i r e d   f o r   t h e   m ag n et i c   f i e l d   p r o d u c t i o n .   T h e   u s e   o f   p e r m an e n t m ag n e t s   h a s   m an y   a d v an t ag es   in cl u d in g   th e   el im in a ti o n   o f   b r u s h es ,   s li p   r in g s ,   a n d   r o t o r   c o p p e r   l o s s e s   in   th e   f i el d   w in d in g .   I t   l e a d s   t o   h ig h er   e f f i c i en cy .   T h e   l a ck   o f   f ie l d   w in d i n g   an d   h i g h e r   e f f i ci en cy   r es u l ts   in   r e d u c ti o n   o f   th e   m ac h in e   f r am e   s i z an d   h ig h e r   p o w e r / w e ig h t   r at i o .   Oth e r   a d v an ta g es   o f   th PM S M   a r l o w   in e r t i a ,   r e li a b il i ty   an d   l o w   c o s o f   th e   p o w e r   e l e c t r o n ic   c o n v e r t e r s   r e q u i r e d   f o r   c o n t r o l l in g   t h m a ch in e   [ 2 0 ] - [ 2 1 ] .   A l l   th e s e   f a c t s   m ak e   t h e   PM S M   an   ex c el l en t   al t e r n a ti v e   f o r   m an y   a p p li c a ti o n s .     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 .   3 Sep te m b er   2 0 1 7   :   1 0 0 2     1 0 1 0   1006   Pe r m an en t   m ag n et   s y n ch r o n o u s   m o t o r   d r iv es   u s in g   c o n v en t i o n a th r e p h as in v er t e r s   h av d i s a d v an t ag es   o f   p o o r   v o l ta g e   a n d   cu r r en t q u a l it i es .   T o   im p r o v e   i ts   p e r f o r m an c e ,   th e   s w it ch in g   f r e q u e n cy   h as   t o   b e   r a i s e d   w h i ch   c au s e s   a d d i tio n a l   s w i tc h in g   l o s s e s .   A n o th er   o p t i o n   i s   t o   u s e   f i l t e r   b e t w ee n   th e   in v e r t e r   an d   m o t o r ,   w h i ch   c au s es   a d d i t i o n al   w eig h t .   M u l t il ev e l   in v e r t e r   is   g o o d   o p t i o n   f o r   PM S M   d r i v e .   A s   t h e   n u m b e r   o f   l e v el s   i n c r e a s e s ,   o u t p u t   w av e f o r m   a p p r o a c h e s   t o   s in e   w av e .   A   ze r o   h a r m o n i c   d is t o r ti o n   o f   t h e   o u t p u t   w av e   c an   b e   o b t a i n e d   b y   an   i n f i n i t e   n u m b e r   o f   l ev el s .     I n   th is   p a p e r ,   t h r e e - p h a s e   n o v e l   s y m m e t r i c   a n d   a s y m m e t r ic  t o p o l o g y   i s   a p p li e d   t o   PM SM   a n d   r e s u l t s   a r e   c o m p a r e d .   M u lt i c a r r ie r   s in u s o i d a l   p u l s w i d t h   m o d u l at i o n   t e c h n i q u e   i s   u s e d   t o   g en e r a t e   p u ls es .       4.   SI M UL AT I O ST U DY   T h e   th r e e   p h as e   f iv l ev e l sy m m e t r i c ,   s ev en   le v e l   b in a r y   a s y m m e t r i c   an d   n i n e   l ev el   t r i n a r y   a s y m m e t r ic  n o v e l   in v e r t e r   an d   th r e e   p h ase   p e r m a n e n t   m ag n et   s y n ch r o n o u s   m o t o r   a r m o d el l e d   in   MA T L A B /S im u l in k   e n v i r o n m en t .   E ig h t   s w it ch es   ar e   u s e d   t o   o b t ai n   f iv l ev e l ,   s ev en   l ev e a s   w el a s   n in e   l ev e o u t p u v o l t ag f o r   e a c h   p h a s e .   