I n t e r n at ion al   Jou r n a l   of   P owe r   E l e c t r on ic s   an d   Dr ive  S ys t e m   ( I J P E DS )   Vo l .   8 ,   N o .   4 De c e m b e r   201 7 ,   pp.   1512 ~ 1523   I S S N:  2088 - 8 694 DO I 10 . 11591/ i j pe d s . v 8 i 4 . pp 1512 - 1523             1512       Jou r n al  h o m e page ht tp: // iaes jour nal. c om/onli ne / index . php/I J P E DS   P e r f or m an c e  A n al y si o f  F P G A  b ase d  D io d e  C la m p e d   M u ltil e ve In v e r t e r  F e d  I n d u c t io n  M ot or   D r iv e   u si n g Ph ase   O p p o s ition  D is p osi t io n  M u ltic ar r i e r   B ase d  M od u la t io n  S t r at e g y         N.   S u s h e e l P.   S a t is h   K u m ar   D e p art men t   o E l ec t ri c a l   E n g i n ee r i n g ,   U n i v e rs i t y   Co l l eg e   o E n g i n ee r i n g   ( A ),   O s m a n i U n i v e rs i t y ,   I n d i a       Ar t ic l e   I n f o     AB S T RA CT     A r ti c le  h is tor y :   R e c e i ve d   S e p   1 7 ,   201 6   R e vi s e No v   2 2 ,   201 5   A c c e pt e De c   3 ,   201 6       Mu l t i l ev e l   i n v e rt e rs   (ML I are   b ec o mi n g   mo r e   p o p u l a o v e t h e   y e ars   fo r   me d i u an d   h i g h   p o w e r   ap p l i c at i o n s   b ec au s e   o f   i t s   s i g n i fi c an t   me r i t s   o v e r   t w o   l ev e l   i n v e rt e rs .   T h i s   p ap e p re s e n t s   an   i m p l eme n t at i o n   o m u l t i c arri e r   b as e d   s i n u s o i d al   p u l s e   w i d t h   m o d u l a t i o n   t ech n i q u e   f o t h ree   p h as e   s ev e n   l ev e l   d i o d e   cl a m p e d   mu l t i l e v el   i n v e rt e r.     T h i s   t o p o l o g y   i s   o p e rat ed   u n d e r   p h as e   o p p o s i t i o n   d i s p o s i t i o n   p u l s e   w i d t h   mo d u l at i o n   t ec h n i q u e .   T h p e rfo r m an ce   o t h r ee   p h as e   s e v en   l e v el   d i o d e   c l a m p e d   i n v e rt e i s   an a l y z ed   fo i n d u c t i o n   m o t o ( I M)  l o a d .   Si mu l at i o n   i s   p e rfo r me d   u s i n g   M A T L A B/   SI M U L I N K .   E x p e ri men t al   r e s u l t s   ar e   p re s e n t e d   t o   v al i d at e   t h e   e ff ec t i v e n e s s   o t h e   o p e rat i o n   o t h e   d i o d e   cl a m p ed   m u l t i l ev e l   i n v e rt e u s i n g   f i e l d   p ro g ramm ab l g at e   arra y .   K e y w o r d:   F i e l pr o gr a m m a bl e   ga t e   a r r a y   M u l t i l e v e l   i nve r t e r     P h a s e   o pp o s i t i o n   d i s po s i t i o n   P u l s e   w i dt h     m o du l a t i o n     Co p yr i g h t   ©   201 7   In s t i t u t o f   A d va n ced   E n g i n e e r i n g   a n d   S ci e n ce   A l l   r i g h t s   r e s er ved .   C or r e s pon din A u th or :   N. S us h e e l a ,     De pa r t e m e n t   o f   E l e c t r i c a l   E n g i ne e r i n g,   U n i v e rs i t y   C o l l e g e   o E n g i n ee ri n g   ( A ),   Os m a ni a   Uni ve r s i t y ,   H y d e r a ba d - 500007,   T e l a n ga na ,   I n d i a   E m a i l n s u s h e e l a 2007 @y a h o o . c o m       1.   I NT RODU C T I ON     L a t e s t   t r e n o f   m u l t il e v e l   i nve r t e r s   ( M L I )   i s   t o   u s e   m e d i u m   v o l t a ge s   i i ndu s t r i a l   dr i ve s   t o   m e e t   t h e   po we r   r e qui r e m e n t s   go i n up  t o   s e v e r a l   m e ga wa tt s .   M L I   t e c h n o l o g i e s   a r e   r e c e i vi ng   i nc r e a s e d   a tt e n t i o f o r   hi g po we r   a pp l i c a t i o n s   i po we r   i n dus t r y .   T hi s   i s   due   t o   t h e   i m pr o v e m e n t   i o u t pu t   wa v e f o r m s   c o m pa r e t o   t w o   l e ve l   i nve r t e r   [ 1] - [ 5 ] T h e   bi po l a r   j u n c t i o n   t r a n s i s t o r   ( B J T ) ,   i ns u l a t e ga t e   bi po l a r   t r a n s i s t o r   ( I GB T ) ,   m e t a l   o xi de   s e mi c o n duc t o r   f i e l d   e f f e c t   t r a ns i s t o r   ( M OSF E T )   s w i t c h e s   o f   t h e   i nve r t e r   a r e   tur n e o a n o f f   a s   pe r   t h e   s e qu e n c e   s p e c i f i e d   by   a   pu l s e   w i dt h   m o du l a t i o n   ( P W M )   m e t h o to   pr o duc e   a c   o u t pu wa v e f o r m s .   M u l t il e v e l   i nve r t e r s   h a s   s e ve r a l   a d va n t a ge s   s uc h   a s   r e duc e d   v o l t a ge   s t r e s s   a c r o s s   s w i t c hi ng   de vi c e s ,   o ut pu t   v o l t a ge s   w i t h   l e s s   d i s t o r t i o n ,     lo we r   e l e c t r o m a g ne t i c   i n t e r f e r e nc e ,   o ut pu t   wi t h   n e a r   s i ne   wa v e f o r m ,   c a pa bil i t y   o f   a c hi e vi ng  hi g h   v o l t a ge   a n hi g h   po we r ,   l o we r   s w i t c hi n g   l o s s e s   e t c .   T he   d i g i t a c o n t r o l   t e c hni que s   a r e   gr e a t l y   i nc r e a s e i m o d e r n   po we r   e l e c t r o n i c s .   F o r   i m pr o v e pe r f o r m a n c e   o f   t h e   po we r   c o n v e r t e r ,   t h e   c o n t r o l l e r   s uc h   a s   A pp l i c a t i o n   S pe c i f i c   I n t e gr a t e C i r c u i t s   ( A S I C s ) ,   m i c r o   c on t r o l l e r s ,   F i e l P r o gr a m m a bl e   Ga t e   A r r a y s   ( F P G A ) ,   D i g i t a l   S i g na l   P r o c e s s o r   ( DSP )   a r e   r e s po n s i bl e .   A   n e b r e e o f   i nve r t e r s   c a l l e m u l t il e v e l   i nve r t e r s   h a s   b e e n   c a m e   i n to   e xi s t e n c e   b e c a u s e   a   s i ng l e   s w i t c hi ng  de vi c e   c a nn o t   b e   d i r e c t l y   c o nn e c t e f o r   hi g h   v o l t a ge s .   T h e   c a pa c i t o r   v o l t a ge s   i s uc h   i nve r t e r s   a r e   s w i t c he i a   mann e r   t g i v e   s t e ppe o u t pu t   wa v e f o r m   t h a t   i s   c l o s e r   t o   s i n u s o i da l   wa v e f o r m   w hi c h   i s   r e qu i r e i n   e l e c t r i c   dr i ve   s y s t e m .   D i f f e r e n t   t e c hni qu e s   a r e   us e i t h r e e   t y p e s   o f   c l a s s i c a l   m u l t il e v e l   i nve r t e r s   n a m e l y   d i o de   c l a m pe d   i nve r t e r ,   c a s c a de H - b r i dge   i nve r t e r   a n f lyi n c a pa c i t o r   i nv e r t e r   to   a c hi e v e   s uc h   w a v e f o r m s .   