On ly   b y   ch an g in g   m a g n i tu d e   r at i o   o f   d s o u r c es  w e   c an   o b t ai n   f l ex i b i l ity   in   o u t p u v o l t ag l ev e ls   f r o m   s am e   i n v e r t e r   m o d u l e .   A l l   t h e   s w it ch e s   in   th s im u la t i o n s   a r e   c o n s i d e r e d   t o   b i d e a l .   T h e   d v o l t ag s o u r ce s   u s e d   in   th e   s im u l at i o n   s tu d i es   a r e   s e p a r at e   d c   s o u r c e s .   T h e s e   d v o l t ag e   s o u r c es   a r e   av a il a b l e   in   p r a c ti c v i a   d is t r i b u t e d   en e r g y   r es o u r c es   l ik e   p h o t o v o l ta i c   p a n e ls ,   f u e c e l l s   an d   u lt r a -   c a p a c i t o r s .   I f   th e   av a i la b l e   s o u r c i s   an   a c   s o u r ce   th en   th e   r e q u i r ed   d c   v o l t ag e   s o u r c e s   ca n   b e   o b ta i n e d   b y   u s i n g   r ec t if ie r s .   T h e   s p e c i f i c a ti o n s   o f   th PM S M   an d   o t h e r   p a r am e t e r s   u s e d   f o r   s im u l at i o n   a r e   li s t e d   in   T a b l e   2 .         T ab le  2 Sim u latio n   p ar a m eter s   D e s c r i p t i o n   P a r a m e t e r   V a l u e   N o v e l   sy m me t r i c   i n v e r t e r   V X   1 6 0 . 5   v o l t s   V Y   1 6 0 . 5   v o l t s   N o v e l   b i n a r y   a sy m me t r i c   i n v e r t e r   V X   2 1 4   v o l t s   V Y   1 0 7   v o l t s   N o v e l   t r i n a r y   a sy m m e t r i c   i n v e r t e r   V X   2 4 0 . 7 5   v o l t s   V Y   8 0 . 2 5   v o l t s   T h r e e   p h a s e   p e r m a n e n t   m a g n e t   sy n c h r o n o u s   m o t o r   S t a t o r     r e s i s t a n c e   2 . 8 7 5   o h m s   R o t o r   i n d u c t a n c e   0 . 0 0 0 8 3 5   H   F l u x   l i n k a g e   0 . 1 8 5 2   w b - t u r n   I n e r t i a   0 . 0 0 0 1 8 5 4   k g - m 2   F r i c t i o n   f a c t o r   5 . 3 9 e - 5N - m . s   P o l e   p a i r s   2       S im u l a ti o n   r e s u lt s   f o r   t h r ee   p h a s e   v o l t ag o f   n o v e s y m m e t r ic   f i v l ev e in v e r t e r   is   s h o w n   in   Fig u r e   3   w h il e   s t at o r   cu r r en ts   , e le c t r o m ag n e ti c   t o r q u e   a n d   r o t o r   s p e e d   o f   th r e e   p h as e   PMS M   f ed   b y   t h i s   s y m m e t r i i n v e r te r   a r e   p r es en t e d   in   F ig u r e   4 .   F ig u r e   5   an d   6   s h o w s   l in v o lt a g e   w av ef o r m s   an d   h a r m o n i c   c o n te n t s   o f   l in v o l t ag e   V A r esp ec ti v el y .   Fig u r 7   to   1 0   s h o w s   r es u lt s   f o r   b in ar y   as y m m etr ic  s e v en   le v el  in v er ter .   I f   w e   co m p ar Fi g u r 6   an d   1 0   it  is   s ee n   t h at  T HD  in   lin v o lta g is   r ed u ce d   f r o m   1 7 . 8 7 to   1 0 . 9 7 as  n u m b er   o f   lev els  i n   o u tp u v o ltag i n cr ea s es.  Fig u r 1 1   to   1 4   s h o w s   s i m u latio n   r es u lts   f o r   tr in ar y   as y m m etr ic  n in le v e l   in v er ter .   T h er is   f u r t h er   i m p r o v e m en t   in   v o lta g q u alit y ,   cu r r en q u alit y ,   r o to r   s ettli n g   ti m a n d   to r q u r ip p les  as  co m p ar ed   to   b in ar y   a s y m m etr ic  i n v er ter .   