T h e   c o m bi na t i o n   o f   s e m i c o n duc t or   s w i t c h e s   a n c a p a c i t o r s   pr o duc e   o u t pu t   v o l t a ge   wa v e f o r m s   w i t h   s m a ll er   s t e p s   a n t h e   po we r   s e m i c o n duc t or s   s h o u l d   w i t hs t a n t h e   r e duc e v o l t a ge s T h e   m a j o r   a dv a n t a ge s   o f   M L I   a r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E DS     I S S N:  2088 - 8 694       P e r f or manc e   A nalys is   of   F P GA   bas e Diode   C lam pe M ult il e v e I nv e r ter   . . . .   ( N .   Sus he e l )   1513   qua l i t y   i w a v e f o r m ,   o ut pu t   v o l t a ge   a n d   i nput   c ur r e n t   w i t h   l e s s   d i s t o r t i o n ,   s t r e s s   o n   de vi c e   i s   r e duc e d,   r e duc e c o m m o n   m o de   v o l t a ge ,   s w i t c hi ng  l o s s e s   a r e   l o we r   a n hi g h e r   e f f i c i e n c y   [ 6 ] - [ 10 ] .   T h e   t e r m   m u l t i l e ve l   s t a r t s   f r o m   t h r e e   l e ve l s .   T h e   c o n c e pt   o f   m u l t i l e ve l   i nve r t e r   i s   to   pe r f o r m   t h e   po we r   c o n v e r s i o n   i s m a l l   v o l t a ge   s t e ps   whi c ut i li z i ng  a   hi g h e r   n u m be r   o f   a c t i ve   s e mi c o n duc t o r   de vi c e s .   T hi s   a pp r o a c h   h a s   m a ny   a d v a n t a ge s   w h e n   c o m p a r e w i t h   t h e   c o nv e nt i o n a l   po we r   c o n v e r s i o n   m e t h o d.   I l e a ds   t r e duc e   v o l t a ge   s t r e s s   o n   t h e   l o a a n t pr o duc e   hi g h e r   po we r   qua li t y   wa v e f o r m s   [ 11] - [ 13]   .   F or   o pe r a t i n a t   hi g h e r   v o l t a ge s   t h e   s w i t c h e s   a r e   w i r e i a   s e r i e s - ty pe   c o nn e c t i o n   whi c h   i s   a n   e s s e n t i a l   f e a t ur e   o f   M L I   Due   to   l o we r   s w i t c hi n l o s s e s   t h e   m u l t il e v e l   i nve r t e r s   h a ve   a tt r a c t e a   gr e a t   de a l   o f   a t t e n t i o n   i n   m e d i u m   a n hi g h - po we r   a pp l i c a t i o ns   [ 14] - [ 16 ] .   T h e   M L I   s t r uc t u r e   i s   pr e s e nt e i n   F i g ur e   f o r   t w o   l e v e l s ,   t h r e e   l e v e l s   a n n - l e v e l s .             F i gur e   1.   M ul t i l e v e l   i nve r t e r   s t r uc t ur e   f o r   ( a )   T w o -   l e v e l s   ( b )   T h r e e -   l e v e l s   ( c )   n - l e v e l s       2.   DI ODE   CL AM P E M UL T I L E VE L   I NV E R T E R   T h e   d i o de - c l a m pe d   M L I   wa s   i n t r o duc e m a ny  y e a r s   a go   a n d   t h e r e   h a s   be e n   v a s t   r e s e a r c h   e s pe c i a ll y   f o r   m e d i u m - v o l t a ge   a pp l i c a t i o n s .   A   t h r e e   l e ve l   d i o de   c l a m pe i nve r t e r   i s   a l s o   c a ll e a s   n e ut r a l   c l a m pe d   i nv e r t e r .   I us e s   d i o de s   to   l i mi t   t h e   v o l tage   s t r e s s   o f   po we r   s e m i c o n du c t or   de vi c e s .   F o r   a c hi e vi n g   t h e   de s i r e s t e ps   i t h e   o ut pu t   v o l t a ge   wa v e f o r m ,   d i o de   i s   u s e a s   c l a m p i ng  de vi c e   t o   c l a m p   t h e   dc   b u s   v o l t a ge .   I t   c o n s i s t s   o f   t w o   c a pa c i t or   v o l t a ge s   i n   s e r i e s   a n h a s   t h e   c e n t r e   t a whi c h   i s   c a ll e a s   n e ut r a l .   