C o m p a r i s o n   am o n g   th es e   th r e e   m o d u l es   i s   g i v e n   in     T a b l e   3.           Fig u r 3 .   T h r e e   p h a s e   v o lt ag e   w av ef o r m   o f   n o v e l     s y m m et r i f iv e   l ev e l   in v e r te r   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o ve l S ymm etri a n d   A s ymm etri Mu ltil ev el  I n ve r te r   To p o lo g fo r   P erma n en t Ma g n et  . . . .   ( A p a r n a   P r a ya g )   1007     ( a )                                                                 ( b )         ( c )     Fig u r 4.   ( a )   S t a t o r   cu r r en t   ( b ) E l e c t r o m ag n e t ic   t o r q u e   ( c )   R o to r   s p e e d   o f   th r e e   p h as e   PM SM  f e d   b y   n o v el   s y m m et r i c   f i v e   l ev e l   i n v e r t e r             Fig u r 5 .   L i n v o lta g w av e f o r m   o f   n o v el  s y m m e tr ic  f i v lev el  i n v er ter         Fig u r   6 .   Har m o n ic  an al y s is   o f   lin v o ltag V AB                 F ig u r e   7 .   T h r e e   p h as e   v o l ta g e   w av ef o r m   o f   n o v e l     b in a r y   asy m m e t r i c   s e v e n   l ev e l   i n v e r t e r       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 .   3 Sep te m b er   2 0 1 7   :   1 0 0 2     1 0 1 0   1008        ( a )   ( b )   ( b )       ( c )     F ig u r e     8 .   ( a )   S t at o r   c u r r en t   ( b )   E l e c t r o m ag n e t ic   t o r q u e   ( c )   R o to r   s p e e d   o f   th r e e   p h as e   PM SM  f e d   b y   n o v el   b i n a r y   asy m m et r i c   s ev en   l ev el   i n v e r te r             F ig u r e     9 .   L in e   v o l t ag e   w av ef o r m   o f   n o v el   b in a r y   a s y m m e t r i c   s ev en   le v el   in v e r t er         F ig u r e   1 0 .     H a r m o n i c   an a ly s is   o f   l in e   v o lt ag e   V AB                    F ig u r e   1 1 .   T h r e e   p h as e   v o l t ag w a v ef o r m   o f   n o v e l   t r in a r y   asy m m e t r i c   n in e   l ev el   in v e r t e r       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o ve l S ymm etri a n d   A s ymm etri Mu ltil ev el  I n ve r te r   To p o lo g fo r   P erma n en t Ma g n et  . . . .   ( A p a r n a   P r a ya g )   1009          ( a )   ( b )         ( c )     F ig u r e   1 2 .   ( a )   S t at o r   c u r r en t   ( b )   E l e c t r o m ag n e t ic   t o r q u e   ( c )   R o t o r   s p e e d   o f   th r e e   p h a s e   PMSM   f e d   b y   n o v e l     t r i n a r y   asy m m e t r i c   s e v en   l ev e l   i n v e r te r             F ig u r e   1 3 .     L i n e   v o l t ag e   w av ef o r m   o f   n o v e l   t r in a r y   a s y m m e t r i c   n i n e   l ev e l   in v e r t e r       Fi g u r e   1 4 .     H a r m o n i c   an a ly s is   o f   l in e   v o lt ag e   V AB              T ab le  3 .   C o m p ar is o n   o f   p er f o r m an ce   p ar a m eter s   o f   n o v el  s y m m etr ic  an d   as y m m e tr ic  m u lt ilev el  i n v er ter   P a r a m e t e r s   N o v e l   sy m me t r i c   i n v e r t e r   V =V Y   N o v e l   a sy m me t r i c   i n v e r t e r   B i n a r y   a sy m m e t r i c   V = 2 V Y   T r i n a r y   a sy m me t r i c   V = 3 V Y   N u m b e r   o f   d c   s o u r c e s / p h a s e   2   2   2   N u m b e r   o f   sw i t c h e s / p h a s e   8   8   8   F u n d a m e n t a l   F r e q u e n c y   5 0   H z   5 0   H z   5 0   H z   C a r r i e r   f r e q u e n c y   5   K H z   5   K H z   5   K H z   V o l t a g e   l e v e l s   5   7   9   V ( V o l t s )   5 4 2 . 