T h e   t h r e e   l e ve l   i nve r t e r   h a s   t wo   pa i r s   o f   s w i t c hi ng  de vi c e s   i s e r i e s   i e a c h   p ha s e   l e g.   T h r o ugh   c l a m p i n d i o de s   t h e   c e n t r e   o f   e a c h   de vi c e   pa i r   i s   c l a m pe t t h e   n e ut r a l .   T h e   qua s i - s qua r e   o u t pu t   v o l t a ge   wa ve f o r m   i s   o b t a i n e f r o m   a   t h r e e   l e v e l   d i o de   c l a m pe i nve r t e r .   I t   c a n   b e   a pp li e t o   hi g h e r   l e ve l s .     T h e   s y n t h e s i z e o u t pu v o l t a ge   wa v e f o r m   a dds   m o r e   s t e ps   a s   t h e   n u m be r   o f   l e v e l s   i nc r e a s e s   t h a t   l e a ds   t o   s i n u s o i da l   wa v e f o r m   w i t l e s s   h a r m o ni c   d i s t o r t i o n .   T h e   o u t pu t   v o l t a ge   wa v e f o r m   w i t h   z e r o   h a r m o ni c   d i s t o r t i o n   c a n   b e   a c hi e ve f r o m   i n f i n i t e   l e ve l s .   B ut ,   due   to   v o l t a ge   unb a l a n c e   pr obl e m s ,   v o l t a ge   c l a m p i ng  r e qu i r e m e n t s ,   c i r c u i t   l a yo u t   a n pa c ka g i n c o n s t r a i n t s ,   t h e   n u m be r   o f   de s i r e v o l t a ge   l e ve l s   i s   qu i t e   li mi t e d.   T h e   o pe r a t i o n   o f   f i ve   lev e l   d i o d   c l a m pe i nve r t e r   i s   e x p l a i ne i n   t hi s   s e c t i o n T a c hi e v e   t h e   de s i r e l e v e l ,   f o ur   s w i t c h e s   a r e   t r i gge r e a t   a ny   po i n t   o f   t i m e .       T a bl e   s h o ws   t h e   o u t pu v o l t a ge   l e ve l s   o f   f i ve   l e v e l   d i o de   c l a m pe m u l t il e v e l   i nve r t e r   a n i t s   c o r r e s po n d i n s w i t c hi ng  s t a t e s .   He r e ,   1‟   de s c r i be s     s w i t c h   i n   ON   po s i t i o n   a n 0‟   i nd i c a t e s   OFF   po s i t i o n .    T h e   v o l t a ge   a c r o s s   e a c h   c a pa c i t o r   i s   Vdc /4  a n v o l t a ge   s t r e s s   o n   e a c h   de vi c e   i s   l im i t e t o   Vdc /4   t h r o ugh   c l a m p i ng  d i o de s   to   a c hi e v e   a   D C   b us   v o l t a ge   Vd c .   Ne ut r a l   i s   t h e   mi dd l e   po i n t   o f   t h e   f o ur   c a pa c i t o r s   us e d.   T h e   s t e ps   i nv o l ve d   f o r   s y n t he s i s   o f   f i ve   l e v e l   o ut u t   v o l t a ge   a r e   ( i )   V a n = Vdc /2  i s   a c hi e ve by   t ur ni n ON   o f   t h e   s w i t c he s   S to   S 4 .   ( i i )   o n e   l o we r   s w i t c h   S a nd  t h r e e   uppe r   s wi t c h e s   S 2,   S 3,   S a r e   t ur n e ON   to   o b t a i o u t pu t   v o l t a ge   o f   Va n= Vdc /4.   ( i ii )   f o r   Va n = 0,   t wo  l o we r   s w i t c he s   S 5,   S a n t wo   uppe r   s w i t c he s   S 3,   S a r e   t ur n e ON .   ( i v )   o n e   uppe r   s w i t c h   S a n t h r e e   l o we r   s w i t c he s   S 5,   S 6,   S a r e   t u r n e ON   to   ge t   Va n=   - Vdc /4.   ( v   )   a l l   l o we r   s w i t c h e s   S to   S m us t   b e   t ur n e ON   f o r   Va n =   - Vdc /2.             Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8 694   IJ P E DS    V o l .   8 ,   N o .   4 De c e m b e r   201 7     1512     1 523   1514   T a bl e   1.   S wi t c hi ng  s t a t e s   f o r   f i ve   l e v e l   d i o de   c l a mped  m u l t i l e ve l   i nve r t e r   Va n   S1   S2   S3   S4   S5   S6   S7   S8   V dc /2   1   1   1   1   0   0   0   0   V dc /4   0   1   1   1   1   0   0   0   0   0   0   1   1   1   1   0   0   - V dc /4   0   0   0   1   1   1   1   0   - V dc /2   0   0   0   0   1   1   1   1       3.   P HAS E   OP P OS I T I ON  DI S P OS I T I ON  S P WM     F o r   s y n t he s i z i ng  t h e   o u t pu v o l t a ge   us i n d if f e r e n t   l e ve l s   o f   DC   i n put s ,   t h e   s e m i c o n duc t o r   s w i t c h e s   m u s t   b e   t ur n e ON   a n O F F   t o   a c hi e ve   de s i r e f u n da m e n t a l   w i t h   l e s s   ha r m o ni c   d i s t o r ti o n .   T hi s   pa pe r   pr e s e n t s   a n   i m p l e m e n t a t i o n   o f   m u l t i   c a r r i e r   pul s e   w i dt h   m o du l a t i o n   t e c hni que   i . e . ,   ph a s e   o ppo s i t i o d i s po s i t i o n .   T h e   c a r r i e r   wa v e f o r m s   a b o ve   z e r o   r e f e r e n c e   a r e   i p h a s e   a s   s h o wn   i F i g ur e   a n d   a r e   180 0   ou o f   p h a s e   w i t h   t h o s e   b e l o z e r o   f o r   f i ve   l e v e l   d i o de   c l a m p e m u l t i l e ve l   i nve r t e r   us i n p h a s e   o ppo s i t i o d i s po s i t i o n   ( P OD )   s i nus o i da l   pu l s e   w i dt h   m o du l a t i o n   ( S P W M )   m e t h o d.   Ga t i n pu l s e s   a r e   ge n e r a t e by   c o m pa r i ng  t h e   s i n u s o i da l   r e f e r e n c e   a n f o ur   c a r r i e r   wa v e f o r m s .               F i gur e   2.   C a r r i e r   a r r a n ge m e n t   us i n pha s e   o ppo s i t i o n   di s po s i t i o n   f o r   f i ve   l e v e l   d i o de   c l a m pe i nve r t e r         I n   t hi s   t e c hni que ,   t h e   m o du l a t i o n   s i g n a l   i . e . ,   s i nus o i d a l   w a v e f o r m   i s   c o m p a r e w i t h   t h e   c a r r i e r   wa v e f o r m s .   T h e   c a r r i e r s   r e qu i r e f o r   n   l e ve l   i nve r t e r   a r e   n - 1.   F i g ur e   s h o ws   a   m o du l a t i n s i g n a l   a n f o ur   c a r r i e r s   t h a t   a r e   r e qu i r e d   f o r   f i ve   l e ve l   d i o de   c l a m pe i nve r t e r .   W h e n   t h e   m o du l a t i n s i g n a l   i s   gr e a t e r   t h a n   bo t h   t h e   uppe r   c a r r i e r s ,   we   ge o u t pu t   v o l t a ge   o f   +   Vdc /2.   W he n e v e r   t h e   m o du l a t i n s i g n a l   i s   gr e a t e r   t h a f i r s t   uppe r   c a r r i e r ,   +   Vd c /4  c a b e   o b t a i ne d.   I f   t h e   m o du l a t i n g   s i g n a l   i s   hi g he r   t h a n   t h e   l o we r   c a r r i e r   b ut   l o we r   t h a n   t h e   uppe r   c a r r i e r   t h e n   t h e   o ut pu t   v o l t a ge   i s   z e r o .   A s   t h e   m o du l a t i n s i g n a l   i s   l e s s   t h a n   t h e   f i r s t   l o we r   c a r r i e r ,   t h e   r e s u l t a n t   v o l t a ge   o b t a i ne w i ll   b e   - Vdc /4.   