4   5 4 6 . 6   5 4 7 . 1   V o l t a g e   T H D   ( % )   1 7 . 8 7   1 0 . 9 7   8 . 4 4   C u r r e n t   T H D   ( % )   2 . 0 1   1 . 7 9   1 . 6 7       5.   CO NCLU SI O N   T h i s   p a p e r   p r o p o s es   a   n o v e m u l ti l ev el   in v e r t e r   t o p o l o g y .   T h is   t o p o l o g y   c an   b e   u s e d   in   s y m m e t r i c   as  w el l   as   asy m m et r i c   o p e r at in g   m o d e .   T h e   s in g l e   u n i t   s h o w s   f le x i b il i ty   i n   g en e r at in g   o u t p u t   v o l t a g e   l ev e ls .   I t   c an   g en e r a te   f iv e   le v e l   ( s y m m e t r i m o d e ) ,   s ev en   l ev e l   ( b in a r y   a s y m m e t r i c   m o d e )   o r   n in e   le v e l   ( t r i n a r y   asy m m et r i m o d e )   o u t p u t   v o l t ag 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 .   3 Sep te m b er   2 0 1 7   :   1 0 0 2     1 0 1 0   1010   M o d e l s   o f   n o v e l   m u lt i l ev el   in v e r t e r   o p e r a t in g   in   s y m m e t r i c ,   b i n a r y   asy m m e t r ic   an d   t r in a r y   asy m m et r ic  m o d e   a r e   d es ig n e d   i n   MA T L A B /S im u lin k   t o   d r iv e   t h r ee   p h as e   PM SM .   Mu l ti c a r r i e r   s in u s o i d a l   p u ls e   w id th   m o d u l a ti o n   t e ch n i q u e   is   a p p l i ed   t o   p r o d u c e   s w it ch in g   p u ls es   f o r   e i g h t   p o w e r   s w it ch e s .   T h e   w av ef o r m s   o f   o u t p u v o l t ag e ,   s t at o r   c u r r en t ,   s p e e d ,   e l e c t r o m ag n e t ic   t o r q u e   f o r   a ll   t h e   t h r ee   m o d el s   a r e   c o m p a r ed .   F r o m   s im u l a ti o n   re s u l ts   i is   s ee n   th a t   o u t p u t   v o l t a g e   q u a l ity ,   c u r r en t   q u a l ity   im p r o v e s   w it h   in c r e as e   in   n u m b e r   o f   l ev el s .   A ls o   r o t o r   s e t tl in g   t im e   an d   t o r q u e   r ip p l e s   a r e   r e d u c e d .       RE F E R E NC E S     [1 ]   J.  Ro d rig u e z ,   e a l. ,   M u l ti lev e in v e rters A   su rv e y   o f   to p o l o g ies ,   c o n tro ls ,   a n d   a p p li c a ti o n s,   IEE T ra n s.   In d u stria El e c tro n ics v ol /i ss u e :   49 ( 4 ) ,   p p .   7 2 4 - 7 3 8 ,   2 0 0 2 .   [2 ]   R.   H.  Ba k e a n d   L .   H.  Ba n n ister,  El e c tri c   p o w e c o n v e rter,” U.S .   P a ten t,   3   8 6 7   6 4 3 ,   1 9 7 5 .   [3 ]   R.   H.  Ba k e r,   Hig h - v o lt a g e   c o n v e rter circ u it ,   U.S .   P a ten t,   0   4 2 0   3 1 5   1 1 9 8 0 .   [4 ]   L .   G .   F ra n q u e lo ,   e a l . ,   T h e   a g e   o f   m u lt il e v e c o n v e rters   a rri v e s,”  IEE In d u stri a El e c tro n ics   M a g .,  v ol /i ss u e :   2 ( 2 ) ,   p p .   2 8 - 3 9 ,   2 0 0 8 .   [5 ]   J S .   L a i   a n d   F .   C .   P e n g ,   M u l ti lev e c o n v e rters - A   n e w   b re e d   o f   p o w e c o n v e rters ,   IEE T ra n s.  I n d .   Ap p .,  v ol /i ss u e :   32 ( 3 ) ,   p p .   5 0 9 - 5 1 7 ,   1 9 9 6 .   [6 ]   L .   M .   T o lb e rt,   e a l. ,   M u lt il e v e c o n v e rters   f o larg e   e lec tri c   d riv e s,”  IEE T ra n s.  In d .   A p p l .,  v ol /i s su e :   35 ( 1 ) ,   p p .   36 - 4 4 ,   1 9 9 9 .   [7 ]   A.   N a b a e ,   e a l. ,   A   n e w   n e u tral - p o i n c lam p e d   P W M   in v e rter,”  IEE T ra n s.  I n d .   A p p .   v ol /i ss u e :   IA - 17 ( 5 ) ,   p p .   518 - 52 1 9 8 1 .   [8 ]   T .   A .   M e y n a rd   a n d   H.  F o c h ,   M u lt il e v e c o n v e rsio n Hig h   v o lt a g e   c h o p p e rs  a n d   v o lt a g e   so u rc e   in v e rters ,   IEE E - PE S C o n fer e n c e   Rec o rd p p .   397 - 4 0 3 ,   1 9 9 2 .   [9 ]   F .   Z.   P e n g   a n d   J.  S .   L a i,   M u lt il e v e c a sc a d e   v o lt a g e - so u rc e   in v e rter  w it h   se p a ra te  DC  so u rc e ,   U.S .   P a ten 5   6 4 2   2 7 5 ,   1 9 9 7 .   [1 0 ]   R.   S o m m e r,   e a l. ,   Ne w   m e d iu m   v o lt a g e   d riv e   s y ste m u sin g   th re e - lev e n e u tral  p o in t   c lam p e d   in v e rter  w it h   h ig h   v o lt a g e   I G B T ,   IEE E - IAS   C o n fer e n c e   Rec o rd ,   1 9 9 9 .   [1 1 ]   L .   Na n d a ,   e a l. ,   A   c o m p a ra ti v e   stu d ies   o f   c a sc a d e d   m u lt il e v e in v e rters   h a v in g   re d u c e d   n u m b e o f   s w it c h e w it h   a n d   RL - L o a d ,   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 sy st e m v ol /i ss u e :   8 ( 1 ) ,   p p .   4 0 - 5 0 ,   2 0 1 7 .   [1 2 ]   M .   D.  M a n jrek a r,   e a l. Hy b rid   m u lt il e v e p o w e c o n v e rsio n   s y ste m a   c o m p e ti ti v e   so lu ti o n   f o h ig h - p o w e a p p li c a ti o n s,   IEE E   T ra n s.  I n d .   A p p . ,   v o l.   3 6 ,   p p .   8 3 4 -   8 4 1 ,   2 0 0 0 .   [1 3 ]   Y.   S .   L a a n d   F .   S .   S h y u ,   T o p o lo g y   f o h y b rid   m u lt il e v e in v e rt e r,   IEE E   Pro c .   El e c t.   Po we Ap p . ,   v o l.   1 4 9 ,   p p .   449 - 4 5 8 ,   2 0 0 2 .   [1 4 ]   J .   Eb ra h im i,   e a l. ,   A   n e w   m u lt i lev e c o n v e rter  to p o lo g y   w it h   re d u c e d   n u m b e o f   p o w e e lec tro n ic  c o m p o n e n ts,   IEE T ra n s.  I n d .   El e c tro n ics v ol /i ss u e :   59 ( 2 ) ,   p p .   6 5 5 - 6 6 7 ,   2 0 1 2 .   [1 5 ]   R .   S .   A li sh a h ,   e a l . ,   Ne w   h y b rid   stru c t u re   f o m u lt il e v e in v e rt e w it h   fe w e r   n u m b e o f   c o m p o n e n ts  f o h ig h - v o lt a g e   lev e ls,   IET   Po we r E lec tr o n ics v ol / issu e :   7 ( 1 ) ,   p p .   9 6 1 0 4 ,   2 0 1 4 .     [1 6 ]   K .   K .   G u p ta   a n d   S .   Ja in ,   A   n o v e m u lt il e v e in v e rter  b a s e d   o n   sw it c h e d   d c   so u rc e s,”  IEE T ra n s.  I n d .   E lec tro n ics v ol /i ss u e :   61 ( 7 ) ,   p p .   3 2 6 9 - 3 2 7 8 ,   2 0 1 4 .   [1 7 ]   A .   M a sa o u d ,   e a l. ,   Ne w   th re e - p h a se   m u lt il e v e in v e rter  w it h   re d u c e d   n u m b e o f   p o w e e lec tro n ic  c o m p o n e n ts,   IEE T ra n s.  