S i mi l a r l y ,   i t   i s   s w i t c h e t o   -   Vdc /2  wh e n e ve r   m o du l a t i n s i g n a l   i s   l e s s   t h a n   b o t h   l o we r   c a r r i e r s .     T h e   s w i t c hi ng  pu l s e s   i n   t hi s   s t r a t e gy   a r e   ge ne r a t e a e v e r y   i ns t a n t   o f   t i m e   de pe n d i ng  o n   t h e   c o m pa r i s o n   o f   m o du l a t i n s i g na l   a n c a r r i e r   wa v e f o r m s   a s   s e e n   i n   F i g ur e   3.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E DS     I S S N:  2088 - 8 694       P e r f or manc e   A nalys is   of   F P GA   bas e Diode   C lam pe M ult il e v e I nv e r ter   . . . .   ( N .   Sus he e l )   1515       F i gur e   3.   S wi t c hi ng  s i g n a l s   ge n e r a t e f o r   f i ve   l e v e l   d i o de   c l a m pe i nve r t e r   us i n g   P OD   t e c h ni qu e       4.   RE S UL T S   AN DI S CU S S I ON   T h e   s e v e n   l e ve l   d i o d e   c l a m pe m u l t i l e ve l   i nve r t e r   i s   im p l e m e n t e us i n M A T L A B .   F i g ur e   de p i c t s   t h e   o v e r a l l   s im u l a t i o n   d i a gr a m   o f     s e v e n   l e v e l   d i o de   c l a m pe m u l t i l e ve l   i nve r t e r   f e s qu i r r e l   c a ge   i nduc t i o n   m o to r   ( I M )   us i n ph a s e   o pp o s i t i o n   d i s po s i t i o n   pu l s e w i dt h   m o du l a t i o n   t e c hni que .               F i gur e   4.   S i m u l a t i o n   m o de l   o f   s e v e n   l e v e l   d i o de   c l a m pe i nve r t e r   f e I M   dr i v e   us i ng  P OD   t e c hni qu e     Cont i nuous p ow e rg ui V a b c I a b c A B C a b c T hre e -P ha s e V -I M e a s ure m e nt S t a t or Curre nt s M ot or Inp ut s M e c ha ni c a l   O ut p ut   m A B C Tm Induc t i on M ot or G a t i ng  S i g na l s -K - G a i n S 2c S 1c S 8b S 7b S 6b S 5b S 12c S 11c S 10c S 9c S 12b S 11b S 4b S 10b S 9b S 12a S 11a S 10a S 8a S 9a S 7a S 6a S 5a S 3b S 4a S 3a S 2a S 1a S 8c S 7c S 6c S 5c S 4c S 3c S 2b S 1b D 9c D 9b  D 9a D 8c D 8b D 8a D 7c D 7b D 7a   D 6c D 6b D 6a   D 5c D 5b D 5a D 4c D 4b D 4a D 3c D 3b D 3a D 2c D 2b D 2a D 1c   D 1b D 1a D 10c D 10b D 10a   49.7 Cons t a nt g m C E 9b  g m C E 8b  440V  D C 25F    25F 25 F g m C E 1b  g m C E 10b  0.1 ohm g m C E  9c   g m C E  9a   g m C E  8c   g m C E  8a   g m C E  7c   g m C E  7b  g m C E  7a   g m C E  6c   g m C E  6b  g m C E  6a   g m C E  5c   g m C E  5b  g m C E  5a   g m C E  4c   g m C E  4b  g m C E  4a   g m C E  3c   g m C E  3b  g m C E  3a   g m C E  2c   g m C E  2b  g m C E  2a    25F    25 F    25 F g m C E  1c g m C E  1a   g m C E  12c   g m C E  12b  g m C E  12a   g m C E  11c   g m C E  11b  g m C E  11a g m C E  10c   g m C E  10a   < S t a t or c urre nt  i s _a  (A )> < S t a t or c urre nt  i s _b (A )> < S t a t or c urre nt  i s _c  (A )> < Rot or s p e e d (w m )> < E l e c t rom a g ne t i c  t orque  T e  (N *m )> Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8 694   IJ P E DS    V o l .   8 ,   N o .   4 De c e m b e r   201 7     1512     1 523   1516       F i gur e   5.   