P o we r E lec tro n ics v ol /i ss u e :   29 ( 11 ) ,   p p .   6 0 1 8 - 6 0 2 9 ,   2 0 1 4 .   [1 8 ]   A .   M o k h b e rd o ra n   a n d   A .   A ja m i ,   S y m m e tri c   a n d   a s y m m e tri c   d e sig n   a n d   i m p le m e n tatio n   o f   n e c a s c a d e d   m u lt il e v e in v e rter t o p o lo g y ,”   IEE T ra n s.  P o we r E lec tro n ics v ol /i ss u e :   29 ( 12 ) ,   p p .   6 7 1 2 - 6 7 2 4 ,   2 0 1 4 .   [1 9 ]   N .   T h o m b re ,   e a l . ,   A   n o v e to p o l o g y   o f   m u lt il e v e in v e rter  w it h   re d u c e d   n u m b e o f   s w it c h e a n d   d c   so u rc e s,   In ter n a t io n a l   J o u rn a o P o we r E lec tro n ics   a n d   Dr ive s sy ste m v ol /i ss u e :   5 ( 1 ) ,   p p .   5 6 - 6 2 ,   2 0 1 4 .   [2 0 ]   S.   R M i n sh u ll   a n d   C.   M.   Bi n g h a m ,   Co m p e n sa ti o n   o f   n o n li n e a rit ies   in   d i o d e   c lam p e d   m u lt il e v e c o n v e rters ,   IEE T ra n s.  I n d .   El e c tro n ics v ol /i ss u e :   57 ( 8 ) ,   p p .   2 6 5 1 2 6 5 8 2 0 1 0 .   [2 1 ]   P .   P il lay   a n d   R .   Krish a n ,   M o d e li n g ,   S im u latio n ,   a n d   A n a ly sis  o f   P e r m a n e n t - M a g n e M o to Driv e s ,   P a rt  I:  T h e   P e rm a n e n t - M a g n e S y n c h ro n o u M o to r   Driv e ,”   IEE T r a n s.  I n d u stry   Ap p li c a ti o n s,   v ol /i ss u e :   25 ( 2 ) ,   p p .   2 6 5 - 2 7 3 ,   1 9 8 9 .       B I O G RAP H I E S   O F   AUTH O RS         A p a rn a   P ra y a g   w a b o rn   i n   S a n g li ,   In d ia  i n   1 9 7 8 .   S h e   re c e iv e d   th e   B. E.   a n d   M . E .   d e g re e   in   e lec tri c a e n g in e e rin g   f ro m   Walc h a n d   C o ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   S a n g li ,   In d ia,  in   1 9 9 9   a n d   2 0 0 4   re sp e c ti v e l y .   S h e   is  c u rre n tl y   w o rk in g   to w a rd   th e   P h . D.  d e g re e   in   G . H.Ra iso n c o ll e g e   o e n g in e e rin g ,   Na g p u r,   In d ia.  He r e se a rc h   in tere sts  in c lu d e   m u lt il e v e in v e rters ,   p o w e e le c tro n ics   a n d   d istri b u ted   g e n e ra ti o n .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J PEDS     I SS N:  2 0 8 8 - 8 694       N o ve l S ymm etri a n d   A s ymm etri Mu ltil ev el  I n ve r te r   To p o lo g fo r   P erma n en t Ma g n et  . . . .   ( A p a r n a   P r a ya g )   1011     S a n jay   Bo d k h e   re c e i v e d   th e   B. E.   d e g re e   in   e lec tri c a e n g in e e rin g   f ro m   W a l c h a n d   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   S a n g li ,   In d ia,  in   1 9 9 0 M . T e c h   in   I P S   f ro m   V RCE  Na g p u r,   In d ia  in   1 9 9 6 ;   a n d   th e   P h . D.  f ro m   V NIT ,   Na g p u r,   In d i a   in   th e   y e a 2 0 1 1 .   He   is  c u rre n tl y   a   P ro f e ss o o f   El e c tri c a e n g in e e rin g   w it h   S h ri  Ra m d e o b a b a   Co ll e g e   o f   En g in e e rin g   &   M a n a g e m e n t,   Na g p u r,   In d ia.  H is   re se a rc h   in tere sts a re   e lec tri c   m o t o d riv e s,  p o w e e lec tro n ics   a n d   s m a rt  g rid .       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.