V o l t a ge   a n c ur r e n t   wa v e f o r m s   a t   h a l f - l o a d       T h e   r e s u l t s   o f   s e v e n   l e ve l   d i o de   c l a m pe d   m u l t i l e v e l   i nve r t e r   f e i nduc t i o n   m o t or   us i n P OD   a p pr o a c h   a r e   r e pr e s e n t e f r o m   F i g ur e   to   F i g ur e   c o n s i de r i n h a lf   l o a t or que .       F i gur e   6.   S t a tor   c ur r e n t s   a h a l f - l o a d           F i gur e   7.   F F T   a n a ly s i s   o f   v o l t a ge   a t   h a l f - l o a d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E DS     I S S N:  2088 - 8 694       P e r f or manc e   A nalys is   of   F P GA   bas e Diode   C lam pe M ult il e v e I nv e r ter   . . . .   ( N .   Sus he e l )   1517       F i gur e   8.   F F T   a n a ly s i s   o f   c ur r e n t   a h a l f - l o a d           F i gur e   9.   S pe e a n to r que   c h a r a c t e r i s t i c s   a t   h a l f - lo a d       F i g ur e   10  t o   F i g ur e   14  s h o ws   t h e   w a v e f o r m s   o b t a i ne d   us i ng  p ha s e   o ppo s i t i o n   d i s po s i t i o n   m e t h o f o r   s e ve n   l e v e l   d i o de   c l a m pe m u l t il e v e l   i nve r t e r   a f u ll - l o a to r que .             F i gur e   10.   V o l t a ge   a n c ur r e n t   wa v e f o r m s   a t   f u l l - lo a d   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8 694   IJ P E DS    V o l .   8 ,   N o .   4 De c e m b e r   201 7     1512     1 523   1518   T h e   r e s u l t s   o f   p h a s e   v o l t a ge   a n c ur r e n t   c a n   b e   s e e n   i F i gur e   10.   W h e r e   a s   t h e   s t a to r   c u r r e n t s   a r e   pr e s e n t e i n   F i gur e   11.             F i gur e   11.   S t a tor   c ur r e n t s   a f u ll - l o a d       T h e   F F T   a n a ly s i s   i s   c a r r i e o u t   f o r   v o l t a ge   a n c ur r e n t   wa v e f o r m s   a n i s   pr e s e n t e i n   F ig ur e   12    a n F i g ur e   13.             F i gur e   12.   F F T   a n a ly s i s   o f   v o l t a ge   a t   f u l l - l o a d     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E DS     I S S N:  2088 - 8 694       P e r f or manc e   A nalys is   of   F P GA   bas e Diode   C lam pe M ult il e v e I nv e r ter   . . . .   ( N .   Sus he e l )   1519       F i gur e   13.   F F T   a n a ly s i s   o f   c ur r e n t   a f u ll - l o a d           F i gur e   14.   S pe e a n to r que   c h a r a c t e r i s t i c s   a t   f u l l - l o a d       T h e   s pe e a n t or que   c h a r a c t e r i s t i c s   o f   m o t or   c a n   b e   s e e n   i F i g ur e   14  a t   f u ll   l o a d.   T a bl e   a n d   T a bl e   s u m m a r i z e s   t h e   F F T   a n a ly s i s   c a r r i e o u t   a v a r i o us   l o a tor que s .         T a bl e   2.   V o l t a ge   T HD   ( % )   o f   s e v e n   l e ve l   d i o de   c l a m pe m u l t il e v e l   i nve r t e r   us i n P OD   m e t h o d   S . N o   L o a T or que   T HD   1   No - l o a d   13. 59   2   3   Ha l f - l o a d   F u ll - l o a d   13. 67   13. 73               Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8 694   IJ P E DS    V o l .   8 ,   N o .   4 De c e m b e r   201 7     1512     1 523   1520   T a bl e   3.   C ur r e n t   T HD   ( % )   o f   s e v e n   l e v e l   d i o d e   c l a m pe m u l t il e v e l   i nve r t e r   us i n P OD   m e t h o     S . N o   L o a T or que   T HD   1   No - l o a d   3. 9   2   3   Ha l f - l o a d   F u ll - l o a d   1. 51   0. 72       5.   E XP E R I M E NT AL   RE S U L T S   T h e   P h a s e   o ppo s i t i o d i s po s i t i o n   m e t h o f o r   s e v e l e v e l   d i o de   c l a m pe m u l t il e v e l   i nve r t e r   i s   im p l e m e n t e o n   VPE   S pa r t a n   3A   DSP   b o a r us i n X il i nx  f i e l pr o gr a m m a bl e   ga t e   a r r a y .   T he   F P G im p l e m e n t s   t h e   s i nus o i da l   pu l s e   w i dt h   m o du l a t i o n   s c h e m e   i r e a l   t i m e   f o r   a ny   c o m m a n r e f e r e n c e   v o l t a ge   r e c e i v e d,   a n t h e   d i g i t a l   t o   a n a l o c o nv e r t e r   o u t p ut s   a r e   a pp l i e t o   o b s e r v e   t h e   i nve r t e r   o u t pu t   v o l t a ge s .   T h e   s e v e n   l e v e l   d i o de   c l a m pe m u l t il e v e l   i nve r t e r   i s   im p l e m e n t e by   e x e c ut i n t h e   pr o g r a m   c o di n in   X il i nx     s o f t wa r e ,   t h e t h e   r e qu i r e g a t e   pu l s e s   f o r   t h e   F P GA   pr o c e s s o r   a r e   ge n e r a t e f o r   a l l   t h e   I GB T   s w i t c h e s   u s e d   i t h e   s e v e n   l e v e l   d i o de   c l a m pe m u l t i l e ve l   i nve r t e r .   T h e   h a r dwa r e   s e t up  f o r   s e v e n   l e v e l   d i o de   c l a m pe d   i nve r t e r   f e i n duc t i o n   m o to r   d r i v e   us i ng  X il i nx  S p a r t a n   F P GA   P r o c e s s o r   i s   de p i c t e i n   F i g ur e   15.           F i gur e   15.   E x pe r i m e n t a l   s e t up  f o r   s e v e n   l e v e l   d i o d e   c l a m pe M L I   f e I M   dr i v e       T h e   ph a s e   v o l t a ge   a n c ur r e n t   wa v e f o r m s   o b t a i n e i n   o n e   ph a s e   l e c a n   b e   s e e i F i g ur e   16  by   us i n ph a s e   o p p o s i t i o n   di s po s i t i o n   m e t h o d   f or   s e v e n   l e v e l   d i o de   c l a m pe i nv e r t e r   f e I M .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J P E DS     I S S N:  2088 - 8 694       P e r f or manc e   A nalys is   of   F P GA   bas e Diode   C lam pe M ult il e v e I nv e r ter   . . . .   ( N .   Sus he e l )   1521       F i gur e   16.   Ha r dwa r e   r e s u l t s   o f   v o l t a ge   a n c ur r e n t   i n   o ne   ph a s e         S i m il a r ly   t h e   r e s u l t s   f o r   t h r e e   ph a s e   v o l t a ge s   a n c ur r e n t s   a r e   s h o wn   i n   F i g ur e   17.             F i gur e   17.   E x pe r i m e n t a l   w a v e f o r m s   o f   t h r e e   ph a s e   v o l t a ge s   a n c ur r e n t s       T h e   s o f t wa r e   n a m e W T V i e we r F r e e P l u s   i s   us e d   to   r e c or t h e   r e s u l t s   a c hi e v e f o r   t h e   m e a s ur e d   n u m e r i c   v a l ue s ,   h a r m o ni c   v a l ue s   a n da t a   r e ga r di n t h e   wa v e f o r m   a s   s h o w n   i n   F i g ur e   18.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.